翻轉中的生活科技課程

1. 翻轉中的生活科技課程 高雄市科技與工程教育學會理事長 陳志嘉博士 2014第十屆科技教育研究與發展學術研討會 (2014.4.26)

2. 培養學生未來生活能力 美國21世紀技能聯盟 • 核心課程外，應具備21世紀議題、學習和創新技能、生活與職業技能、及資訊、媒體、與科技技能( Partnership for 21st Century skills, 2009)。 • 在學習與創新技能中，重視創造與創新、批判式思考與問題解決、溝通與合作等三項技能，也說明了培養學生「思考能力」與「溝通與合作能力」的重要性。 • 在生活與職業技能項目，提到靈活性與適應性、主動與自我導向、社會與跨文化技能、生產力與承擔責任、領導與責任感。

3. 青年輔導委員會大專畢業生就業力調查報告 • 雇主最希望學校教育加強就業能力 ※良好工作態度、穩定度及抗壓性 表達與溝通能力 ※專業知識與技術、發掘及解決問題能力學習意願及可塑性 ※團隊合作能力、基礎電腦應用能力創新能力

4. 教育部九年一貫課程自然與生活科技課程綱要 「思考能力」方面課程目標中提到培養獨立思考、解決問題的能力，並激發開展潛能。分段能力指標的思考智能中，提到對事物能夠做推論與批判、解決問題等整合性的科學思維能力，以及資訊統整能力(教育部，2008)。 ※思考能力包含獨立思考、問題解決、推論與評論能力、及資訊統整能力。

5. 教育部九年一貫課程自然與生活科技課程綱要 「溝通與合作能力」，課程目標提到培養與人溝通表達、團隊合作及和諧相處的能力，分段能力指標的設計與製作中，說明能運用個人與團體合作的創意來製作科技的產品(教育部，2008)。 ※透過科技產品的製作過程，培養學生與他人溝通和團隊合作的能力。

6. 教育部九年一貫課程自然與生活科技課程綱要 「科技的基本技能」方面，在基本理念中，提到應以探究和實作的方式來進行，強調手腦並用、活動導向、設計與製作，兼顧及知能與態度並重。另外在分段能力指標的設計與製作中，說明能夠運用個人與團體合作的創意來製作科技的產品。在分段能力指標的科學與技術認知，說明科學概念和技術的培養與訓練(教育部，2008)。 ※動手做、活動導向、設計與製作、技術的訓練、與製作科技產品是科技基本技能的內涵。

7. 教育部九年一貫課程自然與生活科技課程綱要 「科技的基礎知識」方面，課程目標提到學習科學與技術的探究方法和基本知能，並能應用所學於當前和未來的生活。課程目標提到察覺和試探人與科技的互動關係，在分段能力指標的科學與技術認知，說明科學概念與技術的培養與訓練(教育部，2008)。 ※技術基本知能的學習，及人與科技的互動，這是科技基礎知識學習的重點之一。

8. 當前國際課程改革潮流-英國 • 課程學習目的說明學生使用創造力與想像力去設計和製作產品，以解決實際或相關問題。 • 除了獲得廣泛的學科知識外，還會使用到數學、科學、工程、電腦與藝術等知識。 • 透過過去與當今的設計科技評價，學生發展設計科技對日常生活或世界的影響之批判性理解。 ※設計與製作產品是學科的核心重點，除了學科知識外，同時也呼應課程整合概念，就其所舉例的跨領域類科，正呼應STEAM的科技教育新興亮點，另外思考能力的創造力、想像力與評價能力亦是學習的重點。

9. 當前國際課程改革潮流-英國 教學目標 • 發展創意、技術和實際的專業知識，以面對並參與日益科技化的的世界。且能為一般大眾的需求，設計與製作高品質的原型和產品，學習與應用相關的知識、理解和技巧等。並能夠批判、評估、和測試自己與他人的想法與產品(DfE,2013)。 ※科技的基礎技能學習，讓學生能夠具有設計與製作的能力。

