國小學童科技理論解決生活問題策略之研究

─以高樓逃生工具設計為例

陳建旻

國立高雄師範大學工業教育學系碩士班 碩士生

cmc2567@ms38.hinet.net

壹、 前言

接受教育是國家賦予每位國民的基本權利，而在九年一貫課程的教育體制下，國小學

童均有較多的機會可以接受到許多的科技理論知識，而日常生活中，許多問題發生後，均可利用所學的科技理論來加以解決，是故研究者想在在國小學童已具備的科技理理論的前題下，探究國小學童是否具有可解決日常生活問題的能力，以做為日後教學活動的參考依據，冀未來的教學中，可以將科技理論與生活問題解決能力相結合，除融入生活情境外，也提升學童問題解決能力。

研究者在教授自然與生活科技課程時，學童討論到高樓火災救災困難，而同學提出曾看過

桃花心木種子成螺旋式降落，及螺旋槳扇葉旋轉時的平衡原理，是故，學童想利用既有的科技知識，在設計一種高樓逃生裝置，以減少這種高樓逃生傷亡情形發生。而在研究過桃花心木種子降落的情形後，學童利用已知的科技理論，利用桃花心木種子飛行原理，將一片翼改為兩片翼，增加其穩定性，並利用葉片因降落過程中推擠空氣的反作用力而旋轉原理，融入所設計之高樓逃生工具之中，是故利用不同之翼長及基座比例，測量在不同基座上的物重、不同之基座角度，最穩定且飛行最久之高樓逃生裝置，並實際在火爐的模擬情境下，測試是否會有不穩定的情形發生，以找出可以實際應用在高樓火場逃生之工具。

貳、 研究目的

本次研究的主要目的是為了找出哪一種逃生工具設具是最適合作為高樓火場逃生之用：

一、找出哪一種比例的逃生工具設具飛行最穩且飛行時間最久。

二、底座的角度是否會影響飛行的穩定？

三、底座上物體的重量是否會影響飛行？

四、在載有不同重量的物體時，哪一種比例的逃生工具設具是最適合飛行的？

所找出來合適的逃生工具設具，應用於火場時，是否會讓火焰的氣流影響而不適合飛行？

參、 文獻探討

本研究的文獻探討分成二部分來討論：

一、問題解決之意涵及相關研究

二、問題解決策略與科技專案學習的關係

一、問題解決之意涵及相關研究

(一)問題解決的意涵

所謂「問題解決」就是在個體遭受問題後，心理產生緊張狀態，是故為了解決問題，將個

體舊經驗、知識或技能加以整合並做出有效的反應。而對於問題解決，問題解決學派也提出其論點，認為當個體發現問題後，會進行如何處理的過程，同時提出問題解決的策略及方法。以獲得預期目標的過程。

(二)問題解決的步驟

國內外許多學者都對問題解決提出其論點，也提出不同的解決步驟，而綜合學者的觀點，

整理如下：

1. 發現問題：個體對事物產生困惑及挫折

2. 確定問題所在：找出真正的問題

3. 蒐集相關資料

4. 進行問題假設，擬定數個可行方案

5. 檢驗將可行方法，以進行問題解決，以找出最佳解決方法

6. 進行事後的分析、檢討與應用：檢討可行方法的可行性及應用性

綜上所論，問題解決強調解決的過程，尤其是問題的找尋方式及探究，而對事後的分析與應用，也多所強調，是故，在專案學習的過程中，尤其應著重在問題的發現與找尋問題的過程，讓學生可以從實作過程中找尋問題的所在，培養學生解決問題的真正能力。

