研究背景與動機

本章共分為四節，說明研究者進行本研究的相關背景及研究方向，第一 節說明研究背景與動機，第二節為研究目的與待答問題，第三節名詞釋義，

第四節說明研究範圍與限制。分別敘述如下。

第一節 研究背景與動機

壹、研究背景：

一、問題解決能力的重要性

人一生的成長過程中，一直不斷的面臨問題，也必須要持續不斷的解決 問題。而問題解決的方法與採取的策略，每個人選擇也不盡相同，但終究目 標就是要解決問題，達成心理預期的標準。問題解決是一種高層次的心智活 動，仔細來講問題解決能力是指個體運用邏輯思考及擴散思考，來解決問題 的能力(Hunt,1994)。現今日益多元的社會中，面臨的問題越來越多，必須將 問題解決能力視為一種基本能力(Markham & Lenz,2002)。

美國 Project 2061 的科學素養標準中明白強調使學生成為好的問題解決 者，是學校教育的一個主要目的(AAAS,1993)。經濟合作與發展組織

（Organization for Economic Co-operation and Development）在 2003 年第二次 策畫的國際學生能力評估計畫（Programe for International Student Assessment，

PISA），重新加入了「問題解決能力」的部分(OECD, 2003)。這也象徵問題解 決能力對於現在全球學生的能力培養有相當程度的重要性。

在國內培養學生問題解決能力，可以從九年一貫課程中的自然與生活科 技領域中的生活科技課程落實。張玉山(2010)指出科技學習的主要策略為設 計、問題解決、以及實際操作。即學生從參與設計與問題解決、建構與操作

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活動中，幫助學生認識自己以及周遭運用科技的社會，也強調設計及問題解 決的程序與科技知能的內容，都是實施生活科技教學應該要注意的地方。在 教育部(2007)之九年一貫大綱中，也將「培養獨立思考與解決問題」列入重 要基本能力之一，強調學生的學習應以培養學生探究和實作能力，教學的活 動設計應以解決問題為主，讓學生在經由探討問題、處理問題的過程中，養 成遇到問題會主動的自主思考，尋找解決因應的方法並採取實際行動。因此，

問題解決能力的提升是現今學校教育在科學學習領域中特別注重的焦點。

Deluca(1992)認為問題解決是人類重要的心智活動也是知識的重要泉源。

洪文東(2003)指出，科學教育的目的在於培養解決問題的人，其認為教育的 目的主要在訓練學生如何思考問題，運用所學解決問題，而學生的學習過程 其實可以說是一種解決問題的思考歷程。美國科技素養標準(International Technology and Engineering Education Association，ITEEA,2007)中，將設計與 製作列為中小學科技課程的重點。在九年一貫分段能力指標中，也強調設計 與製作能力，能夠運用個人與團體合作的創意來製作科技的產品。「動手操 作」的實作學習活動透過設計與製作的合作學習，帶給學習者善用材料與理 念，進而解決日常生活中的實務問題，強調學生在學習活動的過程中，將理 論與生活實務相結合(林坤誼、游光昭，2004)。因此，培養問題解決能力實 際上可從學生在專題中的設計與製作能力中培養。在動手操作的活動中，其 中呈現科學概念以及創造問題解決平台的，積木的關卡設計即是一種可行的 方式。

二、動手做科學、學科學

中央研究院李遠哲院長在一次公開演講中提到，科學對小朋友而言，好 不好玩是第一個重點，因此科學教育一定要讓小朋友覺得好玩；一旦小朋友 覺得好玩，就是好的起點；其次應該教小朋友學習如何玩才能玩的好，然後 才教小朋友科學原理(蕭次融，2000）。王美芬與熊召弟(2005)指出對喜歡科

學學習的學生，願意花時間去探索科學相關領域的知識，進行科學活動時，

也能表現出正面的科學態度。在科學學習動機與問題解決能力的相關研究中，

顯示學習動機和問題解決能力呈現正相關，當學生的科學學習動機高時，問 題解決能力也跟著提升(李文惠，2006；廖世奇，2011）。Ramani and Siegler(2008) 研究中提到，用生動有趣的教學方式呈現課程，可以讓學生對課程感到興趣，

