二、研究計畫之背景及目的：

108課綱的核心素養希望學生「能適應現在生活及面對未來挑戰」，現代生活的周遭充斥著不斷創新的科技產品、各項資訊，以及所衍生出的問題。因此我們的國民更需要具備科學素養，能瞭解科學應用、善用科學方法及運用創新思維，面對生活中各種科學問題，能做出評論及行動。科學學習方法，當激發學生對科學的好奇心與主動學習為出發點，引導從既有經驗出發，經由主動探索、專題製作等多元途徑獲得深度學習。

近年來強調客製化與動手做的「自造者運動」(Maker movement)使得人人有機會成為創意的實踐家。培養孩子發現問題、解決問題、創造改變的能力(親子天下，79期，2016)。自然課程強調「手腦並用地解決問題，培養好奇心、探索力、思考力、判斷力與行動力。學生親身體驗「從無到能用」，課程貼近生活，學習變興趣(好讀周報，556期，2020)。學者研究發現，學生常以自己的經驗或嘗試錯誤來解決問題，但是面對科技的快速變動，科技學習無法再依循「試誤學習」的模式，而是必須統整與設計製作產品相關的數學及科學原理，以作為改良或創新(游光昭，2007)。

教育部已在課程目標明訂學生需具備探究及實作能力，並舉辦委請高雄師範大學辦理107學年度「自造教育及創新科技創意實作競賽」期望學生發揮創意，透過實際動手製作，從中學習與解決問題。也補助學校示辦科技教育教學與探索活動，計畫實施具備實作、校本特色、師資開放、合作共好原則。本校「自造者運動課程」已經10年，並將課程轉化成「聲光十色－光皮影傳奇」，參加教育部106教學卓越獎比賽，榮獲銀質獎。

 音樂是悅耳的音之組合藝術(李琴娟，2003)，是與生俱來在生活中不可或缺的一個重要元素。它賦予生命豐富的內涵，因其提供了表達的渠道而使生命富有特殊的意義（李茂興譯， 1998）。音樂的本質，是心靈中一種最自然的情感表達，經由聲音的高低、節奏的快慢、力度的強弱來表達心靈中所欲呈現的意念（姚世澤， 2000）。在表現音樂的範疇中，除了聲樂之外，器樂演奏也是音樂表現的重要形式。在國小實施演奏教學的重要性，在於透過器樂教學並配合適當的音樂教材與教學活動設計，使學生能充分的表現自我，以培養創造思考能力及對音樂的感受力，進而體驗音樂的各個元素與內涵，引領兒童進入音樂的世界（吳博明，1999；郭惠嫻，1997；張蕙慧，1996）。

 O’Kelly（ 1990）指出，直笛是目前為止最廣泛被演奏的樂器之一，在世界各地都有許多專業及業餘的演奏者演奏。音樂皇家學校聯合委員會（the Associated Board of the Royal School of Music）於1995 年的報導也指出，在大英國協有超過一百萬的兒童會吹奏直笛；且美國直笛協會（the American Recorder Society）在直笛的推展上具有強大的力量。而教育部（1993）於民國82 年修訂頒布之「國民小學課程標準」，在中年級目標的第四項就提及「培養兒童演奏節奏樂器的技能，並學習簡易曲調樂器」，並在綱要中明訂從國小三年級起習奏曲調樂器--直笛。謝苑玫（2002）就指出直笛因體積小、重量輕、吹奏技巧不難，能獨奏也能合奏，列入課程標準後很快就在台灣普遍起來。翁奉斌（1995）亦指出直笛在台灣的推展上，幾乎全省國小學生都已學過或接觸過。這期間亦隨著台灣區音樂比賽將直笛列為國民中小學的比賽項目及民間音樂教育團體的推廣，直笛已是一種最多人學習過的樂器之一（吳昭賢，2004）。直笛由於教學上普遍性及教師的需求性，各縣市教育局舉辦各項教師研習幫助教師專業成長(徐碧葵，2013)。由此可知，直笛是一種相當普及且具國際性的樂器。

