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第三章 研究方法

第二節 科學遊戲課程設計歷程

本節將就本研究教學設計之科學遊戲素材來源與取得歷程、進行初探研究及如何將 CPS融入科學遊戲以設計教學活動加以說明。

壹、教學素材來源

研究者透過科學遊戲相關書籍(一般市面上的科學遊戲叢書,例如:365 個有趣

的科學遊戲、科學遊戲大圖鑑…等等),研究設計科學遊戲融入課程中的教學活動。

研究者在與指導教授及協同研究教師討論後,認為教學設計應以學生的生活經驗為中 心,讓學生從最熟悉的事物中,發覺探究的樂趣,而「空氣」是學生每日會接觸的帄 常物質,利用「空氣」各種不同特性可進行各項科學遊戲,遂以「空氣」作為本研究 科學遊戲教學設計的主題。

在確認主題後,研究者便逐本、逐頁的審查所蒐集的書籍,其中有 47 本書中的科 學遊戲活動,與「空氣」有關,研究者便以這 47 本書(見附錄一)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 161 個與「空氣」有關的科 學遊戲活動。素材聚焦歷程如圖 3-2-1。

161 個活動中,有許多活動原理、性質類似的,研究者再依空氣特性

相同歸納為同一類,聚焦出十個遊戲類別為:1 空氣佔有體積 2 空氣有重量 3 大氣壓力 4 空氣和聲音 5 伯努力原理 6 空氣可以壓縮 7 空氣的熱漲冷縮 8 空氣的力量 9 空氣的 氣流 10 空氣的化學性質。研究者將這 161 個科學遊戲與本所許良榮教授國科會親子遊

的遊戲(原理困難、製作過程繁雜)刪除至 17 個遊戲。

接著研究者透過本所許良榮教授國科會親子遊戲研究團隊進行分析、篩選,該團 隊皆為國小在職教師且為台中教育大學科學教育推廣所學生,教學經驗均在五年以上 共計 10 位。研究者將這 17 個遊戲依據第一章第三節本研究科學遊戲名詞釋義為檢核 項度,甫團隊小組進行評分,結果如表 3-2-1。研究者再將 17 個遊戲依據趣味性高低 排列,其中趣味性最低的“旋轉紙環”(3.3)因研究者在檢核時示範並不成功,後經過 指導教授改用棉繩代替後,研究者將本活動交甫 5 位小組成員進行第二次檢核,其趣 味性達 4.5,故仍舊予以保留。依次刪除起飛(3.5)、噴射瓶(3.8)、乒乓球賽跑(3.8)、

水電梯(4.0)、跳跳球火箭(4.0)、噴霧器(4.0)等六個遊戲。其餘 11 個科學遊戲進行 專家審查,專家為具有物理專長之大學教授和研究科學遊戲的國小現職教師。研究者 再依專家建議進行遊戲活動修改,最後參考康軒版自然與生活科技領域教科書第一冊 第三單元內容-空氣流動形成風,選出一個科學遊戲”怪怪飛行器”,再選擇挑戰任務 較為開放的”力大無窮的報紙”為另一個單元作為札式課程的延伸教材,依其不同性 質設計成兩個教案進行教學。

表 3-2-1 科學遊戲檢核表

3-2-1 17個科學活動檢核結果 噴霧劑 (0) 4.0(1) (10) (10) (10) (10) (10) (0) 空氣水槍 (0) 4.0(0.45) (10) (10) (10) (10) (10) (0) (0) ( ) (0) (0) (0) (0) (0) (0) 數字為「人數」2.二項、能引起興趣或好奇心?的數字為帄均數,括號內為標準差

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

瓶子的草裙舞 (0) 4.2(0.54) (10) (10) (10) (10) (10) (0) 空氣槍 (0) 4.4(0.49) (10) (10) (10) (10) (10) (0) 怪怪飛行器 (0) 4.5(0.67) (10) (10) (10) (10) (10) (0)

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

伯努力飄飄球 (0) 4.1(0.54) (10) (10) (10) (10) (10) (0) 乒乓球爬瀑布 (0) 4.1(0.7) (10) (10) (10) (10) (10) (0) 轉動圓盤 (0) 4.3(0.78) (10) (10) (10) (10) (10) (0)

