Fisher（1987）認為問題解決對人類來說是一個不可或缺的能力，人類的演 進是需要成功的適應週遭的環境。所以人類需要具備敏銳的觀察力、應變的能 力，而問題解決在教育上即扮演很重要的角色，如何訓練學生使用所學的知識、
概念和技巧，就要發展一套訓練的模式，讓學生時時刻刻面臨生活中的問題，都 能迎刃而解。
一、問題的定義與特徵
當人們面臨一種情境，無法立即找出適切的解答，存在一些障礙，即是處於 面臨「問題」階段。狹義來說，問題是指人有一定的目標要達成，但現有的概念 和規則無法被利用，必須找尋或發現新的規則，才能達到目標所需的刺激情境（邵 瑞珍、皮連生，1989）。一般而言，在教學上，問題有三大類型：（1）結構完整 的問題（well-structured problems）－陳述清楚，知道解題的步驟，知道評鑑 的標準，通常採用算則解題法（algorithm）；（2）結構不完整的問題
（ill-structured problems）－問題的陳述，解題的步驟、評鑑的標準都很模 糊；（3）議題（issue）－結構不完整而引起強烈感覺的問題，可因人們情緒不 同而分為正反二類，主要目的不在決定行動，而是確認議題最合理解釋（鄭昭明，
1993；葉重新，2005）。Fogler and Leblanc（1995）研究指出，問題解決策略 最基本的是要界定問題（problem definition），有經驗的人界定問題第一階段
需遵循下列四步驟：（1）蒐集和分析資訊和資料；（2）和熟知問題的人多談論；
（3）盡所有可能，查閱一手資料；（4）確認所有的發現。接著，才進行下四個 階段；（5）決定問題是否該被解決；（6）繼續蒐集資訊和探討文獻；（7）形成簡 單假設並且迅速測試假設；（8）腦力激盪潛在因素和另類解決方案。
鄭昭明（1993）認為問題是「呈現狀態」（presented stated）和「目的狀 態」（goal stated）之間的衝突差異。當期待和理想有落差產生問題時，思考也 隨著某個問題進行反覆的、嚴肅的、持續不斷的深思，經過「思索理出個頭緒來」， 求得結論，問題便告一段落獲得暫時解決。因此。問題包括下列幾項特徵：（1）
條件（given）：問題起始階段包含的條件、對象等訊息；（2）目標（goals）：問 題預定達成的階段，解題就是要將問題由起始階段移至目標階段；（3）障礙
（obstacle）：由問題的起始階段移至目標階段，解題者並不一定能馬上知道解 決的方法為何（Mayer, 1998）。綜上所述，問題只是一個起始點，有了疑問才會 產生想法，有了想法才會有思考策略，雖然不一定有解決之道，但有了「問題」
就已經是跨出一大步。
二、問題解決的定義
問題解決，簡言之，可以分成二大類：一是將概念性的知識導入，而不需要 數字上的問題，這種較質化的問題解決途徑，稱為「科學化的問題解決」
（scientific problem-solving）；相對地，另一種則是教導學生認知技能的遷 移，並運用數字為工具，此種較量化的問題解決途徑，稱為「數學化的問題解決」
（mathematical problem-solving）（徐新逸，1998）。
沈翠蓮（2005）認為當舊經驗和知識基模無法解題時，需要重新調整或同化 才足以應付難解的問題，問題解決也意味著新的創意開展，可以創造更多新概 念、新情境。問題解決的本質是具備以下三種能力：（1）學習者必須具備知能技 巧、規則及概念；（2）基模型式的有組織的語言訊息，使學習者有可能理解問題
及評估解決方法是否適當；（3）認知策略使學習者能夠選擇適當訊息和技巧，也 使學習者能確定再想解決問題時所選擇和使用的策略最為恰當。換言之，問題解 決不能僅靠學科內容知識提升，還需要其它能力配合（趙居蓮譯，1997）。
綜上所述，「問題解決」是結合所有的能力和知識，嘗試各種量化和質化的 解決策略，運用邏輯概念分析問題，以達到解決問題的目的。
三、問題解決的步驟與策略
學校教育的主要目的，在於培養學生具有獨立的思考能力。歷年來，我國中 小學學校教育偏重智育，大多數學生容易養成記憶教材或機械式解題能力。在傳 統教育方式下，不但不利於培養學生的創造力或解決問題的能力，而且很難使學 生適應快速變遷的社會，以及生存競爭劇烈的環境。因為學生在學校所學到的知 識，將來步入社會之後無法終生受用，唯有具有獨立思考能力，以後遇到任何問 題才容易順利解決。Piaget 認為認知發展包括四個階段和三個主要轉換，四個階 段為感覺動作期（○~二歲）、前運思期（二~七歲）、具體運思期（七~十一歲），