本校團隊曾經執行教育部98年度中小學科學教育計畫專案「自製直笛，提升國小聲音單元的教學成效」開發出三種自製樂器，讓學童從操作中逐步發現聲音的原理。期待學生能從「做中學」，培養出帶著走的能力。第一種樂器是奧利多笛，奧利多笛音量大、音質優美，音域約有兩個八度，調音容易，適合做成簡易樂器，但有體積大、重量大及單人不易演奏多音的缺點。第二種樂器是珍珠奶茶吸管排笛，具輕巧、容易製作等優點，但音量小、不容易吹奏。第三種樂器則由前者延伸，進一步發現影響吸管直笛音高的因素有吹孔到音孔的距離、音孔的孔徑、下游音孔的開合、吹奏者氣流的強弱。另承辦教育部97年度中小學科學教育計畫專案「聲音具體化的教學活動以提升國小聲音單元的教學成效」也將聲音從抽象逐步走向具體化及視覺化。第一面向具體化，是利用一些分析音高及音色的軟體，讓學生可由視覺初步分析聲音。第二面向是聲音視覺化，運用一些基本素材，可自製一個滾筒示波器，在圓筒上做了一些改變，可以讓聲音及波形改變。另執行教育部106年度中小學科學教育計畫專案「以自製吐良，提升國小聲學單元的教學成效」此單元利用隨手可得的PVC水管，仿製出中國雲南景頗族的特有樂器－吐良。吐良的特別之處在於只有一個吹氣孔與管子左右兩側的開口，因此是利用氣的緩急及左右手的開閉，改變管子空氣柱的長短，發出不同的音高。此堂課程先由學生自我嘗試吹奏吐良，再由教師引導，探討發聲原理，並尋找出中國五聲音階的音高，最後完成曲子的吹奏。在108年度中小學科學教育計畫專案「以STEAM課程培養學生科學探究能力-以自製薄膜多多笛為例」，培養學生科學探究能力並以藝術融入STEM，使學生運用薄膜吸管笛變因，設計、製作薄膜吸管笛的依據，透過科學探索課程及創意思考引導，讓學生自造出薄膜吸管笛。更進一步，將美學概念運用於新情境，與新興科技結合，學生創意加分。在執行109年度中小學科學教育計畫專案「發展STEAM課程提升國小生科學探究能力-以回收保特瓶自製打擊樂器為例」時，利用回收保特瓶及廢棄的腳踏車氣嘴發展出0元打擊樂器。在110年度執行中小學科學教育計畫專案「發展STEAM國際課程提升國小生科學探究能力-以自製水管打擊樂器為例」，運用生活處處可見的水管，轉化成打擊樂器。

聲音教學是屬於十二年國教領綱中課題：自然界的現象、規律及作用，跨科概念：交互作用，主題：自然界的現象與交互作用，次主題：波動、光及聲音。其主要內容有聲音的產。生、傳播、音量、音高、音色、噪音與樂音及共鳴，聲音單元更是國高中波動物理學的重要基礎。在藝術與人文領域中，直笛是三年級學童必備的樂器，藉由直笛的吹奏，參與音樂，陶冶身心。在生活方面，聲音是日常生活中最常接觸的信息來源之一，它是人與人溝通和自我表達自我呈現的重要信息載體；噪音會干擾我們的生活品質，而音樂欣賞又是人類重要的休閒活動。經由本計畫之規劃，統整孩子的音樂與自然經驗，在知識和課程上統整聲音的科學概念及樂器的樂理，讓孩子不僅從科學的角度欣賞聲音，也能從音樂的角度欣賞樂音。本計畫藉由STEAM進行聲音的課程設計，藉以提升孩子的科學學習動機與科學概念，幫助孩子將日常所聽的「聲音」與聲音的原理結合，為本計畫之目標。

而本計畫實施STEAM跨學科課程統整模式，是由學生對生活中所遇到問題出發，鼓勵學生動手去玩、激發好奇心、鼓勵提問、探究及創意的發想，進而設計出一個問題解決的對策。從過程中培養學生良好溝通技巧、動手做、創新精神及實踐能力，更透過動手做活動，讓科學、工程、科技、藝術、數學相結合。(826全美，2018)(余勝泉，2015)

本計畫從三個面向著手，讓學童從親身探究中逐步理解、進而應用聲學原理。期待學生能從「做中學」，培養出能帶著走的能力，如表1製作音高精確的笛子製作流程所示，符合108課綱及杜威所說的做中學及十大能力指標中主動探索與研究、運用科技與資訊及解決問題是相同的道理。第一面向是經由STEM課程統整模式的探索、思考、分析、創造與學習，讓孩子能解決問題，找製作音高精確的笛子之變因。第二面向則為將藝術融入STEM，使學生運用製作音高精確的笛子變因，設計、製作音高精確的笛子的依據，透過科學探索課程及創意思考引導，讓學生自造出音高精確的笛子。更進一步，將美學概念運用於新情境，與新興科技結合，學生創意加分。第三面向是將實作課程做轉化成英語，並與夥伴學校關係進行國際交流，包括實體及網路的國際交流，讓學生透過體驗學習。

