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研究生:蔡慧音
研究生(外文):TSAI, HUEI-YIN
論文名稱:高中職學生iSTEM想像力專案式學習之研究
論文名稱(外文):Study on the iSTEM Imagination Project-based Learning for High School and Vocation School Students
指導教授:羅希哲羅希哲引用關係
指導教授(外文):LOU, SHI-JER
口試委員:羅希哲朱耀明曾國鴻鄭彩鳳程毓明荊溪昱
口試委員(外文):LOU, SHI-JERCHU, YAO-MINGTSENG, KUO-HUNGCHENG, TSAI-FENGCHENG, YUH-MINGGINGCHI, YU-L.
口試日期:2016-07-07
學位類別:博士
校院名稱:國立高雄師範大學
系所名稱:工業科技教育學系
學門:教育學門
學類:專業科目教育學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:199
中文關鍵詞:iSTEM專案式學習模式STEM教育想像力教育專案式學習
外文關鍵詞:iSTEM project-based learning modelSTEM educationimagination educationproject-based learning
相關次數:
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本研究以專案式學習整合STEM(Science, Technology, Engineering, Mathematics)教育和想像力教育為一個「iSTEM專案式學習模式」,旨在建構高中職生iSTEM專案式學習之能力指標、發展學習模式,並探究學習模式之應用及成效。以模糊德懷術的方法,蒐集12位專家的意見,建構能力指標;再者,以文獻分析法發展學習模式,最後,採用問卷調查法、內容分析法和焦點團體訪談法,作為蒐集與分析72位高中女學生和39位高職學生,其學習模式應用成效的方法。針對所得的量化資料,進行Max-Min法、單一樣本t考驗、成對樣本t考驗和積差相關之統計分析。研究發現:
一、iSTEM想像力能力指標,第一級指標構面有3項,包含情意動機、心理運思、具象表徵,第二級指標有9項,包含積極意願、正向情緒、擁有豐富的心像題材、發想、聯想、轉想、串想、將抽象的心像和概念具體化、將想像的結果應用(轉化)於其他情境,第三級指標有20項。
二、STEM整合性思維與應用能力指標,第一級指標構面有5項,包含行為的驅策力、心理的運思、認知、合作學習、實作與應用,第二級指標有11項,包含職趣傾向、學習動機、跨域整合、問題解決、科學知識、科技知識、工程知識、數學知識、人際與表徵、動手實作、轉化應用,第三級指標有50項。
三、iSTEM專案式學習模式,乃結合STEM的學習主題,採混成式合作學習為策略,以「探索、發想、聯想、轉想、串想、外顯」等六個任務階段,發展以學生為本位的自主性學習模式。
四、iSTEM專案式學習模式對高中職學生的學習成效、想像力、STEM整合性思維與應用能力有正向促進的效果。
五、iSTEM專案式學習成就和想像力表徵能力的總分、邏輯架構、STEM概念與相關詞彙、豐富性、獨創性、有效性等,呈顯著正相關。
最後,本研究提出建議,作為未來精進STEM教育實務與研究之參考。

This study integrated project-based learning with STEM (Science, Technology, Engineering, and Mathematics), education, and imagination education as an "iSTEM project-based learning model" so as to establish competence indicators of iSTEM imagination project-based learning for high school and vocation school students, develop a learning model, and explore the application and effectiveness of the learning model. Firstly, Fuzzy Delphi Method was employed to collect the views of 12 experts to establish competence indicators. Then, it adopted literature analysis to develop the learning model. Lastly, questionnaire, content analysis, and focus group interview were adopted to collect and analyze the application effectiveness of the learning model of 72 female high school students and 39 vocational school students. Statistical analysis was conducted on the quantitative data obtained via Max-Min method, independent sample t test, paired sample t test, and product-moment correlation. The research findings include:
1.iSTEM imagination capacity indicators. First-level indicators included 3 items: affective motivation, psychological thinking, and figurative characterization. Second-level indicators include 9 items: aggressive intention, positive emotions, possession of rich image materials, initiation, development, alternative, links, embodiment of abstract image and concept, and application (transformation) of results of imagination to other contexts. Third-level included 20 items.
2.STEM integrated thinking and application capacity indicators. First-level indicators included 5 items: behavioral driving force, psychological operation, perception, cooperative learning, and practices & application. Second-level indicators include 11 items: occupational interest, learning motivation, interdisciplinary integration, problem solving, scientific knowledge, technological knowledge, engineering knowledge, mathematical knowledge, interpersonal relationship and characterization, hand on, and transformational application. Third-level included 50 items.
3.iSTEM project-based learning model combines the learning theme of STEM, adopts the strategy of mixed cooperative learning, and has 6 mission phases, namely, "exploration, ideation, association, transposition thinking, concatenation, and explicit learning ", to develop student-oriented and independent learning model.
4.iSTEM project-based learning model can positively promote the learning effectiveness, imagination, STEM integrative thinking, and ability to application of high school and vocational school students.
5.iSTEM project-based learning achievement has a significant positive correlation with the total score of imagination representational capacity, logical framework, STEM concepts and relevant vocabulary, richness, originality, validity, and so on.
Lastly, this study provides suggestions for the reference of future STEM education practices and research.

