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以創造性問題解決融入與「力」相關之科學遊戲的教學成效之研究

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Academic year: 2021

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(1)國立臺中教育大學科學應用與推廣學系 科學教育碩士學位暑期在職進修專班碩士論文 指導教授:許良榮 博士. 以創造性問題解決融入與「力」相關 之科學遊戲的教學成效之研究 The Effectiveness of Implementing CPS in Force-related Science Games on the Fifth and Sixth Graders. 研究生:張珉甄 撰. 中華民國一百年八月.

(2) 誌 謝 三年的研究所生涯即將告一段落,終於可以提筆寫下這份感謝。 首先要感謝的是我最親愛的指導老師──許良榮教授,因為有老師的悉 心指導,讓我在這些年中獲益良多,老師對學問的嚴謹與清晰的邏輯思考, 更是我學習的典範,更重要的是有老師的鞭策,懶散成性的我才有機會完成 這篇論文。再來要感謝我的口試委員──林曉雯教授、葉聰文教授,在口試 時對我的指導,讓本論文能更臻完善。 接著要感謝子傑、守娟、亞芬和蕙茹,在研究的路上陪著我、鼓勵我、 一起互相幫忙、一起討論研究方向;感謝研究所的班上同學,因為你們的幽 默風趣,讓我的四個暑假充滿歡樂,大家一塊討論學術、閒聊生活、瘋狂趕 作業,你們的陪伴讓這些日子變得閃閃發光;感謝同事郁雯、祥裕及學姐宛 玲,不厭其煩的指出我在教學設計與實施上的缺失;感謝眾多好友同事的打 氣,在吃了那麼多人的畢業慶賀餐會以後,換我請客啦!感謝大學的好姊 妹,每每在我寫論文寫到情緒失控時捎來溫暖的關懷;感謝家人的支持,你 們一直體諒我、包容我,在我為了功課和論文忙得昏天暗地時幫我打點生 活,在我緊張萬分的時刻安撫我的情緒,很高興有你們的一路相伴。 謹以此感謝,獻給一路幫助我的貴人,也祝福還在努力的同學,都能順 利完成學業喔!. 珉甄. 謹誌 100.8.31.

(3) 摘 要 本研究旨在探討將創造性問題解決(CPS)融入科學遊戲教學,對國小高年 級學童概念認知與探究能力的影響。研究者選擇以「力」的科學概念作為教學主 題,設計以 CPS 融入科學遊戲中進行教學。研究對象為國小高年級學生,首先 進行的初探教學是為了確認測驗的內容與題意能夠吻合、教學設計是否得宜,經 過修正後的測驗題目及教學設計再運用於正式教學中。初探教學的研究方法採用 準實驗研究法中的單組前後測設計,正式教學的研究方法採用準實驗研究法中的 不等組前後測設計。兩次教學前後皆施以前後測及延宕測,測驗結果進行成對樣 本 T 檢定及單因子共變數分析,檢視學生「概念認知」及「探究能力」的差異。 在研究歷程中並蒐集活動學習單、協同教師訪談紀錄、協同教師觀察紀錄表、學 生晤談紀錄、教師省思札記等質性資料,以三角校正法進行分析,暸解學生及協 同教師的想法。 研究結果顯示:一、實施本教學後,學生的概念認知及科學探究能力顯著成 長。二、本教學能引發學生的創意、促進同學間的情誼,受到多數人的喜愛,在 活動過程中,學生的發言情形漸有進步,對科學概念更為熟悉。三、進行本教學 時,上課秩序較難掌控。四、學生會有誤用科學名詞的情形發生,教學設計仍可 再改進。最後根據研究結果,本研究對教學活動設計、教學實施方式和未來研究 方向提出數項建議。. 關鍵詞: 關鍵詞:科學遊戲、 科學遊戲、創造性問題解決( 創造性問題解決(CPS) CPS)、科學探究 、科學探究. I.

(4) Abstract The purpose of this study was to explore force-related science games teaching that integrated with the creative problem solving (CPS), and to investigate the concepts of force and the scientific inquiry abilities held by the fifth and sixth graders. In the pilot study that we focus on modify the test items and teaching design. After the test items and teaching were revised that implement in the formal study. The pilot study adopted quasi-experimental method that was one-group pretest-posttest design. The formal study adopted quasi-experimental method that was nonequivalent pretest-posttest design. The instruments included pretest, posttest and retention test and statistic methods included paired-samples t-test and one-way ANCOVA. The qualitative data included activity worksheets, observations by cooperative teacher, interviews with the students and cooperative teacher, and teaching journals. The qualitative data were analyzed by triangulation to interpret the thoughts of students and teacher. The major findings of this study were: (1) there were significant improvements on the concepts of force and the scientific inquiry abilities; (2) the teaching activities could foster students’ creativity, promote the friendship between students, and they were enjoyed by most students but the discipline in the class was hard to control; (3) the discussions between students were progressed and they were familiar with the concepts of force; (4) the students tend to misuse the scientific terms and the teaching designs still had room to be improved. Finally, this study proposes several suggestions on the teaching designs and implementation of science games as well as some directions for future research. Key words: Science Games, Creative Problem Solving(CPS), Scientific Inquiry. II.

(5) 目 次 摘 要. ................................................................................................................ I. Abstract ...............................................................................................................II 目 次. ............................................................................................................. III. 表 次. ............................................................................................................... V. 圖 次. .......................................................................................................... VIII. 第一章 緒論 ........................................................................................................1 第一節. 研究背景與動機 .................................................................................. 1. 第二節 第三節 第四節. 研究目的與研究問題 .......................................................................... 4 名詞釋義 .............................................................................................. 5 研究範圍與限制 .................................................................................. 6. 第二章 文獻探討 ................................................................................................9 第一節 第二節 第三節. 科學遊戲與教學 .................................................................................. 9 創造性問題解決 ................................................................................ 20 科學探究之意涵與相關研究 ............................................................ 31. 第三章 研究設計與實施 ..................................................................................39 第一節 第二節 第三節 第四節 第五節 第六節. 研究方法 ............................................................................................ 39 課程設計與規劃 ................................................................................ 40 研究流程 ............................................................................................ 43 研究情境和參與人員 ........................................................................ 46 研究工具 ............................................................................................ 49 資料蒐集與處理 ................................................................................ 54. 第四章 研究結果與討論 ....................................................................................65 第一節 第二節 第三節. 初探教學之分析與討論 .................................................................... 65 正式教學學習成效分析 .................................................................... 82 學生對教學之反應及感受 ................................................................ 89. 第五章 第五章 結論與建議 ........................................................................................101 第一節 結論 ........................................................................................................ 101 第二節 建議 ........................................................................................................ 103. III.

