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STEM (Science, Technology,    Engineering, and Mathematics)


錄 Ⅰ

手冊說明

手冊資源

第一章

STEM 專案式學習簡介

一、STEM 教育

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二、專案式學習

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第二章

STEM 專案式學習案例

一、杯子喇叭專案式學習 專案目的

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專案式活動的背景與設計

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專案式活動的規定

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專案式活動效能測式進行的規則

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評審辦法

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網路教學平台

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分析 STEM 知識內涵

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驅動問題的設計

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專案評量

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專案成果

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附錄:STEM 專案計畫表格 附件 1

杯子喇叭之驅動問題

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TASK 1 音圈 Voice Coil

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TASK 2 喇叭單體 Speaker

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TASK3 音箱 Cabinet

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TASK4 麥克風 Microphone

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附件 2

杯子喇叭製作流程

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附件 3

專案式活動評分表

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手冊說明 本手冊介紹的 STEM 專案式學習是由屏東科技大學羅希哲教授研 究團隊所特別發展的一套教學模式。此模式從理論、相關研究進而導 入已成功運用於高中職推廣的執行經驗,提供一個最佳的參考實例。 本手冊的目標是引導現場教師們能成功地完成專案的每一個階 段,從專案的主題構思決定到專案結果的呈現都涵蓋在內,對於經驗 豐富的教師或是剛上路的新手都能提供一個有用的參考依據。同時, 本手冊也可以協助您設計一套有用且具有相當品質的教室課程使用 專案。

手冊使用方法: 本手冊為 STEM 專案式學習之設計與執行,提供有系統的指導: 1. STEM 專案式學習簡介-從 STEM 教育的發展、重要性直至主軸概 念和專案式學習教學理念與特色等進行簡介。建立讀者對 STEM 專案式學習有初步的概念。 2. 專案實例-以杯子喇叭的執行步驟做為案例,讓教師有實例參考的 依據。 3. 附件-為執行 STEM 專案式學習所應用的相關表件,包括:驅動問 題、製作流程、評量標準。 I


手冊資源  成果發表會實施影片 (1) 影片連結網址: http://youtu.be/hB7h7S2Ug4k (2) 影片內容概要:杯子喇叭創意設計競賽,成果發表會現場的原貌

重現,以概要式簡介的方式呈現,讓有興趣進一步了解 STEM 專 案式活動成果發表會的老師能夠清楚掌握流程與進行的方式。對 於有心從事 STEM 專案式活動的教師,能以此作為參考的依據, 以利後續專案活動的執行與推廣。

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 活動花絮和學生作品集 (1) 影片連結網址: http://youtu.be/RO8_PzNJOhA (2) 影片內容概要:學生們為期一個月的專案式學習活動-杯子喇叭創 意設計競賽。各組用心製作的作品,我們以活動花絮的方式呈現, 與您分享。

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 教學平台操作簡介影音 (1) 連結網址:http://www.screenr.com/40A7 (2) 內容概要:STEM 專案式學習活動的進行是以混成式學習進行, 強調學生自主學習和合作學習,因此,除了讓學生有面對面的討 論外,另以教學平台作為主要的學習情境,以作為學生與學生、 學生與老師之間的溝通、學習平台。在此,平台的操作簡介乃為 了讓老師們可以有個參考的實例,老師們可以根據自己設計的專 案活動特性和學生的學習需求建置適合的網路平台。

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 網路社群 (1) 連結網址:http://www.facebook.com/groups/346856768754563/ (2) 內容概要:本社群為推廣「STEM 專案式導向學習」於高中職學 校科技教育。在此,將有相關的資訊與各位分享,包括專案實例、 其他 PBL、STEM 的資源網站連結、下載專案活動的表格、資料… 等,皆可以使用此社群。同時也歡迎各位踴躍參與討論或提供意 見。這個網站特別為支援 STEM 專案式學習手冊的資料而設計, 並可以協助老師找到規劃、評量、科技運用或專業發展等資源。

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第一章 STEM 專案式學習簡介 簡介旨在使您能夠了解 STEM 專案式學習之領域,內容包含