10. 當前國際課程改革潮流-英國 教學主題 • 透過各種創造性與實作的學習活動，學生在設計與製作過程學習所需的知識、理解與技能。國小低年級階段，學生學習的主題脈絡是家庭和學校、花園和遊樂場、當地社區、產業和更廣泛的環境。 • 小三至小六階段的主題是家庭、學校、休閒、文化、企業、產業和更廣泛的環境。 • 在國一至國三階段，以國內與當地社區為主題背景，探討家庭、健康、休閒與文化；另外也以工業環境為主題背景，探討工程、製造、建築、食品、能源、農業（包括園藝）和時裝(DfE,2013)。

11. 當前國際課程改革潮流-英國 教學的細部內容 • 英國以四個元素做為主軸，分別為設計、製作、評估與科技知識。以國中階段為例，在設計方面，能夠具有研究和探索能力，例如不同文化的研究，以及確認與理解使用者的需求。能夠確認並解決自己的設計問題，以了解如何再形成問題。 • 學生能夠發展規範，指出創新的、功能的、與吸引人的產品，以回應在各種情況下的需求。 • 學生使用各種方法，如仿生學和使用者為中心的設計，去產生創造性的想法並避免刻板的反應。也能夠使用註釋的草圖、詳細的計劃、3D和數學建模、口語和數位演示、以及電腦化的工具進行發展與溝通設計想法(DfE,2013)。

12. 當前國際課程改革潮流-英國 製作方面 • 能夠選擇並使用專業工具、技術、程序、設備和精確的機械，如以計算機輔助製造的設備。同時學生能夠選擇和使用更廣泛、更複雜的各種材料、元件和原料，並考慮到它們的特性(DfE,2013)。

13. 當前國際課程改革潮流-英國 評估方面 • 能夠分析過去和現在的職業工作，以發展及擴展學生的理解。調查新科技與新興科技。測試、評估、和優化想法以及對產品的規範，同時考量終端用戶與相關團體的意見。了解設計科技的發展，其對個人、社會和環境的影響，以及設計師，工程師和技術人員的職責(DfE,2013)。

14. 當前國際課程改革潮流-英國 科技知識方面 • 認識和使用材料的性質和結構組件之效能，實現特定功能的解決方案。 • 了解產品中所使用的進階機械系統，如何改變移動和力量。 • 了解進階的電氣和電子系統如何供電，產品如何使用 (例如，熱、光、聲音和動作的輸出與輸入電路)。應用計算裝置和使用電子裝置嵌入在產品中，可以有輸入裝置(感測器)，控制輸出裝置，如致動器、馬達，採用可程式化的零組件，例如微控制器等(DfE,2013)。

15. 當前國際課程改革潮流-澳洲 科技課程包含設計科技與資訊科技兩個科目。 • 依據課程的結構，兩個科目的最大差異是設計思維(design thinking)與運算思維(computational thinking)。 • 設計科技聚焦在設計思維，這包含設計程序與生產與製作之解決方案的應用，進而去設計產品、服務與環境相關。 • 資訊科技是針對所定義的需求和機會，去使用數位系統、資訊和運算思維，進而創造解決的方案(ACARA，2012)。

16. 當前國際課程改革潮流-澳洲 • 設計與科技是唯一讓學生參與科技的程序與生產、設計和計算思維。它幫助學生認識自己生活的世界，並且培養學生的知識、理解和技能，能夠具有鑑別力、道德、創新、創意和進取地使用科技。學生學習如何創造、設計、開發和產出創新的科技解決方案。在學校教育中，使用一系列的材料、數據、系統、工具和設備，進行動手玩、學習、創造、生產與製造(ACARA，2012)。 ※學習科技的基礎知識，讓學生有足夠能力面對科技的事物，學習科技的基本技能進行設計、創造與生產，以進一步參與科技世界。

17. 當前國際課程改革潮流-澳洲 • 科技教育是讓學生學習較高階的思考技能，包含道德考量、研究和收集資料、預測產出、試用和測試、反思、評估和驗證數據的設計和引導調查。 • 科技教育直接連結至工作世界，以及合作、溝通、教育、培訓、就業技能、創新勞動力的技術需求，讓學生有機會從小就具有豐富的科技經驗。 • 在國高中階段，讓學生有機會專注在科技並提供職業試探的刺激。另外澳洲科技教育也強調跨領域整合，例如科學知識、語文、數學概念、美學和社會與人類行為的理解(ACARA，2012)。 ※這呈現思考的技能、溝通與合作能力、動手做科技經驗與職業試探。同時也呼應跨領域整合的世界潮流。

