研究範圍與限制

第一節 研究背景與動機

槓桿的應用，在歐洲的科學史上可以追溯到公元前 3 世紀，古希臘科學家阿基米 德在其《論平面圖形的平衡或其中心》中便揭示了槓桿定理（Rorres, 2000），其名言：

「給我一個支點，我就可以舉起整個地球。」也有學者認為在古代埃及，那些用來建 造宏偉金字塔的百噸巨石，就是利用槓桿來搬運的（Wallis, 2003）。在中國，戰國時代 的墨子就在其《墨子》一書中，敘述了槓桿原理在防禦工事上的應用（吳毓江，1978）。

時至今日，應用槓桿的工具更是不勝枚舉，舉凡訂書機、剪刀、開瓶器等生活工 具，甚或休閒運動上的球棒、腳踏車等，都是槓桿原理的應用，顯見槓桿與人類生活 早已息息相關。目前國民小學在九年一貫課程的自然與生活科技領域中，也利用簡單 機械的介紹來探討槓桿原理。然而在槓桿原理的學習上，仍舊存在諸多的迷思概念（賴 明照，2003）。陳淑筠（2002）對國內學生在自然科學迷思概念研究中指出，我國學生 在「力與運動」的學習上存有較多困難。李田英（1995）對國內學生學習「力與運動」

概念時也談到，槓桿、滑輪等單元，是自然科課程中相當不易理解的課程之一，國內 高年級學生在槓桿平衡問題的通過率，遠低於國外的學生。

賴明照（2003）與張志銘（2004）的研究均指出，國內學童在無法正確利用「三 點共存」概念情形下，影響到槓桿工具省力、費力情形的判斷。游光純（2002）對國

內高年級學生在槓桿平衡的迷思類型研究中指出，六年級學童普遍對物體懸掛方式、

力臂與重量的相互關係上產生混淆。Stepans（1994）的研究發現，學生會把槓桿平衡 器兩邊的砝碼數與支點的距離分別相加來做比較，甚至認為物體距離支點愈近，達成 平衡所需的力就愈小。Siegler（1976）的研究也指出，解決槓桿平衡問題在策略本質 上其實是矛盾的，這個問題也導致只有少部份受試者，會使用重量與距離乘積的規則 解決槓桿平衡的問題。

從 Siegler 等人的研究結果來看，學齡兒童在槓桿原理的學習表現上，並未符合其 認知發展的程度，這表示傳統的槓桿原理教學方式，可能導致學童對槓桿平衡產生迷 思概念，而未能使用較理想的解題規則或方法來解決槓桿問題。目前國內各出版社關 於槓桿原理的教材，均編製在六年級下學期教材中，這是否與高年級學童容易出現槓 桿課程的迷思概念有關呢？

迷思概念指的是在學習的過程中，學生對於某一種概念，因某種因素而產生錯誤 的想法（Abimbola, 1988）。蘇育任與黃文美（2007）指出在學習自然科學領域相關課 程時，學童可能因為科學概念所需的先備知識不足、死背概念與公式或將相似的概念 重疊，造成迷思概念。鍾聖校（2000）針對自然與科技領域教材教法的研究指出，教 學者若使用傳統問答式教學，可能無法誘發學生的學習動機，導致學童缺乏概念的學 習。

林昱成（2008）在提昇學童槓桿學習成就的研究中，運用遊戲式模擬軟體進行實 驗教學，發現電腦模擬式遊戲能有效引起學生的學習動機，進而提昇槓桿課程的學習 成效。Virvou（2005）等人透過遊戲來保持學生學習的動機和注意力，發現使用教學 軟體傳遞給學習者的知識和技能，都能順利的進行學習遷移。張國恩（2002）在其資 訊科技融入教學的研究中也指出，利用模擬軟體建立學習環境以協助學習者操作練習

，將抽象化的概念以視覺化的方式表現出來，有助於學習者觀念的理解；而數位遊戲 若能結合教育內涵，遊戲中包含多媒體與聲光效果的遊戲介面，將學習搬到一個虛擬

的互動式情境中，將可強化學習動機與興趣，學習者將會主動參與學習。林煜庭（2008）

在多媒體學習的研究中發現，在提供多媒體學習環境下，配合視覺化的方式呈現，就 能降低教材外部認知負荷，將結構化的關聯在學習者的面前加以突顯出來，協助學習 者進行主動學習。

