【特別企畫】當聖經遇上科學 STEAM主日學

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文圖◎鍾政信(北分署創客基地3D列印機電整合講師/Robotics First團隊成員)


是基督徒,父親目前在位於雲林縣的嘉義中會圳頭坑教會擔任執事,與母親共同服事教會。我從小在教會主日學長大,創世記的挪亞方舟、出埃及記的摩西過紅海、福音書的五餅二魚等故事皆耳熟能詳。因為姊姊是利河伯聖教會的主日學老師,希望讓主日學的小朋友聽聖經故事,同時也能夠學到科學知識,所以我與北分署創客基地「Robotics First」團隊與「文創造」團隊設計一系列「當聖經遇上科學」的STEAM課程──投石器、氣球動力車、跳寶等,讓小朋友動手實作,當個小小創客(Maker),培養解決問題的能力,也利用Scratch和ScratchJr程式設計聖經故事動畫或遊戲。

我認為主日學最重要的使命是傳福音、栽培和教導孩子信仰,而STEAM課程可以成為很好的工具,如同歌羅西書1章28節說的:「我們要傳揚祂,是用諸般的智慧,勸戒各人,教導各人,要把各人在基督裡完完全全地引到上帝面前。」

台灣教會的主日學已發展頗長一段歷史,也融入各領域的元素如:藝術、舞蹈、語文、戲劇、音樂等,因應時興的STEAM教育思潮,我也希望發揮一己之長,在聖經故事裡加入一些科學元素,讓學習方式更豐富有趣。無論是製作配合聖經故事的玩具,或使用Scratch、ScratchJr程式製作聖經故事或遊戲,都是為了激發孩子的學習動機,讓孩子從不同的面向認識上帝。

投石器 大衛打倒歌利亞

課程內容

雷射切割投石器機構組裝教學→打倒3D列印小恐龍→倚靠上帝克服心裡的恐懼。

科學原理

離心力、拋物線和槓桿原理。

聖經故事

撒母耳記上17章1~54節中,巨人歌利亞身高足足有3公尺,而且全身武裝,鎧甲重57公斤、矛重7公斤,看起來非常強壯威武,身前還有人拿著大盾牌保護他。

反觀大衛,是沒打過仗的年輕小夥子,只在牧羊時殺過獅子、熊,穿的是平常衣服,武器是甩石的機弦。但他對耶和華上帝有信心,說:「那曾救我脫離獅爪和熊掌的耶和華,也必救我脫離這非利士人的手。」(37節,新譯本)最後,大衛只用一塊石子就打敗了歌利亞。這告訴我們,打敗恐懼的事物,不是倚靠自己能力,而是信靠上帝,相信祂的權能。

雷射切割做出來的投石器組件。
投石器組裝完成後放上桌球

  小朋友感想

組裝投石車時,如果沒有按照步驟,可能弄壞木板或機構,要很小心拆下零件再一步一步組裝。

我原本以為螺絲要鎖很緊,但老師說彈射裝置如果鎖太緊會卡住,螺帽固定螺絲後,再依據彈射的力道調整即可。這對我而言蠻有趣的,因為和原本螺絲要鎖緊的觀念不太一樣。

比賽時,一開始投的距離沒有那麼遠,和同學討論後發現,和橡皮筋的拉力有很大關係。調整橡皮筋鬆緊後,就能順利打倒3D列印小恐龍了。從失敗中獲取經驗,我想是這堂課最有趣的地方。

學習單的聖經問題多半能在撒母耳記找到,比較難的一題是:巨人歌利亞在真實世界指的是什麼?老師請我們把心中恐懼的事物寫在小紙條,貼到3D列印小恐龍身上,再用投石車擊倒它。原來,巨人指的是我們懼怕的事物,我們可以靠信仰來克服恐懼。


氣球動力車 牛頓的信仰思索

氣球動力車。
課程內容

雷射切割氣球動力車組裝教學→從偉人的成長過程認識生活與信仰如何結合。

科學原理

牛頓第三運動定律(作用力與反作用力)。

信仰故事

我們可能都知道牛頓被蘋果砸到,因而發現萬有引力,但被蘋果砸到的人那麼多,為什麼只有牛頓發現這個定律呢?因為他是常常思考信仰與科學關係的人。

雖然牛頓提出萬有引力和三大運動定律,影響後來幾個世紀的力學、工程學和天文學,他仍說:「重力解釋了行星的運動,卻不能解釋誰讓行星運動起來。上帝統治萬物,知曉所有做過和能做的事。」

牛頓的學生曾經問他如何用數學證明上帝,牛頓說:「數學必須比上帝大,才能夠證明上帝;但事實上數學比上帝小,所以數學不能證明上帝。」那麼數學能幹嘛?牛頓說:「數學只是幫助人在上帝所造的世界裡尋找答案。」意思是,科學幫助我們發現上帝的偉大!

