高雄師範大學科環所蔡執仲    高雄市立勝利國小 林芸芝、林宗正主任

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        如何進行與套裝教具不同的能源科技教育，對於現場教學而言，一直是重要的挑戰。在先前的教學中，以「風力發電機」為主題，純粹只是從網路搜尋資料中，得知這是有許多的材料包可供教學，因此選擇這個主題。本以為這是個容易進行的題材，與學生討論的過程中，令我驚訝的是孩子們提出許多的疑問，而這些問題是脫離既定的想法，並且有熱誠想要將這些教學模型應用於生活之中。此外討論的過程中，學生呈現出自己的想法，但是缺乏落實的實際行動，而這些觸動了教師嘗試讓學生，能夠成為maker製作出自己想要的作品，並且同時融入STEAM(科學-科技-工程-美學-數學)的跨領域應用，將學生將所學到的知識與技能，能落實設計出增加校園美感的風力發電機。

        配合學校既有的Maker教育，提昇學生的實務經驗與技能，培養學生解決問題的能力，從過去只有教師「給予式」的教學，讓學生從單方面的「想」的學習模式，到現今「創意」與「實作」的「實踐」展現，這也能夠滿足教師的好奇心，孩子們能帶給教師什麼樣新的思維，又如何能利用現有的設備與空間，創造出什麼樣的可能性。

        在教學初期，必須要教導學生基本的知識及操作的技能，包含學會繪圖軟體的使用。3D繪圖重視空間概念的展現，是將2D平面圖轉換成3D立體圖，對國小學生是一大考驗，學生會擔心自己的繪畫能力很差，會影響學習3D繪圖的學習，需要有相當的想像力和空間幾何的知識為基礎，但學生經由多方嘗試而突破某些關鍵點後，在螢幕中所呈現的圖像，除讓學生有成就感外，也能培養學生在3D幾何圖形的概念。

        僅僅讓學生用視覺的方式進行討論，對整個教學而言，總是有無法解釋的地方與盲點，如何以簡易的方式，讓學生實地測試其想法是非常重要的。因此運用學校既有的3D列印機，列印出各個設計的部件並加以組裝，然後測試其實際產出的功能，所訓練的是學生的系統性思維。對教師與學生而言，有具體能夠討論的模型，可以提供測試的依據，而組裝後模型需要更進一步的加以修飾。在實際動手操作的過程，讓學生體會到順利運行的機械裝置，需要歷經不斷的測試，也必需承受失敗的經驗，而這些失敗的經驗，可化為持續學習的動力，因為承受失敗的本身就是對於成功的渴求。過程中，教師除了成為支持學生持續改造模型的力量外，還必須與學生相同扮演初學者的角色，在不熟悉或碰到難題的地方，師生間共同找出問題、研究變項、討論策略、精進作法等精緻化的學習過程，而這就是真正的學習。

        有可供測試的模型，對於教學上可進行探究的教學，教師運用每個人所設計出來的模型，討論誰的模型具有最高的「價值」，從對「價值」的定義，可延伸出不同的研究變項，如誰的模型使用的材料最少、最堅固穩定、外型最具美感以及那個模型所能產生的電最多等，因此為了達到最「適」機器的定義，教師必須帶領學生進行科學性測試並進行實驗設計。

        因此整個歷程中，所有風力發電模型都是學生自己討論，自己決定變項，自己繪畫設計圖，最後經由3D列印成品出來。

        在設計期間，學生任何天馬行空的想法，都可以立刻添加上去；例如，討論扇葉造型時，孩子很天真的想要畫出鐵扇公主的芭蕉扇。我回答：這有什麼問題呢，只要畫得出來，任何形狀都可以嘗試，讓學生充分發揮其創造力與想像力。

        實驗過程也能創造出問題解決的情境，在測量發電量的時候，發現模型和發電機無法完全相合，發電機軸心會隨著模型旋轉，導致影響發電效率，因此重新設計並繪出新的圖樣並加以輸出。3D列印的優點就是可重新組裝出新的模型，除立即修正錯誤外，還可加以驗證新想法的可用性。在解決問題的過程，參考網站上螺絲與螺帽的構造，設計新的螺紋組合，在發電機軸心放置螺絲，在模型的中柱修改成螺帽，只要兩者一轉一卡，既牢固又方便更換不同的部件；而為了確定尺寸，公差的換算就讓人困擾不已，只能用最笨的方法，列印出可能的尺寸，一個一個嘗試驗證出正確的數據，進行試誤學習。而這就是完整的探究歷程，討論出測試的變項，設計記錄的表格，運用儀器收集數據、整理數據、分析數據，在比較不同的數據後，找出問題、判斷問題影響程度、修正問題、然後重新加以測試，找出最佳的模型。

        除了探究能力的培養外，最重要的是讓學生瞭解，學習的歷程與人生相同，總是會面對不同的困難，重點是碰到難題時，要以什麼樣的態度去進行思考，教學不再是給學生「成功」的經驗，而是讓學生有面對「失敗」的正確態度，面對失敗然後找出方法來解決問題。藉由能源科技相關議題進行教學，並輔以Maker教育的精神，學生能夠不再等待老師來「拯救」他們，而是願意拿起螺絲起子、斜口鉗、板手嘗試解決問題。以往教師也會憂心是否給孩子們太多壓力，但最後學生的表現常常會出乎意料之外，或許是因為平時為學生「做太多」，卻忽略他們其實可以做得更好，只是欠缺機會去驗證學習的成果。任何創意都值得被珍惜，任何錯誤都值得被重視，學習的重點是在於如何思考以及找出解決的方法，學生的興趣與信心，是可在過程中培養出來的。