目 錄
謝 誌 i
中文摘要 iii
Abstract v
目 錄 vii
圖目錄 ix
表目錄 x
第一章 緒論 1
第一節 研究背景與動機 1
第二節 研究目的與問題 4
第四節 名詞釋義 4
第五節 研究範圍與限制 6
第二章 文獻探討 9
第一節 STEM教育的相關理論與研究 9
第二節 想像力教育的相關理論與研究 15
第三節 專案式學習的相關理論與研究 26
第三章 研究設計與實施 33
第一節 研究架構與流程 33
第二節 研究方法 35
第三節 研究對象 39
第四節 研究工具 41
第五節 教學設計與實施 63
第六節 資料蒐集與分析 70
第四章 研究結果與討論 73
第一節 高中職生iSTEM專案式學習能力指標 73
第二節 iSTEM專案式學習模式 79
第三節 iSTEM專案式學習模式之成效 112
第五章 結論與建議 139
第一節 結論 139
第二節 建議 146
參考文獻 149
壹、中文部分 149
貳、英文部分 153
附 錄 159
附錄一 iSTEM高層次能力指標模糊德懷術問卷 159
附錄二 iSTEM專案式學習成效問卷 167
附錄三 iSTEM專案式學習活動高層次能力問卷 171
附錄四 水陸兩用船STEM知識能力測驗 176
附錄五 太陽能氣動船STEM知識能力測驗 178
附錄六 水陸兩用船iSTEM專案式學習活動訪談大綱 180
附錄七 太陽能氣動船iSTEM專案式學習活動訪談大綱 181
附錄八 水陸兩用船STEM驅動問題 182
附錄九 太陽能氣動船STEM驅動問題 188
附錄十 想像力任務學習單 194


圖目錄
圖2-1 STEM整合性思維與應用能力指標雛形架構 13
圖2-2 未來想像課程與教學模式 19
圖2-3 IDEAL想像力訓練模式 21
圖2-4 科學想像歷程 23
圖2-5 iSTEM想像力能力指標雛形架構 25
圖3-1 研究流程與架構 34
圖3-2 水陸兩用船材料 64
圖3-3 太陽能氣動船材料 64
圖3-4 研究流程圖 66
圖3-5 iSTEM專案式學習網路平台 68
圖4-1 iSTEM專案式學習模式 81
圖4-2 PE組iSTEM發想階段歷程圖 102
圖4-3 PE組iSTEM聯想階段歷程圖 104
圖4-4 PE組iSTEM轉想階段歷程圖 106
圖4-5 GF組的船體競爭模型圖 107
圖4-6 GI組的船體競爭模型圖 107
圖4-7 PE組iSTEM串想階段歷程圖 109
圖4-8 PE組水陸兩用船實作示例 110
圖4-9 GG組太陽能氣動船實作示例 111
圖4-10 意象與效能兼具之水陸兩用船 117
圖4-11 意象與效能兼具之太陽能氣動船 126
圖5-1 iSTEM想像力能力指標樹狀圖 140
圖5-2 STEM整合性思維與應用能力指標樹狀圖 142

表目錄
表3-1 評定尺度內定之模糊數 36
表3-2 專家成員與背景說明 39
表3-3 問卷審查專家學者一覽表 42
表3-4 項目分析的評判標準 44
表3-5 想像力能力問卷項目分析摘要表(N=133) 44
表3-6 想像力能力問卷KMO與Bartlett球形檢定 47
表3-7 想像力能力問卷因素分析摘要表(N=133) 48
表3-8 想像力能力問卷信度分析摘要表 49
表3-9 項目分析的評判標準 51
表3-10 STEM整合性思維與應用能力問卷項目分析摘要表(N=133) 51
表3-11 STEM整合性思維與應用能力問卷KMO與Bartlett球形檢定 55
表3-12 STEM整合性思維與應用能力問卷因素分析摘要表(N=133) 56
表3-13 STEM整合性思維與應用能力問卷信度分析摘要表 58
表3-14 iSTEM想像力歷程圖評分規準 59
表3-15 想像力歷程圖得分類型示例 60
表3-16 iSTEM專案式學習成就評分標準表 65
表3-17 iSTEM專案式學習活動時間表 67
表3-18資料代號表 71
表4-1 iSTEM專案式學習之想像力能力指標模糊德懷術結果摘要表 74
表4-2 STEM整合性思維與應用能力指標能力指標模糊德懷術結果摘要表 76
表4-3 太陽能氣動船﹝水陸兩用船﹞STEM知識內涵摘要表 82
表4-4 STEM知識的整合與應用案例舉隅 93
表4-5 想像力評測的單一樣本t考驗分析摘要表 113
表4-6 學習成效的單一樣本t考驗分析摘要表 116
表4-7 學習態度的單一樣本t考驗分析摘要表 118
表4-8 實際行為的單一樣本t考驗分析摘要表 119
表4-9 合作學習狀況的單一樣本t考驗分析摘要表 120
表4-10 網路平台使用的單一樣本t考驗分析摘要 122
表4-11 想像力之情意動機的單一樣本t考驗分析摘要表 124
表4-12 想像力之心理運思的單一樣本t考驗分析摘要表 125
表4-13 想像力之具象表徵的單一樣本t考驗分析摘要表 127
表4-14 STEM整合性思維與應用能力之行為的驅策力的單一樣本t考驗分析摘要表 128
表4-15 STEM整合性思維與應用能力之心理的運思單一樣本t考驗分析摘要表 129
表4-16 STEM整合性思維與應用能力之認知的單一樣本t考驗分析摘要表 131
表4-17 STEM整合性思維與應用能力之合作學習的單一樣本t考驗分析摘要表 132
表4-18 STEM整合性思維與應用能力之實作與應用的單一樣本t考驗分析摘要表 133
表4-19 高中學生STEM知識測驗分數成對樣本t考驗分析摘要表 134
表4-20 高職學生STEM知識測驗分數成對樣本t考驗分析摘要表 135
表4-21 想像力歷程圖與專案式學習成果之相關性(N=28) 136


壹、中文部分
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