教學/計畫目標
本課程使學生學習數位程式及整合軟體、硬體之專業能力,應用於建立可解決問題的裝置或系統。此為目前科學及工業數位化、自動化、智慧化的重要技能。課程中為學生打造以『解決問題』為導向的學習過程(problem-based learning, PBL),從建立技術、團隊合作、尋找問題、建立方案到作品實踐,由簡而繁逐步引導學員完成專題並發表。過程中融入團體導向學習(Team-Based Learning, TBL),讓學生相互討論、分工合作,學習統整能力,建立數位智慧系統,以解決生活週遭環境問題。或開發可供108課綱探究實作教學使用之實驗系統,使開發成果能以中小學為實踐場域,學以致用創造價值。
課程內容/進度/執行方式
本計畫課程讓學生之學習過程由統一上課學習,逐步轉變到以問題為導向(PBL)的實作研發,並透過團體導向學習(TBL)模式,產出作品成果。課程主要區分為四個階段。
第一階段: 教導學員結合電腦(資訊)軟硬體的基本技能 (LabVIEW + Arduino + Sensors)。學員在電腦教室跟隨操作練習。
第二階段: 由學生組成團隊,透過團體導向學習(TBL)模式,以指定作業(主題)讓每位學生確認學習目標(TBL準備期)。提供教學資料、影片讓學生課前預習,在上課時讓每位學生呈現作業結果並給予評分(TBL課前預習評量)。老師在課堂內講解示範,並提出問題,讓各組學生立即分工討論完成實作,讓(須加強)的小組發表想法共同討論,以發展學生高層次學習(TBL知識應用)。此階段也同時讓學生尋找要解決的問題(生活週遭環境問題,或可供108課綱探究實作教學使用之實驗系統),並用課堂中學習到的基礎能力討論出實行『計畫』。
第三階段: 持續透過團體導向學習(TBL)模式,進行主題教學。同時,各組學生定期報告計畫執行進度。教師透過課堂討論提供建議及補充相關知識,協助學生完成作品。
第四階段: 期末作品公開發表。邀請專家擔任評審,可納入學生評審機制及訪客投票、意見回饋,讓各組學生與訪客互動。各組作品資料可透過解說錄影及檔案分享,讓作品成果可作為他人學習的參考範例。
各組可自備電腦,安裝所需軟體。 提供 DAQ介面卡 與其他電子零件(Arduino UNO與感測器等等) 給學生學習使用。
作業設計
作業主要分為Arduino、LabVIEW程式作業練習及專題計劃報告書。
程式方面之作業主要在期中以前,讓學生透過自主學習/練習,循序漸進的熟悉電腦軟硬體操作。例如(部分):
寫一個紅綠燈的程式I (Arduino裝置+LED燈);
寫一個紅綠燈的程式II (透過DAQ,電腦螢幕顯示及控制);
寫一個程式,監控寢室一整天的環境變化(透過DAQ、Arduino、溫濕度感測器與光敏電阻等等);
寫一個程式,智慧(回饋)控制檯燈之照明。
透過程式與數位儀錶,得到電池的電壓、內阻與電量。
專題計劃報告書之作業,則包含
初步構想書(動機與問題發想、大略方法);
投影片進度報告(更精確的智慧系統架構與細節)。
創意規劃及教學模式
(一) 創意規劃
讓學員習得簡單又實用的電腦軟硬體技能,並應用在解決週遭問題上,以創造美好環境。
1. 鼓勵學生主動出擊尋求合作對象,幫助解決學校/社區/在地中小學之問題。
2. 激發師生熱情與凝聚力,不束縛學生的創造力,以有意義的目標引導學生,在與老師的互相激盪討論過程中完成作品,呈現給需要的人與環境。
3. 結合外部資源,部份學生之專題作品可與科技部科普計畫結合,做出適合國高中學生進行108課綱之探究實作實驗所需的科學實驗系統。
4. 讓學員學習未來重要的電腦軟硬體運用技能。在有限的資源下設法達成解決問題完成作品的目標。學員在打造系統及採購所需的材料過程中,體會一步一腳印的踏實及學習成本概念。作品以解決地區環境問題為主軸,能與在地學校合作,實踐在校所學之專業。
(二) 教學模式
本課程以TBL(team-based learning)與PBL(problem-based learning)方式進行創新教學。讓學生組隊合作,學習以智慧系統解決生活週遭或東部地區之環境問題。
教學上循序漸進,前半學期於課堂上進行基本技術教學。由教師簡短的解說示範後,學生用電腦教室的電腦跟隨操作練習。學期中之後,除講授真空技術之外,也讓各組進行報告討論,並於期末完成作品及展示。以此讓學生結合實作經驗,達到學用合一效果。
老師:曾賢德,辦公室 理學大樓B317,分機 3737。e-mail: sdtzeng@gms.ndhu.edu.tw
助教:蔡宇翔,實驗室 理學大樓B315,分機 3735。e-mail: 611014214@gms.ndhu.edu.tw
助教:邱仕傑 ,實驗室 理學大樓B315,分機 3735。e-mail: 611014219@gms.ndhu.edu.tw
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