提高學習的內在動機。因此，透過有趣的學習方式可以引起學生學習動機，

並提升學生在問題解決能力的表現。

親子天下雜誌在 2012 年 6 月發表，九成四的國小高年級家長認為動手做 實驗對小孩的自然科學學習很有幫助，但過去半年內卻有近七成的家長不曾 讓小孩動手做實驗，有六成的家長覺得自己沒有信心指導孩子的自然科學學 習。此份問卷由台灣巴斯夫化學公司與臺北市立教育大學科學教育中心合作 進行，針對國小五、六年級學童家長，有效問卷數為 1668 份。而天下雜誌則 在 2010 年 10 月 29 日的「2010 年教育特刊調查」中，以台灣的國高中生為 對象，進行分層比率抽樣法的問卷調查分析。其問卷結果顯示，39%的學生都

「沒有做過」科學實驗，而「每週低於一次」的實驗比例有 37.1%。然而學 生在「希望每週做一到兩次實驗」的比例卻為 45.5%。由此可見無論以家長 或是學生的角度，動手實做以學習科學能力的想法是勢在必行的。

而相對於家長想要培養實驗機會卻苦無能力協助學生的問題，積木教學 的簡易上手和重複組合利用的便利性，是一種理想的教學媒介。積木的特性 是可以隨時拆裝、調整、重建。雖然零件是塑膠產品，仍然能符合綠色設計 的核心價值"3R"，即減量化（Reduce）、回收（Recycle）、重複使用（Reuse）。

積木提供許多機會，讓學生表達與練習節奏性、圖形及設計等概念，透過積 木能不斷地重現過去的經驗，反覆練習。學生以積木為素材，不但取得容易 且節省許多購買專用零件經費與加工製造的時間；在實施生活科技教學時能 將有限的時間專注於主題的發想與探討，以及減少測試、調整、嘗試錯誤時 的無謂浪費。

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因此以積木組裝活動做為教授科學原理的媒介，從實作中帶入科學概念 與原理的應用，不僅是一種科學動手做的學習方式，也是增進學生學習動機，

深化問題解決能力教學策略的方法之一。

貳、研究動機：

以增進問題解決能力為主題的教育思潮近年來興起於國際間，其原因不 外乎無論時代如何變遷，科技如何進步，人們仍必須因應生活中種種可能發 生的問題，並且設法解決。又以往中小學在升學主義壓力、聯考制度和社會 價值束縛下，產生學生基本能力不足，疲於應付考試，教師拙於選擇適當的 教學方式來教授問題解決的能力(何福田，2001）。而目前由於九年一貫教育 大力推行之下，課程教授方式已朝向統整的主軸靠攏。主題式、問題式的教 學模式可以提供學習者主動學習、發現問題、尋找解答、解決問題的學習歷 程。

研究者從事科學動手實作相關教學活動已將近十年，而近幾年開始利用 積木組裝設計關卡，並從事教學活動。在教學過程中，觀察到學生問題解決 能力在組裝積木的過程中，反覆歷經問題考驗，似乎漸漸地有所提升。前教 育部長曾志朗(2001)曾指出：九年一貫課程的改革，主要不在於課程如何改 變或修改，最重要的核心理念是教師的「創新教學」。根據林智皓(2007)；黃 期璟(2003)的研究中發現，積木教學因採動手做、做中學的教學模式，讓學 童經由嘗試錯誤對其學習動機、創造力以及問題解決能力之間有其正面的成 效。

因此研究者希冀能在教學過程中，嘗試找出最佳的教學模式與方法，發 展出合適高年級學生的積木機關設計教學方法進而促進學生問題解決能力的 提升。本研究想透過機關王積木教學活動，從學生的教學回饋與相關領域有 經驗之專業教師檢核，發展以問題解決能力導向的積木實作之行動研究。了

解在此教學的活動過程中，所遭遇的困難與解決方法，實施教師最佳的教學 模式與反思研究者在研究歷程中的專業成長。