國立臺中教育大學科學應用與推廣學系
科學教育碩士學位在職進修專班碩士論文
指導教授：許良榮 博士
「泡泡狂想曲」教學模組開發之研究
A Study of Developing the Teaching
Module of “Fantasic Bubbles”
摘
要
本研究目的在開發以「泡泡狂想曲」為題之教學模組，以提供國小教師做為自然與 生活科技領域的補充教材或科學推廣活動課程。研究者透過行動研究的方式，解決遭遇 到的困難，並逐漸增加自我的專業知能。自民國九十四年十二月至九十六年十月期間 ， 研究者分四個階段進行本研究 ，並分別以彰化縣藍天國小 （化名）五年1班30位學生、 五年2班28位學生為對象進行二次教學 。研究期間獲致以下研究結果 ： 一、研究者發展本教學模組的歷程共分為 構思、設計、書面資料校正及實際教學四個階 段。由研究結果可發現：以本教學模組推動科學教育，可以引起兒童的學習興趣 ， 並符合九年一貫課程精神。 二、研究者依據開發「泡泡狂想曲」教學模組時所遭遇的四大類問題：課程設計、教具、 教學技巧及評量，提出不同的解決策略。 三、研究者的專業成長與收穫：教材設計能力的提升、科學專業知識的獲得與教學知能 的增長。 最後根據研究結果，分別對教育行政主管機關、教師及未來研究者等方面提出具體 之建議。 關鍵詞：科學遊戲、教學模組、自然與生活科技、泡泡Abstract
The purpose of this research is developing the teaching module of “Fantasic Bubbles” as
supplementary materials in Science and Technology Area or scientific extension courses for elementary school teachers. By action research, the researcher solved the problems and gradually increased professional content knowledge. From December of 2005 to October of 2007, the researcher worked on the study by taking four steps. The subjects including two classes in the fifth grade were instructed in the elementary school. The results of this study are as below:
1. The steps of developing this teaching module are plan, design, document revise, and instruction. It’s not only promote students’s learning interest, but also correspond with the spirit of the the Grade 1 -9 Curriculum in science education by the teaching module. 2. The researcher proposed various solutions of the four problems: curriculum design,
teaching aids, teaching skills, and evaluation, that caused while developing the teaching module of “Fantasic Bubbles”.
3. The professional improvements of the researcher are the promotion of ability in designing materials, the acquirement of scientific know ledge, and the pedagogical content
knowledge.
At last, based on the results of the research, the researcher also provides some concrete suggestions for the educational administration, teachers, and the future studies.
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 名詞解釋...5
第四節 研究範圍與限制...6
第五節 研究倫理...7
第二章
文獻探討
第一節 科學遊戲之意涵與功能...8
第二節 我國科學課程發展...22
第三節 泡泡的相關科學原理...32
第三章
研究方法
第一節 研究架構...46
第二節 研究方法與流程...49
第三節 研究情境與對象...55
第四節 研究工具...61
第五節 資料的蒐集與分析...63
第四章
研究結果與討論
第一節 教學模組發展過程...68
第二節 實施教學模組之第一次教學 ...77
第三節 實施教學模組之第二次教學 ...98
第五章
結論與建議
第一節 結論...119
第二節 建議...122
參考文獻
中文部分...125
翻譯書籍部分...130
英文部分...131
附
錄
附錄一
學生科學學習興趣問卷 ...133
附錄二
「泡泡狂想曲」教學模組之單元架構...135
附錄三
「泡泡狂想曲」教學模組之主題內容...136
附錄四
教學活動檢核表...137
附錄五
觀察者教學觀察記錄表 ...140
附錄六
教學活動設計：泡泡配方... 141
附錄七
教學活動設計：泡泡的秘密...
149
附錄八
教學活動設計：泡泡的形狀...
162
附錄九
教學活動設計：泡泡膜形狀...184
附錄十
教學活動設計：二維泡泡...
193
附錄十一
教學活動設計：可觸摸泡泡...201
附錄十二
活動單..
...207
附錄十三
學習單..
...235
附錄十四
上課活動照片...259
表
次
表 2-1 Lieberman的玩性五種概念...8
表 2-2 國內舉辦科學遊戲之活動類型 ..
...16
表 2-3 科學遊戲融入教學的形式 ...17
表 2-4 科學遊戲融入教學的方式 ...17
表 2-5 我國小學科學課程之演變情形 ..
...23
表 2-6 不同多面體之表面積比較 ...41
表 3-1 95學年度國小「生活」和「自然與生活科技」領域泡泡主題之教材分
析...52
表 3-2 研究小組成員簡介及負責工作..
...57
表 3-3 對學生的訪談問題大綱...62
表 3-4 蒐集之資料類型...64
表 3-5 資料審查之專家背景...65
表 3-6 資料來源編碼代號表...67
表 4-1 發展教學模組之時程表...68
表 4-2 專家審查意見表...71
表 4-3 「泡泡狂想曲」教學模組內容修正對照表 ...73
表 4-4 教學目標一覽表...74
表 4-5 教學觀察者意見摘要（第一次教學）...79
表 4-6 學生對科學的態度分析統計表 （第一次教學）...80
表 4-10 學生學習參與分析統計表（第一次教學）...84
表 4-11 學生學習興趣問卷五項指標統計表 （第一次教學）..
...85
表 4-12 教學模組初稿版與修正版相異處對照表 ...96
表 4-13 教學觀察者意見摘要（第二次教學）...99
表 4-14學生對科學的態度分析統計表 （第二次教學）...101
表 4-15學生學習氣氛分析統計表 （第二次教學）...102
表 4-16學生學習困難分析統計表 （第二次教學）...103
表 4-17 學生學習投入分析統計表（第二次教學）...104
表 4-18 學生學習參與分析統計表（第二次教學）...105
表 4-19 科學學習興趣問卷簡答題部分之作答情形 ...106
表 4-20 學生學習興趣問卷五項指標統計表 （第二次教學）..
...107
表 4-21 教學模組修正版與正式版相異處對照表 ...115
圖
次
圖 2-1
由玩耍逐步轉移到有意義的探究之模式 ...13
圖 2-2
課程設計流程與科學遊戲定義對照表 ...21
圖 2-3
單元模組的設計流程圖...30
圖 2-4
精緻化的模組發展...31
圖 2-5
液體分子間之作用力...33
圖 2-6
水黽可在水面上移動...33
圖 2-7
迴紋針可浮在水面上...33
圖 2-8
水滿露出杯口但卻不外溢 ...34
圖 2-9
荷葉上的露水為球形...34
圖 2-10 藉由表面張力作用而移動的小船 ...35
圖 2-11 測量液體表面張力的實驗設備 ..
