研究背景與動機

本 研 究 旨 在 探 討3D動畫應用於國小學童自然領域之月相概念教學，對 四 年 級 學 童「 立 即 學 習 成 效 」、「 保 留 學 習 成 效 」、「 學 習 態 度 」之 影 響 ， 以 期 能 為 國 小 自 然 領 域 教 學 策 略 之 參 考 。 本 章 就 研 究 背 景 與 動 機 、 研 究 目 的 、 待 答 問 題 、 研 究 方 法 與 步 驟 、 名 詞 定 義 及 研 究 範 圍 與 限 制 作 論 述 。

第一節 研究背景與動機

當 前 資 訊 科 技 日 新 月 異，世 界 先 進 國 家 莫 不 致 力 於 教 育 改 革，以 提 升 國 民 素 質 、 增 強 國 家 競 爭 力 為 目 標 。 例 如 美 國 推 動 「 國 家 教 育 科 技 計 劃 」 及 芬 蘭 提 出「 資 訊 社 會 五 年 國 家 策 略 計 劃 」，而 鄰 近 的 新 加 坡 推 出「 教 育 科 技 資 訊 總 藍 圖 」與 日 本 文 部 省 訂 立「 資 訊 化 教 育 立 國 」之 政 策，各 國 競 相 將 資 訊 科 技 融 入 基 礎 國 教 之 中 ， 期 冀 接 軌 國 際 並 通 往 未 來( 林 玉 佩 ， 2000)。溫明正(2000)亦明確指出，廿一世紀將成為高度資訊化、科技化的 時 代，學 校 與 家 庭 的 環 境，在 資 訊 設 備 及 網 際 網 路 的 普 及 下，亦 無 可 避 免 地 趨 向 數 位 化、網 路 化、虛 擬 化 及 整 合 化 的 特 質。由 此 觀 之，教 師 更 應 努 力 思 考，未 來 要 如 何 運 用 多 媒 體 呈 現 教 材 內 容，將 抽 象 的 學 科 知 識，以 視 覺 化 的 方 式 來 表 現 。

資 訊 融 入 教 學 不 僅 可 以 呈 現 活 潑、多 元、虛 擬 的 教 學 情 境，在 各 種 文 獻 與 調 查 中 亦 顯 示，資 訊 融 入 教 學 對 提 升 學 童 學 習 成 效 有 顯 著 的 效 果。因 此 ， 教 育 部 在 民 國 八 十 九 年 九 月 公 佈 「 國 民 中 小 學 九 年 一 貫 課 程 暫 行 綱 要 」， 自 九 十 學 年 度 起 ， 國 小 一 年 級 新 生 開 始 實 施 九 年 一 貫 課 程 ， 在 新 的 課 程 架 構 之 下 ， 強 調 將 資 訊 融 入 各 學 習 領 域 之 教 學(教 育 部 ，2000)。 而 在 九 年 一 貫 國 民 教 育 課 程 目 標 中 也 明 文 規 定，運 用 科 技 與 資 訊 的 能 力、激 發 主 動 探 索 和 研 究 的 精 神、培 養 獨 立 思 考 與 問 題 解 決 能 力，為 現 階 段 學 校 教 育 的 目 標(教育部，2003)。

此 外，教 育 部 自 九 十 一 學 年 度 起，分 北 中 南 東 區 積 極 規 劃 培 訓 資 訊 種 子 學 校，致 力 將 資 訊 融 入 教 學 之 理 念 推 展 至 全 國 中 小 學，並 在 各 校 成 立 資

訊 融 入 教 學 教 師 團 隊，主 要 希 望 教 師 能 多 運 用 資 訊 科 技 於 課 堂 教 學 中，培 養 學 童「 運 用 科 技 與 資 訊 」和「 主 動 探 索 與 研 究 」的 精 神。透 過 資 訊 融 入 教 學 的 歷 程 ， 學 生 能 「 獨 立 思 考 與 解 決 問 題 」， 並 完 成 「 生 涯 規 劃 與 終 身 學 習 」(張國恩，1999)。

