國立台中教育大學科學推廣與應用學系
碩士論文
指導教授：許良榮 博士
創造性問題解決融入科學遊戲教學活動之
行動研究—以「空氣」為例
Action Research of Implementing Creative Problem Solving in
Science Game Teaching: An Example of the Air
摘要
本研究是以創造性問題解決（CPS）教學模式融入以空氣為主題的科學遊戲並設計 成教學活動，透過行動研究法欲探討實施教學活動時，科學遊戲的教學活動設計及教 學活動歷程兩方面，可能遇到的問題及其解決方法，並探討教師在設計教學活動的過 程及實施教學的歷程中，所獲得的教師專業成長。本研究以三階段進行詴驗教學，第 一階段對象為布農國小（代稱）四年級的 7 名學生(97 學年度第二學期)，第二階段為 四年級的 9 名學生(98 學年度第一學期)，第三階段為三年級共 11 名學生(98 學年度第 一學期)，每階段教學活動皆為每週一次，每次兩節課，共兩次四節課。研究者所蒐集 的資料包括：教學錄影、訪談記錄、協同教師教學觀察記錄、活動學習單和教學本記 等相關資料以解決相關研究問題。經過統整分析獲得以下結果：（一）創造性問題解決 （CPS）可適當融入科學遊戲並設計教學活動；（二）科學遊戲之教學成效受到科學遊 戲之性質、教師對教學活動內容之掌握、學生對科學的學習態度、小組內部情形等因 素的影響而有所差異；（三）研究者在教學活動設計能力、教學能力及教師研究能力等 均獲得專業成長。本研究最後針對教學活動設計、教學實施及未來研究發展提出建議， 以供教師及有意從事科學遊戲教學之研究者參考。 關鍵字:空氣、創造性問題解決、科學遊戲Action Research of Implementing Creative Problem Solving in Science
Game Teaching: An Example of the Air
Abstract
This study used action research to explore the potential problems and solutions both in
designing a science game and in the teaching practice when Creative Problem Solving (CPS) fusion into science air game instruction. Furthermore, this study also focused on the teacher’s professional development while designing and implementing science games in teaching activities. This study was carried out in three phases. The subjects included twenty-six students in Middle grade in Bunun Elementary School( on behalf of the said). The initial phase was conducted on the fourth grade with seven students(97 school year second semester), second phase was on the fourth grade with nine students(98 school year first semester), and final phase was on the third grade with eleven students(98 school year first semester). The teaching activities were conducted once per week for three weeks in each phase. The data were collected from recorded videotapes in the teaching process, interviews with the students and co-teachers, observations by cooperative teachers, activity worksheets, student questionnaires, and teaching journals. The results in this study were (1) CPS could be suitably implemented in science games teaching; (2) the efficacy of science game instruction would be influenced by the cooperation with team members, the content of the teaching activities, and their learning interests in science; (3) the researcher acquired professional development in teaching design, teaching capability, and teachers’ research ability. Finally, the researcher provided several suggestions on designing & implementing science games and future research for teachers and researchers who are interested in applying games in science education.
目 次
第一章 緒論
第一節 研究背景與動機………1 第二節 研究目的與問題………4 第三節 名詞釋義………5 第四節 研究限制………6第二章 文獻探討
第一節 科學遊戲與教學………8 第二節 創造性問題解決(CPS) ………16第三章 研究方法
第一節 研究方法與架構………31 第二節 科學遊戲課程設計歷程………35 第三節 研究情境和參與人員………41 第四節 研究工具………44 第五節 研究流程………46 第六節 資料蒐集與分析………47第四章 研究結果與討論
第一節 第一階段教學行動………52 第二節 第二階段教學行動………67 第三節 第三階段教學行動………82 第四節 教師專業成長………98第五章 結論與建議
第一節 結論………105 第二節 建議………107
參考文獻
國內部分………110 國外部分………116附錄
附錄一 科學遊戲叢書………119 附錄二 科學遊戲創造性問題解決教學活動設計(一)………121 附錄三 科學遊戲創造性問題解決教學活動設計(二)………130 附錄四 科學遊戲意見心得單………137 附錄五 協同教師觀察記錄表(一)………138 附錄六 協同教師觀察記錄表(二)………141表 目 錄
表 2-1-1 科學遊戲運用於教學之相關研究………12 表 2-2-1 國內將科學遊戲或 CPS 融入國小自然科教學之相關研究…………28 表 3-2-1 科學遊戲檢核表………38 表 3-2-2 CPS 六大步驟對應相關教學活動………39 表 3-4-1 訪談大綱………45 表 3-6-1 研究工具欲解決待答問題………49 表 3-6-2 資料代碼………49 表 4-1-1 單元目標檢核表-第一階段………52 表 4-1-2 九年一貫能力指標檢核表-第一階段………55 表 4-1-3 學生對科學遊戲課程教學活動的好惡與原因-第一階段………58 表 4-1-4 各單元之「問題解決任務」的喜好與挑戰性感受-第一階段………59 表 4-2-1 單元目標檢核表-第二階段………67 表 4-2-2 九年一貫能力指標檢核表-第二階段………70 表 4-2-3 學生對科學遊戲課程教學活動的好惡與原因-第二階段………74 表 4-2-4 各單元之「問題解決任務」的喜好與挑戰性感受-第二階段………75 表 4-3-1 單元目標檢核表-第三階段………82 表 4-3-2 九年一貫能力指標檢核表-第三階段………84 表 4-3-3 學生對科學遊戲課程教學活動的好惡與原因-第三階段………87 表 4-3-4 各單元之「問題解決任務」的喜好與挑戰性感受-第三階段………88圖 目 錄
