研究背景與動機

第一章 緒論

本章分別就本研究之研究背景與動機、研究目的與待答問題、研究範圍與限 制以及重要名詞釋義四個部分進行詳述。

第一節 研究背景與動機

教育部(2008)明確揭櫫，國中小地球科學學習應為國民教育之必要基本課程，

強調應以探索與實作的方式進行，以培養學習者探索方法與問題解決能力，並能 將所學應用及實踐於日常生活之中。但目前正規國小地球科學課程中卻受到諸多 的教學限制，例如：時間、地點、人力等，因此難以落實實地探索教學。然而國 小學習者正處於具體與抽象思維的學習過渡時期，正是需要藉由觀察實際現象來 類推形成原因的階段，如果學習者無法進行實地觀測教學的話，學習者往往會產 生其他另有概念(alternative concepts) (蕭建嘉，2001)，例如：太陽西昇東落。另 外學習者也會根據本身的生活經驗來推論出錯誤的概念(莊佳玲、郭重吉，1994；

林秀鳳，1996)，例如：因為在地球上感受不到地球旋轉，所以學習者認為地球是 靜止不動的。學習者之所以產生迷思概念通常是因為概念極具抽象化且缺乏具體 的表徵，進而造成學習者難以理解概念的形成原因，也因此容易出現學習困境。

過去研究(邱英虹、陳英嫻，1995)建議，國小地球科學教學應加入適切的教具及 改善學習環境，讓學習者融入學習情境中，並透過探索的方式來提升學習的品質 與效益。所以，教師若能在地球科學課程中提供真實的觀測學習環境，並加入互 動式的實體教具，或許能增加學習者探索與實作的機會，並有效將所學知識應用 至生活中。

設計教學方式與學習策略對地球科學的教師是一大難題。針對國小自然與生 活科技教師的意見調查研究(姜滿，1990)指出，68%的教師認為地球科學課程的 教材最艱深，因此教學也最具挑戰性(張珈，2010)。目前地球科學課程教學均使

2

用課本、投影片，或是模擬教具的方式進行學習，以教學者為中心的方式進行團 體討論或建構知識。Renner 等人(1976)認為處於國小階段的學習者，課程教學應 以具體道具或其他媒介之工具來幫助學習者建構知識，且教學的重點在於學習者，

非教學者。教學者的責任在於設計學習環境，安排多元且適切的教學活動來輔助 學習，教學時應專注於學習者熟悉的課程內容與學習環境，讓學習者能夠自行的 探索與反思，最後解釋所觀測到的現象與成因。何玉婷(2004)也指出進行地球科 學教學時，學習者以實際操作的方式進行學習比起教學者本身動手操作模型或課 本講解還要來的有效，且以學習者為主軸的教學模式更能提升學習效果，改善學 習者對自然科學之學習態度(蘇懿生、黃台珠，1998)。美國科學教育標準(National Science Education Standards, National Research Council, 1996)也提出對於五年級到 八年級的學習者應提供完整的探索環境，教學者必須改變過去的教學方式，讓學 習者培養探索過程的能力。所以，符合以學習者為中心進行探索教學學習要點的 非建構主義莫屬。建構主義為探索活動的理論基礎，學習環教學是建構主義教學 法的典型代表之一(Duit & Treagust，1998)。Karplus 和 Their 於 1967 年明確提出 學習環之三個學習階段：探索(Exploration)、發明(Invention)、發現(Discovery)，

中間經歷多次的發展與修正後，最後改為五個學習階段，分別為投入(Engagement)、

探索(Exploration)、解釋(Explanation)、精緻化(Elaboration)及評量(Evaluation)等五 階段的學習循環，也稱作 5E 學習環(Bybee & Landes, 1988)。林琬縈、周建和、

蘇明俊(2010)與 Abraham (1997) 的研究表示以 5E 學習環模式進行教學能讓學習 者建構地球科學之探索技能，並對學習興趣、成效與科學探索態度有正向的影響。

因而，若能應用 5E 學習環探索教學模式於地球科學領域上，或許能有效改善國 小學習者在地球科學課程上的學習情況。

近年來電腦科技發展迅速，對於地球科學科目中較模糊抽象的課程，實施資 訊科技融入教學已成為新的教學趨勢。許多教師以數位化軟體或是動畫模擬進行 教 學，以 彌 補 講 述 式 教 學 無 法 清 楚 描 述 概 念 或 抽 象 且 不 便 觀 察

3

之 缺 點 (楊明獻，2008)。其中，以虛擬實境科技應用於教育中之最大優點，就 是可將傳統教具無法顯現的情境與抽象概念以靜態或動態的方式呈現，使抽象概 念轉變為具體化知識，讓學習者得以感受與體驗(卓詠欽、王健華，2008)。但仍 有部分的學習者認為實體操作比虛擬情境更容易學習(Tatli & Ayas, 2010)，因為學 習者進入虛擬實境學習時無法感知周圍環境的變化，因而延伸出一種能與真實世 界結合的技術，該技術即為擴增實境。Shelton 與 Hedley 的教育案例中發現擴增 實境技術能讓立體的概念真實呈現，讓學習者透過眼睛觀察抽象的地球科學現象，

也能流暢的操控教具與介面，這種學習方式不僅能增加學習者的感知，也能增進 學習者的學習瞭解度。此外，為了讓學習者能沉浸於學習活動中以達到更好的學 習效果，白益欣(2005)指出擴增實境學習活動中加入遊戲式介面與任務能引發學 習者正向的學習動機。學習者進入遊戲場景之前須先確立目標，明瞭學習目標後 學習者必須透過挑戰的方式來破解遊戲關卡，過程中學習者須不斷地觀察探索情 境與反思。經由不斷的遊戲循環後，學習者逐漸地建構學習知識並沉浸於遊戲中 (Kiili, 2005；周升馨、孫培真，2008)。Bruner (1960, 1961)也指出學習者學習概念 時不是將教材直接提供給學習者，而是向學習者提供一種問題情境，給予學習者 一些事實與問題，讓學習者從探索過程中發現遊戲的知識內容與結構。因此，若 將遊戲融入虛擬實境與擴增實境之數位學習環境中，將有機會提升國小生學習態 度並改善地球科學課程上的學習成效。另外，當學習者從傳統教學進入模擬式遊 戲環境中時，教學者不再是扮演傳播知識者，而是引導學習者學習的協調者 (Robertson & Howells, 2008)。所以，在探索遊戲的過程中，教學者應適當融入學 習引導策略，以提問與指示的方式逐步引導學習者觀察重點與思考方向來發掘知 識形成的原因，進而建構自我觀點與概念知識。

綜合上述探討之議題，本研究使用 5E 探索式平板電腦遊戲於晝夜與四季課 程中，探討不同的數位學習環境與學習引導策略對國小六年級學習者學習晝夜與 四季課程之學習成效與學習態度的影響情形。冀望學習者透過使用 5E 探索式平

4

板電腦遊戲建構出屬於自己的知識內容並沉浸於學習過程中，且在日常生活中也 能應用所學之概念，體會學以致用的精神，進而獲得更深層的學習理解。

5