「當聖經遇上科學」學習單。

  小朋友感想

在學校曾用竹筷和瓶蓋做過類似的車子,但沒有使用氣球的作用力和反作用力讓車子動起來,所以覺得氣球動力車很有趣。從實際操作中,我更理解牛頓提出的物理原理了。

過程中比較困難的是輪子容易卡住,嘗試修正幾次後發現,原來是軸承太靠近底板,輪子被底板卡住,不容易前進。我們更換長一點的筷子後,氣球動力車就跑很順了。另外,摩擦力也會影響車子跑的距離,一開始在地毯上,車子寸步難行,放在平滑的大理石上,車子不但跑很快,還會因為太滑而甩尾,實在太好玩了!


跳寶 主是房角石

課程內容

使用空罐子、鋁箔紙、吸管製作跳寶,介紹環保觀念→雷射切割木橋組裝教學→天生我材必有用。

科學原理

重心、力矩、磨擦力、形狀對運動方式的影響。

聖經故事

彼得前書2章1~7節中,彼得引用舊約兩處經文說明:「建築工人所棄的石頭,成了房角的主要石頭。」(詩篇118篇22節)意思是曾經被以為不重要而丟棄的,要變成最重要的、最寶貴的。

在舊約裡看不太懂的經文,到了新約就看明白了。原來詩篇那段經文是預言,要應驗在耶穌身上,祂雖然被猶太人厭棄,卻是上帝揀選的救主。

耶穌不僅是房角石、基石,而且是活石,要建造出靈宮,那裡是聖潔的國度,有上帝的子民在其中,時刻讚美耶穌帶我們「出黑暗入奇妙光明」的偉大!

電射切割做出來的木橋組件。
使用日常用品製作跳寶。

 

 

  小朋友感想

我們除了運用廢棄的木材結合生活常見物品製作科學教具跳寶,也從跳寶競賽中學習重心和力矩,既環保又有趣!

這堂課讓我了解到,詩篇118篇22節原來是一個關於耶穌的預言。到了新約,我們就看到雖然猶太人討厭耶穌,還打祂釘死在十字架上,但耶穌反而完成了上帝的救贖計畫,我們只要信靠祂,就可以得到上帝的救恩。


可動式耶穌文具組讓小朋友了解2D機構卡榫的設計原理,同時學習聖經金句。

Q&A

 Q  什麼是STEAM?與台灣有什麼關係?
 A  STEM為美國率先提出的一種教育方式,強調Science(科學)、Technology(科技)、Engineering(工程)、Mathematics(數學),課程中常動手做,鼓勵孩子發明、創新。但純理工教育有所不足,後來再加入Art(藝術),成為STEAM。

STEAM教育正符合教育部108課綱強調「素養」(competency)的理念。素養的意思是:「人在適應現在生活和面對未來挑戰時,應具備的知識、能力和態度。」舉例來說,關於地球暖化,過去知識型學習會專注在研究臭氧層、二氧化碳是什麼,但素養則同時強調三個面向:關鍵訊息的研究(知識)、作為世界公民的責任(態度)、可以用什麼方法從哪些面向解決暖化問題(技能)。

簡言之,兩者皆強調應用知識,用創新方法解決問題。STEAM教育包含的跨領域、動手做、生活應用、解決問題、五感學習等,都是12年國教強調的核心素養。

 Q  什麼是創客?
 A   創客就是Maker,強調專題、動手做、解決問題,過程中常有討論、分享,需要團隊合作,學生不能只是乖乖坐著聽課。常見的工具是3D列印機、雷射切割機及樂高機器人等。
 Q  什麼是ScratchJr和Scratch?相較於其他程式語言(Python、Java、C++)有何不同?
 A   ScratchJr和Scratch都是由美國麻省理工學院研發出來的圖像化積木(Blockly)程式語言,以堆積木的方式建構出程式。

ScratchJr適合5至8歲的孩子,僅需要簡單辨識數字,便可以結合繪圖編輯、相機、麥克風、圖形化指令功能,用類似堆積木的方式創作。可以繪圖編輯器選擇或自製人、事、物和背景,組合不同功能的積木,讓選定的角色依照順序或觸發條件做出指定動作、換變場景等,孩子可設計故事、建立動畫、製作遊戲,實體化腦中幻想的世界。Scratch則適合國小學生,孩子可創意發想劇本,應用程式積木設計角色的行為與互動模式,也可依劇情需要變化場景,再結合口白、音樂、特效。兩者都是免費軟體,網路教學很多,學習者可在家中自學。

相較傳統文字書寫程式語言如:Python、Java、C++,學生不需要記憶過多程式碼或輸入艱深的英文字串,也不需要一行、一行寫程式。Scratch是教育部108課綱國中小程式教育中最重要的教學軟體,每年各縣市皆會舉辦Scratch程式競賽。

在教會主日學應用上,國小以下的孩子可先畫出或拍照聖經人物,錄製聖經中的對話後,再用程式讓角色動起來或對話。國小以上主日學或青少年團契則可以用Scratch製作耶穌誕生、挪亞方舟、出埃及記等互動式動畫或遊戲。 (課程相關問題請Email:jack303.tw@yahoo.com.tw)

耶穌誕生→耶穌履海→挪亞方舟

我有話要說