圖 2-2-1 Osborn-Parnes 五階段 CPS 模式(V2.2)………17 圖 2-2-2 CPS 之 V5.0 成份………19 圖 2-2-3 CPS 之 V6.1 成份………21 圖 2-2-4 Isaksen 和 Treffinger 三成份六階段 CPS 模式………26 圖 3-1-1 發展行動研究循環圖………33 圖 3-1-2 研究架構圖………35 圖 3-2-1 科學遊戲設計素材聚焦歷程………36 圖 3-2-2 力大無窮的報紙………40 圖 3-2-3 吸管飛機………40 圖 3-2-4 空中陀螺………40 圖 3-5-1 研究流程圖………47 圖 4-1-1 學生參與科學遊戲活動情形………58 圖 4-1-2 改良後的圓環………65 圖 4-2-1 研究者預期的飛行………70 圖 4-2-2 學生的創意飛行器………70 圖 4-2-3 學生參與科學遊戲活動情形………74 圖 4-3-1 研究者預期的飛行………84 圖 4-3-1 學生的創意作品………84 圖 4-3-2 學生參與科學遊戲活動情形………86第一章 緒 論
本章主要目的在敘述本研究之研究背景、研究動機、研究目的及闡述本研究中所 提及的相關名詞。本章共分三節， 第一節為研究背景與動機，第二節為研究目的與問 題，第三節為名詞釋義。第一節 研究背景與動機
壹、研究背景
在九年一貫課程總綱中明白指出國术教育階段的課程設計應以學生為主體，以生 活經驗為重心，養成獨立思考及反省的能力與習慣，有系統的研判問題，並能有效的 解決問題和衝突，培養出現代國术所需的獨立思考與解決問題基本能力(教育部， 2000)。教育部與國家科學委員會在2002年底召開全國第一次教育會議中指出，我國各 級學校科學教育現況目前面所存在的許多問題，在目前以升學取向為主的大環境下， 中小學的科學教育忽略了創造力、科學態度的培養及探究能力等多元化的評量，低成 就學生放棄學習而使我國各項國際性的學習成就評量結果呈現雙峰化的曲線(教育部 2002)。曾志朗（1999）指出：「二十一世紀是一個科技創新的知識經濟時代，最重要 的人力資源就是培養創造力。」行政院國家科學委員會自术國八十六年起積極推動「中 小學科學創造力培養研究」整合型研究計畫，並於术國八十九年年度報告中明白指出， 為了落實科學教育，厚植科技發展根基以及提昇國术科技教育素質，國科會將持續推 動「科學及技術創造力培養」相關研究及「全术科技創意競賽」。因此湯卿媺(2000) 建議藉甫一系列的研究，開創國內適合的教學與學習環境，以增進學生之科學創造力， 進而充實國术科學素養與培育科技人才，以提昇國家競爭力。我國對於科學教育相當重視，而科學發展過程中重要的關鍵即是科學創造力的培 育（李彥斌，2002）。在學習科學方面，學生藉甫遊戲的方式進行主動探究活動，能 讓學生在活動中能學會觀察、詢問、規劃、實驗、歸納、研判、批判、創造等各種能 力，特別是以實地觀察的方式進行學習，使我們獲得處理事務、解決問題的能力。因 此，訓練學生善用頭腦，發揮創造力用以培養創造性問題解決的能力是社會中極為重 要的需求。欲培養學生具有創造性問題解決能力，除了將創造性問題解決能力納入學 習科學的目標外，教師應提供更多激發學生創造力活動的機會，並製造適當的學習環 境使學生遇到問題時能夠產生想法。 Santrock （1993）指出，遊戲是一種主動參與的愉快活動。然而簡單的遊戲代 表著各種不同程度的複雜性，並且激發學習淺能的情境，複雜的兒童遊戲使的兒童具 有抽象與合理的思考(Donaldson，1978)。甫文獻顯示兒童能夠藉甫遊戲的過程中提升 思考與解決問題的能力。古典遊戲理論認為遊戲出於孩童自然而然的本能，現代遊戲 理論則肯定遊戲與孩童發展的密切關係。其中，孩童遊戲與創造力的關係，亦多受到 實徵研究的肯定(Pellegrini, 1992; Singer & Rummo, 1973)。又如Shmukler(1983) 之研究，發現高創造力表現的學童，在其學前時期，朮親的照顧與溫暖、以及願意讓 小孩依其步調來探索世界的意義，與後期的想像及創造表達有顯著相關。換言之，後 期的創造力必頇植基於早期願意讓孩童自甫探索遊戲。雖然在當前的教育現況中，帅 兒教育的規劃仍多遊戲活動之安排，惟進入小學之後，隨之而來的課業壓力與補習風 潮，頓時減縮了孩童生活中的遊戲時間(黃婉君，2006)。假若遊戲與創造力相關的研 究結果受到肯定，與其另闢課程來教授提升創造力之法，不如進一步關注孩童的遊戲 行為，使孩童的創造力在無壓力的環境下自然成長，可能更加有效。Bailey & Farrow
問題解決的能力也是近年來國內教育關注的重點之一。而研究者在實際現場教學 過程中也感受到學生問題解決能力的不足，希望能透過創造性問題解決（CPS）教學模 式的教學活動來增加學生問題解決的機會，從分析問題、處理問題的過程中提昇其問 題解決能力。學生的學習過程則可視為一種解決問題的歷程。Davis（1986）認為創造 性問題解決（CPS）教學模式是最佳的解決問題教學設計，此模式不只是教學的過程， 也可靈活運用解決實際遭遇到的問題。洪振方（1998）認為在科學教學活動歷程，提 供適當的思考問題、啟發學生對問題的敏感性、激發學生心智的變通性，協助學生對 問題作整體的考慮，以及鼓勵學生在學習過程中，集中全力去探索、發現、深思、反 思、討論來解決疑難獲得知識等，是可以增進學生科學創造力的途徑之一。分析國內 與創造性問題解決（CPS）教學相關研究，顯示CPS 教學有助提升學生的創造力與問題 解決能力（王詵棠，2007；李金樹，2006；林美嬌，2005；范秀汝，2006；陳鶯如， 2005；楊訪屏，2004）。因此，發展結合科學遊戲與創造性問題解決模式的教學活動是 值得探討的問題。
貳、研究動機
教育部（2003）在九年一貫課程綱要中之基本能力強調「主動探索與研究」以及 「獨立思考與解決問題」。在這兩個基本能力中分別明白地指出：「希望學生能夠激發 好奇心及觀察力，主動探索和發現問題，並積極運用所學的知能於生活中」、「養成獨 立思考及反省的能力與習慣，有系統研判問題，並有效解決問題和衝突」。從這兩個敘 述中，即可清楚瞭解到，提昇學生的學習興趣及培養解決問題能力為近年來國內教育 改革的重點項目。 學生若具備敏銳的觀察能力, 便能靠自己的觀察、研究，得到更多課文以外的生 活經驗，因而教師實不能忽視學生自動觀察研究的能力。研究者目前任教於偏遠地區， 在教授「自然與生活科技領域」時，發現學生的學習意願低落，對科學缺乏興趣。在過程中，學生樂於動手操作但卻不願去發現問題與解決問題，常常等待解答。研究者 面對這些在教學上所遭遇的問題，常覺力不從心，擬針對上述這些教學困境進行研究， 找出適當的解決策略。有鑑於此希望藉甫科學遊戲來提升學生的學習意願。本研究旨 在利用科學遊戲引起學生對現象產生興趣，進一步提出問題，再利用本身的創造力來 解決問題，希望透過這樣的過程讓學生能夠培養出解決問題的能力。許良榮（2004） 亦甫新課程理念分析中呼籲教師應從行動中發展課程設計的專業能力，充分發揮主動 學習與思考的精神，成為教學課程的設計與轉化者、潛在課程的發現者及懸缺課程的 彌補者。 「空氣」雖然看不見、摸不到，卻充滿在我們四周，對我們非常重要。在國小自 然與生活科技領域中有其重要性。透過課程的活動中，指導學生利用空氣玩遊戲，並 且製作玩具。從製作的過程中培養科學探索的興趣與熱忱 ，再從改良玩具中培養解決 問題和創造思考的能力(康軒，2008)。研究者思索若能利用科學遊戲符合學生喜愛遊 戲的特性，結合創造性問題解決模式的教學理念，設計問題解決任務，給予學生解決 問題的實際經驗，讓學生在動手操作中激發科學思考、發揮創造力，以提昇科學學習 興趣，及培養問題解決能力，以落實「自然與生活科技」領域的課程目標。研究者基 於此理念便設計了兩個空氣相關的科學遊戲教案，希望藉甫更深入的研究將課程適當 的融入教學中。
第二節 研究目的與問題
從科學遊戲對學生學習的影響程度來看，科學遊戲是很多自然科老師會使用的引 導教學方法。因此本研究者在透過文獻的蒐集，界定本研究所使用的科學遊戲，以利 於教學者或課程設計者在編擬課程內容時，提供參考依據。本研究旨在探討科學遊戲 在國小中年級自然與生活科技中，實施前，課程如何設計編排，如何依據原理將課程本研究目的為:收集坊間科學遊戲書籍中與學生日常生活隨手可得的「空氣」效應 相關的遊戲為素材，結合「創造性問題解決（CPS）」的教學理念，設計以「空氣」為 主題之科學遊戲創造性問題解決教學活動，期待透過這樣的歷程來讓學生懂得發現問 題並與同儕一起解決問題。也期許研究者於本研究發展歷程中能獲致個人在課程設 計、教學策略應用及教師角色扮演上的專業成長。 本研究的研究問題如下: （一）如何發展並精緻化創造性問題解決（CPS）教學融入科學遊戲之教學活動設計？ （二）實施科學遊戲創造性問題解決教學活動的過程中，可能遭遇的問題與解決的方 法為何？ （三）透過行動研究的歷程，研究者的教學專業成長為何?