電腦遊戲可以營造一個理想的學習環境，其環境具有挑戰性，學生面對複雜狀況 時，可以培養解決問題的能力（Sandford & Williamson, 2005）。王曉璿、林朝清、周建 宏、蔡松男與王怡萱（2009）在不同電腦輔助學習的策略研究中也發現，在「遊戲式 概念改變」、「引導式表徵陳述」與「鷹架式電腦輔助學習」等學習策略中，接受「適 當電腦輔助學習策略」補救教學之學童，在學習成就表現上有潛在改善之成效。

「神馳經驗」是遊戲式學習中，相當重要的因素。現代人在與電腦網路互動過程 中，不知不覺進入了神馳的狀態，排除與資料搜尋不相關的知覺反應，專心於網路的 各種情境中（陳偉睿，2002）。而在學校的教學課程裡，教學者若能營造出能讓學習者 產生神馳經驗的課程內容與學習情境，相信學習成效也能大幅增進（李哲明，2008）。

陳冠琳（2009）也指出，電腦遊戲軟體若能讓不同學習成就的學生都能從遊戲中得到 滿足與刺激，將有增強學習遷移的效果。

然而，蔡福興（2008）在線上遊戲式學習對學習遷移成就的研究也發現，遊戲式 學習的缺失在容易造成學習者沉溺在遊戲世界裡，而忽略了學習的內容。Karl（2008）

在教育性遊戲的研究中也指出，教育性遊戲如果無法與教學目標結合，將使學習者太 過專注在遊戲的競爭上，而忘記了遊戲學習的真正目的─探索與追求知識。為了改善 這個問題，Bokyeong（2009）在遊戲式學習的認知策略研究中指出，教學者可以利用 現有的遊戲，導入適當的認知策略與引導方式，使得遊戲可以對應到確切的課程目標；

而讓學生記錄遊戲活動的過程，其實就是一個問題解決的歷程。

教育部在九年一貫課程中不斷強調，希望學童能在學習過程中，學得「帶著走」

的能力。要能達成這樣的目的，就必須仰賴學生在老師的指導下，從教學過程中學習

如何發掘問題、分析問題和解決問題的能力，藉由處理問題的過程，搜尋資訊而學到 必要的知識。如此，印象才能深刻且記憶良久，將來在生活中如果實際面臨到問題時，

即可模仿此種處理問題的方式來解決問題，使學生終身受用（宋錦圓，2008）。

綜上所述，本研究旨在探究「遊戲式」教學策略，與「問題導向遊戲式」教學策 略，這兩種不同遊戲教學策略，使用在國小高年級槓桿原理課程中，學生在槓桿學習 效益上的差異。在實驗教學過程中，也期望能編製出改善學童槓桿概念的教材。

第二節 研究目的

基於以上因素，本研究針對國小六年級學童，在槓桿原理課程教學過程中，融入 遊戲學習與問題導向學習策略，進行相關探討與研究。本研究的目的如下：

1. 探討國小學童槓桿原理學習困難及相關輔助學習理論與策略方法。

2. 比較遊戲式教學策略，與問題導向遊戲教學策略，在槓桿原理課程之學習效益差異。

3. 藉由實驗教學過程結果，提出槓桿原理教學相關建議與教學策略。

第三節 研究問題

為完成以上所述的研究目的，本研究之待答問題如下：

1. 國小學童槓桿原理學習困難及相關輔助學習理論與策略方法為何?

2. 遊戲式教學策略，與問題導向遊戲教學策略，在槓桿原理課程的學習成效上，是否 有顯著差異？

3. 槓桿課程教學中，學生容易產生迷思概念，與學習效益較不理想的單元內容為何？

改善以上學習問題之教學策略為何？

第四節 研究範圍與限制

本研究在研究過程中雖力求周詳，然而由於客觀環境限制之下，實難以避免下列 情形對研究所產生的限制：

一、研究對象部分

本研究以南投縣某國小六年級兩個班級為實驗對象，因此外在效度受限，研究結 果不宜做大範圍推論。

二、研究方法部分

本研究因研究者人力、物力有限，無法做大範圍學校的受試者測驗，故採用「準 實驗研究」的設計，研究結果只能推論至類似情境或學校規模之國小學生。

三、研究工具部分

本研究之教學設計，因學校課程及評量進度限制，僅能進行六週共18 堂課之研究 課程，故實驗結果可能無法推論在實施更長期的教學後，學童在學習成效上的差異。

而教學實驗過程使用之遊戲或軟體，受限於研究者本身人力及時間有限，無法徹底搜 尋全部與槓桿原理相關的遊戲，故可能在網路上有更好的相關遊戲可供教學。