第一章 緒論
「活化教學」的目的是讓課堂上每個學生都樂於學習，這個目標對第一線的基層 教師是一大挑戰，將資訊科技應用到教學上，或許是個可行的方向。本章就研究動機、
研究目的與問題、研究重要性、名詞釋義詳加說明。
第一節 研究動機
我國自 103 學年度起，將實施十二年國民基本教育，教育部長蔣偉寧博士表示：
「十二年國教的重點不在考試，在於學生是否能主動學習。」在許多的教學法中，建 構式教學注重學生的先備知識，以學生為主體的課程設計，對於學生科學教育的學習 是有其成效的（張靜嚳，1996；黃松源、王美芬，2001），而應用建構主義的教學者，
要讓學生充分主動的學習，教學者需設計適當的環境，而非要學生能在短時間內獲得 學習成效（熊召弟，1996）。學生處在教學者所設計的環境中，接受刺激進而自動建 構出知識、概念，而非由教學者直接傳授知識（Von Glasersfeld, 1996；張靜嚳，1995）。 建構式教學在國小自然科操作實驗中，可讓學生合作學習、主動學習並達到教學目標 的一種教學模式（曾秋華，2002）。
從我國行政院主計總處 100 年「電腦應用概況報告」顯示，21 世紀是電腦的世 代，目前電腦設置概況「我國個人電腦設置數 1,351.8 萬台，平均每千人擁有 582.0 台」，其中每 100 戶家庭擁有 103.2 台來看，電腦已是大部分家庭的必配產品，而青 少年課後的休閒活動常常離不開電腦數位遊戲，遊戲本身的娛樂性、衝突性、挑戰性、
互動性等特性，讓青少年積極、主動的參與其中。學習成效常決定於學生對課程的參 與度，遊戲式學習可讓學生較具學習興趣進而主動參與學習（吳叔鎮，2011；彭成瑋，
2007；謝甫宜，2011），將數位科技導入遊戲中成為數位遊戲，應用在低成就學生的 教學中，可有效提升學生的學習態度（范綱正，2011）。國小學生在歷經自然科學數
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位遊戲學習過程時，會主動思考解決問題，而習得自然科學知識，並認為數位遊戲學 習系統是好玩且有效的學習（林淑蕙，2009）。電腦輔助教學對國中理化科中抽象的 單元-以光的折射為例的學習，可加強學生學習的印象且低學習成就學生的學習態度 更為積極（楊明獻，2008）。
一般而言，探究式學習法可以提升學生學習理化的動機（蔡執仲、段曉林，2005）， 許多實徵研究也發現以資訊融入教學對自然與生活科技領域的學習動機和學習態度 有明顯進步（李登隆，2004；阮素貞，2006；林余思，2002）。因此，研究者從任教 國中自然與生活科技領域的經驗中，挑選八年級自然與生活科技領域光學的內容做為 研究之課程內容，因為光學一直是學生認為較難學習的單元，雖然光的現象在生活中 處處可見，但是光學的概念卻是抽象的，加上教學進度的壓力，教師常以講述式教學 為主，只是將知識傳輸給學生，學生缺乏主動學習的機會。進入台師大科學教育研究 所後，重新認識了 5E 學習環教學法，筆者嘗試將數位遊戲嵌入參與（Engagement）
階段、探索（Exploration）階段、解釋（Explanation）階段、精緻化（Elaboration）
階段及評價（Evaluation）階段，藉由學生對玩數位遊戲的自發性，轉移至學習中，
讓學生的學習動機增加、學習變得有趣，並在實際操作數位遊戲時學習到所應該學習 的科學概念。
如何讓學生主動學習，一直是筆者身為基礎教育工作者的期望，希望能藉由實施 十二年國民基本教育此一契機，讓學生主動、快樂、適性的學習。為此本研究試著設 計嵌入數位遊戲於 5E 學習環教學法，並探討該教學活動對學生光學概念學習的影響。
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第二節 研究目的與問題
基於上述的研究動機，茲列出本研究之目的與所要探討的問題，詳述如下。
一、 研究目的：
（一）為了提供老師在教學運用上的資訊，並視教學環境採用不同的教學法，本研究 試著瞭解不同教學法（傳統講述式教學法與嵌入數位遊戲於 5E 學習環教學法）對國 中八年級學生學習光的反射定律與折射定律之學習成就影響。
（二）在數位遊戲融入教學的相關研究中，較少討論不同性別對學習成就的影響，但 是多數人會認為男生較女生常玩數位遊戲而能在嵌入數位遊戲於 5E 學習環教學法引 導下學習成效較佳，故本研究想探討不同性別對學習成就是否具有差異。此外，在針 對不同學習成就學生其學習成效之影響，有些研究顯示結果有顯著差異（陳建達，
2012），故本研究想知道在不同學習成就的學生是否在學習成就上均有提升。因此瞭 解不同特質（性別與學習成就）學生對嵌入數位遊戲於 5E 學習環教學法學習光的反 射定律與折射定律之學習成就影響，乃為本研究之目的之一。
（三）根據雙編碼理論，外在不同類型的刺激，對於學生的學習是有影響的，本研究 將數位遊戲融入教學，數位遊戲中所包含的資訊類型有文字、圖形、動畫等，此與傳 統講述式教學法中，主要的資訊類型是文字有很大的差別，故本研究希望能知道學生 在接受不同的外在刺激後，對於不同的測驗題型是否有差異。故本研究希望能瞭解不 同題型（文字題與圖形題）對不同教學法學習光的反射定律與折射定律之學習成就影 響。
（四）瞭解嵌入數位遊戲於 5E 學習環教學法對學生光學概念學習之影響。