STEM 教育和專案式學習的緣起、重要性與在教育上的應用

等說明。在讀完本章後,您便能瞭解「STEM 專案式學習」的定義, 及成功的 STEM 專案式學習所需的重要因素。

STEM 教育的發展與內涵

一、

隨著時代的變遷,於 1989 年美國有感科學教育的重要,由美國 科學促進協會(AAAS)提出《2061 計劃:美國科學全民化》(Project2061: Science for all Americans),以「培養具有科學素養的公民」作為科學 教育努力的方向,其中的科學素養以科學、數學和科技作為科學教育 的中心目標(AAAS, 1989) 。近年來,美國國會更透過立法來推動針 對 STEM 研究的教育專案以及研發活動,促成《America Creating Opportunities to Meaningfully Promote Excellence in Technology, Education, and Science, or the Competes Act (H.R. 2272)》法案的協議, 該法案允許為美國聯邦層級的 STEM 研究和教育計畫募集基金,包 括:幼稚園到 12 年級與大專院校 STEM 研究的獎學金、支援教師 STEM 研究計畫,以及擴大對女性和少數族群之支持與專案研究

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(McGee, 2007) 。由此可見,STEM 教育的推廣與發展有助於強化國 家科技人才與確保全球化經濟發展的競爭力。 STEM 教育乃融合科學探究、科技技術、工程設計、數學分析等課程 領域,相互統整的一種整合式教育,包括整合的課程內容、教學活動、 教育政策等。其中, 「科學」是指追求及探索大自然的原理,「工程」 則是利用科學的發現去設計社會所需的工具,「科技」是將工程中所 設計的工具或成品真實的製作出來便利人們生活,「數學」乃結合在 科學中進行分析及統計(Massachusetts DESE, 2001) 。科學、科技、 工程及數學之間是互為相輔相成的關係,科學依靠科技發展、測試、 證明來支持多項自然的定律、理論與原則;科技也依靠科學來了解自 然世界的結構與功能;而數學可以在科學與科技之間提供一個溝通的 語言,因為科學的研究需要數學作為工具,需要數學的定理作為基 礎,而許多的科學定理最終目的便在導出一個數學公式;最後工程則 是利用科學的發現來設計社會所需要的工具與產品(蔡蕙文,2007) 。 STEM 教育以建構主義為基礎,強調學習者能主動建構知識並且 藉由自身的經驗建構出意義。使用的學習策略有:合作學習、探索式 教學、教學科技、多元的評鑑技巧等(STEMTEC, 2000) 。在 STEM 整合式教學中,藉由生活事件的連結,提供學生動手做的機會,透過 小組合作的方式進行問題的研討與解決,以發展學生探索、思考、分 2


析、創造、學習的能力,進而促進對科學的興趣與知識的活用(陳柏 豪,2008;STEMTEC, 2000, 2006) 。 臺灣科學教育整合教學的概念,隨著九年一貫統整課程的推動而 逐漸萌芽,『自然與生活科技』從過去的分科教學進入合科教學的時 代,而 STEM 教育整合科學、科技、工程和數學的相關知識,讓學 生從做中學的過程培養問題解決能力並學習完整的知識,即符合九年 一貫課程的精神。而國內 STEM 相關的研究有蔡蕙文(2007)與陳 柏豪(2007) ,以國中學生為對象,進行 STEM 整合式教學模式應用 於自然與生活科技領域教學之研究,以自編的 STEM 整合式教材進 行教學實驗,研究結果發現 STEM 教學模式有助於知識的整合,並 能提昇學生的學習態度與成效。Lou、Diez、Hsiao、Wu 和 Chang(2009) 以臺灣高中女生為研究對象,採問卷調查法及焦點團體訪談法,探討 其參加太陽能電動自走車比賽後,對 STEM 態度改變之情形。研究 發現該專題活動能引發學習動機,培養系統性思考與問題解決能力並 提昇學生的成就感。 國外研究方面,Lam、Doverspik、Zhao、Zhe 和 Menzemer(2008) 進行為期一年的 STEM 方案,以工作坊的方式進行,鼓勵有接受個 別化教育方案(IEPs)或沒有接受 IEPs 的學生藉由知識的探索,進 而提升 STEM 領域的知識和興趣,以及促進學生的自信。結果顯示, 3


STEM 方案可以提升兩種類別學生的知識,和增進相關的職業興趣。 綜合上述研究,STEM 教育能提升學生的學習意願及成效,此 外,藉由教學活動中 STEM 知識探索與建構,讓學生有機會接觸相 關的知識領域而更進一步增進其未來的職業興趣。有別於過去的分科 和講授式教學,STEM 以學生為主體,以生活中真實的議題作為探究 的學習情境,利用做中學的實際經驗統整 STEM 知識,從問題解決 的歷程活化學習的樂趣。