18. 當前國際課程改革潮流-澳洲 內容結構方面 • 澳洲科技教育分為知識與理解、過程和產品技能，以國一與國二階段為例，在知識與理解方面，包含從一系列的材料、系統、工具、和設備進行調查與選擇。 • 學生會學習到產品、服務、環境影響、定義影響設計的因素。另外，學生也學習並調查設計科技的職業與對當地或全球的貢獻(ACARA，2012)。 ※澳洲的知識與理解是圍繞創造、設計與產出解決方案，學生除了認識科技基礎技能中的材料、工具和設備外，進一步聯結設計科技的相關職業。

19. 當前國際課程改革潮流-澳洲 過程和產品技能方面 • 能夠使用創造力、創新、以及增加獨立性和合作的企業技能。測試和評估設計想法和科技會對誰帶來利益的公平性，這考量到使用機會與永續性，以及負責任且具倫理性地使用材料、系統、工具、和設備。針對日益複雜的問題，學習使用可增加獨立性的產品技能，進行設計、計畫、管理和安全地產出有品質的解決方案。 ※創新、創造、獨立作業與合作、材料、系統、工具與設備使用，能設計、計畫與管理產出解決方案，並能評估解決方案是澳洲所重視的技能。在這些內容包含思考能力、溝通與合作能力、科技基礎技能，以及科技基礎知識。

20. 美國ITEEA科技素養標準 • 美國ITEEA(2007)的科技素養標準，在內容結構分為科技的本質、科技與社會、設計、科技世界的能力、與設計世界等面向。 • 在科技的本質面向，提到科技的範圍與特性、核心概念與跨領域的關係，其中在科技的核心概念中，說明系統、資源、需求、最佳化與權衡、程序與控制的概念(ITEEA，2007)，這內容正是呈現工程教育的概念。 • 在科技與社會面向，指出科技對文化、社會、經濟、政策的影響，以及科技對環境的影響，社會在科技發展和使用上所扮演的角色，及歷史上科技的重大影響力(ITEEA，2007)。 在此內容中，學習思考能力中的評價能力，學生能夠以倫理、永續性、經濟、文化、政策的因素，評價科技的影響。另外，學生也學習歷史上不同時期，科技工具人類生活，所帶來的重大改變與影響。

21. 美國ITEEA科技素養標準 • 在設計面向，說明設計的態度、工程設計，以及故障排除、研究發展、發明和創新、問題解決的經驗所扮演的角色(ITEEA，2007)。在設計的態度中，提到設計是創造性的過程，以及學習設計的界定，另外設計可產出有用的產品與系統，這也呼應思考能力的創造性思考、界定能力、與系統性思考。在工程設計，提到工程設計的程序、原則、模型、反覆性、腦力激盪、建模、測試、評估與修改等內容，這也呼應了科技教育應有的基礎技能。

22. 美國ITEEA科技素養標準 • 在科技世界的能力面向，學生要能夠應用設計程序、使用和維護科技產品和系統、與評價產品和系統的重要性(ITEEA，2007)。 • 在應用設計程序，提到問題解決、蒐集資訊、測試和評估方案、改善設計、產出解決方案、製作出產品或系統、界定問題、發展使用控制系統的產品或系統。這內容指出了科技的思考技能與動手做的基礎技能。另外在使用和維護科技產品和系統，能夠正確使用工具、使用電腦取用和組織資訊，並用來進行通訊與溝通，這內容指出科技的基礎技能以及溝通與合作技能。

23. 美國ITEEA科技素養標準 • 在設計的世界面向中，則說明了科技的知識包含醫療科技、農業和相關生物科技、動力與能源科技、資訊與通訊科技、運輸科技、製造科技、與營建科技。

