研究背景與動機

本章針對本研究之研究背景進行說明，並闡述本研究之價值與目的，以及詳 述研究範圍與限制，最後回歸至本研究主要研究議題之相關名詞並加以界定及釋 義。

第一節 研究背景與動機

科學學習是培養學習者以實驗或實地觀察的方式進行學習，使其經歷科學家 的探究活動，學會觀察、詢問、規劃、實驗、歸納和研判等步驟，培養出批判與 創造等各種思考能力，進而獲得處理事務與解決問題的方法，並瞭解到探究過程 中，細心、耐心與切實的重要性(教育部，2008)。此外，美國科學促進協會(American Association for the Advancement of Science, AAAS)更於 1989 年也提到，科學教育 之重要目標為培養國民的科學精神與素養，及提升其對於科學本質的了解。然而，

在物理領域的科學概念較抽象，使得學習者不易學到概念的精華(Jimoyiannis &

Komis, 2001)。此外，在課程進行之前，學習者也常因為日常生活的經驗而在心 中對於即將學習的概念形成既有的想法，而這些想法往往是與科學家們的專家想 法或科學概念是不同的(曾永祥、許瑛玿，2006)。因此，學習者的另有概念與心 智 表 徵 對 科 學 學 習 之 影 響 已 是 過 去 研 究 的 重 要 研 究 議 題 (Driver, Guesne &

Tiberghien, 1985; Duit, Goldberg & Nidderer, 1991)。

有鑑於物理學習的過程較複雜且概念的原理亦較抽象，故對於物理相關概念 的議題應當進行探討。近年研究指出，國小學習者對槓桿原理的認知表現不甚理 想，多數學習者亦對槓桿原理相關議題產生迷思概念(張意欣，2004；鄭景文，2008；

鄭靜瑜，2002)。以學習者的角度來看，國小自然科的教科書中雖有提及槓桿原理 相關議題，但是講述性課程的教學方式仍不夠有趣，且較難引起學習者的興趣(賴 俊安，2012)。在知識傳遞方面，對於槓桿原理的學習活動而言，傳統的講述方式 僅能讓學習者接收訊息但不能使其得到最好的吸收(樊雪春，1999)，故學習者需

要將個人經驗和科學概念加以歸納與統整，才能深入理解科學概念的意義(Smith, Blakeslee, & Anderson, 1993)。此外，在傳統的實體翹翹板教具之實驗操作過程中，

學習者會因觀察到其他因素(如：物體位置高低)，因而對於槓桿平衡的判斷產生 目標(Garris, Ahlers, & Diskell, 2002)，將學習內容融入數位遊戲，可幫助學習者保 留知識並遷移至真實世界(Kiili, 2005; Prensky, 2003)。Malone (1981)亦發現在學習 活動融入遊戲特性能提升學習者的學習動機，引起積極參與學習的態度。此外，

數位遊戲應用於學習活動不僅可藉由其吸引力與優勢協助學習者活化先備知識 (Boot, Kramer, Simons, Fabiani, & Gratton, 2008; Squire, 2003)，更能幫助學習者投 入學習活動中(Rastegarpour & Marashi, 2012)。遊戲故事情境嵌入學習內容不僅能 豐富學習環境，更能協助學習者將科學概念存入長期記憶，並提高其科學學習的 態度(Demircioglu, Demircioglu, & Calik, 2009)。然而，要同時找到數位遊戲與學 習歷程的內部平衡是非常不容易的事，如果沒有好的引導或學習策略，要透過數 位遊戲進行遊戲式學習是很難達到預期的教育目的(Johnson, Butcher, Ozogul, &

Reisslein, 2013; Johnson, Reisslein, & Reisslein, 2014)。

Kolb (1984)體驗式學習環的具體經驗、反思觀察、抽象概念和主動驗證四個 階段可以幫助學習者喚起舊經驗克服迷思概念，不僅能將經驗轉化，亦能建構新 知識，更能在未來將此歷程做為日後評斷相似問題的依據(Wang & Chen, 2010)。

依循體驗式學習環的策略營造出體驗式數位遊戲學習環境，藉由學習任務的架構，

以學習者為中心，透過扮演遊戲角色解決問題、自行建構知識，能改善學習者的 學習動機，並促進提升學習成效的影響(Kiili & Lainema, 2006; Kebritchi, Hirumi, &

Bai, 2010)。

雖然在數位遊戲學習環境中探索與解決任務能使學習經驗更富趣味性，並獲 得學習上的意義(Charles & Mcalister, 2004)。但是，學習者在數位遊戲中看到的動 畫模擬缺乏真實情境脈絡的觸感互動，造成虛擬的學習經驗與真實的實驗操作之 間有很大的落差，甚至無法有效遷移至真實環境中。因此，就數位科技輔助學習 而言，擴增實境(Augmented Reality, AR)具有整合虛擬與真實的特性，故具有銜接 虛擬經驗與真實操作的優勢。擴增實境嵌入體驗式遊戲學習活動能讓真實世界中 增添虛擬之輔助資訊，幫助抽象概念與具體經驗之連結。就訊息處理理論的觀點 而言，人類是透過感覺記憶(包含視覺、觸覺、嗅覺、味覺和聽覺)去接收外界的 刺激，引發短暫記憶，再經由不斷的反覆出現需處理的資訊，因而將此資訊存入 長期記憶。Paivio (1986)雙碼理論認為人類的記憶系統是由視覺和語意兩種次系 統所組成，雖然兩者的處理方式相似，但視覺和語意的編碼與表徵形式不同，因 此接收後的組織方式亦不相同。然而，學習者要將表徵內化成知識概念並不是件 簡單的任務，因此其可能在學習過程中產生額外的認知負擔與限制(Baddeley, 1986; Chandler & Sweller, 1991; Goldman, 2003)。在數位模擬學習環境中適切提供 類比編碼之視覺表徵與符號編碼之語意表徵，排除冗餘或不重要的資訊，使兩種 編碼方式達到相輔相成的作用，進而有效幫助學習者認知歷程的建構(Mayer &

Anderson, 1991; Moreno & Mayer, 1999)。

綜合上述，本研究以體驗式數位遊戲學習的觀點，整合槓桿原理學科內容 (Content)、數位遊戲之學習環境(Technology)與編碼策略(Strategy)之使用，探討在 不同學習環境(擴增實境、數位模擬)與編碼策略(類比編碼、符號編碼)對國小生槓 桿原理之學習成效及自然科學習動機之影響。