尖端科技紮根國中，商轉級教案如何「聯網升級」 【創新教育個案探討：萬里國中】
撰文：真識知識機構 責任編輯：謝宇程
全台灣 727 間國中，將「物聯網」科技規劃成一個完整教案，在台北市蛋黃區都很難找到。但在偏鄉小校：萬里國中，卻有優秀的教案與老師。
物聯網，Internet of Things，近幾年大量科技公司熱切研究的產業趨勢。通常，產業趨勢都離教育現場很遠。但在新北市萬里國中蔣銘宗老師的課堂，科技產業課題被帶到生活中。
這樣的課程，學生接受程度高嗎？如何克服教學難點？如何將這個課程傳遞給更多的教師與學生？
圖1-1：位於海濱山的萬里國中，常見青山與藍天。
天涯海角學校，科技教育先鋒
新北市萬里區，與台北市之間受大度山區阻隔，距離繁榮市區，真似萬里之遙。該區面積是大安區的六倍，人口約兩萬，是大安區的十五分之一。該區只有一間國中：萬里國中。台灣少子化浪潮在鄉區特別明顯，該校全校今年只有不到一百五十個學生，僅有六個班，師資員額捉襟見肘。
在多數偏鄉地區，師資往往嚴重不足，連升學有關的考試科目都不易確保教學品質，一般認為的「非升學科目」就更不用說了。
就是這樣一個偏遠的學校，在與升學無關的校訂課程中，竟出現亮眼的創新教案。它的開發者──蔣銘宗老師，並不是「返鄉貢獻」的在地厝邊。蔣老師畢業自清大化工、台大資工研究所，在科技業從業二十餘年，從來和萬里沒有關連。
直到數年之前，他看到台灣資訊教育的空缺與需求，在偏鄉尤其嚴重，決定帶著自己的資訊專業投入其中，做出改變，也一圓小時候的老師夢。他特意選擇了靠近寬闊海邊的萬里國中，接任資訊科的代理老師，每天從新北市中和通勤數十公里到萬里海濱教課，數年如一日。
除了授課之外，他也毅然決然扛下各項資訊相關計畫的申請與執行工作。細數手上七個有關資訊科技應用的教學計畫內容，蔣銘宗表示，只要是結合資訊與教師的工作，都屬於興趣志願的範圍，雖然偶感辛苦，但能爭取到課程所需資源，就感到充實與值得。
蔣銘宗老師將自己在資訊業的看家本領傾囊相授給學生，毫不保留。他結合資訊物聯網概念以及能源教育創作「感應LED燈」教案，深受好評；他指導萬里國中應用科技社團，帶領學生組成隊參加全國青少年科技創作競賽，挑戰高難度的「IOT物聯網組」，兩組學生皆表現不凡，分別奪得冠軍和佳作獎項。
蔣老師所開發的資訊物聯網概念課程，並不是關門鑽研技術，也絕非獨厚特別對科技有興趣的社團學生。「科技到最後一定要跟人的生活環境有關係；例如，感測器可以運用於偵測周遭環境，取得資訊後為人所用，」蔣老師如此強調。
資訊科技，應該要運用在生活之中，助益人群 ── 擁有二十餘年產業經驗的蔣老師太明白了。而他也決定要將這樣的觀念厚植在學生心中。
遇水搭橋：「物聯網」課程開發歷程
資訊科科技是強大的工具，但這個工具在生活中可以如何運用呢？蔣老師首先想到地理科 ── 地理科，正是研究人們生活與環境空間的關係。
透過科技，感知自然從概略到精準
經過與地理老師的討論，蔣老師決定運用科技工具引導學生了解身旁環境，尤其包括水質、空氣、土壤的情況。
圖1-3：萬里國中的老師們指導學生
如何運用儀器與指示劑，準確量測數據。
「人可以有環境的感知，但是偏向粗略。例如有點冷、有點熱、水比較渾濁…。而且人的感知，容易因人而易。」蔣老師解釋：「透過科技，我們卻可以對環境進行客觀且精確的量測。」但是關於哪些數值有量測的意義，以及具體而言如何量測，就不是蔣老師本身的專業，於是請校內的理化科教師蘇俊益支援。