24. 美國NAGB科技與工程教育素養 • 美國NAGB(2012)科技與工程教育素養，其內容含包含科技與工程素養領域以及實踐部分。 • 包含三的主要領域，科技與社會、設計與系統、與資訊通訊科技。 • 科技與社會內容包含科技與人類的互動、科技對自然界的影響、科技對世界資訊和知識的影響、與倫理、評等與負責。 • 設計與系統，指出科技的本質、工程設計、系統思考、及維護與故障排除。 • 資訊通訊科技，想法與解決方法的構思與交換、資訊研究、問題調查、想法和資訊的承認、與數位工具的選擇。

25. 美國NAGB科技與工程教育素養 • 在科技與社會方面，學生瞭解科技對自然世界、社會的影響，由其是資訊和知識世界中的科技，學生能夠建立標準去評價科技。這呼應評價的思考能力。 • 在設計與系統中，學生能夠理解因人們的需求與慾望，進而建立產品、過程和系統。且能夠系統性思考科技問題，瞭解零組件以及各種解決方案互動結果，進而創造解決方案。這呼應系統化思考與最佳化測試的能力。 • 在資訊通訊科技中，使用ICT工具以溝通與合作，並能夠搜尋、評估、分析、組織、與分析、界定、問題解決。同時，學生能夠自行選擇適當的資訊通訊科技裝置。這呼應科技基礎技能中的ICT資訊與通訊科技整合應用。

26. 生活科技課程的新內涵 • 2013年邀請一位執教國中生活科技的現場教學專家進行結構式深度訪談法，針對台灣、英國、澳洲、美國ITEEA、美國NAGB的科技教育內容，以及美國的K-12工程教育，探討出生活科技課程在12年國民教育中，適合參考與採用的能力指標雛型。 • 藉此雛型，本研究於2013年邀請50位執教於國小、國中、高中與高職之生活科技課程相關的現場教師，進行焦點團體法，透過4種族群的教師意見，蒐集與討論出12年國教各階段的生活科技課程之學習指標。

27. 科技與工程 基礎知識

28. 思考能力 1.界定問題 國際課程指標 • 在英國教育部DfE (2011)低年級的評估程序和產品說明，提到界定設計想法。 • 澳洲ACARA(2012)在小學三、四年級的過程和產品技能中，提到在使用傳統工具、數位工具或設備的過程中，都能夠先一步界定設計想法，同時在知識與理解中，要能夠界定影響設計和使用的因素。五、六年級要能夠界定評價程序和解決方案的標準。九至十年級要能夠界定優質的產品、服務和環境。

29. 思考能力 1.界定問題 國際課程指標 • 美國NAGB(2012)的科技與工程素養，在四年級科技對自然的影響中，學生要能夠界定特定科技的影響。同時在科技與人類的互動中，要能夠界定影響科技潛在的正負面影響，八年級則要能夠界定全球環境問題。 • 在美國ITEEA(2007)的低年級至五年級，在工程設計程序中，學生要學習界定問題。在六至八年級，在評估產品和系統的影響能力中，要能夠搜尋資料並界定科技的影響，以及能夠界定科技發展的趨勢和監控潛在的後果。

30. 思考能力 1.界定問題 國際課程指標 • 在美國NRC(2010)的K-12工程教育之工程設計中，提到界定與限縮工程問題。 • 由上述國家的內容顯示，界定問題能力主要針對兩個面向，一個是運用在設計與問題解決之思考過程，科技工具使用與製作過程的界定。另外一項是界定科技事物對人類、社會與自然環境的影響。

31. 研究結果 1.界定問題 思考能力

32. 思考能力 2. 評價 國際課程指標 • 台灣教育部(2010a)高中課程綱要在創新設計實務中，提到效益的評估的能力。 • 英國教育部DfE (2011)在評價程序與產品中，低年級學生要能夠談論想法並說出喜好。小三至小六階段學生要能夠識別產品的品質與目的，且能夠調查、評價產品的使用。在七至九年級(DfE，2007)階段，學生要能夠批判性的評價，分析產品方案，評價需求與想法。 • 美國NAGB(2012)在12年級的工程設計中指出，學生能夠評價解決方案是否符合需求。

