防洪保衛戰多人互動版數位遊戲對學生合作問題解決能力表現之影響

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(1)國立臺灣師範大學理學院環境教育研究所碩士論文. 防洪保衛戰多人互動版數位遊戲對學生合作問題解決能力表現之影響 Effects of the Flood Protection Digital Game Multiplayer Version on Students’ Collaborative Problem-Solving Performance.. 研究生：張家維指導教授：王順美博士. 中華民國一 O 九年八月.

(2) 中文摘要協同能力對於災害管理有重要影響，其中的合作問題解決能力更被喻為 21 世紀重要的能力之一，但臺灣現行培育基礎防災能力的防災教育並未明確提及，防災教育的研究領域也較少探討防災背景下培養合作問題解決能力的研究，亟需投入更多研究來充實此一領域。2017 年，臺大土木系主持之教育部水環境 O2O 教育計畫團隊，針對高中生開發了一款多人互動水災應變數位遊戲「防洪保衛戰」，此遊戲採小組共同存活的設計，似乎可以做為防災背景下培養合作問題解決能力的媒介，值得進行更進一步之探究。本研究為質性研究，以 PISA 2015 合作問題解決評量架構作為基礎開發一對話分析表，針對臺北市某高中 16 名學生使用防洪保衛戰的歷程進行內容分析，以探討學生在防洪保衛戰應用歷程中如何產生合作問題解決表現，並進一步探究防洪保衛戰遊戲設計如何促進合作問題解決表現。研究結果表明，防洪保衛戰是一個能激起學生主動探索問題情境，讓學生充分論述解決洪水問題適當行動之遊戲，可使用於防災教育中了解災害衝擊、災害管理模擬之學習，而仿真的洪水模擬與遊戲的討論機制，也對合作問題解決表現帶來正向影響。本研究也確立了學生在應用防洪保衛戰時可能會經歷的歷程模型，以及遊戲設計如何影響合作問題解決表現之遊戲設計關係圖，並針對相關研究及教育使用進行建議，供後續的研究者及使用者做為參考。關鍵字：合作問題解決、數位遊戲式學習、防災教育. i.

(3) Abstract Collaborative skills have an important impact on disaster management. Among them, Collaborative Problem-Solving (CPS) is one of the most important skills in 21th century. However, CPS skills in disaster prevention education in Taiwan have not been explicitly mentioned yet, and the research field of disaster prevention education is also less researched on cultivating CPS skills. It is an urgent need to enrich this field. In 2017, On-line to On-site Water Education Project, which was led by the Civil Engineering Department of National Taiwan University, developed a multiple flood response digital game ”Flood Protection”. This team co-existence game seems to be a medium for cultivating CPS skills in the context of disaster prevention. It is worthy of further exploration. This study is a qualitative research, aims to understand how students perform CPS behavior, and how game design promote students’ CPS performance in application course of Flood Protection by using the dialogue analysis table, which is based on the Matrix of Collaborative Problem-Solving Skill from PISA. The paticipents are 16 students from a high school in Taipei. The result shows that Flood Protect is a game that can motivate student to exploring problem situation initially and discuss how to take appropriate actions to solve the flood situation. Flood Protection can be used in disaster prevention education to understand the impact of disaster, and it also can simulate disaster management. The simulation of flood and the mechanism of game discussion also have a positive impact on the performance of CPS. In addition, this research establishes a module about the experience of students when applying Flood Protection and elaborates the relation graphs about the effects of Flood Protection game design on students’ CPS performance. At last, this research gives some suggestions to relative researcher and educator for reference. Keywords: Collaborative Problem-Solving, Digital Game Based Learning, Disaster Prevent Education. ii.

(4) 謝誌剛開始接觸到「防洪保衛戰」時，這款遊戲的可玩性完全超出我對於「教育遊戲」死板又知識性的遊戲設計，激起我對於探究這款遊戲的教育價值之熱誠，一方面也是希望這款遊戲在未來幾年也可以繼續發光發熱下去。沒想到這一投入，就是三年過去了，雖然這款遊戲也有了一點年紀，雖然這份研究仍說不上完美，但仍希望可以透過這份質性探索研究，將防洪保衛戰獨特的遊戲設計、對學生合作問題解決表現的正向影響、對防災教育的積極貢獻展現給各位讀者，以及後續欲參考的研究者們。回顧整個研究歷程，其實要感謝的人非常多。首先，非常感謝我的指導教授王老師，三年來您包容我對研究的堅持，在我提出錯誤的論點時也耐心的與我辯證，因您的指導，無論是視野觀點抑或是做人處事，我真的受益良多。感謝黃國禎老師以及林冠慧老師願意百忙之中參與口試，對於我的研究提出專業且切中要害的建議，讓我可以找到研究上的盲點，完成研究上的最後一里路。感謝劉晨鐘老師在我最迷惘的時候，點出研究可行的方向，讓這份研究更趨於完整。於研究執行上，感謝教育部水環境 O2O 教育計畫團隊，有你們授權防洪保衛戰的研究使用，這份研究才得以正式進行，也感謝團隊中的遊戲開發者亮廷，有您對於防洪保衛戰程式設計上的釋疑，我才可以找到更多可以切入的教育觀點。感謝參與本研究的高中教師，有你們的協助，本研究才可以在貴校收到許多寶貴的研究資料，透過這些資料得以看到防洪保衛戰的教育潛力；也感謝該所高中的同學，你們可以大聲的說出這份論文你們也有貢獻，但也請務必遵守研究倫理，勿透漏其他同學的參與內容，同時也希望研究成果能夠令你們滿意。於研究生涯上，首先感謝王家研究室的所有人，無論是平常聊天或是每一次的研究室會議，你們針對本研究不足之處提出建議並且給予鼓勵，對我來說都是堅持下去的動力。其中，感謝博士班的人瑄學姊以及以及碩班已經畢業的孟樺學姊，在參與計畫時給予我很多研究上的支持，讓我得以拓展有關數位遊戲研究之觀點；感謝已經畢業的人毓，除了幫我整理我的研究思路外，也供我諮詢論文相關的校內程序，讓我可以減緩對複雜程序的焦慮不安。在其他研究所同學中，首先想感謝沁芸，因為妳的幫忙和協助，這份研究才得以有現在的樣貌，因為有妳的支持，我才得以度過重重難關將學業完成，未來如有需要，我也會盡我所能全力協助妳。感謝胤倫學長、沛妤、大正，你們是我研究生涯後期重要的支柱，雖然我要先畢業了，但我仍會時不時回來當個電腦室地縛靈，與你們一起聊天打鬧寶友聚，有研究上的疑義也可以找我幫忙。最後，感謝我的父母持續支持我進行研究，兒子不才，多唸了一年，但我終於拿下了碩士學位，不愧對於你們對我的期望。感謝我的姐姐，雖然只是吃吃午餐、談天說地、玩玩遊戲，但無形之中成為我重要的避風港，舒緩我的心理壓力，讓我可以繼續在研究上邁步前進。當然，也感謝自己鼓起勇氣戰勝了所有的焦慮和不安，堅持走到了這一天，願三年的努力成為未來的基石，昂首闊步，持續努力，莫忘初衷。家維 iii. 2020 年 09 月 10 日.

(5) 目次中文摘要............................................................................................................................................ i 英文摘要........................................................................................................................................... ii 謝誌 ................................................................................................................................................. iii 目次 ................................................................................................................................................. iv 表次 ...................................................................................................................................................v 圖次 ................................................................................................................................................ vii 第一章. 緒論 ..........................................................................................................................1. 第一節. 研究背景與動機 .......................................................................................................1. 第二節. 研究目的與問題 .......................................................................................................2. 第三節. 名詞定義...................................................................................................................3. 第四節. 研究限制...................................................................................................................4. 第二章. 文獻回顧...................................................................................................................5. 第一節. 臺灣的防災教育 .......................................................................................................5. 第二節. 數位遊戲式學習 .......................................................................................................9. 第三節. 合作問題解決 ......................................................................................................... 17. 第三章. 研究方法................................................................................................................. 25. 第一節. 研究架構................................................................................................................. 25. 第二節. 教學流程................................................................................................................. 27. 第三節. 研究場域及對象 ..................................................................................................... 29. 第四節. 防洪保衛戰遊戲 ..................................................................................................... 31. 第五節. 研究工具................................................................................................................. 43. 第六節. 資料分析工具 ......................................................................................................... 47. 第七節. 研究品質................................................................................................................. 55. iv.

