積木關卡課程對學生問題解決能力的影響

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紀錄表中，確定問題性質的判定標準做統一檢核依據。首先研究者根據黃茂 在、陳文典(2004)在問題解決能力一文，設計本研究中所使用的問題解決能 力觀察檢核紀錄表(見附錄六)。其中「養成遇到問題時，先試著確定問題性 質，再加以實地處理的習慣」此項目，研究者再加以細分為「能夠正確且迅 速的發現問題」、「能思考運用合適的方式/策略來解決問題」、「能假設問題方 向並設計對策」及「無法完成關卡任務時，能再次分析問題重新製作」等四 個向度。

在確定問題性質的四個細項中，學生的行為表現，進行能力檢核，而此 四個向度之能力表徵分別為，在「能夠正確且迅速的發現問題」向度中，學 生能從機關王關卡中確定造成「關卡運作不良問題」的原因，並能找出問題 產生的因果性，才具備此向度的能力。在「能思考運用合適的方式/策略來解 決問題」向度中，學生能評估問題的始態及擬設問題的末態後，再推論、想 像來開拓「問題」的發展空間，便具備此向度的能力。在「能假設問題方向 並設計對策」項目中，學生應能適切評估可運用的資源及受限制條件後，擬 定多種的解題策略，選擇其一加以執行。最後在「無法完成關卡任務時，能 再次分析問題重新製作」向度中，學生能養成一種遇到問題時，先行考量、

瞭解、規畫的習慣，操作情形未如預料的情境變化時，能隨機應變使工作持 續沿主軸推進的能力。以上是「確定問題性質」中，觀察教師評定檢核表的 檢核依據。

研究者整理教師觀察的質性資料，驗證學生在教學初期與教學後期學生 在「確定問題性質」此向度中的改變情形。在關卡呈現的作品中，常見軌道 的製作，在課堂中參考的機關王得獎影片與教室前方所放的簡易積木也有軌 道的製作，每一小組皆會製作此類型關卡設計。從學生製作的過程中發現，

往往要自己親自製作之後，才知道製作關卡的技巧與需要注意調整的地方。

剛開始製作軌道時，學生常出現彈珠滾動太快在軌道轉折處沿切線飛出，或

是滾動緩慢在軌道中卡住的情形，而軌道要觸動下一個關卡設計的觸動開關，

也常是需要調整的重點。

在教學初期，學生一開始並未注意到軌道的坡度大小會造成動力的影響，

但經過一兩次試驗，很快的學生就會發現其中因果性的關連，而根據此發現，

不同組的學生會採取不盡相同的方式去設計問題的解決策略，如圖 4-2-2 學 生小組作品的軌道中，滾動的物體有的用最簡單的彈珠呈現，有的用鐵珠搭 配磁鐵條，利用磁力吸引鐵製品原理呈現，作品操作過程時，先建立軌道支 架，再鋪設軌道的路徑。此情形符合「能思考運用合適的方式/策略來解決問 題」此向度中，學生會評估問題開始及結束的狀態，再推論、想像開拓「問 題」的發展空間，形成多樣化的關卡設計。

圖 4-2-2 軌道製作角度的調整

Ｔ ：好～你剛剛發現這些問題，那你覺得原因是這一些，第一個你剛 講的軌道，怎麼去修正？

Ｓ01：就是把軌道傾斜的角度不要這麼大。

Ｔ ：還有呢？

Ｓ01：測試齒輪能不能自己轉動。

Ｔ ：看看齒輪能不能自由轉動，再把橡皮筋套上去？

Ｓ01：嗯！

Ｔ ：再來呢？

Ｓ01：然後在軌道旁邊再多加一些護欄。【訪談-015-20111125】

再進一步訪談參與的學生，S11 也提到之前操作軌道關卡作品時，需要 除錯七八次，之後製作只需要三到四次細微調整，就可以呈現關卡作品，學

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生在問題解決的效能上進步了。

Ｔ ：那你覺得你看到這些問題，怎麼去解決它，有沒有什麼方法去解 決？

Ｓ11：有！

Ｔ ：來～鐵尺的？

Ｓ11：鐵尺的把曬衣夾調整。

Ｔ ：調整曬衣夾的？

Ｓ11：角度！

Ｔ ：那效果如何？

Ｓ11：就可以...就彈珠就可以通過曬衣夾！

Ｔ ：彈珠通過曬衣夾！啊！你覺得這個效果怎麼樣？

Ｓ11：很好！

Ｔ ：效果很好！你試了幾次才成功？

Ｓ11：嗯！很多次！

Ｔ ：很多次是幾次？

Ｓ11：大概三四次吧！

Ｔ ：三四次，那幾覺得這樣試下來跟妳以前比起來，速度怎麼樣？你 覺得比較快還是比較慢？

Ｓ11：比較快！

Ｔ ：比較快！你覺得比以前你這樣試的時候，大概要花多久？

Ｓ11：七八次吧！

Ｔ ：七八次！你說你覺得速度變快，你變成了三四次，你覺得就成功 了？

Ｓ11：嗯！【訪談-012-20111125】

在積木關卡的操作過程中，學生漸漸的抓到製作的訣竅與操作的技巧，

積木製作在於了解各種零件的特長與適用性，可以靈活運用於各項不同的情 境中達成所預想好的關卡效果。學生在反覆的積木組裝過程中，熟習各項素 材的特性，在發現問題時能重新找出問題原因並調整，也在錯誤中學習到每 個零件所適用於不同的情境。