33. 思考能力 2. 評價 國際課程指標 • 澳洲ACARA(2012)在過程與產品技能，低年級要能夠使用批判性思考去評價方案。例如可用嗎？達到目的性嗎？喜歡它嗎?能夠再改善嗎？在五至六年級，能夠使用標準去評價自己與別人的製作過程和解決方案，考慮到使用者、資源、永續性、倫理和文化與個人的價值性。七至九年級使用已定義的標準去評估設計的解決方案。十一至十二年級，能批判性的評估過程、技術、和完成產品的品質標準、永續性、和定義成功的標準，以及批判性地評估設計和科技專業對當地和全球社會的貢獻。

34. 思考能力 2. 評價 國際課程指標 • 美國ITEEA(2007)在評估產品和系統影響的能力方面，低年級能夠確認使用產品和系統的結果。三至五年級能調查和評估特定科技的影響。六至八年級能解釋和評估資訊有用性。九至十二年級，使用評價工具，作科技發展判斷。在工程設計理解方面，建立設計原則來評估設計、引導設計過程。在應用設計過程的態度，提到評價最終的解決方案。 • 由上述國家的內容顯示，評價能力是學生能夠建立標準，考量目的、過程、產品及永續性，針對設計與製作過程及解決方案進行評價。同時也能夠考量需求、使用者、資源、永續性、倫理和文化與個人的價值，針對科技產品與系統進行評價。

35. 研究結果 2 評價 思考能力

36. 思考能力 3. 創造性思考 國際課程指標 • 台灣教育部(2009)在創造力思考方面，低年級階段，學生察覺自己對很多事務也有自己的想法，以及培養將自己的構想動手實作出來，以成品表現的習慣。在中年級階段，遇事先自行思考解決的辦法。在高年級階段，能察覺不同的辦法，常也能做出相同的結果，以及面對問題時，能做多方思考，提出解決方法。國中階段，養成遇到問題，先行主動且自主的思考，考量任何可能達成目的的途徑，並謀求解決策略的習慣。教育部(2010a)指出高中階段是學生學習創新設計的方法與程序。

37. 思考能力 3. 創造性思考 國際課程指標 • 英國教育部DfE (2007)說明國中階段的創新思考，連結設計原則、解決方法、運用科技知識發展創新的產品與程序，與重新解釋和應用設計脈絡，並以新的方式溝通想法。 • 澳洲ACARA (2012)從七年級至十二年級的過程和產品技能中，指出學生利用創造力與創新能力進行日益複雜的設計項目及設技專案。 • 美國NAGB(2012)在四年級部分指出，科技的本質是以創造性思考，進行科技的改善與發展。在八年級時，指出科技的進步是透過創新和發明的過程。

38. 思考能力 3. 創造性思考 國際課程指標 • 美國ITEEA(2007)在低年級部分，設計是創造的過程，每個人都可以設計解決方法。三至四年級，發明和創新是把想法變成真實東西的創造性方式。六至八年級，設計是創造性規劃過程。發明是轉換想法和創造力成設備和系統的過程。創新是為了改進現有的產品或系統。 • 美國NRC(2010)創造是工程思考的習慣，也是工程概念、技能與傾向的核心因素之一。

39. 思考能力 3. 創造性思考 國際課程指標 • 由上述國家的內容顯示，創造性思考能力是設計的過程，學生針對問題產生構想並動手實作出來，這過程中包含連結設計原則、程序的學習、解決方法、運用科技知識與科技基礎技能，用來發展創新的產品與程序。

40. 研究結果 3.創造性思考 思考能力

41. 思考能力 4. 系統性思考 國際課程指標 • 依據英國教育部DfE (2013)課程顯示，從三至六年級，學生在科技知識內容，要認識與使用產品中的機械系統，如齒輪、滑輪、凸輪、槓桿和聯結。另外，學習產品中的電子系統，如串連電路、開關、燈泡、蜂鳴器與馬達等內容。國中階段則聚焦在產品中的機械系統，如何改變力與移動方向。及產品中的電子系統是如何被供電，如熱，光，聲音和動作的輸入和輸出電路。