以及形式運思期（十一歲以上）。約在十一歲以後至成人，這個階段個體的認知 發展是已能在遇到問題時提出有系統的假設，並能運用資料驗證假設，因而已能 運用邏輯思考推理來思考問題（張春興，1989）；詳言之，已能運用假設－演繹 思考（hypophetical-deductive thought），除了具體的實物在思考中運作，也 能利用抽象命題思考，而且整體而言，思考是系統的，個體可以明確理解變項間 的關係，了解組合關係，亦能組合概念，對不相關的變項亦能加以控制（林清山，
1991）。透過思考層面的透析，可以瞭解學生問題解決的想法和模式，因而容易 掌握實施科學遊戲教學時的要訣。
曾慧敏（2003）認為問題解決即是應用知識和技能去達成某些目標。至於問 題解決的步驟，各個學者的主張也略有不同，分別整理如下表2-3-4：
表 表表
表 2222----3333----4444 各學者主張問題解決的步驟各學者主張問題解決的步驟各學者主張問題解決的步驟各學者主張問題解決的步驟
學者（年代） 主張問題解決的步驟
Greenfield（1987）
1.界定問題；2.分析問題；3.搜集資料；
4.提出解決方案；5.嘗試解決6.檢討。
Sternberg and Grigorenko（2001）
1.確認問題存在；2.認清問題性質；3.蒐 集與組織有關問題的資訊；4.研擬或選擇 解決問題的方法；5.對問題進行沙盤推 演；6.採取行動解決問題；7.評估解決問 題的性質。
Parnes（1977）
1.發現事實；2.找出問題；3.產生想法；
4.形成解決策略；5.尋求接納。
Polya（1981）
1.了解問題；2.將問題予以表徵；3.設計 計劃；4.執行計劃和回顧過程。
曾慧敏（2003）
1.了解問題的存在；2.了解問題的性質；
3.蒐集相關訊息；4.形成及執行一個解決 方案；5.評估解決方案。
資料來源：整理自葉重新（2005）；施皇羽（2004）；葉玉珠、高源令、修慧蘭、
曾慧敏、王珮玲、陳惠萍（2003）。
葉重新（2005）認為解決問題的方法策略為：
（一）嘗試與錯誤
所謂嘗試與錯誤（trial-and-error），就是面對問題時以各種可能的解決方 法逐一嘗試，錯誤了再嘗試新的方法，一直到問題獲得解決為止。
（二）固定程序
以固定程序來解決問題時，只要依照一定的程序或規則，按部就班就能解決
問題。
（三）抄捷徑法
以抄捷徑法來解決問題，不必依循一定的法則來處理，通常依個人成功的經 驗來思考，這種方法比較節省時間、有效率，可是解決困難的問題不一定適用。
（四）假設檢驗
假設檢驗（hypothesis testing）是指，對所要解決的問題提出各種可能的 假設，然後對這些假設逐一去檢驗。
四、問題解決的能力
劉南坤（2004）認為問題解決能力是指個體運用自己的知識、經驗和技能，
蒐集有用的資訊，透過不斷的創造與思考過程，分析判斷出合適的解決方法，再 經過嘗試錯誤和修正，以解決問題的能力。詹秀美、吳武典（1991）研究指出，
問題解決能力應包含下列五項能力：（1）解釋推論的能力；（2）猜測原因的能力；
（3）逆向原因猜測的能力；（4）決定解決方法的能力；（5）預防問題的能力。
Brandsford and Stein（1984）亦提出問題解決能力應包含下列五項能力：（1）
定義問題的能力；（2）精確的解釋及呈現問題的能力；（3）蒐集可能的問題解決 方法的能力；（4）執行問題解決方法的能力；（5）著重問題解決以後的影響的能 力。綜合言之，問題解決能力主要包括：如何思考問題、蒐集資料和解題方法程 序等能力。
研究者整理有關促進學生問題解決能力的相關研究，如下表 2-3-5，藉由這 些研究發現提供研究者促進學生問題解決能力的參考和建議。
表表表
中，正好呼應第一章所提的問題解決與能力訓練一直是現代教育推崇的方向。相 關研究中，有運用「問題導向學習」、「STS 教學」、「資訊科技融入」、「應用全 球資訊網」等方式來促進學生問題解決能力，但尚未發現有運用 PBL 於科學遊戲 的教學，所以決定運用 PBL 來進行科學遊戲教學，探討如何設計科學遊戲來增進 學生問題解決能力。