二、 專題式學習 專題式學習是一種建構取向的教學法,提供複雜且真實性的專題 計畫,讓學生透過探索式的方法從事問題的探究,學習者被期待使用 科技工具幫助其知識的建構與呈現(鄭如雯,2008;Milentijevic, Ciric, & Vojinovic, 2008) 。相較於傳統式教學,專題式學習是一較少結構與 教師領導的學習方式,強調學習團隊的組成,賦予學習者充分的責 任,藉由成員間的互動與利他分享達到學習的目的(Milentijevic et al., 2008)。專題式學習強調以學習者為主體,教師則扮演協助者與輔導 者的角色,其主要任務乃為學習者設計一套有意義的待解決問題的學 習情境,並在問題解決的過程中提供協助與引導;學習者的任務除了 理解問題及主動學習外,還包括一連串的問題解決過程,諸如釐清問

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題、蒐集資訊、尋求幫助、分工合作、溝通互動等,並利用網路科技 完成問題的解決(鄭如雯,2008) 。此外,Solomon(2003)指出,專 題式學習乃透過學生的真實體驗達到學習的目的,其優勢在於學生能 夠由學習的過程整合、分析並產生新知。綜合上述文獻可知專題式學 習具備以下特性:1.以學習者為中心;2.建構取向的學習方式;3.重 視真實情境的學習議題;4.採小組合作學習的方式;5.輔以科技工具 探究並解決問題;6.教師為輔導者的角色;7.跨學科的統整學習。 王志遠(2009)以高職電子科學生為對象,藉由「單晶片控制教 學」實施專題式學習之行動研究,發現專題式學習有助提升學生自我 學習能力、解決問題能力及思考分析能力,對於小組合作學習也由陌 生漸趨成熟。姚奉緒(2007)應用專題導向式教學於高職計算機概論 課程進行教學實驗,結果發現採用專題式教學的學生其課程滿意度較 傳統教學為高,對於自己的課堂表現多持較高肯定的評價。Green (1998)在成年學生參與的高中同等學歷課程裡實施專題式學習,發 現專題式學習能夠幫助他們通過普通教育發展(GED)的測驗、提昇 學習動機、學業成就及人際互動技巧。在 Kurubacak(2007)進行的 專題式學習個案研究中,專題式學習確實能提升學生高層次思考的能 力。綜合上述研究結果得知,專題式學習對於知識學習的成效與課程 滿意度、課堂表現有正面效益,亦有助提升學生的自我學習能力、問 5


題解決能力和思考分析能力,促進其學習動機及人際互動技巧。 綜上所述,專題式學習符應 STEM 教育的概念強調學習者從真實 學習情境中,透過問題的探索與解決,從事高層次思考的體驗,統整 科學、科技、工程、數學等跨學科領域的學習,並結合網路科技,激 發學生的學習動機,讓學習變得自主、豐富、彈性與有趣。因此,本 研究將融合專題式學習與 STEM 教育的概念主軸,發展出一個整合 式的學習策略,並結合網路科技的應用,建構 STEM 知識平台與自 主的學習情境,進一步了解高中女學生 STEM 網路專題式學習的歷 程、內涵與特性。

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第二章 STEM 專案式學習案例 案例一、杯子喇叭專案式學習 專案目的 1. 整合並運用所學之知識與經驗 2. 探索基本科學、科技、工程、數學的理論與原則 3. 提供學生一個共同參與、研究和討論的機會 4. 運用並整合科學、科技、工程、數學相關知識來完成專案

專案式活動的背景與設計 本專題活動以高中學生為對象,共 10 組,一組 4 人,共 40 人。 以「STEM 教學平台」做為主要的學習情境,提供學生在面對面討論 與實作之外可以互相溝通聯繫的管道,由教學者擔任網路助教的角 色,觀察學生的學習動態,並提供問題諮詢與引導。 本專題活動以合作學習的方式進行,強調小組透過團隊力量自主 學習,網路助教則扮演促進者與協助者的角色,主要的工作為發展教 學工具、根據 STEM 專案式學習的特性建置平台、設計驅動問題、 並全程督導活動的進行,而小組的學生則根據階段任務蒐集分析資 料、從實作中不斷的試驗與解決問題,最後產出作品,進行發表與評 鑑。 7