...35
圖 2-12 浸泡在液體裡的 U形框架...35
圖 2-13 二個泡泡相遇的泡膜角度 ...37
圖 2-14 三個泡泡相遇的泡膜角度 ...37
圖 2-15 四個泡泡相遇的泡膜角度 ...37
圖 2-16 多個泡泡相連時泡膜所呈現的六邊形形狀 ...37
圖 2-17 A
、B
、C
、D四個城市間相通道路總路徑之比較 ...38
圖 2-18 四個點形成的泡泡膜長度 ...39
圖 2-19 以壓克力模組找出各點間之最短總路徑...39
圖 2-20 最短公路設計...40
圖 2-24 清潔劑分子圖...43
圖 2-25 泡泡膜由兩層清潔劑分子夾著少量水溶液構成 ...44
圖 2-26 清潔劑分子在水溶液中形成微胞 ...44
圖 2-27 界面活性劑分子去除油污過程 ...45
圖 3-1
研究架構...48
圖 3-2
研究流程...51
第一章
緒論
本章共分五節：第一節、研究背景與動機；第二節、研究目的與問題；第三節、名詞解 釋；第四節、研究範圍與限制；第五節、研究倫理，茲分述如下。第一節
研究背景與動機
壹、研究背景
全中平、楊龍立、許春峰與杜明進（民 87）曾指出我國學生在科學方面的表現並不差 ， 但興趣卻不高，學習科學成了一件苦差事 。因此鼓舞學生學習科學的熱忱 ，是教材發展者應 注意的事項。各國都強調在科學教學中提供學生第一手的 、直接的經驗，這不僅有助於培養 學生的過程技能、科學態度，而且可以產生布魯納所謂的內在動機 。所以，教材本身的趣味 化、生活化，相信可促使學生主動學習科學並獲得相關經驗 。 在國語日報 95年 8月 8日的報導中，即引用了台北市麗山高中校長陳偉泓在教改總體檢 座談會的說法：當前科學教育最大的困難為考試引導教學 ，目前學校普遍缺少實際動手操作 的課程，學生只有知識的灌輸而沒有真正的理解 、體認與探究，無法培養學生良好的科學態 度與研究精神。 在一般學科中，自然科學擁有最多動手操作的課程內容 ，理應是學生心中的最愛，但在 目前教學現場中的實際情況卻不是如此 ，在課程時間短縮以及月考進度的壓力之下 ，教師們 只好將最耗時的動手操作和探索內容刪除 ，而採用最為經濟快速的講述法進行教學 ，因此， 自然科學讓學生感到興致索然及嚴肅 ，失去了學習的動機，這樣又如何進行科學探索及思考覺得好玩。一旦小朋友覺得好玩，就是好的起點；其次應該教小朋友學習如何玩才能玩得好 。 然後才教小朋友科學原理 」。郭騰元（民81）也提到當學生感到「奇怪！」「怎麼會這樣？」 「怎麼辦？」「為什麼？」「好神奇！」等一連串的驚訝、疑問、困惑、矛盾與讚嘆時，正是 學習科學的最佳起點，由於這種好奇心的驅使，才能自發地產生學習的意願 。學習者在親身 體驗中較能理解與保存知識 ，而學生也傾向於記得曾經操作過的活動 ，尤其是那些被他們認 為是有趣的活動。當活動能與學生過去的經驗相關時 ，更能增強獲得知識的效果 （熊召弟、 王美芬、段曉林、熊同鑫譯，民85）。 由上述我們可得知，若能開發趣味性、操作性科學活動為主之教材 ，學生應該會更樂於 學習科學。然而李田英（民89）認為設計科學課程時，若是每個科學活動都要老師重頭想起 ， 時間及體力上均不可行 ，若有許多已設計好的科學活動資料 ，提供老師們參考，那麼老師們 自己設計課程將容易許多。在美國，ERIC上有一本又一本不同主題的科學活動的書籍，Science
＆ Children 這本期刊也經常介紹科學活動 ，而由柏克萊大學出版的 Bubble Festival更是教師
進行泡泡教學的參考指引 。國內坊間雖有許多與科學遊戲相關的書籍 ，但卻缺少可供教師在 學校推廣、應用的完整科學教材，藉由有經驗的科學教師在課堂中的引導和實施 ，會比學生 直接按圖索驥，直接操作書中的科學遊戲，來得更有意義。因此，研究者便思考：若能開發 完整的科學教學模組，結合教師在課堂中的教學 ，那麼教師們不但在尋找教學參考資源時十 分方便，且更能達到科學遊戲「寓教於樂」的教育價值，而不僅僅是讓學生玩遊戲而已。 除此之外，因研究者參與台中教育大學許良榮教授 『以「泡泡世界」為主題的科普活動 之設計與推廣』國科會研究計畫（NSC-94-2515-S-142-001），又基於以科學遊戲進行能吸引 學生對科學學習的興趣 ，有其教學價值存在，故擬定以泡泡為主題進行本研究 ，旨在設計可 供國小教師使用之科學教學模組 。
貳、研究動機
一、科學遊戲具教學價值
陳忠照（民89）指出，「科學」可以啟發兒童的智慧，「遊戲」則可以帶來心靈的歡樂。 學生必須先喜歡學習、願意學習，而後教學才有效果。在非制式的科博館教育中 ，即開放讓 觀眾可以「玩」的體驗活動，從「玩耍」中來激發學習的動機。林嘉玲（民89）在數學遊戲 融入建構教學之協同行動研究中 ，提到以遊戲融入教學，確實可以對學生學習的態度有所改 變。此外，潘怡吟與王美芬（民92）也提到遊戲型態教學方式在 「自然與生活科技」領域方 面，有助於學生學習態度、問題解決能力的增進。因此，站在教學第一線的教師們應巧妙地 運用科學遊戲於學生的學習課程中 ，引起其好奇的心理，激盪出學習的火花，讓科學學習充 滿更多樂趣。二、科學遊戲需與教學結合，以系統化的教材進行
由於科學遊戲能吸引學生的興趣 ，並且又有其教學價值，所以政府或各校便時常舉辦與 科學遊戲有高度重疊特徵的 「科學競賽」、「科學營」或「科學園遊會」等，希望藉由這些 活動將科學教育往下紮根 。但一般科學競賽活動立意雖佳 ，卻大多屬外加式活動，不僅孤立 於教學之外，也容易增加教師和少數菁英學生的負擔。國語日報 95年 8月 8日的報導曾引用 劉源俊（民 95）的說法：儘管國中小學時常舉辦各種鼓勵學生參與研究的科學展覽競賽 ，但 這些比賽通常淪為升學加分的工具，在功利引導下，學生探索科學知識的興趣也被磨滅 。國 中小學生的科學教育，不該是培養科學家或拿國際競賽金牌的選手 ，而是提供國民應具備的 科普知識。 此外，科學營或科學園遊會活動也易成為只單純的引起學生興趣 ，而缺乏學習內涵，產 生了學生只記得玩樂，卻什麼也沒學到的窘境。張育嘉（民 94）在參與偏遠地區科學遊戲推產生偏差，無法落實鼓勵學生從事科學探究的 本意，也會造成教師額外的負擔 （許良榮，民 93）。因此，科學遊戲應結合九年一貫課程 ，利用遊戲來帶動學生學習科學的氣氛 ，並以系 統化的教材呈現豐富的科學原理 ，發揮事半功倍之效，相信更能協助科學教育落實在每一個 學生身上。
三、泡泡主題蘊藏科學概念，對學生具有學習的吸引力
日常生活中隨處可見的泡泡 ，常吸引孩童的目光，並隱藏著許多的科學原理 ，尤其是肥 皂泡，除了表面張力、壓力還有光學性質等，尚有很多討論的空間。偉大的物理學家凱爾文 爵士(Lord Kelvin, 1824-1907)就曾經說過：「請吹一個泡泡，並好好觀察它。你可以窮一生 之力對它進行研究，而不斷獲得物理學的知識」（傅宗玫、陳正平，民 90）。但在目前國小 各版本的教科書中，「泡泡」主題只出現在低年級的「生活」領域，受限於教學時間、學童認 知層次與課程內容的壓縮 ，無法呈現出其中蘊含的多樣性科學內容 ，甚為可惜。此外，現今 國內除林冠坊（民 91）利用資訊科技研製「發現泡泡」教材之研究外，並無針對國小學童做 泡泡主題之教材開發，且林冠坊所設計之教材為光碟教學媒體 ，缺乏教師在課堂中實施此相 關主題的教材內容，故以泡泡為主題的國小科學教材便更突 顯出其價值。 基於以上之動機，因此本研究發展以泡泡為主題的國小科學教學模組 ，針對有趣的泡泡 現象，結合學童之生活經驗，引發他們的興趣及好奇心 ，期望學生從想玩、觀察、發現、競 賽的泡泡相關遊戲中，發現泡泡的特性，並進而學習到相關的科學概念以及科學探究的方法 。第二節
研究目的與問題
