Lego Mindstorms 對學童問題解決能力的影響

本節主要針對本研究施測的「問題解決能力量表」得分結果進行統計分析與 討論。學生在 Lego Mindstorms 教學活動實施之前、後分別填寫「問題解決能力量 表」，問題解決能力量表包含了兩個向度，即「問題解決過程」與「問題解決情意」

二個分量表。研究結果首先說明兩組組內的前後測得分之描述統計，並利用 t 檢定 考驗其在前後測得分上的差異情形；再運用單因子變異數分析來探討實驗組與控 制組兩組組間在前後測上得分差異情形，分析結果與討論呈現如下：

一、兩組組內在「問題解決能力量表」前後測分數描述統計與差異性 t 考驗

研究者針對實驗組學生在「問題解決過程」、「問題解決情意」分量表之前後 測得分進行相依樣本 t 考驗，考驗結果如表 4-1：

由表 4-1 分析結果得知，實驗組在「問題解決情意」分量表（t = -3.67, p < .01）

表 4-1 實驗組「問題解決能力」前後測 t 檢定摘要表

前測 後測

項目 平均數 標準差 平均數 標準差 t p

問題解決過程 63.76 8.20 64.24 8.44 -1.64 .116 問題解決情意 44.62 5.40 46.29 5.63 -3.67** .002 總分 108.38 12.38 110.52 13.08 -3.68** .001

** p < .01

與總分（t = -3.68, p < .01）之前後測得分差異考驗結果達顯著，比較前、後平均數 後發現，「問題解決情意」分量表與總分後測之得分皆高於前測得分，由此可知，

實驗組學生在問題解決能力整體表現有顯著的提升，進一步檢驗分量表後，得知 在「問題解決情意」分量表達顯著；「問題解決過程」則未達顯著，表示問題解決 過程知識能力並未被增強。

接著，研究者再針對控制組學生之「問題解決能力量表」之前後測得分之進 行相依樣本 t 考驗，考驗結果如表 4-2：

由表 4-2 經由檢定結果得知，在「問題解決過程」（t = -1.23, p>0.5）、「問題解 決情意」（t = -0.57, p>0.5）分量表與總分（t = 1.28, p>0.5）之前後測得分差異考驗 結果皆未達顯著，這表示控制組學生在實驗活動前後，「問題解決能力」整體表現 與各分量表之得分未有明顯差異。

二、兩組組間「問題解決能力量表」前後測得分之差異性考驗

為了探討 Lego Mindstorms 主題探究教學對國小高年級學童的問題解決能力之 提升是否有影響，研究者依照受試者在「問題解決能力量表」答題的答案，計算 其各分量表的總分，再使用 SPSS 12 視窗中文版統計軟體進行計算統計其平均數 及標準差，以了解學生在教學前、後平均數及標準差的變化情形，如表 4-3 所示，

為更清楚了解差異情形，故以圖 4-1、圖 4-2 比較各組的前後測得分的高低差異。

表 4-2 控制組「問題解決能力」前後測 t 檢定摘要表

前測 後測

項目 平均數 標準差 平均數 標準差 t p

問題解決過程 60.57 9.31 60.67 9.66 -1.23 .234 問題解決情意 40.71 6.47 41.05 6.84 -0.57 .576 總分 101.29 14.01 101.71 14.66 -1.28 .217

表 4-3 不同組別在「問題解決能力」之前後測敘述統計表

實驗組（n=21） 控制組（n=21）

前測 後測 前測 後測

平均數 標準差 平均數 標準差 平均數 標準差 平均數 標準差 問題解決過程 63.76 8.20 64.24 8.44 60.57 9.31 60.67 9.66 問題解決情意 44.62 5.40 46.29 5.62 40.71 6.47 41.05 6.84

64.24

進行相依樣本單因子共變數分析（one-way ANCOVA），α 值設定為.05。依據共變 數分析的基本假定，在進行單因子共變數分析之前，必須先針對組內迴歸係數同 質性加以檢驗，以判定實驗組與控制組是否達成迴歸線之平行，分析結果如表 4-4 所示。

由表 4-4 分別對問題解決能力各分量表與總分進行迴歸係數同質性檢定，結 果發現 F 值分別為 0.01、0.20、0.60，其 p 值均大於.05，表示實驗處理與前測得分 無交互作用存在，故可採用前測得分做為共變數，進行共變數分析，並調整其後 測之得分。

(一)兩組在「問題解決能力量表」整體表現之共變數分析

依據表 4-4 迴歸係數同質性假定，實驗處理與「問題解決能力」總分之前測 得分並無交互作用存在，符合了共變數分析的基本假設，於是進一步進行共變數 分析，結果如表 4-5 所示。

由上表 4-5 分析結果得知，經排除共變量（前測成績）後，發現兩組在後測的 得分具顯著差異（F = 4.78, p < .05）。因此兩組學生在「問題解決能力」總分之後 測表現有相當顯著的差異。再由表 4-6 兩組「問題解決能力」經由共變數排除前 表 4-4 不同組別在「問題解決能力」之迴歸係數同質性考驗摘要表

項目 變異來源 型III平方和 自由度 平均平方和 F p 組間 0.06 1 0.06 0.01 .911

總分 誤差 183.43 38 4.83

組間 0.23 1 0.23 0.20 .664 問題解決過程

誤差 44.68 38 1.18

組間 1.79 1 1.80 0.60 .443 問題解決情意

誤差 113.33 38 2.98

表 4-5 不同組別在「問題解決能力」總分之共變數分析

變異來源 型III平方和 自由度 平均平方和 F p 共變量（前測） 7740.94 1 7740.94 1039.95^*** .000 組間（教學活動） 35.58 1 35.58 4.78^* .035

