大山腳: 紙板液壓機械設計（校長公開授課）

為了讓孩子有更深入的動手做經驗，實質統整知識、技能，以及與人合作與不挫敗的學習精神，我們規劃了紙板機械設計實作的STEAM學習方案，並且在藝術領域的課堂裡進行，由美勞教師吳主任協同教學。

紙板機械設計─迷你千斤頂

六年級自然領域教科書：簡單機械─槓桿原理

六年級自然領域教科書：簡單機械─液體動力傳送

六年級的自然課在這學期學到「簡單機械」，主要的學習內容包括了槓桿原理、輪軸、滑輪，以及齒輪與動力傳送等小單元，教科書裡有簡單的動手做規劃，就是連接注射針筒和軟管、以水傳送動力的實驗。我們以此為基礎，規劃了簡單機械玩具的設計學習方案，所有的成品都會在本校參與「全民科學週」活動時開放觀摩學習。

校長操作示範液體動力紙板挖土機

學童分組搜尋、討論與設計槓桿機械玩具

首先我們指導六甲的孩子在YouTube平台上搜尋，觀摩世界各地的人上傳的製作影片，了解以針筒設計液壓玩具的方法與類型，然後請他們2-3人一組進行方案的規劃，初步設計、估算材料種類與數量，原則上我們要以回收的瓦楞紙板作為主要結構的材料。大多數的組別，都是設計迷你千斤頂，有一組設計液壓機械手臂，另有一組設計液壓動力玩具車。

學童分組搜尋、討論與設計槓桿機械玩具

校長親自示範、指導木工技術

學童依據自己的設計圖進行創作

校長指導瓦楞紙板的安全切割方式

簡單機械玩具以回收瓦楞紙板作為材料

小老師協助同學複習手搖鑽的操作要領

紙板機械設計─針筒液壓機械手臂

迷你千斤頂的設計，主要是以壓舌棒製作兩組槓桿伸縮架，透過兩支注射針筒內的水來、回抽送而傳送動力，進而使千斤頂的伸縮架能夠上升、下降。

紙板液壓機械設計影片：https://youtu.be/HALGzBuomsY

伸縮架的製作，是利用壓舌棒交叉連接，以槓桿原理進行類似「剪刀」的運動，進而帶動另一組的交叉棒活動，整個結構就能伸、縮與變長、變短。每一支壓舌棒要鑽3個小孔，再以竹籤穿孔連結，連接後必須使用瓦楞紙片製作的「螺帽」將壓舌棒固定，避免壓舌棒在竹籤上左右位移過遠。使用手搖鑽、斜口鉗等工具加工都不成問題，因為他們在上個學期已經有過「毬果聖誕樹」的創作經驗了！

小組合作在鴨舌棒上鑽孔

校長親自指導液壓機械設計與組裝的要領

小組合作依據自己的設計圖進行創作

小組合作以回收瓦楞紙板進行機械玩具創作

小組合作在鴨舌棒上鑽孔

有些學童完成的作品，左右兩邊的伸縮架在運作時會不平衡，我跟這些孩子不斷地找出魔鬼（細節問題）來，並且一再修正與測試，我們發現有部分因素是壓舌棒的孔洞過小而影響竹籤（軸心）旋轉的活動度。還有很多孩子在使用熱溶膠黏合螺帽（小紙片螺帽）時，誤將竹籤與壓舌棒黏合，這也妨礙竹籤旋轉的順暢度。

學童依據自己的設計圖進行迷你千斤頂創作

學童應用槓桿原理進行迷你千斤頂創作

大山國小第二跨域學習教室─EE 手創教室

另外有少數孩子的作品，是因為底盤側邊與伸縮架連結的孔洞過低，造成壓舌棒受力擺動時與底盤摩擦力過大，這種現象過於嚴重時，也會使針筒與軟管因為水壓而爆開。有一個個案是，孩子在測量壓舌棒的中心點位置錯誤，讓交錯的兩支壓舌棒變成施力不平均，自然也會造成左、右兩邊伸縮架同時上升或下降的幅度不一致，使得檯面過於傾斜。

校長親自指導液壓機械設計與組裝的要領

學童應用槓桿原理進行迷你千斤頂創作

藝術領域教師（吳主任）指導學童自造槓桿機械

學童應用槓桿原理進行迷你千斤頂創作

學童利用單一針筒製作之迷你千斤頂

新增說明文字

在切割底板或是頂蓋的時候，看到有些孩子對於直尺的量測、畫線操作並不嫻熟，很容易繪出梯形或平行四邊形，原因之一是沒有把「直角的概念」運用在長方形的繪圖上；而大多數孩子會犯的錯誤都是「視覺」上的誤差，眼睛與尺規的刻度、下筆處沒有保持一直線，往往會有1至2公釐的差距，失之毫釐、差之千里，也就形成了梯形或平行四邊形。也有孩子在劃線的時候，把1公分（10公釐）當作是起始點，因此需要13公分長的線條只繪製了12公分。

尺規畫線的錯誤樣態

校長親自指導液壓千斤頂的組裝要領

以上這些種種錯誤的嘗試，都是在正規數學課裡、自然課沒有辦法經歷的學習，透過STEAM跨領域的實作歷程，讓孩子有機會應用數學知識、概念在創作中，而不是只有精熟算式、寫考試卷；對於自然科學概念的學習，也是從科學應用的創作中建構與內化。我認為最重要的收穫是，大家深刻體會到「細節」的重要，尤其是在科學的創作歷程裡。（苗栗縣大山國小，108-04-10）