第三章 研究設計與實施
第二節 科學遊戲融入 CPS 教學活動設計
此節重點陳述如何將科學遊戲教學融入 CPS 中，設計科學遊戲活動的過程分項說 明如下：
一、科學遊戲融入 CPS 教學活動設計
研究者比較 CPS 模式各版本的共通性和差異性後，認為 Isaksen 和 Treffinger 於 1987 年發展三成份六階段的線性模式在教學實務和研究上都較容易理解和操作，此階段的特
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色在於解決問題的過程中，兼顧擴散性思考和聚斂性思考，每一步驟都先以擴散性思考 找出所有可能的想法，進行逐一分析比較，再以聚斂性思考選出最通當的想法，符合一 般的解題過程，也方便提供教師可依循的參考模式，增加教學方便性，因此本研究以第 四版本 Isaksen 和 Treffinger (1987)所修正的三成份六階段 CPS 模式作為融入科學遊戲教 學設計的依據。在 CPS 的三成份中有「瞭解問題」、「激發點子」和「行動計畫」，其 中六階段則分別是「發現困惑」、「發現資料」、「發現問題」、「發現點子」、「發 現解答」，與最後的「尋求接納」。為了能有效提高學生的解決問題動機，研究者從坊 間科學遊戲書籍中所挑選之有趣的「基礎遊戲」為操作示範，讓學生在看過示範後從問 題引導出「發現困惑」，在「發現資料」過程中，選擇讓學生動手操作，從中學生可能 分析與歸納出基礎遊戲所運用的科學原理及資料，進一步以設計「問題解決任務」作為
「發現問題」步驟，讓學生發現問題後，合理思考問題可能的解決方法，並鼓勵學生盡 量發表。接著進行「發現點子」步驟，鼓勵全班以小組合作方式，更進一步集思廣益，
提出挑戰任務，尋求所有可能的解決方案。之後如何才能「發現解答」呢？學生透過共 同動手操作試驗，評估解決方案的可行性，最後學生間相互「尋求接納」，以小組合作 方式或競賽方式完成任務，並分享遇到的難點及處理方式。
整體而言，研究者依循 CPS 擴散性與聚斂性思考並重的原則，並配合九年一貫「自 然與生活科技」的分段能力指標，分別設計活動或問答先以擴散性思考引導學生找出可 能的想法，再以聚斂性思考分析參照，最後歸納出最適當的想法，並將科學遊戲融入 CPS 的此六大階段（參見圖 3-3），撰寫成科學遊戲融入創造性問題解決之教學活動教 案（參見附錄二）。
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競賽與分享 科學遊戲教學活動
基礎遊戲示範 動手玩一玩
問題解決任務 動動腦 小組合作 原理探究
CPS 六大步驟
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
圖 3-3 科學遊戲教學融入 CPS 活動設計
二、教學內容設計與修正
（一）確定研究主題
在蒐集相關文獻的同時，研究者查閱現行國小自然與生活科技領域各版本教科書 內容發現，高年級並沒有以「重心」為主題的設計篇幅，但其實「重心」卻是生活中常 談到的話題，故與指導教授討論後，選定「重心」為本研究之設計主題。
（二）科學遊戲設計素材
在確定研究主題後，研究者以指導教授許良榮（2011）的著作玩出創意 2：48 個 酷炫科學魔術中的「重心」科學遊戲為基礎，加上網路蒐集「重心」相關的科學實驗，
經檢視篩選出的科學遊戲，評估是否適合讓學生進行問題解決的教學內容，例如「滾球 大賽」原本設計作為重心相關的科學遊戲，但發現並不適合設計成讓學生問題解決的任 務，換言之，「滾球大賽」遊戲無法融入 CPS 的設計素材，因此並沒有採用，最後決定
