第二百九十七期:多「源」展「能」能源教育
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297期 編輯群
發行人: 侯友宜
發行單位: 新北市教育局
總編輯: 張明文
編輯學校: 金美國小(109)
執行主編: 邱華璋
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發刊日期 2020年6月25日297
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STEAM 教育融入能源議題教學
2020-06-25 | 作者:臺北市立大學-古建國教授 人氣 139

STEAM 教育(STEAM Education)是一個科際整合的學科,由科學(Science)、科技(Technology)、工程(Engineering)、藝術(Art)和數學(Mathematics)五門學科所組成。STEAM教育的課程包含學科核心、跨領域、動手做與設計等概念,其中學科部分包括數學、物理、化學、生物與地球科學、科技與藝術等。108課綱其中一項特色就是彈性學習課程規劃,學校老師規畫能源相關跨領域議題,發展統整性主題探究課程,強化知能整合與生活運用能力。強調學校學科整合,鼓勵老師們於彈性時間透過所設計的主題式課程進行教學。另外STEAM教育鼓勵學生動手做,透過自造(Maker)學習經驗,連結以工程及設計為概念的延伸學習,並思考如何解決生活中可能的問題。很多學者研究STEM教育,發現學生在學習、思考、興趣及行為表現等有顯著進步,特別是以學生為主體的跨領域學習,讓不同專長或興趣得學生,在同一主題下透過討論、合作學習與共同設計實驗活動,引起學生們的學習興趣。

 

  1. STEAM教學實施

    教師依據核心素養、教學目標或領域的特性,針對不同性質的學習內容,如概念、原則、技能和態度等,設計有效的教學方法或教學策略,並適時融入數位資源。STEAM教學模式是在原有STEM教育下加入藝術(Art),其教學方式彼此相似,根據Berry於2012年提出STEM三種教學模式:有教師為中心的教學模式、以學生為中心教學模式以及教師扮演引導者角色,提供學科內容與實驗設計方向等,讓學生自行操作、討論和解決問題等三種模式。而108課綱目標之一是培育學生自主學習,能源議題學習也可以引導學生自主,發現議題開始到能自行設計學習目標,教師在此模式的角色為監督者,所有學習歷程皆由學生思維來進行,透過STEAM學習歷程培養垮領域能力。

    STEAM課程可以安排在彈性學習課程中,因為新課綱中授與學校自行規劃辦理全校性、全年級或班群學習活動,提升學生學習興趣,落實學校本位及特色課程,選擇能源相關的STEAM統整性主題探究。

    另外,老師也可以在社團活動時間開設能源議題的STEAM課程,延伸跨領域的學習活動內容,提升學生對於STEAM教育的興趣,特別是節電或節水的裝置和資料分析,並進行創意設計與製作。

     

  2. 108課綱之能源教育議題

108課綱於議題融入其中一項是能源教育,因為臺灣現有能源98%左右仰賴國外進口,面臨經濟與社會發展衍生的能源需求持續增加、全球能源價格波動劇烈,以及化石燃料對環境影響與日漸枯竭等重大議題,需要藉由能源教育喚起大家重視能源。學生從學習能源知識、養成節約能源的習慣與態度,知道開發新興能源的可能方向、為我們日後能源開發與應用之重要課題。

能源教育中有些概念是溶入STEAM教育的,例如:

  1. 能源意識:課綱開宗明義提到能源教育首先要喚起學生的能源意識(覺知),STEAM教育可以從二氧化碳排放所造成的暖化與PM2.5濃度增加得概念出發,設計與製作二氧化碳濃度偵測器與PM2.5偵測器,讓學生體認能源與自身有關,並連結日常生活與能源間之關係,以激發學生想了解能源是什麼、為何要節約能源的學習動機。

  2. 能源概念:主要是讓學生認識能源的種類、形式、應用、開發等概念,我們在STEAM教育中以太陽能追日系統為主題,談太陽能相關應用與發電原理等。

  3. 能源使用:為指導學生了解能源高效率使用以減少不必要的浪費,我們可以在不常用地方設計紅外線感應燈,當人來的時候自動亮燈,離開得時候自動關燈。或是設計自動澆灌器,自動偵測土壤濕度,針對不同濕度進行澆灌,大道節水功能。

  4. 能源發展:指導學生認識及了解國內外傳統能源及新興能源的發展趨勢,提升電池使用效率或設計環保電池也是一個方向。融入儲能與創能概念的儲能,透過STEAM教育是很好方法,例如我們可以自製備長炭電池讓LED燈發電。

  5. 行動參與:強化學生蒐集能源議題與他人討論、分析、分享所獲得的資訊的能力,在STEAM教育下可以藉由氣候變遷討論議題包括氣溫變化(暖化)、強降雨或乾旱以及所造成災害,使學生產生節能減碳落實於日常生活中之行動力。另外學生有興趣可以針對家庭、校園生活能提出合適的節能規劃或能源專題實作,參與能源相關活動。