吸管直笛製作如下所示： 

       吸管直笛使用吸管製作，所需成本不到10元；能讓學生瞭解當吸管打洞改良、不同孔徑、塞子材質及位置、孔徑微調。透過控制以上因子，製作出一支音

高精確的吸管笛。透過控制以上因子，發現音高精確吸管笛製作方法，是一種值得推廣的教具。

本計畫有個目的： 

（一）探討「製作音高精確的笛子」的相關科學內涵與技術。

（二）開發、設計以學生為主體及執行發展學生學習力的素養導向學習教學策略。並以STEAM模式設計「製作音高精確的笛子」教學活動方案。

（三）促進研究者科學專業能力及以 STEAM模式設計科學教學活動的能力。

(四)組織跨校、跨領域教師團隊，進行共同備課、觀課及議課，發展STEAM課程。

(五)培養社群成員成為「備課、觀課、議課、演示、典範分享」的素養導向種子教學教師，並到校外推廣。

(六)與夥伴學校(印度Mount Abu Public School)透過視訊進行課程交流，擴充學生國際視野，進而培養學生具有國際思維的「全球公民」。

三、研究方法、步驟及預定進度：

(一)研究方法：

龍海國小，學生數383，學區僅一個忠和里的社區小型學校，學生家庭背景，接受補助、單親、外籍配偶子女比率高達33%。家長多務農或屬工業區勞動工作階層，龍海國小學生身分別如圖11所示。

龍泉國小，學生數819，為龍井區中型學校，弱勢生大約29%，龍泉國小學生身分別如圖12所示。

本研究採行動研究的方式，從初步的計畫到反覆的行動、觀察、檢討過程中所面臨的困難一一篩檢，再提出解決辦法，修正計畫，再繼續行動、觀察、檢討。深入問題核心，尋找具體可行的教學改進之道。研究者擬定此次的研究計畫，教學設計流程如圖13所示:主要以STEAM課程統整模式來發展此次的教學課程，因此針對探究教學與聲學相關的文獻進行探討，再經由文獻中提到的問題加以修正，並與專家學者及合作的教師群共同設計素養導向的聲音教學課程，接著以設計好的課程來實施教學，先針對龍海國小30名學生進行教學，教學後，與合作的教師們討論學生學習的狀況與教學上遇到的問題，並擬訂解決方式，對學習單與教學方式進行調整，再對龍泉國小30名學生進行教學，觀察是否有解決問題。      

 本研究在訂出研究範圍後，即開始文獻資料蒐集，了解目前製作音高精確的笛子的方法及理論，做為聲學具體化課程發展的基礎。編寫教學資料，進行教學，並蒐集相關資料。

1. 文獻資料蒐集，前置訓練 

   • 蒐集及分析資料、文獻探討、決定目標及內容、及評量工具的編製。 

2. 製作音高精確的笛子

   • 使用單變因實驗來瞭解製作音高精確的笛子。 

   • 透過操作的學習統整自然課程中聲音高低概念。 

3. 製作音高精確的笛子的教案

   • 製作音高精確的笛子的教案。 

   • 進行實驗教學，使用學習評量、學習單，進行學習成效分析。

   • 檢討改進教學教案，提供其他教師教學參考。

4. 建立製作音高精確的笛子的網頁

   • 將計畫成果上網，提供全國教師教學參考。http://www.lhes.tc.edu.tw/科教專案

5. 辦理觀摩研習，推廣教育成效 

   • 辦理校內教學觀摩，提升教師專業成長。 

   • 配合教育局辦理市內教師研習，並分享研究成果。 

6. 跨校聯盟 

   • 辦理STEAM科學實作營，兼顧科學素養的培養及扶弱目標。

   • 十校合作成立跨校跨領域科學實作社群，共同備課、觀課、議課。 

   • 學生操弄實驗變因進行科學闖關，辦理全校科學營。 

   • 將STEAM成果與國際夥伴學校分享。