之教學模組，以提供國小教師做為自然與生活科技領域課程的補充教材或科學推廣活動 。另 一方面，研究者希望在開發教學模組的過程中，能不斷去反思、修正，藉以增加自我的專業 知能。最後，也期望藉由文中研究歷程的描述 ，提供教師作為自編教材的參考依據 。因此， 本研究的研究問題為： 一、如何發展「泡泡狂想曲」教學模組？ 二、教學模組發展過程中所遭遇的困難與解決之道為何 ？ 三、研究者在教學模組發展過程中所獲得的專業成長與收穫為何 ？
第三節
名詞解釋
壹、科學遊戲
有關科學遊戲的定義，不同學者各有其不同的見解 （詳見第二章第一節），經過文獻探 討後，本研究對科學遊戲之定義如下： 一、科學遊戲是在有目標的情境下 ，彈性規則中進行的活動。 二、科學遊戲的活動過程中，必須包含二項以上的「科學過程技能」，含基本方法與統 整方法各一。。 三、科學遊戲的設計需包含學習者動手操作的程序 。 四、科學遊戲必須能有效提高兒童學習科學興趣 。 五、具明確的判斷標準以判斷科學遊戲的完成 ，而在標準內，接納不同的遊戲結果。貳、教學模組
本研究之教學模組意指教學內容獨立而完整的一個教學單元 ，是以同一主題貫穿之一系參、科學學習興趣
本研究所指之學習興趣，為引用張東瑋（民 96）修訂自鄭嘉裕（民 93）所開發之科學學 習興趣量表（如附錄一）的評量結果而言。第四節
研究範圍與限制
本節共可分兩個部分，分別說明本研究之研究範圍與限制 ，茲分述如下。壹、 研究範圍
本研究之教學模組將教學對象限定為國小 高年級學童，並且是以泡泡為主題之科學遊戲 教學活動。研究者選定所任教之學校 —彰化縣「藍天國小」（化名）為研究場域，該校五年1 班與五年2班兩班學生為教學對象，以發展適合在國小階段實施之泡泡主題教學模組 。貳、 研究限制
一、研究時間的限制：
限於人力、物力及時間的限制，本研究之教學模組共設計14節課，而非一般試辦學校所 採行24－30節較長的教學時數設計，因此可能影響到教學模組的完整性 ，此為本研究之限制 之一。二、研究結果的限制：
因本研究主要在發展以泡泡為主題之教學模組 ，教學對象只限定在彰化縣藍天國小 （化 名）五年級兩個班級的學生，所以其結論未必能推論至其他的教學場域和年段 ，僅限於本研 究歷程的解釋，不宜做概括性的推論。三、研究者角色的限制：
質的研究在每個階段都依賴研究者的技巧 、訓練、洞察力和能力，人的因素在質的研究 和分析中既是最偉大的力量 ，也是根本弱點所在（吳芝儀、李奉儒譯，民84）。雖然研究者 曾修習「質性研究法」課程，並在研究過程中不預設立場 ，但研究者身兼教學模組設計者 、 教學者與研究者三種角色 ，難免會受個人信念、能力、敏銳度所影響，造成本研究的限制。第五節
研究倫理
有關研究倫理方面，在研究過程中，研究者採取以下的具體作法 ： 一、尊重所有參與人員的發言 、建議和想法： 由於本研究牽涉許多質性資料的分析 ，因此在研究過程中研究者應盡可能保持中 立，減少研究偏誤，無論是觀察者或是試教學生的引述 、談話，盡量保有其原有情境與 觀點，避免研究者過多詮釋而曲解原意 。 二、事先徵求資料提供者的同意 ： 由於本研究在過程中需蒐集專家 、教學觀察者及學生等相關資料，因此研究者在蒐 集、使用研究資料、錄音等都事先獲得當事者的同意 ，以尊重與顧及當事者感受 。 三、以化名或代碼述寫： 為避免帶給研究場域學校、教學對象及訪談對象可能的一些困擾 ，所以論文中皆採 化名或代碼述寫。第二章
文獻探討
本章探討與本研究相關之文獻 ，分別為：第一節、科學遊戲之意涵與功能；第二節、我 國科學課程發展；第三節、泡泡的相關科學原理。第一節
科學遊戲之意涵與功能
壹、遊戲的意涵
從事遊戲研究的人不在少數 ，但對於遊戲到底是什麼，卻很少有一致的共識（段慧瑩、 黃馨慧，民 89；郭靜晃，民 82；潘怡吟、王美芬，民 92）。方永泉（民 92）也進一步提出 Sutton-Smith 的說法：雖然我們時常在玩遊戲 ，而且我們也都知道它像什麼 ，但是當我們想 要將「遊戲是什麼？」理論化時，我們卻會墜入五里霧中。因此，在對科學遊戲的意涵進行 探討之前，我們有必要先對「遊戲」一詞做概括性的認識。 郭靜晃（民 86）認為遊戲是歡樂的、自由意志選擇的、不具強制性的、內發的，並提出 Lieberman 的說法，將遊戲定義為：玩性（playfulness），並視身體自發性、社會自發性、認 知的自發性、喜怒的控制及幽默感等五種概念 ，此亦為遊戲的特徵，內容可詳見表 2-1。 表 2-1Lieberman 的玩性五種概念 特徵 表現 表現歡樂 笑聲、表現快樂和享受 幽默感 欣賞喜劇事件、對有趣情況、輕微的嘲弄有所感覺 身體自發性 充滿活力、全部或部分身體的協調 認知自發性 想像、創造及思考的彈性 社會自發性的能力 與別人相處和進出團體而簡楚瑛（民 82）依據國外學者專家的觀點，認為可根據遊戲者的心理特質、遊戲行為 與當下情境三種方式來對遊戲進行定義 ：
一、依心理特質來定義遊戲：
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。另外，Garvey（1977） 也認為遊戲的特性是好玩的 、無外在目標的、是自願參加的。另有許多學者也如上述三位學 者一樣，是根據個體的動機來源、目標導向、生理刺激和規則等特質來定義遊戲行為的 ，簡 楚瑛認為透過這些理論可以將遊戲行為從一般行為中劃分出來 ，且具有以下特質： （一）遊戲是一種內在動機的行為 ，是自發性行為。 （二）遊戲強調手段或過程更甚於目的 。 （三）遊戲是種非真實性的行為 。 （四）遊戲行為和探索行為是有所區分的 。二、依特定行為或直覺認同來定義遊戲 ：
遊戲可以根據特定行為標準，或直覺認同過程，將可觀察得到的行為類別進行定義。Piaget （1962）將遊戲行為分成三類： （一）練習性遊戲：這意指讓兒童練習已經存在基模中的事物 。 （二）表徵性遊戲：又可稱為想像性遊戲、裝扮遊戲、假裝遊戲。 （三）規則性遊戲：強調共同決定規則。在活動過程中，競爭性強過彼此合作。三、依情境（context）來定義遊戲：
即根據會引起遊戲傾向，或遊戲行為的情境來定義 。二、遊戲是美的享受、歡樂、滿足及愉悅的情緒流露。 三、遊戲是滿足的過程，不注重結果的。 四、遊戲是探索、表達及釋放內在自我的途徑。 五、遊戲是幼兒將以前獲得的印象 ，重新組合新的世界。 除此之外，郭靜晃（民 86）更綜合了心理學的文獻，將遊戲行為定義為以下七項 ： 一、遊戲是一種轉借行為，無固定模式，亦不能由外在行為或定義來區分 。 二、遊戲出自內在動機，本質上是自動自發、自我產生的，並無外在的目的及行為。 三、遊戲是重過程、方式而輕目的和結果，遊戲的方式、情境和玩物都可隨時改變 。 四、遊戲是自由選擇的，而不是被分派或指定的。 五、遊戲具有正向的情感。 六、遊戲是主動的參與而且是動態的 。 七、遊戲著重自我，旨在創造刺激，不同於探索行為旨在獲得訊息 。 綜合上述心理學者對遊戲的定義 ，遊戲是強調內在動機、自發性、自由選擇、 正向的情 感、創造刺激、主動參與及內人格特質的向度 。
貳、科學遊戲的意涵