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二、 研究問題：
（一）探討傳統講述式教學法與嵌入數位遊戲於 5E 學習環教學法對學生學習光的反 射定律與折射定律前、後，對學習成就的表現是否有差異？
（二）探討不同性別學生於嵌入數位遊戲於 5E 學習環教學法前、後，在學習光的反 射定律與折射定律學習成就上是否有差異？
（三）探討不同學習成就之學生於嵌入數位遊戲於 5E 學習環教學法後，何者在光學 概念學習上具有較佳的學習表現？
（四）探討傳統講述式教學法與嵌入數位遊戲於 5E 學習環教學法對學生回答不同題 型題目的學習成就表現是否有差異？
（五）探討嵌入數位遊戲於 5E 學習環教學法前、後，學生對光學概念學習上的改變 情形為何？
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第三節 研究的重要性
目前許多有關數位遊戲融入教學的研究，大多著重在學生創造力的影響（林勝 介，2009；胡博閔，2009）、問題解決能力的影響（李宜穎，2007；林淑蕙，2009；
許罡寧，2010；陳裕民，2012）、學習態度與學習成就的影響（吳天貴，2007；吳叔 鎮，2011；李宗倫，2011；范綱正，2011；許湘宜，2012；陳卉綺，2012；陳建達，
2012；陳裕民，2012；陳憶萱，2007；黃靚芬，2012；趙秀琴，2011；賴俊甫，2007）、 邏輯能力與問題解決能力（李宜穎，2007；林淑蕙，2009；許罡寧，2010；陳彥杰，
2008；陳裕民，2012）、融入學習的設計（黃祐謙，2011；蔡宜良，2011），較少針對 數位遊戲如何促進學生的概念理解以及如何將數位遊戲融入適當的教學模式進行探 討，故本研究將數位遊戲導入 5E 學習環教學法，以探討學生的概念理解改變情形。
從雙編碼理論（Dual Coding Theory）觀點，學習者在學習時對於外在的刺激（圖 形、文字、數位動畫）會建立成視覺與語文的心理表徵，而這兩種表徵可以分別或相 互連結的儲存在記憶中，這對於學習、回想與檢索所學內容有正向的助益。而使用數 位遊戲進行教學可讓學生接觸到多樣化的刺激，進一步增進學生學習、回溯所學內容 的效果（Clark & Paivio, 1991；莊雅茹，1996）。所以，本研究以數位遊戲進行教學時，
除了讓學生以視覺感官去接受動態的影像、亦輔以遵循 5E 學習環教學設計的學習單 來引導學生探索數位遊戲情境中所含的光學概念，可以強化學生的知識建構。在評測 學生光學概念的『光學概念測驗』的題目中，設計有文字題型與圖形題型兩大類題型，
試圖探討嵌入數位遊戲的教學後，學生對於視覺及文字表徵的理解是否存在差異。
本研究將數位遊戲嵌入 5E 學習環教學法於國中自然與生活科技領域中八年級理 化較抽象的單元-光的反射定律與折射定律，本研究之設計理念是針對傳統講述式教 學法與數位遊戲融入教學後對學習成效之影響，並就不同的學生面向（性別、學習成 就）、題目題型（文字題、圖形題）等分析學生經歷嵌入數位遊戲於 5E 學習環教學法 的學習成就差異。
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本研究之教學設計，試圖提供對數位遊戲融入教學之自然與生活科技領域教師參 考，希望藉由多樣化的教學方法，讓老師樂於教學、學生樂於學習。
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第四節 名詞釋義
一、 數位遊戲：
遊戲可以促進孩童認知發展及社交技巧（Rosas, Nussbaum, Cumsille, Marianov, Correa, Flores & Salinas, 2003）。在遊戲中，為了克服遊戲的挑戰必須進行認知的思 考，競爭或是合作的關係，可學習與他人互動的技巧（林勝介，2009）。數位內容白 皮書（經濟部工業局，2004）將數位遊戲定義為將遊戲內容利用資訊科技設計之產品 或服務。包含電視遊戲、電腦遊戲、可攜式遊戲等類型。數位遊戲基本上具備下列元 素：娛樂性、遊戲性、規則、目標、人機互動、適性化、產出及回饋、勝利的狀態、
衝突/競爭/挑戰/對立、問題解決、社會互動、圖像及情節（Prensky, 2001；吳天貴，
2007）。
二、 數位遊戲式學習：
利用數位遊戲的特性：動態影像、衝突及挑戰、互動和及時回饋等，讓學習者主 動去學習，學習動機明顯提升，將學習的概念設計到數位遊戲中，而使學習者從遊戲 中學習到概念（吳天貴，2007）。教學目標融入遊戲中，可克服教室中教學枯燥乏味 的困境（林勝介，2009）。
三、 5E 學習環：
1980 年代，美國小學生物科學課程 BSCS（Biological Science Curriculum Study）
發展出含有建構主義特性的教學模式，後由 Bybee 和 Landes（1988）將學習環改變 成參與（Engagement）階段、探索（Exploration）階段、解釋（Explanation）階段、
精緻化（Elaboration）階段及評價（Evaluation）階段等五個階段（Bybee & Landes, 1988；林佳昌、楊子瑩、王國華、林凱胤、余安順、楊秀停，2009）。