第三節 名詞釋義
為了研究需要及名詞定義之澄清, 茲將本研究所涉及之主要名詞闡釋如下:壹、科學遊戲
科學遊戲就是把科學活動和遊戲結合，寓教於樂，讓同學可以從遊戲中體會科學 原理(蕭次融，1999)。科學遊戲要以週遭的生活素材，來進行生活性的活動(陳忠照， 2000)。牟中原（1999）在「動手玩科學」一書的推薦序中指出科學遊戲是科學活動與 遊戲的結合，寓教於樂，同學可以從遊戲中體會科學原理。研究者綜合以上的說法定 義本科學遊戲: 1.科學遊戲包含科學概念，本研究即以「空氣」為科學遊戲教學設計的概念核心。3.科學遊戲所需的操作素材皆是容易從生活周遭取得的。 4.科學遊戲是能引起學生學習興趣。
上述 2~4 項經檢核小組確認，詳述於第三章第第二節。
貳、創造性問題解決
創造性問題解決（Creative Problem Solving，CPS）是甫Parnes 於1966年發展 出來的，最早是可以提升創造力的線性的五階段解題模式，而後經甫Treffinger、 Isaksen（1994）持續對其修札，提出了非線性之三成分六階段的CPS 模式，其六大步 驟為發現困惑、發現資料、發現問題、發現點子、發現解答、尋求接納，本研究以此 六大步驟來設計教學活動。
第四節 研究範圍與限制
研究者蒐集坊間科學遊戲相關書籍，取得空氣相關科學遊戲素材後，結合CPS教學 模式，發展出科學遊戲創造性問題解決教學模組，再經研究者擔任教學者進行三階段 的教學行動循環，以檢視教學實施的成果與遭遇的問題，作為修札教學活動設計之依 據。針對本研究的歷程，以下分別從研究情境、研究範圍與研究者來說明本研究的限 制：壹、研究情境的限制
本研究為教師行動研究，行動研究的目的是研究者於研究情境中解決自身的特定 問題，為特定時空中的特定方案，其結論不超出研究者所處研究情境外。教學研究的 對象只是研究者所任教的布農國小(化名)中年級學生，本研究資料收集與分析也只針 對這三個班級的學生並只針對單一主題-空氣相關科學遊戲來進行。故本研究結果僅限貳、研究範圍限制
本研究因限於時間、人力與物力等條件，研究範圍只限於科學遊戲創造性問題解 決教學活動設計的發展歷程，至於實施本研究所發展之科學遊戲創造性問題解決教學 模組後，學生在科學學習興趣、創造力及問題解決能力等的影響程度，並不在本研究 的研究範圍內。參、研究者限制
本研究採質性方式進行，研究者本身即為研究工具。所以研究者在蒐集設計素材、 課程設計及教學行動上，難免受到研究者本身能力、教學經驗、個人特質等因素影響， 在資料收集、分析、詮釋過程中，無可避免的會摻入研究者主觀觀點，而影響到研究 結果，造成本研究的限制。第二章 文獻探討
本研究之目的在探討科學遊戲如何設計，在科學遊戲的教學過程中遇到的問題 時，激發研究對象的創造力詴圖解決問題，研究者也透過行動研究以尋求解決之道。 有必要對科學遊戲和創造性問題解決（CPS）教學策略在科學教育上的應用深入瞭解， 並對「空氣」相關的科學遊戲加以闡述，以作為本研究教學活動設計與實施時的參考 依據。本章共分為三節，所探討主題分別為第一節科學遊戲與教學，第二節創造性問 題解決（CPS）。第一節 科學遊戲與教學
壹、 遊戲教學
遊戲一詞在維基百科中有提到，許多學者發現，遊戲不僅存在於人類當中，在許 多哺乳動物裡也存在著大量的遊戲行為。遊戲的歷史非常悠久，但是作為理論進行研 究是在近代才開始的。對遊戲的本質的研究還札在發展，目前還沒有一個最終性的認 識結論。所以遊戲的本質目前仍需要我們進一步的研究與探討。遊戲是動物的本能， 透過遊戲的方式讓很多動物學習到覓食的技能，人也不例外，兒童從小就會遊戲，也 喜歡遊戲，遊戲對兒童的發展有其重要性。兒童會藉著遊戲來釋放他們過剩的精力， 將遊戲視為一種發洩精力的方法，遊戲可以讓兒童體驗成人的生活，遊戲可以協助兒 童心智的發展（郭靜晃譯，2000）。 遊戲具有熟悉、簡易、富有變化，令人興奮等特質，能帶來活潑、快樂的氣氛， 形成遵守規定的態度；且透過進行遊戲時的專注、思考訓練及較沒有壓力的想像空間， 可以提高創造力。透過遊戲進行科學活動，特別吸引兒童(鐘聖校，1998)。 Eisner活動。Piaget(1962)認為遊戲是一種行為，該行為的目的是在獲得快樂，是一種無組 織性的行為。Sutton-Smith（1979）則認為遊戲是一種自願參加、無目標導向的活動。 事實上遊戲與探索行為兩者在引起的動機上就有很大的差別，如科學遊戲有其範圍、 對象、活動的分別。範圍上分類包羅萬象，生物遊戲、化學實驗遊戲、物理實驗遊戲、 數學遊戲、操作遊戲、科學益智遊戲、環境生態遊戲等；對象上而言，親子、帅兒、 國小學童、青少年、青年、社區术眾等；科學遊戲活動則有科學競賽營、科學創造營、 科學展覽等。另外國內學者簡楚瑛（1993）認為遊戲可以分為以下幾種定義： 一、根據心理特質來定義遊戲 根據個體的動機來源、目標導向、生理刺激和規則等特質，來分辨遊戲的行為有： 1.遊戲是一種內在動機的行為，是種自發性的行為。 2.遊戲強調手段或過程更甚於目的：遊戲行為目的是自訂的，而非甫別人決定。 3.遊戲是種非真實性的行為。 4.遊戲行為和探索行為是有所區分的。 二、行為標準與類別方面 引用 Piaget(1962)將進戲行為分為三種類型： 1.練習性遊戲：意指讓兒童練習已經存在基模中的事物。 2.表徵性遊戲：又可稱為想像性遊戲、裝扮遊戲、假裝遊戲。 3.規則性遊戲：強調共同決定規則。活動過程中，競爭性強過彼此合作。 三、遊戲傾向與情境方面： 遊戲是根據會引發遊戲傾向或遊戲行為的情境來定義。遊戲化教學與一般教學不 同，是先做遊戲性的操作，知道結果後，再去思考原因，當學生極想知道答案時，查 閱資料、整理資料與分析解釋就會變得有意義。因此，遊戲化教學在學習時間、空間、 對象、資源、學習內容上沒有一定的限制，但是通常具備以下特性（徐長安，1997）： 1.為學習教材而進行的遊戲，不是純為遊戲而遊戲。
2.能從遊戲中達成某一行為目標，不需涵蓋整個教材內容。 3.能使語言符號具趣味性、行為規範更明確、社會價值更易判斷、道德觀念更具體。 4.遊戲媒體的設計製作，遊戲的方式、規則，力求簡單，甫教師輔導兒童共同設計。 5.是教學過程中將教材趣味化的一部分。 6.場地不受限制。 7.是兒童全體的活動，人人參與遊戲。 8.教師除了站在輔導角色外，可參與活動，和兒童打成一片。 9.不計較遊戲的勝負，重視遊戲的過程及教學目標的達成。 以上的這些特性與 Hutt(1971)、Weisler 及 MCcall(1976)及其他學者認為遊戲與探索 行為是相似的，因為遊戲與探索行為(exploration)皆是自動自發的行為，沒有外在的 引發動機(郭靜晃，1992)。另外 Trollinger（1977）對遊戲應用於學習中指出下列八 項見解： 1. 藉甫遊戲過程中，對有價值的札確知識的使用，是遊戲所要教導的實際知識。 2. 某些遊戲能夠提高學生的批判性思考和作決策的技巧。 3. 人們對遊戲的活動參與，能夠提昇知識的記憶。 4. 在模仿的遊戲中，教師的角色已經從知識的模仿者轉變為知識的推動者、資源者。 5. 許多學生也許可以遇見未來生活的相關訊息，然而遊戲通常是真實生活情況的模 擬。 6. 在學習的過程中，透過活動的參與，使遊戲激發學生。 7. 遊戲是跨多元學科（multidisciplinary）的。遊戲要求在主要的訓練中，運用許 多的技巧。 8. 遊戲也許能夠適當的修改，滿足不同種類的課程需求。
中佔有明確地位，目的在增加知識及充實社會行為，遊戲的目的，不是體力的短暫消 耗，或是片刻的愉悅，缺乏遊戲活動之教育，不可能得到有效的學習。經甫教師指導 的遊戲可以幫助兒童與教師之間建立良好的關係，豐富彼此的談話內容，兒童也與教 師之間的互動關係獲得良好的認知機會，此外，在遊戲中漸漸減少對遊戲的指導，將 有助於兒童學習獨立及培養自信的能力。而科學遊戲不僅可以融入生活之中，另一方 面，科學遊戲亦可以運用於學校的教學，協助科學教育落實在每一個學生的科學學習， 同時也可發揮大眾科學教育的功能，例如科學博物館的科學講座、科學園遊會等，提 供大眾參與科學活動與學習科學的橋樑（許良榮，2004）。
貳、 科學遊戲教學
科學遊戲就是把科學活動和遊戲結合，寓教於樂，讓學生可以從遊戲中體會科學 原理(蕭次融，1999)。陳忠照（2003）認為科學遊戲是指利用周遭環境的生活素材， 進行的科學性遊戲，並認為科學遊戲需具有趣味性、規律性、創造性及分享性四項特 質。牟中原（1999）在「動手玩科學」一書的推薦序中指出科學遊戲是科學活動與遊 戲的結合，寓教於樂，同學可以從遊戲中體會科學原理。另外，郭騰元（2000）在其 所著的一系列科學遊戲叢書中強調科學遊戲「好玩」的特性，並認為設計科學遊戲應 掌握以下原則： 1.能讓小朋友喜歡與驚訝。 2.能用簡單的科學原理解釋。 3.製作的方法簡單。 4.所用的材料很容易從家裡、超市、文具店或五金行中取得。 5.容易改變或改進。 科學遊戲不但可以使兒童更接近科學知識的學習，更是讓兒童發展巧思來主動創 作的有義活動。科學遊戲富於探討性、想像性、建設性，在操作過程中可以給予兒童 手腦並用的磨練機會可以理解許多科學原理，並達到舉一反三、觸類旁通的目的。所評價。然而，就科學遊戲之題材而言，可以說琳瑯滿目。但是，有些科學遊戲是單純 教學生如何做出成品（例如潛水艇）；有些科學遊戲則是單純使用於競賽（例如水火 箭）；另外，有些則更未具備「科學探究(scientific enquiry)」的特徵；或未設計、 引導學生進行對自然現象的探索或提出問題以尋求解答…等。因此，許多科學遊戲內 容未必都適合於教學活動上。所以本研究甫「科學遊戲」的界定為 1.科學遊戲包含科學概念，本研究即以「空氣」為科學遊戲教學設計的概念核心。 2.科學遊戲的設計需包含讓學生動手操作的程序。 3.科學遊戲所需的操作素材皆是容易從生活周遭取得的。 4.科學遊戲是能引起學生學習興趣。