在蘇俊益老師的規劃下，本教案指導學生以指示劑、電子設備測量，得到精準客觀的數值：
量測大氣數據：溫度、溼度、PM2.5
量測水質數據：混濁度、酸ph值、溶氧量、水溫
透過科技，感知自然從片刻到全面
然而，事實上，即使同樣的時間，在不同的地點測量數據，會得到不同的數值。例如，要在萬里國中不遠處的瑪鋉溪中量測水質數據，靠近上游、中游、下游，在激流處或平緩處量測，數值都可能有所不同。如何測量，才能得到具代表性的數據？蔣老師又諮詢了地理科林雅婷老師的意見，並邀請成為共備團隊的一員。
圖1-4：萬里國中三位不同科目的教師共同打造教案，
在過去，這樣的機制並不存在。
當學生們將測量儀器設置妥當之後，蔣老師的拿手好戲才登場 ── 他教學生們如何將數據自動載入雲端資料庫，也就是達成「物聯網」系統架構。「透過資訊科技，我們對環境的認知不但可以精確，而且可以完整。儀器可以每天二十四小時，全年無休地量測，並記在資料庫中；這是無法用人力做到的。」蔣老師說。
運用科技，從資料到具體運用
這門課，蔣老師將之稱為「環境變遷與科技應用教育」。在本課程之中所得到的數據，其實有極大的實用價值。
透過長期的精準、客觀蒐集水質、空氣品質數據，可以用以評估萬里地區環境是否有變化。不管是短時間內急遽的汙染，或是長時間累積的緩慢惡化，都可以透過本計畫的數據發現，並可提出充分證據提醒相關當局。
蔣老師帶領學生設計、組裝可恆常偵測的電子工具，幾乎是可以商業化的模組。從業界觀點看來，以電子工具進行恆常偵測，例如監控、分析廠房環境、生產機具，並根據得到的結果預防事故或是優化生產，都是極為常見的模式。這門課程，將會成為萬里國中八年級的教材。
圖1-5：萬里國中教師們指導學生，運用儀器測量大氣相關數值。
以科技素養為橋，跨越學科牆界
過去三十年，全世界發展最快速的產業，莫過於以資訊為內核的科技業。Apple、Amazon、Google、Tesla… 這些科技公司不僅創造了大量財富，也帶來更便利的世界。
以台灣為範疇而言，過去三十年，台灣在世界產業領域佔有舉足輕重的地位，所靠的也是以科技製造業；包括台積電、大力光、鴻海。
儘管整個社會都已經知道，「科技」是國家競爭力的來源、是當代產業創造商業價值的基石，但在教育體系之中，多年來，「科技」都備受忽略、非常陌生。
現今，即使有「科技課」，但由於並非主要考科，長年被邊緣化，常被「主科」借去考試與補課。即使上課，也常淪為趣味大於學習的手作課程。
在蔣銘宗老師的教案中，學生能充分體認與學習到「科技」的本質與價值：
科技不是單一學科，它是所有學科都可以運用的工具，讓各種知識得以發揮更大效益。
科技不是獨立存在，它需要以各種學科為基礎，才能夠發展與應用。
學科技不是為了考試，它完全可以用在生活周遭，幫我們認識世界、引導決策、改善生活。
而這，正符合了 108 課綱之中最重要的核心概念：素養。
圖1-6：蔣老師引入 micro:bit 套件，作為測量大氣數值的重要工具。
開創教案的困難
儘管在課程極受學生歡迎、也獲得不錯的教學成效與肯定，具有深厚資訊背景的蔣銘宗，在建構與落實這個以素養為核心的優質教案過程中，並不是一帆風順的。蔣老師曾經歷不少的困難與挑戰：
一、缺乏既有的跨學科交流機制