(6) 參考文獻 ............................................................................................................107 一、中文部份 ...................................................................................................... 107 二、外文部份 .......................................................................................................115. 附 錄. ............................................................................................................107. 附錄一. 教學活動設計專家審核表 ...............................................................117. 附錄二 附錄三. 教案一:平衡鳥 .............................................................................. 120 教案二:動力橡皮筋 ...................................................................... 128. 附錄四 附錄五. 教案三:一柱擎天 .......................................................................... 134 活動學習單:教案一(平衡鳥) .................................................. 143. 附錄六 附錄七. 活動學習單:教案二(動力橡皮筋) .......................................... 147 活動學習單:教案三(一柱擎天) .............................................. 151. 附錄八 附錄九 附錄十 附錄十一 附錄十二 附錄十三 附錄十四 附錄十五. 協同教師觀察記錄檢核表(一) .................................................. 157 協同教師觀察記錄檢核表(二) .................................................. 160 協同教師觀察記錄檢核表(三) .................................................. 163 概念認知測驗 .................................................................................. 166 科學探究能力測驗前後測——冰塊爺爺 ...................................... 171 科學探究能力測驗延宕測——凸透鏡與凹透鏡 .......................... 174 含有以「力」為原理的科學遊戲書籍及科學遊戲 ...................... 178 探究能力測驗同意書 ...................................................................... 183. IV.

(7) 表 次 表 2-1-1. 國內與科學遊戲教學相關之研究 ....................................................15. 表 2-2-1. CPS 的發展 .......................................................................................27. 表 3-1-1. 初探教學的研究設計 ........................................................................39. 表 3-1-2. 正式教學的研究設計 ........................................................................40. 表 3-2-1. CPS 三成份六階段所對應的科學遊戲教學活動階段 ....................41. 表 3-5-1. 科學探究能力測驗前後測題目編號 ................................................49. 表 3-5-2. 概念認知測驗之雙向細目表 ............................................................53. 表 3-6-1. 科學探究能力測驗前後測評分規準 ................................................56. 表 3-6-2. 科學探究能力測驗延宕測評分規準 ................................................59. 表 3-6-3. 概念認知測驗評分規準 ....................................................................61. 表 3-6-4. 資料編碼 ............................................................................................61. 表 4-1-1. 單元目標達成的結果 ........................................................................67. 表 4-1-2. 九年一貫能力指標達成結果 ............................................................69. 表 4-1-3. 探究能力測驗之前測、後測及延宕測的描述性資料(初探教學) ............................................................................................................72. 表 4-1-4. 探究能力測驗之前後測成對樣本 T 檢定(初探教學)................72. 表 4-1-5. 探究能力測驗之前、後及延宕測中各分項測驗的描述性資料(初 探教學) ............................................................................................73. 表 4-1-6. 概念認知測驗各題的答對率 ............................................................74. 表 4-1-7. 初探教學後欲修正的題目 ................................................................78. 表 4-1-8. 概念認知測驗之前、後及延宕測的描述性資料(初探教學) ....80. 表 4-1-9. 概念認知測驗之前、後及延宕測成對樣本 T 檢定(初探教學) 80. 表 4-1-10 教學活動(一)概念認知測驗之前、後及延宕測的描述性資料(初 探教學) ............................................................................................80. V.

(8) 表 4-1-11 教學活動(一)概念認知測驗之前、後及延宕測成對樣本 T 檢定 (初探教學) ....................................................................................81 表 4-1-12 教學活動(二)概念認知測驗之前、後及延宕測的描述性資料(初 探教學) ............................................................................................81 表 4-1-13 教學活動(二)概念認知測驗之前、後及延宕測成對樣本 T 檢定 (初探教學) ....................................................................................81 表 4-1-14 教學活動(一)概念認知測驗之前、後及延宕測的描述性資料(初 探教學) ............................................................................................82 表 4-1-15 教學活動(三)概念認知測驗之前、後及延宕測成對樣本 T 檢定 (初探教學) ....................................................................................82 表 4-2-1. 探究能力測驗之前測、後測及延宕測的描述性資料(正式教學) ............................................................................................................83. 表 4-2-2. 探究能力測驗之前後測成對樣本 T 檢定(正式教學)................84. 表 4-2-3. 組內迴歸係數同質性檢定摘要表 ....................................................84. 表 4-2-4. ANCOVA 分析摘要表.......................................................................84. 表 4-2-5. 探究能力延宕測測驗調整後的平均數 ............................................84. 表 4-2-6. 探究能力測驗之前、後及延宕測中各分項測驗的描述性資料(正 式教學) ............................................................................................85. 表 4-2-7. 概念認知測驗之前、後及延宕測的描述性資料(正式教學) ....86. 表 4-2-8. 概念認知測驗之前、後及延宕測成對樣本 T 檢定(正式教學) 86. 表 4-2-9. 教學活動(一)概念認知測驗之前、後及延宕測的描述性資料(正 式教學) ............................................................................................87. 表 4-2-10 教學活動(一)概念認知測驗之前、後及延宕測成對樣本 T 檢定 (正式教學) ....................................................................................87 表 4-2-11 教學活動(二)概念認知測驗之前、後及延宕測的描述性資料(正 式教學) ............................................................................................88 表 4-2-12 教學活動(二)概念認知測驗之前、後及延宕測成對樣本 T 檢定 (正式教學) ....................................................................................88. VI.

(9) 表 4-2-13 教學活動(三)概念認知測驗之前、後及延宕測的描述性資料(正 式教學) ............................................................................................88 表 4-2-14 教學活動(三)概念認知測驗之前、後及延宕測成對樣本 T 檢定 (正式教學) ....................................................................................88. VII.

(10) 圖 次 圖 2-2-1. Parnes 五階段 CPS 模式....................................................................22. 圖 2-2-2. Isaksen 和 Treffinger 六階段 CPS 模式............................................23. 圖 2-2-3. 1992 年版的三成份六階段 CPS 模式 ..............................................25. 圖 2-2-4. 三成份彈性循環的 CPS 模式 ...........................................................26. 圖 2-2-5. 2000 年版的系統化 CPS 模式 ..........................................................27. 圖 2-2-6. 創意思考教學模式 ............................................................................29. 圖 2-2-7. 創造性探究模式(CIM )之表徵 ......................................................30. 圖 2-3-1. 國小階段科學探究能力成份 ............................................................36. 圖 3-3-1. 研究流程 ............................................................................................45. 圖 4-1-1. 教室配置圖 ........................................................................................65. 圖 4-1-2. 自然科專任教室配置圖 ....................................................................66. 圖 4-1-3. 教學活動(一)第八題學生誤解題意之圖示 ................................76. VIII.