對遊戲的定義有了大致的瞭解之後 ，那麼何謂「科學遊戲」呢？國內有許多學者曾 對其做出解釋。李秉彝（民 61）認為科學遊戲是一種利用科學原理，有教育意義而具有好玩， 神奇的趣味，且能訓練科學思想，態度、啟發創造發明的活動。許義宗（民 70）則認為科學 遊戲是「依物質的性質及法則，使之對科學關心，數字產生興趣的遊戲」；由玩弄有形物，而 變化出新的有形物，即為科學遊戲。此外，根據牟中原在「動手玩科學」一書的推薦序也指惠芬，民 89）。而許良榮（民 93）更進一步歸納各學者觀點 ，認為科學遊戲就是蘊含了科學 原理或科學概念的活動，而此活動的必要條件就是參與的兒童會覺得「好玩」，並且有高度的 意願參與。此外，陳忠照（民 92）也指出了科學遊戲是利用周遭環境的生活素材 ，進行的科 學性遊戲，且其具有以下四項特質： 一、趣味性：能玩得快樂且自在，是充滿喜悅的。 二、規律性：遊戲有遊戲規則，遵守規則來玩，也玩出一些規則。 三、創造性：在科學遊戲中，創意容易伴隨而生，隨時湧現更新的看法。 四、分享性：在團體互動中，心胸寬容、與人同樂並分享過程及結果 。 林堂麗（民 92）依據各學者對科學遊戲的看法，與 Piaget 對遊戲分類的理論基礎，並考 量九年一貫課程之需求，如此定義了科學遊戲： 一、科學遊戲是結合科學原理進行的 「規則性」遊戲。 二、科學遊戲是在有目標與解決問題情境下 ，彈性規則中進行的活動。 三、科學遊戲的活動過程中，必須包含一項以上的「科學過程技能」。 四、科學遊戲的設計需包含學習者動手操作的程序 。 五、具明確的判斷標準以判斷 科學遊戲的完成，而在標準內，接納不同的遊戲結果。 六、科學遊戲教學之流程，需蘊含（imply）三項以上的「自然與生活科技」學習領域之 分段能力指標。 李戊益（民 89）則舉出較為具體的例子來做出整理 ，他認為科學遊戲就其範圍而言，廣 義上包含物理遊戲、化學趣味實驗、動手做活動、數學遊戲、科學玩具、益智童玩、生態遊 戲等皆屬科學遊戲的範疇 。就其對象而言，可區分為親子、幼兒、國小學童、青少年、高中 生、社區一般民眾等。而就其活動類型而言，則有科學園遊會、科學趣味競賽、科學創意競
列科學活動，使學童能從遊戲中體會科學原理 ，並有高度的意願去參與。本研究依據各學者 對科學遊戲的看法、本研究之目的，並配合自然與生活科技領域的分段能力指標 ，採用研究 小組張東瑋（民96）對「科學遊戲」的定義： 一、科學遊戲是在有目標的情境下 ，彈性規則中進行的活動。 二、科學遊戲的活動過程中，必須包含二項以上的「科學過程技能」。 三、科學遊戲的設計需包含學習者動手操作的程序 。 四、科學遊戲必須能有效提高兒童學習科學興趣 。 五、具明確的判斷標準以判斷科學遊戲的完成 ，而在標準內，接納不同的遊戲結果。
參、科學遊戲在教育上的意義
對於兒童遊戲與教育間的關係 ，我國傳統上有「業精於勤，荒於嬉」的看法，認為要達 成教學目標的方法是直接教導而非遊戲 ，強調真正的學習（real learning）（吳幸玲，民 92）。 然而，科美紐斯、盧梭、斐斯泰洛齊、福祿貝爾、杜威及盧梭等學者卻認為兒童的學習要以 遊戲為媒介，讓兒童透過遊戲來學習，因他們在遊戲活動中所獲得的知能百倍於教育中的正 式學習，且須強調「寓工作於遊戲」、「從遊戲中學習」（learning by playing）的觀念（郭靜晃、 吳幸玲，民 92）。此外，段慧瑩與黃馨慧（民 89）也提出 Millar 所述：「成人的遊戲有時候只 是『玩』，但是孩子的遊戲卻比『玩』還要多的多。」 徐澄清與李心瑩（民 79）認為遊戲對於發展中的兒童而言具有重要的意義與價值 ，因其 不僅可以帶來快樂，更是發展腦神經，運動功能，感覺機能及彼此間協調的工具 ，同時也可 發展兒童之社會性、自發性與創造性，並作為表達思想和情感的途徑和工具 。除此之外，吳 幸玲（民 92）也提到，透過遊戲兒童不僅能獲得大小肌肉的發展、語言的發展、思考、想像、 解決問題能力的提升，更能幫助兒童瞭解個人與環境之間的關係 、淨化其負向情緒、促進社 會行為的發展，而兒童豐富的想像力及創意 ，更是藉由遊戲發揮得淋漓盡致 。生如何從遊戲行為展開他們的學習 ？國外學者 Brooke 和 Solomon（1998）提出了轉移模式： 玩耍會產生發現，尤其是當學生專注於某一現象 ，對該現象產生高度的興趣或好奇 ，然後擬 一有目的的計畫並付諸行動時 ，玩耍就會變成探索現象的因果關係 ，此解釋了學童是如何由 單純的玩耍逐步轉移到有意義的探究 ，如圖 2-1所示。 漫無目的的玩 （Play without Purpose） 有趣、虛構的 （Fun and Make-believe） 練習與工具的使用 （Practice and tool use） 反覆組合、拆解工具的 活動 （combinatorial activities） 好奇 （Curiosity） 對因果關係的興趣 （Interest in Cause and Effect） 免除於教學的壓力 （Release from instructional pressure） 最初看來可能是被動的 （This may be passive at first
wonder-）
而後轉為主動
（and then becomes active）
以自己的步調進行探索 （Investigation to own
之學習理論，內容重點為：（一）概念（concept）應用：舉出融入遊戲的知識，歸納、歸類。 （二）確認玩的策略：確認玩的策略可以應用知識並找出其和知識的關係性 。（三）具預測 原則：預測玩動作之後的下個結果 、解釋預測的想法及證實預測成真的機會 。（四）分享成 功玩法：分享知識如何融入及各多元策略 （引自洪榮昭，民94）。江淑瑩（民95）研究中之 「遊戲導向教學設計」則主張開發有趣的單元活動教材來改善教學與學習的情境。許良榮（民 93）也提出Trollinger（1977）的看法，認為遊戲應用於學習具有以下功能 ： 一、藉由遊戲過程中，遊戲所要教導是有價值的正確知識之使用 。 二、遊戲能夠提高學生的批判性思考和下決策的技能 。 三、對遊戲的活動參與，能夠提升學生的知識。 四、在模仿的遊戲中，教師的角色從知識的模仿者轉變為知識的推動者 、資源者 （resource）。 五、遊戲通常是真實生活情況的模型 （model），可以讓學生瞭解未來生活的相關訊息 。 六、在學習的過程中，透過活動的參與，遊戲能激發學生的學習。 七、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。 八、適當結合各種遊戲，可以滿足不同課程的需求 。 因遊戲在教育上有其學理依據，更有教育學家、心理學家、社會學家肯定其價值，是故將 遊戲運用在教學上是無庸置疑的 （李雪梨，民79）。目前有許多更有力的研究證明 ，認為兒 童遊戲經由成人的適當介入 ，得以更豐盛與深入，例如段慧瑩與黃馨慧（民89）提出：老師 適當的介入兒童遊戲，並且導入「延伸」的氣氛是和兒童自己本身的意圖同步發生的 ，具有 教育上的利益。 由以上我們可知，以遊戲方式進行教學有其正面的教育意義存在，並且國內已有不少應用
民92；劉祥通、黃國勳，民92；黃志敘，民94）、環境教育（薛靜婷，民88）、體育課程及人 際互動關係（王文宜、周建智、彭慧君、葉仰道，民94）等。而在自然科學領域方面，則有 徐麗雪（民90）、林堂麗（民92）、潘怡吟與王美芬（民92）、王錦銘（民93）、蘇秀玲（民 93）、江淑瑩（民95）及張東瑋（民96）等人所做之研究，研究結果除發現遊戲型態教學方 式之正面教育價值外，更對遊戲應用在教學上提出了相關的建議 。 李戊益（民91）指出自從民國八十三年上半年，信誼學前兒童基金會先後在台北、高雄推 出科學嘉年華遊戲活動，引起各界熱烈的反應後，科學遊戲的價值再度受到大眾重視 。透過 遊戲進行科學活動，不但特別吸引兒童，更能為學生開啟學習大門，尤其是在科學學習上（鍾 聖校，民90；李麗菁，民94）。因此研究者認為：科學遊戲為科學教學的一種手段 ，真正能 使兒童學得有意義的科學知識 ，就是將科學遊戲與教學結合，經由教師的引導，以系統化的 教材進行並呈現科學原理 ，相信更能協助科學教育落實在每一個學生身上 。
肆、科學遊戲的教學設計