S03 和 S06 在討論軌道的設置方式，在軌道和軌道的連接上不知道該選 用哪一種零件。S06 先採用一般的連接方式，但是會將彈珠彈出軌道外，

後來發現需要讓彈珠轉彎，避免呈現切線飛出的情況，所以採用四分之

一圓長條使其轉彎或者使用其他零件擋住前方，讓彈珠沿軌道方向轉彎。

【課錄-008-20111103】

由以上觀察可以發現，學生符合「能夠正確且迅速的發現問題」、「能思 考運用合適的方式/策略來解決問題」、「能假設問題方向並設計對策」及「無 法完成關卡任務時，能再次分析問題重新製作」項目的能力表現，正確判斷 關卡問題，並評估手邊的積木零件素材後，擬定幾種不同的解題策略，選擇 一種加以實驗，無法解決問題的情況下，又隨機應變再嘗試其他方式， 配合 積木零件的特性來解決問題，讓關卡得以順利運作。

二、規劃組織活動

由圖 4-2-1 中可以發現在「規劃組織活動」項目上由前測的 28.70%，進 步到後測 74.40%的符合率，顯示不同教師觀察的後測一致性近七成五。其中

「能規劃、組織探討活動」項目，細分為「能與小組組員和諧的進行討論」、

「製作或設計活動進行時，能掌握進行時程」、「能與小組同學有效地討論出 解決對策」及「能規劃岀整體活動的步驟」等四個向度。而此四個向度之能 力表徵分別為，在「能與小組組員和諧的進行討論」向度中，學生能在製作 關卡的壓力下，相互包容不同組員的個性與想法，合宜的溝通並且不發生與 關卡製作無關的爭論。在「製作或設計活動進行時，能掌握進行時程」向度 中，學生應在製作或設計關卡活動時，能掌握每節課堂實作時間，妥善的進 行溝通與討論，再分工製作，達成階段性的目標。在「能與小組同學有效地 討論出解決對策」向度中，小組學生能在每節課堂實作時間內，完成關卡的 試運轉、偵錯步驟及提出解決對策。最後在「能規劃岀整體活動的步驟」向 度中，學生應能透過全面性的思考，整合機關王個別關卡的設計與分工，並 在製作進行時，隨情況調整計畫進行的步驟。以上是「規劃組織活動」中，

觀察教師評定檢核表的檢核依據。

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在教學活動二中，研究者觀察在進行課程分組討論與實際操作綠色能源 積木設計時，第三組出現小組沒有有效討論的狀況出現，並規畫思考如何將 綠色能源套件落實在關卡的設計中。

在分組討論和操作綠能積木時，觀察到第三組 S02 自己操作氣壓水動積木，

研究者看到 S02 水管安裝錯誤，測試打氣造成打氣筒有漏氣現象，向小組 年資深的 S07 詢問後，就交給他去做，沒有和Ｓ07 或其他小組成員進行小 組討論偵錯步驟，找出氣壓水動問題。【手札-005-20111013】

而在課程結束之訪談中，同樣在氣壓水動套件處理問題上，S02 學生同 樣詢問小組中較有經驗的 S07 同學，但在後續行為中選擇與小組一同偵錯解 決氣壓水動積木的關卡設計問題，甚至小組中另外一位 S01 也加入討論，並 試試解決後，連接後續槓桿關卡。

Ｔ ：Ｓ02 你呢？你在關卡製作過程當中，有遇到什麼問題？

Ｓ２：水力的那個關卡，力量都太小！

Ｔ ：啟動的力量太小！還有沒有？

Ｓ２：還有我請Ｓ07 幫我，然後Ｓ07 會過來弄看看氣壓水動的問題，

我們兩個一起解決水力關卡。

Ｔ ：結果呢？

Ｓ２：結果Ｓ01 也來討論，就一起做！S07 就說先把水力關掉，檢查為 什麼漏水，再試試看打槓桿的力量能不能打掉。

【訪談-015-20111125】

由以上觀察可以發現，小組學生在製作分工時，較能夠針對所遇問題進 行小組的對策擬定並進行偵錯，並且根據前後關卡設計，去調整製作步驟，

完成小組關卡作品。

三、考量關鍵性問題

由教師觀察檢核紀錄表(如圖 4-2-1 所示)，得知教師檢核項目「考量關

鍵性問題」項目中由前測的 27.2%，上升到後測 71.2%的符合率。其中項目細 分為「能歸納積木關卡執行時的關鍵因素」、「知道這些關鍵因素彼此間的關 係」、「能提出關鍵性的問題解決策略」及「遇到無法解決的問題，能懂得提 出應變方法」等四個向度。而此四個向度之能力表徵分別為，在「能歸納積 木關卡執行時的關鍵因素」向度中，學生應能洞察讓關卡無法順利運作的問 題各層次結構，並由結構中察覺解決問題的關鍵。在「知道這些關鍵因素彼 此間的關係」向度中，學生在試運作關卡活動時，掌握每個關卡所應用的科 學原理概念，清楚此關卡設計所應注意的關鍵因素的相關連性。在「能提出 關鍵性的問題解決策略」向度中，學生應能在關卡製作的偵錯階段找出問題 的核心概念，並且提出能改善問題情況的解決策略，使關卡能夠順利運作。

最後在「遇到無法解決的問題，能懂得提出應變方法」向度中，學生能考量 有限的時間、環境及人力資源條件下，能隨機應變做出合宜的配套解決策略。

最後在「遇到無法解決的問題，能懂得提出應變方法」向度中，學生能考量 有限的時間、環境及人力資源條件下，能隨機應變做出合宜的配套解決策略。