(6) 第四章. 結果與討論 ............................................................................................................. 57. 第一節. 各場次學生表現概述.............................................................................................. 58. 第二節. 合作問題解決指標對話分析 .................................................................................. 73. 第五章. 結論與建議 ........................................................................................................... 136. 參考文獻........................................................................................................................................ 143 中文文獻............................................................................................................... 143 英文文獻............................................................................................................... 145. 附錄一. 課程教材 ........................................................................................................................ 152. 表次表 1、十二年國教防災教育議題融入 - 各階段教育說明 ................................................6 表 2、合作問題解決能力評量架構 .................................................................................. 21 表 3、課程舉行時間表 .....................................................................................................29 表 4、各場次學生代碼表 ................................................................................................. 30 表 5、研究進行前之合作問題解決對話分析表............................................................... 48 表 6、合作問題解決對話分析表...................................................................................... 51 表 7、本研究的對話事件編碼方式 .................................................................................. 54 表 8、本研究的對話事件編碼範例 .................................................................................. 54 表 9、各場次綜合編碼 .....................................................................................................58 表 10、四組各關遊戲表現 ............................................................................................... 64 表 11、「探究與理解」之 CPS 指標對話串次數平均 ...................................................... 74 表 12、「I 發現團隊成員的觀點及能力」之 CPS 指標對話串次數平均......................... 75 表 13、「II 伴隨著目標發現解決問題的協同互動類型」之 CPS 指標對話串次數平均… ............................................................................................................................ 78 v.

(7) 表 14、「III 理解解決問題的分工角色」之 CPS 指標對話串次數平均 .......................... 84 表 15、「表達及系統性闡釋」之 CPS 指標對話串次數平均 .......................................... 88 表 16、「I 建立共享的表述和整合問題的意義(共同點)」之 CPS 指標對話串次數平均… ............................................................................................................................ 89 表 17、「II 辨認及描述要完成的任務」之 CPS 指標對話串次數平均 ........................... 98 表 18、「III 描述分工角色與團隊組織（溝通協定／參與規則）」之 CPS 指標對話串次數平均 ...................................................................................................................... 106 表 19、「計劃並執行」之 CPS 指標對話串次數平均 .................................................... 113 表 20、「I 與團隊成員溝通所要執行的行動」之 CPS 指標對話串次數平均 ............... 114 表 21、「II 執行計畫」之 CPS 指標對話串次數平均 .................................................... 116 表 22、「III 遵守參與規則（例如提示其他團隊成員執行其任務）」之 CPS 指標對話串次數平均 .................................................................................................................. 117 表 23、「監控及反思」之 CPS 指標對話串次數平均 .................................................... 121 表 24、「I 檢核及修正共享的理解」之 CPS 指標對話串次數平均 .............................. 122 表 25、「II 檢核行動的結果與評估問題是否成功解決」之 CPS 指標對話串次數平均...................................................................................................................................125 表 26、「III 檢核、反饋與調整團隊組織與角色」之 CPS 指標對話串次數平均......... 129. vi.

(8) 圖次圖 1、防災素養架構圖 .......................................................................................................6 圖 2、研究架構圖 ............................................................................................................. 25 圖 3、研究流程圖 ............................................................................................................. 26 圖 4、預試前之教學流程圖 ............................................................................................. 27 圖 5、教學流程圖 ............................................................................................................. 28 圖 6、防洪保衛戰實際遊戲畫面...................................................................................... 31 圖 7、個人遊戲面板範例（此圖為農業區） ..................................................................32 圖 8、傳遞成功時的遊戲畫面 ......................................................................................... 34 圖 9、遊戲中的時間軸介面 ............................................................................................. 35 圖 10、防洪保衛戰的四大區域........................................................................................ 36 圖 11、遊戲失敗示意圖（單一區域失守） .................................................................... 37 圖 12、單一區域（農業區）淹水時的狀況。 ................................................................ 38 圖 13、工業區將適合中、上游的分洪道放到下游時，系統的位置錯誤提醒 .............. 39 圖 14、關卡間的系統回顧與提示 .................................................................................... 40 圖 15、遊戲失敗後的討論時間畫面 ................................................................................ 41 圖 16、遊戲中的 Log 檔（每秒四大區域的狀態變動） ................................................. 46 圖 17、防洪保衛戰實際遊戲畫面 .................................................................................... 58 圖 18、遊戲探索模式圖 ...................................................................................................72 圖 19、防洪保衛戰對「探究與理解」合作問題解決指標之影響 ..................................86 圖 20、洪水特質教材 .......................................................................................................92 圖 21、防洪保衛戰實際遊玩狀況 .................................................................................. 104 圖 22、防洪保衛戰對「表達及系統性闡述」合作問題解決指標之影響 .................... 111 圖 23、防洪保衛戰對「計畫並執行」合作問題解決指標之影響 ................................ 119 vii.

(9) 圖 24、防洪保衛戰對「監控與反思」合作問題解決指標之影響 ................................ 132 圖 25、簡易教材 1 ........................................................................................................... 152 圖 26、簡易教材 2 .......................................................................................................... 152 圖 27、背景故事教材 ..................................................................................................... 153 圖 28、設備教材............................................................................................................. 154 圖 29、區域特質教材 1 .................................................................................................. 154 圖 30、區域特質教材 2 .................................................................................................. 155 圖 31、洪水特質教材 ..................................................................................................... 155 圖 32、專家建議教材 ..................................................................................................... 156 圖 33、區域規劃單 ......................................................................................................... 156. viii.

(10) 第一章緒論第一節研究背景與動機在環境教育研究所求學的過程中，研究者曾至國家災害防救科技中心(National Science and Technology Center for Disaster Reduction, NCDR)參訪。當時，內部的解說員帶領研究者與其他環教所同學至中央災害應變中心會議室進行解說，該應變中心會於遭遇緊急天災事變時啟動，並依照天災類別所涉及的政府部門來出席。而在聆聽解說的過程中，研究者發現，無論是災害發生地所屬之地方政府及各個政府單位之權責釐清與應變、災防資訊的即時回報，或是中央政府的發號施令與協助，災害防救是一項大型的協同(Collaboration)歷程，各個參與災害防救的政府單位，透過不斷的溝通與協商，建構防災策略，並嘗試對災害歷程進行減災、整備、應變、復原，以維護民眾生命財產之安全。而若須讓此一協同歷程順暢，除了專業知識的培養外，個人在團隊中的合作問題解決能力(Collaborative problem solving,CPS)也扮演著相當重要的角色 (Reilly, 1998; Emerson, Nabatchi, & Balogh, 2011)。事實上，在災害管理領域中，協同(Collaboration)的關係被認為是近代自然災害以及人為技術災害應對防救上的必要基礎(Waugh Jr & Streib, 2006)，無論是地方韌性建立 (Norris, Stevens, Pfefferbaum, Wyche, & Pfefferbaum, 2008)、公私部門間(National Research Council & Geographical Sciences Committee, 2011)、政府與地方間(GamboaMaldonado, Marshak, Sinclair, Montgomery, & Dyjack, 2012)、或是國際間(Des Marais, Bhadra, & Dyer, 2012)，協同皆能對減災應變與有很大的幫助。而合作問題解決 (Collaborative Problem solving)能力則代表在協同歷程中，個人能參與小組並共同解決問題的能力，其被認為是 21 世紀重要的能力之一(OECD, 2013; Neubert, Mainert, Kretzschmar, & Greiff, 2015)。而回顧現階段臺灣培育民眾防災相關知識、態度、技能的防災教育，並未明確提及合作問題解決能力，需投入更多的研究來充實這塊領域。. 1.

(11) 2017 年，研究者曾參與王順美教授所主持，與臺灣大學土木工程學系共同合作的防災數位遊戲科技部計畫「探討數位遊戲與合作學習對防災教學的影響-以「防洪保衛戰」之教學與評量為例」（科技部字號 MOST 106-2511-S-003-011-MY2），因緣際會下得知臺大土木系參與之「教育部水環境 O2O 教育計畫」專案，於 2017 年所開發的另一款數位遊戲「防洪保衛戰多人互動版（該專案已轉移至國立臺灣科學教育館）」。該遊戲以塔防遊戲(Tower defense games)的形式，透過仿真且能及時反應玩家行動的的洪水模擬情境，具備不同資源的四大區域災害治理，以及單一區域失守則遊戲結束的共同存活設計，使得防洪保衛戰多人互動版能讓四名參與者在短暫的遊戲時間內體驗災害應變與決策的過程，並可能進一步從中產生符合合作問題解決能力之表現。因此，本研究欲探究防洪保衛戰多人互動版在應用上對學生合作問題解決相關表現之影響，並提供給相關研究者或遊戲的後續使用者做為參考。. 第二節研究目的與問題本研究的目的欲探究防洪保衛戰在應用上，對於學生產生合作問題解決表現之影響。由於防洪保衛戰遊戲為專業防災教育研究團隊發展設計，本研究將不另外探究其在防災知識上的獲取與否，僅針對合作問題解決部分進行討論，因此，本研究擬定以下研究問題：一、防洪保衛戰多人互動版玩家如何產生合作問題解決行為？二、防洪保衛戰多人互動版之遊戲設計如何促進合作問題解決表現？. 2.