誤差 290.30 39 7.45

* p < .05 *** p < .001

表 4-6 不同組別在「問題解決能力」後測調節平均數摘要表

組別 人數 平均數 標準差 調節平均數

實驗組 21 111.48 13.86 107.20 控制組 21 101.00 14.47 105.27

測影響之調節後測平均數發現，實驗組得分（M = 107.20）高於控制組（M = 105.27）。亦即表示在 Lego Mindstorms 主題探究教學活動，有助於實驗組在「問題 解決能力」總分整體表現的提升。

(二)兩組在「問題解決過程」分量表之共變數分析

根據表 4-4 迴歸係數同質性假定，實驗處理與「問題解決過程」分量表之前 測得分並無交互作用存在，符合了共變數分析的基本假設，得以進一步進行共變 數分析，結果如表 4-7 所示。

表 4-7 不同組別在「問題解決過程」之共變數分析

變異來源 型III平方和 自由度 平均平方和 F p 共變量（前測） 3647.09 1 3647.09 1491.12^*** .000 組間（教學活動） 13.20 1 13.20 5.40^* .026

誤差 95.39 39 2.45

* p < .05 *** p < .001

由上表 4-7 分析結果得知，經排除共變量（前測成績）的影響後後，發現兩組 的後測效果具有顯著差異（F = 5.40, p < .05）。因此兩組學生在「問題解決過程」

後測表現有相當顯著的差異。再由表 4-8 兩組「問題解決過程」後測得分經由共 變數排除前測影響之調節後測平均數發現，實驗組後測平均得分（M = 62.36）高 於控制組（M = 62.21），亦即表示在 Lego Mindstorms 主題探究教學活動，有助於 實驗組在「問題解決過程」表現的提升。

(三)兩組在「問題解決情意」分量表之共變數分析

根據表 4-4 迴歸係數同質性假定，實驗處理與「問題解決過程」分量表之前 測得分並無交互作用存在，符合了共變數分析的基本假設，得以進一步進行共變 數分析，結果如表 4-9 所示。

表 4-8 不同組別在「問題解決過程」後測調節平均數摘要表

組別 人數 平均數 標準差 調節平均數

實驗組 21 60.33 10.14 62.36

控制組 21 65.24 9.18 62.21

由上表 4-9 可發現，在排除共變量（前測成績）的影響後，發現實驗組與控制

量表」的後測得分表現明顯高於前測，而控制組在量表總分之前後測得分則無明 顯差異，在消除所有無關的變項影響下，此結果的形成應能歸因於應用 Lego Mindstorms 教學活動的操弄。

(二)兩組在共變數考驗比較得分並獲得顯著的差距，實驗組在「問題解決能力」

總分之後測得分比控制組高，故活動結束後實驗組之問題解決能力整體表現有提 升。

(三)若以分量表的表現分析，在「問題解決過程」此一向度上實驗組則有顯著 的提升，而「問題解決情意」則否。

(四)實驗組本身在「問題解決情意」實驗前後測得分有顯著提升，但與控制組 組間進行共變數分析比較，並無顯著差異。

實驗組在「問題解決能力」整體表現明顯優於控制組，此研究結果與蘇秀玲

（2004）與潘怡吟（2002）以遊戲型態教學方式進行教學來提升學生的問題解決 能力的研究結果相符，推測其原因可能在於本研究在教學課程中的綜合應用活動 時，亦採取遊戲、競賽式的模式有關。若以建造論所建議的「動手做」的特性與 其他研究比較，則與李謀正（2005）、吳志緯（2003）的研究發現與本研究相符，

兩者研究結果皆指出電腦樂高讓學生可以在活動過程中，使用豐富的科學過程技 能、精練學生科學過程技能與培養學生科學過程技能。

Jonassen（2000）認為學習者在面對問題情境時，必須在具備足夠成熟的智能 技巧前下，運用內在的認知處理與外在的社會處理技能，始能達成問題解決的目 標。對本研究而言，外在的社會處理技能即反應出學童的合作學習的成效，而內 在的認知處理亦透過具動手做特性的 Lego Mindstorms 科技性玩具培養出高層次 的思考技能，即問題解決能力。研究者認為本研究在提升學生問題解決能力成效 方面，可以從幾個方面來探討：

(一)實驗組的學生在課程進行學習中，一直接受思考→預測→動手操作驗證→

討論→反思等問題解決過程的訓練，正如杜威的經驗主義所要表明的教育理念，

即「動手做」目的在培養思考，然後藉由思考反應出你所完成的。所以在「問題 解決過程」的能力會比控制組學生優異，因此實驗組分數，後測高於前測，且明 顯優於控制組。

(二)實驗組在「問題解決情意」的表現與控制組在統計上的檢定結果並無顯著

上的差異，探究其原因，研究者認為「情意」的培養的主要關鍵還是在於教學者 的教學風格與策略，再者為期 15 週的教學活動時間是否足夠培養其問題解決情 意，值得進一步探究，數據顯示，實驗組的「問題解決情意」之後測得分（M = 46.24）

略高於前測（M = 46.10），表示兩組在此分量表的得分尚受其他因素所影響，如成 熟、或測驗本身等因素。研究者認為，倘若能將課程改為一學年的設計或上課時 間更改為密集式的活動，或能有效提升學生的問題解決情意。

(三)研究者認為本研究課程後期，實驗組學生在進行小組合作時未能確實分 工，有些學生自認無法克服問題而放棄，導致能力較強的學生一手主導機器人的 設計組裝。是否因如此而導致實驗組在「問題解決情意」分量表之「分配工作合 作完成」與「主動參與」兩項構念無法有明顯的提升，值得進一步深思。