地球科學學習

本節先就地球科學學習之意義進行探討，瞭解地球科學學習以及教學的意義 與重要性，再進一步分別針對地球科學課程在教學上的困境與遊戲式學習對自然 與生活科技領域的影響進行討論。

壹、地球科學學習之意義

地球科學學習內容涵蓋了宇宙與各星球的關係、生命的奧秘，以及人類未來 的發展。宇宙的浩瀚無際顯示出人類的渺小存在，因此對於未知世界的探索，人 類激發起好奇心、想像力、研究動機與興趣。地球科學學習應用範圍之廣闊，不 論是在計時、晝夜與四季變化、氣候變遷中都佔有重要地位，且對於科學的發展 也貢獻良多。國外研究者思考了地球永續發展的議題，並在地球科學領域中投入 大量的時間與精力，可是在臺灣教育中，地球科學非一門獨立的科目，導致於地 球科學方面之發展未能有所突破(張祐誠，2011)。聯合國將 2009 年訂為全球天文 年，這是推動國內地球科學學習的契機，也是啟發國中小學習者探索能力的良好 機會。對於每個人來說，都應該意識到地球科學基礎知識對日常生活的影響，並

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瞭解地球科學知識是如何對社會做出貢獻性。在地球科學學習活動中應要注重觀 察現象、操作實體、及思考等步驟來瞭解學習的內容與概念，這樣學習者才能在 實作過程中不僅習得地球科學概念，也能促進處理事務、解決問題的能力，同時 也能培養出國民應有的科學素養(教育部，2008)。

貳、地球科學學習課程在教學上的困境

人類體驗日常生活幾乎無法察覺地球繞著太陽轉或是地球自轉等現象，也因 種種限制而無法用直觀的證據來證實地球的狀態(蕭建嘉，2001)，即使科技日益 進步，但對於地球科學觀測仍是十分困難。地球科學學習課程一直是國中小學習 者感興趣的主題(連啟瑞、盧玉玲，1996)，一旦學習內容牽涉複雜概念時，對於 先備知識源自於生活經驗的學習者心中難免會存在著另有概念或迷思概念(賴慶 三，2005)，這些另有概念主要是學習者與外在環境互動所造成的，包含自我感官、

日常言語、大腦內部構造、社會環境或學校教學等(Driver & Tiberghien, 1985；

Osborne, Bell & Gilbert, 1983；Sutton & West, 1982)。此外，學習知識時如以不正 確的方式進行理解，學習者記憶知識後就會產生相關之迷思概念，例如：學習者 無法辨別地球的形狀及自己處在地球的何種位置(Nussbaum, 1979)、或回答出地球 的自轉與公轉方向(林秀鳳，1996)，甚至連造成季節變化的主因都沒辦法確切回 答(姜滿，1997)，而等到迷思概念形成後則無法輕易的排除與導正。

我國九年一貫自然與生活科技領域之課程目標為培養科學與技術之探究方 法與基本能力，並能應用所學於生活中(教育部，2008)，在一般課堂中，地球科 學教學只是單純的描述概念性知識，學習者無法完整且有系統的接收知識，因此 無法有效聚焦到應用層面進而達成課程目標。礙於觀測地球科學觀察受多種限制 影響，例如：需要極長的時間來觀測四季中晝夜的比例，或是絕佳的觀測地點與 天氣變化等皆為不穩定因素，導致地球科學教學與學習者的學習品質不佳(顏嘉億、

盧怡秀，2000)。王寶勛(2006)蒐集了多位專任老師意見後，發現教師進行地球科

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學教學時常會遇到以下的問題：

1.天候因素：天氣不佳導致觀察地球科學現象不易。

2.環境因素：由於市區光害、高樓林立、或空氣汙染導致視野不良而影響觀測活 動。

3.學習者課業繁忙：學習者放學後須進行補習課程，因此教師無法有效安排夜間 觀測時間。

4.家長幫助意願不高：家長因工作與家事繁忙而無法協助教學。

5.學校設備不足：學校礙於經費問題而無法讓每位學習者都能親身使用實體教具 來學習。

6.天體觀測：課程進行時間無法配合白天中所能觀測到的日、月現象，有些現象 還需配合節令來觀察。

其中，教師如果要在課堂時間外安排夜間觀測，不僅要規劃繁複的活動流程，

還須顧慮學習者的安全問題，所以教師要如何解決以上之考量來進行教學活動也 是一大難題。廖俊達(2008)認為模擬示範教學或多媒體應用教學適合用於解釋地 球科學現象的成因，例如：四季成因、月相成因，因為其能解決無法以 2D 平面 或講述方式呈現的 3D 空間關係，因此如果能使用適當的地球科學教學策略與輔 助教具讓學習者以實作方式進行教學，或許能提升學習者的學習表現。此外，地 球科學實作教學也能激發學習者學習的興趣，體驗實際操作所帶來的樂趣，並將 所學知識活化且應用於生活中，解決生活中所碰到的問題(賴慶三、吳正雄，