二、問題解決策略與科技專案學習的關係

(一)策略的意義：

策略是指為了達成某一特定目的所採取的手段，表現在對重要資源的配置方法(許士軍，

2004)，而國內外有多學者也對問題解決策略提出看法，認為個體面對問題時，為避免產生壓力或害怕，而透過其認知或行為處理問題的過程。

(二)問題解決策略：

國內外學者也對問題解決策略提出其看法，茲就學者所提出的看法，羅列如下：

1. 採取正向策略：以積極的態度，直接針對問題進行決解，而其做法大致有：尋求可用之外在資源、進行自我省思及改善個人與環境的關係。

2. 採取不回應策略：個體面對壓力或挫折時，選擇逃避、責怪他人及聽天由命的行為，態度消極退卻。

3. 採取負向策略：個體因壓力產生情緒失控，因而攻擊他人、傷害自己或採取其他違反社會行為規範的行為。

(三)專案學習的意義：

專案學習(Project-Based Learning,簡稱PBL)是一種以學生為主體的學習導向，老師藉由適時的引導，並經過開放性的學習策略，讓學習者以分組討論或實作的方式，來尋求問題的解決方式及答案。

國外Blumenfeld等數位學者也指出，專案學習是藉由知識或技能的專題，將數個不學領

域的學科進行統整，讓學生在有限的資源下設計出解決方案，使學習者不只學到解決問題的知識、能力，也能學到如何應用知識。

綜上所述，專案學習是一種以學生為主體的一種有效學習及教學策略，能有效引導學生思

考、自我判斷，並從中找尋問題的所在。專案學習通常以小組合作的方式進行學習，並透過多樣化的活動，建構學生的能力，將學生的知識、基本能力及學習態度三者結，提升學生的科技領域的知識及視野。

(二)專案學習的特質：

國外學者Berger（1999）認為專案學習有以下特質：

1. 專案學習是一種課程，以專案為核心：以專案為主，其他為輔的教學策略。

2. 強調學生應全心投入：強調學生應具有責任心，主動學習及探索，是一種以學生為主體的建構式學習

3. 經常性的回饋機制：定期的評量與省思，讓學生可以實際的工作經驗中學習解決問題的能力。

4. 強調學生發揮創造力，影響學生生活技能，

(三)科技專案的實施步驟與問題解決策略之關係：

面對生活中片段且支離破碎的知識背景及經驗時，科技專案的實施可以貫穿這些知識、概

念及程序，使其成為一個有系統的後設認知，讓學生可以採取正向策略，以積極的態度尋找可解決問題的資源，從而達到問題解決之最終目的，其程序如下：

1. 科技專案的概念化：因學生一開始尚未建立起相關的概念，此時教師必須引導學生建立相關概念，使對專案有較明確的方向。

2. 問題與議題的分析：指導學生進行議題分析。

3. 資訊搜集：指導學生搜集資料，並進行解決問題的參考

4. 發現問題與修正：;專案學習是一種不斷找尋答案的過程，而透過不斷的找尋答案，來修正自己的研究方向。

5. 規劃與發展科技專案：根據所欲研究的問題，進行科技專案的設計，來求得問題的解決答案。

6. 實施科技專案：進行科技專案之相關實驗或研究，以瞭解解決問題的策略。

7. 解析結果：將研究過程所得到的資料，利用圖表、模型轉換成有意義的結果。

8. 結果分享：藉由作品的分享來驗證學習的成果，達到互相交流的目的。

綜合上面所述，科技專案學習主要是讓學生採取正向之問題解決策略，從環境中尋找可用

資料，並尋求同儕幫助，設法改善不利之因素以解決問題，並在事後進行分析與自我省思，以達到未來可以結合生活之目的。

肆、 研究設計

一、 研究方法：

本研究是研究者利用教授自然與生活科技課程時對高年級學童實施高樓逃生裝置設計實

作課程，研究者採用參與觀察、訪談、研究手札和蒐集相關文件資料進行分析，將觀察結果及研究手札內容整理成文字，觀察紀錄國小高年級學童參與高樓逃生裝置設計學習之歷程研究。

二、 研究對象

研究者所任教之學校位於高雄市區，是一所中小型學校，全校普通班共有19班。研究對

象的選取以高年級學生為主，其原則為由於高年級學童已接觸過「平衡」與「力」兩門課程，故研究對象的選定，以高年級學生共計六位來參與此次課程活動，學習歷程採用合作學習模式進行教學