教學活動的流程(如圖 2 所示): (一) 準備階段:確定參與的活動對象,分析學習者背景與需求,據此 發展教材。在活動的開始前,召集活動對象舉辦說明會,曉以活 動主題、活動內容與進行方式和網路平台的使用技巧,讓學習者 可以更快掌握學習重點並聚焦於學習活動的進行。 (二) 活動發展階段:依據專題活動的特性決定任務階段,每一個任務 皆有驅動問題供各組上網查閱,而驅動問題的設計係根據 STEM 知識平均佈題,鼓勵組員間依此研討,並將相關的內容、心得、 與結果,於網路平台上發表。此外,小組的互動是在實體的面對 面和非同步的網路平台等兩種情境交錯進行,網路平台提供小組 成員跨越時空限制的溝通互動管道,除了網路互動紀錄外,教學 者也鼓勵學生將實體的互動轉譯成文本上傳至平台,以便於知識 的儲存與分享,據此,能豐富小組的討論、反思與回饋,教學者 也能同時觀察實體與網路情境的互動行為,並做為分析小組學習 成效的基礎。而專案式活動的進行流程與學習者任務為(徐新逸, 2001) : 1. 準備階段(Preparation):包含確定主題範圍、確定教學目標、 評鑑方法、確認先備知識等。 2. 實施階段(Implementation):安排分工、擬定專題計畫、蒐集 8


資料、分析驗證、整合結果、發現結論等。 3. 發表階段(Presentation):口頭與書面報告。 4. 評鑑階段(Evaluation):專家評鑑、同儕與自我評鑑。 5. 修正階段(Revision):修正與檢討。 (三) 評鑑與整合階段:於活動的最後舉辦成果發表會,並進行作品效

能測試、簡報和問卷調查。學生藉此可以彙整所學的成果,訓練 表達的能力,透過觀摩發表會上其他小組的分享而拓展相關主題 的視野,各小組之間反饋的歷程也可以進而做為修正作品的意 見,以求作品與知能的學習更為精進。

合作學習 活動發展階段 準備階段  發展教材  建置網路平台  舉辦說明會 

評鑑與整合階段 作品實測  成果發表  STEM

網路平台/面對面討論

圖 2 STEM 專案式學習活動概念圖

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專案式活動的規定 1. 由教師提供各組磁鐵十顆、漆包線一組、放大器一組,讓各小組 執行杯子喇叭的設計與製作,磁鐵與漆包線以教師所提供材料數 量為限不得自行增加,其它材料則可自行組裝利用,以身邊可獲 得廢棄物為佳,不得以半成品組裝。 2. 喇叭數量以左右聲道各一共二個為限。每一聲道可設計為單音 路、二音路、三音路…自行決定,以發出最佳聲音為設計考量。 3. 放大器訊號源可為 MP3、CD PLAYER、電腦、收錄音機…等,凡 具 3.5mm 耳機或 Line out 輸出孔之任何訊號源。 4. 音箱背板需設計為活動式或可拆式以供評審檢視內部結構。 5. 造型、塗裝及大小均不限,以同學可攜帶至會場展示為限。

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專案式活動效能測式進行的規則 1. 參賽隊伍於展示前由各隊選手(或選手代表)抽籤決定展示次序。 2. 每隊限一位操作者下場比賽。 3. 測試開始時,凡經裁判點名 3 次不到者,即以自行棄權論處。 4. 測試時以主辦單位所提供之訊號源及放大器為播放裝置。 5. 第一階段測試喇叭輸出效率,各隊在放大器相同音量大小輸出並 播放同一首歌曲條件下,以分貝計檢測輸出音壓。 6. 第二階段測試喇叭最大音量,由主辦單位測試喇叭在最大不失真 音量下,以分貝計檢測最大輸出音壓。 7. 第三階段測試麥克風錄音效果,請同學準備一段 30 秒長度之口白 或歌唱現場錄製,錄音裝置由本單位提供。