而 九 年 一 貫 課 程 綱 要 實 施 後 ， 教 材 呈 現 與 教 學 方 法 已 不 囿 於 一 家 之 言。教 師 於 教 學 現 場，應 以 多 元 的 教 學 理 論、策 略 與 方 法，將 科 技 與 資 訊 應 用 於 各 科 的 學 習 領 域 中 。 故 如 何 運 用 資 訊 科 技 呈 現 「 自 然 與 生 活 科 技 」 領 域 的 教 學 內 容，也 成 為 九 年 一 貫 新 課 程 特 色 之 一。而 在 國 小 自 然 與 生 活 科 技 領 域 的 課 程 方 面 ， 與 天 文 相 關 的 主 要 包 括 「 太 陽 與 竿 影 」、「 地 球 運 動 」、「 月 亮 在 哪 裡 」等 單 元。由 於 天 文 學 是 一 門 接 近 大 自 然 的 科 學，除 重 視 生 活 上 的 體 驗 及 環 境 教 育，也 關 心 許 多 巨 觀 的 自 然 現 象(例如板塊構造、

星 體 運 轉 、 天 氣 變 化 等)。天文學是一門豐富有趣的學科，劉 德勝 、 黃 釗 俊 、 王 明 仁 、 李 念 魯 、 陳 輝 樺(1996)的 研 究 指 出 ， 對 天 文 有 興 趣 的 學 童 約 有 百 分 之 六 十 ， 但 對 於 天 文 知 識 ， 卻 有 近 四 成 學 童 未 達 中 等 水 準 。 李 榮 彬(1994)認為，雖然天文相關內容生 動有趣，足以學童引發學習 動 機；但 由 於 天 文 單 元 所 涉 及 的 時 間、空 間、星 體 的 相 對 關 係 過 於 抽 象 而 難 以 理 解 ， 再 加 上 學 校 的 設 備 不 足 ， 屢 屢 成 為 學 生 學 習 成 效 不 彰 的 主 因 。 因 此 ， 在 進 行 地 球 科 學 課 程 教 學 時 ， 教 師 很 難 完 全 進 行 實 驗 室 內 的 教 學 ， 而 必 須 常 以 周 遭 生 活 實 例 作 為 教 材，甚 至 必 須 走 出 戶 外 作 實 地 的 考 察，但 這 卻 也 是 傳 統 課 程 之 固 定 時 間 地 點 的 教 學 方 式 所 難 以 達 成 之 處(張俊彥、董 家 莒 ，2000)。

天 文 相 關 單 元 的 學 習 應 以 探 究 及 實 作 的 方 式 進 行 ， 但 若 舉 本 研 究 所 著 眼 的 月 相 單 元 教 學 為 例 時 ， 在 「 實 際 觀 察 」 方 面 卻 有 困 難 之 處 。 原 因 有 下 列 三 點 ： 一 、 月 相 單 元 的 教 學 時 間 適 逢 入 秋 時 刻 ， 天 候 不 穩 常 影 響 學 生 的 觀 察。二、老 師 固 定 的 教 學 時 間 無 法 與 每 天 不 同 出 沒 時 間 的 月 亮 做 配 合 外，

且 老 師 的 正 式 教 學 時 間 是 在 白 天 進 行 ， 即 使 有 月 亮 出 現 ， 也 易 受 太 陽 光 影 響 而 不 易 觀 察 到 月 相 ， 使 得 教 師 無 法 現 場 指 導 學 生 進 行 觀 察 。 三 、 學 生 缺 乏 耐 性 ， 無 法 完 成 長 期 觀 測 的 活 動 ， 導 致 觀 察 紀 錄 不 完 整 。