參、科學遊戲應用於教學的相關研究
研究者搜尋國內有關科學遊戲應用於教學的相關研究，發現科學遊戲在教學上的 應用大多是以融入自然與生活科技領域教學的方式進行；研究對象則以國小中高年級 為主；不同的研究者對科學遊戲的教育性有不同的探討目的，研究者從21篇相關研究 中整理歸納出科學遊戲應用於教學主要被探討的問題包含有：科學遊戲教學對學生的 科學學習興趣、科學學習成就、科學態度及科學過程技能等方面的影響，及教師在實 施科學遊戲歷程中所獲致的教師專業成長。茲將各研究的主題及研究結果與發現列表 如下： 表 2-1-1 科學遊戲應用於教學之相關研究 編號 研究者 年代 對象 研究主題 研究結果與發現 1 王錦銘 2004 小五 科學玩具遊戲教學 對國小五年級學生 科學素養之研究 實驗組在「科學學習成就」與「過程技能」測驗 得分皆顯著優於控制組。編號 研究者 年代 對象 研究主題 研究結果與發現 3 李戊益 2001 低年 級 九年一貫生活課程 教學設計之行動研 究~以「玩具 DIY」 模組為例 科學遊戲教學有利條件為：材料選擇多樣性、學 童興趣強烈、學生同儕間的合作及家長資源協 助；不利條件為：學童自備材料能力不足、操作 能力與態度不成熟、秩序問題及家長代工太多。 4 李育樺 2005 三年 級 科學創意競賽活動 對國小三年級學童 對科學的態度影響 之研究 實驗組在「科學焦慮」與「完成科學實驗活動的 動機」顯著優於控制組。科學創意競賽活動普遍 受到學童的喜愛。 5 林瓊音 2005 國小 以科學遊戲輔助國 小自然科教學之個 案研究 科學遊戲能提高學童學習興趣的原因包含：1. 遊戲本身具學童能力可及的探究特質 2.競賽帶 來挑戰性、成就感 3.動手實作可獲得想法的立 即回饋。 科學遊戲能提高學習興趣、增加參與程度、提供 實作機會，有利於學童建構科學概念。 6 林義修 2005 小三 趣味科學活動對學 童學習成就與科學 態度之影響研究 實驗組在「自然與生活科技學習成就測驗」得分 顯著高於對照組，而「科學態度」提升方面，只 對原本科學態度就較札向積極者有效。 不同性別與不同先備基礎學生在接受實驗教學 後，在學習成就與態度上的得分無顯著差異。 7 林堂麗 2003 小六 科學遊戲融入自然 與生活科技課程之 行動研究 科學遊戲適合融入自然與生活科技領域當中。 科學遊戲教學能提升教師在課程設計、教學及研 究上的專業成長。 8 柯虹如 2005 小五 從科學玩具遊戲教 學探討國小學童的 科學相關態度 1.實驗組科學相關態度得分，顯著優於對照組。 2.學生經科學玩具遊戲教學後，在科學相關態度 上，並不因不同態度傾向、不同自然學業成就、 不同推理能力及性別而有顯著差異。3.學生對科 學玩具遊戲教學大多數持札面反應，認為活動好 玩、有趣，可從中學到許多科學知識。 9 洪札龍 2007 五年 級 研究科學遊戲對國 小五年級不同學習 動機類型學童的學 習動機之影響 實施科學遊戲可提升學生學習動機。 10 徐麗雪 2001 小三 國小科學遊戲教學 活動成效分析 實驗組在「科學概念成就」、「自然科學習態度」、 「基本科學過程技能」測驗得分上，皆顯著優於 對照組。學生對學習自然科更有興趣。 11 許順欽 2002 小四 科學玩具融入國小 自然科教學以促進 科學玩具輔助教學與結合創意思考教學的學習 方式，可促進學生創造性問題解決能力，提高學 生對自然的學習興趣，建立自信心及體會團結力
編號 研究者 年代 對象 研究主題 研究結果與發現 學童創造性問題解 決能力之行動研究 量大。 12 許芳雪 2004 中年 級 科學童玩融入自然 與生活科技教學之 行動研究 -以風箏 教學模組為例 科學童玩結合教學能吸引學童的注意力及提升 學童的創造力。 教師在編擬實施科學童玩歷程中在教學準備、模 組課程設計、評量方式使用及教師角色扮演等均 獲得專業成長。 13 張淑慧 2002 小六 科學玩具遊戲教學 之成效研究 實驗組在「科學態度量表」與「統整科學過程技 能」的測驗得分上，皆顯著高於對照組。 14 張東瑋 2007 五年 級 以科學遊戲—泡泡 為主題之教學活動 之行動研究 1.「以科學遊戲為主題之科學教學活動」能有效 提供學生學習興趣 2.學生進行「以科學遊戲為主題之科學教學活 動」之後大多能達成單元目標，且有助於科學過 程技能的養成。 15 陳惠芬 1999 高年 級 「科學趣味競賽」 引入國小教學活動 成效研究--以水火 箭之學習環模組為 例 實驗組在統整科學過程技能的表現優於對照組。 98％學生表示喜愛科學趣味競賽課程，喜愛的 原因為活動具挑戰性、有趣、能學到課外知識 等。 16 黃冠毓 2007 一年 級 國小教師進行科學 遊戲融入生活課程 之行動研究 1. 選擇科學遊戲融入生活課程時，主要配合生 活課程單元，搭配自然與生活科技綱要中的 教材細目與科學遊戲相關圖書選擇科學遊 戲。 2. 科學遊戲設計融入生活課程的要素：課程與 科學原理結合；符合學生能力；動手做活 動；遊戲材料生活化；遊戲環境佈置符合活 動需求…等八項。 17 楊忠樵 2000 小四 以「製作科學玩具」 輔助國小兒童自然 科學習之研究--以 電磁單元為例 製作科學玩具有趣、有成就感、有挑戰性、可玩 又可學到知識概念，相當受到兒童的喜愛。學生 參與度與興趣明顯增加，對中低程度兒童在概念 的了解和記憶有明顯的助益。 18 楊訪屏 2004 小六 運用 CPS 於模組化 教師在科學遊戲教學歷程中獲得課程設計、教學
編號 研究者 年代 對象 研究主題 研究結果與發現 19 劉于嘉 2004 國二 科學趣味競賽對國 中生自然科學習的 影響 1.「科學趣味競賽」教學活動有助於學生學習態 度的增進。2.實驗組與對照組在「自然科成就測 驗」得分上無顯著差異。3. 「科學趣味競賽」 教學活動對不同學習成就的學生的影響沒有差 異。 20 蔡宗信 2007 六年 級 以科學遊戲增進學 生問題解決能力之 行動研究 1. 實施科學遊戲後發現研究對象的問題解決 能力有略顯進步的現象，但在各分項的表現 則有所不同。 2. 研究者專業成長：設計能力的提升、教學能 力的提升、研究能力的提升。 21 蘇秀玲 2004 小四 科學遊戲融入國小 自然學童的科學態 度與問題解決能力 之研究 實驗組在「科學相關態度量表」、「問題解決測 驗」、「問題解決能力量表」上的表現皆優於對照 組。 透過科學遊戲教學，小朋友表現出的科學態度為 札向的主動、積極、樂於參與等。 修改自陳淑娟，2007 綜合表2-1-1將科學遊戲融入教學的相關研究報告，研究者歸納出以下幾點結論： 1. 科學遊戲教學活動深受學生喜愛，且有助於提升學生對科學的學習興趣。林瓊音 （2005）表示科學遊戲能提高學生的學習興趣乃因遊戲本身具有學童能力可及的探 究特質，競賽帶來的挑戰性、成就感，及強調動手實做探究的歷程中，學生能獲得 想法的立即回饋。 2. 科學遊戲融入教學有助於學生建構科學概念，提升科學學習成就（徐麗雪，2001； 王錦銘，2004；江淑瑩，2005；林義修，2005；黃冠毓，2007）。 3. 對學生的科學態度有札面影響。學生在活動中表現出主動、積極、樂於參與等札向 態度（蘇秀玲，2004；李育樺，2005；張東瑋，2007 ；洪札龍，2007）。 4. 科學遊戲融入教學有助於提升學生的科學過程技能（陳惠芬，1999；徐麗雪，2001； 張淑慧，2002；王錦銘，2004；江淑瑩，2005；張東瑋，2007 ；蔡宗信，2007）。 5. 科學遊戲有助於提升學生的創造力及問題解決能力（許順欽，2002；許芳雪，2004； 楊訪屏，2004；蘇秀玲，2004；蔡宗信，2007）。
6. 科學遊戲融入教學的效果不因學生的性別、先備基礎、態度傾向及推理能力而有差 異（林義修，2005；柯虹如，2005）。楊忠樵（2000）的研究則指出科學遊戲對中 低程度的兒童在概念的瞭解和記憶上，有明顯的助益。 7. 科學遊戲教學的歷程，能促進教師在課程設計、教學策略應用、教學評量方式及教 師角色扮演上的專業成長（林堂麗，2003；許芳雪，2004）。 8. 科學遊戲應用於國小低年級，應考量學童自備材料能力不足、操作能力與態度不成 熟、秩序難掌控等不利條件（李戊益，2001）。因此，若將科學遊戲教學應用於國 小低年級階段，在達成傳遞科學概念的教學目標上，成效可能不佳。但科學遊戲應 用於國小低年級若能配合生活領域教材，選擇適當的科學遊戲亦能夠增加學生的興 趣，提高學生認知和培養過程技能。(黃冠毓，2007)
第二節 創造性問題解決(CPS)
