行動研究過程中，爲了增進學生問題解決能力，研究者蒐集相關論文、坊間 書籍等資料，思考如何設計科學遊戲與思索如何運用PBL來實施教學，茲說明如 下：
一、科學遊戲設計的原則
爲了要以科學遊戲增進學生問題解決能力，首先從九年一貫課程自然與生活 科技學習領域找出思考智能之分段能力指標有關問題解決能力的部分（教育部，
2003b）（詳見第二章第三節表2-3-2），以能力指標為基礎去設計科學遊戲教學 活動，這也是符合教育部九年一貫的精神。而本研究之科學遊戲是參考坊間書
籍、相關論文等資料自行設計和改編的教學活動，教師的角色乃是引導學生在學 習過程中學習科學技能和科學原理，學生必須自己從製作過程和競賽中激發思考 和解決問題的能力。
在三個循環的科學遊戲中，研究者反覆思考並歸納幾點設計科學遊戲教學活 動的原則，以下分別說明之：
（一）以「好玩」引起學生學習動機
Garvey認為遊戲的特性是好玩的、無外在目標的、是自願參加的；而Carol 認為遊戲總是快樂的、充滿趣味的（詳見第二章第一節表2-1-1學者對遊戲的定 義）。所以科學遊戲開始教學時必須先引起學生動機，讓學生對科學遊戲產生興 趣，而引起動機最重要的因素就是善用與學生生活經驗相結合的教材、圖片或是 實例，運用4~5分鐘的時間，以簡短扼要的說明讓學生瞭解這次科學遊戲的主軸 和重點，刺激學生學習的興趣。
科學遊戲若能引起學生興趣，學生探索的意願將能繼續延續下去。在第一循 環的研究過程中，發現學生對於聲炮很有興趣，引起學生過程中都能主動地探索 聲炮的科學遊戲；反觀，第二循環的的研究過程中，發現學生對於報紙繩索，一 開始覺得主題很新鮮、令人好奇，但到了第二個主題之後，卻發現報紙繩索很單 調無趣、變化性不大，研究者在第二循環時，察覺與第一循環的落差很大，積極 介入輔導與鼓勵，但結果的成效有限，透過深入訪談時才瞭解學生心中的想法是
「不好玩」，較難有主動探索的動機；在第三循環的研究過程中，學生對於水火 箭的主題一開始就表現出想玩的樣子，因為學生很「關心」這個水火箭科學遊戲 要如何上課、要上多久、什麼時候可以玩、可以比賽嗎等等，因此研究者再次有 了很深刻的體悟，觀察到學生在第二循環的科學遊戲表現動機缺乏，但到了第三 循環的科學遊戲卻又展現高度的動機，使研究者可以容易觀察學生在過程中如何 解決所遭遇的困難。
總而言之，所設計的科學遊戲是「好玩」，還是「不好玩」，將會影響學生 主動探索的興趣，「好玩」的科學遊戲比較能引起學生的學習興趣，激發學生持 續探索的動力，研究者容易記錄觀察學生解決問題的歷程。這正呼應中研院院長 李遠哲（引自蕭次融於「玩科學秘笈」書中推薦序，2000）和許良榮（2004）所 提到的，提供學生玩科學的機會，一旦小朋友覺得好玩，就會有高度的學習動機。
反觀之，「不好玩」的科學遊戲就會讓學生動機缺乏，教學者必須耗費更大的心 力鼓勵學生繼續探索，研究者不容易觀察學生解決問題的過程。
（二）科學遊戲過程必須包含動手做的設計過程
動手做的設計過程是為了要激發學生自我思考能力，以及促進小組團隊的分 工合作精神，包含研究對象在探索過程中互相砥礪到解決所遭遇問題的所有歷 程。
本研究最重要的研究目的是要以科學遊戲增進學生問題解決能力，所以在整 個教學過程中，必須要透過實做的方式，觀察學生在實做歷程中的變化，這正符 合計惠卿（2007，6月）在中原大學「知識學習與創新教學-問題本位的教與學」
學術研討會中所提及「從設計中學（knowing by designing）」的觀點，學生在 探索過程中，主動投入設計與實做，從設計的實做中激發學生思考，累積學習的 經驗。
「與其給學生一條魚，不如教他如何釣魚！」道出學生學習的精神，學生必 須透過體驗、學習、思考、探索的過程，實際地遭遇問題並嘗試運用自己的方式 來解決問題，而不是直接給答案，中間過程若是沒有任何的努力，則是無法得到 成果的。
故爾，林堂麗（2003）與蕭次融在「玩科學秘笈」（蕭次融等人，2000）中 都認為融入動手做的設計過程是一個重要因素。若要以科學遊戲增進學生問題解 決能力就必須要融入這樣的精神，只是單純的「玩」科學遊戲，玩過之後就忘記
了，學生是無法從中間的過程記錄深刻體驗，惟有透過親自實做、親自遭遇問題、
親自解決問題，才能深刻記憶，才能記錄成長的歷程。
（三）科學遊戲過程需融合遊戲規則和競賽的機制
