研究背景與動機

一、 科學教育的重要性

2010 年 11 月 17 日天下雜誌第 460 期的「科學教育決勝未來」由吳怡靜整理 的「上太空，點燃孩子的科學熱情」一文中，物理大師史蒂芬．霍金（2008）提 到《勇闖宇宙首部曲：卡斯摩的秘密》的寫作動機只是要是關心兒童的科學教育，

並提到：「我們的社會越來越依賴科技，但是年輕人卻愈來愈不願意念科學」，為 鼓勵下一代對科學的興趣，希望透過寫科普童書來喚醒孩子對科學的熱情，史蒂 芬．露西在 2008 年 4 月與父親史蒂芬．霍金在大空總署（NASA）成立五十週年 的系列講座中提到科學對所有人的重要性，因為今日的小孩是未來做出影響眾人 決策的成年人，需要對科學有基本的了解。

教育部的科學教育白皮書（科學教育白皮書，2003）中提到科學教育是一項 全民教育，涵蓋所有的國民；強調培養全民的科學素養，發展每個人的「創新、

創造能力」與「關心、關懷態度」。Songer and Linn (1991)指出讓學生進行探索科 學原理的來源與關連性，可以有效幫助學生學習，而且對科學原理有較多理解的 學生，在面對問題時可以用類似科學家的問題解決方式來解決問題。Simon (2000) 認為學校的科學教育要使學生能夠主動去關心生活中的科學議題。天下雜誌第 460 期中「決戰科學教育」一文中，政治大學講座教授、美國約翰霍金斯大學教授錢 致榕曾經以『台灣社會理盲又濫情』一句話來說明科學教育扎根的重要性，並指 出目前學生缺乏邏輯和理性推理能力，出了社會就會缺乏足夠的科學基礎作理性 分析思考。以上學者的論述，皆顯示科學教育對學生的重要性。

臺灣知名科學家洪蘭學者也提出「科學教育無他，去除孩子頭上標準答案的 緊箍咒，恢復他的好奇與好問本能，歸真返璞，這時科學家就出現了」；行政院政 務委員曾志朗在《你我都是科學人》中強調科學態度是自我學習的能力，每一個 現代公民都應該有基本的科學素養。以「理想．啟蒙．奉獻」為基本理念的《科 學月刊》在慶祝創刊 40 周年之際，標定 2010 年為「科普閱讀年」，並在國家圖書 館與國立台灣師範大學圖書館的支持與合作下，推動「科普閱讀年」的活動，期

望把科學知識普及到社會各角落，增進民眾處理日常事物的科學態度，並引發青 少年從事科學探索的興趣與行動。

二、 科學學習自信心低落

為了解臺灣的科學教育成效，依據國際數學與科學教育成就趨勢調查（Trends in International Mathematics and Science Study，簡稱為 TIMSS）探討目前臺灣科學 學習的現況，其中 TIMSS 每四年舉行一次，最近一次為 2011 年，根據 TIMSS 2011 網站資料上的工作時程顯示，已完成施測，於 2011 年 12 月 IEA 公告國際調查結 果。本研究以 2007 施測結果做為目前臺灣科學教育現況與國際間的參考，TIMSS 的調查對象為各國四年級和八年級的學生（Olson, Martin, & Mullis, 2008），在 TIMSS 調查中顯示臺灣八年級學生在學科成就上表現優異，無論是整體或分科表 現都在四名之內，科學認知能力排名也在五名內，其中科學學習的認知推理能力 明顯比科學認識和應用能力弱，且評估自己在學校科學學習能力的自信卻遠低於 OECD 和全體國家學生的平均，八年級學生對科學持高評價的人數百分比與台灣 同樣實施統整課程的 29 各國家中名列倒數第三名（Martin 等, 2008），在科學學習 興趣上臺灣八年級學生對科學的正向態度遠低於國際全體學生。

李哲迪（2009）綜合臺灣國中生在 TIMSS 和 PISA 的科學學習成果指出臺灣 在科學教育上的學科知識內容表現優異，但認知能力和態度情意還有改善的空間，

其中科學學習自信心低落，可能反映出我國文化中自律自謙的特性及課程的高標 準，尤其要激發低學習成就學生的學習動機，提高其學習自信心是很重要的。在 教學方法上，建議學生主動學習，以學生為中心，讓學生有更多時間投入學習活 動（李哲迪，2009）。

商業周刊（2009）也在第 1109 期刊中（你有「第四名的小孩」嗎？）一文提 到，根據 OECD（經濟合作暨發展組織）2006 年對全球 57 國，超過 40 萬名、十 五歲學生進行學生能力國際評量計畫（The Programme for International Student Assessment，簡稱為 PISA）的調查，台灣學生數學測驗分數，全球第一名；科學 分數全球第四名，比美國、日本的學生都出色，但台灣學生的自我評價在全球都 呈現倒數第四、第三名！臺灣學生呈現如此兩極的現象代表著學習動機及自信心 低。

美國教育學家卡芬（M. V. Convington）的自我價值論提到要引發學生學習並 維持其學習活動首重培養學生的學習動機，且個人追求成功的內在動力來自於學 生心中對自我價值的維持，如果學生長期處於不成功的情境下，就會發展出失敗 的壓力政策。OECD（經濟合作暨發展組織）的國際學生評量計畫主持人史萊克