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挑選出三個單元的科學遊戲之素材，參見表 3-1。
表 3-1
科學遊戲融入創造性問題解決教學活動單元的主題設計
單元 單元名稱 基礎遊戲 問題解決任務
一 平衡一線間 1.自動平衡的尺
2.平衡一線間 四平八穩的假錢幣 二 我有一隻平衡鳥 討厭重力的鐵鎚 百變平衡鳥
三 雙錐體爬呀爬！ 爬啊!爬啊!爬上坡 我是爬坡高手
（三）教學活動設計
為了能在教學中提高學生解決問題的動機，研究者從科學遊戲素材中，設計一～二 個「基礎遊戲」做為課堂一開始的示範及引導，接著研究者與指導教授討論，分別針對 每個基礎遊戲，設計出初步構想的「任務」，再由研究者對每個「任務」進行實作測試，
以檢驗學生是否能動手解決與完成任務的可行性，最後再將任務編排於「基礎遊戲」之 後的時間，課堂中以小組合作或競賽方式讓學生挑戰每個「任務」，期望能使學生多方 面且用不同的角度思考解決問題的方法。
研究者將較適用於國小高年級學生能理解的主題與範圍，聚焦出三個「基礎遊戲」
與「問題解決任務」類別，並賦予名稱，操作方法說明如下：
【單元一、平衡一線間】
基礎遊戲（一）：自動平衡的尺
1.將一把尺平放在左右手的食指上，左右手同時輕輕的往尺的中間移動，參 見圖 3-4。
2.直至兩手食指相互碰觸時，即是這把尺的重心。
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圖 3-4 自動平衡的尺 基礎遊戲（二）：平衡一線間
1.將一張名片般厚度的紙對摺。
2.將硬幣平放在名片對摺處。
3.左右手將名片慢慢攤平，過程中保持硬幣不掉落，參見圖 3-5。
圖 3-5 平衡一線間 問題解決任務：四平八穩的假錢幣
1.任務內容：
（1）各組把硬幣換成墊片，把墊片放在名片邊緣時，發現墊片無法像剛才 的硬幣一樣，會掉落下來。
（2）各組可以利用提供的材料，在名片的邊緣上放置一個墊片且不會掉 落，就算成功！
2.提供材料（如圖 3-6）：
（1）教師提供多項材料（報紙、紗布、黏土、厚紙板、透明膠帶等）
（2）墊片 1 個
（3）名片 1 張
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圖 3-6 「四平八穩的假錢幣」之材料
【單元二、我有一隻平衡鳥】
基礎遊戲：討厭重力的鐵鎚
1.將一把 30 公分以上的硬尺以棉線套住鐵鎚，垂掛在椅子上，如圖 3-7。
2.調整鐵鎚懸掛的位置，直至整個系統達成平衡。
圖 3-7 討厭重力的鐵鎚 問題解決任務：百變平衡鳥
1.任務內容：
看哪一組能做出最多種不同樣子的平衡鳥（不可將鋁線纏繞在手指上），
可有以下多種情形，參見圖 3-8：
（1）不掛墊片，只靠彎折鋁線，調整鋁線的角度、高低，使其平衡。
（2）掛上墊片（數量自訂），使其平衡。
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圖 3-8 百變平衡鳥
2.提供材料：
（1）由兩條長度約 24 公分的鋁線對折，對折處以鉗子扭轉數下，製成的 鋁線組。
（2）墊片數個。
【單元三、雙錐體爬呀爬！】
基礎遊戲：爬啊!爬啊!爬上坡
1.拿二個中型漏斗（直徑約 7.5 公分），口對口以膠帶貼齊固定，完成一個雙 錐體。
2.取塑膠圓棍二支，排列成Ｖ形，開口處略為架高。
3.放置好後以圓柱物體（寶特瓶、鉛筆等）放在開口處滾落，確定物體會由 高處滾到低處。
4.將雙錐體換成球，把球放在低處，也能往上放滾動，操作方式如圖 3-9。
圖 3-9 爬啊！爬啊！爬上坡
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問題解決任務：我是爬坡高手