(11) 第一章. 緒論. 本章共分為四節,依次分別為研究背景與動機、研究目的與研究問題、名 詞釋義、研究範圍與限制等。. 第一節. 研究背景與動機. 一、研究背景 科技的發展瞬息萬變,現今的科學課程若是停留在「教師給予知識」的思維, 學生所學習到的科學知識和技能,恐難應付多元的社會。近半世紀以來,國內外 的科教學者皆期望透過科學探究實現有效的教學和學習,以促進學生的高層次思 考能力。台灣目前的科學教育改革亦如是,期望學生利用探索自然以及科學現 象,以發展有意義的瞭解,取代以往死記定義和事實的學習。 我國的國民中小學九年一貫課程綱要自然與生活科技學習領域(教育部, 2008)中提及:「自然與生活科技之學習應以探究和實作的方式來進行,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……自然與生活科技之學 習應以學習者的活動為主體,重視開放架構和專題本位的方法。」建議教學能以 學生為學習的主體,讓學生養成主動學習的習慣,並培養獨立思考與問題解決的 能力,學習科學與技術的探究方法和基本知能,並能應用所學於當前和學習未來 的生活。如同教育部所示,科學教學應致力於營造科學探究情境,以提昇學生的 科學探究能力。由科學課程中強調「探究」的趨勢發現,促進學生的科學探究能 力已成為科學教育的核心目標。 Furtak(2006)指出,如果學生在一個開放的環境裡學習,而答案是未知的,使 用科學家思考過程和預留答案的方法,會讓學習更有意義。因此教學中包含越多 的教材,學生學習保留得越少;反之,學生學習保留得越多(引自洪振方,2003 )。. 1.

(12) Herron(1971)提出探究的四個層次,第一個是食譜式的確認層次(confirmation / verification),逐漸到教師引導的引導式探究,到第四個開放性探究層次(open inquiry)--所探究的問題都是學生自行產生的。許多研究指出,在開放式的實驗 活動中,學生對科學內容的學習、推理能力、思考能力都較活躍。而在非探究式 的教學中,教師將學生當作知識的接受者,會以學科知識為中心,若教學中包含 了所有的教材,則視為教學表現佳;採用探究式教學,教師則以整體觀點來看待 學生,認為學生的創造性與認知方面的成長非常重要,學習應該以學生為中心, 並促進其多元才能的發展。 由上述可以發現,「探究」已成為科學教育強調的重點,但完全開放式的探 究學習,需要耗費大量的時間,在現行的教育課程、社會期待、家長壓力之下, 恐怕難以全面實施。劉宏文(2001)亦認為開放式的探究學習,在課程設計上需 考慮學生的特質、學校的情境與探究活動的可行性,建議應以引導式探究為主。 就現今的教育風潮而言,教師的教學方式應該更加多元化,以提高學生的學習興 趣及培養其探究能力,考量一般課室中的教師有課堂時間及進度的壓力,設計一 個可以在現行課程中進行,能以學生為主體,讓學生自己動腦思考,增加學生對 學習內容保留率的教學活動,是值得進一步研究的。 喜愛遊戲是兒童的天性。當我們急著教導孩童一些事情時,是在阻擋他們親 身體驗的機會,他們獲得真正的瞭解應該是來自於他們自己的發現(段慧瑩、黃 馨慧譯,2000)。透過「指導式遊戲」作為兒童的教育策略,可增進兒童的學習 動機,也能增加兒童的知識和技能(李宛玲,2010)。而科學遊戲是引領學童學 習科學的一個有效工具。它能提高學童的學習興趣,有利於學童建構科學概念(林 瓊音,2006)。許良榮(2004、2009)認為科學遊戲一方面能引起學童的學習興 趣,一方面可以培養學童科學實驗、實作技能與解決問題的能力,但要避免只是 單純的引起學童興趣卻缺乏學習內涵,而是必須讓學生有動腦筋的機會,亦即讓. 2.

(13) 學生主動去探究。國內許多學者針對科學遊戲的教學活動進行相關研究,在在顯 示科學遊戲逐漸成為目前科學教育的趨勢。 科學遊戲利用兒童喜愛遊戲的天性,引起其學習興趣,將科學概念涵蓋其 中,讓學生得以在動手操作中習得科學知識,應可達到科學教育改革中的探究之 目標,但教學內容若只有科學遊戲而沒有讓學生動腦的機會,恐怕就失去了教育 的價值,因此以科學遊戲為教學中的「肉」,還必須尋找教學的「骨」才行。 創造性問題解決教學模式適用於多樣化的教學情境,運用於課程之中,對於 個人創造力及問題解決能力的提昇亦有所助益,學生不僅從中獲取科學知識,對 於課程也抱持正面的感受。創造性問題解決教學中的成份與階段,與科學探究能 力是有所重疊的,利用創造性問題解決的模式融入教學,應可提昇學生的探究能 力。教師在這樣的教學中應扮演積極提出問題的角色,並且可從這種教學模式中 提昇自身的教學能力,有助於促進教師的專業成長。 綜合上述,研究者期以創造性問題解決的教學理念,配合兒童喜歡遊戲的天 性,融入以科學遊戲為主的教學活動中,讓學生從動手操作中培養其科學探究能 力。近年來有不少研究指出這樣的教學策略是可行的(李宛玲,2010;林盈全, 2010;洪美嬌,2009;陳淑娟,2007;黃玉斯,2009;楊皓雯,2010;謝孟靜, 2010;蕭淑分,2010 )。. 二、研究動機 研究者任職於國小,發現多數的自然科教師迫於課程進度、家長壓力、教材 編排之下,大多選擇單向傳遞知識為主的教學方式,以教條式的口述講解來授 課,即使是實驗課,不是採用教師示範,就是採驗證式實驗,然後在自然習作上 寫下標準答案。然而科學教學應該著重在提昇科學探究能力和營造科學探究情 境,進而促進學生對科學的認知才是。在多次與學生交流之後,發現學生認為這 樣的方式上自然課「很無聊,都是用背的,不好玩!」 「好玩」是孩子喜歡自然. 3.

