專案具體內容:
新聞上,我們也許偶爾會看到「車門開啟不當」所導致的事故報導,但它引發的大約是提醒自己與親友關開車門要小心;在「一想三創」的班級裡,一群國中的大孩子不僅注意到了,還將之延伸為課程探究主題,在網海茫茫的資料庫中尋找記錄,甚至學會搜尋「專利」,發現到:「過去專利均採停車後再以偵測後方行車接近警示為主」,孩子們提出其他可能:「提前預警有沒有可能成功?我們可不可以做得出來?」
2017 年,這個問題延伸出的探究,以及實際做出的「車門開啟預警系統」,獲得IEYI世界青少年發明展國際賽金牌,同時成功申請得到新型專利!
【學問的養成,是要學習如何去「問」,而不只是學「答」】
愛因斯坦名言:提出一個問題往往比解決一個問題更重要。因為解決問題也許僅是一個數學上或實驗上的技能而已,而提出新的問題,卻需要有創造性的想像力,這標誌著科學的真正進步。
國際知名顧問公司麥肯錫指出,「發現問題」是很重要的能力,而解決問題的原點在於發現問題的存在。科技部陳良基部長接受聯合晚報專訪時表示,台灣有很多「解問題」的人才(即技術專業人才),卻欠缺「找問題」的人才,但從科技發展來看,從效率經濟轉型到創新經濟,台灣急需「創造新產品的人才」。
交大校長張懋中在天下雜誌667期「台灣最缺的,是發明未來的人才」文章中指出,過去我們的教育並不鼓勵提問,而是專注學答。但「學問」的養成是要學習如何去「問」,而不只是學「答」。
對學習本身無熱忱、不注重問問題的國家和社會,不可能孕育出創新先驅,也不可能存活在這個以創新發明為經濟主軸的「新寒武紀」時代(如孫正義所言)。一個國家要培養出能「發明未來」的先驅,不但要改革高教,更要改變整個社會觀念:從家庭、幼教、義務教育開始翻轉,高教才能承接而上。
【IEYI 世界青少年發明展六大類】
「一想三創」的主題式教學,採「用以致學」的邏輯,讓孩子從關懷生活學習發現問題、提出問題到解決問題;並以 IEYI 公開的六大類為主軸,以下說明:
一、災害應變:對自然災害、大型災害及避/救難逃生有預警作用和幫助之發明。思考方向舉例如:溪水暴漲沖走人新聞事件、火災現場救火人員死亡事件、淹水預警防治等。
二、運動育樂:對增進學習或運動等便利或效果之發明。參考案例如:跑步機受傷事件、運動及育樂器材可改良思考。
三、農糧技術:對改善農業發展有幫助之發明。參考案例如:桃園農田重金屬汙染問題、病蟲害問題。
四、綠能科技:對環境保護、廢物利用有幫助之發明。參考案例如:動力回收發電、循環經濟問題。
五、安全健康:對人類生活衛生、安全有所改善之發明。參考案例如:汽車不當開車門肇事新聞、陽明山煞車失靈事件、電梯夾死人事件。
六、社會照顧:對促進高齡者及身心障礙者生活便利之發明。參考案例如:嬰兒被偷抱走事件、老人失智症預防問題、視障同胞過馬路等。
上述六大類不僅是跨領域而且與生活息息相關,是讓孩子從關懷生活學習發現問題、提出問題到解決問題的最佳主題式教學,當費盡心力研究的實作作品完成之時,我們稱此學習為「用以致學」。
【第一階段教學:探究】
先從六大領域的閱讀探索開始,引導孩子學習「關鍵字搜尋技巧」、「文章中重要資訊標註與整理」、「提出發現的問題與討論思辨」、「定義問題與創作動機」、「TRIZ創意技法與專利搜尋」、「跨領域想像創新方法」、「創意主題的自我評估」等技能。
找到探究目標後,要深入探索當下市場有沒有此類產品、功能性、有沒有更前瞻性的想法、製程更節約時間與成本的方法等,或甚至是,一個全新的創新性應用。
「書面化」是探究很重要的步驟,老師指導孩子撰寫「創意構想書」PPT,還要上台報告分享,從領域、專利查詢內容、參考資料出處、照片、動機到市場性,甚至要將腦中的新作品構造「畫圖」表現出來。這是一個具科學嚴謹度的課程,具有「學習並渴望解決人類世界問題」的深度。
【第二階段教學:實作】
花了精神與時間進行探究,其目的便是期望能「實際做出解決問題的作品」。在「實作」的課程階段,包括分組作品功能定義與系統架構設計討論,會學習到「完成系統方塊圖」及功能動作信號定義;也會學到元件選擇、元件搜尋及廠商資料整理,之後開始組裝、測試、修正、障礙排除、失敗探討……。