1.任務內容：
（1）各組利用分發的器材，在雙錐體的滾動起點處做上記號。
（2）10分鐘內小組成員合力討論並架設出最理想的裝置（調整雙棍的張角、
高處到低處的傾斜角等），讓雙錐體可以滾動最遠的距離。
2.提供材料：
（1）雙錐體（塑膠漏斗 2 個，開口較大處互相貼合製成）
（2）圓棍 2 支
（3）油黏土
（4）圓柱物體（原子筆或保特瓶）1 個
（5）30 公分以上的直尺一支
（四）教學活動設計的檢核與修正
教學課程初次設計後，研究者商請兩名國小現職資深教師，針對本研究所設計 的三項教學活動單元及學習單（見附錄二），填寫教學活動設計檢核表（見附錄一），
專家依其實務經驗針對教學活動內容的設計與編排的適切性，進行各項目的審查並給予 修訂意見，最後與指導教授討論後，完成教學活動設計，專家背景如表 3-2。
表 3-2
專家背景資料
編號 職稱 教學年資 特殊事蹟
A 嘉義市國小
高年級自然科任教師 13 年
嘉義市教學績優教師 嘉義市特殊優良教師 全國科展優良指導教師
B 嘉義市國小
高年級自然科任教師 9 年
嘉義市自然與生活科技領域輔 導團團員
嘉義市天文協會幹部
嘉義市第 31 屆生物科科展作 品第二名
針對此三個單元的內容，專家大致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 所修正提出的三成份六階段的 CPS 教學模式，其中只
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有少部分的教具準備、活動呈現方式、編排順序與學習單引導過程需進行調整，如以下 說明：
1.實驗一：
（1）專家 A 教師建議：
在「自動平衡的尺」實驗中，需讓學生緩慢移動雙手食指，並將觀察移動情 形記錄下來，較易讓學生發現找出物體重心的過程。因此研究者在「平衡一 線間」學習單設計上加入此部分，引導學生觀察雙手食指的移動細微情形（附 錄二）。
（2）專家 B 教師建議：
在「四平八穩的假錢幣」實驗中，如果想在墊片中間加入填充物使之平衡，
可先在中間中空處黏上膠帶後再放入填充物，使墊片與名片的接觸面控制為 相同的摩擦力。因此研究者將教案修調為墊片在中間中空處先貼上膠帶，再 放入填充物。
2.實驗二：
（1）專家 A 教師建議：
在「百變平衡鳥」實驗中，所使用的鋁線粗細程度需留意，雖然對象是六年 級學生，但部分六年級女生力氣可能不足，無法扭轉鋁線，建議可找較軟的 鋁線或準備尖嘴鉗。因此研究者將準備 12 或 14 號鋁線，並備尖嘴鉗，以利 學生嘗試。
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（2）專家 B 教師建議：
在「百變平衡鳥」實驗中，掛上一個螺帽的重量可能會一次變重許多，可改 掛墊片，較易微調平衡鳥的平衡。
3.實驗三：
（1）專家 A 教師建議：
在「雙錐體爬坡」實驗中，如要學生在學習單中畫出裝置圖，建議可多些引 導，從俯視圖、側視圖等不同角度進行紀錄，較易觀察到雙錐體重心移動的 變化情形。因此研究者修改「雙錐體爬呀爬!」學習單（附錄二），分別就俯 視圖與側視圖討論，讓學生將雙錐體的起點與終點重心連線，幫助學生發現 雙錐體滾動時重心的改變情形。
（2）專家 B 教師建議：
在「雙錐體爬坡」實驗中，墊高的物品宜將書本改為油黏土，如此方便微調 且固定圓棍，也較容易量出高度。因此研究者將準備油黏土及直尺，方便學 生變化高度及測量高度。
研究者依據專家的意見初步修改教學活動內容，也與專家討論學生在學習上可能
研究者依據專家的意見初步修改教學活動內容，也與專家討論學生在學習上可能