科學問題解決

問題的方向及尋求解決之方案。（四）發現點子（idea finding）：針對問題，發 展出各種可能的點子並從中選擇具有獨特性、新穎的點子。（五）發現解答

（solution finding）：尋找各種可能解決的方法，亦即找出最符合評量標準的解 決方法。（六）尋求接受（acceptance finding）：考量問題相關的情境，找出最 可能被執行的問題解決方案，並形成步驟執行以驗證。

有許多研究針對影響問題解決能力的因素進行探討，認為主要原因在於學生 未能建構問題的意義，且無法將問題與其知識結構做連結，或是缺少適當的知識 內容（Frazer, 1982；Osborne＆Writtrock, 1983；Selvratnam, 1983；Gabel. et al, 1984；

Lee, 1985）。由這些研究中，研究者認為個人知識的建構對於成凾的解決問題是 不可或缺的。

因此本研究中兩種不同想像力層次的問題解決活動所使用的問題皆為結構 不明的問題，題目的解決方法不只一種，亦沒有所謂的標準答案。所以需要學生 能運用其先備知識及技能，重新整合後進而解決問題。然而這類型的問題對於國 中生而言是較為困難的。因此在本研究中依據 Sternberg（2003）中問題解決的 步驟為主軸，進行增減及修改，用以協助學生進行問題解決活動。而本研究也期 望透過此兩種不同想像力層次的問題解決活動了解學生的先備知識及問題解決 能力與問題解決之間的關係。

第二節 科學問題解決

在科學問題解決中，因問題的種類及問題解決者本身的差異，其所需的科學 知識與技能具有很大的差異。Taconis（1995）指出，根據問題的複雜性及問題解 決者對於問題的熟悉程度而言，科學問題可就下列幾個陎向做探討：

（一）問題的複雜性：問題的複雜性取決於問題中所凿含的變數，也就是個 體在解決最終問題前所必須解決的次要問題數量。而問題解決者必須透過分析、

計畫及定義這些次要問題，並選擇其所需之概念做為解決最終問題之基準。

（二）問題的熟悉程度：問題的熟悉程度則取決於問題解決者本身。當個體

遭遇問題時，可能選擇慣用的技巧解決新情境問題。也可能將此情境問題視為挑 戰，透過新技能去解釋新的情境。

（三）問題的開放性或封閉性：也就是問題是否具有唯一解答或是具有多種 解決方法。然而科學問題通常都是封閉性問題，也就是 Weerene, Mul, Peters, Kramers-Pals 和 Roossink（1982）所提出的詳述性問題（specification problem）。 而開放性問題則是指問題本身要求對其結果或過程提出解釋，或者是設計型問 題。

張俊彥及翁玉華（2000）探討了高一學生的問題解決能力與其科學過程技能 之相關性。研究結果發現高一學生的問題解決能力與其科學過程技能表現達中度 相關，且高、低問題解決能力不同者在解釋資料、觀察、及形成假設等科學過程 技能表現上皆有顯著的差異。其研究結果也指出，不同問題解決能力者在問題解 決的思考流程上，其表現有顯著的差異。

Shepardson（1991）曾經針對八年級學生在五項不同的生活化科學問題解決 活動之表現進行研究。他以路徑分析（path analysis procedures）的方式推測學生 在解題步驟與學生間互動和思考技巧的關係。其研究結果指出，學生間的互動無 法增進學生在解決問題時的思考技巧，而學生的解題步驟才是主要影響解決問題 的因素。若是學生在解決問題時使用了不適當的思考技巧，則無法以有效的計畫 來解決問題，並且無法評估在解決問題過程中所收集的資料是否正確。除此之外，

學生在解決問題的過程中，會將所學過的科學知識結合，用來進行分析問題解決 的過程及最後推論的解釋與評估。

Chang（2010）曾針對 260 個十年級的學生，研究其問題解決能力與特定領 域知識（domain-specific knowledge）及推理能力（reasoning skills）之間的關係。

其研究結果指出，學生若想要成凾的解決問題，必須具備基本的特定領域知識、

良好的發散性思考（divergent-thinking ability）、推理能力及足夠的課外經驗。

他並且強調，學生若擁有較多的特定領域知識與推理技巧時，在問題解決過程中 會比較容易成凾。因為推理技巧能夠促進學生的發散式思考，而擁有越多的特定

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領域思考時則有助於學生在問題解決過程中分析、評估，也就是所謂的聚歛式思 考（divergent-thinking ability）。

Yu, She, 和 Lee（2010）的研究則探討不同模式（以網路學習及非網路學習）

與不同學業成就對於學生問題解決能力及生物學成就的影響，研究中將 156 個七 年級的學生被隨機分配到不同模式進行學習並解決結構不明的問題，其研究結果 顯示，不同模式的學習方式與其不同的學業成就對於問題解決之間並無交互作用，

但是高成就學習者在所有的測驗表現上皆優異於低成就學習者，此研究顯示個人 知識對於問題解決的重要性。

在 Fortus, Krajcik, Dershimer, Marx,和 Mamlok-Naaman（2005）的研究曾以 149 個九年級及十年級的學生，透過以科學知識及問題解決技巧等內容所設計的 教學法，了解學生在此過程中，透過設計活動（design problem）的課程，將所 建構的知識轉換並解決真實世界中的問題。David 和 Joseph（2005）等認為，在 此教學課程中，成凾的成品創造並不是最終目的，而是學生能夠應用科學知識到 真實世界中的問題。其研究結果也顯示，知識能在此設計活動中被有效的建立。

Pizzini 和 Shepardson（1991）及 Zoller（1987）則提出「發問」是問題解決 歷程中重要的一環。因為此步驟能有效的提升學生的學習動機且能讓學生進行有 意義的學習。發問除了能夠引導學生做進一步的思考之外，亦能夠促進學生對於 日常生活產生連結。

簡而言之，科學問題解決中凿含了許多訊息的處理，個體必須整合其既有知 識並分析問題。因此科學問題解決一直以來都被視為是在學習上的重要歷程，而 促進學生問題解決能力也是長久以來科學教育重要的目的之一。因此本研究主要 目的在設計兩種不同的問題解決活動，透過有步驟的發問，並且讓學生在實驗室 進行實際操作的過程，統整其既有科學概念，進而提升其概念學習與整體科學問 題解決的能力。