評審辦法 聘請專家學者組成評審團,評審結果於網路平台上公佈。

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網路教學平台 本教學活動以 Moodle 架設一個互動式「STEM 網路平台」 ,作為 學生線上學習的情境,小組成員彼此可自由將其討論成果、實驗發現 或問題在平台上分享,網路助教則可以隨時給予引導、蒐集資料並掌 握小組的學習進度,同時網路平台也將其歷程記錄於資料庫內。平台 主要功能包括:活動相關說明、知識加油站、專案說明、公佈欄、階 段任務、討論區、聊天室、成果發表區、各項統計數據。

重要的活動訊息公佈

組員談天說地的空間

活動的相關資訊

任務說明與問題引導

組員的任務討論與資料上傳

圖2

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STEM 網路平台首頁

動態訊息列表

功能列表

主辦單位提供杯子喇 叭的相關知識


分析 STEM 知識內涵 選定一個貼近學生生活經驗的真實主題,並分析其 STEM 知識內 涵,為 STEM 專案式學習的課程設計與教材發展中甚為重要的一環。 「科學」是指追求及探索大自然的原理,「工程」則是利用科學的發 現去設計社會所需的工具,「科技」是將工程中所設計的工具或成品 真實的製作出來便利人們生活,「數學」乃結合在科學中進行分析及 統計(Massachusetts DESE, 2001) 。本文以「杯子喇叭」為題,作為 分析 STEM 知識內涵的舉隅,如圖 3 所示:

科技(Technology) T1 材料選用 T2 工具使用 T3 加工方式 T4 音響發展 T5 喇叭構造與原理 T6 正確操作音響器材 T7 測試調整與修正

科學(Science) S1 聲音現象 S2 電與磁原理  S3 聲波原理  S4 佛萊明定律 

杯子 喇叭  工程(Engineering) E1 問題解決 E2 創意思考 E3 造型設計 E4 結構設計 E5 識圖與製圖 E6 音響工程與生活

圖3

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數學(Mathematics) M1 輸出音壓位準(dB 值) 之定義與計算 M2 指數與對數之應用

杯子喇叭 STEM 知識內涵


驅動問題的設計 以杯子喇叭為例,可分為「音圈、喇叭單體、音箱、麥 克風」等四個任務階段,在每一個任務開始前,提供驅動問 題,以引導學生在該任務階段的思考並完成目標。在題目的 設計上,首先,教師根據主題區分問題任務,據此,分別發 展每一個問題任務的任務目標、具體任務和驅動問題設計的 方向,如表 1 所示。有了明確的驅動問題方向後,教師以 STEM 知識平均佈題,讓學生藉由解題的過程,同時達到 STEM 知識的學習,並深化 STEM 知識的探索。依據各任務 目標設計一系列之驅動問題,如附件 1 所示。 表 1 「杯子喇叭」任務目標與驅動問題方向 問題任務

任務目標

1 音圈

單體

驅動問題方向

1. 了解基礎原理

1.1 聲音現象

1.1 導引學生了解聲波原理

2. 音圈設計要素

1.2 電與磁原理

1.2 導引學生了解電與磁之物理現象

1.3 音圈設計

1.3 導引學生如何製作基礎型音圈

2.1 單體測試

2.1 導引學生動手實驗不同音圈設計效果

2.2 高 音 單 體 與 低

2.2 導引學生實驗各種單體之發聲效果

1. 了解與實驗不同發

2.喇叭

具體任務

聲體對聲音的影響 2. 設計高音單體與低

音單體

音單體 3 音箱

1. 認識音箱的必要性

3.1 調查活動

2. 實驗音箱對音色的

3.2 音箱測試

影響並設計不同的

3.1 導引學生實驗各種音箱及音路設計對音 色的影響 3.2 導引學生發展調查活動

音箱 4 麥克風

1.了解麥克風原理 2.麥克風製作與測試

4.1 麥 克 風 原 理 及 測試 4.2 報告整理

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4.1 導引學生實驗麥克風效果 4.2 導引學生指數及對數計算


專案評量 活動的評量係由形成性評量與總結性評量所組成,主要的目的除 了提供等第評估的參考依據外,藉由形成性的評量可以了解學生學習 過程的狀況,適時提供協助,此外,讓學生知道活動評量的評分標準, 有助於學生能兼顧各個層面的學習,而不會有顧此失彼的現象產生。 以「杯子喇叭」專案式學習活動為例,評分標準如下: 1. 設計理念(含材料選用)與原理應用(含 STEM 概念的運用)(10%)。 2. 造型創新性及各部位精美程度(10%)。 3. 專案報告之呈現:以口頭(10%)和書面方式(10%)呈現該專案報 告。 4. 喇叭輸出音壓效率(10%)。 5. 喇叭最大輸出音壓(10%)。 6. 喇叭所發出之音色與錄音效果(10%)。 7. 線上討論互動情形:包含成員學習歷程檔案、參與程度、互動情 況、上線次數、討論精彩程度…等皆納入評分(30%)。