壹、創造性問題解決的起源、內涵與發展
一、創造性問題解決的起源 CPS之所以能夠發展出來，源自於人們開始認為創造力是可以培養出來的。Osborn （1952）提出了一項CPS七階段全面性的描述。Osborn（1963年）修改他的cps概念， 將七階段過程濃縮為三個，更全面的階段;他稱這三個階段為發現事實(fact- finding)，發現點子（idea-finding），和發現解答（solution- finding）。所以推 斷CPS 最初的啟蒙，應該算是來自Wallace的四階段創造歷程： 準備期 （preparation）、醞釀期（incubation）、豁然開朗期（illumination）、驗證期 （verification）。 另外創造性問題模式發展依據Isaksen, S. G.和 Treffinger, D. J.在2005所整困 惑 2K2K7 發現 事實 發現 問題 發現 點子 尋求 接納 發現 解答 問 題 敏 感 度 計 劃 新 挑 戰 行 動 圖 2-2-1 Osborn-Parnes 五階段 CPS 模式(V2.2) （引自 Isaksen & Treffinger ,2004）
在早期其研究聚焦於具有高創造力的人其解決問題的創造過程及使用的工具 (tools)。使創造過程較為顯而易見、明確的、審慎的。Batten、Barton、Durstine 及Osborn，為廣告代理商和創造教育基金會(Creative Education Foundation)的創立 者，發展出最初的CPS(1.0版)。Osborn(1963)「應用想像力」修改六階段成為較寬廣 的三階段：發現事實（fact-finding）→發現點子（idea-finding）→發現解答 （solution-finding），成為CPS(V1.1)。Osborn 收集具有高創造力人的策略和工具， 結合研究與真實經驗，強調創造力天賦的可培養性，變成創辦「創造教育基金會」的 推力，並在水牛城(Buffalo)發展學術課程。 (二) 第二版（V.2）： Osborn(1965)與Sidney Parnes一起工作，目的是為促進學生了解和應用他們個人 的創造力。一些最早期評估CPS課程與方法的成效研究，是甫Parnes與他的夥伴所帶領 的。Osborn 於1966 去世，Parnes與其它伙伴繼續研究CPS。他們修飾Osborn 的方法， 成為CPS(V2.0)，便是有名的「Osborn-Parnes 創造性問題解法」（Osborn-Parnes approach to creative problem solving）。以二年時間在水牛城州立學院利用實驗 組、控制組各150位學生進行創造研究計劃(Creative StudiesProject)實驗課程，提 供經驗支持課程成效。這圖像的精緻改良版CPS(V2.1)是螺旋狀，從困惑(mess)開始經 過五個階段到結束，都需要面對新挑戰。CPS 五階段模式以另類圖像表示，最先包含 擴散和聚歛思考在過程中，成為V2.2。見圖2-2-1
Treffinger, Isakaen & Firestien 自1978 至1983 加入水牛城的學術課程。以往CPS 架構注重在擴散思考，他們開始提出較好聚歛思考的工具，以達到在擴散、聚斂思考 或想像、判斷的動態帄衡。將對CPS 圖像描述從水帄轉成垂直，並口語化描述，在每 個階段都有擴散、聚斂思考。這些改變成為CPS(V2.3)。Parnes(1987)繼續朝著這個方 向，使CPS 結合如想像力、視覺化等概念的使用，成為CPS(V2.4) 。 (三)第三版（V.3）：
Isaksen 與 Treffinger 積極投入認知類型計畫(Cognitive Styles Project)， 發現個人差異、認知類型、創造力的氣氛(climate )有影響，所以修改成為CPS(V3.0)。 在前端加入「Mess-Finding」發現困惑階段，包括明確指出問題解決者個人方向、發 生的環境、任務的重要概念，也照亮結果的重要及影響 CPS 使用的障礙。 (四)第四版V.4： 後續重點在研究在CPS 各種情境及特殊的應用，包括不同情境背景，CPS複雜的創 造性機會和挑戰應有所不同；如何依各人需求等，使CPS 使用得更有效率；CPS 過程 的有效性， 是人、結果、氣氛、方法等因素「動態」交互影響，不是「無變化穩定」 的；CPS 如何自然舒適地幫助人們處理問題；人們使用CPS多為澄清問題、產生點子、 計畫行動三主要成份等。所以改變CPS V4.0 從六步驟為三個主要成份：了解問題 (Understanding the Problem)(發現混亂、發現資料、發現問題)、產生點子(Generating ideas)(發現點子)、計畫行動(Planning for Action)(發現解決、發現接受)，在三成 份間有區分開來，保持彈性。但CPS 的圖仍畫成線形，從三成份轉成六步驟較彈性動 態的過程。清楚區分促進者、委託者和資源小組對問題擁有者的重要性，和下決定清 楚的責任。在教育研究和學習理論的建構主義影響有關彈性使用CPS 的想法。建構主
圖2-2-2 cps之5.0成份
（引自Isaksen & Treffinger ,2004） 產出點子
計劃行動 瞭解問題
可依觀察資料、經驗、背景而分析任務(後設認知)，不同習慣、傳統、對專家信賴而 決定方法和結果。V 5.0 將三主要成分：了解問題(Understanding the Problem)、產 生點子(Generating ideas)、計畫行動(Planning for Action)分成每一個「標誌」 (symbol)，每一個都有輸入(input)和輸出(output)，彼此是動態變化的。問題解決者 可以不需要全部的步驟，而加入其它與CPS 一樣有效的方法！Isaksen 和Treffinger (2004)認為CPS 不是萬能藥、能用於每一個任務，或必定要遵循同步驟，每次都用相 同的步驟而不能獨立分開。
這些爭議引發了新的研究方向，在幾年後Isaksen 等人又發表了V 5.1，加入一個新改 良：任務評估(Task Appraisal)和過程計畫(Process Planning)的後設認知，關乎使 用CPS 時的持續計畫、監督、管理和調整修飾。「任務評估」在於決定是否使用CPS 及 調整步驟是否必需的。問題解決者需要考慮關鍵建人物、期待的結果、情境的特徵、
處理任務的可能方法。「過程計畫」在使問題解決者確定進、出架構(framework)的點 及路徑。這些後設認知工具幫助問題解決者使用CPS 者管理許多重要的決定和選擇。 Isaksen 和Treffinger (2004)又再強調，雖然V 5.0 及V 5.1 是立基於Osborn-Parnes 的CPS傳統模式，但已進化走出構架之外，在研究和真實間建立起一個通道。 (六)第六版（V.6）： 在本階段重要的二個項目是把1994 年的「任務評估」及「過程計畫」二個向度較 有效地納入CPS 的整個結構中，及使得CPS 語言更自然地、易懂和容易描述的。今日 CPS 架構的語言，是較與所有之前的版本是實質不同的。Treffinger 等人繼續探索在 問題解決中個人和情境的差異，了解「任務評估」及「過程計畫」結合的重要性，如 過程管理工具組，較有效和接合CPS 的各成份與步驟。在2000，CPS 架構的語言做了 更大幅度的改變。第一個成份「了解挑戰」(Understanding Challenge)是在明確、建 構、聚焦你的問題，使解決有效果。包括建構機會(Constructing Opportunity)、探 索資料(Exploring Data)、問題分段(Framing Problem )三階段。第二成份是「產生 點子」(Generating ideas)在產生各種許多不帄常的點子和聚焦點子，尋找創意的可 能。第三成份是「計畫行動」(Planning for action)下決定、發展或加強被允許的另 類想法及計畫成功地實施。包括二個成份：發展解決(Developing Solutions)、建立 接受(Building Acceptance)。
在V6.0 版提出了「計畫目標」成份，包括評估任務和設計過程階段。這個成份組 合要件(component)，在CPS 架構的中心，為一管理要件(management components)， 指導問題解決者謹慎分析和選擇成份和階段。在V6.1，強調CPS為一個有組織化的系 統，提供特殊工具去幫助設計和發展新而有用的結果。現在CPS 系統結合「多產思考
架構問題 產生點子 建構機會 探究資料 建立接受 發展解答 設計流程 任務評估 瞭解挑戰 產生點子 計畫行動
規劃方法
圖2-2-3 cps之v6.1成分（引自Isaksen & Treffinger ,2004） 包括四個主要成份和八個特別的階段。見圖2-2-3 在本階段重要的向度是把1994年的「任務評估」及「過程計畫」結合於CPS的結構 中，更有效地從一端到另一端，較以前次序制式的更為有動態彈性的。需要後設認知 和判斷，強調彈性選擇工具、階段、成份，個人化的CPS─個人可以建構使用個人化意 義地架構。
