前言

隨著時代科技化的進步，科技教育也納入孩童學習課程的一環，然而在真實生活中，不能僅靠科技解決所有問題，因此如何融入科技教育，並落實跨領域STEAM統整課程，便是本文想傳達的重要核心精神。本文將以無人機教學課程為例，說明如何在課程中讓學童獲得科學探究與實作能力、科技、工程與數學邏輯面向則融入無人機技術練習及程式編碼等知識，最後並透過創意競賽活動的舉行，結合藝術層面創意提升，本文透過營隊的落實辦理，以及針對營隊參與學生的非正式訪談中，明顯覺察無人機STEAM（science, technology, engineering, art, mathematics, 科學、科技、機械／工程、藝術、數學）統整課程，可以提高學生學習科技的興趣，培養學生科技素養、推理以及解決問題的能力。

正因為科技產品的普及，許多學童在學齡期間就已經接觸到手機、平板電腦，甚至是最新的無人機相關益智互動產品，而新興科技無人機的應用，也在未來各行各業被大量需求（如圖1所示），看準未來國家將邁向工業4.0，將需要越來越多的電腦科技、程式編碼的人才，因此部分學校已經逐步將3D科技、機器人科技、無人機科技等納入學童的教育課程，希望透過與科技結合，讓學童在學習的過程中也能發展數位編碼等知識（教育部，2018）。


圖1. 無人機應用領域不斷增加
（取自：https://www.accupass.com/event/2008170844111144788851）

在歐美很多國家，已將程式教育納入基礎教育內重要的一環，如以色列，早在2000年就將程式教育納入高等學校的必修科目，同時要求孩子從小學一年級就要學習程式教育，以色列僅有800萬人口，於程式設計大賽中，全國就有超過1000所學校30萬多孩子參賽（魔扣少兒編程，2020）。在美國，於2015年美國政府即投資40億美元展開兒童程式教育，呼籲全國青少兒學習程式語言。在澳州-澳大利亞，2016年正式將程式編程引入全國必修課程，學生在10歲時即開始學習編程，培養運算思維，12歲左右便可在電腦上進行編程實際操作訓練，由此可見，程式教育已然成為全球趨勢（楊晨欣，2016）。

我國教育部於2019年將科技程式教育納入108課綱，程式設計教育能讓孩子從程式的使用者變成創作者，同時幫助他們在解決問題的過程中勇於嘗試錯誤，拓展學生的視野，從中訓練邏輯思考、嘗試錯誤、溝通表達或合作學習（教育部，2018）。然而，程式教育只是接軌新興科技的一環，每個學生如何善用科學、數學等原理進行未來科技創新發展，或是如何以創意模式運用新興科技，則是全人素養的重點，也才是問題解決能力培養的主要目標。換句話說，協助學生以科技教育、程式教育為基礎，發展跨領域學習，全方位培養核心素養，方是教育的終極目標。

而在提升學生核心素養的教育目標中，STEAM教育是近年來被高度認同的教育理念與策略。STEAM教育是由美國政府提出的教育理念，是一結合科學、科技、機械/工程、藝術、數學等五大領域的跨學科教學方法，結合五大領域的知識，強調跨領域探索與動手做實作的生活實際應用，旨在培養孩子多元跨界溝通能力、問題解決能力、生活應用能力以及批判思考（楊佩臻、丁于真、黃琴扉，2021）。

整體而言，在STEAM教育思維下，學科內容不僅限於文字和符號，而是進入孩子的生活體驗之中。STEAM教育是以小組專案的方式進行，在解決問題的過程當中需要彼此溝通、協調，要合作腦力激盪，也要提出、接納和批判不同的想法。 但是，這種以科技教育為基礎，整合STEAM跨領域教育的教學方式，該怎麼進行呢?以下，本文將透過本團隊帶領的無人機STEAM課程為例，進行陳述說明。

 壹、教學綱要與內涵

一、教學綱要

本次教學活動目的為透過STEAM課程融入無人機課程設計，提升孩童在學習過程中之過程技能、思考智能、科學應用、設計與製作及科學態度，進行學童的能力指標評估，透過學習評量結果進行適性化課程，輔助學童提升學習興趣，培養學生推理以及解決問題的能力。

本活動的內容綱要，是透過國中小學童，將科技程式教育融入課程、遊戲活動，豐富的材料、多樣性的活動和適當的引導（如圖2），讓孩童在邏輯思考、程式編程概念中獲得知識學習，深入其中，藉由觸覺及全身性活動，發揮孩子各種想像力與創造力，同時在學習過程中增加孩子的自信心。


圖2. 本團隊無人機STEAM教學課程架構

二、無人機教具、組裝說明

（一）無人機零件成品概略圖（圖3、圖4、圖5）
由圖3至圖5，可以看出學生於上課前所拿到的教具，將是個別單獨的材料，而每位學習者都需要將個別材料，依照空間能力運用、電線運行邏輯等知能，才能順利組裝出無人機完整機身，以及操控手把。


