本章共分為五節，主要說明本研究之研究背景與動機、研究目的、研究問題、
研究範圍與限制，並對本研究中所提及之重要名詞予以定義與解釋。
第一節、研究背景與動機
全民科學素養的提升是我國推展科學教育的主要目標，如何在現今高度全球 化、資訊化及科技化的社會中達成此一目標，尤其顯得重要。值得關心的是自2006 年我國參加國際學生能力評量計畫（the Programme for International Student Assessment，簡稱PISA）以來，就不同精熟水準人數比例來看，科學則從2006 年的15%降低至2009年的9%，下降幅度6%，結果報告顯示雖然台灣學生的表現 仍名列前茅，但在學習科學上卻缺乏高層次的思考能力，例如：科學舉證與科學 解釋的能力，而這是值得注意的警訊(PISA，2010)，這可能是因為在自然領域教 學中大多重視科學內容知識的傳授，而非高階思維能力的培養。
大自然的現象往往都是複雜的，對於複雜的自然現象能保有綜合性、全面性 的系統思考技能是重要的，可惜的是學習者大多卻尚未具備這樣的技能，在傳統 教學中學習者通常都把焦點放在背誦知識內容而忽略了自然現象本質
(Hmelo-Silver & Azevedo, 2006)，也因此缺少對於自然現象動態循環和整體性的 觀點；而在國外相當重視學習者發展高階思維能力，高階思維能力其中有一項便 是系統思考技能，目前已有許多研究正在進行並強烈建議鼓勵學習者發展系統思 考技能(Kali et al, 2003; Ben-Zvi Assaraf & Orion, 2005; Orion & Basis, 2008; Maria et al, 2009; Liu & Silver, 2009; Ben-Zvi Assaraf & Orion, 2010)。國外研究結果指出 透過適當的教學在國小階段發展系統思考技能便能擴展視野，幫助其瞭解自然複 雜現象中的因果關係(Forrester, 2007)；在國、高中階段則是可以促進學習者對於 自然複雜現象的解釋能力與推理能力(Klopfer & Resnick, 2003)，然而值得注意的 是在國內針對系統思考技能的研究甚少，此外研究者在實際教學現場中也發現傳
統課程設計大多偏重科學知識的記憶層面，卻未能全面理解與分析複雜的自然現 象，因此，如何發展複雜系統的課程設計與活化教學方式以提升學習者對於自然 現象的動態觀點，使其具備統整性的理解有其必要性。
在國小科學課程中地球水循環包含的範圍甚廣，因此相當適合做為促進學生 系統思考技能的教材內容，但國內目前卻無針對此議題的相關課程設計，若能發 展促進學生水循環系統思考技能的課程應該有助於學習者系統思考技能，此為研 究動機之一；再者，由於複雜的自然現象往往包含人類未能直接由肉眼可見的部 分，以岩石圈為例：岩石經過風化作用逐漸崩解形成碎屑，風化作用的過程就需 要資訊科技加以協助，而國外研究最常使用模擬或動畫揭示其動態過程並提升學 習者的系統思考技能(Kali et al, 2003; Maria et al, 2009; Liu & Silver, 2009)，地球 水循環系統相較於岩石圈、沼澤生態系又更加的複雜與難以理解，因此若能提供 學習者即時與真實水文資訊與Google Earth軟體協助學習其效益可能會是更大，
此為本研究的研究動機之二。
第二節、研究目的
目前 Google Earth 軟體已經被使用在地球科學領域上(許智銘，2008、陳俊 良，2008、黃啟源，2008、陳世杰，2011、傅晨萍，2012)，但如何結合即時與 真實水文資訊與 Google Earth 軟體融入地球水循環課程中，以幫助學習者發展系 統思考技能與增加其水循環知識結構的變化，成為一項刻不容緩的工作。由於前 面所提及的研究背景與研究動機，本研究的研究目的是希望能發展「融入即時與 真實水文資訊之地球水循環系統思考課程」，並以個案研究的方式，檢視此課程 對國小高年級學生系統思考技能與知識結構的成效與影響。
第三節、研究問題
基於研究目的，本研究將發展「融入即時與真實水文資訊之地球水循環系統 思考課程」，並探討下列的研究問題：
1.