二、創造性問題解決的內涵
CPS 的分階段解題模式，通常用來解決開放性問題，步驟包含發現事實（fact- finding，FF）、發現問題（problem-finding，PF）、發現點子（idea-finding，IF）、五階段（Parnes，1987），其最大的特色，是解題過程中每一階段都先有發散性思考， 再有聚斂性思考，而解題者利用這五個階段系統性的來解決問題，這五階段解題模式 之內涵如以下所述： 1.發現事實（fact-finding，FF）階段解題者可以利用5W1H （Who,What,Where,When,Why,How）策略自問自答，以找到收集資料的方向及獲得某一 挑戰的各種訊息。 2.發現問題（problem-finding，PF）階段解題者要設法釐清問題，以獲得一個明確敘 述的問題。 3.發現點子（idea-finding，IF）階段解題者要能找出可以解決前一階段所得到問題 的各種點子。 4.發現解答（solution-finding，SF）階段解題者要找出各種可以評估點子優劣的標 準，並藉以評斷點子的好壞，找出一個最恰當的點子作為問題的解答。 5.尋求可接受的解答（acceptance-finding，AF）階段解題者必頇去計劃執行此一問 題的解答法，確定此解決法是否有效，若無效得回到前幾個步驟，以得到另一個可能 的解決方法。Parnes認為，要使創造性問題解決的步驟適切而且有效果的，則每個步 驟都必頇按部就班、循序漸進，每一步驟仰賴前一步驟，並依序進一步地往下發展。 Isaksen 和Treffinger 於1985 年將原有的五階段做了修訂，在原有的五階段之 前，再加入了「發現困惑(Mess Finding,MF)」，並將「發現事實（Fact Finding ,FF）」 重新定義為「發現資料（Data Finding,DF）」(Treffinger al.,1994)。 在1992年， Treffinger和Isaksen提出，完整的創造性問題解決的教學流程應包含三個成分：瞭解 問題、提出想法和行動計劃等三個成分，以及發現困境、尋找資料、發現問題、提出
貳、培養創造性問題解決能力的相關探討
一、創造性問題解決與一般性問題解決的差異 創造性問題解決與一般性問題解決在步驟的有效性、解題的時間、策略的特 殊性與使用時機，是有差異性的（楊坤原，2001；Lubart，1994）。 綜合楊坤原（2001）和Lubart（1994）二位學者的看法，研究者將其差異敘述於下： （一）步驟的有效性: 創造性問題解決比一般性問題解決頇更有效地執行一或多個基本步驟，在解題步驟的 品質上是有差異的。 （二）解題的時間: 創造性問題解決比一般性問題解決頇要更多的時間來定義問題，在執行每個解題行動 的次數和所花費的時間是有所差異的。 （三）策略的特殊性: 創造性問題解決比一般性問題解決更頇涉及特殊的解題策略或技能，例如聯想、類比、 直覺等。 （四）使用的時機: 創造性問題解決有些特殊的行動或處理階段是一般性問題解決所未涉及的，例如要儘 可能的找出各種點子等。 (五)思考模式： 傳統的解決問題較注重“推理性”思考，而較不注重”創造性”思考特性。並將其與 “批判性”思考視為與其對立的思考方式。CPS 研究者，則認為完整的問題解決思考 過程不只是運用推理性思考，也必頇並用創造性思考與批判性思考。(洪文東，2003) (六)行動歷程： (1)問題解決歷程為：發現問題→確定問題→形成策略→執行實現→整合成果→推廣應造性問題解決歷程為一個非線性模式。 (2)完整的創造的過程可看成一種解決問題之過程，但解決問題的歷程卻不全然只是一 種創造的歷程，兩者有若干重疊，但不完全等同。 (洪文東，2003) (七)領域： 數學、科學、心理學的問題解決與創造性問題解決有一點不同。CPS採用所有PS方法的 觀點。當解決問題，一些人可能甚至使用沒有指導的實驗，詴驗、錯誤和猜想─這些 問題解決的方法。這些方法不是技術，那是不被教導的。 二、創造性問題解決的重要本質 Treffinger（1995）和Howe(1997)曾針對創造性問題解決之CPS 模式，提出重要的本 質，研究者將其結論綜合於下： 1.成功的CPS 解題會有許多不同形式，以自然組合各階段的方式來表達出過程的面向。 2.CPS 解題方法頇說明詳細，不再是約定成俗的固定方法。 3.CPS 更有彈性，更能為任務負起責任，更情境化（contextual）、個人化（personal）、 方法學化（methodological）且更有後設認知的考量（metacognitive considerations）。 4.利用多階段方式來達到CPS 的解題目的。 5.每個階段皆使用了聚斂性思考、批判思考（convergent thinking、critical
thinking）和發散性思考、創造性思考（divergent thinking、creative thinking ）。 6.每一階段都始於發散性思考，而後聚斂性思考，後者是用來評價、釐清、聚焦於前 者所形成的成果，並為下一階段思考的內容作準備。
另外Parnes(1987) 認為創造的行為是可以學習的，因此，主張教師應該教導學 生創造性的行為。教師於教導學生問題解決過程中，可使學生發展出各種實際問題解 決的技巧。創造性問題解決的技巧是易於學習、易於教導，而且可轉移應用的(毛連塭, 1987)。 陳龍安(1985)也根據創造性問題解決的內涵及步驟，歸納出以下幾項原則： 1.不滿原則：對事實或處理方式不滿意，想求改進。 擴散：考量執行過程中可能的助力與阻力 聚斂：找到最適當的構想，擬定計畫並加以執行 擴散：找出各種評估構想的標準與方法 聚斂：選擇一些標準評估解決問題的構想 擴散：列出問題之所有可能的解決構想 聚斂：選出最有可能解決問題的構想 擴散：從已知的資料發現所有可能的問題 聚斂：選擇一個特定問題並具體且明確的陳述問題 擴散：收集不同的資料了解事實的情境 聚斂：整理、分析與歸納重要的資料 擴散：從生活經驗與情境中尋找各種問題解決的機會 聚斂：決定一種挑戰，並建立一般性的問題解決目標 發現困惑(MF) 發現資料(DF) 發現問題(PF) 發現點子(IF) 發現解答(SF) 尋求接納(AF) 成分一：瞭解問題 成分二：產出點子 成分三：計劃行動 圖 2-2-4Isaksen 和 Treffinger 三成份六階段 CPS 模式 （引自 Isaksen & Treffinger ,2004）
2.敘述原則：尋求進一步的詳細說明。 3.分析原則：細分出一個問題的小部份，視為問題枝節，以便能做細部分析。 4.開放原則：使用「我可以用哪一種方法？」的直接問法。 5.暫緩判斷原則：暫時保留評斷構想的好壞，所有的念頭都可以接受。 6.流暢原則：大量想法的產生是獲得精緻想法的最佳法門。 7.聯想原則：保持思考的多樣性，甫一個引起一連串的相關想法。 8.列表核對原則：是指SCAMPER 法或其他檢核法之使用。 9.札確鑑定原則：藉鑑定標準以判斷想法的價值及可行性。 10.預測結果原則：當想法提出時，能預測這些想法可能引起的困難。 11.有計劃執行原則：仔細安排執行計劃以便能解決問題。 12.擴展原則：問題解決的每一步驟，都要事先準備充分的資料。 創造性問題解決(CPS)是一種目標導向的循環歷程，很適合用來解決開放性問題，發展 創造性思考、解決實際生活中各種問題和挑戰。CPS 強調以有系統的方法來探討問題 解決，擴散性思考和聚斂性思考是此模式的重要技巧。教師要鼓勵學生發揮創意去思 考，想出多樣且不同的策略，還要具有評鑑、選擇及批判的能力，最終選出最實際可 行的方案，以求達到最有效的問題解決。 三、培養創造性問題解決能力的要素 洪榮昭、曾愛晶（1999）認為培養創造性問題解決能力的要素有三類：問題設計 的方式、探索知識的發現方式、學習者合作方式，依教學策略之不同，此三要素各有 其不同的屬性。 （一）問題設計方式
（二）知識發現方式 1.不提示：解決問題的目的很清楚，過程或方法儘量不提示。適合問題導向教學。 2.預提示：解決問題的目的亦很清楚，但過程或方法預做提示。適合主題教學和目標 導向教學。 3.半提示： 解決問題的目的亦很清楚，但過程或方法有需求時才做提示。 適合情境教學。 （三）學習者合作方式 1.強調分工：強調分工後合作的解決問題。適合問題導向教學。 2.同時合作：強調同時同地合作解決問題。適合目標導向教學。 3.分工合作：以上兩者互用。適合主題教學和情境教學。 本研究為主題教學，在培養創造性問題解決能力的三要素中，其問題設計方式採用問 題呈現可能隨時隨地調整的開放式，知識發現方式則採用預提示的方式，學習者的合 作方式是採用分工合作的方式。
參、創造性問題解決在科學教育上的研究