有 不 少 學 者 專 家 提 出 模 型 教 學 的 可 行 性(王美芬，1992；施惠，1994；

陳 英 嫻 ，1994；Taylor，1996)。但要在白天光線充足時，以教室模擬夜間 近 乎 漆 黑 的 環 境 ， 實 際 在 佈 置 上 有 其 困 難 處 。 另 外 ， 若 要 讓 全 班 的 學 童 均 有 機 會 親 身 操 作 天 體 模 型 ， 除 了 受 限 於 學 校 教 具 的 數 量 ， 將 浪 費 許 多 時 間

輪 流 使 用 外 ， 教 師 在 分 組 講 解 上 亦 需 不 斷 重 覆 相 同 的 內 容 ， 在 課 堂 有 限 的 時 間 運 用 上 亦 顯 得 不 夠 經 濟 。 故 此 模 式 目 前 亦 未 受 提 倡 。 而 左 漢 榮(1996) 針 對 天 文 教 學 戶 外 實 際 觀 察 與 模 型 操 作 遭 遇 之 困 難 ， 提 出 下 列 解 決 方 案 ： 一 、 校(戶)外教學時前往國立自然科學博物館太空劇場、臺北市立天文臺 及 非 經 常 性 開 放 的 臺 中 師 院 天 文 臺 、 中 央 大 學 天 文 臺 等 ， 也 是 可 以 考 慮 的 地 點 。 二 、 使 用 媒 體 ： 播 放 影 帶(影碟)、投影片和幻燈片進行解說。三、

使 用 電 腦 CAI 或其他模擬軟體進行教學。而第一項提及之國立自然科學 博 物 館 與 台 北 市 立 天 文 台 戶 外 教 學 參 觀 ， 仍 受 限 於 各 校 與 該 設 施 間 的 距 離 遠 近 問 題 。 因 此 第 二 項 與 第 三 項 替 代 方 案 ， 應 最 符 合 教 學 現 場 所 需 。

再 者 ，雖 然「 月 相 」單 元 看 似 簡 單 ，但 相 關 研 究 卻 指 出 ，學 童 在 學 習 月 相 概 念 時 常 存 有 許 多 的「 迷 思 概 念 」(王美芬，1992、1994；劉伍貞，1996；

李 曉 雯 ，2001； 賴 瑞 芳 ，2002)。 毛 松 霖(1995)及 王 美 芬(1991)認 為 ， 小 學 的 自 然 課 程 中 ， 天 文 學 部 分 比 較 難 學 習 ， 因 為 天 文 現 象 只 能 以 自 我 中 心 (self-centered)的單一角度來觀察，其結果容易形成誤判，而形成許多迷思 概 念。另 外，擔 任 自 然 領 域 教 學 的 教 師，普 遍 缺 乏 良 好 的 天 文 學 基 礎，由 於 教 學 者 本 身 就 存 有 許 多 迷 思 概 念，自 然 無 法 傳 達 正 確 的 觀 念 給 學 生。(王 美 芬 ，1992；Taylar，1996)。而許多國小教師對於教授自然與生活科技領 域 課 程 ， 最 感 到 困 擾 的 ， 就 是 與 地 球 科 學 相 關 的 單 元(姜 滿 ，1990)。 綜 上 所 述，教 師 本 身 具 有 的 迷 思 概 念、不 適 當 的 教 學 法 及 兒 童 的 認 知 尚 未 達 到 形 式 操 作 期，以 至 於 無 法 透 過 抽 象 的 文 字、符 號 說 明 來 瞭 解 複 雜 的 天 文 學 現 象 ， 都 是 造 成 學 童 迷 思 概 念 的 原 因 。

