本章共分為四節，依次分別為研究背景與動機、研究目的與研究問題、名 詞釋義、研究範圍與限制等。
第一節 研究背景與動機
一、研究背景
科技的發展瞬息萬變，現今的科學課程若是停留在「教師給予知識」的思維，
學生所學習到的科學知識和技能，恐難應付多元的社會。近半世紀以來，國內外 的科教學者皆期望透過科學探究實現有效的教學和學習，以促進學生的高層次思 考能力。台灣目前的科學教育改革亦如是，期望學生利用探索自然以及科學現 象，以發展有意義的瞭解，取代以往死記定義和事實的學習。
我國的國民中小學九年一貫課程綱要自然與生活科技學習領域（教育部，
2008）中提及：「自然與生活科技之學習應以探究和實作的方式來進行，強調手 腦並用、活動導向、設計與製作兼顧及知能與態度並重……自然與生活科技之學 習應以學習者的活動為主體，重視開放架構和專題本位的方法。」建議教學能以 學生為學習的主體，讓學生養成主動學習的習慣，並培養獨立思考與問題解決的 能力，學習科學與技術的探究方法和基本知能，並能應用所學於當前和學習未來 的生活。如同教育部所示，科學教學應致力於營造科學探究情境，以提昇學生的 科學探究能力。由科學課程中強調「探究」的趨勢發現，促進學生的科學探究能 力已成為科學教育的核心目標。
Furtak(2006)指出，如果學生在一個開放的環境裡學習，而答案是未知的，使 用科學家思考過程和預留答案的方法，會讓學習更有意義。因此教學中包含越多 的教材，學生學習保留得越少；反之，學生學習保留得越多(引自洪振方，2003 )。
Herron(1971)提出探究的四個層次，第一個是食譜式的確認層次（confirmation / verification），逐漸到教師引導的引導式探究，到第四個開放性探究層次（open inquiry）--所探究的問題都是學生自行產生的。許多研究指出，在開放式的實驗 活動中，學生對科學內容的學習、推理能力、思考能力都較活躍。而在非探究式 的教學中，教師將學生當作知識的接受者，會以學科知識為中心，若教學中包含 了所有的教材，則視為教學表現佳；採用探究式教學，教師則以整體觀點來看待 學生，認為學生的創造性與認知方面的成長非常重要，學習應該以學生為中心，
並促進其多元才能的發展。
由上述可以發現，「探究」已成為科學教育強調的重點，但完全開放式的探 究學習，需要耗費大量的時間，在現行的教育課程、社會期待、家長壓力之下，
恐怕難以全面實施。劉宏文（2001）亦認為開放式的探究學習，在課程設計上需 考慮學生的特質、學校的情境與探究活動的可行性，建議應以引導式探究為主。
就現今的教育風潮而言，教師的教學方式應該更加多元化，以提高學生的學習興 趣及培養其探究能力，考量一般課室中的教師有課堂時間及進度的壓力，設計一 個可以在現行課程中進行，能以學生為主體，讓學生自己動腦思考，增加學生對 學習內容保留率的教學活動，是值得進一步研究的。
喜愛遊戲是兒童的天性。當我們急著教導孩童一些事情時，是在阻擋他們親 身體驗的機會，他們獲得真正的瞭解應該是來自於他們自己的發現（段慧瑩、黃 馨慧譯，2000）。透過「指導式遊戲」作為兒童的教育策略，可增進兒童的學習 動機，也能增加兒童的知識和技能（李宛玲，2010）。而科學遊戲是引領學童學 習科學的一個有效工具。它能提高學童的學習興趣，有利於學童建構科學概念（林 瓊音，2006）。許良榮（2004、2009）認為科學遊戲一方面能引起學童的學習興 趣，一方面可以培養學童科學實驗、實作技能與解決問題的能力，但要避免只是 單純的引起學童興趣卻缺乏學習內涵，而是必須讓學生有動腦筋的機會，亦即讓
學生主動去探究。國內許多學者針對科學遊戲的教學活動進行相關研究，在在顯 示科學遊戲逐漸成為目前科學教育的趨勢。
科學遊戲利用兒童喜愛遊戲的天性，引起其學習興趣，將科學概念涵蓋其 中，讓學生得以在動手操作中習得科學知識，應可達到科學教育改革中的探究之 目標，但教學內容若只有科學遊戲而沒有讓學生動腦的機會，恐怕就失去了教育 的價值，因此以科學遊戲為教學中的「肉」，還必須尋找教學的「骨」才行。
創造性問題解決教學模式適用於多樣化的教學情境，運用於課程之中，對於 個人創造力及問題解決能力的提昇亦有所助益，學生不僅從中獲取科學知識，對 於課程也抱持正面的感受。創造性問題解決教學中的成份與階段，與科學探究能 力是有所重疊的，利用創造性問題解決的模式融入教學，應可提昇學生的探究能 力。教師在這樣的教學中應扮演積極提出問題的角色，並且可從這種教學模式中 提昇自身的教學能力，有助於促進教師的專業成長。
綜合上述，研究者期以創造性問題解決的教學理念，配合兒童喜歡遊戲的天 性，融入以科學遊戲為主的教學活動中，讓學生從動手操作中培養其科學探究能 力。近年來有不少研究指出這樣的教學策略是可行的（李宛玲，2010；林盈全，
2010；洪美嬌，2009；陳淑娟，2007；黃玉斯，2009；楊皓雯，2010；謝孟靜，
2010；蕭淑分，2010 )。
二、研究動機
研究者任職於國小，發現多數的自然科教師迫於課程進度、家長壓力、教材 編排之下，大多選擇單向傳遞知識為主的教學方式，以教條式的口述講解來授 課，即使是實驗課，不是採用教師示範，就是採驗證式實驗，然後在自然習作上 寫下標準答案。然而科學教學應該著重在提昇科學探究能力和營造科學探究情 境，進而促進學生對科學的認知才是。在多次與學生交流之後，發現學生認為這 樣的方式上自然課「很無聊，都是用背的，不好玩！」「好玩」是孩子喜歡自然
課程與否的因素之一，而遊戲恰好可以帶給學生無窮的樂趣。而研究者在剛進入 學校任教時，有機會擔任科展的指導教師，在指導學生的過程中，研究者發現學 生對於動手做的操作課程很有興趣，但在實驗的過程中若是遇到問題，卻缺乏問 題解決的能力。
這兩件事情激起了研究者以科學遊戲帶領學生領略科學之美的念頭。對兒童 來說，遊戲不僅是一種學習、活動，也是適應、生活與一種工作（郭靜晃，2000）。
若能結合趣味性及操作性兼具的科學遊戲，提昇孩子主動探索的能力，應可喚起 學生對科學的熱忱，並從親自動手做的過程中瞭解科學概念。
但是，科學概念何其多，該選擇哪一個來作為教學主題呢？研究者發現學生 在日常生活中最常接觸到與「力」有關的概念，我們無時無刻不受到力的影響，
它與我們息息相關。國小的學童觀察大自然中蘊藏的力，以及簡易機械運用的力 學概念，察覺生活中的「力」無所不在，國中的理化與高中以後的物理課程，力 學概念更佔了很大的比例，是自然科學課程中不可或缺的一環，但是力學卻也是 學生容易遭受困難的學習，生活中物體受力與運動的關係透過不同的建構模式，
使學生產生相當多的力學另有概念（鄭茹芬，2002）。由於學生在學習力學概念 時仍存有自己的想法，因此研究者希望設計適合學生學習力學概念的課程，以協 助學生對力的瞭解。