千碩STEAM教育

製造、自找、自造專欄

    第7個回合了，我們把前置作業建構完成，也把該注意的限制條件考慮清楚了，終於成功邁出第一步，開始進入正式設計階段。首先，挖土機的大小應該要多大呢？其實這個跟我們想要的視覺效果有關係，10cm？拜託，馬達就多大了，整體10cm的大小，這種感覺不就像是一台小車，結果裝上飛機的推進引擎嗎？

綜合一些外觀視覺的考量，我們把大小訂在25x15x30 cm³這個區間上下的範圍好了，先不要把尺寸限制得太死，這樣無止盡的增加打怪難度，雖然符合自找麻煩，但最後只會落得放棄不想做這個下場。

​​​​​​我想有很多家長跟我一樣，小時候只要用一張紙就可以玩到天黑忘記回家。不論是比誰摺的紙飛機看誰的造型最炫又能飛得最遠，還是折一個「東西南北」來決定誰的下場，都是我們那個年代單純又有趣的娛樂。

摺紙其實也是個很棒的教學工具。在摺紙的過程中，小朋友可以加強對幾何概念的理解、增強立體空間概念的能力、藉由折1/2或3/1張紙來學習分數的應用、學習很多形狀都不只一種摺法。此外，在摺紙也是個學習科學的好工具。藉由折成立體的形狀，可以讓小朋友更能理解分子的多面體形狀，而經由把紙摺疊成手風琴的形狀，也能發現薄薄一張紙變得堅固了許多，這就是橋的概念。從有趣好玩的摺紙就能學到科學、技術、工程、美術，和數學，這不就是STEAM嗎?

近年來，科學家也發現了這個存在幾千年的工藝在科學研究上的好處。美國國家科學委員會甚至還成立幾個專案，將科學家跟摺紙藝術家聚集起來，把摺紙技巧用在工程設計中，從醫療鎳子到可折疊得太陽能板，都能看到摺紙的影子。

下面這個網站裡有很多摺紙教學，讓你成為孩子崇拜的對象:D

http://en.origami-club.com/

今周刊第1000期的特別報導，最強公民國，瑞士，這個國家有許多先天的條件與台灣類似，土地面積不大，缺乏天然資源，台灣四面環海，瑞士四面環山，發展中所需要的原物料，台灣與瑞士皆需要從國外進口。

早期的瑞士，生活貧窮，大量的青壯年人口需要輸往周邊國家，才能賺取足夠生活的金錢，但瑞士的人民卻發現，不能在自己的家園創造足夠的就業會，不是長久之計，因此他們開始尋求改變，改變的方式有很多，教育是其中之一。

瑞士的教育著重在引導，不是一昧的灌輸大人的想法在學齡孩子身上，在小學生的課堂上，我們可以看見學生樂於與老師分享自己的想法，大家踴躍參與討論，卻又謹守分際，同一時間只有一個人發言，彼此互相尊重。這樣的教學模式，引導了學生自主思考，同時也教會了他們每個人都有發表意見的權利，每個人的發言都應該獲得尊重，在這樣的學習條件下，每個學生都能逐漸地培養，懂得提出看法，並且言之有物。

在台灣，喊了很多年的教改，我自己一路從幼稚園到博士畢業，待在學校學習的時間不可謂不長，但我認為教改的意義不在於學習內容的更改，當然順應日新月異的生活所改變的課程內容，確實有其必要性，但教改更重要的是教學模式的轉換。

這幾年創新教育、翻轉教室、STEAM教學等新的教育模式逐漸被提倡，讓台灣死氣沉沉的教學體制逐漸露出曙光，希望這個現象能夠持之以恆並且被更廣大響應，讓台灣能夠像瑞士一樣，創造出享譽國際的精密製造工業，以及雀巢、諾華、羅氏、瑞銀集團、蘇黎世金融服務集團、瑞士信貸集團…等在各個領域首屈一指的企業集團。

製造、自找、自造專欄

前置作業我們都建構完成了，在攻克下一道道關卡後，等在後面的就是一馬平川，海闊天空任遨遊了 \^o^/，唉…，夥伴們，打開門後我們才會發現，幻想往往總是美麗的，矗立在我們眼前的是一座座天塹，等待著挑戰的人。

在讀了國內外許多STEAM的相關文章後，會瞭解到STEAM教學的核心在於讓學生可以運用結合科學、技術、工程、藝術、數學等學科的知識來思考如何解決進行專題時遇到的問題，但STEAM的內涵不只是這樣而已，因此在這邊跟大家分享在跨學科教學之外，STEAM的3個核心精神。

1. 團隊合作

進行STEAM教學時，需要將學生分成小組，一起來完成專題。在協作的過程中，學生需要運用運籌帷幄的人際技巧來跟隊友溝通，也要學著表達與尊重別人的意見，才能發揮團隊的力量來完成任務。