     

  1. STEAM教育在能源議題教學

  1. 暖化探究~二氧化碳偵測

    STEAM探究議題包括二氧化碳循環與偵測,其STEAM教育下能進行的教學元素如下。

表1 STEAM教育在二氧化碳偵測之教學元素

 

科學

(Science)

科技

(Technology)

工程/藝術(Engineering/Art)

數學(Mathematics)

二樣化碳生成

程式下載或程式設計

二氧化碳測量生

數據處理

燃燒與植物光合作用

下載或學習二氧化碳偵測的程式

利用arduino製作二氧化碳偵測器

 

座標軸與作圖

 

 

 

 

  1. PM2.5濃度偵測

STEAM探究議題包括認識PM2.5與濃度偵測,其STEAM教育下能進行的教學元素如下。

表2 STEAM教育在PM2.5濃度偵測之教學元素

 

科學

(Science)

科技

(Technology)

工程/藝術(Engineering/Art)

數學(Mathematics)

認識懸浮微粒

程式下載或程式設計

PM2.5偵測器設計

濃度計算

PM2.5與成因

下載或學習PM2.5濃度偵測的程式

利用arduino製作PM2.5偵測器

 

ppm 計算

 

 

 

 

  1. 太陽能追日系統

STEAM探究議題包括認識太陽集集太陽能運用方式,另外製作太陽能追日系統,其STEAM教育下能進行的教學元素如下。

表3 STEAM教育在太陽能追日系統之教學元素

 

科學

(Science)

科技

(Technology)

工程/藝術(Engineering/Art)

數學(Mathematics)

認識太陽

程式下載或程式設計

太陽能追日系統設計

角度

認識太陽與太陽能應用

下載或學習太陽能追日系統的程式

利用arduino製作太陽能追日系統

角度計算

 

 

 

 

 

  1. 紅外線感應燈

    STEAM探究議題認識節電與製作紅外線感應燈,其STEAM教育下能進行的教學元素如下。

    表4 STEAM教育在紅外線感應燈之教學元素

 

科學

(Science)

科技

(Technology)

工程/藝術(Engineering/Art)

數學(Mathematics)

電與節電

程式下載或程式設計

紅外線感應燈設計

計算

發電,輸電與節電

下載或學習紅外線感應燈的程式

利用arduino製作紅外線感應燈

電費計算

 

 

  1. 自動澆灌器

    STEAM探究議題認識節水與製作自動澆灌器,其STEAM教育下能進行的教學元素如下。

表5 STEAM教育在自動澆灌器之教學元素

 

科學

(Science)

科技

(Technology)

工程/藝術(Engineering/Art)

數學(Mathematics)

水與水溶液

程式下載或程式設計

自動澆灌器設計

計算

水資源與節水

下載或學習自動澆灌器的程式

利用arduino製作自動澆灌器

水足跡與水費計算

 

 

  1. 備長炭電池讓LED燈發電

    STEAM探究議題認識備長炭電池讓LED燈發電,其STEAM教育下能進行的教學元素如下。

    表6 STEAM教育在備長炭電池讓LED燈發電之教學元素

 

科學

(Science)

科技

(Technology)

工程/藝術(Engineering/Art)

數學(Mathematics)

碳循環與木炭

程式下載或程式設計

備長炭電池讓LED燈發電設計

計算

備長炭與木炭

下載或學習電路及半導體

製作備長炭電池讓LED燈發電

碳足跡計算

 

  1. 溫度偵測器

STEAM探究議題觀測百年溫度變化與製作溫度偵測器,其STEAM教育下能進行的教學元素如下。

表7 STEAM教育在觀測百年溫度變化與製作溫度偵測器之教學元素

 

科學

(Science)

科技

(Technology)

工程/藝術(Engineering/Art)

數學(Mathematics)

氣候

程式下載或程式設計

自動澆灌器設計

直線圖

溫度觀測

下載或學習溫度偵測器程式

利用arduino或microbit製作溫度偵測器

坐標軸

 

 

 

  1. 雨量偵測器

STEAM探究議題觀測百年雨量變化與製作雨量偵測器,其STEAM教育下能進行的教學元素如下。

表8 STEAM教育在觀測百年溫度變化與製作溫度偵測器之教學元素

 

科學

(Science)

科技

(Technology)

工程/藝術(Engineering/Art)

數學(Mathematics)

降雨測量

程式下載或程式設計

雨量偵測器設計

直線圖

水去哪裡與降雨類型

下載或學習雨量偵測器程式

利用arduino或microbit製作雨量偵測器、透水鋪面、滯洪池與海綿城市

雨量計算

 

 

 
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