張毓鑫老師¹、林玄良教授²

屏東縣國民小學¹、高雄師範大學工業科技教育學系教授²

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筆者任教於屏東縣恆春半島，具有多元且豐富的能源設施，包括台電第三核能電廠、風力發電機、太陽能發電設備等，是進行能源教育之優良場域。恆春地區氣候炎熱，且太陽日照時間不易受到陰雨天的影響，學生於日常活動經常能感受到太陽光的熾熱，卻極少體驗將太陽光能應用在日常生活的經驗。筆者觀察國小學習障礙學生普遍在學科學習較欠缺動機，對於能源概念及環境議題的了解亦不足，因此決定設計課程帶領國小高年級學習障礙學生認識能源。筆者搜尋許多教學模式與方法，發現STEM統整式課程融入了科學（Science）、科技（Technology）、工程（Engineering）及數學（Mathematics）等學習領域，相較於單一學科領域之學習，更強調培養學生統整知識應用在解決生活問題之能力。另外，6E教學模式（Engage, Explore, Explain, Engineer, Enrich, Evaluate）乃依照每個階段循序帶入主題概念，能協助學生理解知識，並將學習與日常生活結合;美國國際科技與工程教育學會（ITEEA）運用6E教學模式導入STEM課程進行教學，發現該教學模式能提升學生運用學科知識解決生活問題之能力。因此，筆者運用STEM統整式課程及6E模式為教學架構，並以自造（Maker）教育的理念設計跨領域及動手做之課程，帶領學習障礙學生認識能源，應用唾手可得之回收紙箱等器具，結合簡易科學原理及數學概念整合領域知識，製作可供烹煮食物的太陽能鍋；期能透過實作過程，引導學生將相關學科應用在生活中，體會到運用再生能源能達到環境保護、自然生態健全與永續生存等目的。筆者以能源議題為主題設計的跨領域學習內容，如STEM教學分析表所示。

 

 

課程中將以能源議題為主軸，以STEM統整式課程及6E教學模式為架構，設計跨領域教學活動，課程內容連結自然科學、數學及環境教育與能源教育等議題。筆者蒐集課堂學習單、課後訪談回饋、協同教學者觀察紀錄、筆者的教學省思等質性資料進行分析，以瞭解國小高年級學習障礙學生參與STEM課程前後，在科學、數學等學科學習表現及學習態度與接受度之情形。筆者自編之STEM課程理論融入能源教育教學活動，共設計十二節課，教學活動採一週實施兩節課的方式，教學活動在一個月內執行完畢。筆者將教學活動設計為四個單元，課程架構如圖所示。

 

運用STEM課程及6E教學模式的架構圖

 

第一單元以學生日常生活常看到能源相關設施導入課程，引導學生認識再生能源與非再生能源，結合網路資源搜尋台灣電力公司網站之發電資訊，探討各種發電方式之優勢以及對環境可能造成的破壞。指導學生查看電器標示及計算電費，將抽象的耗電度數轉換為較具體的電費金額，使學生更能感受到隨手關閉不使用的電器，將省下的電力累積起來，能夠節省很多電力與金錢。

第二單元藉由影片了解西藏民族直接運用再生能源取代電力及燃燒瓦斯的做法，並討論使用電力及瓦斯等能源的便利性，透過影片與學生討論西藏民族使用太陽能鍋煮水，帶領學生認識光的特性、光在生活中的應用，以及如何聚集太陽光等科學概念，並以生活例子及簡易實驗說明顏色深淺、材質與吸熱之關係。進行素材顏色深淺及吸熱與放熱之概念教學，考量學生僅為國小階段，在基礎知識與理解能力均偏弱，教學過程多以生活實例、實驗活動與討論等方式，使學生透過簡易實驗活動，提升對科學概念的了解。

第三單元透過動手做活動，讓學生將前二個單元學到的科學概念，應用在製作紙箱太陽能鍋，並加入裁剪紙箱運用到數學立體展開圖，以及調製白膠水所運用到的比例概念，提供學生將習得知識實際應用的機會。透過小組動手製作紙箱太陽能鍋活動，培養學生溝通、協調合作、問題解決及創新等能力。

第四單元讓學生使用製作出的紙箱太陽能鍋，運用太陽光照射進行烹煮雞蛋實驗，實作過程讓學生調整紙箱反光角度，聚集太陽的光和熱。此單元共進行兩次實驗活動，在第一次實作後，引導學生討論並修正紙箱太陽能鍋，再進行第二次實驗活動。透過第一次與第二次實驗過程，讓學生發現問題，並運用所學習到的概念知識進行問題解決。

 

紙箱太陽能鍋的教學情形

紙箱太陽能鍋的實作情形

 

本研究以能源議題為主題，以STEM課程理論進行跨領域教學設計，結合在地化能源相關設施，與相關領域專家討論修正後，發展出以國小高年級學習障礙學生為對象之能源教育課程。依據筆者及協同教學者於教學觀察發現，符合學生生活經驗之教學內容，能提升學生課程參與度，平常學習容易自我放棄、不願意表達想法的學生，學習過程也願意主動嘗試並表達想法，透過動手做活動、討論並修正紙箱太陽能鍋等學習歷程，發現學生在筆者的引導下，能運用知識解決所遭遇的問題；針對國小學習障礙學生進行STEM課程理論融入能源教育課程具體可行，且學生參與教學活動後，在認知、情意、技能之學習表現均有所提升，依據學生訪談紀錄及教學觀察，顯示學生對教學活動持正向態度且積極參與。