前言

108課綱在2020年正式上路，新課綱中提到素養導向為目前新課綱中的發展主軸，而從細部中檢視，在自然科學領域中提到，科學是源起於人類對生活周圍的好奇或需要，而在科學學習的方法上，我們應當在課程中從激發學生對於科學的好奇心和主動學習的意願為起點，引導其從既有經驗出發，進而學習主動探索、實驗操作及多元學習，讓學生能夠具備科學的核心知識、探究實作與科學論證溝通能力（教育部，2018）。在教育上將科學素養定義為「民眾生存於當代科技社會中不可或缺的基本知識與能力(靳知勤，2007)」，其中又包含了三項重點，分別是「使用科學作為職業」、「利用科學來解決問題」，以及「利用科學來做決定」。因此，以素養導向為目的的科學課程，不再只是為了學習關於科學知識，更重要的是如何應用科學及發展科學的學習，而探究與實作是也成為培養公民科學素養的關鍵途徑(教育部，2018)。

為了能夠培養學生的科學素養，許多學者致力研究如何能夠讓學生能夠在學習上提升科學素養及探究實作能力，而美國國家科學委員會在1986年發表過關於STEM的報告，此報告中明確的提出「STEM」四大核心，往後也被視為STEM的教育開端。那STEM又是什麼呢? STEM是將 Science科學（S）、Technology科技（T）、Engineering工程（E）、Mathematics數學（M）四大核心結合而成，其內涵則包含跨領域、解決問題、動手做、生活應用、五感學習；而在幾年後的教育界也將STEM的核心發展多加一項Art藝術（A）讓STEAM成為目前科學教育的五大核心新概念(MindDuo親子共讀，2020)。

總結上述，在STEAM教育中推動的核心有：跨領域、動手做、生活應用、解決問題、五感學習五大核心，致力推動自我學習及思考；而現在不僅世界多數國家均在推動STEAM教育，在國內新課綱中也致力推動探究與實作。整體而言，探究是在學習歷程上很重要的一部分，如果能夠培養學生在探究的課程設計，加強學生知識的建構和學習目標將有正向助益(陳育霖，2016)。有鑑於此，本課程以高中生為主，課程內容希冀學生能夠從課堂上吸取老師說的原理，到自己可以動手去操作完成並驗證，這樣不僅能夠讓學生對於原理更加熟悉，也可以讓學生在學習上更加完整。本團隊近年來致力於開發STEAM教學教具以及教學教法， 並於2020年開發以戰國時代的戰國弩為主題之STEAM教具，在教具教學過程中，讓學生透過閱讀組裝手冊中學習2D圖像轉換成實際組裝的3D立體成品，整體歷程不僅能引導學生建立出2D到3D的概念，更希冀能達到科學探究學習及思考培養出科學素養(表1)。

 戰國弩教具與教學策略分析

戰國弩各部件 (圖1、圖2)


圖1.戰國弩零件內容及配件


圖2.戰國弩組裝成品

表1.戰國弩連結STEAM概念

 結合STEAM概念與探究實作的戰國弩教學設計

本課程設計分為「弩的歷史與演進」、「探究與實作」、「課程反思回顧」三大主軸，在課程的初始階段，本團隊設計以歷史闡述的方式，講述一段戰國弩的起源及歷史上的應用，啟發學生對於戰國弩的興趣與學習動機。學生對於戰國弩的用途印象普遍是戰爭時期拿來射擊使用的但卻不瞭解是從哪個時代所發明的，依據歷史記載，傳說為戰國時代說發明的，在古代戰爭時期，弓與弩對當時的武器是佔據非常重要的位置，因此武器的好與壞成為戰爭中重要的關鍵角色，而課堂中藉由起源故事引起學生學習動機後，教師會利用時間軸介紹每個朝代所使用的弩武器，讓學生可以了解每個朝代所使用弩的變化(圖3)。而利用弩本身的組裝、射擊出的子彈及彈射感，進一步與學生討論戰國弩適合的射擊距離及弩的組裝上細節如何掌握(圖3)。


圖3.黃琴扉老師向高中生介紹戰國弩由來及戰國弩組裝注意事項

表2.戰國弩組裝範例、步驟與注意事項對照表


在探究與實作的課程中，最重要的事情是要讓學生能夠學到可以隨手就能帶走的知識，而不是還需要藉由考試才能來評斷學生的吸收度；探究實作不僅是科學教育活動的主要核心，也是結合各種領域的核心課程。而在這次的戰國弩課程中，讓學生自己閱讀組裝說明書，並從2D的圖片轉為3D物件拼裝來加強學生對於空間概念的思考，在組裝的過程中並非想像中的簡單；除了在組裝的過程中需要分辨零件的正確組裝位置，組裝過程中還必須建立自己的立體空間概念。在課程上會希望學生在組裝時能夠實踐探究與實作的精神，發現到困難點和問題可以勇於嘗試自己操作，若無法排除的問題才會由講師協助完成(圖3、圖4)；而自己也能和同學交流作品之間的差異或是利用觀察來了解自己在組裝上的問題，在組裝完成後，老師會和學生藉由組裝成品來探討成品對於STEAM的各項連結及利用課程來檢視有沒有達到108課綱所提到的「科學探究與實作」精神。

最後，本課程的目的不僅培養學生的解決問題能力耐心、同時藉由歷史演進讓學生對於弩的演進更加了解，引導學生對於課程的興趣，也能夠提升學生在探究與實作的解決問題能力和STEAM的認知及素養，並加強在2D轉換成3D的立體空將思考能力。


圖4.學生閱讀說明書完後自行組裝

 課程實施注意事項

一、戰國弩試射時勿射擊人類及生物，因此在課程進行時須提醒學生射擊的安全距離和規則。

二、在射擊上容易用力過度或操作不當導致斷裂折損，因此須提醒學生用適當力度去操作。

 結論

本課程因為是射擊類系列的STEAM教具，對於大部分的學生來說是一堂非常新奇的課程，所以在課程上更能夠提升學生在學習上的動機及興趣；但在進行戰國弩的課程當中，因為組裝過程較為複雜且部分零件組是需要一些技巧才能組裝完成的，部分學生會組裝到一半就萌生想放棄的念頭，也或者是學生未按照老師或組裝說明書上的步驟去執行組裝，導致零件組裝錯誤或是零件不牢固而導致零件脫落。因此老師在上課時必須先提醒學生在組裝過程的注意事項，且耐心的帶領學生一個步驟一個動作去組裝讓組裝零件牢固；組裝一個段落時，得協助學生檢查作品有無零件安裝錯誤或是牢固，並也能讓學生之間互相交流討論，而在這樣的課程中也不僅讓學生在組裝中提升了解決問題之能力，也落實對學生STEAM教學及科學探究與實作的精神。