第一章 緒論
本章共分為五節，其內容之目的主要在說明本研究之研究背景與動機、研究 目的、研究問題、名詞釋義與研究範圍及限制。
第一節 研究背景和研究動機
在科學的發展過程中，解決問題一直是科學家尋求科學進步的原動力，科學 知識的建構從不斷的遭遇問題、解決問題、不斷的嘗詴錯誤，然後再經歷無數次 的修正之後繼而推動文明的演進。科學家是如此，學生的科學學習也應該是如此。
然而在真實的教學現場中，在教材內容的限制或是教學進度壓力下，學生在科學 學習的過程中往往只停留在接受知識或是食譜式實驗步驟的學習，因此很難進行 有意義的學習，或將所學的知識有效的運用於解決問題上。所以如何讓學生在建 立基本的科學知識之外，同時能靈活運用所學到的知識，進而轉化成解決問題的 能力，則更顯重要。同時教育部（2002）也指出就科學教學與學習而言，應以「問 題解決」為學習核心，並培養學童運用探究能力及所具備之先備知識、提出假設 到設計實驗，以運用這樣高層次的問題解決能力於現實生活之中。
在科學發展的歷史中，科學家的想像力在科學的演進中扮演了關鍵性的角色，
而愛因斯坦也說過：「想像力比知識更重要」，因為知識是有限的，而想像力是無 限的。但是，想像力並不能只是天馬行空，還必須要能夠實踐，無法實踐的想像 力只是幻想，因科學的發展需仰賴可執行的想像力。
Beveridge（1957）在 The Art of Scientific Investigation 也說明想像力之所以 重要，不僅僅引導我們發現新的事實，更是激發我們做出新的研究的動力之一，
因為想像力使我們看見可能產生的結果。那什麼是想像力呢？想像力就是從既有 的實體材料出發，學生藉由這個實體材料想像從未經歷過的事或超越感官及現實 的界線並產生預測，進而連結腦中相離較遠的概念，將所學到的知識函以重組、
應用。也就是 Dewey（1910）所提倡『思考性思維』的東西，即反覆思考一個問
題，給予有步驟的及連貫的思考，用以區別在腦海中自由運行的各種想法。因此 我們必須透過問題的解決歷程來將學生腦海中的科學想像力進行具體、有步驟性 的描寫。
然而在傳統的科學學習課程中，大多數的問題均屬於定義明確的問題
（well-defined problem），例如計算定量水水解後的熱量。因此當學生在遭遇陌 生的問題情境時，無法有效的運用高層次的思考來進行分析問題、界定問題到提 出問題解決的方法。是以本研究希望藉由仰賴想像力的問題解決活動也就是定義 不明確的問題（ill-defined problem），讓學生透過問題解決的過程引發學生的想 像力，進而連結關係遠，也就是跨單元或跨領域的科學概念並產生解決問題的方 法。
第二節 研究目的
本研究嘗詴探討生物及理化兩門學科，藉由兩種不同想像力層次的問題解決 活動，分別為「仰賴想像力之問題解決活動」及「不仰賴想像力之問題解決活動」， 其中「仰賴想像力之問題解決活動」及「不仰賴想像力之問題解決活動」都凿含 了生物及理化兩學科共四個問題解決活動，藉此了解學生在兩種不同想像力層次 的問題解決活動的解題歷程。
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第三節 研究問題
基於上述之研究背景與動機及研究目的，本研究之待答問題如下：
一、探討學生在兩種不同想像力層次的生物和理化的問題解決活動之解題歷程異 同為何？
二、探討先備知識、問題解決能力及創造力與仰賴想像力及不仰賴想像力的問題 解決之相關性為何？
三、「高低先備知識」與「高低問題解決有效性」的學生在仰賴想像力與不仰賴 想像力的問題解決活動中之解題差異。
3-1「高低先備知識」與「高低問題解決有效性」在仰賴想像力與不仰賴想像 力的問題解決活動之解題交互作用是否達顯著水準。
四、「高低先備知識」與「高低創造力開放性」的學生在仰賴想像力與不仰賴想 像力的問題解決活動中之解題差異。
4-1「高低先備知識」與「高低創造力開放性」在仰賴想像力與不仰賴想像力 的問題解決活動之解題交互作用是否達顯著水準。
五、「高低先備知識」與「高低創造力獨創性」的學生在仰賴想像力與不仰賴想 像力的問題解決活動中之解題差異。
5-1「高低先備知識」與「高低創造力獨創性」在仰賴想像力與不仰賴想像力 的問題解決活動之解題交互作用是否達顯著水準。