(12) 第三節名詞定義合作問題解決. 合作問題解決是經濟合作暨發展組織（Organisation for Economic Cooperation and Development, 以下簡稱 OECD）於 2015 年學生能力國際評量企劃(the Programme for International Student Assessment,以下簡稱 PISA) 當中所提及的一種能力，根據其所提. 出的定義，本研究將合作問題解決定義為：合作問題解決是一項能有效的與兩人或兩人以上小組問題解決活動的個人能力，這項能力透過分享問題解決方案所需要的理解及行動，匯集小組成員(Agent)的知識、技能以及努力，以解決問題。數位遊戲式學習數位遊戲式學習是一種教學上的方法，將教育內容或學習原則融入到數位遊戲當中，並且以能吸引學習者學習，達成特定學習效果為目標(Prensky, 2001)。數位遊戲式學習的遊戲特性在於遊戲有一套能讓人沉浸於其中的環境，並且不斷地引發判斷、執行以及回饋的循環歷程，引起學生對該遊戲的投入，進而達到學習的目標（Garris, Ahlers, & Driskell, 2002；蔡福興、游光昭、蕭顯勝，2008）。防災教育防災教育全名為防治災害教育，根本理念為減緩災害發生時或之後對人類所造成的傷害（林秀梅，2001），透過教育方式，讓民眾了解災害防救的知識、態度、技能，並培育民眾之防災素養，養成積極之防災行為（林秀梅，2001；葉欣誠、吳燿任、劉湘瑤、于蕙清，2006）。. 3.

(13) 第四節研究限制本研究開發的合作問題解決對話分析表範疇界定於防洪保衛戰應用情境中，因此無法類推於防洪保衛戰以外的研究或課程使用，僅能作為教學或情境相似的教育研究者做為參考依據。研究對象因考量設備器材、研究者的能力與時間限制，故而選定臺北市某高中，並對高二生採自願參加蒐集，樣本數蒐集 4 組共 16 名學生。由於各個高中背景不盡相同，研究所得出的結果未必能推論至其他學校。最後，參與式觀察法和內容分析法可能會受到研究者個人主觀意識干預而影響研究信度，本研究使用方法三角驗證，將對話內容分析表經指導教授、遊戲開發者三方調整；分析過程採影片回顧、參照協同觀察者觀察紀錄的方式，並將分析經同儕共同檢驗，來盡可能達到分析上的客觀。. 4.

(14) 第二章文獻回顧第一節臺灣的防災教育由於防洪保衛戰仍會涉及到防災教育的內容，因此於文獻回顧之初，先從臺灣的防災教育背景進行整理。在 1999 年 9 月 21 日九二一大地震後，民眾因災情所引起的無知與恐慌，喚起了許多專家學者對於基礎防災教育養成的迫切（林秀梅，2001）。因此，教育部所公布的九年一貫課程暫行綱要（教育部，2000）與後續 2005 年公布的的九年一貫正式綱要中，防災教育在專家學者們的推行下，正式被納入了國中小之自然與生活科技領域中。而近期，教育部公布了十二年國民義務教育的防災教育議題融入說明，使得防災教育更進一步跨入了高中基礎教育的範疇當中（教育部，2019）。有關於防災教育一詞，林秀梅（2001）在探索國中階段的防震教育中，說明防災教育全名為「防治災害教育」，根本理念並非讓人類得以控制災害，而是減緩災害發生前以及發生後對人類所造成的傷害。防災教育的最終目的，是透過教育的方式（包括防災有關的知識、技能、訓練過程）協助民眾養成積極防災行為，讓民眾在遭遇災害時，能夠讓災害所帶來的損害降至最低。葉欣誠、吳燿任、劉湘瑤與于蕙清（2006）則在防災教育納入九年一貫課綱後，為能有效檢視在防災教育中的各項能力指標，並探討在防災教育課程當中的成效，提出並釐清了防災教育中欲培養之「防災素養」這項概念，定義為「個人面對災害時，將所學到的知識、技能、價值觀，直接反應在行為上的具體表現」（頁 3 - 4）並建立防災素養的檢測機制。該篇除確立了防災素養的內涵以外，也建立了防災素養的架構（見圖二）。防災素養一共分成三個類別，分別為防災態度、防災知識、防災技能；類別下又分成 8 個子項度，每個子項度也對應到九年一貫當中的防災能力指標。. 5.

(15) 圖 1、防災素養架構圖. 資料來源：葉欣誠、吳燿任、劉湘瑤、于蕙清（2006）。我國國民小學階段防災素養建構之研究。近年所推出的十二年國民義務教育議題融入說明手冊（教育部，2019），防災教育成為了十五項議題融入課程的其中之一。在防災教育的議題內涵中，又分成三大學習主題，並在各教育階段有不同的融入程度，詳見表 1。表 1、十二年國教防災教育議題融入 - 各階段教育說明教育階段學習. 議題實質內涵國民小學. 國民中學. 高級中等學校. 防 E1 災害的種類包括洪水、颱風、土石流、乾旱…。. 防 J1 臺灣災害的風險因子包含社會、經濟、環境、土地利. 防 U1 分析臺灣災害〈洪水、颱風、土石流、乾旱…〉的風險趨. 防 E2 臺灣地理位置、地質狀況、與生態環境與災害緊密相. 用…。防 J2 災害對臺灣社會及生態環境的衝擊。. 勢及衝擊。. 主題災害風險與衝擊. 6.

(16) 防 E3 臺灣曾經發生的重大災害及其影響。災害風險的管理. 災害防救的演練. 防 E4 防災學校、防災社區、防災地圖、災害潛勢、及災害預警的內涵。. 防 J3 臺灣災害防救的機制與運作。防 J4 臺灣災害預警的機制。. 防 U2 複合式災害的趨勢、衝擊與管理。防 U3 耐災都市和社區的指標與評估工具。. 防 E5 不同災害發生時的適當避難行為。防 E6 藉由媒體災難即時訊息，判斷嚴重性，及通報請求救. 防 J5 地區或社區的脆弱度與回復力的意義。防 J6 應用氣象局提供的災害資訊，做出. 防 U4 應用政府提供的各種防災資訊進行災害風險管理。. 護。. 適當的判斷及行動。. 防 E7 認識校園的防災地圖。防 E8 參與學校的防災. 防 J7 繪製校園的防災地圖並參與校園防災演練。. 防 U5 規劃並繪製校園防災地圖，並主動參與防災演練的規劃與執. 疏散演練。防 E9 協助家人定期檢查急救包及防災器材的期限。. 防 J8 繪製社區防災地圖並參與社區防災演練。防 J9 瞭解校園及住家內各項避難器具的. 行。防 U6 規劃並繪製社區防災地圖，並主動參與防災演練的規劃與執行。. 正確使用方式。. 防 U7 了解地方防災組織的運作，並能配合組織做災情速報，以及防救災行動。. 資料來源：教育部（2019）十二年國民基本教育課程綱要總綱議題融入說明手冊。在數位遊戲式學習中，遊戲假想的模擬情境則是讓學生能沉浸其中進行學習的優勢，同時也能讓多數學生將獲得的經驗遷移至其他情境中（Hogle，1996；蔡福興等人，2008），與災害風險管理相關的數位遊戲，更可以促進學生於災害管理協同上的豐富經驗(Solinska-Nowak et al., 2018)；合作問題解決的課程則可使用專案導向(Projectbased)的方式，讓小組成員在問題情境中進行資訊探究及分析（邱毓芳，2014），這與防災教育議題融入的課程綱要契合度佳，也能同時培養學生在防災上的協同能力。故而在高中階段，使用具合作問題解決內涵的數位遊戲進行學習，似乎能對防災教育做 7.

(17) 出不錯的貢獻。然而，在研究者回顧文獻的過程中，發現防災教育背景下與合作問題解決能力相關的數位遊戲研究，仍尚屬新興領域。於接下來的篇幅中，研究者會分別對數位遊戲式學習以及合作問題解決進行文獻回顧，進一步探討兩者與防災教育的關聯研究，以找出防災教育、數位遊戲、合作問題解決三項研究領域中，本研究使用之「防洪保衛戰」遊戲可以介入的研究方向。. 8.

