5E 探索式學習環

本研究採用 5E 探索式學習環為遊戲活動設計理論基礎，以投入、探索、解 釋、精緻化及評量五個學習步驟來協助學習者從教學活動中所獲得的知識進行反 思，使學習者察覺知識推理的歷程外，還能幫助學習者增進問題解決之能力。5E 探索式學習環屬於建構主義的教學方法，所以以下分別就以建構主義的觀點、5E 學習環教學模式之定義，及 5E 探索式學習環在自然與生活科技領域之應用進行 探討。

壹、建構主義的觀點

建構主義(constructivism)在二十世紀後半崛起於歐美學術界，其有助於科學 知識的學習(徐光台，1999)。建構主義在科學教育上形成一種新的典範，主張知 識由學習者本身主動建構的，且認知活動應以學習者的先備經驗為基礎，才能產 生 有 意 義 的 學 習 (吳 俊 憲 ， 2000)。 其 最 早 提 出 者 可 追 溯 至 瑞 士 的 皮 亞 傑 (Piaget, 1978)，他堅持學習者是在與環境相互作用下，才逐步建構出有關外部世 界的知識，而學習者與環境的相互作用涉及到同化與調適之兩個基本過程：

1.同化：個體運用其既有的基模(認知結構)解決問題時，將遇見的新事物吸納至原 有基模，此一新事物同化至他既有基模中以成為新的知識或經驗。例如，當個體 在學習電腦繪畫時，只要將過去用鉛筆畫在畫紙上的既有基模做小幅度的調整，

如將藉由鉛筆勾勒出畫像的方式改為利用滑鼠移動而產生畫像的線條之動作，此 後學會電腦繪圖技能，這即是一個同化的歷程。

2.調適：個體在新環境中，當既有的基模無法有效同化新知識時，個體則會改變 既有認知結構或基模來符合環境要求，甚至放棄舊的基模，建立新基模來保持平 衡。例如：個體學習開車時，必須大幅調整既有騎機車的基模以適應視覺死角的 新環境刺激，更需建立沒有煞車拉桿的新基模，才能因應環境變化。

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學習者的認知結構就是不斷的通過同化與調適過程逐步建構起來的，並在

「平衡-不平衡-新的平衡」的循環中得到提高與發展，這就是皮亞傑關於建構主 義的基本觀點(何克抗，1997)。

建構主義派別繁多，所提出的學習主張如下(林生傳，1998；楊佩芬，1999)：

1.知識是由學習者建構，並在學習過程中產生意義

2.以學習者為中心，因為學習者本身具備建構知識的能力 3.認知活動注重的是建構知識的作用或互動

4.所有的知識是建立在既有的知識上，經由既有的知識與經驗相互連結，建立新 的知識概念

5.建構是主動的過程，學習者主動操弄知識以統整所有的經驗事物 6.學習者主動關心整個學習活動，並能分擔學習責任

7.認知是學習者內在個體與外在環境交互作用的過程 8.認知的目的是學習者能適應生活環境並保持平衡 9.認知是持續不斷的，需要循序漸進的過程

10.認知不是由教師單向的灌輸知識，而是藉由學習者之間的互動，如：討論、省 思與批判等過程

根據上述，建構主義理論均肯定學習者在認知上的主動能力，並促進學習者 在學習上的自主權，當學習者具有主動性與自主權時，認知行為的責任也須由學 習者自行負責，這也是主動學習的意涵(林鶴貞，2003)。隨著建構主義的興起，

科 學 探 究 活 動 逐 漸 從 技 能 的 反 覆 練 習 轉 變 為 學 習 者 探 索 能 力 的 培 養 。 Gallagher 與 Parker (1995)所發展的「中等教師教學風格評量基準表─科學版」

(Secondary Teaching Analysis Matrix─Science Version，簡稱 STAM.)將教師的教學 類型分為六種，根據內容、教師行為、學生行為、資源與環境等項目評鑑，把最 具建構主義取向風格的教師類型稱作「探究建構式」，這樣的改變主要目的就是 培養學習者具有科學探究的能力，讓學習者真的能親手操作，並以最接近真實科

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學活動的教學法進行學習(張靜儀，1995)。因此，建構主義重視的是學習者是否 真實的經歷過科學情境，且藉由探索的方式來建構知識來促進科學探索能力的提 升。

貳、5E 學習環教學模式之定義

學習環(Learning Cycle) 於 1970 年首次出現在美國科學課程改進研究(science curriculum improvement study，簡稱 SCIS，1974)的教師手冊內，最初稱為「探索

－發明－發現」（Exploration-Invention-Discovery)，後來加州大學柏克萊分校的物 理學家凱普拉斯(R. Karplus)首先提倡將其改稱為「探索－概念引介－概念應用」

(Exploration-Concept Introduction-Concept Application)。凱普拉斯所提倡的學習環 是「以學生為中心」與「以活動為中心」的探索式教學法的一種，可分三個階段 實施：