2. 動手做

在STEAM課程裡，結合跨學科知識來構思創意只是個起頭，更重要的是要把idea具體創造出來，如此才能知道方案在現實世界是否行得通。

在了解了STEAM課程的優點後，下一個挑戰就是要了解”HOW to “設計出成效優良的STEAM課程。在爬了許多網路文章後，發現  ANNE JOLLY 女士的 <12 Steps to Great STEM Lessons> (http://www.middleweb.com/4328/12-steps-to-great-stem-lessons/ )這篇文章，翻譯大綱如下：

1. 選定主題，以能運用跨領域學科來解決的問題
2. 將主題與在現實生活會遇到的情況相連結
3. 明確定義課程的S、T、E、M 挑戰
4. 決定怎樣的學習成果才算是“成功”
5. 運用Engineering Design Process 來規劃課程
6. 協助學生察覺挑戰
7. 讓學生(小組)「動手」研究挑戰的內容
8. 鼓勵小組構思創意來解決挑戰
   ※ 務必讓學生練習對一個問題提出多重方案來解決。這是使STEM課程有別於其他俗套的實驗室課程的關鍵。
9. 引導小組選擇構思(idea)，進行測試並建造原型(prototype)
10. 協助並促進小組對原型進行測試與評估的過程
11. 使小組參與對測試發現的討論
12. 若時間有餘裕，讓小組有見賢思齊的機會來重新改良設計

在整個教學過程中，除了著重團隊合作、實際動手做、構思創意，對原型進行測試與改良，更重要的是教師要多點「教學引導」 (guidance)，少些「操作指示」 (instructions)，讓學生可以獨立思考方法來解決問題。

千碩STEAM教育:  https://lihi1.cc/4uNg4

NASA工程設計流程Engineering Design Process

網址：http://www.nasa.gov/audience/foreducators/plantgrowth/reference/Eng_Design_5-12_prt.htm

教育的理論往往都建築在同一個基礎架構上，再透過不同的解釋與方法去達到想要的目的．之前我一直在提的PBL--問題導向式的學習理論：透過問題來引導學生在學習的時候去思考、解決問題，剛好跟最近在看的美國太空總署的工程設計流程可以吻合且有相同的教育概念！

美國太空總署的工程設計流程第一步是先定義且提出自己的問題，接下來確認面臨到的限制跟困難也就是環境的部分，第三步開始腦力激盪出可能的所有解答，進而產生新的想法，第五點是發現所有的可能性，然後從中選擇一個最有可能的方法，有了方法之後建立一個方案或解決問題的架構，最後用上面的架構去重新改進我們遇到的問題或者是產品的設計，以此再繼續循環下去．如此的架構其實就是一個問題導向式的學習中間，老師應該要引導學生進行的過程，在學習的過程當中，透過問題來引導學生，每個問題是一個建構在主要教學架構中循環，讓學生知道學習的目標後透過各個問題（循環）來達到學生思考與教學的意義．

美國可以做到，在高等教育中可以做到，為什麼在Ｋ-12我們不能試著用這樣的方式讓學生去快樂的學習．我相信已經有很多老師在試著讓學生用這樣的方式學習，無論是翻轉教室、手作教室、Marker等，都有這樣的意念在裡頭，在學校填鴨式的教學中，我想家長可以做到的是找到這樣的老師，讓自己的小孩跟著自己覺得好的老師走下去吧！

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經過前面幾個回合的努力，該是開始構思我們的主題「玩具怪手」設計圖的時候了，但是該怎麼進行第一步的繪製呢？

徒手畫？我想我畫出來的等級可能會非常地接近抽象畫，不是我自己自誇，我的繪畫天分可是不管任何年齡層看到都保證一定會「搖頭」\(╯-╰)/。

在對STEAM有基礎瞭解後，很多家長應該會有個疑問：藉由動手做來學習科學跟數理邏輯的STEAM課程，跟其他坊間的科學實驗課程相比，有甚麼不同?

以下有5個理由跟大家分享：

1) 多元能力養成

有別於坊間的自然實驗教室多著重於科普知識的涵養，STEAM的特色在於更廣域的科目結合，整合科學、科技、工程，與數學等學科，同時也加入藝術的元素，讓孩子可以發揮創造力。STEAM課程可以讓學生在動手學習科學的基礎上，更多元發展能力。

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上一回合我們決定好要使用非金屬的雷射切割機做加工製造，因此材料的使用上就不能再選擇鋁合金，這也是為什麼我們說選擇材料與選擇加工方式，聽起來是2件事，但是要當作單一事件作處理。

回歸正題，非金屬的雷射切割機只要是非金屬材質都能切嗎？當然不可能功能這麼強大，一般來說能切割的材質包含塑膠類、紙類、布、皮革、木板等材質，但因為選用雷射功率的不同，能切割的厚度也會有限制，正常的情況下，選用50W的雷射功率(CO2雷射)，要切割厚度5mm的壓克力，就跟用熱刀切奶油一樣容易。