(18) 第二節數位遊戲式學習本研究欲探究防洪保衛戰在應用上，對於學生產生合作問題解決表現之影響，其中有兩個面向需做討論：「合作問題解決」以及「數位遊戲式學習」。合作問題解決是一項能力，也可做為是學習目標，有著較為明確的界定；數位遊戲式學習則是教學方法，是一項較廣且大方向的研究領域，因此，研究者選擇先了解數位遊戲式學習這項教學方法的內涵以及相關研究，並且以防洪保衛戰的設計來相互應對，於下一節再對合作問題解決進行討論。遊戲式學習遊戲是一種人類重要的特質，從古至今便普遍存在於各個文化當中。遊戲本身具備幾項特徵，例如(1)有一套系統、(2)具備玩家、(3)人為建立的、(4)具備競爭性、(3) 有一套規則(Salen, Tekinbaş, & Zimmerman, 2004)。遊戲悅趣性的行為，讓孩童可以宣洩情感，得到快樂，並且調節負面情緒(Freud, 1920)，遊戲本身也可以透過乘載相關知識態度技能，促進認知發展及學習潛能，並且提供反覆練習技巧的契機(Piaget, 1952)，遊戲式學習則是善用了遊戲於認知發展及學習上的潛力，將遊戲用於輔助教學的教學方法。不過，遊戲式學習並非只是在教學上直接套用遊戲，而是須讓教學目標與遊戲目標相同，透過遊戲的情境與機制，讓學習者產生能沉浸於其中、能產生更高度學習的心流狀態(flow)，才得以達到良好的教學成效（Csikszentmihalyi, Abuhamdeh, & Nakamura, 1990; Sweetser & Wyeth, 2005；侯惠澤，2016）。如若只是單純將遊戲和教育結合，可能會難以引起學生興趣(Resnick, 2004)。數位遊戲式學習 1960 年代開始，隨著電腦的問世與新的教育理論提出，具教育意義的電腦遊戲陸續發展(Wolfe & Crookall, 1998; Michael & Chen, 2005)。不過，直到 2001 年，數位遊戲式學習(Digital Game-based Learning)一詞才由 Prensky (2001)初次提出，是一種教學上使用的方法，以數位遊戲的悅趣性達到教育上的目的。透過任務導向且具有意義的情 9.

(19) 境，數位遊戲式學習使學習者能夠沉浸其中，同時在遊戲的虛擬環境中產生情境學習 (Situated Learning)，並且在遊戲歷程中能達成特定學習目標(Brown, Collins, & Duguid, 1989; Prensky, 2001; Umetsu, Hirashima, & Takeuchi, 2002)。數位遊戲學習環境通常具備以下特徵(Mayer & Johnson, 2010)：(1)有一組約束及規則；(2)對學習者的行為可以快速的反應；(3)具有挑戰性，使參與者可以體驗自我效能；(4)遊戲的難度循序漸進，使參與者具目標感。在這樣的環境下，數位遊戲式學習具備多項優勢，如提升參與者的學習動機(Dalgarno & Lee, 2010; Mayer & Johnson, 2010; Erhel & Jamet, 2013)、讓參與者進入對學習有正向影響的心流(Flow)狀態(Kiili, 2005; Hung, Sun, & Yu, 2015)、能即時回饋給參與者的機制(Van Eck, 2006)、能做為跨學科的載體（王維聰、王建喬, 2011）、培養問題解決的能力(Eseryel, Law, Ifenthaler, Ge, & Miller, 2014; G.-J. Hwang, Hung, & Chen, 2014)。在研究者回顧文獻時，更發現數位遊戲可以透過遊戲設計，將一些原本難以重現或經驗的情境（例如天然災害情境）讓參與者體驗，對平時難以經歷的狀況有更深入的了解(Onencan, Kortmann, Kulei, & Enserin, 2016)；若是多人的遊戲模式，更可以從中培養社交技巧，以及在合作中促進問題解決(Prensky, 2001; Sung & Hwang, 2013)。然而，數位遊戲式學習也並非萬能，其仍存在著部份的問題，其中一項問題便是娛樂性與教育性之間的平衡，過去的數位遊戲式學習研究專注教育性，僅使用低水平的讀寫能力，提供類似於工作表的演練和練習方法，並強調事實的記憶(Squire, 2003; Villalta et al., 2011; Young et al., 2012)。這類型遊戲設計無法吸引學生的注意(Squire, 2003; Lester, Lobene, Mott, & Rowe, 2014)。然而，遊戲若越強調有趣，作為學習工具的效果就越差，這使得遊戲式學習在娛樂性與教育性上很難達到完美平衡(Kim, Park, & Baek, 2009)。這讓近代的數位遊戲研究，部分轉而以娛樂性遊戲成功的「遊戲設計元素」，融合目前已建立的「學習理論」，並提升內容品質，來讓數位遊戲式學習在好玩之餘，也能達到想要的成效(Qian & Clark, 2016)。但同時，也有部分研究指出，遊戲式學習本身在獲得學習成效上充滿不確定性，有些甚至造成負面影響，使得使用遊戲是學習是否真的在教育中獲得成效，仍不是很明朗(蔡福興, 游光昭, & 蕭顯勝, 2010; 10.

(20) Tsai, Yu, & Hsiao, 2012)。這讓數位遊戲式學習是否能促進學習成效，且如何兼顧娛樂性與教育性，成為目前數位遊戲式學習學界積極探討的課題。防災上的數位遊戲式學習臺灣的防災教育中，主要是在各式各樣臺灣常見災害下（洪水、颱風、土石流、乾旱…），從知識、態度、技能層面，讓學生對災害進行分析及應對。但過往防災教育的觀念常常以單向及說教的方式加以宣導（林于喬，2018）。除了讓學生不易對防災課程產生興趣，於災害知識、態度、技能上更無法以真實經驗進行演練。因此，以即時回饋、情境創造，並透過悅趣的遊戲性設計來引起學生學習動機的數位型遊戲，成為了防災教育當中一項很好的教學媒介（張玉連、蔡孟涵、康仕仲，2015）。在國外的防災數位遊戲式學習研究回顧中，Haferkamp、Kraemer、Linehan 與 Schembri(2011)開發了一種 3-6 人的災害管理遊戲 DREAD-ED，該遊戲的目標為團隊合作解決一項災害危機，每位成員所扮演的角色、能力與資源都不盡相同，成員可以在遊戲外以 Skype 訊息溝通，考驗在各式各樣的災難情境（如火災、水災等）中，參與者之危機處理、災害相關人員部屬以及溝通的能力，研究對象則是德國的危機管理應急與民眾保護學院的人員以及一般大學生。研究者發展問卷，以量性方式測量參與者的能力提升、對遊戲態度、情緒，以及質性的訪談的方式來評估 DREAD-ED。研究發現，玩家合作共同解決災害問題，而非團隊競爭形式的遊戲設計，使用於災害相關領域人員的小組溝通培訓上會具有積極的成果。此外，在實驗的過程中也發現，有經驗的管理學院的人員因有專業的培訓，除了在遊戲表現以及團隊自我效能較一般大學生好之外，在遊戲時的溝通上也更短、更具成效，DREAD-ED 之共同解決問題之遊戲設計，可能更適用於具有相關經驗或知識之人員。 Mitsuhara 等人(2015)則開發了一種簡單的擴增實境(Argument Reality)疏散演練網頁式遊戲 GBED，遊戲使用擴增實境技術，參與者需配備頭戴式顯示器(Head-mounted display, HMD)，顯示器會識別參與者在真實環境中的位置，並透過一系列腳本，從真實世界顯現虛擬的災害情境或災害中的道德兩難困境，讓參與者能同時在真實環境以 11.