如前所述，要完成「物聯網」課程設計，蔣老師一個人的力量是不夠的。他還需要和地理、自然、社會科老師合作。當然，他最後是爭取到了各科老師的協助，但不意味著這很容易。
在教學領域，原先並不存在跨科目教師共備的機制與文化，雖然說跨校間的研習活動也能提供交流的機會，但都屬曇花一現的短期交流，而非長期、常態的備課交流。
蔣老師帶著自己課程中的問題找別的老師討論，其實是相當「異類」的作法。其他老師可能消極對待，可能以「我很忙」婉拒，甚至可能基於成見地認為蔣老師要靠別的老師幫忙，是一種不負責任、不稱職的行為。
固然，蔣老師事實上憑著自己的熱忱，突破障礙邀請別科老師參與；而恰好這幾位老師也足夠友善熱心，都適時參與協助。但若換作另一個不那麼堅強的老師、遇到更難化解的冷漠，也許其創新教案就會胎死腹中，或至少無法得到充足的跨學科幫助。
蔣老師感嘆：「一直很希望有個平台，可以讓我有機會和跨校、不同科目的老師做一些討論交流。一定會讓教案開創更容易、更有成效。」
圖1-7：萬里國中老師們帶學生在河邊採集水質樣本。因為自然領域、社會領域老師們的合作，此教案才能讓資訊工具發揮最大價值。
二、對教案設計架構不熟悉
由於蔣銘宗老師多年來服務於業界，雖然資訊方面的能力與功底深厚，但並未經歷教案設計與書寫的訓練。蔣老師坦言：「參與教學後，雖然對於要教學的技術內容胸有成竹，但要轉換為紙上的教案，一開始相當不熟悉。」
若是單人進行教學，撰寫教案的迫切性似乎並不高。但由於需要要和多位老師請教、合作，將教案清晰地撰寫出來，就非常有必要。只有當課程的脈絡與規劃都能完整呈現，才能與同儕進行精準的溝通交流，跨科共備也才能真正落實。
三、參與教師們缺乏共備工具與意識
即使蔣老師將自己的教案整理出來，其他學科教師也願意支援，教案共備仍然不會順利進行。「要召集不同領域的老師來參與教案設計，一開始並不容易，因為大家都沒有經驗。」蔣銘宗回憶道。
醫學上，不同專科的醫生一起動手術，這是需要從醫學系開始多年的訓練，以及需要各種工具與機制的配合。而在教育上，不同科目的老師在沒有機制與工具，沒有經過引導與培養的情況下進行共備，過程中當然遇到很多挫折。
例如，如何定義整體課程目標？各種課程元素之間要怎麼取捨與調整輕重配比？如何確保課程的成效(尤其在沒有考試的情況下)？不同科目的教師們該如何在同一門課中搭配，可以達成具整體性的教學效益？一次又一次的討論，缺乏妥善的記錄平台，讓討論不易連貫，怎麼辦？
這些教案發展上的問題，以及實際操作的困難，都困擾著蔣銘宗老師。
所幸現任陳玉桂校長大力支持推動科技教育，更感受蔣老師的教學熱忱，因此鼓勵他報名參加「青山加速器」工作坊，以藉此找到更多跨校、跨域的夥伴，解答疑惑並找到方法。
青山加速器帶來的轉機
「像這樣來自外部的老師進到體制內，本身的動能是很強的。可惜外在環境並不見得總能配合與呼應他們的熱忱。青山加速器，會是他們很久以來等待的資源與機制。」新北市青山國中小黃鐘瑩老師，也是青山加速器專案的重要執行者，對青山加速器的成效如此期許 。
在青山加速器的研討中，強調學習本來就應該跨科、彼此激盪協作，最終成就學生成為全人的教育理念。而這樣的概念，在幾個具體的方面，給蔣銘宗老師很大的協助：
一、參與跨學科交流的社群
相對於教育機關慣用的自上而下的模式，要求學校與老師們「配合政策」，青山加速器計畫堅持與重視教師自發參與，並形成社群。在社群中，老師們透過線上平台、Line 群組，一起遠距溝通交流共備課程的歷程與心得。除了教學相長之外，也有彼此砥礪的效果。
