科學遊戲教學設計

一、科學遊戲設計素材來源

科學家對「光學」應包含哪些主題，也就是光學論域的大小如何，他 們的見解也各不相同，光學的範圍在下列主題中變動：光的反射、折射現 象（幾何光學）、發光體、視覺的心理和生理現象、色彩現象、彩虹現象 等等（陳瑞麟，2004） 。目前坊間科學遊戲相關書籍繁多，探討科學原理 與概念的書籍亦相當多元，研究者在查閱現行國小自然與生活科技領域各 家版本情況中發現，高年級以光為主題的設計篇幅並不多，故與指導教授 討論後，選定「光」為本研究之設計主題。確認主題後，研究者利用國立 台中圖書館與台中教育大學圖書館搜尋與科學遊戲相關的書籍，其中有 26 本(見附錄一)科學遊戲相關書籍包含「光」的科學活動或概念，研究者以 這 26 本書作為本研究發展科學遊戲問題解決教學活動設計之素材來源用 書，從中彙整出 135 個與「光」有關的科學遊戲活動（見附錄一） 。135 個 活動中，有許多個活動內容是相同或類似的，研究者再將原理解釋相同或 類似的活動歸納為同一類，共歸納為七類（反射、折射、光柵色散、雙折 射、彩虹、光影、色光混合） ，從七類中，選出 11 個有趣的科學遊戲。

二、科學遊戲之審查與檢核

研究者將選出的 11 個科學遊戲進行實際動手操作及測試，接著先邀 請一位任教於某國立大學物理學專家，針對這 11 個「光」的科學遊戲內 容進行審查並給予意見。研究者依據專家建議進行修改文字敘述內容及圖 形描繪。整體而言，專家認為研究者設計的「科學遊戲」，由於取材容易 而且能夠寓教於樂，因此非常適合小朋友實驗、探索。

另外再請 11 位由國小教師組成之研究團隊針對這 11 個科學遊戲的安 全性、器材取得容易性、趣味性、可否動手操作及是否出現在國小課程等 項目進行檢核(如附錄二)，整理如下（見表 3-2-1）。

38  否(0)  否(10)  否(10)  否(10)  否(10)  否(10)  否(0) 

6.色盤轉轉 是(10)  3.7(0.781025)  是(0)  是(0)  是(0)  是(0)  是(0)  是(10) 

否(0)  否(8)  否(10)  否(10)  否(10)  否(10)  否(0)  否(0)  否(10)  否(10)  否(10)  否(10)  否(10)  否(0) 

5.做一道美麗的彩 虹 是(10)  3.3(0.458258)  是(2)  是(0)  是(0)  是(0)  是(0)  是(10)  11.數字魔法秀 是(10)  4.7(0.458258)  是(0)  是(0)  是(0)  是(0)  是(0)  是(10) 

否(0)  否(10)  否(10)  否(10)  否(10)  否(10)  否(0)  否(0)  否(10)  否(10)  否(10)  否(10  否(10)  否(0)

　4.小小偵探員 是(10)  4.4(0.663325)  是(0)  是(0)  是(0)  是(0)  是(0)  是(10)  10.藍色光影的顏色 是什麼 是(10)  3.7(0.458258)  是(0)  是(0)  是(0)  是(0)  是(0)  是(10) 

否(0)  否(10)  否(10)  否(10)  否(10)  否(10)  否(0)  否(0)  否(10)  否(10)  否(10)  否(10)  否(10)  否(0) 

3.光之舞 是(10)  4.2(0.87178)  是(0)  是(0)  是(0)  是(0)  是(0)  是(10)  9.光的美麗看的見 是(10)  3.5(0.67082)  是(0)  是(0)  是(0)  是(0)  是(0)  是(10) 

否(0)  否(10)  否(10)  否(10)  否(10)  否(10)  否(0)  否(0)  否(10)  否(10)  否(10)  否(10)  否(10)  否(0) 

2.做一台照相機 是(10)  4.3(0.458258)  是(0)  是(0)  是(0)  是(0)  是(0)  是(10)  8.就是那個光 是(10)  4.2(0.663325)  是(0)  是(0)  是(0)  是(0)  是(0)  是(10) 

否(0)  否(10)  否(10)  否(10)  否(10)  否(10)  否(0)  否(0)  否(10)  否(10)  否(10)  否(10)  否(10)  否(0)