(21) 及數位遊戲中進行疏散體驗。研究對象為研究生以及大學生，並以質性的訪談的方式，了解參與者的 GBED 體驗狀況。研究發現，GBED 使用的 HMD 所顯示的真實與虛擬 3D 之間的畫面，可能會讓參與者感到暈眩；HMD 也會讓參與者在某些真實環境中（例如堆滿物品的樓梯間）行走較為困難。但 GBED 搭配 HMD 對參與者所創造的視覺逼真感，仍讓參與者沉浸其中。臺灣有關的防災數位遊戲研究中，陳嗣文（2014）設計了一項第一人稱的火災的逃生個人遊戲，遊戲中會有代表不同火災場景的四個關卡，參與者需觀察火災場景，做出適當的判斷或使用適當的道具，並嘗試在體力耗盡前逃出火場。研究對象為國小高年級孩童，透過量性的沉浸狀態量表、質性的半結構式訪談與觀察紀錄來評估學生參與狀況，並透過學生的回饋再行修正遊戲。研究發現，在遊戲設計上以真實感作為遊戲設計的訴求，能讓學生明確的感受到遊戲的核心主題。研究者建議，若是孩童來操作遊戲的話，需盡可能將遊戲引導與提示增加，操作簡單化，使用任務導向的方式進行，以降低遊玩上的困難，並幫助孩童更容易了解遊戲。張玉連，蔡孟涵與康仕仲（2015）則針對防洪情境，在體驗學習圈(Experiential learning cycle)的基礎上，開發三款防災相關的互動式遊戲（取水、水資源分配、洪水決策）與一款具備防災知識電子書，並依照體驗、反思、歸納、應用的步驟，使用遊戲引起學習動機，以電子書或查找網路獲得相關解答，同儕與教師帶動更多反思討論的誘發式的翻轉課堂策略，來操作此一防災教學系統。該研究分成實驗組及對照組，實驗組使用誘發式翻轉課堂教學系統，首先分組進行遊戲體驗，體驗後透過電子書查找資訊進行反思，之後再進行一次遊戲；對照組則採用傳統課堂授課模式，以講述的方式操作後再分組帶領反思，並且沒有遊戲介入，最後皆使用問卷以探討使用者對遊戲的認同態度及遊戲是否能激發學習興趣。該研究分成三階段：首先以高中生營隊先對實驗方法進行可行性測試，並以舉辦給一般大眾的營隊來操作主實驗進行驗證，最後以臺灣科學教育館的民眾進行隨機體驗測試。研究發現，誘發式翻轉課堂的參與者會更願意增加對防災議題的關注度，以及延長關注此項議題的時間，並且也對數位學習持正向態度。另外，該研究也首次在防災領域開發出攻防類型的治水對策遊戲，其 12.

(22) 同時也是本研究所使用的「防洪保衛戰」系列遊戲的前身。在讓高中生遊玩治水策略遊戲，並經驗過誘發式的翻轉課堂策略的前後測相關問題中，高中生認為治水策略遊戲有助於防災上的知識、態度學習，以及對於擬定防災應變策略的模擬學習具有幫助。使用治水策略遊戲，除了引起學習動機外，也能讓學生將蒐集到的資訊於遊戲中進行防災策略的模擬學習，進而提升防災相關的知識與態度。綜合以上回顧，現階段防災上的數位遊戲式學習，除了一般的電腦遊戲外，也嘗試了更多的遊戲模式，並且大多在設計的過程中盡量貼近災害情境的真實感，創造參與者的沉浸體驗，並且引發參與者對議題的關注與提升對議題的理解，如若加入合作式的設計，則能夠培訓小組在問題解決上的溝通能力，搭配一些遊戲外的媒材與教學流程，更可增加學習成效。但是，各式遊戲媒體可能具有不同的限制，像是擴增實境須考量 3D 暈眩，共同解決問題的遊戲設計須考量參與者是否有相關基礎知識與經驗等，在使用上仍需考量遊戲的特性以及使用者的狀況。多點觸控相關的數位遊戲本研究所使用的「防洪保衛戰」是一款使用多點觸控面板進行之遊戲，研究者在此對使用多點觸控技術的數位遊戲式學習相關研究進行概略回顧。多點觸控(Multitouch)最早起源於 1980 年代 (McAvinney, 1986)，是一種可以在觸控面板上用手指進行操作的技術。使用者可將多隻手指作為系統之游標，代替了傳統電腦使用鍵盤和滑鼠的單一游標，且因為支援多隻手指進行觸控，多點觸控技術跳脫以往個人電腦單一用戶的使用限制，可支援多名使用者於單一設備中進行共同使用，這讓多點觸控技術能夠讓使用者共同觸控以及面對面的對話互動。這些特點讓多點觸控設備具備人與人之間促進協同(Collaboration)、進行協同工作之潛力(Hung, Chang, Yu, & Cheng, 2012; W.Y. Hwang & Su, 2012)。當將多點觸控技術使用於遊戲上時，各項手勢與遊戲情境結合增強了學生在遊戲中參與的興趣，讓遊戲本身更具吸引力(Hung et al., 2012; Ardito, Lanzilotti, Costabile, & Desolda, 2013)。. 13.

(23) 張智鈞（2011）設計了國小自然與生活科技「電學」單元相關的遊戲，並且以大型多點觸控面板系統，以及滑鼠操控的個人電腦來進行兩者比較。遊戲中總共有四個關卡，透過四大關卡中的各式問題，來從中了解電學相關的知識與技能。該研究分成實驗組對照組，實驗組操作多點觸控遊戲，對照組操作個人電腦遊戲輔以線上討論，研究對象為小學五年級生，實驗組對照組皆透過小組進行遊戲，以前後測的方式，使用自行開發的測驗題測試遊戲前後學習狀況與學習保留，並在遊戲結束後填寫系統滿意度問卷，了解學生的系統使用心得，遊戲中則以觀察的方式記錄學習概況。研究發現，相比於個人電腦遊戲學生專注程度低，透過大型觸控面板進行數位遊戲時，因為每個人都可以共享資訊及共享操作，使得學習者有更多討論互動的機會，多點觸控的面對面的互動，更讓學生的討論具焦在有意義的學習上，並對學習成效及學習保留有所影響。 Antle, Bevans, Tanenbaum, Seaborn & Wang(2010)開發了一款多點觸控的永續發展相關遊戲 Futura，在一條河川流域中的三個地區進行土地規劃，透過拉與放(Touch-and -drag)的方式放置設施，並且需在人口發展不斷增加，人類發展可能影響河川環境健康的狀況下共同存活，研究對象則是 2010 冬季奧運的上百名訪客。由於該研究主要的目的探索遊戲的設計如何影響創造，塑造或限制學習機會，因此 Antle 等人主要以質性的觀察法方式，請觀察員針對玩家行為以及語錄撰寫觀察員筆記，進而探索遊戲成效。於該研究的發現中，呈現了各個年齡層玩家在 Futura 遊戲中所發生的概況以及特殊狀況，例如玩家在初次接觸遊戲時，談話時往往傾遊戲功能與介面探索；多數玩家還互相討論了在地圖上將特定設施放置在何處，或是針使用現有資源興建新設施的詳細位置討論。此外，由於遊戲的目標並不是相互競爭而是共同取得獲勝，一些干擾小組活動運行的行為被降低，同時也讓參與者確實理解了「永續發展決策是複雜的」這件事情。而在多點觸控上，這項技術讓參與者在遊戲中協商各式行動，也可能產生超出預期的行為（如使用另一個使用者的介面或資源），該研究認為，可以於遊戲主軸不變的狀況下，採不明確鼓勵但也不反對的態度應對這些行動，由玩家自行體驗各種可能，創造小組歷程中的學習機會；另外觸控指令上若出問題，會使得玩家從遊戲中所 14.

(24) 發生的狀況，轉移到各式各樣道具使用以及介面任務觸發，需要多注意周遭環境或設備上的問題。近年的研究中，Martin、Horn 與 Wilenksy(2018)開發了一款使用於博物館的螞蟻模擬遊戲 Ant Adaption，遊戲考量螞蟻的特性設計，參與者以鳥瞰視角的方式，在遊戲中自由操作，如留下費洛蒙吸引更多螞蟻、放置資源以經營某個螞蟻族群，也可以強化族群內的螞蟻體型（但相對更消耗資源）來掠奪其他族群的資源，並且支援多人遊玩。研究對象為博物館的參觀者。該研究認為，人們在數位遊戲仿真的的微觀世界 (Microworld)中學習，會了解系統中允許的內容，因此在該研究中，他們並非採用測驗性的題目測量，而是採用多種質性混合方法，以事前訪談了解參與者對螞蟻知識的理解，以及設計了一項建構主義對話地圖(Construtive Dialoge Mapping, CDM)對參與者在遊戲前、中、後的對話進行編碼分析，來解釋參與者的知識變化。研究發現，訪客在該遊戲的停留互動時間比起其他博物館展覽更久，並在多點觸控的協助下，訪客可以從共同討論及互動的過程中彼此搭建鷹架(Scaffolds)，進而了解螞蟻行為複雜的系統，此外，透過 CDM 追蹤互動歷程，能看見互動過程中相關能力的變化，在探究遊戲的潛力上具備良好成效。從以上的回顧，可以發現了一些多點觸控面板的優勢：多點觸控面板最主要能讓小組成員在遊戲上面對面溝通，透過共享資訊、共同操作，來對遊戲進行資訊交換、互動與協商，讓討論更趨向有意義的學習，然而，多點觸控面板仍會受到設備和環境影響學習，而干擾參與者的注意力，且由於多點觸控並沒有限制遊戲外的操作，可能會創造出預期外但維持小組運作的行動（例如操作別人負責的部分）。防洪保衛戰多人互動版在數位遊戲式學習文獻回顧的最後，研究者將簡單回顧防洪保衛戰多人互動版，並且與防災數位遊戲及多點觸控數位遊戲文獻進行對話。防洪保衛戰是由臺灣大學土木工程學系研究生，在教育部水環境 O2O 教育計畫團隊中所開發的遊戲，該款遊戲是一款多點觸控的防災遊戲，在遊戲開發時，設定學習目標為體驗防洪的重要性、啟發 15.