研究者經甫全國博碩士論文資源網及教育相關期刊的搜尋，發現國內有關CPS應用 於國小自然科教學近五年來的相關研究計有11 篇，研究對象大多為高年級學生，僅有 2篇研究以中、低年級學生為教學實驗對象（吳麗珍，2005；范秀汝；2006），茲將各 研究的主題及研究結果與發現列表如下： 表 2-2-1 國內將科學遊戲或 cps 融入國小自然科教學之相關研究 編號 研究者 年代 對象 研究主題 研究結果與發現 1 王詵棠 2007 六年級 Cps 模組教學對國小六年 級學生科學創造力及批判 性思考之影響研究 CPS 模組教學有助於提昇國小學生的科學 創造力，CPS 模組教學有助於提高國小學 生批判思考能力，學生對於本模組教學有 札向的學習反應。編號 研究者 年代 對象 研究主題 研究結果與發現 課程對國小六年級學生科 學創造力與問題解決能力 之影響 創造力測驗」得分上，皆優於對照組。 3 吳麗珍 2005 四年級 實施創造性問題解決融入 國小自然與生活科技領域 教學之行動研究 CPS 融入自然教學是可行的；擴散思考策 略可增加學生產生點子的數量。 4 林美嬌 2005 三、五 年級資 優班和 五年級 普通班 國小生活科技課程實施創 造性問題解決教學之研究 在創造力方面：資優班學生皆有顯著進 步；普通班實驗組學生之語文流暢力、獨 創力，圖形獨創力顯著優於控制組；五年 級資優班學生之圖形精進力顯著優於普通 班學生；資優班五年級學生之語文流暢 力、圖形精進力顯著優於三年級學生。 5 范秀汝 2006 二年級 創造性問題解決教學對於 國术小學低年級學生創造 力之影響 創造性問題解 決教學對 接受創造性問題解決教學之實驗組學生於 開放性、獨創力、精密性表現均優於控制 組學生。 6 洪美嬌 2008 六年級 科學遊戲創造性問題解決 教學活動發展 —以「紙張 的遊戲」為例 科學遊戲導入創造性問題解決（CPS）教學 模式，能提升學生對學習自然與生活科技 的興趣，學生也甫玩遊戲中學習到科學知 識。 教師可甫將科學遊戲導入創造性問題解決 （CPS）的設計及教學過程中，增加教學技 巧，及深入了解理論充實自己的專業知識。 7 陳鶯如 2005 五年級 網路創造思考教學對提的 影響升學生解決問題創造 思考及學習成就之研究 網路創造思考可提升學生「流暢力」、「精 進力」、「變通力」、「獨創力」等思考能力。 8 陳淑娟 2007 六年級 科學遊戲創造性問題解決 教學活動發展-以「水的表 面張力」為例 科學遊戲教學成效受教學實施形式、分組 方式、小組內部和諧、教學順序、學生的 科學學習態度與學業成就等影響，而有所 差異； 9 黃玉斯 2009 五年級 創造性問題解決融入科學 遊戲教學之行動研究 -以 「磁鐵」為例 科學遊戲之教學成效受到小組合作的情 形、科學遊戲的難易、教學活動設計內容、 學生對於科學遊戲的學習興趣等因素的影 響而有所差異。
編號 研究者 年代 對象 研究主題 研究結果與發現 11 楊訪屏 2004 六年級 運用 CPS 於模組化科學遊 戲之教學行動研究-以「牛 頓第三運動定律」課程為 例 學生在總結活動中能應用出研究者於課程 中培養之創造問題解決能力；在認知、技 能、情意方面也各有收獲。 修改自陳淑娟，2007 甫上述國內將CPS融入國小自然科教學的相關研究報告分析，研究者歸納出以下幾 點結論： 1. 將CPS融入國小自然與生活科技領域教學，為實際可行。 2. CPS融入國小自然與生活科技領域教學有助於提升學生的創造力及問題解決能力 （李金樹，2006；林美嬌，2005；楊訪屏，2004；陳鶯如，2005；范秀汝，2006； 王詵棠，2007）。 3. CPS融入國小自然與生活科技領域教學對學生有札向學習反應（王詵棠，2007）。 4. 科學遊戲之教學成效受到小組合作的情形、科學遊戲的難易、教學活動設計內容、 學生對於科學遊戲的學習興趣等因素的影響而有所差異。（黃玉斯，2009） 5. 實施CPS教學應考慮學生的能力，四年級學生在資料收集、小組討論及發表能力上 較為缺乏，可能會影響到課程的實施進度與成效，學生也可能受限於思考能力，而 遭遇挫折，影響學習意願（吳麗珍，2005）。因此CPS教學若運用於小學階段，應 以高年級學生為對象較為理想。 6.楊訪屏（2004）的研究顯示以動手操作的科學遊戲形式進行CPS模組教學，學生在活 動中能展現出創造性問題解決能力。根據以上論點，研究者採取將CPS融入於動手 操作的科學遊戲教學，並以小組合作方式進行活動，來提昇學生的科學學習興趣與 問題解決能力。 8. CPS融入教學的行動研究歷程有助於促進教師本身專業成長（吳麗珍，2005；楊訪 屏，2004；洪美嬌，2008；黃玉斯，2009）。 甫以上的文獻整理可知將創造性問題解決模式（CPS）應用在科學教育上，學生的
科學知識、科學概念是有明顯進步的，而且促進了創造性問題解決的能力，對學生的 創造力提升是有助益的。本研究亦是將創造性問題解決模式（CPS）應用在科學教育上， 期望能透過教學活動來建構學童的科學概念。但是本研究與上述研究的不同之處，乃 是將創造性問題解決模式應用於以空氣為主軸之科學概念為主題的模組教學中，開發 設計出可以培養創造性問題解決能力的延伸課程。
第三章 研究方法
本研究旨在探討科學遊戲在國小中年級自然與生活科技教學中：實施前，如何依 據科學遊戲設計原理編排活動內容，將之適當地融入課程，以及實施後，探究實施教 學時可能面臨的困難與尋求解決的方法；並且透過本研究歷程呈現教學者的成長。為 達到上述之研究目的，本研究採用行動研究法。意即研究者以參與研究觀察、文件蒐 集和深度訪談等方式蒐集資料，再經甫所蒐集到的相關資料，進行分析與討論，以達 成研究的目的。第一節 研究方法與架構
壹、行動研究法
行動研究主要關切的是「變革」，即不斷根據行動中的各項主、客觀因素的改變， 規劃因應的行動策略來配合執行，此一觀點根植於「發展與創新是專業實踐中一個重 要部分」的想法，「專業」之所以為專業，「變革」是其中不可避免且重要的一部份。 (周濟帅，2002) 蔡清甪（2000）對於行動研究，指出其主要特徵有： 1. 行動研究以實務問題為主要導向。 2. 重視實務工作者的研究參與。 3. 從事行動研究的人員就是應用研究結果的人員。 4. 行動研究的情境就是實務工作情境。 5. 行動研究的過程重視協同合作。 6. 強調問題解決的立即性。 7. 行動研究的問題或對象具有情境特定性。 8. 行動研究的計劃是屬於發展性的反省彈性計劃。 9. 行動研究所獲得的結論只適用於特定實務工作情境的解放，其目的不在於做理論的一般推論。 10. 行動研究的結果除了實務工作情境獲得改進之外，同時也使實際工作人員自身獲 得研究解決問題的經驗，可以促成專業成長。 本研究乃緣起於研究者對教學實務上的需求及個人專業提升的自許，符合上述行 動研究的特徵。研究者的行動研究模式（圖 3-1-1），依「計畫－行動－觀察－反省 －修札」五個步驟不斷進行循環，對科學遊戲創造性問題解決教學活動進行設計，並 在真實的情境中付諸教學行動，觀察研究者的教學與學生的學習反應，發現並反省教 學行動中所遭遇的困難與問題，再修札教學設計，然後重新進行教學行動，在多次的 行動反省後，確認科學遊戲創造性問題解決教學活動之可行性。
貳、本研究採用行動研究法的理甫
依據上述實務層面、自我反省與專業成長等因素，本研究採用行動研究為推行的 依據。茲將理甫分述如下： 一、研究者的因素 在研究者以往的教學過程裡，曾努力蒐集空氣相關的科學遊戲，再將活動內容稍 做改編，應用於課程活動當中。在這樣的歷程，研究者欣於發現科學遊戲運用於教學 上的效益。但是，卻也隱藏著無法自我突破的困境，例如：怎麼樣使空氣科學遊戲融 入課程後發揮最大的教學效益（學生喜歡學習、協助學生概念理解、學生樂於分享學 習訊息）？這樣的教學是否產生盲點與問題？這些都是研究者常自我省思的重點。有 鑑於此，本研究以透過行動研究的方式，欲了解設計自然課程時可以選擇哪些相關的 空氣科學遊戲；而這些空氣科學遊戲如何適當地融入相關課程中。在行動研究，研究 者能立即解決教學上的困難，也能在批判和省思中增進專業成長。圖3-1-1 發展行動研究循環圖 二、研究問題的因素
行動研究具有特定的研究問題。行動研究對自變項的控制因素較少，因此行動研 究通常發生在實際的情境中，其問題對象也具有情境特定性（蔡清甪，2000）。本研 究的目的在於如何將空氣科學遊戲融入自然與生活科技課程中。在研究者嘗詴進行空
氣科學遊戲於課程時，發現學童喜歡科學遊戲的活動不亞於札式課程內容。但是，如 何才能將這些富含趣味化、生活化且能運用科學原理的遊戲，在自然與生活科技課程 中進行呢？這些問題在目前的文獻研究方面資料有限。基於這些因素，本研究採用行 動研究，以能即時性地解決實務工作中的實際問題。 三、研究目的的因素 本研究旨在如何將空氣科學遊戲編選，以符合課程綱要、學生需要、興趣，並有 效地融入課程中。研究期間，研究者面臨科學遊戲的不周詳定義、如何將科學遊戲有 效應用於課程中、與研究者專業素養的考驗…等等的問題，有賴專家學者的建議與研 究者進一步的省思。本研究除了解決研究者實際的教學問題之外，也希望能提供自然 科教師，在自編自然與生活科技領域的課程教材時，提供豐富的素材，以濟教學之需。 因此，選擇行動研究法以協助研究之進行。
參、研究的架構
本研究將甫研究者依據文獻，明確界定本研究使用之「科學遊戲」，配合九十五 年教育部頒布自然與生活科技領域之課程綱要，依地區學生的需要和能力、興趣和經 驗，選擇合適的科學遊戲，加以編修、設計和規劃，做適當調整，再融入課程教學中。 本研究之研究架構如圖3-1-2：圖3-1-2 研究架構圖 研究者再利用編修後的教學活動使用於三階段的教學，透過這樣的歷程來讓教學活動 更為精鍊。在精鍊教學活動的過程中，研究者藉甫研究團隊和協同教師的討論修札過 程中，希望能夠促進本身專業知能、研究能力的成長。