(14) 課程與否的因素之一,而遊戲恰好可以帶給學生無窮的樂趣。而研究者在剛進入 學校任教時,有機會擔任科展的指導教師,在指導學生的過程中,研究者發現學 生對於動手做的操作課程很有興趣,但在實驗的過程中若是遇到問題,卻缺乏問 題解決的能力。 這兩件事情激起了研究者以科學遊戲帶領學生領略科學之美的念頭。對兒童 來說,遊戲不僅是一種學習、活動,也是適應、生活與一種工作(郭靜晃,2000)。 若能結合趣味性及操作性兼具的科學遊戲,提昇孩子主動探索的能力,應可喚起 學生對科學的熱忱,並從親自動手做的過程中瞭解科學概念。 但是,科學概念何其多,該選擇哪一個來作為教學主題呢?研究者發現學生 在日常生活中最常接觸到與「力」有關的概念,我們無時無刻不受到力的影響, 它與我們息息相關。國小的學童觀察大自然中蘊藏的力,以及簡易機械運用的力 學概念,察覺生活中的「力」無所不在,國中的理化與高中以後的物理課程,力 學概念更佔了很大的比例,是自然科學課程中不可或缺的一環,但是力學卻也是 學生容易遭受困難的學習,生活中物體受力與運動的關係透過不同的建構模式, 使學生產生相當多的力學另有概念(鄭茹芬,2002)。由於學生在學習力學概念 時仍存有自己的想法,因此研究者希望設計適合學生學習力學概念的課程,以協 助學生對力的瞭解。. 第二節. 研究目的與研究問題. 一、研究目的 基於上述研究動機,本研究擬利用科學遊戲營造探究的情境,融入創造性問 題解決的教學理念來設計教學活動。由於力的存在需要透過觀察現象才容易理 解,屬於較為抽象的科學概念,透過親自動手操作,可讓學生對「力」的印象更 加深刻,更容易理解這個科學概念。研究者希望透過以「力」為主題融入創造性. 4.

(15) 問題解決之科學遊戲,來提昇孩子主動探究思考的能力,並提供給往後自然科教 師作為參考。. 二、研究問題 基於上述之研究目的,本研究欲探討的問題如下: (一)實施創造性問題解決融入之科學遊戲教學活動後,學生的概念認知表 現為何? (二)實施創造性問題解決融入之科學遊戲教學活動後,學生的及科學探究 能力表現為何? (三)學生對創造性問題解決融入之科學遊戲教學活動感受為何?. 第三節. 名詞釋義. 為了澄清本研究的關鍵名詞,以避免意義混淆,並使本研究所使用的概念前 後一致,針對本研究所提及之相關重要名詞解釋如下:. 一、科學遊戲 坊間所出版與科學遊戲有關的書籍龐雜,但研究者參閱許多相關文獻後,卻 發現日前各個專家學者的觀點都不甚相同,對於科學遊戲的定義也沒有很清楚的 界定(詳見第二章第一節) 。本研究綜合專家學者所提及的科學遊戲,將科學遊 戲之範圍定義如下: (一)科學遊戲必須包含科學原理。 (二)科學遊戲的設計必須包含讓學生動手操作的程序,觸動學生的學習動 機,激起學生主動操弄的興趣。 (三)科學遊戲需具備安全性,並且容易從生活周遭取得素材。 (四)進行科學遊戲可以隨時湧現新的想法,發展學生創造思考、解決問題. 5.

(16) 的能力。 (五)科學遊戲的操作需確認可行性、安全性。. 二、創造性問題解決 本研究所指的創造性問題解決(Creative Problem Solving,CPS) ,是以 Isaksen 和 Treffinger 於 1987 年所提出的三成份六階段 CPS 模式融入科學遊戲,三成份分 別為:瞭解問題、產出點子、計畫行動,六階段為:發現困惑、發現資料、發現 問題、發現點子、發現解答、尋求接納。. 三、科學探究能力 依據國民中小學九年一貫課程綱要自然與生活科技學習領域中,對「主動探 索與研究」的基本能力定義為:. 整個學習的活動,均應建立在對自然現象的好奇及意圖探究其真相的基礎 上。運用觀察、收集資料、比較、分類、統整、歸納、研判、推理等科學方 法以獲得知識和技能。使每進行一個單元的學習,都能增進其對科學方法的 應用能力。 而在本研究中所稱之科學探究能力,則是高慧蓮(2005)國科會研究計畫「九 年一貫課程自然與生活科技領域科學探究能力之培養研究」對探究能力制定出來 的五個面向,分別為:界定問題的能力(包含發現問題、提出問題)、設計規劃 的能力(包含收集資料、設計實驗 )、實作驗證的能力(包含進行實驗、觀察、 操作、記錄 )、分析解釋的能力(分析資料、歸納及解釋實驗結果 )、溝通辯證 的能力(溝通、批判 )。. 第四節. 研究範圍與限制. 本研究蒐集科學遊戲書籍及檢索網路資料,從中取得科學遊戲素材,融入創. 6.

(17) 造性問題解決的教學理念發展出的教學活動,目的在瞭解此教學活動對高年級學 生科學探究能力的影響,針對本研究歷程,以下分別說明研究範圍、研究對象與 研究方法的限制:. 一、研究範圍的限制 本研究之概念範圍僅限於三個教學活動中的概念,分別為力的平衡、力的傳 送、摩擦力,而學生的探究能力之界定以高慧蓮於 2005 年的研究界定為準。本 研究所獲得的結論僅適用於探討學生在此教學活動下的學習情況,實施教學活動 之後,學生對科學的學習興趣、問題解決能力的影響程度,不在本研究的研究範 圍內。. 二、研究對象的限制 本研究對象僅限於台中市哈哈國小(化名)高年級的兩個班級之學生,研究 成果不宜推論到其他年段。. 三、研究方法的限制 本研究採用準實驗研究法中的單組前後測設計以及不等組前後測設計,在有 限的測試工具內進行分析探討,研究所發現之結果僅適用於特定的情境,至於是否適用 於其他教學情境、是否能適合教學場域之外,則不宜過度推論。. 7.

(18) 8.