三、 研究工具

研究工具句括教室觀察紀錄、研究手札、學童訪談及學生作品。

(一)教室觀察記錄：觀察學童製作酒櫃的歷程中所遭遇之困難與解決問題模式，並詳實紀錄其互動情形。

(二)研究手札：每次製作過程中，學生將酒櫃製作所遭遇的問題及解決的方式及想法，利用文字及圖表紀錄下來。

(三)學童訪談：由研究者藉由參與學童的口述，紀錄孩子製作前後期之學習及態度的改變。

(四)學生作品：高樓逃生裝置設計是本次實作課程的主題，利用合作學習的方式給予學生創意思考空間，利用紙張及簡意輔具工具創作出簡易的高樓逃生裝置，再經由模擬火場之的情境，來驗證學生所設計裝置的實用性。

四、 研究過程與方法

(一) 第一階段：科技理論概念的基礎訓練：

研究者先選定研究主題及對象，並購置相關的器具與材料供研究對象學習使用。此階段之

教學重點為科技理論概念之回溯，以為未來實際操作的能力建立基礎。

(二) 第二階段：找出適合比例的高樓逃生裝置：

第二階段之教學主題是讓六位高年級學童著手進行高樓逃生裝置之設計，在小組同儕學習

模式下進行，觀察學童創意思考與互助合作能力是否展現。

1. 一開始為了改善桃花心木種子飛行不平衡的影響，我們利用其形態上的構造，改成具有兩

片翼的飛行物，並將其改造成底下圖(一)的形態：

圖(一)

2.為了找出最適合飛行的比例，我們將實驗物的翼及底座的長度做改變，當下面的基座縮短0.5公分時，上面的兩翼增加0.5公分，依此方式做出不同比例的實驗物共18組並進行測試。

(三) 第三階段：驗證高樓逃生裝置實驗物的準確度－重量及角度的實驗：

讓六位高年級學童著手進行高樓逃生裝置之改善，觀察學童在小組合作學習的情形下，可

否順利的改進裝置，達到更佳的逃生效果。故將之前高樓逃生裝置的實驗物做以下的改變：

1. 在不同比例之實驗物的基座加上不等重量的物體，如圖(二)所示：

圖(二)

2. 將1~18號之實驗物的基座改為以10度、20度、30度、40度、50度、60度、70度、80

度、 90度、100度、110度、120度、130度、140度、150度、160度、170度的角度為 基底，用來測量在不同的角度下，是否對其飛行有所影響，並且在基座加上重量不等的廻紋針，藉以獲得更準確的結果。

(四) 第四階段：驗證高樓逃生裝置實驗物的實用性－火焰氣流影響的實驗：

讓學童在擬真的情境中，以擬真之火焰氣流來實際測試高樓逃生裝置的穩定性，以做為後

續改善的依據，也可考驗學童解決問題的能力。

1.為了可以讓本次研究的高樓逃生裝置應用在實際的火場逃生，也為了考驗學童解決問題之能力，故設計此一實驗。

2.利用卡式爐產生的火焰氣流對高樓逃生裝置之實驗物的飛行影響的情況，來推論在實際應用在火場逃生的情況。

3. 取出先前測得最穩定的二組實驗裝置，分別夾上一個小廻紋針、二個小廻紋針及一個大廻紋針，測試在不同重量時，於火場中對其飛行是否產生影響。

(五) 第五階段：個案觀察與記錄研究：

進行六週之行動研究後，研究者藉由訪談學童，並結合研究手札及教室觀察紀錄後，紀錄

學童學習成長情況。

伍、 研究發現

一、 國小高年級學童能在小組互助下完成高樓逃生裝置設置：

小組合作學習之目的是希望同儕之間可以互助合作，互相引導彼此找出問題，最終完

成作品。而在本次研究中，學童在各階段中，彼此互助，完成高樓逃生裝置裝置，且在各種擬真之火場實驗中，均可以有效達到遠離火場之逃生效果，證明在實作課程中，若可以適時的藉由小組合作學習，可以有效解決生活的問題。

圖(三)：火場逃生裝置設計步驟 圖(四)：學生設計過程

二、 國小高年級學童能夠有效利用科技理論解決日常生活問題

國小高年級學童在進行高樓逃生裝置的製作過程中，可以適時的利用科技理論來解決飛行

不穩的問題，且所應用的科技理論除了是在自然與生活科技課程內所學習到的之外，還應用正式課程以外所學習到的科技理論基礎，只要授課教師適時的引導，教學環境規劃完善，國小學童也有能力解決日常生活問題。

