探索與闖關學習策略

本研究採用探索學習與闖關學習兩種學習策略進行實驗教學設計，其中探索 學習策略(inquiry based learning strategy)是以 Karplus 在 1977 年所提出之學習環概 念作為基礎，讓學習者以探索的方式在每個階段中逐步建構個人知識架構；闖關 學習策略則是由研究者自行定義規畫，目的是為了將目前學習者習得概念的方式 結合遊戲與 flash 教材的環境來呈現，藉以探討探索與闖關學習兩種學習策略在不 同學習環境下是否也會造成學習成效及動機與態度之差異性。本節將先針對探索 學習策略部分依據建構主義的觀點、學習環之範疇以及探索學習與情境化學習對 化學學習之影響進行探討，之後討論關於闖關學習的規畫，最後則對本研究中所 使用的探索與闖關學習進行說明與比較。

壹、建構主義的觀點

建構主義之學習理論中，建構是指一種透過探索來學習的方式，進而創造成 功的學習機會。應用的主要特點包含互動、應對問題及對整體的理解等，且在使 用建構的方式創造學習環境時，強調促進學習的過程。所以利用建構主義進行學 習時，學習者是主動且積極的參與知識獲得、重建、操作與體驗的過程，使習得 之知識具意義、有組織且為永久性(Pivec & Dziabenko, 2004)。

整體而言，從上述關於建構主義的敘述，教學設計者在應用建構方法時需考 慮以下七個教學目標(Pivec & Dziabenko, 2004)：(1)在知識建構的過程中提供經驗 的體驗；(2)提供多面向觀點的經驗；(3)學習活動嵌入的背景需具相關性與真實性；

(4)學習過程中讓學習者擁有自主權；(5)將學習活動埋置於社會經驗當中；(6)使 用多重表徵的方式；(7)鼓勵學習者在知識建構的過程中加入自我意識。

貳、學習環之範疇

學習環是指學習活動的階段可依照步驟不斷地進行循環(鍾聖校，1995)，並 以學習者和活動為中心的探索式教學(邱韻如，2010)，透過以學習者為主體並提 供具體的經驗，使學習者經歷認知失調的過程，進而給予新建構概念運用的機會 (楊龍立，1997)。學習環的概念最早由 Karplus 1967 年所提出的初探(Preliminary Exploration)、發明(Invention)和發現(Discovery)三個階段，但由於許多教學者無法

區分發明與發現之間的差異，所以 Karplus 在 1977 年將三個階段改為了初探 (Exploration)、概念引介(Concept Introduction)和概念應用(Concept Application) (邱 韻如，2010)。

學習環所分成的三個教學階段與社會所傳遞的經驗相結合，且鼓勵自我調節 (SCIS, 1974)，而三階段的意涵如下所述(Karplus, 1977)：

(1) 初探(Exploration)：學習者從環境中獲取經驗，即在新情境中透過自身的行動 和反應來學習。在此階段學習者使用最少的引導或為實現特定的期望來探索 新的資訊與想法，但學習者無法用自己所習慣的推理模式來解決，由新經驗 所喚起的問題或是錯縱複雜的事物，所以學習過程中所造成的不平衡需要學 習者進行自我調節的行為。

(2) 概念引介(Concept Introduction)：提供社會傳遞的新概念或原則來幫助學習者 應用新的推論模式於個人的經驗中。此階段學習者會依循著與初探階段相關 的探索學習活動來學習，有助於個人的自我調節行為。若新概念所涉及的具 體定義，與學習者的先備知識相關時，概念引介所帶來的學習效果會特別有 效。

(3) 概念應用(Concept Application)：發生在應用新概念或推論模式於其它情境。

此階段中，教材所提供之物理性經驗以及與教師和同儕之間的互動扮演了重 要的角色，也是新概念所應用範圍的延伸。由於可以協助概念重組較慢或學 習經驗中並沒有與教師所解釋之內容有適當關連性的學習者，因而給予了自 我調節的額外時間與經驗。

近年逐漸有許多研究者根據個人需求將學習環細分為更多階段，且被廣泛地 使用，像是5E學習環或是7E學習環等，但在運用學習環的策略時，儘管學習環被 分割成多個階段，學習流程皆相當類似。故本研究想從基礎的三階段學習環，來

育中學習者不只被期望學習科學內容，也被強調需具備科學態度及科學探究的能 力。從學習的角度來看，科學探究主張以學習者為中心的方式去探索環境，而此 種形式能夠減少學習者焦慮並增加信心，協助學習者重新定位個人在學習過程中 的角色藉以促進學習(Abd-El-Khalick et al., 2004)，也顯示出探索行為對於學習者 的學習是必要的存在(Pilot & Bulte, 2006)。探索學習其實是一種自發性學習，學 習者能夠根據個人的認知來接收外界所傳遞的訊息，並在探索的過程來建構並修 正認知架構。但使用探索學習時，課程的設計必須具有結構性且提供適當的引導，

否則反而會阻礙學習者的學習(黃顯宗等人，2004)。

在 1970 年代，科學教育提出設計情境並將其嵌入傳統學習策略中能夠解決 化學學習問題(Pilot & Bulte, 2006)，且有進一步的研究證據指出情境可以協助學 習者對於科學概念有更好的瞭解，且利用故事情節埋置於情境的學習，比學習者 在傳統教學方式下，透過筆記或是教師講解來理解化學概念的型式更能展現出學 習效果。學習者在尋找故事情節中傳遞的關鍵概念來解決任務的同時，也因情境 學習可將理論內容與真實世界相互連結；故事情節能提升學習者連結的能力，藉 此促進有意義的學習(Demircioglu, Demircioglu, & Calik, 2009)。

視覺化的學習環境對探索式學習來說相當重要(Edelson, Gordin, & Pea, 1997)，

所以隨著遊戲逐漸發展為新的互動性學習型式時，也加強了探索式學習的重要 (Pivec & Dziabenko, 2004)。當學習者在虛擬的學習環境中積極探索時，能讓學習 內容變得更加有趣，且成為有意義的體驗經歷(Charles & Mcalister, 2004)。此外，

故事情節嵌入情境的許多優點，也能豐富學習環境，讓學習者能夠更積極參與學 習過程中的情境任務，並輔助學習者將化學概念移至長期記憶中，影響化學學習 的態度(Demircioglu, Demircioglu, & Calik, 2009)。由上述內容可知，若能將探索 式學習策略結合情境學習，便能改善化學學習的問題，加強學習者將化學知識與 真實世界連結的能力。

肆、闖關學習之相關基礎概念

目前學習者在習得化學概念的學習過程中，教師為組織與呈現教材的角色，

學習者的任務只在接受知識。即教師大多採用單向式教學，學習方式則以記憶與 背誦為主，並在課堂教學中不斷敘述定理及演練計算的步驟，只為達到精熟學習

的目的，反而降低了學習者對於科學的好奇與學習動機(王澄霞，1995；張新仁，