(25) 對防洪議題的關注度、初步了解各項防洪設施的用途與合適的建造流域，並了解在防洪議題中，利他行為所帶來的成本與效益。在防洪保衛戰中，四位參與者會在同一條河川流域中，扮演四個擁有不同特殊功能、位於河道不同位置的區域（工業區、商業區、農業區、住宅區），參與者可以花費金錢，在河道上可放置設施處添購適合上、中、下游的設施，也可以花費人力對設施進行修復、加速建設及拆除，同時，設施以及人力可以透過拉與放的方式進行傳遞。遊戲共有三關，每關各會遭遇到一波洪水，洪水本身是以物件計算，針對每個地區可放置設備的格子狀況來淹進區域中，且洪水量會隨關卡逐漸增加，並在第三關以含土石的泥沙水呈現。最後，遊戲各關通關時皆有設計一段討論時間，供玩家進行討論。從多點觸控的文獻回顧中，防洪保衛戰可能具備以下的優勢以及劣勢：防洪保衛戰在硬體上具備了多點觸控遊戲的優勢，玩家可以藉由面對面交流，透過共享資訊、共同操作，對於遊戲中的內容進行聚焦討論，進而產生有意義的學習。在軟體上，可能具備防災數位遊戲的相關優勢，透過遊戲模仿洪水來臨時的情境，搭配上緊張的音樂與畫面，讓參與者可以更沉浸其中；遊戲中更以共同存活、解決問題作為設計考量，能培訓小組在問題解決中的溝通能力。然而，防洪保衛戰在實際操作中，仍可能受到多點觸控面板的設備影響學習（如觸控不良、教學環境干擾等問題）；共同存活的設計，更可能對參與者的相關知識經驗有較高的要求，這些劣勢都是本研究需要在實驗設計前、遊戲進行時須注意的部分。. 16.

(26) 第三節合作問題解決前一章節透過數位遊戲式學習的回顧，探討防洪保衛戰本身在教學使用上的優勢與劣勢。防洪保衛戰以共同存活、解決問題作為設計，可以預期能培訓小組在問題解決中的溝通能力，但是該遊戲初期的開發理念專注於洪水決策，開發者僅加入「合作」來讓學生了解利他所帶來的好處，並未從開發時期就明確導入合作問題解決能力，能否能如實產生相關行為尚不清楚。故在文獻回顧的第三節中，研究者將回顧合作問題解決，並進一步探討合作問題解決與防洪保衛戰之間的連結。在研究者查找文獻的過程中，注意到 Collaboration 一詞在臺灣之翻譯會因為研究領域的不同而具有差異，在公共政策領域中會使用協力（朱鎭明，2005；李長晏、林煥笙，2009），而在教育、數位學習領域中則常用合作（王岱伊、孫春在，2001；林秋斌、蘇怡慈、李美萱，2012）或是協同（林碧珍，2000；高淑珍，2012）。由於本研究欲探究的合作問題解決指標，在臺灣近代的類似研究中皆稱作合作問題解決（林建佑，2015；教育部，2015；林坤誼，2016），因此以下如提到 Collaborative Problem Solving，本研究仍以「合作問題解決」稱之；若提到 Collaboration 一詞，則採用教育界常使用的「協同」稱之。合作問題解決. 合作問題解決一詞包含兩個字根，協同(Collaboration)以及問題解決(Problem Solving)。協同(Collaboration)是一種整合性的、同步的活動，對問題持續嘗試建構和維護共識的結果(Roschelle & Teasley, 1995)，協同一詞著重在人與人之間的協調、共享及合作的交互歷程，人們透過協同來進行團隊合作，從而解決問題或是達成共識。問題解決(Problem solving)則是一項行為歷程，歷程中包含定義問題，判定問題的原因，對解決方案識別、排序、尋找替代方案，以及執行問題解決方案(Beecroft, Duffy, & Moran, 2003)。「問題解決」這項能力最初強調個人獨自面對問題，在遭遇困難時，首先須分析情境，擬定一些可能的解決方法，並蒐集相關資料來進行分析，再透過進一步的驗證 17.

(27) 來接近問題解決的成果(Dewey, 1933)。然而，現今的社會已是人與人以團體方式彼此互動的時代，無論是在工作上、課程間，甚至是家庭活動等，個人在社會中單打獨鬥的情形漸漸地變少，取而代之的是在各式各樣的團體中，與他人進行協商、互動，並且共同面對各式問題(Nelson, 1999)。這也讓多人一起共同解決問題的合作問題解決能力概念在這樣的脈絡下誕生，Roschelle 與 Teasley(1995)在介紹他們所設計的問題整合電腦環境中，便曾提及合作問題解決是透過小組間互動及協商的過程來解決問題； O’neil、Chuang 與 Baker(2010)也持相同看法，但是在學習這項技巧時，需同時顧及到協同以及問題解決面向的學習。事實上，合作問題解決過去雖然一直被廣泛討論，卻少有研究對合作問題解決如何在教學使用上評估，以及如何在課堂上教授合作問題解決能力進行討論，當時學界認為亟需對這塊領域進行探究(Griffin, Care, & McGaw, 2012)。因此，從 2009 年開始，以澳洲的墨爾本大學(The University of Melbourne)為總號召，與科技大廠英特爾(Intel)、微軟(Microsoft)以及思科(Cisco)，以及六個參與國家（澳洲、新加坡、美國、哥斯大黎加、荷蘭、芬蘭）的學者，共同創立了 21 世紀技能評量與教學計畫團隊(Assessment and Teaching of 21st Century Skill, 以下簡稱 ATC21S)。ATC21S 最主要的目的，是對 21 世紀各項能力如何在課堂上教授與評估進行探討，這些能力是透過一系列的知識、技能、價值觀及社會規範所建立，並分成思考方式、工作方法、工作工具以及普世生活四個面向，包含了如批判思考、協同能力、資訊素養、社會責任等指標能力。而在 ATC21S 計劃擬定的過程中，該研究團隊發現，在 21 世紀技能當中，批判思考、問題解決、決策和協同的組合可以合併為一組複雜的任務或技能「合作問題解決」，其同時也包含社交、溝通、以及團隊運作上的相關能力，可說涵蓋了大半的 21 世紀技能。因此，合作問題解決被看作是一項高程度的認知學習歷程，也讓 ATC21S 將其列為 21 世紀技能重點教授項目之一(Griffin et al., 2012)。與此同時，專門發表各國學生能力成果報告(the Programme for International Student Assessment, PISA)的經濟合作暨發展組織(Organisation for Economic Cooperation and 18.

(28) Development, OECD)，也有感於合作問題解決逐漸受到職場、相關學界與教育界的重視，於 PISA 2015 當中，除了擬定以科學為主、閱讀和數學能力為輔助的相關測驗外，也納入了合作問題解決作為施策主題，並擬定了一份線上進行的合作問題解決模擬情境測驗題，來讓世界各國的學生進行測驗。巧合的是，ATC21S 與 PISA 2015 的合作問題解決指標幾乎是同步進行，雖然 PISA 2015 在其合作問題解決架構的說明中仍有提及參考 ACT21S 的成果(OECD, 2013)，但是兩者相比，ATC21S 的關注重點更強調合作問題解決在課堂上的教授技巧，PISA 則看重合作問題解決的評估與測量(Salas, Vessey, & Landon, 2017)。本研究的目的欲探究防洪保衛戰在應用上，對於學生產生合作問題解決表現之影響，關注的項目會更傾向於評估學生在遊玩的過程中產生什麼樣的合作問題解決表現，因此將選定 PISA 2015 合作問題解決框架進行深入探討。 PISA 2015 合作問題解決能力指標 OECD 於 2000 年開始，每三年會進行一次 PISA，施測對象為各個國家將完成基礎教育的 15 歲學生，以數學、科學及閱讀三大科目其中一項為主科目，另外兩項為輔作為測驗內容，題目設計通常關注學生在日常生活中可能面對到的生活情境，以及他們必須擁有多少必備的知識、素養能力和技能。從 2012 年開始，測驗的內容除了數學、科學及閱讀三個科目外，也加測一項特殊科目，並採用線上的方式實施，來觀測學生的相關能力，如 PISA 2012 即關注在數位時代中的個人問題解決能力；PISA 2015 則將問題解決加入團隊合作核心能力，成為合作問題解決能力進行加測；PISA 2018 則採用分析與理解當地、全球和跨文化的問題之全球素養(Global Competence)進行測驗。 PISA 2015 關注的主題在本節所關注的合作問題解決能力，其評量架構是以 PISA 2012 的問題解決能力評量作為基礎。在問題解決能力評量架構中，問題解決被分成了四個認知歷程(OECD, 2010)：（一）. 探究及理解：學生將問題中所呈現的各項訊息建立心理表徵。探究與理. 解分成兩個部分，探究問題包含觀察、互動、搜尋問題，以及尋找問題的阻. 19.

