研究背景與動機

第一節 研究背景與動機

現今社會變化迅速，生活在科學知識日新月異的科技世界，我們的學生在 未來的日子裏，時時刻刻都會發現問題，需要利用科學方法去解決。學習科學 探究技巧對學生來說，能有助於他們日後進一步的學習，甚至可以說是終身受 惠。因為學生透過正確的科學方法，才有能力獲得更多的科學內容知識。老師 在教學過程中，不難發現大多數的學生其實對周圍的事物都有一定的好奇心，

但若沒有經過適當的引導，很容易只是停留在一知半解而不去追根究底其中的 科學原理。科學探究活動一方面可激發學生學習科學的動機和興趣，另一方面 可滿足學生的求知慾。經由探究的活動，可以讓學生去操作各種過程技能，在 過程中除了能促進學生之間的合作，更可幫助學生深入理解科學概念，進而培 養其問題解決的能力(楊龍立，2002)。

近年來，國內外的科學教育改革均明白揭示探究教學的重要性(教育部，

2003；AAAS，1989；NRC，2000)，並致力於推動探究教學的實施，俾使學生 獲得科學知能。根據 AAAS 所編輯的「2061 計劃：美國科學全民化」(Project 2061：Science for all Americans)課程中提到：「教師在教學時應以學生所熟悉 的、生活的周遭問題為起點，鼓勵學生進行科學探究活動」(AAAS, 1989) 。我 國在民國八十九年，教育部所公佈的《國民中小學九年一貫課程暫行綱要》中，

亦明白宣示自然與生活科技領域的學習應以探究及實作的方式來進行。由此可 知，科學探究已被國內外教育界視為學生學習科學的過程當中，所必須培養的

基礎能力之一。以探究為基礎的教學有助於學生理解科學本質、科學探究技術 與推理過程，並培養正向的態度(Kanari & Millar，2004；Marx, Blumenfeld, Fishman, Soloway,& Geier，2004；Sandoval & Morrison，2003)。然而儘管如此，

探究教學卻仍未在國小科學課程中普遍實施，目前多數的科學教育仍是以講 述、演繹的方式進行教學。推究其原因，除了從事兒童科學探究指導工作的教 師限於本身工作負荷與指導技巧不足外，教師對於探究教學的意涵與實施方式 也缺乏足夠的理解，另外兒童在科學探究方法的設計上，習慣於根據他人規劃 妥當的實驗步驟進行實驗，而無法善用在科學課堂所學得的科學過程技能，有 效組合設計解決研究問題，也是一個原因(黃鴻博，2000；Roehring & Luft，

2004)。

既然科學教育者對於探究教學普遍缺乏指導的技巧，那麼是不是有一種教學 方法是能有系統且清楚的提供教學者一個依循的模式？在許多科學教育教學模 式中，創造性問題解決模式(Creative problem solving)簡稱CPS，是一個歷年來逐 漸受重視的教學方式。此模式由美國學者Parnes在1967年提出，它是利用系統的 思考方法來解決問題，特別強調問題解決者在選擇或執行解決方案之前，應盡量 想出各種及多樣的可能方法(陳龍安、朱湘吉，1993)。其後經過多位學者的發展 修訂，迄今已具有相當完整的教學流程與設計。CPS常被用來解決開放性問題，

這種教學方式不僅可以促進概念的學習，同時也受到學生的肯定，進而提升學生 的創造力(湯君偉和邱美虹，1999)，有許多相關研究皆認為CPS教學有助於提升 學生的創造力與問題解決能力(呂素雯，2002；洪文東，2003；洪川富，2006；張 振松，2001)，

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，應可提昇學生的科學探究能力。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。

Keys & Bryan (2001) 認為探究不是一個特定的教學模式或課程模式，反之，

多重的探究本位教學模式不僅不可避免而且也是需要的。科學方法的訓練、實作 技能的培養以及科學本質的理解，可以透過不同的教學策略達成，但是除了教科 書，教師也應廣泛應用各種資源設計科學教學，以達成九年一貫的課程彈性化、

學校本位以及教師發展課程的理想。「科學遊戲」顯然是一種可以用來提升學生 學習興趣，豐富教學內容並增進教學效果的教學資源。Daiute (1994)認為遊戲是 有效的學習策略，兒童用以增進他們的技能並塑造其世界的意義。許良榮(2004)

「科學遊戲」是相當值得參考與推廣的教學資源，一方面能引發國小學童的學習 興趣，另一方面也可以培養學童科學實驗、實作技能與解決問題的能力。

研究者本身是理工背景畢業的學生，回想在整個求學過程中，除了在大學 時期有很正式且扎實的實驗課程外，其餘的求學階段，對於科學知識的習得，

大多是藉由教科書以文字與圖片的陳列，用「想像」的方式去理解這些知識。

心裡一直隱約認為這種學習方式實在是很「不科學」。畢業後，因緣際會成為 一位教育工作者，研究者曾嘗試改變自己教學的方式，以學生為主體。在觀察 時，讓小朋友盡情發表；做實驗時，讓學生進行小組討論，而不死抱著課本做 食譜式的教學。如 Schwab(1962) 所提倡，以開放的實驗方式來上課，鼓勵學生 多發問、觀察、紀錄、轉換資料，並發展出暫時性的解釋。透過這樣的方式，

研究者發現學生的學習興趣大增，同時也因為是透過自己觀察所發現的問題，

讓他們更有想要解決問題的企圖；甚至在實驗時，學生們透過小組合作的方式，

已能初步規劃出實驗步驟。看到學生的表現，給予研究者極大的信心，也促使 研究者心中尋求適合的教學策略的種子萌芽待發。因此，進入研究所進修後，

研究者一直希望找到一個有效的教學模式能讓看似艱深又難以親近的科學課程 變得既有趣又簡單。

基於以上，研究者發想若是以「科學遊戲」來引起學生學習興趣，並藉由 遊戲的過程去發現問題，再誘導學生探究其原理，最後再利用所學的原理去嘗 試解決問題，經由這樣的教學訓練是否能讓學生在「玩」中學習並增進其探究 的能力？「創造性問題解決融入科學遊戲模式(簡稱 CPS-SG)」似乎是一個可值 得嘗試的教學方法。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；洪美嬌，2008；陳淑娟，2007；黃玉斯，2009；蕭淑分，2010 )。

但是，科學概念何其多，該選擇哪一個來作為教學主題呢？研究者參考八 十一年國小所實施的自然科學新課程，發現有關「光」概念的課程很多，而學 生在日常生活中，很容易觀察到與「光」有關的現象，但是對於現象的成因卻 因受到「知覺」因素的影響，進而發展出許多與科學家不同的想法和解釋，產 生迷思概念。Fetherstonhaugh 等人(1987)曾對美、澳、紐、法、瑞典等國小學生 的「光學」迷思概念詳加比較，指出迷思概念不僅普遍存在於學生中，並且會 影響到學生往後的學習。因此決定以這類生活中隨處可見的科學現象作為教 材，利用有趣的光學遊戲來幫助學生增加對「光」的了解。