「兒童經由遊戲而學習」一直被教育界奉為圭臬（楊文貴等譯，2003）。所 以除了上述的實做過程之外，再輔以競賽過程與競賽機制，讓學生透過榮譽心追 求競賽的勝利這就是一種過程的學習，如第四章第二節學習檔案[學檔-S25- 20061031]中所提及，因為競賽讓他們體會要努力、要想辦法才能獲得勝利。因 此，競賽過程能激發更多的問題，讓不斷浮現的問題持續刺激學生的思考，過程 中教學者必須兼顧公平公正的原則，各組之間是公平的競爭，自己爭取最佳的成 績。有了競賽的刺激，教學與學習過程也會比較多元化，不至於淪為枯燥乏味，
學生在過程中可以互相學習、可以探索、可以競賽、可以比較，從中間激發不同 的學習樂趣，讓學生在學習樂趣的前提下，可以一步一步地解決問題，也可以體 驗到過程中自己的學習成長。
在第一循環後，研究者反思過程中有少部分學生參與性不高（詳見第四章第 二節研究者手札[手札-003-20061024]），後來瞭解學生若不熟悉遊戲規則，玩 過遊戲之後就會失去興趣，經過修正後，第二、三循環每次皆向學生清楚說明遊 戲規則與競賽機制，才開始體會到學生已能慢慢融入科學遊戲之中。
總而言之，林堂麗（2003）認為科學遊戲是結合科學原理進行的「規則性」
遊戲。所以，科學遊戲過程融合遊戲規則和競賽的機制可以增加許多學習樂趣，
有固定的遊戲規則，學生則可以有規則可循，而競賽的機制可以激發學生思考能 力，從做中學，從錯誤中求進步，累積解決問題的經驗來達到競賽的勝利。
（四）主題活動難度由簡入深
研究者當初設計科學遊戲的原則以Gagn’e的理論為基礎，因為人類的學習依 複雜程度由基本層級的訊號學習，到複雜層級的多重辨別、概念學習、原則學習，
到最高層級的問題解決，較高層級的學習需以較低層級的學習為基礎（黃郁雯，
2005）。所以主題活動設計難度是由簡入深，從上課的反應可以明顯看出，第一 循環時主題愈來愈難，學生的抱怨聲也越來越大聲，但到了第二、第三循環後，
學生開始慢慢適應，當教學者佈題時，學生會嘗試找方法來解決，所以主題活動 的難度設計必須由簡入深，讓學生可以從玩遊戲中引起興趣，然後漸漸地主動探 索箇中的奧妙。
（五）要有充分的討論和體驗時間
研究者歸納三個循環的科學遊戲探索過程中，有一些重要發現，如圖 4-2-2 聲炮 DIY 科學遊戲教學內容修正圖示、圖 4-4-2 水火箭科學遊戲教學內容修正圖 示、圖 4-3-2 報紙繩索科學遊戲教學內容修正圖示。
原本設計的科學遊戲每個單元規劃 3~4 節課，平均每個單元有三個競賽主 題，平均每個競賽主題只有 1 節課的時間可以實施討論、實做、練習與競賽，經 過第一循環教學之後發現學生在討論、實做與練習時間需要更多，才有足夠的時 間解決所遭遇的問題，否則準備不足而上場競賽，很難觀察到過程中問題解決能 力的變化。在第二循環教學時，將報紙繩索科學遊戲原本設計的 3 節課增加到 6 節課，主題二「自製一組套環比載重」、主題三「自製二組套環比載重」各增加 實做、練習、討論時間 40 分鐘，但在教學結束之後，仍發現在主題一「比載重 多寡」只安排 1 節課，時間稍嫌不足，因為在教學之前學生並未有過探索報紙繩 索的相關經驗，學生若沒有充分的體驗時間先累積學習經驗，會覺得課程內容較 困難，在主題二、主題三的探索過程中探索動機會降低。所以在第三循環的水火 箭科學遊戲課程中，多增加 1 節體驗時間，讓學生有充足的時間先體驗水火箭，
增加學習的樂趣。
許良榮（2004）認為科學遊戲是蘊含了科學原理或科學概念的活動。所以學 生若沒有充分的時間進行討論和體驗，無法深入瞭解科學遊戲中所蘊含的科學原
理和科學知識，以至於在競賽中無法盡全力施展所長；而討論和體驗的時間也不 宜過長，避免學生產生「無趣」的想法，降低學習的意願，所以配合不同的科學 遊戲教學活動，可以設計不同的討論和體驗的時間。
二、如何運用問題本位學習實施科學遊戲教學
「反思」在探索過程中是一個很重要的學習因素，而PBL的學習精神正是強 調獨立學習和團隊學習。Lang（1986）也提到教師應賦予學習者思考及行動的權 力，幫助學習者成為更好的實踐者。如此，這樣的學習精神正可運用在科學遊戲 的教學上，藉由引導的策略，從科學遊戲的探索過程中去研究對象成員和成員之
「反思」在探索過程中是一個很重要的學習因素，而PBL的學習精神正是強 調獨立學習和團隊學習。Lang（1986）也提到教師應賦予學習者思考及行動的權 力，幫助學習者成為更好的實踐者。如此，這樣的學習精神正可運用在科學遊戲 的教學上，藉由引導的策略，從科學遊戲的探索過程中去研究對象成員和成員之