(19) 第二章. 文獻探討. 本章分為三節介紹:第一節為科學遊戲與教學,第二節為創造性問題解決, 第三節為科學探究之意涵與相關研究。. 第一節. 科學遊戲與教學. 一、遊戲與科學遊戲 (一 ) 遊戲的定義與特性 喜歡遊戲是孩子的天性,但遊戲究竟是什麼呢?遊戲對兒童的意義究竟為 何?許多學者試圖解讀遊戲,但由於遊戲是抽象且流動的,不是具體目標、地點 或行為,而且遊戲有著多樣性意義,因此定義遊戲是很不容易的(吳鷰儀等人, 2008),多年來專家從不同的觀點研究遊戲,卻難有相同的見解。 早期對遊戲的看法分為四方面,分別為(吳幸玲,2003;吳凱琳,2000;吳 鷰儀等人,2008;梁培勇,2006;郭靜晃,2000): 1. 剩餘能量說:Schiller和Spencer等人認為遊戲是個體滿足了與生存有關的 主要需求後才可能出現的行為。 2. 休閒和放鬆說:Lazarus和Patrick等認為人們覺得生活緊繃需要調劑時, 遊戲行為就會出現。 3. 練習說:Groos等達爾文學派的人認為遊戲可以協助個體練習未來可能派 上用場的種種行為。 4. 重複演化說:Hall和Gulick等學者認為兒童在不同階段所展現出來的遊戲 行為,就是人類演化的各個階段。 許多學者發現四個遊戲的古典理論皆有缺失,試圖找出更能合理解釋與定義 遊戲的理論,促成了上個世紀現代遊戲理論的興起,希望透過實驗研究及精確觀. 9.

(20) 察來驗證假說,這些理論不僅解釋遊戲為何存在,還解釋了遊戲所扮演的角色。 如 Sigmund Freud 提出的心理動力論,認為遊戲可幫助孩子面對不愉快的事件及 避免傷害,具有抒發情緒的效果;又如 Albert Bandura 的社會學習理論指出,幼 兒會進行模仿楷模的遊戲來幫助自身的學習;再如最為人所知的認知理論,其著 名學者 Piaget、Vygotsky 以及 Bruner 都對遊戲發展出不同的新想法。Piaget 認為 孩子進行的遊戲類型與他們當時認知發展的層次有關;Vygotsky 則認為遊戲在抽 象思考上扮演關鍵的角色,可以提供社會性支助學習的情境,是種促進學習的自 助工具;Bruner 強調遊戲在敘說性思考模式之發展上的重要(吳鷰儀等人,2008; 郭靜晃,2000)。 郭靜晃(2000)的書中指出,遊戲有五個基本特徵。第一,遊戲是內在動機。 第二,遊戲者可以自由選擇玩或不玩。第三,遊戲一定是要好玩的。第四,遊戲 重行為而不重於言傳。第五,遊戲要讓遊戲者主動參與。張佳琳(2004)認為遊 戲有五項意涵:是人類的本能表現、是促進認知發展的重要方式、具有調節能量 與情緒的作用、具有提昇創造力的功能、是人類生活及存有的一種方式。 梁培勇(2006)整理許多學者對於遊戲的看法,將遊戲的定義分為三大取向: 一是將遊戲視為人類與生俱來的傾向;二是將遊戲視為一種行為,認為找出遊戲 的「行為特徵」後,只要符合此特徵的行為都可算是遊戲;第三種取向則將遊戲 視為一種情境,亦即在某種情境下遊戲就會自然的出現。 許多心理學家各自提出他們對遊戲的定義,梁培勇(2006)認為這些對遊戲 的不同解讀,大致上都有幾個強調重點: 1.過程中充滿歡樂。 2.主動參與而非被動參加。 3.沒有時間上的限制。 4.沒有特別標明的學習目標。. 10.

(21) 5.不會有輸贏的心理負擔。 6.「我能感」──自己可以掌握的感覺。 郭靜晃(2000)整理心理學的文獻中有關遊戲行為,將之定義為八項: 1.遊戲是不經言傳的行為,無固定模式,也不能由外在行為或定義來區分。 2.遊戲出自內在動機。 3.遊戲是重過程、方式而輕目的和結果。 4.遊戲是自由選擇的。 5.遊戲具有正向的情感。 6.遊戲是主動參與而且是動態的。 7.遊戲著重自我,旨在創造刺激。 8.綜合上述,遊戲是強調內在動機、自發性、自由選擇、正向情感、創造刺 激、主動參與及內人格特質的向度。 遊戲可調劑較嚴肅的學習生活,透過遊戲時的專制、思考訓練及較沒有壓力 的想像空間,可提高學生的創造活力,因此格外具有價值(鍾聖校,2000 )。遊 戲是兒童生活的一部份,由內在動機所引起的,是兒童主動參與與自我主導的, 著重在遊戲的過程是否好玩與快樂,對學童的成長有正向的影響(黃嬿樺, 2009)。遊戲是一種過程,是不斷產生新的情境活動,絕不只是單純的在舊把戲 中玩而已(段慧瑩、黃馨慧譯,2000)。蕭淑分(2010)認為遊戲是出於內在動 機表現出來的自發行為,是歡樂有趣的,遊戲的重點在過程而不是結果,需要兒 童積極的參與,可以讓幼兒學著適應社會、為生活作準備。吳鷰儀等人(2008) 指出,遊戲在學童的想像力和創意解決問題、自我認同和表達、社會歸屬感或和 他人的契約方面,扮演著極重要的角色。 綜合上述文獻,研究者認為遊戲是歡樂而發自內心喜愛的行為,具有正向情 感,藉由遊戲,兒童學習新的概念與認知,在與他人的共同遊戲中,更可以培養. 11.

(22) 成人所期望的能力與態度。 (二 ) 科學遊戲的定義與特性 科學遊戲係指將科學活動融入遊戲中,讓兒童經由遊戲的過程中,親自去觀 察、思考、體驗、操作,從中獲得科學原理(黃嬿樺,2009 )。 方金祥和劉奕萱(2007)認為科學遊戲就是把科學玩具或科學活動與遊戲結 合,寓教於樂,讓學童可以從遊戲或科學趣味競賽中體會科學原理。楊皓雯(2010) 及林盈全(2010)根據不同學者之觀點,歸納科學遊戲必需具備趣味性、具有科 學原理、創造性即可動手操作的特性。陳忠照(2003)認為科學遊戲是利用生活 素材所進行的科學性遊戲,不同於一般的玩耍,具有以下四種特質: 1. 趣味性:能玩得快樂自在,是充滿喜悅的時光。 2. 規律性:有遊戲規則,遵守規則來玩,也玩出一些規則;遊戲過程需要講 道理、有禮貌。 3. 創造性:在科學遊戲中容易促進創意的成長,隨時湧現更新的看法、更有 意義的創意方向。 4. 分享性:大家一起遊戲、同步探索,在團體互動中分享過程與結果。 林堂麗(2003)認為科學遊戲即是選擇身邊隨手可得的材料,以人人都可製 作、可操作的遊戲項目,輔助兒童能由此遊戲進而喜愛科學,養成探究科學的精 神和能力,根據學者對科學遊戲的看法與Piaget對遊戲分類的理論基礎,考量九 年一貫課程及配合自然與生活科技的分段能力指標,將科學遊戲界定為: 1. 結合科學原理進行的「規則性」遊戲。 2. 在有目標與解決問題情境下,彈性規則中進行的活動。 3. 活動過程中必須包含一項以上的「科學過程技能」。 4. 科學遊戲的設計需包含學習者動手操作的程序。 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. 12.

