培養現代達文西：3D列印拓展STEAM課程更多的可能性
109年03月13日
【本報導由科技應用與人力資源發展學系 簡佑宏教授研究團隊提供】 在現代的教學環境中，無論在大專院校或是高中職，運用新興科技進行跨領域整合性教學是當今的教學趨勢。然而如何確保新興科技在上述跨領域教學場域中能促進學生學習的成效，而不是造成更多的科技負荷是值得探討的議題。本研究透過讓工程學院、設計學院以及一般高中的學生參與跨領域整合性STEAM課程，進而探討學生學習上的差異，最後透過教學實驗的值、量化分析與討論進而闡述：（1）運用3D列印在不同層級課程上應用的策略與優缺點、（2）如何發展一個能夠考量不同層級學生能力，並能產生連貫性的STEAM課程、（3）跨領域STEAM的課程如何得以整合。 近幾年來，STEAM教育從民間非正式教育機構發起，並隨著Maker運動興起而蓬勃，進而受到正式教育單位主管機關與教學人員的青睞與重視，期待STEAM（科學、科技、工程、藝術與數學）教育能因為A（Arts，泛指人文藝術）的加入，協助促進STEM領域人才的培育，提升學子興趣朝向STEM領域生涯發展與前進，以補足科技人才之缺口，亦強化學子應用與整合知識的能力。 另一方面，3D列印則隨著關鍵技術專利到期，原本運用疊加製造（Additive Manufacturing）技術，單價數十萬至百萬不等的快速原型（Rapid prototype）機，能夠以幾萬元甚至幾千塊台幣即可DIY自己組裝成3D列印機，這樣的原型技術發展亦隨著Maker運動熱潮而興起，並逐漸受到教育現場的重視，開始有老師運用3D列印融入STEAM課程。然而，真正能透過教學實驗驗證3D列印融入STEAM課程的學習成效的相關研究，僅零星地出現在一些研討會論文，而沒有能夠出版在SSCI期刊，其中包括很多原因，例如如何有水準地進行課程設計、掌握3D列印技術在教學上的運用和如何結合新興科技融入藝術議題讓藝術與STEM產生交互作用，而不是在STEM課程上裹上藝術的糖衣，都是相關文章無法受到SSCI期刊青睞的主因。而本文是極少數能在STEAM教育發展初期，將STEAM一詞融入標題，獲得由國家科技部補助的SSCI期刊（International Journal of Science and Mathematics Education）刊登，對於STEAM教育的研究與發展具有其重要性。 STEM教育強調動手實作，透過作中學發展素養、技能與創意。然而如前所述，多數新興科技融入STEM教育的課程發展，美其名看似整合學科的創意實作，實務上卻只是在STEM實作課程的作品上，讓學生「跟著作」，再加上無意義的美化工作，例如消費市場上有一步步教學生跟著組裝的木器藍芽音響課程，學生不須設計，單純組裝即可完成的一個能撥放音樂的音響，並在外觀上塗鴉出自己喜歡的圖案，然而在知識方面，例如物理上的揚聲原理或是電路設計上，仍是透過講述教學而和實作內容不能緊密互動。 本研究所開發的二氧化碳動力車，讓學生真正體驗在藝術上「造形」如何與「流體力學」產生共鳴。學生透過3D建模和實體列印科技的運用，根據車體美學，以工程設計流程融入數學設計低風阻的跑車，真正讓STEAM各領域產生「交互作用」，使學生理解原來美學與大自然中的科學知識是一體的兩面，學生也進而經由這樣的課程體驗而進階成為一個兼具理性、感性素養的現代的達文西。 左圖：作者提供；右圖：Flow design 軟體介面 （https://www.autodesk.com/） 原文出處： https://link.springer.com/article/10.1007/s10763-017-9832-4