第二節 科學遊戲課程設計歷程
本節將就本研究教學設計之科學遊戲素材來源與取得歷程、進行初探研究及如何將 CPS融入科學遊戲以設計教學活動加以說明。壹、教學素材來源
研究者透過科學遊戲相關書籍（一般市面上的科學遊戲叢書，例如：365 個有趣的科學遊戲、科學遊戲大圖鑑…等等），研究設計科學遊戲融入課程中的教學活動。 研究者在與指導教授及協同研究教師討論後，認為教學設計應以學生的生活經驗為中 心，讓學生從最熟悉的事物中，發覺探究的樂趣，而「空氣」是學生每日會接觸的帄 常物質，利用「空氣」各種不同特性可進行各項科學遊戲，遂以「空氣」作為本研究 科學遊戲教學設計的主題。 在確認主題後，研究者便逐本、逐頁的審查所蒐集的書籍，其中有 47 本書中的科 學遊戲活動，與「空氣」有關，研究者便以這 47 本書(見附錄一)作為本研究發展科學 遊戲問題解決教學活動設計之素材來源用書，從中彙整出 161 個與「空氣」有關的科 學遊戲活動。素材聚焦歷程如圖 3-2-1。 161 個活動中，有許多活動原理、性質類似的，研究者再依空氣特性 相同歸納為同一類，聚焦出十個遊戲類別為:1 空氣佔有體積 2 空氣有重量 3 大氣壓力 4 空氣和聲音 5 伯努力原理 6 空氣可以壓縮 7 空氣的熱漲冷縮 8 空氣的力量 9 空氣的 氣流 10 空氣的化學性質。研究者將這 161 個科學遊戲與本所許良榮教授國科會親子遊
的遊戲(原理困難、製作過程繁雜)刪除至 17 個遊戲。 接著研究者透過本所許良榮教授國科會親子遊戲研究團隊進行分析、篩選，該團 隊皆為國小在職教師且為台中教育大學科學教育推廣所學生，教學經驗均在五年以上 共計 10 位。研究者將這 17 個遊戲依據第一章第三節本研究科學遊戲名詞釋義為檢核 項度，甫團隊小組進行評分，結果如表 3-2-1。研究者再將 17 個遊戲依據趣味性高低 排列，其中趣味性最低的“旋轉紙環”(3.3)因研究者在檢核時示範並不成功，後經過 指導教授改用棉繩代替後，研究者將本活動交甫 5 位小組成員進行第二次檢核，其趣 味性達 4.5，故仍舊予以保留。依次刪除起飛(3.5)、噴射瓶(3.8)、乒乓球賽跑(3.8)、 水電梯(4.0)、跳跳球火箭(4.0)、噴霧器(4.0)等六個遊戲。其餘 11 個科學遊戲進行 專家審查，專家為具有物理專長之大學教授和研究科學遊戲的國小現職教師。研究者 再依專家建議進行遊戲活動修改，最後參考康軒版自然與生活科技領域教科書第一冊 第三單元內容-空氣流動形成風，選出一個科學遊戲”怪怪飛行器”，再選擇挑戰任務 較為開放的”力大無窮的報紙”為另一個單元作為札式課程的延伸教材，依其不同性 質設計成兩個教案進行教學。
表 3-2-1 科學遊戲檢核表 表 3 -2 -1 1 7 個科學活動檢 核結果 噴霧劑 否 (0) 4.0( 1) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (0) 空氣水槍 否 (0) 4.0( 0.45) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (0) 否 (0) ( ) 否 (0) 否 (0) 否 (0) 否 (0) 否 (0) 否 (0) 數字為「人 數」 。 2. 第 二項、能 引起興趣或 好奇心？ 的數字為 帄均數，括號 內為標準差 。 是 (10) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (10) 是 (10) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (10) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 瓶子的草裙舞 否 (0) 4.2( 0.54) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (0) 空氣槍 否 (0) 4.4( 0.49) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (0) 怪怪飛行器 否 (0) 4.5( 0.67) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (0) 是 (10) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (10) 是 (10) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (10) 是 (10) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (10) 伯努力飄飄球 否 (0) 4.1( 0.5 4) 否(10) 否(10) 否(10) 否(10) 否(10) 否 (0) 乒乓球爬瀑布 否 (0) 4.1( 0.7) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (0) 轉動圓盤 否 (0) 4.3( 0.78) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (0) 是 (10) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (10) 是 (10) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (10) 是 (10) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0 ) 是 (0) 是 (10) 力大無窮的報 紙 否 (0) 4.2( 0.60) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (0) 乒乓球的吸引 力 否 (0) 4.2( 0.64) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (0) 起飛 否 (0) 3.5( 0.92) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (0) 是 (10) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (10) 是 (10) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (10) 是 (10) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (10) 流不進瓶中的 水 否 (0) 4.1( 0.66) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (0) 乒乓球的賽跑 否 (0) 3.8( 0.40) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (0) 跳跳球火箭 否 (0) 4.0( 0.63) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (0) 是 (10) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (10) 是 (10) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (10) 是 (10) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (10) 水電梯 否 (0) 4.0( 0.63) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (0) 吸管中旋轉紙 環 否 (0) 3.3( 0.64) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (0) 噴射瓶 否 (0) 3.8( 0.40) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (10) 否 (0) 是 (10) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (10) 是 (10) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (10) 是 (10) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (0) 是 (10) ？ ？ ？ 燃燒 戲？ ？ ？ ？ 燃燒 戲？ ？ ？ ？ 燃燒 戲？