在經歷「融入即時與真實水文資訊之地球水循環系統思考課程」教學的前、中、後，國小高年級學生系統思考技能的變化情形為何？
2.
在經歷「融入即時與真實水文資訊之地球水循環系統思考課程」教學的前、後，國小高年級學生對於水循環知識結構的變化情形為何？
3.
個案學生對於「融入即時與真實水文資訊之地球水循環系統思考課程」的回 饋為何？第四節、名詞解釋
本節將就本研究的重要變項予以界定，以得到較明確之概念，並解釋研究中 所使用之名詞，以幫助讀者瞭解其意。
壹、 系統思考技能(system thinking skills)：
系統思考技能是一種綜合性、全面性的技能，當學習者具備這樣的技能便能 理解、控制自己的思維方式，詮釋複雜系統並解決問題的過程(Evagoroua, Korfiatisb, Nicolaoub & Constantinoub, 2009)，而在本研究中所擬定的系統思考技 能，以 Ben-Zvi Assaraf 與 Orion(2010)為架構並加以修改，共可分為五大階層(詳 見第三章第五節表 3-5-3)：
一、能了解系統中的各部分組成與過程。
The ability to identify the components of a system and processes within the system.
二、能了解系統中的組成間的關係。
The ability to identify simple relationships between or among the system’s components.
三、能了解系統中的組成間的動態關係。
The ability to identify dynamic relationships within the system.
四、能了解組織系統中的架構(系統組成及過程)。
The ability to organize the systems’ components, processes, and their interactions, within a
framework of relationships.
五、能了解系統自然循環過程。
The ability to identify cycles of matter and energy within the system—the cyclic nature of
systems.
貳、 知識結構(knowledge structure)：
本研究中的知識結構是指學習者儲存其所學習到的概念與學習時訊息處理 發生的地方，是位於學習者大腦中的一假想結構，在經過學習後，以「概念流程 圖析法」所表徵出來的結果。
參、 概念流程圖析法(flow map method)：
指將受訪者所陳述的內容，依其陳述的順序轉換成「概念流程圖」，以分析 學習者知識結構成果的方法。
肆、 融入即時與真實水文資訊之地球水循環系統思考課程：
由於地球水循環系統涉及範圍廣且較為複雜，在分析各版本教科書內容，並 與大氣專家與科學教育學者討論後，本研究的「融入即時與真實水文資訊之地球 水循環系統思考課程」涵蓋範圍鎖定地上水、雲及雨三大範疇，主要探討地球水 循環之間的動態過程而非天氣方面的概念(氣壓、鋒面、颱風……等等)；而此課 程融入即時與真實水文資訊與 Google Earth 軟體，希望透過地球水循環系統思考 課程藉以提升學習者的系統思考技能與對水循環的知識結構。
伍、 國小高年級學生：
在本研究中的國小高年級學生是指國小六年級學生。
第五節、研究範圍與限制
本研究旨在透過「融入即時與真實水文資訊之地球水循環系統思考課程」的 實施，去探究學生的系統思考技能與知識結構的變化情形，研究範圍與限制詳述 如下：
因人力、時間限制以及方便樣本的取得，僅以新竹市某一國小六年級的某
班學生共六名為研究對象，因此研究結果之推論有其限制性；而且教學內容為自 然科學與生活科技領域中與水循環相關的議題，因此推論到其他的議題或不同學 習單元也有其侷限。此外，本研究擬採深入訪談藉以了解學習者的知識結構，但考慮到部分學習 者較不擅長利用口語進行表達，擬以收集多元化的資料：個人繪圖、小組工作單、
個人學習單、課室錄影……等，再利用概念流程圖析法得到圖形資料，儘可能去 表徵學習者的認知結構，雖不是十分周全，但卻是一個較為貼近真實狀況的表徵，
因此本研究所得到的資料仍可以提供後續研究者作為參考。