2005)。

綜觀以上所述，如果要達成國民中小學九年一貫課程綱要中自然與生活科技 學習領域之課程目標與基本理念，教師必須改變現有的教學方法，應以具探索式 策略來設計學習活動，讓學習者透過自我探索的方式來獲取知識，並加深認知理 解(Valente, Fonseca, & Conboy, 2011)，另外，若能建置數位學習環境，並融入遊 戲化的使用介面，模擬出近乎真實的三度空間場景進行互動教學，或許能讓地球

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科學教學有更多的互動機會與運用空間(唐文華，1996；許麗玲，2000)。

參、數位遊戲式學習對自然與生活科技領域的影響

從許多教育學家研究各種學習理論的結果發現，無論設計多好的教材或教法 還不如讓學童從遊戲情境中學習(Norman, 1981)。在遊戲學習過程中，學習者能完 全投入且忽略遊戲之外的其他資訊，學習者藉由不斷的挑戰來超越自我，並肯定 自我的能力(Kiili，2005)。早期的研究曾歸納出遊戲之所以能引發學習者學習的 動機，是因為遊戲中包含奇幻(fantasy)、挑戰(challenge)、好奇(curiosity)與掌握性 (control) (Malone, 1980)，這五項特點彌補了正規教育所缺乏的元素，也確認了遊 戲式學習帶來的正面教育意義。因此，教師若能利用遊戲策略進行課程設計，學 習者更能掌握學習的範圍與狀況。遊戲式學習在設計時須考量以下四大設計要 素：

1.介面：讓學習者以直觀的角度進行操作。

2.互動性：遊戲中提供學習者選擇性的操作方式，選擇越多互動性則越高。

3.故事性：設計故事架構並設定目標以吸引學習者投入遊戲。

4.平衡性：遊戲要公平的給予分數以保證每位學習者的學習進度。

因此，將四大要素結合於遊戲流程中能有效的提升學習成效(周升馨、孫培真，

2008)。綜觀上述，說明遊戲能促進學習者主動學習，且近年來教育部也開始正視 遊戲對於教育上的價值。Prensky (2007)提倡了所謂的「數位遊戲式學習」，結合 了科技、遊戲及學習，可達到寓教於樂與提高學習者學習動機的效果。Prensky 認為數位遊戲式學習有以下的優點：

1.富含趣味性與故事性，讓學習者可以完全投入遊戲並進入沉浸狀態。

2.給予明確的規則與目標，讓學習者遵守其規範，並依據目標以完成任務。

3.互動性與系統回饋功能，讓學習者自行建構學習歷程，且主動進行反思。

4.依據學習者的能力提供階段性任務，使其產生心流經驗。

5.藉由破解遊戲任務來增進問題解決的能力與探索能力。

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Csikszentmihalyi (1997)認為在具明確目標、立即回饋、挑戰內容條件下，學 習者即會開始專注精神以達到學習的效果。數位遊戲式學習塑造了一個良好的學 習環境，讓學習者主動探索而獲得知識，並能延伸至其他的應用情境中。Clark 和 Nelson 等人(2011)針對美國與臺灣地區的國中學習者以遊戲式策略進行學習，

並以牛頓運動定理單元為例。結果顯示遊戲式學習對概念知識整合上具影響力。

吳叔鎮(2011)探討國小氧氣與二氧化碳、電磁世界課程及科學技能學習過程中使 用數位遊戲式學習與網頁學習是否有顯著差異。結果顯示高成就學習者在電磁 世 界 單 元 中 達 顯 著 水 準，且 所 有 課 程 中 的 學 習 成 效 皆 優 於 網 頁 學 習。王秀雯 (2010)對國小五年級學習者進行數位遊戲式教學，其目的為幫助學習者澄清地球 運動、晝夜與四季變化之迷思概念。研究結果顯示低成就學習者在使用此教材後 對地日月運動的知識有顯著的提升。因此，如果將抽象不易觀察的地球科學內容 設計成充滿挑戰以及豐富的遊戲環境，並搭配適當的課程教材與教學策略，讓學 習者藉此強化學習動機與促進參與度外，面對選擇的時候也能有效運用分析與綜 合技巧來進行思考，並經由觀察與實際探索來增強學習經驗與問題解決的能力 (Dickey, 2005；Winn, 1993；Young, 1993；吳心楷、吳百興、張耀云，2010)。

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