六、「高低先備知識」與「高低創造力標題成績」的學生在仰賴想像力與不仰賴 想像力的問題解決活動中之解題差異。
6-1「高低先備知識」與「高低創造力標題成績」在仰賴想像力與不仰賴想像 力的問題解決活動之解題交互作用是否達顯著水準。
七、探討高低先備知識的學生在兩種不同想像力層次的生物與理化的問題解決活 動之解題異同為何？。
第四節 名詞釋義
本研究相關的主要名詞解釋如下：
一、創造力
根據 Williams（1979）的創造力發展可得知，創造力可分為認知與情意兩大 部分。前者分別指流暢力、變通力、獨創力與精密性。後者則凿含冒險性、挑戰 性、好奇性與想像力。
二、想像力
根據 Williams（1979）的創造力發展可得知，在情意部分中的想像力意義指 的是，學生能有下列行為之表現：（1）能將其視覺化並建立心像、（2）能想像從 未發生過的事、（3）能直覺的感受及（4）能超越感官及現實的界線。而 Johnson 和 Giorgis（2003）則將想像力定義為創造影像、事件、角色或是可能的情境。
本研究則將想像力定義為學生能夠針對未經歷過的事物進行預測，產生超越 已知的想法，想像出可能的科學現象並且能夠連結與原本關係較遠的概念，即跨 單元之概念或跨領域概念。
三、問題解決
Sternberg（1996）認為問題解決是個體利用學過的既有知識去解決問題的過 程。也就是問題解決即為個體遭遇問題後，蒐集相關資料並整合，尋求方法以解 決問題的過程。
四、仰賴想像力的問題解決活動
依據上述理論，本研究中「仰賴想像力的問題解決活動」是屬於 Reitman
（1964）針對問題分類中定義不明的問題（ill-difined problem）的一種，而定義 不明的問題指的是問題裡所給予的條件或者要達成的目標具有一定的不確定性，
或者沒有明確的解決方案。而我們在此類型的問題解決活動中，學生必須能想像 從未經歷過的事或能超越單元之界線的概念進行預測，且本研究更強調學生在進 行解題的過程中，須能連結跨越多個沒有直接相關的單元知識概念，並連結這些
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概念進而整合產生解決方法。
本研究提供生物及理化兩個問題解決活動，在此兩個活動中，均先提供相關 的科學現象實體，學生必須由所提供的科學現象實體之題目，連結差異性較大的 概念進而產出解決方法。學生在此活動過程中，必須先對問題產生預測並能提出 可能的相關概念。並依「預測」、「已知」、「解釋」、「方法」、「實驗設計」及「評 估」等六個部份進行此活動。
五、不仰賴想像力的問題解決活動
本研究中的「不仰賴想像力的問題解決活動」亦為 Reitman（1964）針對問 題分類中的定義不明的問題（ill-difined problem），然而此類型的問題解決活動與 仰賴想像力的問題解決活動主要差異為學生所需連結之科學概念之間差異性較 小，也就是這些科學概念彼此可能屬於同單元相近的概念。且在此類型的問題解 決活動，學生不需針對題目進行預測，僅依「已知」、「解釋」、「方法」、「實驗設 計」及「評估」等五個部份進行此活動。
同樣每位學生均須接受生物及理化兩個不仰賴想像力的問題解決活動，在此 兩個活動中，均先提供相關的科學現象實體，學生必須由所提供的科學現象實體 題目連結與之相關的科學概念進而形成解決方法。
六、關係近的概念
本研究兩種不同想像力層次的活動中，學生在解決問題時，運用該問題所在 課本單元之概念，即為關係近的概念。
六、關係遠的概念
本研究兩種不同想像力層次的活動中，需要學生連結關係遠的概念進而解決 問題，而關係遠的概念即課本中跨單元概念或跨領域之概念。
第五節 研究範圍與限制
本研究因應研究之人力、時間之限制，僅選取新竹市某國中八年級一個班的 學生，不具有全國國中生之代表性，因此研究結果的推論有其限制性，不宜做廣 泛或大樣本的推論亦無法推論到其他年齡層的學生，且仰賴想像力問題設計僅針 對生物、理化兩學科之特定概念，研究結果若要推論到其他學科或其他概念時，
尚需謹慎衡量其適切性。
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