圖(五)：角度與飛行穩定之關係圖 圖(六)：角度、重量與飛行穩定關係圖1

圖(七)：角度、重量與飛行穩定關係圖2     圖(八)：角度、重量與飛行穩定關係圖3

三、 國小高年級學童可以從周遭環境找尋材料，有效解決日常生活問題

國小高年級學童在高樓逃生裝置的製作過程中，利用已知的科技理論基礎，在周遭環境找

尋材料，以適時的解決問題，做出實用性高的高樓逃生裝置，以本研究來看，高年級學童利用週遭隨手可得之材料─紙張、大小不同的迴紋針及卡氏爐，來進行本研究，以找出最適合高樓逃生之裝置，並模擬未來之高樓逃生裝置，以期該裝置可應用在未來生活之中如圖(八)。

圖(九)學生利用實驗裝置，模擬設計高樓逃生裝置

四、 結合實作課程，學生學習動機與意願增加，配合度高度提升

高年級學童在實作課程中，展現其動手作的工作能力，有別於一般學科學習，學童可以將

自己所學習到的科技理論利用實作過程融入所欲製作的工具之中，除了滿足其成就感外，學童的學習意願、配合度與自我要求也相對提升不少，有助於學童的學習。

伍、 研究結論與建議

一、研究結論

(一)規劃適當教學環境，建立正確的科技理論概念，為學童謀求解決日常生活問題的能力：

學童在學習科技理論概念時，因課程有時較為複雜，導致學童有了錯誤的概念，研究者發

現在學童實作過程中，有時會因錯誤的理論，導致實作上的障礙，但經過資料的蒐集與教師的觀念導正後，學童問題解決能力大為提升，也可以快速的解決問題，是故，若可以在教學活動的過程中，規劃合適的課程，配合適當的教學環境，相信可以將高年級學童解決問題的能力大為提升。

(二) 科技專案學習提升高年級學童合作學習能力，有助於問題解決，達成裝置完成的目標：

專題導向學習模式為一尋求問題答案與分享成果的過程，學童在學習過程中，可以與同學

互動，不僅可以釐清自己的觀念，也可進行問題的修正，進而進行實驗並解決問題，而互動的過程中，能力高的同學可以協助學習能力較弱的學童進行學習，除了可以提升自身的能力，更可與同學互相激發創意，運用創意解決日常生活問題。

(三) 有助於學童能力的提升，學習態度的改變

學童能力明顯提升，學習也變為主動，諸如以前需要教師提醒的情形已經褪除，在進行課

程時，如發現問題，已會主動和同組同學進行討論，進而利用課餘時進行資料的蒐集，使自己的科技理論概念較為清楚，進而解決課程中所遇到的問題，也連帶影響班上其他學童的學習，科技素養能力大為提升。

二、研究建議

(一)增加小組的合作學習，激發解決問題巧思

傳統的教學模式主要是教學者為主，學生為輔的教學，學生的意見大多不被接受，因

而失去信心；但若可以藉由小組的合作學習，不但可以交流彼此的先備科技理論概念外，還可以激發彼此的想法，對於問題的評估也可以較為準確，也可提升自己判斷事情的能力，只要合作小組成員安排得宜，對於學習的成效及日常解決問題能力的提升必有助益。

(二)結合資訊素養能力，提升解決日常生活問題能力

學童在進行高樓逃生裝置的製作時，許多問題的解決，除了利用小組成員彼此的先備

知識外，許多概念還是來自於網路資源，而數據的推估、圖形的繪製，也必須利用電腦加以輔助才得以解決，是故，未來在進行實作教學時，應加強學童本身的資訊素養能力，如此方可提升學童問題解決的能力。

(三)結合其他領域教學，增進學童思考多元化

國小高年級學童在解決日常生活問題時，往往因自身所涉獵的領域不夠廣泛，導致解決日

常生活問題的能力低落，是故，若可以在教學時讓學童可以多涉獵多個領域，除了可以加學生的學習機會外，更可連結共同知識，以激發學童解決問題的創意，達到日常生活問題解決的目的。

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