　1.銅板不見了 是(10)  4(0.632456)  是(0)  是(0)  是(0)  是(0)  是(0)  是(10)  7.羽毛上的光帶 是(10)  3.7(0.781025)  是(0)  是(0)  是(0)  是(0)  是(0)  是(10) 

爆炸或劇烈的燃燒 酸鹼侵蝕 觸電可能 毒性物品 爆炸或劇烈的燃燒 酸鹼侵蝕 觸電可能 毒性物品 註： 1.是、否的括號內數字為「人數」。2.第二項、能引起興趣或好奇心？的數字為平均數，括號內為標準差。

表3-2-1科學遊戲檢核整理 檢　核　項　目 一、器材是否方便、經濟？ 二、能引起興趣或好奇心？ 三、出現在現行國小課程？ 四、是

否潛 在危 險 性？ 五、為動手操作的科學遊戲？ 檢　核　項　目 一、器材是否方便、經濟？ 二、能引起興趣或好奇心？ 三、出現在現行國小課程？ 四、是

否潛 在危 險 性？ 五、為動手操作的科學遊戲？

　 　研究者從 11 個的科學遊戲檢核表中得知，第五項「做一道美麗的彩 虹」與國小自然與生活科技領域課程相同，予以刪除；第三項「光之舞」、

第九項「光的美麗看得見」科學概念涉及「光柵」，超出國小自然與生活 科技內容範圍屬較艱深的科學概念，予以刪除；第六項「色盤轉轉」、第 七項「羽毛上的光帶」、第十項「藍色光影的顏色是什麼」引起興趣或好 奇心平均分數低於 4 分，予以刪除；而第一項「銅板不見了」與第八項「就 是那個光」因考量到只能觀察現象不容易結合 CPS 融入科學遊戲設計，故 予以刪除，篩選出三個能引起興趣、好奇心平均分數較高的科學遊戲「數 字魔法秀」 、 「小小偵探員」 、 「做一台照相機」以進行編寫教學活動設計。

三、科學遊戲設計素材聚焦歷程

最後聚焦出個三個基礎遊戲其科學概念（反射、折射）適用於目前國 小高年級學生，並賦予名稱，分別為： 「數字魔法秀」 、 「小小偵測員」 、 「快 取圖像」 （詳見第五小節）。而科學遊戲設計素材聚焦歷程如圖 3-2-2。

圖 3-2-2 科學遊戲設計素材聚焦歷程 確認主題（光）

搜尋科學遊戲書籍

（73 本）

含有與光相關科學 遊戲書籍（26 本）

光的相關科學活動

（135 個）

選出三個科學遊戲

設計 CPS 融入科學遊 戲教學活動教案 分類出七個類別並 選出 11 個科學遊戲

專家審查、小組檢核

專家審查

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四、從科學遊戲素材到教學單元的編寫

編寫時，考量到學生對「光」的先備知識，會先予以基礎遊戲加以示 範、引導，然後研究者分別針對每個基礎遊戲，設計出 1~2 個初步構想的

「任務」，再由研究者對每個初步構想的「任務」進行測試並檢驗其學生 能動手完成的可行性，將任務編排於教學單元活動中及加以精緻化，以小 組競賽方式讓學生進行挑戰「問題解決任務」的方式呈現。研究者由「基 礎遊戲」及自行開發之「問題解決任務」，作為整個教學活動單元設計的 主體（見表 3-2-3）。