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專案成果 1. 音圈 先將鋁罐的頭部先去掉,製作音圈使用了鋁罐的底部和鋁片,再 將鋁片折成圓筒狀在頂部黏上雙面膠再把下面剪開成花辦的形狀,再 將漆包線纏到雙面膠上一共纏了約 150 匝左右,將磁鐵用雙面膠黏在 鋁罐的底部。先把音圈繞好的音圈接到放大器再放到黏有磁鐵的鋁罐 底上,移動音圈來找出聲音最大的地方,因為磁鐵對音圈的位置而言 都會影響聲音的大小,調好位置後就可以將音圈先固定一下再接上音 樂測試正常之後,再用瞬間接著劑將它的接腳都黏上去,中間有預留 一些空間可以加強音圈的震動會有增加聲音的音質和加大聲音的效 果。

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2. 單體 選用很多不同材質、大小的物品,作為單體,並測試它們的效能。

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3. 音箱 首先,鋸木板,然後將木板磨平以免組裝時割傷手,也可以讓上 油漆時比較容易,先將正面木板鋸出二個符合音體的洞,之後開始組 裝,組裝時,將木板組合處塗上白膠,可以減少漏洞,讓聲音能夠得 到最佳的效果,用釘子將木板結合,組合完畢後,將背面作成活動門, 以便開啟,將背面木板的周圍黏上橡膠,防止有漏洞。 為求外表的美觀,先將音箱四周磨齊,再將外部補上塑膠填土, 可以讓外表的坑洞填滿,等乾了之後,再磨平,接著就可以上漆了。

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4. 麥克風 運用佛萊明右手定則,做出一個音圈和單體,並用錄音機測試是 否達到麥克風的功能。

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5.杯子喇叭學生作品

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附件 1 杯子喇叭之驅動問題 TASK 1 音圈 Voice Coil 活動日程:1/19~1/24  基礎原理  音圈設計要素 音圈主要由漆包線、紙捲和磁鐵所組 成,聲音的產生為振動,聲音的傳播則為 介質,音圈即是產生振動的發聲體,而音 圈振動現象則是電動機原理(佛萊明左手 定則),當放大器將音樂的交流訊號輸入到 音圈後,由電與磁的交互作用下而產生振動力的現象。

TASK 1.1 聲音現象 1. 聲音的二個要素? 2. 聲波為何種波? 3. 人耳的聽力頻率範圍?

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TASK 1.2 電與磁原理 1. 如何由電產生力? 2. 試說明佛萊明左、右手定則的差異?

TASK 1.3

音圈設計

1. 音圈選材的要素和理由? 2. 漆包線匝數是否會影響聲音?(請詳實記錄) 3. 音圈的形狀及大小是否會影響聲音?(請詳實記錄) 4. 磁鐵的數量是否會影響聲音? (請詳實記錄) 5. 磁鐵的位置是否會影響聲音? (請詳實記錄) 6. 我所設計的音圈?(試說明之) P.S.請同學確實記錄原構想和實驗結果,即使是失敗的測試,也是珍 貴的成長記錄

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TASK 2 喇叭單體 Speaker 活動日程:2/2~2/8  不同發聲體對聲音的影響  高音單體與低音單體 音圈為振動體,必需配合發聲體(掁膜)才能 去推擠空氣分子而產生聲波,然而本活動最基礎 型即是以紙杯來做為發聲體,而市面上正規的喇 叭單體則必須配合良好的懸吊設計---懸邊,以便 讓振膜振動更順暢,而發出更優揚的聲音。

TASK 2.1 單體測試 1. 不同杯子所發出的聲音有何不同? 2. 不同發聲體對聲音的影響?(不必限定為杯子,請同學多方嚐試) 3. 不同材質對聲音的影響? 4. 不同大小對聲音的影響? P.S.請同學確實記錄原構想和實驗結果,即使是失敗的測試,也是珍 貴的成長記錄