由上一節我們可知在國小階段實施科學遊戲 ，在教學上具有其可行性及價值性 。但如何 讓遊戲不僅僅是遊戲，這是許多自然科教師所面臨的問題 ；遊戲結束後，學生在認知或學習 態度上若沒有太大的改變 ，不只是失去遊戲的意義，也佔用了有限的教學時間 。因此，科學 遊戲的教學設計便益顯得重要 。 在討論如何設計科學遊戲教學之前 ，首先我們先針對目前國內的科學活動進行瞭解 。研 究者依據徐麗雪（民 90）對有關科學教育的科學活動所做之分析 ，整理後以表 2-2呈現：表 2-2國內舉辦科學遊戲之活動類型 活動名稱 主辦單位 參加對象 活動特色 備註 科學趣味 競賽 遠哲科學教育 基金會 高中、高 職及專一 至三年級 學生 定期舉辦，賽前可索取競賽手 冊，先分區競賽，再總決賽， 廣受全國青年學生喜愛。 雖以高中生為主要對 象，但有些競賽項目加 以改編設計後，適用小 學生。 科學園遊 會 各縣市政府、民 間社團、各級中 小學 國中小 學生 各項活動由師生自行精心設計 為主，活動採開放式，場面熱 鬧有趣。 大多配合科展、校慶、 社區等活動來舉辦。 科學創意 競賽 台中教育大學 科教中心 參與本研 究計畫學 校的國小 四至六年 級 透過競賽的過程達到倡導重視 科學創意價值、增強兒童科學 創意興趣與能力，可分校內及 校際活動。 此活動為國科會專案 研究活動之一。 動手做 國立科學博物 館 國小中年 級以上 採分組進行，每組二至四人， 酌收材料費。學校可配合課程 進度，預約場次。 遠道的學校可向科博 館申請「到校服務」， 搭配科學演示活動。 飛行造物 全國大賽 成功大學航太 系及逢甲大學 航空系 國小、國 中、高中 、大專院 校學生 競賽分「水動力火箭」、「手擲 機」、「創意飛行器」三項。 為行政院青輔會鼓勵 青少年從事健康的休 閒活動所委託辦理。 街頭物理 高雄師大物理 系 Adept（物理 教學藝術與教 具研究）實驗室 不限 把教室搬到戶外，材料來自生 活廢品，實驗設計簡單，在家 也可以 DIY，學員為自願參加 ，動機強烈、氣氛活潑熱絡， 學習沒壓力。 「街頭物理」這個名詞 創意十足。 航太嘉年 華會 國立科學工藝 博物館 親子及一 般民眾 設計十多項簡單及趣味橫生的 航太科學遊戲，讓參與者（以 小朋友居多）從日常生活中可 見的事物，實際操作之中，體 會航太科學的奧妙。 現場搭配水火箭、遙控 飛機及風箏特技表演。 校內創意 遊戲比賽 各國小 全校學童 由各校根據環境特色規劃，讓 多數小朋友都有機會參與 。 適合主題有：紙飛機 、水火箭、回力車、吹 泡泡…等。 科學紮根 活動競賽 營 台北市立教育 大學自然科學 系 北部地區 國小四至 六年級學 生 活動分別有「沈浮玩偶」、「創 意化學」、「神奇的大器壓力」、 「創意交通工具」等，學生自 由報名參加，可提升學生學習 科學的樂趣。 此活動為國科會專案 研究之一，目的是為能 使科學活動向下紮根。 全國中小 學科學展 覽會 國立科學教育 館 國小四年 級以上、 國中、高 中學生 每年七月舉辦，由各縣市輪流 辦理，是一項層級性的競賽活 動，全國各級中小學經地方展 覽後，選拔出優秀作品薦送至 全國參展。 目的在鼓勵師生就教 材協同研究，深化生活 中科學經驗，以提高學 生科學素養。
而再以科學遊戲融入教學的類型及融入方式來區分 ，研究者依據蘇姿月（民94）、李戊 益（民89）所做之研究，整理如下表2-3、表2-4： 表 2-3科學遊戲融入教學的形式 形式 適用時機 需要人力 說明 動機式 引起動機/學生 學習情緒低落時 1人（學生 可協助） 教師搜尋科學遊戲資料，配合教學進度與課程單元 ，透過科學遊戲吸引學生的目光，燃起學生學習的 熱忱。 搶答式 學習過程中皆可 1人 運用簡單的燈泡與按鈕的連接 ，設計出搶答系統， 教師配合課程整理科學知識問題，分組讓學生搶答 。 跑檯式 總結性評量 1-3人 分別在實驗桌上安排重點式的實驗操作項目 ，學生 輪流進入教室依序操作，訓練學生動手操作能力， 從學生的操作過程可得知學生實驗課程的學習狀 況，也讓評量不再只有紙筆測驗 。 體驗式 學習過程中皆可 1人 大自然是兒童最好的玩伴，配合戶外教學活動或是 校園生態探索，讓學生透過直接的觀察記錄進行探 究活動，這需要教師的引導與學生長期的投入 。 闖關式 可配合校務規劃 依據闖關 數決定 安排多項的科學闖關遊戲，讓學生能夠動手 DIY， 在遊戲中學習科學，其實科學闖關的方式也可以資 訊融入的方式替代，讓學生隨時可透過網路進行學 習。 （修自蘇姿月，民 94） 表 2-4科學遊戲融入教學的方式 融入方式 主要內容 在正式教材中 九年一貫課程的統整課程及 20％彈性授課時數，是推展科學遊戲的契機 。但如何將科學遊戲活動由配角轉變成教材中的一部份 ，是值得探討的 課題。 在社團時間實施 先以團體活動分組時間來設計 、試教科學遊戲教材，經過修正再於正式 課程實施。 假期科學遊戲活動 配合全面週休二日，假日科學活動可與社區資源結合，規畫出適合當地 學童的科學遊戲活動方式 ，充實休閒生活。 取代科展部份功能 的全國性或校際性 全國中小學科學展覽所產生的弊端 ，已令許多有識之士和學者專家深感 憂心（黃鴻博，民85；林萬來，民86；劉源俊，民95）。如能將科展改
本研究目的在設計一適合在國小階段推廣之科學遊戲教學活動 ，若以上述融入教學的方 式而言，研究者認為本教學模組可融入在社團時間中實 施，或可規劃成為假期實施之科學遊 戲活動。然而將遊戲轉化為教學，仍需要事前的計畫，避免直覺的、試錯性的或是過度開放 性的玩耍，畢竟我們的課程設計或是教學具有目標導向的特性 （許良榮，民 90）。因此，許 良榮認為在設計科學遊戲的教學活動時應把握以下八個原則 ： 一、趣味性：選擇的教學主題或是探究主題 ，應能夠讓學生感到有趣好玩 、或是好奇生 動，如此才能期望學生能投入 （engage）學習活動。 二、生活化：小學的科學教學不應獨立於生活 、社會（社區文化）之外，教學與生活結 合更是近年來科學教學相當重視的一環，例如 STS 理念的教學以及環境教育的快速 發展。 三、配合學生學習階層：任何教學基本上都應考慮教學對象對於教學內容或教學方法的 接受程度，因此在選擇了教學主題之後 ，必須思考教學對象的認知發展階段與學習 能力。 四、釐清學習目標：教學應具備目標導向，教師應詳細參考「十大基本能力」以及「分 段能力指標」，釐清自己的教學設計所能達成的目標 。 五、安全性：科學活動經常需要進行操作 ，因此讓學生進行操作前，教師必須先留意操 作過程是否有哪些安全顧慮或是應該做哪些防患措施 。 六、問題解決：科學教學的活動設計應多採用讓學生主動探究的方式進行 ，而「問題解 決」是相當值得運用的教學策略之一 。 七、小組合作：小組合作方式除了可以讓學生分享彼此的經驗或意見 ，也可以由同儕互 動中學習相互協助與尊重他人意見的科學態度 。 八、多元評量：九年一貫課程綱要敘及評量方式應採多元化方式實施 ，在教學過程應以 觀察、測驗、口頭發問、實作、檔案評量等多元方式評量學生的學習狀況 ，以作為
蘇育任（民82）也提出了三個遊戲導向教學的原則 ： 一、遊戲教學雖由教師指引，但教師之主要職責在設立學習環境 ，使大多數學生均能建 構本身之遊戲系統。 二、若教師欲使更多學生得以建構其遊戲系統 ，他可以合理地干預遊戲系統，甚或刻意 佈置遊戲系統以引導學生 。 三、縱使教師無法為所有學生設定強迫性的共同學習目標 ，有時似乎也無法見到每個學 生在學習中獲得學習成效，但仍須堅持遊戲導向教學的重要性，持之以恆才能成功。 潘怡吟與王美芬（民 92）在對國小學生進行遊戲型態教學之後 ，曾提出許多建議，如： 教學空間擴展出教室，活動時間重新分配，學生轉客為主、教師從旁輔助，學習態度由被動 轉變為主動，教學氣氛由靜態轉變為動態等。除此之外，蘇姿月（民 94）也提出了與自然與 生活科技課程連結之科學遊戲特色 ： 一、適當性：挑選適合每個學習階段所 應學習的科學遊戲，並且讓遊戲本體能夠以學生 為中心，以活動為導向；一個好的科學遊戲是能夠兼顧到學生學習的認知 、情意、 技能三方面的學習，透過遊戲的歷程讓學生深入瞭解科學原理 、技術的操作與分享 互助的喜悅。 二、新穎性：科學遊戲若能充分吸引兒童的目光 ，讓學生處於既興奮又期待的狀態 ，創 造一個讓孩子感到興奮的求知環境 ，這樣就能開啟兒童強烈的學習心與求知慾 ，讓 學生親自動手玩，體驗創意的科學，給孩子一扇開啟科學奧妙的窗 。 三、安全性：教師在進行科學實驗教學前應先至少操作過一次以上 ，這樣才能深入瞭解 整個實驗的流程與需注意的地 方，因為科學實驗需要給學生最清楚的步驟 ，才能有 最安全、最有效果的實驗，實驗過程中也要時時叮嚀學生 ，儘管是小細節也要讓學