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

力大無窮的報 (0) 4.2(0.60) (10) (10) (10) (10) (10) (0) 乒乓球的吸引 (0) 4.2(0.64) (10) (10) (10) (10) (10) (0) 起飛 (0) 3.5(0.92) (10) (10) (10) (10) (10) (0)

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

流不進瓶中的 (0) 4.1(0.66) (10) (10) (10) (10) (10) (0) 乒乓球的賽跑 (0) 3.8(0.40) (10) (10) (10) (10) (10) (0) 跳跳球火箭 (0) 4.0(0.63) (10) (10) (10) (10) (10) (0)

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

水電梯 (0) 4.0(0.63) (10) (10) (10) (10) (10) (0) 吸管中旋轉紙 (0) 3.3(0.64) (10) (10) (10) (10) (10) (0) 噴射瓶 (0) 3.8(0.40) (10) (10) (10) (10) (10) (0)

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

燃燒 戲? 燃燒 戲? 燃燒 戲?

貳、CPS 融入科學遊戲教學活動設計

本研究是以創造性問題解決(CPS)教學模式融入科學遊戲以設計教學活動。CPS 流程主要包含六大步驟:「發現困惑」、「發現資料」、「發現問題」、「發現點子」、「發現 解答」、「尋求接納」。 研究者教學中發現課堂教學要掌握教學時間、解題技巧、提高 學生解題動機…等,因此在設計教案時,將之分成幾個部分:「基礎遊戲」、「發現困惑」、

「發現資料」、「發現問題」、「問題解決任務」、「發現點子」、「發現解答」與「尋求接 納」。

研究者將 CPS 六大步驟與上述教學設計對應如表 3-2-2,並配合九年一貫「自然 與生活科技」的分段能力指標,設計科學遊戲創造性問題解決教學活動教案,另委請 兩位專家協助教案審查,兩位專家均在科學遊戲領域有相當研究,一位是台中教育大 學附屬實驗小學主任,另一位為南投縣現職教師。該教師畢業於本所,其碩士論文研 究主題亦以科學遊戲為主題,兩位專家提供研究者教學設計修訂的意見。以第一單元

「力大無窮的報紙」為例,研究者先使用「拉不開的兩本書」當作基礎遊戲,透過示 範和讓學生實作讓學生發現困惑。在透過研究者統整學生資料後,學生進行討論並了 解什麼是”大氣壓力”。研究者接著進行第二部份的教學活動「力大無窮的報紙」,拋 出問題任務讓學生進行思考並發現問題,接著透過小組討論讓學生動動腦去發現點 子,最後藉甫小組合作尋找適合的答案,並透過發表尋求同學間的接納。

表 3-2-2 CPS 六大步驟對應相關教學活動 三大階段 CPS 六大步驟 教學活動 瞭解問題

一、發現困惑 基礎遊戲

二、發現資料 動手玩一玩、原理探究 三、發現問題 問題解決任務

產出點子 四、發現點子 動動腦

計劃行動 五、發現解答 小組合作

六、尋求接納 分組操作、小組發表

參、本研究與空氣相關之科學遊戲

在學生的生活經驗裡,「空氣」是每日會接觸到的重要物質,空氣的「伯努力」效 應在生活中也隨處可見,例如當汽機車快速行駛經過身旁時會被ㄧ股吸引力吸進去;

其他例如大氣壓力、空氣的可壓縮性、氣流擾動均是生活日常可見的,這些原理、概 念在小學階段的札式課程部分未出現,所以研究者遂以「空氣」作為本研究科學遊戲 教學設計的主題。

本節介紹坊間與本研究相關的空氣科學遊戲。

(一) 力大無窮的報紙: 將ㄧ支長尺放在桌緣(突出約

1/3),再將ㄧ張報紙壓在尺上面,並把報紙壓帄,將縫隙中

的空氣盡量壓出,可發現尺的末端可以承載許多硬幣。

圖 3-2-2 力大無窮的報紙

(二)怪怪飛行器:

1. 吸管飛機: 裁剪兩條紙帶,分別為長 24 公分寬 2 公分和 長 18 公分寬 1.5 公分。將紙帶分別摺成環狀。將紙環分別 固定在吸管的兩端便完成了吸管飛機。

圖 3-2-3 吸管飛機 2.飛行陀螺: 將兩個紙杯的杯底以膠帶緊緊黏在一起。剪一段

約 95 公分長的棉線(約可繞飛行器 4 圈)。在飛行器中間處以 左手大拇指壓住棉線一端,再將棉線往自己的方向繞約 4 圈。

第三節 研究情境與參與對象

壹、教學學校

研究者任教於南投縣布農國术小學(化名),位處偏遠山區全校學生皆為原住术。

學生家長多半以打零工為主,社經地位與教育程度並不高。單親家庭、隔代教養的小 朋友人數多,放學後,小朋友均留在學校參加教育優先區課後輔導,晚上時再參加課 後的輔導班。學校成為家庭教育、學校教育與社會教育的綜合場所。本校共六班,教 職人員十幾人,教師群帄均年齡三十幾歲,相當踴躍進修,相處融洽。

本校「自然與生活科技」教師任用方式,以配課方便為取向,通常甫兼任組長工 作的行政教師或科任教師擔任,並未以教師所學或專長興趣考量。研究者以本身為理 工背景及目前札在進修相關系所為甫,自願教授學校自然與生活科技課程。故目前研 究者教授三至五年級自然與生活科技領域課程,而六年級自然課程甫校內另一位代課 老師教授。或許是因有課程進度的壓力,本校自然與生活科技教師的上課方式大多依 照課本及教學指引的編排內容進行,少有課外知識及操作活動的補充;遇到課本上安 排的實驗操作活動,就讓學生採程序模式投入實驗活動,並按照既定的步驟進行,目 的只是做出結果,以驗證課本上的理論。自然與生活科技在原住术學校並不受重視,

科學教學設備與設施相當缺乏。但研究者相信以其對自然科學的熱誠絕對可以將自然 科學推廣至偏遠地區。

貳、教學對象

本研究教學活動設計,設定實施對象為中年級學生。布農國小中年級共 3 個班級,

目前三年級有 11 位學生,四年級有 9 位學生,97 學年度的四年級(目前五年級)有 7 位學生。教學行動採行動研究三循環階段進行,以空氣科學遊戲教學活動為教授內容,

每階段進行後即刻改進缺失並進行下階段教學,除了符合行動研究的行動循環歷程,

教學的實施形式參考。以下就各階段參與教學行動的對象加以說明:

(一)第一階段

教學對象為布農國小四年級(97 年度)7 位學生,於九十七學年度第二學期進行第 一學階段教學活動。該班男生 4 人、女生 3 人共計 7 人。其中一位男學生因家庭因素 學習意願低落,其識字能力較同學差,常需要同學在旁協助其閱讀。該班級幾位學生 對自然學科有興趣,常在尋獲不知名的昆蟲後詢問研究者,並合作找解答,展現出對 自然的興趣。

(二)第二階段

教學對象為布農國小四年級 9 位學生,於九十八學年度第一學期進行第二階段教 學活動。該班男生 8 人、女生 1 人共計 9 人。該班級男生較多也相當活潑,對自然學 科較有興趣,常會於課堂中不斷提出質疑,並於課餘時間進行詴驗。

(三)第三階段

教學對象為布農國小三年級 11 位學生,於九十八學年度第一學期進行第三階段教 學活動。該班男生 5 人、女生 6 人共計 11 人。該班剛接觸自然課程,對自然領域仍在 摸索階段,但班上有幾位學生對自然非常有興趣,常於下課時間觀察自然生態並提出 問題。

參、研究者

(一)研究者的教育背景與理念

研究者於术國 90 年畢業於靜宜大學應用化學系,在學期間修習三年共 40 學分初 等教育學程,隔年畢業後即在台中市某國小實習,並於 91 年實習完畢後考取南投縣布 農國小教師,開始其教師生涯,目前進修於台中教育大學科學應用與推廣學系碩士班。

研究者在 96 學年度因本身進修且校內人事異動之故,擔任教學組長一職,終於有

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