(23) 結果。 6. 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。 郭騰元(2000)指出,學童與科學家玩的科學遊戲並不相同,他根據以下五 個原則,設計出符合學童學習的科學遊戲: 1. 能讓小朋友喜歡與驚訝。 2. 能運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裏、超市、文具店或五金行中取得。 5. 容易改變或改進。 許良榮(2004)指出,科學遊戲就是蘊含科學原理或科學概念的活動,提供 了學生「玩科學」的機會,這個活動必須讓參與的學童感到有趣、好玩,具有高 度的參與意願;科學遊戲較不重視競賽,讓學生不至於過度重視名次與績效。 盧秀琴(2005)認為透過遊戲可以讓學生主動建構科學概念及發散性思考, 而教師可以觀察學童在科學問題思考與解題過程的表現,包括:如何運用各種方 式的外在表徵解釋科學問題、表達科學概念,和探究學習後的呈現。許良榮(2009) 指出,科學遊戲應避免只是單純的引起學童興趣卻缺乏學習內涵,而是必須讓學 生有動腦筋的機會,亦即讓學生主動去探究。 綜合上述文獻,研究者認為科學遊戲的定義有以下五點: 1. 科學遊戲必須包含科學原理。 2. 科學遊戲的設計必須包含讓學生動手操作的程序,觸動學生的學習動機, 激起學生主動操弄的興趣。 3. 科學遊戲需具備安全性,並且容易從生活周遭取得素材。 4. 進行科學遊戲可以隨時湧現新的想法,發展學生創造思考、解決問題的能. 13.

(24) 力。 5. 科學遊戲的操作需確認可行性、安全性。. 二、科學遊戲在教學上的相關應用 科學遊戲不僅具有遊戲喜悅的優點,更具有科學的教育意涵(陳忠照, 2003)。科學遊戲能吸引學生的興趣並具有教學價值,因此近來坊間出版不少科 學遊戲的相關書籍,在強調全民科學的前提下,將科學遊戲與教學相互連結,期 能促進學生從事科學探究,也能將簡單的遊戲帶回家與家人分享,真正發揮大眾 科學教育的功能。如何將科學遊戲賦予教育價值,而非讓學生開心的玩完就結 束,是一個值得關注的問題(許良榮,2009;蘇秀玲、謝秀月,2007)。 汪忠獻(2005)發現將科學融入教學中,孩子可以從操作中學習科學原理, 體驗操作的樂趣,最後將原理應用於生活上。科學遊戲如能妥善運用於教學中, 能提昇學生的科學學習興趣(蘇秀玲、謝秀月,2007),而將科學遊戲融入於教 學中,需要學校與家長的配合,教師在時間與空間的安排要掌握得宜,掌控班級 秩序以免影響學生的學習,進行小組活動時要注意組員間的互動,設計適量且精 緻的學習單以提高學生填寫的意願及充實內容(黃嬿樺、賴慶三,2009)。盧秀 琴(2005)則建議國小教師運用遊戲與教學課程時要盡量提出開放性、提示性和 摘要性的問題,引導學生以不同的面向來看問題,且要注意焦點的轉變,而評量 時不可只依賴師生的互動,也要注意其他學生的回答。徐麗雪(2002)的研究中, 建議編寫科學遊戲教材時應注意時間掌控及教學地點的選擇,選擇的玩具要讓學 生覺得有趣、容易操作,而且是可以輕易調整搬動的,並進行質與量的多元評量, 以培養兒童各項科學過程技能。 國內對於科學遊戲的研究不多,研究者以「科學遊戲」為關鍵字,搜尋科學 教育相關期刊以及全國博碩士論文網,發現碩博士論文只有約30多篇,期刊約20 多篇,研究者將與教學相關的科學遊戲之研究整理成表2-1-1。. 14.

(25) 表 2-1-1 國內與科學遊戲教學相關之研究 研究者. 年代. 研究主題. 研究結果與發現. 李戊益. 2002. 九年一貫生活課程教 以科學遊戲為主軸開發教學模組時,存在著某些 學設計之行動研究~以 有利條件與不利條件。研究者的成長主要有改變 「玩具 DIY」模組為例 對生活課程的認知、重視學童的先備經驗、學習 與別人合作的經驗、教學設計模式的轉變、提昇 設計統整課程的能力及經驗分享與回饋的喜悅。. 徐麗雪. 2002. 國小科學遊戲教學活 接受「科學遊戲教學」活動的實驗組學生在科學 動成效分析. 概念成就、許多項的分項技能均顯著高於傳統教 學的控制組,對自然科的興趣也較高。. 張淑慧. 2002. 科學玩具遊戲教學之 接受科學玩具遊戲教學的實驗組學生在科學態 成效研究. 度、統整科學過程技能的測驗中,分數顯著高於 控制組學生。. 林堂麗. 2003. 科學遊戲融入自然與 研究者指出科學遊戲融入課程時要注意的相關因 生活科技課程之行動 素。 研究. 潘怡吟、. 2003. 王美芬. 遊戲型態教學對國小 遊戲型態教學方式有助於學生學習態度、問題解 學生「自然與生活科 決能力的精進。 技」學習之研究. 楊訪屏. 2004. 運用 CPS 於模組化科 運用 CPS 於模組化科學遊戲之教學可讓學生在實 學遊戲之教學行動研 際活動中應用研究者於課程中培養之創造性問題 究-以「牛頓第三運動 解決能力,學生在認知、技能、情意有所收穫。 定律」課程為例. 劉于嘉. 2005. 科學趣味競賽對國中 「科學趣味競賽」教學活動有助於學生學習態度 生自然科學習的影響. 的增進,但在自然科成就測驗的分數上,實驗組 學生與控制組學生並無顯著差異。此科學趣味競 賽的教學活動,對不同學習成就的學生的影響沒 有差異。. 江淑瑩. 2006. 以科學遊戲融入教學 接受「科學遊戲融入教學」的實驗組在科學概念、 探究國小四年級學童 科學過程技能顯著優於控制組,但在科學態度方 學習成效之研究. 李育樺. 2006. 面未有顯著差異。. 科學創意競賽活動對 創造性問題解決模式以科學創意競賽活動的形式 國小三年級學童對科 來呈現,實驗組學童在「科學焦慮」及「完成科 學的態度影響之研究. 學實驗活動的動機」方面顯著優於控制組,此活 動之實施增加學童對科學的喜好、學童喜歡動腦 思考和動手實做、在活動中之成長讓學童藉由作. 15.