用身邊的東西，安排有趣的科學實驗，從生活中尋找科學的主題活動 ，以最平凡、 隨手可得的材料，達到最有效果的科學教學 ，學生漸漸的也能以科學態度和科學思 考方式來解決生活的問題 。 五、啟發性：科學遊戲的另一個重點就是要教導學生「如何思考」，如果科學遊戲像是變 魔術，曇花一現，雖然具有十足的娛樂效果，但是若沒有引導學生作更深入的思考 ， 實在十分可惜，學生透過腦力激盪會激發出許多讓人意想不到的創意 。 此外，林堂麗（民 92）也針對科學遊戲融入自然與生活科技課程時 ，就相關因素提出建 議： 一、材料會影響遊戲的進行，及相關影響科學遊戲課後發展的因素 。 二、科學遊戲進行時，應降低或排除場所中會干擾遊戲進行之因素 。 三、進行科學遊戲需要彈性化 。 四、慎選科學遊戲融入課程的時機 。 而張東瑋（民 96）更進一步參考陳忠照（民 92）所提出之科學遊戲創意教學設計流程做 適當修改，並與其研究中所定義之科學遊戲做相互對照（見圖 2-2），內容如下所述： 一、教學活動一：情境關注 激起參與興趣，觸動學習動機，促使尋求問題之所在，或關注問題的方向，是教學 活動的開端，也是「情境關注」這個階段的重點。 二、教學活動二：探索發現 探索發現是指學童從事摸索探究活動 ，進而發現事物的規律性或自然的法則之過 程。在此一階段，正是由單純的「遊戲」到「科學」的過程。 三、教學活動三：分享省思
與分享的過程中，所學才能更精緻、更豐美。同時，遊戲的幼稚、不成熟等負面評 價（吳志衍、楊裕富、李傳房，民 93；詹志禹，民 86），也能在此階段有所提升， 更進一步可以作為繼續學習的目標與方向 ，往創新的境界邁進。 圖 2-2 課程設計流程與科學遊戲定義對照表 （引自張東瑋，民 96） 科學遊戲設計流程 情境關注 探索發現 分享省思 本研究定義之科學遊戲 1.科學遊戲是在有目標的情境下，彈性 規則中進行的活動。 2.科學遊戲的活動過程中，必須包含二 項以上的「科學過程技能」，含基本方法 與統整方法各一。 3. 科學遊戲的設計需包含學習者動手 操作的程序。 4.科學遊戲必須能有效提高兒童學習 科學興趣。 5.具明確的判斷標準以判斷科學遊戲的 完成，而在標準內，接納不同的遊戲結 果。
標，選擇以「泡泡」為主題之科學遊戲，設計「泡泡狂想曲」教學模組。
第二節
我國科學課程發展
壹、我國小學科學課程發展沿革
方炎明分析民國38年後政府的科學教育政策 ，指出政府為了加強國家經濟建設 ，提高人 力素質，積極推廣國民學校的科學教育 。迄今我國的科學課程歷經多次的修訂 ，尤以91學年 度實施之「國民中小學九年一貫課程 」改變幅度最大，為我國21世紀的教育革新掀開新的一 頁（引自鍾聖校，民90）。為何我國教育會產生如此大的變革 ？甄曉蘭（民91）曾提出82年版 國小新課程標準存有的嚴重問題 ，如： 一、國民中小課程科目林立，將知識劃分得支離破碎，有礙整體知識的學習。 二、科目本位主義濃厚，教學時數的分配流於利益之爭，相持不下，只好增加上課節數， 使得國中小規定上課節數幾乎占滿學生在校的時間 。 三、現行或新的課程標準，其國小、國中、高中相互的縱向聯繫不強 ，譬如各級學校新 課程標準開始實施的年度不一 ，呈現課程編訂各行其事的現象 。而課程之間的橫向 聯繫也不強，譬如相同觀念在不同科目 、不同年級出現時，其間常常缺乏統整，甚 至有互相矛盾之處。 四、因為各教育階段課程結構的銜接與連貫不夠緊密 ，常造成學習適應困難；而教材的 銜接與連貫不夠緊密，也常導致學習內容重疊或脫節 。 所以，為了因應教育改革的需求 、解決課程科目林立的問題 、滿足國教課程一貫和統整 的需要，教育部促使成立了國民中小學九年一貫課程發展委員會，並於民國 87年 9月正式公 布了「國民教育階段課程總綱綱要 」，宣告將自 90學年度開始以課程綱要取代現行的新課程標準。 賴慶三與楊繼正（民90）更進一步指出了89學年度為「教育狂飆的年代」，那時國民小學 所使用的課程有三套不同的課程標準同時併行實施 。其中，國小六年級使用國民小學第八次 課程標準，國小一至五年級使用國民小學第九次課程標準 ，而九年一貫試辦學校的國小一年 級，已開始使用國民中小學暫行課程綱要 。由於三種課程標準的同時併行實施 ，使得國民小 學的教學環境，呈現多元蓬勃的現象。 而若以67學年度之前後、85學年度及91學年度為分水嶺，研究者試圖將我國小學科學課 程之發展變革整理成下表 （甘漢銧、熊召弟、鍾聖校，民83；鍾聖校，民90）： 表2-5 我國小學科學課程之演變情形 年代 課程名稱 課程遵行 法則 課程特色 67學年 度前 低年級統稱為 「常識科」， 中、高年級則分 為「自然科」與 「社會科」。 國民中小學 課程標準 （民國57年 頒布） 1、主張所有學習均採活動學習，因而不強調遊戲，取 消原列於中年級「科學遊戲教材」的「遊戲」二字。 2、51年修訂之課程標準中教學的重點順序為 「知識 →方法→態度」，而 57年版則為「態度→方法→ 知識」。 附註： 後期積極展開對世界各先進國家 ，特別是美國自然科 課程之研究，例如 ESS、SCIS、SAPA 等，並從民國 66學年起，進行實驗教材之試用，即 64年版課程標 準。 67學年 度後 自然科學 64年版 課程標準 （板橋模式） 1、以學生的科學活動為中心，加強科學過程（科學方 法）的訓練。 2、教學的重點順序為「方法→知識→態度」，重視兒 童「探究方法能力」的培養，期能由「做」中來學 習，只是「聽與看」的學習活動，不易使兒童徹底
表 2-5（續） 年代 課程名稱 課程遵行 法則 課程特色 85學年 度 自然科學 82年版 新自然科 課程標準 1、明訂新課本可出現「留白」單元，讓教師可依地區 及學生程度，自行設計教材，使教學更具彈性。 2、 82版與 64年版課程標準內容大同小異，唯有兩點 內容增加： （1）加入對地球環境的認識。 （2）加入有關陶冶情意的敘述，即「養成欣賞自然、 愛護自然、保護環境的情操」。 3、教學的重點順序為「態度→方法→知識」，強調認 識自然的探究興趣，培養關切、珍惜環境的情操等 情意、態度層面的涵養。 91學年 度 自然與生活 科技領域 九年一貫 課程綱要 1、以學習領域的合科教學取代舊有的分科教學 。 2、應以探究和實做的方式來進行，強調手腦並用、活 動導向、設計與製作兼顧及知能與態度並重 。 3、重視培養學生的科學與科技素養，並能應用所學於 當前和未來的生活。 除此之外，根據熊召弟與陳嘉成（民 90）在「台灣中小學科學教育演進簡史 」一文中指 出，直到 1960年代之後，台灣才真正將科學與科技作為國民教育的 內涵，在此時期，因人類 第一顆人造衛星(sputnik)的升空，國際競爭的劇烈影響，於是展開全球性科學教育的改革 ， 而台灣也在幾年後搭上這一波的科學教育改革浪潮 ，為現在的科學教育奠定了深厚的基礎 。 以下依西元年代，熊召弟與陳嘉成將我國科學教育畫分為三個階段 ：
一、1993年以前
