機構探究實驗(素養教學案例)

機構的探究實驗教學

這是一個提供學習機構創意的探究實驗教材，結合3D數位教材，透過動手實作活動培養整合理論與實務的能力，輔助學生學習空間、結構、機構等科技應用。活動設計強調跨領域STEM的知識整合，透過探究實驗的探索歷程，強化「觀察、資料記錄、數據分析、反思評估、及運用數據溝通」等基礎知能，發展具理論基礎的設計能力。

探究實驗教學方法

本課程模組強調跨領域STEM知識的整合，搭配自製教具與樂高機構零件，進行機構應用的探究實驗。下圖以連桿機構應用為例，說明STEM探究實作教學如何整合學科知識；結合數學幾何的運動軌跡知識，解釋連桿機構的運動；用物理力矩平衡的概念說明槓桿秤如何秤重，透過學習單整合知識學習，並實際動手研究如何提昇量測的精準度。

科技教學的課程目標，希望學生能發揮創意，用科技的工具或方法解決問題。透過此一教學方法可以培養學生科學、科技、數學與工程統整能力(STEM)，以藉此解決傳統教學僅強調理論而缺乏與實務連結的問題。機構設計應用的探究實驗，可搭配製作的儀器(測重、測距、軌跡)功能與量測實驗的量化資料，深化學習機構的STEM整合知識，與設計應用的方法。

學習單的設計從建構機構設計應用的基本能力，導入跨學科知識整合的探究實驗，最後由改造原來機構的活動，發展最佳化與設計應用的學習，建構學生創意應用的能力

評量工具

1. 學習歷程檔案：學習歷程檔案為形成性評量，主要用於輔助學生完成專題之設計與製作，瞭解學生工程設計思考及問題解決的歷程。

2. 專題口頭報告：口頭報告為總結性的評量，在繳交成品時，教師會要求學生口頭報告其設計歷程的構思、遭遇的問題及解決的方式、及後續可持續改良的地方，瞭解學生工程設計的關鍵能力表現（發展方案、預測分析、測試修正、最佳化等）

3. 實作作品評量：實作作品為總結性的評量，依照機構設計應用適切性，評量作品之創意性、完成度、加工精緻度等。

1.實作教學整合學習跨領域知識

科技教學的課程目標，希望學生能發揮創意，用科技的工具或方法解決問題。透過此一教學方法可以培養學生科學、科技、數學與工程統整能力，以藉此解決傳統教學僅強調理論而缺乏與實務連結的問題。所以課程活動不只動手實做、更動手實驗、記錄、與分析，學習將學科知識與應用能力結合，理解專題相關的科學概念、原理及數學分析。

2.分組合作學習提高學習成效

教學活動採取二至三人一組的合作學習模式，透過彼此的互動互助及責任分擔，完成共同的學習任務，或達成共同的學習目標。這種教學方式著重學習者的參與，及以學習者為中心的教學設計，提供學生主動思考、共同討論分享或進行小組練習的機會，使教學不再侷限於老師的直接教導。在學習的過程中，每位學習者不但要對自己的學習負責，也要幫助同組的成員學習。

3.3D擬真數位教材提高學習理解力

3D數位設計工具係建構在電腦操作環境下的工具軟體，能虛擬出極為真實的視覺呈現效果，將物體的靜態或動態的立體效果呈現出來，提升學生空間解析能力與設計製作的執行能力，是現今創意設計與教學不可或缺的幫手。