(26) 品的製作對科學產生興趣。 林瓊音. 2006. 以科學遊戲輔助國小 遊戲本身具有學童能力可及之探究特質,競賽帶 自然科教學之個案研 來的挑戰性、成就感,強調動手實做探究的歷程, 究. 學生能獲得想法上的立即回饋,因此科學遊戲提 高學童學習興趣、增加參與程度、提供實作機會 等特質,有利於學童建構科學概念,小組合作則 是利弊互見但此教學較難實施於正規課程下。. 李靜慧. 2007. 以趣味科學遊戲融入 接受教學後,在研究中的四個磁鐵概念主題上, 人本建構取向的教學 多數的天真想法可修正轉變為符合科學社群的想 策略探究國小一年級 法,且可以達成主動、建構、合作及真實的有意 學 童 的 概 念 學 習 特 義學習。 色:以「磁鐵」單元為 例. 陳俐淇. 2007. 應 用 科 學 遊 戲 對 科學遊戲教學活動有助於培養學生注意力的集中 ADHD 學生注意力影 度、持續度、廣度及切換性速度。 響之探討. 楊蕎安. 2007. 趣味科學活動融入自 接受趣味科學活動融入教學的實驗組在學習態 然與生活科技學習領 度、創造性思考活動上的部份能力上與接受一般 域教學之研究. 教學的對照組學生比較有正向顯著提昇,但在學 習成就上並無顯著差異。接受趣味科學活動能讓 學生獲得科學知識概念並樂於學習、激發學生的 創造潛力並營造愉快的學習環境、有助於增進學 生的科學過程技能並能延續學習效果。. 蔡宜穎. 2007. 科學遊戲教學方案對 接受科學遊戲教學的實驗組幼兒在「新編創造思 幼兒創造力影響之研 考圖形測驗」和「陶倫斯圖形創造思考測驗」的 究. 部分能力、 「威廉斯創造性思考和傾向量表」中的 好奇性、創造力各向度的效果量估計部分,表現 優於控制組且達統計考驗顯著水準。. 蘇秀玲、謝 2007. 科學遊戲融入國小自 接受科學遊戲融入教學的實驗組學生,在科學相. 秀月. 然科教學學童科學態 關態度量表中的大部分分數皆優於控制組的學 度之研究. 生,且實驗組的學生樂於參與活動,並表現出好 奇、主動、懷疑、虛心、謹慎、合作、分享且不 位權威的科學態度。. 洪正龍. 2008. 科學遊戲對國小五年 經過科學遊戲教學後,各類型學習動機的學生, 級不同學習動機類型 科學學習動機普遍得到提昇。 學童的學習動機之影. 16.

(27) 響研究 徐慶雲. 2008. 實施探究式科學闖關 實施探究式科學闖關遊戲能顯著提昇學生科學知 遊戲提昇國小學童科 識概念,亦對提昇學生科學過程技能有幫助,並 學學習成就之行動研 能使學生持有正向的科學態度。 究. 張東瑋. 2008. 以科學遊戲—泡泡為 以科學遊戲為主題之教學活動能有效提供學生學 主題之教學活動之行 習興趣,學生進行教學活動之後大多能達成單元 動研究. 目標,且有助於科學過程技能的養成。研究者在 進行教學活動設計與教學後,對課程設計、相關 原理有更深入瞭解,研究者之教學經驗與教學技 巧也能向上提昇. 陳純清. 2008. 科學遊戲融入國小低 科學遊戲融入生活課程的教學活動要藉由日常生 年級生活課程之研究. 活週遭事物來導入,製作方法要簡單,利用隨手 可得的材料來製作,兼顧到學生的認知、情意、 技能三方面的學習,透過遊戲的歷程讓學生瞭解 簡單的科學原理。. 陳淑娟. 2008. 科學遊戲創造性問題 CPS 可恰當地融入科學遊戲進行教學活動之設 解決教學活動發展-以 計,科學遊戲教學成效受教學實施形式、分組方 「水的表面張力」為例 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。. 陳錦賢. 2008. 科學遊戲對國二學生 接受科學遊戲的實驗組學生在「內在動機」與「自 自然科學習動機之影 我效能」皆高於對照組,且達顯著差異。科學遊 響. 戲教學活動,對中、高學習成就的學生,有較正 面的影響。. 黃冠毓. 2008. 國小教師進行科學遊 選擇科學遊戲融入生活課程時,主要配合生活課 戲融入生活課程之行 程單元,課程必須與科學原理結合,符合學生能 動研究. 力,讓學生動手做活動,遊戲材料要生活化,遊 戲環境佈置符合活動需求。. 趙育琳. 2008. 「泡泡狂想曲」教學模 此教學模組推動科學教育,可以引起兒童的學習 組開發之研究. 蔡宗信. 2008. 興趣,並符合九年一貫課程精神。. 以科學遊戲增進學生 科學遊戲以「好玩」引起學生學習動機,實施科 問題解決能力之行動 學遊戲後發現研究對象的問題解決能力有略顯進 研究. 王朝杰. 2009. 步的現象。. 班級學習角操弄科學 主動操弄科學遊戲器材的實驗組學生,在自然科 遊 戲 學 童 之 操 弄 喜 學業成就上之表現優於對照組之學童,自然科學 好、問題解決特徵及自 業成就對於學童之操弄次數及操弄時間均無太大. 17.