此時期國際間的科學教育受美國與前蘇聯科技競爭的影響 ，科學教育的目的在培育「科 學家」，教學的方法則受制約學習的理論影響 ，以重複操作的方式來培養兒童的科學過程技 能。台灣此時期的科學教育課程教材 ，乃是由教育部聘請教育心理學家 、學科專家、課程專 家等組織自然科學課程研究小組，由國民學校教師研習會執行，把國外如 SCIS、SAPA 等課程資料做選擇、課程、教材等的比較研究，同時依此設計實驗教材、編審及校訂，教材經過 實驗教學之後，再根據各實驗學校的實驗結果與建議 ，由教育部國立編譯館聘請專家修改實 驗教材，而成為所謂的「國編版本或部編版本或統編版本 」教科書，這樣的過程即是眾所周 知的「板橋模式」。
二、1993～2001年
1993年以後，國際間由原來培育科學家的觀點 ，轉變為重視培育全體國民的科學素養(science for all)，教學方法也由傳統的制約學習轉變為建構學習 (constructivist learning)，因
此教科書的內容重點轉變為解決問題的能力 ，而不再只是科學過程技能的訓練 ，因此教材的 編寫也更為活潑。在此時期，教材也由原來的「國編版本或部編版本或統編版本 」，轉變為 所謂的「審定本」，亦即開放教科書的編輯工作 ，由民間出版廠商來編輯，教育部聘請專家 學者來審定，最初的出版廠商就有六家之多 。
三、2001年以後
此時期進入了九年一貫課程，學科的名稱由原來的科目改為以領域相稱 ，整個課程的重心強調於以培養學童的十大能力 (ten basic abilities)為主，強調各個領域的統整 (integration)
與學校本位課程(school-based curriculum)，課程教材的發展之編輯由原來的出版商 ，下放至 學校本身，學校必須成立課程發展小組 ，發展自己學校適合的課程教材 ，以作為教師們教學 的依據，教材的呈現，則以「模組」(modules)的方式讓不同的教師選擇不同的模組活動來加 以修改增刪，以期符合自己的學校特色 。 饒見維（民89）認為自九年一貫課程實施後 ，教師從「官定課程的執行者」的角色轉換 為「課程設計者」的角色，教師的課程設計能力也頓 時成為這波課程改革成敗的關鍵 。長期
材等課程相關內容。第一次全國科學教育會議中即明確指出我國科學教師過度依賴教科書 ， 缺乏自行發展補充教材的能力 ，因此加強科學教師發展補充教材及多元教學策略的能力是刻 不容緩（教育部，民92）。
貳、教學模組（teachingmodule）
由上一節我們可知，自九年一貫課程實施後，目前教師需加強的是自行發展教材之能力 ， 而郭重吉與江武雄（民90）認為模組化課程的優點及可行性高 ，也易符合九年一貫的課程統 整精神，因此在設計九年一貫課程時 ，教師可嘗試以教學模組的方式去設計教材 。李毓真與 熊同鑫（民89）也指出了模組化教學為國外科技教育常見之教學方式 ，具有主題深入學習、 親手操作的特性，並提到國內學者甘漢銧、熊召弟與鍾聖校（民83）介紹美國科學促進會設 計發展之SAPA課程的特色之一是將教師手冊及其他學習資料彙集成一本本的模組，而每本的 模組皆註明該學習單元的過 程技巧、行為目標、活動、單元內容及評量作業。如此課程的理 念架構，正符合了國內推動九年一貫以學生生活經驗為中心 ，統整學生生活經驗及課程保持 彈性的理念，因此開發符合學生需要 ，結合教改理念的教學模組 ，將是可行且必須的途徑。 而在此之前，我們須先瞭解教學模組的意義 、功能及如何進行，如此將有助於本研究教學模 組的發展與使用。一、教學模組的意義與功能
國內有關教學模組的研究為數不少 ，陳嘉成（民90）的研究中提及了中外學者的觀點 ：楊榮祥（民84）定義模組是學習總時數約為 5～6小時，自學（self learning）、自評（self evaluation）
的獨立單元教材，包含「閱讀資料」、「實作活動」及「自我測驗」等內容，可由教師和學
生自由選讀。「模組」一詞，各有人使用teaching module、instructional module，以及curriculum
足而整個教學更求個別與適性。其教材內容是要解構教科書 的刻板化、學科化，而以實用性、 生活化與趣味化為主軸 ，重新建構教材。其次模組教學也不同於傳統的教師講述教學法 ，而 是採用各種不同的方式，著重學生的參與，並以各種方式進行學習。 白榮銓（民91）提出Warwick(1987)的看法：「模組」(module)是「完整、單獨的單元(unit)， 可以和其他單元聯結以完成較大的工作或達成較長程的目的 」。而劉祥通與黃國勳（民92） 研究中也提出了對模組的定義 ：「一個獨立的單元 ，用來協助學生完成某種明確的目標 （objective）」，並提出Russel（1974）的看法：「模組是一個以單一概念為主題單元的教學 計畫」。 李毓真與熊同鑫（民89）認為，所謂「模組」（modules）是指一套系列的說明或指導資 料，讓讀者或使用者能依循資料流程，學習某一事物或概念。模組的設計是讓使用者能像使 用一本自助手冊（DIY）般，依循指導語與步驟，一步步的完成教材活動 。而採用模組方式 編製教材或訓練課程時應包括下列幾個部分 ：（1）課程介紹、指導語與教學目標（2）自我診 斷或學習起點行為診斷（3）用之於教學與討論之教學材料 （4）實驗活動單與討論綱要（5） 問題與討論單（6）評量活動（7）教學資源參考等。 陳文典（民90）指出教學模組是一個主題式教學的教案 ，或稱為大單元教學計劃。而大 單元教學的名稱語意上含有一個完整單位的意思 ，為了強調教學活動的彈性 ，因此以較鬆散 的詞「模組」來代替。陳文典將其定義在「探討及解決議題」所組成的教學系列活動，只是 其包括的相關「子問題」的探討，可因教學目標、時間、教學現場中師生的實際互動情形 而 做彈性的調整，且模組的形式是不固定的 。在探究的過程中，師生可以視實際的需求自由選 擇與運用，最後的目的是使學生能夠對 「議題」有更切實的認識，或獲得更精湛的技能。 郭重吉與江武雄（民90)認為教學模組即是教學內容獨立而完整的教學單元，且教師可依 照教學時間及課程目標的需求將數個教學模組組合 ，但各模組間並沒有一定的教學順序 。賴
需要自行組合有關的教學單元 。模組之設計者根據主題有關概念之知識架構 ，參酌相關的教 學理論，設計出多元化的教學活動 ；而模組之使用者，可以依自己專業經驗選擇合適之單元 與教學策略，並進行教學活動與教學評量 ，期能達成最好之教學成效 。教學方式則可因應教 材內容而施以不同教學模式 ，因此模組的形式是不固定的 。 另陳文典（民90）也提出教學模組的特性包括以下幾項 ： （一）以主題為單位的組合教材 。 （二）以學生為主題的學習活動 。 （三）是一種生活化的教育。 （四）一種適性化的教學。 （五）一種符合學習心理的教學活動 。 （六）一種統整性的教材。 （七）內容及活動方式是多樣化的 。 模組化課程除了具有主題深入學習 、親手操作的特性之外，也易符合九年一貫以學生生 活經驗為中心，統整學生生活經驗及課程保持彈性的理念（郭重吉、江武雄，民90；李毓真、 熊同鑫，民89；甘漢銧、熊召弟、鍾聖校，民83）。然而，教學模組在其他方面還具有那些功 能呢？李毓真與熊同鑫（民89）即說明了教學模組的功用在於使教師能依循一套有系統的教 學模組教材與手冊進行教學 ，教師及學校亦可針對其班級學生與學校需要 ，選擇所需之教材 內容與方法組合來進行教學 。 教學模組除了上述之功能外 ，陳文典（民92）在之後又更進一步提出了採用模組式課程 的理由： （一）模組是一個建議性的、可自行組裝、增添、刪減、修改的教案。 1.提供豐富的教學資源（遠超過實際教學所需），使教師在教學時獲得充分的支援。 2.彈性的教學活動設計，使教師容易依教學現場的狀況作調適 （如改用本地區的 樣本、增減活動項目、改變活動方式等）
