化學教育

首先本節先就化學之學習與教學意義進行探討，瞭解化學學習以及教學的意 義與重要性，再就化學反應課程相關概念教學上的困難、遊戲式數位學習對化學 教育的影響分別進行討論。

壹、化學之學習與教學意義

在自然科學的領域中，透過學習科學，可以培養學習者在觀察、驗證、歸納、

研判等相關能力，最後可正確地處理事情、解決問題。所以，科學的學習目標不 只是科學知識與概念的記憶，更強調科學探索能力與問題解決能力的養成(丁信中、

洪振方、楊芳瑩，2001)。而科學與我們的生活習習相關(例：植物行光合作用、

暖暖包因化學反應產生熱能等)，在我國九年一貫自然與生活科技領域課程大綱學 習內涵中也提及應將習得科學相關之基本能力轉化於日常生活中 (教育部，

2008)。

整體來說，在自然科學領域的課程安排，應與學習者的日常生活情境作連結，

並讓學習者可以透過探索來摸索學習相關知識，最後能利用知識解決生活上的問 題。所以，若透過擴增實境實驗遊戲的學習環境，學習者可以藉實驗探索出化學 原理，並藉由遊戲任務來應用所學，或許有助於化學反應課程的學習。

貳、化學反應課程相關概念在教學上的困境

在化學中的化學反應單元中，雖然透過觀察可以發現其變化，但關於為何有 此改變對國中階段的學習者來說是較抽象的，而學習者學習起來也是比較困難。

另外，當學習者在學習某些自然現象時，可能已擁有個人的想法與觀點，而這些 想法與觀點不同於一般所公認科學概念，稱為迷思概念(Helm, 1980)，而在化學反 應單元也易有此現象的產生，例如，學習者對「產量」和「產率」的定義混淆，

造成學習者認為催化劑可以使產量增高(蔡玟錦、陳瓊森，1992)；鐵釘與空氣產 生氧化作用，所以鐵釘生銹後會多了空氣的重量(黃寶鈿、陳世雄，1993)。在化 學反應相關概念的常見迷思概念可歸納成三種類型(廖焜熙，2001)：(1)錯誤的物 質概念；(2)不正確或不適當的物質變化概念；(3)物理變化與化學變化之混淆。

目前國中的化學教學多半透過教科書以講述的方式進行，然而一般教科書內 容過於枯燥、沒有足夠範例且內容不夠生活化(劉昌宏、郭重吉，1995)，加上整 體的教材內容份量太多，導致教師教學時數不足(廖焜熙，2001)，所以教師為了 完成課程進度只好不斷地趕課，減少了能夠實際操作的實驗課程，整個課程是以 教師為中心，學習者只是在課堂上以聽課的方式進行學習，而這樣的學習方式容 易造成學習者只能單純以背誦記憶來學習化學，對於化學的原理仍舊不能深刻瞭 解，進而造成學習成效不佳。而科學素養主要是讓學習者能夠瞭解科學本質與社 會活動間的相互作用，並學習到將科學知識應用於處理日常生活中的事物(Yager, 1993)。所以，當學習內容不能與學習者的生活作結合，容易造成學習者產生為何 需要學習化學的疑問(Demircioglu, Demircioglu, & Calik, 2009)。

為了在教學活動上能夠以學習者為中心，探索式教學是個很好的方法(Valente, Fonseca, & Conboy, 2011)。由於探索式教學是學習者藉由探索問題、找尋解決方 法，最後建構出自己的知識，在整個過程中主要都是由學習者自己主導，另外，

若於科學教學中融入探索式學習，對於學習者在建立科學概念有正向的成效 (Şimşek & Kabapınar, 2010)，而且探索式的教學活動對於提升學習者在化學學習

的動機也能有所提升(Raes & Schellens, 2012；Sesen & Tarhan, 2013)。Carin (1993) 曾提出探索式學習的過程符合下列條件是較易成功：(1)概念、模型、抽象是主要 目標；(2)需要高層次能力；(3)學習者的參與以問題解決為主；(4)持續一段時間。