圖3. 零件分解圖


圖4. 零件分解圖


圖5. 無人機成品

（二）無人機組裝說明釋例（圖6）
在圖6中可以看出，左圖是無人機機身組裝說明，右圖則是無人機操控手把組裝說明；在此課程的教學中，團隊講師會讓學習者先自行閱讀組裝說明書，並自行練習組裝，學生有問題時可以舉手，講師將會立即協助。此外，若講師覺察學生的組裝有較嚴重的錯誤時，將會請學生暫停組裝，並引導學生再次閱讀說明書與自己的教具，以覺察組裝錯誤的地方與修改方式。


圖6. 無人機機身組裝說明（左圖）；無人機操控手把組裝說明（右圖）

三、無人機課程活動與STEAM內涵對照

為了落實STEAM統整教學目標，本課程盤點了無人機教具與整體教學過程中，符合STEAM教育的多元脈絡，經過分析歸納後，將無人機課程活動與STEAM內涵進行下列對照（如表1所示）。

表1. 無人機課程活動STEAM內涵對照表

 貳、無人機結合STEAM概念教學設計

完成上述的教具說明與內涵分析後，本文將進行本課程活動STEAM教學設計。本課程適用年齡層可從國小中年級至一般成人，其中的不同差異僅在於理論基礎的難度，以及師生人數的配比。舉例而言，無人機當中的晶片組裝原理、化工泡棉材質等，都是較為困難的科學及科技主題，在國中小階段，講師將以一般性科普知識進行講解與補充，但在高中以上，則會探討多元材質、物理化學性質、電學原理等內容。而一般民眾，則將會由講師先行以問答方式檢測民眾的科學背景知識程度，再進行課程深度的彈性調整。 此外，在師生比例上，依照本團隊營隊辦理的經驗，發現無人機課程中，國小階段以1位教師輔導5位學生為佳，國中則可以增加為1位教師輔導10位學生，高中以上則可以增加為1位教師輔導15-20位學生。

本無人機STEAM課程活動流程設計為：1.無人機生活應用的地方、2.探究與實作、3.闖關與挑戰、4.課程反思與回顧。本課程係以無人機相關的科普機械原理（重心與平衡、牛頓力學、白努利定律、結構機械）作為課程的學習啟發點，在課程初始階段透過日常生活中與本課程科普機械原理相關的部分，引導學生做互動，並且加入定翼機與旋翼機（無人機）的結構與不同之處，讓學生體驗簡易版運用滑鼠操作的無人機，提升學生興趣（圖7a），之後由老師引導學生了解製作無人機的結構與注意的部分（圖7b），再由學生操作（圖7c）。


圖7. 老師帶領學生體驗無人機（a）；老師引導學生了解無人機組裝（b）；學生自行組裝與操作無人機（c）

在探究與實作中，學生透過實際動手組裝無人機的過程裡，了解到無人機探究實作，同時也可將老師引導如何組裝與為什麼這樣操作可以加深印象，學生的專注力與觀察能力，也能同步提升，落實達到探究實作的效益，在本課程中，學生可以運用手眼同時配合，思考如何將平面組裝圖實際動手組裝的立體無人機，其中遇到問題時可以即時與同儕討論、尋求老師的協助，達到共學的目的，整體課程活動符合「科學探究與實作」精神與STEAM教育的意涵。

最後，本課程的目的不僅培養學生的解決問題能力耐心，同時也讓學生了解到無人機於日常生活中應用的知識，與科普機械相關原理，增加學生學習樂趣，也能夠使學生在探究與實作的解決問題能力和STEAM的認知及素養提升，組裝完成後再讓學生試飛自己所組裝的無人機（圖8左），在飛行過程中學生必須思考如何透過遙控器操控無人機，再由老師設計趣味競賽遊戲（圖8右），使學生對於無人機產生濃厚興趣。


圖8. 學生操作自行組裝的無人機（左圖）；老師設計無人機穿越關卡（右圖）

在本課程活動的操作上，需要特別注意的事項，包含以下三點：

1.無人機在飛行過程中需在空曠的空間，並且周遭的人群需距離無人機1公尺以上。

2.無人機在組裝螺旋槳時有分為A和B兩種，需對稱組裝，才有辦法使其飛行成功。

3.操作無人機時剛開始避免兩根搖桿同時動，待熟稔後再行使其操作。

 參、結論

本課程為主軸為透過本團隊開發知無人機STEAM課程活動模式，結合資訊科技、程式教育、STEAM內涵、探究實作精神與遊戲式的上課模式及豐富的材料，提升學生對課程內容產生極大的興趣與學習力；在進行無人機課程中，大部分學生都能依照老師的指示及說明書的輔助完成階段性的步驟，部分學生會因為材料連結處過於密合，導致沒辦法用正常方式拼組，而使用過大的力氣處理，容易導致機體上的受損，或是學生未依照老師的指導及說明書上的註記，將螺旋槳依照自己的喜好任意裝上不對的位置，導致測試飛行時，無法正常起降。因此老師必須在上課前將該注意事項提醒學生，並且依照步驟地完成，依依做檢查，檢查零件是否裝置正確位置，組裝上是否遇到困難地方，老師才可以將各位學生的問題解決，並且執行下一階段的組裝；透過課堂中的互動模式，適當的引導，讓孩子在邏輯思考及程式編輯的概念中獲得知識 ，藉由觸覺及發問溝通，提升孩子的想像力與創造力以及組裝上的成就感，也落實到STEAM教育所帶來的科學與探究精神。