(29) 礙；理解訊息則包含學生了解所給予的訊息、理解與問題進行互動時產生的訊息，以及對重要概念的理解。（二）. 表達及系統性闡述：建立對問題情境的連續心理表述，像是建立一個情. 境模型或是問題模型等，為了達到這項目的，必須選擇重要訊息，組織這些訊息並整合相關先備知識。表達與系統性闡述分成兩部分，表達問題包含使用圖、表、符號或是口頭闡述問題，並反覆或交叉使用這些方式；系統性提出假設則包含辨識問題的相關因子，找出這些因子的相互關係，整理與嚴格評估訊息。（三）. 計畫並執行：計畫並執行分成兩部分，計畫同時由目標設定所組成，包. 含總體目標確立，並在必要時設定次要目標，以及制定策略（包括須執行的步驟）以達成目標。執行則是執行擬定好的計劃。（四）. 監控及反思：監控及反思分成兩個部分，監控意味著監控達成目標前的. 所有階段，包括中間確認及最終確認、檢測意外事件，以及必要時採取補救措施；反思則包含從不同角度思考解決方案、嚴格評估假設以及替代方案，以及尋找及確立附加訊息。而 PISA 2015 則在問題解決評量架構上，再導入了三項觸及社會歷程的團隊核心能力，來形成完整的合作問題解決的評量架構(OECD, 2013)：（一）. 建立及維持共享的理解：學生能夠了解彼此對問題的觀點與熟悉度，並. 在問題如何陳述、如何行動以解決問題上建立共識。（二）. 採取解決問題的適當行動：學生須想辦法了解問題，辨識欲解決問題所. 須採取的行動，並依照合適的步驟，以適當的行動來解決問題。（三）. 建立及維持團隊合作：學生能透過交互記憶(Transcent memory)，回想團. 隊成員各自擅長什麼能力，瞭解自己及其他成員在團隊中所扮演的角色，並藉由成功的團隊成員角色扮演，使團隊的運行成效最佳化。. 20.

(30) PISA 2015 在其合作問題解決框架中，將三項團隊核心能力以及四項問題解決認知歷程，結合成一個二維矩陣架構，交織成十二個細項能力，如表 2 所示。從這項架構中可以發現，PISA 2015 評量的重點其實在學生合作及問題解決的「歷程」，而不是評量合作問題解決的「結果」。此外，問題解決能力及團隊核心能力彼此環環相扣，每一項團隊核心能力都必須經歷所有問題解決歷程，每一個問題解決的歷程也都需使用各個團隊核心能力，這同時也代表問題解決的歷程在合作問題解決中並不是單一方向而是循環的，其須橫跨不同的任務才得以測量。表 2、合作問題解決能力評量架構 1.建立與維持共識. 2.採取解決問題的適當行動. 3.建立及維持團隊合作. A 探究及理 A1 發現團隊成員的觀 A2 伴隨著目標發現解決解點與能力問題的協同互動類型. A3 理解解決問題的分工角色. B 表達及系 B1 建立共享的表述和統性闡述整合問題的意義(共同點). B2 辨認及描述要完成的任務. B3 描述分工角色與團隊組織（溝通協定／參與規則）. C 計畫並執 C1 與團隊成員溝通所. C2 執行計畫. C3 遵守參與規則. 行. 要執行的行動. D 監控及反思. D1 檢核及修正共享的理解. （例如提示其他團隊成員執行其任務） D2 檢核行動的結果與評估問題是否成功解決. D3 檢核、反饋與調整團隊組織與角色. 資料來源：翻譯自 OECD. (2013). PISA 2015 collaborative problem‑solving framework. Paris. 使用合作問題解決評量的實證研究在 OECD 公布了其合作問題解決評量架構後，國內外相關的學術研究開始使用這項架構，用以設計不同的評估方式或不同的教學策略，讓學習者經歷合作問題解決的歷程。Hao 等人(2016)為了探究哪些合作問題解決技能能產生更好的成果，考量電腦模擬情境適合評估學生在複雜的互動環境中的表現，開發了一個火山有關的協同仿真任務，學生兩兩一組來回答系統中的 7 個選擇題，並可以在這個系統中用打字聊天的方式進行協同；同時，這個系統也會透過畫面題示一些小組協同的步驟，例如提示參與 21.

(31) 者要先分別回答對某問題的看法後再討論，或是有需要的話也會提示小組修改初始的回答等。該研究的分析方式採質量混和，分析參與者在系統中的對話，用自行開發的合作問題解決能力表進行編碼並評分；量化學生合作最終產出的結果並進行分析；以及將句子切割，以 n 元語法(ngram)模型來計算合作問題解決能力個人出現頻率，研究對象則是至少受過一年大學教育的網路隨機受試者。研究發現，在該研究的合作問題解決能力編碼中，「談判技巧」與好的協同結果具關聯性，但純粹的「共享資訊」卻與較差的協同結果相關。林宜儂（2016）使用合作問題解決評量架構，開發了一項線上科學情境合作問題解決試題，這項試題庫包含了各式科學合作問題解決情境，學生可在各式問題情境中，以選項的方式選擇對話，來跟系統模擬的小組成員互動並解決問題。該研究的研究對象為臺中市 6984 位國三至高一的學生，透過編碼及序列分析(Sequential analysis) 來分析在科學情境的合作問題解決技能之表現。研究發現，學生於「探究與理解」表現較好，對於理解問題的表現還不錯，但在團隊核心能力中的「採取適當的行動解決問題」卻比較弱，建議教師能協助學生討論出任務的計畫流程。此外，該研究也發現在合作問題解決的行為模式上，女性較優於男性，該研究推估女生較願意與同儕分享資訊，即便遭遇難以解決的問題也能善於溝通。同年，邱秉誠（2016）也以合作問題解決框架，設計了一項電腦模擬線上工作平台系統，學生在其中需進行科學問題問題解決活動，活動過程中，系統允許學生在其中觀看問題、調整變數以確認結果、以協同方式與小組成員做筆記，也可以系統內聊天室方式進行對話，並且有報告區域來供學生協同反思。該研究分成實驗組及對照組，實驗組為小組進行系統，對照組則是個人執行系統，分析方式則是對話串分析以分析內容，以及行為序列分析討論行為模式的差異，並有前、後測來測試學生的學習成果，研究對象則為 83 名高中生。研究結果表明了一些特殊的狀況，雖然在基礎題上兩組表現沒甚麼差異，但在應用題的表現上，對照組卻比實驗組更好。該研究從對話分析中，發現合作小組往往需花大量的討論來與其他人協調如何進行操作及模擬，並於任務討論時較少更改策略，小組解決問題的過程近似於試誤(Trial and error)；個人小 22.

(32) 組則可以隨心所欲自行操作，將更多時間用來解析過程以及反思情境，進而產生學習上的差異。該研究認為，雖然實驗組對問題了解遠比對照組來的周延及詳細，但若不是多人同時互動的話，合作過程可能會太過聚焦在維持團隊運作，反而難多花時間去解析與反思，讓合作可能會成為嘗試新方式的阻礙。綜合以上的回顧，合作問題解決能力的學習與否事實上主要仍受開發環境的影響，若不是多人同時共同互動的環境，協同過程可能多數會專注在團隊運作上，讓學生少有時間獨自針對問題進行反思。而在合作問題解決影響協同結果上，小組運行對於問題的理解度雖然會很高，但純粹的共享資訊並不會導致小組具備好的協同結果，反倒是以良好的協商與談判技巧讓小組成員彼此了解各自對問題的疑問及須執行的任務，才會促進良好的協同結果。最後，在參與者性質影響協同中，高一的學生在探究與理解的表現會比較好，但在採取適當的行動以解決問題時，可能會有比較不理想的狀況，建議教師須協助學生討論小組任務流程以強化學生對問題採取適當的行動；在個體的差異中，女性可能會更願意與同儕分享資訊，遭遇困難的問題也能彼此溝通探索，協同的過程會更順利。防洪保衛戰中的合作問題解決本研究的目的欲探究防洪保衛戰在應用上，對於學生產生合作問題解決表現之影響，因此在本節中回顧了合作問題解決的相關研究以了解其概況。事實上，在研究者文獻回顧的過程中，縱使有少數數位遊戲研究中有提及合作問題解決(Bauer & Popović, 2017; Jurdi, Garcia-Sanjuan, Nacher, & Jaen, 2018)，但卻沒有研究將 OECD 的合作問題解決框架使用於數位遊戲研究，本研究使用該框架進行防洪保衛戰學生互動的分析與評估，將會是遊戲式學習與合作問題解決框架之跨領域創新嘗試。而在回顧合作問題解決的實證研究中，研究者發現，多數的實證研究會以質性的對話串進行編碼、行為序列分析或是直接觀察的形式，來探究學生在這些研究所開發的系統中如何產生合作問題解決能力，並輔以量化來進行相關項目的統計分析，如學科能力是否進步、小組或個人表現是否提升等。然而，其中少有針對學生對話串分析 23.

