科學學習

本節先就自然科學學習之定義進行探討，了解科學概念對於國中教育的必要 性及重要性後，再進一步探討自然科學學習的教學困境，遊戲式數位學習對於科 學教育的影響，分述如下：

壹、自然科學之學習與教學意義

自然科學的教育一直是我國及世界各國的教學焦點，九年一貫課程綱要指出 學習自然與生活科技領域，目的在能了解科學學習與技術的發展對於人類生活的 影響，藉由善用現在各種科技與工具讓我們可以更適應現代化的社會生活(教育 部，2008)。另美國在 2061 課程計畫中指出「培養學生的科學素養」為科學教育 目標之一(科學發展，2013)，科學素養包括了解科學的本質，能夠運用科學的知 識和方法解決問題，並且了解科學與社會之間的關係(張鳳琴，1994；Roach &

Wandersee, 1995)。國際學生能力評量計畫(PISA)即強調學習者在三個層面上的能 力：

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1. 辨識科學議題(Identify science issues)：包括可以了解用科學方法探究的議題、

可以定義搜尋科學資訊的關鍵詞，並且察覺出科學探索的主要特徵。例如：

哪些事物應該一起比較、哪些變項應該被控制或改變。

2. 解釋科學現象(Explain phenomena scientifically)：希望學生能運用適當的科學 知識於特定的情境中，並且能夠科學地描述及詮釋現象的產生，最後能夠預 測該現象在未來會有什麼樣的改變。

3. 運用科學證據(Use scientific evidences)：希望學生能在取得科學資訊後，可以 根據科學證據形成論證和結論(臺灣 PISA 國家研究中心，2011)。

故教學者在設計教學活動時，應盡可能符合上述三項提及之層面以增進學習者的 科學能力。

貳、自然科學教學困境

對於大多數的學生而言，國中自然科課程通常較為艱深難懂。雖然透過實驗 觀察可以發現許多現象，但往往在現今的升學主義下，老師們沒有多餘的課堂時 間可以讓學習者探索所有的自然現象。另外，實驗設備的不足也是一個很大的因 素。往往一間實驗室器材有限，無法讓全班同學各自獨立操作，只能由老師在台 前示範，學生們在台下看著老師進行實驗操作。若透過資訊科技輔助，可以幫助 學生建構出適合的學習環境。一個好的物理學習環境應符合以下兩種原則：1. 提 供探索性的學習環境讓學習者能夠參與其中並且親自動手進行操作。2. 在遊戲 操作過程中，提供大量的提示訊息幫助學生逐步建構物理概念(Enyedy, Danish, Delacruz & Kumar, 2012)。在傳統課堂中由於多以講述式教學為主，老師只能透 過文字訊息傳遞知識內容，然而一般教科書的內容多半過於枯燥，無法有效提供 足夠的圖示、範例供學生參考，並且最重要的無法提升學生的興趣(劉昌宏、郭 重吉，1995)。若能將遊戲化方式應用在學習活動中，對於一些難以用文字敘述 的單元或是內容較乏味的課程，學生可以用探索性的方式學習並且由於更有趣味 還能夠提升學習的興趣及動機。此外，學生在學習較為困難的抽象單元，例如：

12 (Merchant, Goetz, Kennicutt, Kwok, Cifuentes & Davis, 2012)；就第一點及第四點 而言，透過學習活動給予適當的鷹架輔助，逐步地輔助學習者掌握實驗的目的及 正確操作實驗的步驟(Molenaar, Roda, Boxtel & Sleegers, 2012)。

表 2-1 各學者對於透鏡成像的迷思概念整理

年份與學者 透鏡成像的迷思概念

(Andersson &

Karrqvist(1983)；唐

(Galili & Hazan, 2000) 傳統教授凸透鏡成像概念時都會教學生畫透鏡成像 圖，但學生因此認為光線經過凸透鏡時必須都得先匯聚 於凸透鏡上一點，然後才會發散成像。

(Galili & Hazan, 2000) 有些學生因為在進行透鏡成像實驗時在紙屏上所看見 的像皆為倒立的，誤以為凸透鏡只會產生倒立的像，而 沒有正立的像。

(竇一龍，2002) 學生因為學會了如何繪製成像圖。誤以為物體射向凸透

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(Jong & Joolingen, 1998)

學生難以理解焦點的意義，認為焦點就是物體成像的位 置，並且以為屏幕的所在位置就是焦點。

(Goldberg &

Mcdermott, 1986)

對於實像的觀察，有些學生認為若將紙屏移走，則像會 指出將遊戲融入教學活動中對於學習十分有幫助(Gillispie, Martin, & Parker, 2010；Lowrie & Jorgensen, 2011；Shaffer, Squire, Halverson & Gee, 2005)。遊戲式 數位學習具有將抽象概念具體化，並且提供驗證的特點(Betz, 1995)，以及能夠促 進學習者的學習動機、學習成效，讓學習者記憶深刻(Rastegarpour & Marashi, 2012)。

Kebritchi 與 Hirumi (2008)指出由於數位遊戲在教育上有幫助是因為具備了以下 因素：1. 降低對學科的恐懼。2. 使學習者花在學習的時間上變得更多。3. 結合 遊戲趣味性，提高學習者的學習動機。4. 提供具挑戰性的任務，供學習者探索。

但亦有研究指出，遊戲式數位學習與傳統教學方式相比，並沒有比較好的學習效 果(O’Neil, Waines & Baker, 2005 )。當學習者在進行遊戲學習時，很容易被遊戲 中的聲光效果所吸引，進而只投入於遊戲過程中，對於知識內容的學習完全沒有 吸收，造成了高投入低學習的狀況(蔡福興、游光昭、蕭顯勝，2008)。綜合所有，

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為了要開發一個能夠激發學習者學習動機並且促使能主動參與活動的遊戲，應具 備以下幾點遊戲元素(Prenksy, 2007)：

1. 遊戲性(Play)：遊戲的設計必須帶給學習者有享受、愉悅的感覺，使其具備高 度的動機與興趣。

2. 規則性(Rules)：遊戲的設計必須有明確的架構及規範。

3. 目標性(Goals)：遊戲的設計必須有明確的目標任務以指引學習者進行活動，

並且要能觸發學習者學習動機以達成任務。

4. 互動性(Interactive)：遊戲的設計界面必須要能夠使學習者可以順利地與之互 動以進行遊戲。

5. 結果與回饋(Outcomes and Feedback)：遊戲的設計須提供學習者可學習的訊 息。

6. 問題解決(Problem Solving)：遊戲設計中的學習任務，必須可以促使學習者在 思考解決任務的過程中，能夠提升問題解決的能力。

綜合以上所述，一個好的教育遊戲設計，除了須注意以上的設計重點外，還 得提供適時的策略輔助以幫助其聚焦在學習內容上(Rienties, Giesbers, Tempelaar, Baker, Segers & Gijselaers, 2012)。另外，若能在虛擬遊戲世界中加入真實環境的 成分，對於一些操作性的實驗活動將可以有更好的效果(Klopfer & Sheldon, 2010)。

故若能將擴增實境虛實整合的特點融入遊戲式環境中，並且輔以鷹架策略輔助學 習，對於自然科課程中需要進行實驗操作的單元應會有一定的幫助。

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