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TASK 2.2 高音單體與低音單體 1. 何謂高音與低音? 2. 喇叭單體產生高音與低音的原則? 3. 如何製造出高音單體與低音單體? P.S.請同學確實記錄原構想和實驗結果,即使是失敗的測試,也是珍 貴的成長記錄

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TASK3 音箱 Cabinet 活動日程:2/9~2/15  音箱的必要性  音箱對音色的影響 音箱的設計對音色表現有著舉足輕重 的影響,好的音箱會讓音質提升許多,反之 不好的設計會則會讓好的單體無法發揮。喇 叭在發聲時,振膜的前後方都會壓縮空氣而 產生出聲音的疏密波,但二者相位是 180 度反相的會互相抵消,特別是低頻部分因為 是沒有方向性,所以若未適當隔離時會扺消的特別嚴重。 TASK 3.1 調查活動 1. 市售喇叭的音箱有那二個主要類型? 2. 一般音箱內部裝置有什麼物體,其功用為何? 3. 試說明一般喇叭背面標示的規格有何意義? 4. 何謂音路? 5. 請問您發現了什麼特殊的音箱設計? (若許可的話,請同學訪查市售喇叭,或訪問專業人士)

Rogers LS3/5a 25

Altec A5


TASK 3.2 音箱測試 1. 音箱的必要性? 2. 音箱的大小是否影響音色? 3. 音箱的材質是否影響音色? 4. 我所設計的音箱特點說明? P.S.請同學確實記錄原構想和實驗結果,即使是失敗的測試,也是珍 貴的成長記錄

迷宮式音箱

Tannoy Westminster

TASK 3.3 音壓測試 通常以人耳可以聽到的最弱聲音( 10

12

瓦特/平方公尺)作為比較

兩個聲音強度的參考標準,設 A  10 12 瓦特/平方公尺。而某一個聲音 的強度為 B,則此聲音的分貝值如下: dB  10 log

B B(W / m 2 )  10 log 12 A 10 (W / m 2 )

1. 製作出的喇叭使用分貝計測出最大音壓為多少 dB? 2. 試計算出你的喇叭可發出的聲音強度 B(瓦特/平方公尺)為多少? 3. 試計算出 60dB 和 90dB 的聲音強度相差幾倍(要有計算過程)?

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TASK4 麥克風 Microphone 活動日程:2/16~2/20  麥克風原理  麥克風測試 同學是否還記得張惠妹有一支百萬元的小白麥克 風,然而在市面上我們也可買到一百元的麥克風,沒 錯麥克風的等級和喇叭一樣有相當大的級別差異。而 其原理和喇叭很接近,只是反向的應用而已。 TASK 4.1 麥克風原理及測試 1. 麥克風是應用佛萊明左右手定則的那一種?並試說明其原理? 2. 有些戶外用的麥克風會套上毛毛,請問其功用為何? 3.

你的麥克風是否可以發出聲音或錄出聲音?若不行請探討其可能 原因?

TASK 4.2 報告整理 1. 請同學依照活動辦法附件格式撰寫報告。

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附件 2 杯子喇叭製作流程 ◎製作流程 1. 選用類似西卡紙之類硬、薄且輕之 紙張,一端以雙面膠固定。 2. 材料之選用同學可自由發揮,原則 上容易加工且愈輕愈好,但須注意 要能承受高溫(音圈會發熱)。 3. 並將試驗之過程詳細記錄。 4. 捲黏成圓柱狀,直徑約為 13mm, 可以珍奶吸管為軸心捲曲。

5. 圓柱成品(製作音圈)。

28


6. 取 15mm 長之圓柱,下端剪成 8 片開口約 5mm 深之瓣狀基座。 7. 若線圈纏繞之匝數要另外增加 時,則需加長音圈長度。

8. 取一適當大小之圓紙片為基座,並 緊密黏在音圈上。 9. 音圈之設計同學可自由發揮並記 錄於報告中。

10. 音圈之側邊貼上一整圈雙面膠,以 利固定漆包線。

11. 第一圈先打一個結固定在音圈 上,右端多餘線頭需預留約 60 公 分以上,以利之後配線。 12. 可以吸管支撐以免變形。

29


13. 將音圈纏滿漆包線,最後一圈亦打 一個結固定。 14. 音圈之匝數可由同學自行實驗測 試(請詳實比較並記錄於報告 中),以搭配出最佳音效狀態。 15. 兩端多餘線頭均需預留約 60 公分 以上,以利之後的配線。 16. 漆包線兩端最尾部以小刀刮除外 層漆,否則無法導電。