在這樣的教學社群之中，要向不同專業的老師們尋求協助，絕不是奇特的怪事，而是期待之中的常態。
「第一次參與，就感覺到在場的老師參與度都很高，是前所未有的共備經驗。」蔣銘宗談及參與經驗，一貫平淡的語調透出興奮。青山加速器運用網路平台，讓老師可以隨時在上面編輯、討論教案的構思想法。從此交流不再受限於時間或空間，可以更機動靈活地進行討論編輯。而可以隨時收到有關教案的回饋，也對蔣銘宗來說彌足珍貴。
圖1-8：萬里國中「環境變遷與科技應用教育」課程教案規劃
二、教案架構的學習與優化
參與青山加速器，尤其是邀請到范信賢教授針對性的指導，也讓蔣銘宗加強了教案撰寫的概念。擁有深厚資訊背景的他，以往主要著重於比較實作面的描述，相對單純的把教學過程做出完整的描述。
但這次的加速器之中，也讓他第一次清晰認知到，教案需要從設計理念、核心素養、架構脈絡、課程目標、一直到表現任務，這些構面整體互相承接連貫，形成整體性的架構。
林雅婷老師則指出：「青山加速器提供資訊平台，給定每次任務，讓我們在數位白板上呈現進度與想法，並提供概念框架，作為思考的指引與指示。這些都對我們的共備工作有很大的幫助。」
有了這個架構的指引，不同專業的老師，在參與課程共備時，不再是隨機加入自己的發想，也不是將課程拆成數段、分頭教學；而是依循課程主軸與理念，讓各自的專業在適合的環節發生效果。
三、廣泛建立教案共備的能力與意識
在傳統的教學環境中，教師之間對彼此的教學是不會互相過問、干涉的。此風氣固然是一種「尊重」，但也是一種「淡漠」。每個老師的教學技巧、教案規劃，不易從同儕得到幫助。
在青山加速器中，蔣銘宗首次見識到，不同領域的老師，熱忱積極地對於同一份教案提出他們的建議與見解。他發現同領域老師之間容易用相似的方式剖析問題，或是很快得到相近的結論，而不同領域的交流，則有不同的思維路徑，剛好可以指出彼此的盲點：「跨領域合作時，每個人聽到的重點或感受都不一樣，可以產生不同的觀念互相彌補。」
圖1-9：在青山加速器中，各校教師都有協助彼此優化教案的意識。
蘇俊益老師則指出，透過平台進行線上共備，比起實體工作坊更好的地方在於：「我們可以同步看到別組的創意與想法，作為我們構思的參考。如果在實體共備聚會上，跑去別組看他們的材料，是很失禮的，根本不可能。」
團隊教師皆認為，青山加速器所帶來的共備經驗，能讓老師們未來要進行跨領域共備時，具備高度的意願以及技巧。
新蛻變的課程規劃
「青山加速器的主要概念是：人機協作，天人共好。」新北市青山國中小王如杏校長如此詮釋，前面的「人機合作」是執行上善用各種科技工具的策略方法，而後面的「天人共好」則是最終強調永續以及與人互動的教育最終目標。在科技不斷變遷進展的今日，如何讓學生認知科技的意義，並學習將之用於造福人群，是這個教案極為重要的啟發。
而透過跨校交流的激盪、跨科目共備的合作，萬里國中「環境變遷與科技應用教育」這門課程，得以從「觀察與感受」的層次，更加深化至「變遷與因果」的高度。
透過發展共備、教案分享平台，除了使參與的教師們能夠共享教育資源，更提供顧問由上而下去審視教案設計，甚至打開各領域課綱領綱進行跨領域的互相認知理解，重新由學生所需要的能力去思考教育的本質，跳脫自己科目原本窄小的專業領域。
經歷青山加速器的激盪與協助，層層打磨過的教學構想，相信這門課能為學生帶來一趟豐富的學習旅程。