最 後，觀 測 月 相 的 工 具 是 否 合 適，亦 可 能 造 成 學 生 學 習 月 相 單 元 的 迷 思 概 念 。 早 期 的 天 文 觀 測 輔 助 工 具(如 星 座 盤 )多 以 平 面 (2D)記 錄 與 說 明 ， 但 月 相 觀 測 是 屬 於 三 度 空 間(3D)的相對位置概念，需要透過多個視角來瞭 解 太 陽、地 球、月 球 三 者 的 相 對 位 置，才 容 易 明 白 月 相 的 成 因。故 運 用 傳 統 的 月 相 觀 測 工 具(如 星 座 盤)， 對 於 學 童 實 際 觀 測 幫 助 不 大 。 而 月 相 概 念 的 學 習 又 牽 涉 到 學 童 無 法 配 合 長 時 間 的 觀 測 月 形、居 住 的 環 境 空 間 是 否 方 便 記 錄 月 形 變 化 或 觀 測 時 的 天 候 是 否 良 好 等 影 響 ， 進 而 造 成 學 童 學 習 困 擾。有 鑑 於 此，發 展 合 適 的 資 訊 軟 體 來 輔 助 這 些 單 元 的 學 習，應 有 助 於 學 童 排 除 許 多 觀 測 月 相 上 的 困 難 。 蘇 偉 昭(2004)亦 明 確 的 指 出 ， 天 象 觀 測 原 本 就 是 三 度 空 間 的 問 題，也 應 回 歸 三 度 空 間 的 方 式 來 教 學 與 學 習。早 期 多 用 星 座 盤 來 辨 認 天 體，但 是 由 於 星 座 盤 是 將 三 度 空 間 的 天 體 投 影 到 二 度 空

間 ， 原 本 就 不 符 合 活 動 於 三 度 空 間 人 類 的 自 然 理 解 方 式 ， 所 以 不 單 是 學 童 ， 就 連 成 人 也 很 難 理 解 ， 造 成 天 文 學 習 上 的 困 難 。

有 鑑 於 學 生 學 習 月 相 單 元 成 效 不 彰 ， 可 能 是 因 為 三 度 空 間 過 於 抽 象、

亦 不 易 於 進 行 立 即 的 實 驗 觀 察。若 能 克 服 上 述 的 問 題，月 相 教 學 不 但 可 以 引 起 學 生 對 天 文 學 的 好 奇 心，讓 學 生 了 解 宇 宙 與 人 的 關 係、提 昇 其 時 間 與 空 間 的 概 念，更 能 提 供 學 生 許 多 想 像 和 創 意 的 空 間，藉 以 擴 展 學 生 學 習 的 視 野 ， 進 而 提 高 了 學 習 自 然 科 的 興 趣(左 漢 榮 ，1996)。 因 此 本 研 究 擬 運 用 Maya 這套優秀的3D製作軟體，設計天體模型教學平台進行月相教學，以 3D動畫模擬真實天體運行的狀況，讓學童嘗試以多種不同的視角，來觀察 月 球 繞 行 地 球 的 相 對 位 置、月 相 盈 虧 變 化，預 期 將 能 節 省 學 校 購 置 教 具 的 支 出、提 升 教 師 教 學 品 質、增 進 學 童 學 習 動 機 與 學 習 成 就。研 究 者 進 行 教 學 素 材 設 計 時，儘 量 以 簡 單 的 按 鈕 達 到 切 換 各 種 不 同 視 角 進 行 觀 測 月 相 變 化，教 師 不 需 再 學 習 複 雜 的3D軟體操作技術，以達到減輕教師教學負擔的 功 能。而 資 訊 融 入 月 相 單 元 的 教 學，亦 符 合 九 年 一 貫 國 民 教 育 課 程 目 標 中 所 明 訂：運 用 科 技 與 資 訊 的 能 力，激 發 主 動 探 索 和 研 究 的 精 神，培 養 獨 立 思 考 與 問 題 解 決 能 力 等 教 育 目 標。研 究 者 期 望 研 究 結 果，在 透 過 虛 擬 實 境 觀 察 月 相 變 化 後 ， 除 了 能 增 加 教 師 教 學 效 能 ， 也 能 增 進 學 童 的 學 習 成 效 。 最 後，再 透 過 研 究 者 自 編 的 學 習 態 度 量 表，瞭 解 學 童 對3D模擬月相軟體應 用 於 自 然 領 域 教 學 的 看 法，以 做 為 教 師 修 正 運 用 資 訊 融 入 月 相 單 元 教 學 之 參 考 。