動機及自信心低」的學生，影響的是將來學生探索世界的動力。從 OECD 進行的 測驗中，可以知道臺灣的學生在長期升學壓力下，即使在學科測驗上表現不俗，

但在學習動機、態度及信心卻遠落後於其他國家，雖然現階段的學科測驗成績名 列前茅，但影響一個人未來的人生不是只有學科成績，而是在遇到問題時，勇於 面對，想解決問題，相信自己透過蒐集資料或討論中可以解決問題，一股持續成 長的動力才是影響一個人的關鍵，可見對科學學習的動機、態度及信心有其重要 性。以美國的學生來說，雖然學科成績中等，但確有很高的學習動機、態度和自 信，反觀臺灣的學生在學科測驗成績相當高，但學習動機、態度和信心卻不夠。

如果學生對自己沒信心，遇到困難時，也不會相信自己有能力去解決，但對自己 有信心的學生，即使在學科成績不突出，只要保有基本的學科知識，在遇到問題 時，也會相信自己可以透過其他方法解決，在這過程中反而學習到比課堂上更多 的知識，人要不斷的進步，就需要有持續學習的能力，這樣才可能有成功的機會。

若是對自己有信心，即使遇上不會的問題，也相信自己能透過詢問或找資料來解 決，認為自己能突破困境，這是一種持續學習能力，這樣的人就能夠不斷邁向成 功。

三、 科學動手做

天下雜誌於 2010 年 10 月 29 日的「2010 年教育特刊調查」對臺灣的國、高中 生進行問卷調查，採分層比率抽樣法，總計郵寄出 3200 份問卷，回收 2654 有效 問卷，回覆率有 83%。根據問卷分析結果顯示有 39%的學生「都沒做過」科學實 驗，「每週低於一次」的比例有 37.1%，但學生希望「每週做一到兩次」實驗的比 例為 45.5%，表示學生是喜歡做實驗的，目前臺灣的教育普遍停留到書本傳授為主，

未符合學生喜歡「動手做」的期待。

Singer and Golinkof and Hirsh-Pasek (2008)及 Ramani and Siegler(2008)皆指出，

要讓學生對教材感到興趣就要提高學習的內在動機，再用生動方式呈現教材來滿 足學生對教材的好奇心。洪振方與謝甫宜（2010）以結構方程式模式驗證與分析

「科學學習成效理論模式」，研究顯示科學學習動機會直接影響科學學習成就、科 學概念性學習及科學推理能力，而且科學學習動機透過科學推理能力及科學概念 性學習為中介間接對科學學習產生顯著效果。王美芬與熊召弟（2005）指出對喜 歡科學學習的學生，在進行科學活動和處理其他事物時能表現出正面的科學態度，

也願意花時間去探索。根據以上研究結果顯示，透過遊戲學習可以提高學生對科 學學習動機，進而達到寓教於樂的目的。

有學者在相關研究提出積木學習對學童在教育上有實質的意義，進一步對科 學理解能力也有所提升，例如：創辦第一所幼稚園（1840）的德國教育學家福祿

貝爾（Friedrich Froebel, 1782-1852）是最早以積木做為幼兒活動媒介的教育學家

（Wellhousen & Kieff, 2001）。Adams and Nesmith (1996)發現教師認為積木遊戲可 促進兒童創造力、數學學習、自我概念及解題能力等。許弘雨（2008）針對福祿 貝爾生平、及其著作《人的教育》及遊戲恩物（包含積木）在教育上的意義探討，

以文獻探討方式進行研究，指出以積木的多樣性來堆積與排列，帶給小孩子無限 的刺激和快樂，可以訓練邏輯思維能力，是幫助小孩子成長的基礎工具，也是讓 成年人重新是認識世界的媒介。可見積木遊戲在教育上有其幫助，透過積木為教 學媒介，容易引起學童的科學學習動機，促進相關科學能力。

目前市面上有很多積木，可以讓學童透過遊戲學習的方式融入科學教育，進 一步提升學童的理解能力和創造力。目前全球知名的樂高（LEGO）積木除了引發 學習者的創造力外，更透過樂高公司教育事業部（Lego Educational Division）開發 的樂高科學創意相關課程協助學童在科學上的學習，並研發 LEGO Mindstorms（樂 高機器人套件）適合 12 以上的小孩或大人，透過程式設計和積木組裝歷程，提升 學童創造力及問題解決能力，並了解相關科學原理。樂高公司也跟國際奧林匹克 機器人委員會（WRO, World Robot Olympiad Committee）合辦「國際奧林匹克機器 人大賽」國際性的科技及教育活動，以機器人設計的競賽活動，推動國內創意科 學教育之目的，並藉由電腦資訊及科學原理的運用，提升參賽者的科技運用及創 意。樂威（LOWE）積木源自德國的 LASY 積木，LASY 積木主要使用在幼兒的腦 力開發，在科技日新月異的時代，左右腦平衡發展越受重視，在如何提高智力發

目前市面上有很多積木，可以讓學童透過遊戲學習的方式融入科學教育，進 一步提升學童的理解能力和創造力。目前全球知名的樂高（LEGO）積木除了引發 學習者的創造力外，更透過樂高公司教育事業部（Lego Educational Division）開發 的樂高科學創意相關課程協助學童在科學上的學習，並研發 LEGO Mindstorms（樂 高機器人套件）適合 12 以上的小孩或大人，透過程式設計和積木組裝歷程，提升 學童創造力及問題解決能力，並了解相關科學原理。樂高公司也跟國際奧林匹克 機器人委員會（WRO, World Robot Olympiad Committee）合辦「國際奧林匹克機器 人大賽」國際性的科技及教育活動，以機器人設計的競賽活動，推動國內創意科 學教育之目的，並藉由電腦資訊及科學原理的運用，提升參賽者的科技運用及創 意。樂威（LOWE）積木源自德國的 LASY 積木，LASY 積木主要使用在幼兒的腦 力開發，在科技日新月異的時代，左右腦平衡發展越受重視，在如何提高智力發