表 3-2-3 科學遊戲創造性問題解決教學活動單元設計主體

單元 單元名稱 基礎遊戲 問題解決任務 一 變身魔法秀 數字魔法秀 1.冰淇淋融掉了

2.超級大變身 二 反射秘技 小小偵測員 火影特級任務 三 破解密碼 快取圖像 做一台照相機

五、光的基礎科學遊戲教學內容

研究者將原理解釋較適用於國小高年級學生能理解範圍，聚焦出三個 基礎遊戲類別，並賦予名稱，操作方法說明如下：

（一） 【數字魔法秀】

1.先在紙上用簽字筆寫上數字「88」（如同電子鐘形狀 的數字），然後裝進透明塑膠袋中，在塑膠袋外面，配 合紙上的 88，用油性簽字筆描出「92」。

注意：描繪完成後，必須看起來還是 88 的樣子。

2.將完成後裝了數字紙張的塑膠袋，略為傾斜的放進

圖 3-2-4 數字魔法秀（1）

圖 3-2-5 數字魔法秀（2）

盛水的杯子中，由上往下看數字發生變化 88 不見了，看見的是 92。

（二）【小小偵測員】

1. 用三角卡紙在紙盒的一邊畫出兩條斜線。

2. 沿著這兩條線小心的割出斜縫，縫口大到足以把鏡 子塞進去。

3. 將鏡面塞入，上方的鏡子鏡面朝下，下方的鏡子鏡 面朝上，在上方鏡子的鏡面前方畫個四方形，並把 四方形剪下。

4. 在下方鏡子鏡面的前方挖個小洞，這樣就做好了。

5. 由小洞觀看四周的角落

（三） 【快取圖像】

1. 找一片透光的玻璃窗。

2. 在玻璃窗貼上四張不同顏色的玻璃紙並排成四方形。

3. 準備一張厚紙板，將中間挖空貼上描圖紙，即完成 一張紙屏。

4. 一手拿凸透鏡，置於屏幕與玻璃窗間，調整凸透鏡 和屏幕即可在紙屏上找到影像。

六、CPS 融入科學遊戲教學活動設計

本研究是以 Isaksen 和 Treffinger (1987) 三成分六階段的創造性 問題解決（CPS）教學模式融入科學遊戲以設計教學活動。CPS 流程主要包 含六階段：「發現困惑」、「發現資料」、「發現問題」、「發現點子」、「發現 解答」、「尋求接納」。為能掌握教學時間，及提高學生的解決問題動機，

圖 3-2-6 小小偵測員（1）

圖 3-2-7 小小偵測員（2）

圖 3-2-8 快取圖像（1）

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研究者選擇以坊間科學遊戲書籍所聚焦出之有趣的「基礎遊戲」為操作示 範，讓學生在觀看並經由問題引導出「發現困惑」。 「發現資料」步驟則是 讓學生在動手操作整理、分析與歸納出基礎遊戲所運用的科學原理、資料 有哪些？設計「問題解決任務」作為「發現問題」步驟，讓學生發現問題，

並鼓勵學生盡量發表、集思廣益討論。 「發現點子」步驟則是鼓勵全班以 小組合作更進一步動腦，提出成功挑戰任務之所有可能的解決方案；並透 過共同討論與動手操作試驗，評估解決想法的可行性，以「發現解答」。

最後以小組合作方式或競賽方式完成挑戰任務，在這過程中考量執行過程 可能遭遇到的阻力及助力，以找到適當的處理應對方式進行任務工作，即 為「尋求接納」步驟。

研究者以上述 CPS 六大步驟對應相關教學活動設計（見圖 3-2-9），並 配合九年一貫「自然與生活科技」的分段能力指標，設計創造性問題解決 融入科學遊戲之教學活動教案（詳見附錄四）。

圖 3-2-9 CPS 融入科學遊戲教學活動設計

CPS 六大步驟 科學遊戲教學活動

基礎遊戲示範 1.發現困惑

3.發現問題 4.發現點子 5.發現解答 6.尋求接納 2.發現資料

動手玩一玩

問題解決任務 動動腦 小組合作 競賽與分享

原理探究

七、教學活動設計之檢核與修正

研究者於教學活動設計完成後，委請二位專家協助教案審查，針對研 究者所設計的創造性問題解決（CPS）教學模式融入以「光」為主題的科 學遊戲教學活動，填寫教學活動設計檢核表（見附錄三） 。專家針對教學 活動內容之流程設計與編排的適切性，進行各項目的審查並給予修訂意 見。專家背景如表 3-2-10。

表 3-2-10 專家背景資料

編號 職稱 教授科目 學經歷

一 南投縣國小教師 高年級級任 自然科學教育研究 所碩士

二 台中市國小教師 高年級級任 科學應用與推廣研 究所碩士

整體而言，專家認可本研究教學活動內容的適切性，且教學活動流程 符合Isaksen 和 Treffinger 所修正提出的三成分六階段的CPS教學模 式，唯有部分圖形、教具準備、文字敘述內容及活動編排需要修訂及調整，

如：塑膠袋太柔軟，難放入水中，宜改為黏在硬的透明塑膠片上等，研究 者依據專家意見修改教學活動設計內容。