(33) 其脈絡（如 Martin 等人），或者是詳盡觀察學生在其中的合作歷程（如 Antle 等人）等數位遊戲研究中的研究方法，可能原因為這些實證研究多半使用單一學科、輔助協同且方便實證的學習環境，而不是具趣味性、跨學科、多變且複雜的數位遊戲學習環境。這使得本研究在測量防洪保衛戰的遊戲歷程是否產生合作問題解決時，應除了合作問題解決能力外，進一步分析學生在遊戲歷程中的脈絡，才得以詮釋學生在防洪保衛戰當中實際的協同問題經歷以及合作問題解決能力的表現。. 24.

(34) 第三章. 研究方法. 本研究目的為探究防洪保衛戰遊戲於應用上對學生合作問題解決表現的影響。由於遊戲起初設計上並未納入合作問題解決能力，未有相關的評量工具，故本研究採取質性探索方式。本研究使用內容分析法(Content analysis)，將學生小組在遊戲應用過程的對話與操作以錄影方式記錄，並透過回顧錄影的方式完成逐字稿文本，並以參與式觀察的內容修正逐字稿中不清楚的部分。之後以 OECD 的合作問題解決框架作為基礎，設計一對話內容分析表，將逐字稿中學生對話串進行編碼、歸類與分析，並以遊戲後臺之遊玩分數來輔助了解質性資料。透過以上研究設計，探究防洪保衛戰於應用歷程中，如何影響學生之合作問題解決表現。. 第一節研究架構研究概念圖. 圖 2、研究架構圖. 25.

(35) 整理前述的文獻回顧後，本研究的研究概念圖如圖 2 所示。本研究將從學生在防洪保衛戰當中的遊戲過程，摘錄出其中包含合作問題解決能力的對話事件，從這些事件來分析詮釋防洪保衛戰的應用中展現出的合作問題解決表現。此外，遊戲當中所蒐集的遊玩分數表現也會與這些事件進行對話，進一步的驗證研究者的觀點。研究流程. 圖 3、研究流程圖. 26.

(36) 第二節教學流程下圖為本研究初步擬定的教學流程。研究者先以簡易教材與遊戲內的說明來讓學生了解防洪保衛戰遊戲的操作流程，爾後讓學生遊玩防洪保衛戰遊戲。在遊玩的過程中，利用遊戲本身設計的遊戲討論時間，針對遊玩的內容進行討論，學生也可以使用簡易教材來協助討論進行。研究者使用錄影機對學生的防洪保衛戰遊玩歷程與組員溝通互動過程進行記錄，並從後續的錄影回顧中進行觀察紀錄。這項教學流程於臺北市某高中（與本研究資料蒐集場域不同）進行兩組 8 人的預試，並從蒐集資料進行研究上之可行性評估：. 圖 4、預試前之教學流程圖在預試的過程中，研究者發現了幾個狀況：(1)由於防洪保衛戰在遊戲過程中，一些詳細且重要的遊戲內參數（如設施抵禦洪水的多寡）並未透漏給玩家，僅用一些模糊的詞彙來說明，比如說，堤防可以抵禦「較多」洪水，但實際上的數據學生卻無法知情。這導致學生在三次遊戲的討論歷程中，在無法知曉實際數據的狀況下，更傾向於透過不斷的試誤來修正遊戲的策略，而非實際思考遊戲中各項設施的特性來進行策略擬定。(2) 在系統設立的討論的過程中，學生討論十分熱烈，往往超出系統預設的 1 分 30 秒，而 27.

(37) 即使學生快要討論到問題的核心，但因為緊接著進入遊戲，學生會放棄討論，繼續執行遊戲。(3)遊戲進行的教學模式需要一些文獻依據。這些狀況讓學生無法完整體驗防洪保衛戰所要傳達的所有資訊。為了修正這些狀況，考量研究者並非遊戲開發者，無法更改遊戲當中的各項程序，以及文獻回顧中發現教師應介入討論學生擬定任務流程的必要；實體的遊戲內容設計更能促進學生參與協同的意願（林宜儂，2016；Jurdi et al., 2018）。因此，研究者參考了張玉連，蔡孟涵與康仕仲（2015）於防洪保衛戰前身研究中體驗學習的遊戲課程設計方式，首先讓學生體驗一次遊戲，並在體驗後提供一套實體教材，這份教材轉化了遊戲內部複雜的參數，讓學生能查找這些教材進行遊戲討論。而在討論時間上，研究者在每一次遊戲結束時，採用暫停遊戲的方式讓學生進行討論，並設定這個討論時間為第一次遊戲結束時 10 分鐘，第二次遊戲結束時討論時間 5 分鐘。於遊戲後討論結束時加入一「共識匯集」時間，來讓學生小組闡釋他們在防洪保衛戰中擬定的策略。最後，研究者考量仍有讓學生回饋遊戲觀感的需要，因此在整個研究流程結束前，研究者加入一反思活動，讓學生可以回饋對防洪保衛戰的觀感及想法。至此，修正後的教學流程如圖 5 所示。. 圖 5、教學流程圖 28.

(38) 第三節研究場域及對象研究場域本研究選擇臺北市立某高級中學非正式課程做為研究場域，原因有三：(1)本研究使用之防洪保衛戰，是以高中生的認知程度設計，故在探究該遊戲之合作問題解決表現上選擇高中場域進行研究；(2)該學校擁有大型觸控面板的多功能教室，在執行上符合防洪保衛戰所要求的環境；(3)遊戲設計者曾邀請該學校的學生至國立臺灣科學教育館進行防洪保衛戰之遊戲推廣與測試，教師對於該遊戲開發團隊熟悉。故而選定該高中，讓本研究在後續的運行與實施上較為便利。本研究實施於 2019 年的 9 月至 12 月，總共於該高中舉行了四次完整的課程。詳細的場次與時間如表 3 所示。表 3、課程舉行時間表場次. 舉行時間. A. 2019/09/23. B. 2019/10/28 17:00-18:40. C. 2019/12/09 17:00-18:40. D. 2019/12/23 17:00-18:40. 17:00-18:40. 研究對象本研究之研究對象為臺北市立某高級中學的高二第一學期之學生，男生 7 人女生 9 人，共 16 人。這些高二學生是透過該高中教師與研究者在課堂上的宣傳得知資訊，並採四人一組的方式，自願組隊報名參加，因此小組成員間彼此是認識的。在與該高中的教師接洽時，發現這些高二學生在前一學期（高一下）都曾在地球科學或地理課程中，學習洪水以及防洪設施相關的知識與概念，符合 Haferkamp 等人 (2011)所述之共同解決問題設計之遊戲，參與者須先具備相關知識與經歷，在操作上會比較具有學習成效之描述，因此選定這些高二生作為研究對象，研究場次以及參與者的代碼可參考下頁之表 4。. 29.

(39) 表 4、各場次學生代碼表場次. A 場次. B 場次. C 場次. D 場次. 編號. 性別. 負責區域. A01. 女. 農業區→住宅區. A02. 女. 住宅區→農業區. A03. 男. 商業區. A04. 男. 工業區. B01. 男. 農業區→住宅區→商業區. B02. 女. 住宅區→農業區. B03. 女. 商業區. B04. 女. 工業區. C01. 女. 農業區. C02. 男. 住宅區. C03. 男. 商業區. C04. 男. 工業區. D01. 女. 農業區. D02. 女. 住宅區. D03. 男. 商業區. D04. 女. 工業區. 註：負責區域箭號為學生經討論後更改扮演區域. 30. →住宅區.