這一系列課程,孩子接觸的是跨領域想像思考,並不斷深掘創新思維,動手做出實際有用的創新作品。最後還要製作「作品說明書」。
課程採取營隊方式舉辦,「探究」與「實作」課程執行各約 1 個月,大致日期設定如下:
每年 5 月──招募營隊公告;6 月──辦理家長說明會;7 月上旬──營隊第一階段(探究)課程:找出IEYI主題;7 月下旬──辦理第二階段(實作)課程家長說明會;8 月──辦理第二階段(實作)課程;9 月──IEYI 初審報名;隔年──IEYI 複審。
成果與效益:
一、IEIY競賽成績
2017 世界青少年台灣區選拔賽(民權國中獲獎隊伍)
1、金牌及國家代表:具有提前預警的停車開車門警示系統(國際賽獲特別獎)
2、金牌及國家代表:多一層安全保障的電梯警示裝置(國際賽獲銅牌獎)
3、銀牌:具有大型車輛內輪差警示的智慧型十字路口
4、銀牌:導盲鞋語音導盲裝置
2018 世界青少年台灣區選拔賽(民權國中獲獎隊伍)
1、金牌及國家代表:可分辨左右轉彎的導盲裝置
2、銀牌:具有全方位偵測警示的防偷抱嬰兒車
3、銀牌:具有危險預警回報的創新型故障三腳架裝置
4、銅牌:智慧型預警嬰兒床
5、銅牌:創新型九宮格磁力飛鏢裝置
6、銅牌:更安全的手扶梯緊急停止程序裝置
7、銅牌:早期溺水警示裝置
2018 世界青少年台灣區選拔賽(桃園國中獲獎隊伍)
1、銀牌:汽車連續下坡煞車及安全排檔警示裝置
2、銀牌:農田引灌水重金屬汙染感測警示與水閘門控制系統
3、銅牌:脊椎守護神器
4、銅牌:電影院內智慧逃生導引系統
二、IEIY 金牌作品摘要
1、提前預警的停車開車門警示系統
近年來發生汽車駕駛人或乘客開車門未注意後方來車,導致死傷車禍,警政署統計,2016 年就造成 5 人死亡、3800 人受傷,平均每天就發生8起事故。過去專利均採停車後再以偵測後方行車接近警示為主,我們設計從車子停好後,當駕駛打到 P 檔起立即作雙方警示,一對後方來車以閃燈及聲音作即將開車門警示,另對駕駛用「開車門請小心」語音提醒,雙管齊下方式,可將傷害降到最低。
2、多一層安全保障的電梯警示裝置
2016 年 5 月,宜蘭大學發生電梯夾死人的意外,監視器畫面也曝了光!當時電梯門打開時,電梯廂仍持續從 1 樓往 2 樓上升。兩事件均是同樣在電梯系統故障情況,可見除電梯系統外需在各樓層電梯另裝檢測警示裝置,讓搭乘者多一分保障。我們設計在每樓層電梯裝上,設計兩道警示,第一道警示是只要按電梯上或下按鍵及站在電梯門口前時,會語音提醒民眾注意電梯情況再搭乘,第二道警示是電梯門開了同時偵測電梯位置是否停準確或未停兩種感測,再度語音及警鈴警示。
3、可分辨左右轉彎的導盲裝置
視障同胞進入公共場所,有諸多的不方便,我們想繼續用最簡單最便宜的方式來完成室內重要轉彎向右或向左簡易識別,讓視障同胞知道有路徑轉彎。我們在導盲磚有轉彎位置地板設置垂直與平行金屬條兩種方式,讓垂直金屬條代表到了向左轉轉折區,平行金屬條代表向右轉轉折區,給兩金屬條適當間距,再設計盲胞左腳鞋底有兩條平行及右腳鞋底有兩條垂直導電膠條或金屬薄條,當左腳踩在垂直金屬條區時,左腳鞋底有兩條平行導電膠條或金屬薄條容易導通,反知當右腳踩在踩在平行金屬條區時,右腳鞋底有兩條垂直導電膠條或金屬薄條容易導通,我們在左右腳導通時,分別啟動 1HZ 及 0.5HZ 蜂鳴器來讓視障朋友可辨別是向左轉或向右轉。
三、獲得專利!!車門開啟預警系統獲新型專利 證書 M563985 號
影響力與擴散性:
一、影響力
當孩子走過此「用以致學」的主題式探究與實作課程,已具備了發現問題、提出問題及解決問題的素養,更學會應用學校以外的跨領域知識與技術,這樣我們的孩子到大學才會有原創性與突破性研究,方能成為可以把科技轉換為經濟價值的人才,讓台灣經濟由效率經濟轉型為創新經濟,擺脫低價,「代工」宿命,成為 IP 大國。
二、擴散性
本專案課程單元設計適合 108 課綱的「探究與實作」課程,因為 IEYI 世界青少年發明展分為國小、國中、高中三組,適合在國小高年級、國中、高中實施,競賽就是最佳的教學評量驗收,本專案若繼續培養種子老師,是能夠複製教學並擴大實施辦理。
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