此外，有研究指出，透過探索式學習化學有下列效益 (蘇麗涼，2002)：實驗活動 可以幫助理解、知識來源是多元化、學習成效與學習者自信心皆有所提升。

因此，為了幫助學習者學習抽象困難的化學反應內容，若使用探索的教學方 式，讓學習者透過自我探索來加深其學習印象並以擴增實境的方式將部分抽象概 念具體化。另外，透過擴增實境實驗遊戲，讓學習者除了可以利用實驗的操作來 發現化學反應的基本原理，並透過擴增實境提供的真實感以及將生活週遭的化學 反應內容(例：利用氧化原理概念來偵測酒精、暖暖包進行化學反應產生熱量)融 入遊戲任務的情境，如同學習者親身經歷的問題，或許能夠幫助學習者在化學反 應學習的困難。

參、遊戲式數位學習對化學教育的影響

近年來隨著遊戲的發展，以有許多研究將遊戲融入教學中(Eow & Baki, 2010；

Kim & Chang, 2010；Lowrie & Jorgensen, 2011)，而使用遊戲於教學是可以讓學習 者由被動學習轉變為主動學習(Uzun, 2012)。Carbonaro、Szafron、Cutumisu 與 Schaeffer (2010)指出遊戲應用於學習有其優勢：(1)可以用於需要高階思考能力的 教學活動；(2)可以透過遊戲來教授具抽象觀念的科學學科；(3)整個教學活動可以 愉悅地進行。因此，遊戲式學習透過其趣味性可以使學習者主動地進行學習，而 且數位遊戲可以將事物虛擬化使得抽象的概念能以具體的事物呈現，另外，透過 遊戲內容的設計，讓學習者在學習過程中能與遊戲進行互動，除了可以有效加深 印象，整個過程也會比較有趣。所以，在一般認為學習比較無趣且抽象困難的化 學，若將遊戲的方式融入到化學學習內容中，將能幫助學習者有效地學習化學 (Rastegarpour & Marashi, 2011)。

雖然遊戲式學習可以幫助學習者達到不錯的學習成效，但若遊戲的內容設計 不恰當，將可能引發一些問題(Squire, 2003)：(1)遊戲式學習不一定可以吸引到所 有的學習者；(2)學習者可能專注在玩的部分，而不是針對學習的內容；(3)學習者 在較複雜的數位遊戲中將無法精確地進行學習。另外，若遊戲的學習目標與內容 若無適當設計，對於學習上的幫助將會成效有限(Ke, 2008)。因此，為了讓學習者 在遊戲中可以有效地進行學習，我們可以根據 Prensky (2007)提出幾點的遊戲特性 來設計遊戲：

1.娛樂及遊戲性：遊戲呈現一種有趣並提供遊樂的方式，讓學習者在遊戲過程中 感到有趣。

2.規則性：明確的遊戲規則可以幫助學習者組織遊戲內容，透過實際進行遊戲來 瞭解學習內容。

3.目標性：給予具體的遊戲或學習目標，才能明確地指引學習者進行遊戲。

4.互動性：透過操作介面來與遊戲進行互動。

5.適時回饋：透過適當回饋來提供學習者學習的機會。

6.問題解決：在遊戲情境中設置問題，讓學習者可以進行思考以完成問題解決。

7.圖像與情節性：透過圖像和故事情節，讓學習者沉浸於遊戲式的學習環境中。

綜上所述，一個設計良好的教育遊戲，除了要有能吸引學習者的趣味成分外，

更要有明確的目標與規則來幫助學習者針對學習內容思考，並且透過遊戲互動來 讓學習者進行反思以加深學習印象。另外，在科學相關概念的學習，若能與真實 的環境或經驗有關，也能幫助學習者有效地學習(Arslan, Moseley, & Cigdemoglu, 2011)。因此，為了避免當以數位遊戲來進行學習時，由於全部皆是以虛擬物件來 進行呈現，造成與真實的環境或事物有段差距，所以若使用從虛擬實境技術延伸 而 來 的 擴 增 實 境 技 術 ， 將 虛 擬 的 物 件 與 真 實 環 境 作 結 合 (Alcañiz, Contero, Pérez-López, & Ortega, 2010)，讓學習者能夠在較真實的情境中進行學習，以幫助 學習者有效地把遊戲中所學習到的遷移到真實經驗中。