1.探索(Exploration)：藉由現象的觀察或實驗，讓學習者用自己的步調及想法來達 成任務或是求出問題的答案。

2.概念引介(Concept Introduction)：由教師帶領學習者進行概念澄清及術語界定的 學習，讓學生能以更合理的方式來解釋他們先前觀察到的現象。

3.概念應用(Concept Application)：教師給予不同的情境引導學習者將習得的知識 概念延伸到新的問題情境中以解答相關的問題(許育彰，2012)。

學習環模式歷經多年的修改，除了上述提及的三階段外，還有四階段學習環、

五階段學習環與七階段學習環(如表 2-1 所示)。

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3.概念應用 (Concept Application)

1.探索 量(Evaluation)，各階段內涵如下(Bybee & Landes, 1988；王美芳、熊召弟，1995；

林曉雯，2000；趙偉智，2006)：

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4.精緻化階段：激發學習者在日常生活中應用所學的概念，或將類似的過程與其 他科目相互連結。

5.評量階段：鼓勵學習者所學到的概念與能力，教師可在此階段中瞭解學習者的 表現與進步情形，判定是否有達成學習目標。

5E 學習環教學流程圖如下圖 2-1 所示：

圖 2-1 BSCS 5E 學習環教學模式(引自游淑媚，1996)

5E 學習環教學模式提供詳細且完整的步驟來協助學習者自行建構知識，並能 培養科學探索與問題解決的能力。因此，若能運用 5E 學習環教學模式來設計平 板電腦遊戲學習活動，藉由鋪陳故事背景讓學習者投入於遊戲情境中，並以平板 電腦與實體教材為教學輔具，讓學習者經由探索遊戲活動喚起既有的知識，使得 先備知識與遊戲中所獲得的知識加以連結，最後根據探索經驗做合理化的解釋以 有效應用所學的知識概念。

參、5E 探索式學習環在自然與生活科技領域之應用

5E 探索式學習環應用於自然與生活科技領域中，教學不再是以教師為主體，

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而是以實驗或活動的方式引領學習者接觸環境、發現現象、探索問題，讓學習者 有較多主動參與課程的機會，且對於學習者的批判思考能力也有所提升(張維倫，

2011；李榮彬，2011)。此外，陳裕方(2005)以 5E 建構式學習環教學探究國小學 習者生鏽單元之概念，結果顯示學習者對於此單元所學到的知識概念具有延長記 憶之效果，且能長久記憶不易忘記。但相對於教師來說，需要耗費長時間的規劃 課程與準備教材等，因此教師必須要有正確的觀點，勿急於立即看見學習者的學 習成效，需經過一段時間後才能顯見其成效。古士宏(2006)以 5E 學習環為理論架 構發展蝴蝶生態園課程，研究結論發現 5E 學習環模式能讓教學者有效的改善教 學品質，並瞭解學習者的想法與學習意願。林建隆、徐順益與侯佳典(2009)對國 二學習者實施 5E 探索式學習環教學浮力單元之課程，研究結果發現 5E 探索式學 習環對於學習者釐清浮力單元之迷思概念有很好的成效表現，同樣也發現造成概 念改變的階段為「探索」與「解釋」兩階段，主要為「解釋」階段，其次才是「探 索」階段。陳俊宏(2009)以 5E 探索式學習環融入奈米課程探討國小學習者之學習 成效，研究顯示學業成就越高者，學習成效也越佳，且學習保留效果也越長。而 在高職學校中應用 5E 學習環進行物理教學不僅有助於學習者建立科學探究技 能，更能提升學習者的科學學習興趣及成效 (林琬縈、周建和、蘇明俊，2010)。

從上述文獻可知，5E 探索式學習可以不僅可以協助學習者建構知識、延長學習保 留效果，提升批判思考能力與學習意願，還有助於培養科學探究的能力，因此，

若將 5E 探索式學習環融入自然與生活科技課程或許對學習者的學習成效與學習 態度有顯著且正向的影響。

本研究結合 5E 探索式學習環特色於平板電腦遊戲中，以增進國小六年級的 學習者在國小自然與生活科技領域中晝夜與四季課程單元學習成效與學習態度。

本研究之 5E 探索式學習環包含投入、探索、解釋、精緻化和評量等五個階段。

在第一階段投入中，以故事情境與學習任務使學習者沉浸於操作的過程中，並引 起學習者的學習意願；在第二階段探索中，學習者在遊戲中不斷地探索問題與嘗

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試解題，最後建構知識概念；在第三階段解釋中，經由教師設計的引導式學習單 協助學習者問題解決的關鍵，並澄清模糊的概念；進入第四階段精緻化時，學習 者將習得的知識應用到日常生活中；最後進入評量階段，以學習成效測驗卷評量 學習者所學到的知識，並測量學習者是否能將知識延伸至其他的情境中。

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