42. 思考能力 4. 系統性思考 國際課程指標 • 美國MAEP(2012)在四年級的系統性思考認知，指出科技系統需要能源和零組件一起工作，以共同完成一個目標。在技能方面，當提供一個產品，學生能夠界定系統、子系統和識別拆開後的零組件。 • 在八年級的認知方面，學生理解科技系統可以彼此互動，比個別系統自行運作而言，還可以達成較複雜的功能和任務。在技能方面，學生可以透過逆向工程，檢驗產品或過程，藉由一步步的拆解，界定系統、次系統、零組件、和描述互動關係、及透過系統概念，追蹤能源流向。

43. 思考能力 4. 系統性思考 國際課程指標 • 美國MAEP(2012)在十二年級的認知方面，理解科技系統是嵌入至更大的科技、社會、自然、和環境系統內。在技能方面，學生能夠檢驗系統，並預測如何在特定的情況下，如執行特定的輸入，或在執行過程，系統內零組件或互動改變，能預測系統將有甚麼變化。

44. 思考能力 4. 系統性思考 國際課程指標 • 在ITEEA(2007)的科技概念核心中，低年級學生認識某些系統發現於自然界、有些是人造。系統是零組件或成份一起工作，共同實現目標。三至五年級學生認識子系統也是一個系統，但運作就如另一個系統零組件。六至八年級學生認識科技系統包含輸入、過程、輸出、即時回饋。以及系統思考需要考慮每個零組件如何彼此關聯。九至十二年級則認識系統是科技的基石，是嵌入在更大的科技、社會和環境系統。

45. 思考能力 4. 系統性思考 國際課程指標 • 在NRC(2009)的K-12工程核心概念中，系統性是在工程設計過程，思考單獨部分的功能，和這部份和其他個別部分的關聯，以及這部份或是組裝的部份，對整個系統功能的貢獻度。 • 在NRC(2010)的工程性思考的習慣中，指出系統性思考賦予學生認識到科技世界中的基本系統之相互連接，並體會系統可能會有意想不到的結果，這是無法從個別子系統的行為去預測。

46. 思考能力 4. 系統性思考 國際課程指標 • 由上述國家的內容顯示，系統化的思考包含學習產品中的機械系統與電子系統的運作，以及理解科技系統是能源與零組件一起工作，藉由逆向工程拆解，學生能夠辨識出系統、次系統與零組件的關聯，以及理解系統可以變成如零組件的子系統，並進一步與其他系統合併成更大的科技系統，並嵌入到社會與自然環境中。

47. 研究結果 4系統性思考 思考能力

48. 思考能力 5. 問題解決 國際課程指標 • 在台灣教育部(2009)中小學課程的解決問題內容，低年級學生學習如何分配工作，如何與人合作完成一件事，以及學習安排工作步驟。三至四年級階段，養成遇到問題時，先試著確定問題性質，再加以實地處理的習慣。五至六年級階段，學生能規劃、組織探討活動。面對問題時，能做多方思考，提出解決方法。國中階段，學生處理問題時，能分工執掌，做流程規劃，有計畫的進行操作，並設計解決問題的步驟。

49. 思考能力 5. 問題解決 國際課程指標 • 在教育部(2010b)高職的生活科技課程，在創新設計與製作內容提到，能夠在日常生活中察覺問題並思考問題解決的方法與步驟，提出多種可行方式，進而選擇最佳的解決方案，以達到設計創新之目的。 • 英國教育部DfE (2013)小學至國中的課程學習目的指出，學生使用創造力和想像力，實際進行設計和製造產品，考慮自己和他人的需求，以解決實際和相關的問題。

50. 思考能力 5. 問題解決 國際課程指標 • 在美國NAGB(2012)四年級課程的工程設計認知中，說明工程設計通常會有幾種解決方案。每個解決方案都可能在某些地方比其他方案好一些，例如可能會較安全，或成本較低。八年級內容則指出解決方案通常會有好幾個。十二年級則學習權衡決定問題解決方案，這牽涉系統的所有成本和收益的比較，最後步驟可能牽涉因最佳化而需重新設計。