17. 將強力磁鐵(釹鐵硼磁鐵),黏置於 膠帶上。 18. 磁鐵搭配之位置及數量,同學可以 多方嘗試並記錄在報告中。

19. 將磁鐵固定於音圈中央適當處,不 可與音圈碰撞磨擦。 20. 完成音圈製作。

30


21. 將音圈以雙面膠固定各式發音體 上,測試各種發音體所發出聲音之 差別並記錄之。 22. 雙面膠可隨時拆下換裝,以測試不 同發音體,但最後成品仍需以適當 接著劑加以永久固定。 23. 測試不同發音體。 24. 發音體並不一定要為杯子,各種物 體、材質均可發出不同聲音,甚至 於一張紙都可發出聲音,請同學多 方嘗試並記錄,並與聲音學之原理 結合。 25. 音圈加發音體整個合稱為喇叭『單 體』 。 26. 接上放大器測試之。 27. 記得將音量調大,並注意正負極不 可短路。

28. 裝入音箱測試。 29. 音箱對聲音效果影響甚巨,請同學 多方實驗並記錄之。 30. 同學可從音箱大小、材質、型狀、 內部設計著手。

31


31. 二音路測試。 32. 各單體間以串聯形式連接,以免喇 叭阻抗過低。

33. 立體聲(STEREO)。 34. 請同發揮巧思將音箱加以設計及 美化,以達兼具美觀及音色發揮之 具體目標。

35. 音壓(dB 值)測試。 A.

輸出效率測試

B.

最大不失真音壓測試

36. 麥克風測試。 37. 請同學另外製作一單體,以作為麥 克風使用。 38. 將 3.5mm 訊號線接入具有 Mic in 或 Line In 插孔的錄音裝置,例如: MP3、電腦音效卡…等,錄製一段 30 秒長之口白或歌唱。

39. 無論錄音是否成功,比賽當天均帶 至會場測試本項目。 32


附件 3 專案式活動評分表 (一)專題報告之呈現評分表 組別: 書面及口頭報告內容 20%

給 分 標 準 5

4

3

2

備 註

1

1. 書面報告內容的豐富度



主題明確度、專題探討之瞭解程度、內容收集 完善程度、分工情形恰當與圖示等分項

2. 書面報告內容的編排



內容編輯段落清晰度、文書格式展現方式合宜 度…

3. 口頭報告的清晰度與流暢度



報告時間掌控、報告流暢度與清晰度…

4. 口頭報告的形式



報告形式的適切性,簡報內容…

作 品

給 分 標 準

10% 5

4

3

2

備 註

1

1. 創新性



2. 精美度



設計理念及原理應用 10%

4

3

2

1



2. 原理應用



33

分愈高

備 註

1. 設計理念

作品精緻度、命名的適切性、附說明規格…給

給 分 標 準 5

造型新穎、自行製作比率愈高,給分愈高

材料的選用及理念的說明

STEM 概念的運用,包含概念愈多愈廣,給分 愈高


(二)作品效能測試評分表 組別: 作品效能測試 30%

音壓及麥克風效果(dB 值)

喇叭最大輸出音壓(10%)

喇叭輸出音壓效率(10%)

喇叭所發出之音色與麥克風效果(10%)

(三)線上互動評分表 組別: 線上互動情形 30%

1.線上小組討論區互動情形 2.個人線上討論區發表情形 互動性 20%

3.小組回應方式與品質 4.團隊合作精神(含整組成員是否積極 參與線上討論與問題解決活動,所有 組員貢獻度是否一致且分工良好)

相關資源 小組成員能收集到解題或參考引用的 網路相關資訊或輔助教材 5% 登入頻率 5%

1.小組成員登入平台次數 2.小組成員發表次數 3.小組成員瀏覽討論區次數

單項總分

總成績: 34

名次:


35

STEM專案式學習手冊  

STEM專案式學習手冊的發展乃根據筆者過去的執行經驗作為電子書的基礎與內容,應用ASSURE 模式於電子書的設計,提供高中職教師作為教學指引的參考,以促進高中職教師於科技教育的推廣與應用。

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