（二）以主題探討的形式呈現 1.可以引用生活上或社會上關心的議題當主題 ，使討論的內容自然而然地生活 化，再藉由對此主題的研究活動過程 ，獲得科學知識和技能的學習 。 2.主題的規模大小適足以使學生感受到「大家正在處理一個問題」。可培養學生處 理問題、解決問題的方法和負責態度 。 （三）其他（不是模組教學必然的特性 ，但可以經由設計使其具有的 ） 1.引用生活化的題材。 2.從事科學性的探討。 3.採用適性化的活動方式，使每個學生都有角色得以扮演 。 4.運用分工合作的方式進行探討 ，養成合作、負責的工作習慣。 5.適時的評量並運用評量的結果來調整教學策略 。 6.使學習者能從事自主性的學習活動 。 綜合上述說法，因此研究者認為本研究之教學模組 可定義為：教學內容獨立而完整的一 個教學單元，是以同一主題貫穿之一系列教學活動 ，每個活動皆與主題相關且獨立存在 ，教 師依實際教學需要或自己專業經驗 ，可選擇合適之單元單獨教學或自行組合 。而若是能整合 多個「教學模組」，即可建立一個教學資源中心以供教師選用 。教師可由「資料庫」中選擇 適合學生程度、地方環境、教學時間設備允許的、有趣的「教學模組」，或是由幾個「教學 活動」組合起來，以完成他的教學。教師亦可參與設計或改造 「教學模組」，以調適自己教 學上的需要。
二、模組教學的設計及進行
鄭嘉裕（民94）在研究中提出了國內學者洪文東（民91）的教學模組設計步驟，分別是：計研習會（洪文東，民92），也發表了相當多依此流程所設計出來的教學模組 。 根據賴慶三與楊繼正（民90）之研究，另可以將教學模組的研發設計流程歸納如下圖 ： 圖2-3單元模組的設計流程圖（引自賴慶三、楊繼正，民90） 教學模組在初次開發出來後 ，是否就具有可行性與價值呢 ？答案並不確定，在提高教學 模組的可行性與價值上，鄭嘉裕（民94）提出了洪文東（民92）之教學模組精緻化理論，如 分析九年一貫「自然 與生活科技」綱要 擬定教學模組名 稱、綱要及目標 製作概念展示圖 共同批評 修正 研擬教學活動設計 共同批評 修正（教學模組試教版） 成品：1.概念展示圖 2.單元能力架構表 3.教學活動設計 4.學習活動單 試教 檢討（試教教學評量） Ⅰ教學者：1.教學活動自我評鑑表 Ⅱ觀察者：1.教學活動評鑑表 2.教學活動紀錄表 3.教學觀察意見表 Ⅲ學 生：1.學習活動單 2.學習意見調查表 Ⅳ其 他：1.教學檢討會會議記錄 修訂 第二次試教 第二次 檢討 （試教教學評量） 最後修訂（正式版的教學模組）
學經驗或由設計小組討論研發而產生的 ，尚須經過精緻化，即正式試教與修正，在試教過程 中透過師生互動、對話來修改、修正、精緻化。而精鍊後的模組新型已經系統化 、結構化的 記錄師生動態互動的過程 ，可再作為下次教學模組原型參考 ，亦可視需要再進行第二次 、第 三次的精鍊過程，透過循環性的自我修正，將能提升模組設計品質。 圖2-4精緻化的模組發展（引自黃茂在、陳文典，民89） 依此精緻化模組發展模式 ，本研究除了記錄研究者設計教學模組的過程與內容外 ，並將 發展之教學模組文件送請國內專家學者審查 ，再透過實際教學過程中錄影資料與觀察者教學 觀察記錄，收集過程中師生的行為表現 ，於教學結束後與觀察者進行討論 。最後，依據專家 審查、研究者檢討與教學過程中三部分的文件資料蒐集 ，進一步精緻本研究之教學模組 ，以 達到教學模組精緻化之目的 。 模組原型 精緻化 模組新型 教師的教學假設 ，由教師依先前教 學經驗或由設計 小組討論研發產 生。 教學過程中師生 的對話與互動精 緻了教學模組。 系統化、結構化的 記錄師生動態互 動過程。為下次教 學模組原型參考。
第三節
泡泡的相關科學原理
吹泡泡對於所有想尋求娛樂和教育經驗的孩童是具有吸引力的（Willams, 2002）。在物理 學的教學中，泡泡不但內容豐富，也是一個具有吸引力的主題 （Solano-Flores, 2000）。對科 教學者而言，有許多泡泡的教學活動是可以利用的 ，如 Cook’s(1938)和 Kuehner’s(1958)引導 進行泡泡持久性和彈性的探究活動 。除此之外，Thompson’s(1961)和 Stevens’(1974)的著作中 也討論了形成肥皂膜結構和肥皂泡泡群的原則 。而近來的素材還包括了”Exploratorium”雜誌的泡泡主題，以及三個動手操作的教學單元：”Soap Films and Bubbles”（年級四～九）、”Bubbles
Festival”(Lawrence Hall of Science, 2005b)（年級 K～六），以及”Bubble Science”（年級五～
六）。本節內容針對與本研究相關之泡泡科學原理來進行討論 。
壹、表面張力
一、何謂表面張力？
傅宗玫與陳正平（民 90）指出，表面張力的形成和液體分子間的作用力有關 。因為水分 子具有極性，分子和分子之間的吸引力非常強 。在液體內部任一分子受到四面八方分子的吸 引，合力為零。相對地，在液體表面的分子只受到液面下鄰近液體分子的吸引和液面之上空 氣分子的吸引；後者遠小於前者，因此合力指向液體內部，使液體表面的分子受到一由外向 內的壓力，好像被無形的彈性薄膜包住了一樣 。 如圖 2-5所示，液體中的分子彼此之間會互相吸引 ，在液體內部的分子上下左右的吸引 力會相互抵銷，但是液體表面的分子，分子之間的吸引力沒有抵銷 ，合力指向液體內部，在 表面的作用有如一層彈性的膜 ，此即所謂的「表面張力」（Carboni, 2002）。生活中有許多表面張力的例子，例如水黽可在水面上移動（如圖 2-6）；迴紋針可浮在水 面上（如圖 2-7）；倒水於杯內，雖然水滿露出杯口但卻不外溢(如圖 2-8)，以及在荷葉上的 露水為球形（如圖 2-9），這些情況都是因為表面張力的作用。除此之外，也可仔細觀察未關 緊的水龍頭下所形成的水滴 ，當水龍頭下的水滴越來越大時 ，其表面張力已經無法再抗拒往 下的力，此時水滴即會落下，而水的表面張力會使落下的水滴成球體形狀 。但液體種類的不 同，會讓表面張力的大小也不一樣 ，例如：油的表面張力較小，故其所形成的油滴會成扁平
狀（許良榮，民 95；Lawrence Hall of Science, 2005b）；水銀的表面張力比水大很多，所以打
破水銀溫度計時，水銀灑在地上是成顆粒狀的。
圖2-5液體分子間之作用力（引自Carboni, 2002）
圖 2-6水黽可在水面上移動 圖 2-7迴紋針可浮在水面上
而當迴紋針浮在水上時，若輕輕滴入一點肥皂水，此時迴紋針會沈了下去，顯然加入肥
皂會減少水溶液的表面張力（許良榮，民 95）。加入肥皂大約會減小三分之一水的表面張力 ，
而有些清潔劑甚至還會減小得更多 。這是因為當我們在水中加入肥皂時 ，肥皂分子和水分子
會聚集在水的表面，但肥皂分子的疏水端會使其與水分子互相 排斥，此斥力作用使得聚集在
水表面的水分子被彼此分開 ，水分子間的吸引力變小，因此，肥皂會減小水的表面張力
（Lawrence Hall of Science, 2005b）。另一個例子是衣服剛濺到水時，水在衣服上是一顆一顆
的，這是表面張力的作用。不過若是濺到肥皂水，則因為加入清潔劑的關係 ，使得水的表面 張力被破壞了，所以在衣物纖維上時便不容易形成球狀 ，也因此比水更容易也更快滲入衣物 纖維。此外，Hipschman（1995）也提出了純水表面張力比肥皂水大的實例 ：純水無法吹出 泡泡的原因是純水的表面張力太大 ，以致於泡泡膜根本無法維持，第二個因素則是純水蒸發 的速度太快，所以泡泡膜很快地便會變薄而使得泡泡破掉 。而另一個同樣應用此科學原理的 科學活動是「動力小船」，小船會前進的原因即是肥皂會破壞船尾水面的表面張力 ，因此船 頭的表面張力便會拉著小船前進 （許良榮，民 95；Carboni, 2002）。 圖 2-8水滿露出杯口但卻不外溢 圖 2-9荷葉上的露水為球形 （引自許良榮，民 95） （引自北京市科學技術委員會，民 96）