(28) 然科學業成就之探討 林桂君. 2009. 影響。. 創造性問題解決融入 創造性問題解決適用於科學遊戲進行教學活動之 科學遊戲教學活動發 設計,科學遊戲教學成效受教學教師引導方式、 展—以「蠟燭遊戲」為 教學設計、教師教學態度、學生資訊統整能力、 例. 討論方式、小組合作的情形、教學順序、班級學 習風氣、學生的科學學習態度的影響,而有所差 異,研究者在課程設計、教學策略應用及研究能 力均獲得專業能力之成長與收穫。. 洪美嬌. 2009. 科學遊戲創造性問題 科學遊戲導入 CPS 教學模式能提昇學生對學習自 解決教學活動發展— 然與生活科技的興趣,學生也學習到科學知識。 以「紙張的遊戲」為例. 黃玉斯. 2009. 創造性問題解決融入 CP 可適當融入科學遊戲並設計教學活動,教學成 科學遊戲教學之行動 效受到小組合作的情形、科學遊戲的難易、教學 研究-以「磁鐵」為例. 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。. 黃嬿樺、賴 2009. 科學玩具遊戲教學對 接受科學玩具遊戲教學的實驗組,在空氣單元的. 慶三. 國小三年級學童「空 學習成就、科學態度的表現顯著優於對照組。 氣」單元學習的影響. 李宛玲. 2010. 創造性問題解決融入 以創造性問題解決融入「浮力與摩擦力」的科學 科學遊戲教學活動— 遊戲教學活動,發現教學成效受分組方式、小組 以「浮力與摩擦力」為 合作情形、教學設計、教學時間與學生的科學學 例. 習興趣等因素影響而有所差異,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。. 張啟亮. 2010. 創造性問題解決融入 CPS 可適當融入科學遊戲並設計教學活動,此教 科學遊戲教學活動之 學成效受到科學遊戲之性質、教師對教學活動內 行動研究—以「空氣」 容之掌握、學生對科學的學習態度、小組內部情 為例. 形等因素的影響而有所差異。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。. 陳雪玲. 2010. 幼兒科學遊戲活動融 科學遊戲活動可以融入幼稚園課程,豐富幼兒的 入幼稚園課程之行動 學習經驗,提昇幼兒科學態度,增進科學認知能 研究初探~以一所公 力。 幼大班為例. 黃敏惠. 2010. 創意科學遊戲導入國 實施科學遊戲導入課程的實驗組學生,在問題解 小自然與生活科技領 決能力、創造思考能力優於對照組學生,對實施. 18.

(29) 域學習成效之研究 黃國維. 2010. 科學遊戲教學的老師滿意度採正向肯定。. 創造性問題解決融入 CPS 可融入科學遊戲設計教學活動,此教學成效 科學遊戲教學之行動 受到課程內容、分組方式、組內相處情形、教師 研究-以「聲音」為例. 的教學風格、教學活動內容之掌握等因素的影響 而有所差異。. 謝孟靜. 2010. 創造性問題解決融入 科學遊戲 CPS 教學活動,可供教師作為補充教材 科學遊戲教學活動發 或科學遊戲推廣活動課程。 展-以「簡易機械」為 例. 蕭淑分. 2010. 創造性問題解決融入 CPS 可適當融入科學遊戲並設計教學活動,能有 科學遊戲教學之行動 效提供學生學習興趣。 研究-以「光」為例. 從表2-1-1歸納可發現以下之結論: 1. 科學遊戲教學可提昇學生的科學學習興趣、科學學習態度、科學學習成 就、問題解決能力。 2. 科學遊戲通常以小組合作的方式進行,透過與組員的互動與討論去建構 科學知識。 3. 科學遊戲教學設計對教師專業成長有所幫助。 總括而言,科學遊戲提供歡樂、沒有壓力的學習情境,讓學童透過主動探索、 觀察以及與同儕的互動、討論去建構知識,遊戲過程中遇到的難題,更能培養孩 子獨立思考與解決問題的能力(許鈺羚,2007)。由科學遊戲當中,學生可從中 學習科學外,對小朋友探索科學的興趣、耐心、毅力與專注力之培養,操作及創 造思考能力之訓練都有很大的幫助(方金祥、劉奕萱,2008)。科學遊戲的設計 與兒童原有概念相衝突的情境,能讓兒童引發好奇心想要去探究,引起學生的學 習動機,使其主動學習,本身具有趣味性,更可以提高學生學習的興趣,這樣以 學生為主體的學習,從操作的過程中增加學生的成就感,獲得喜悅,使學生更樂 於學習,因此對於學童的科學態度是有其正面的助益(黃嬿樺,2009)。. 19.

(30) 第二節. 創造性問題解決. 我國科學教育目前的重要目標之一,即為提高國民之科學素養,以期培養科 學創造力,進而提昇國家競爭力,而科學創造力應由兒童時期培養起(李賢哲、 李彥斌,2002)。 黃湫瑛(2003)指出,當某人認為創造即是一種思考的歷程時,會認為創造 力就是在做創造性思考時產生的能力或結果,於是將會運用這樣的思考過程來解 決問題,在這個思考的過程中會產生創造力,並且經由解決問題的過程得到問題 解決能力。官美君(2003)也有相同的看法,認為創造性問題解決是一種認知能 力、思考的策略與經驗以及分階段解題的能力,可說是個體經由思考而產生的解 決策略。 教育部在2008年指出,學習科學就是要獲得處理事務、解決問題的能力,因 此我們應該教導學生減少背誦的學習,透過創造性問題解決的學習過程,期可達 成此目標。. 一、創造性問題解決的發展與內涵 創造性問題解決(Creative problem solving,CPS)最早是由Osborn提出,經 過約50年的研究與發展,對創造力的培育有重要的貢獻(Isaksen & Treffinger, 2004)。CPS的演進過程大致可區分為六個時期,分別說明如下: (一)第一時期(1942~1967) :創造歷程七階段 早期的研究者認為創造力是天生的,但是Wallas於1926年提出的觀點卻認為 創造力不是與生俱來的,它可運用某些特定的技術與方法培養出來,Wallas將創 造的歷程分為四個階段:準備期(Preparation)、醞釀期(Incubation)、豁朗期 (Illumination)、驗證期(Verification)。Osborn受到此學說的啟發,在1952年 所著的《激發思考力》(Wake Up Your Mind)中,首次提到七個階段的CPS歷程,. 20.

(31) 分別為: 1. 定位(Orientation):指出問題。 2. 準備(Preparation):蒐集相關資料。 3. 分析(Analysis):重組相關材料。 4. 假設 (Hypothesis):找出基礎的理論。 5. 醞釀(Incubation):找出解釋。 6. 綜合(Synthesis):將所有的點子集合。 7. 驗證(Verification):判定結論。 1953年,Osborn又於《應用想像力》(Applied Imagination)一書中,提倡利 用CPS和主張使用腦力激盪法。經過十年的努力,Osborn將七階段濃縮成三階段, 分 別 為 : 發 現 事 實 ( Face-Finding ) 、 發 現 點 子 ( Idea-Finding ) 、 發 現 解 答 (Solution-Finding)。 (二)第二時期(1963~1988) :五階段 CPS 訓練方案 這個階段的主要發展重心,在於強調問題的解決必須盡可能想出各種方法 來。在這25年中,也極力開發創造力的教學模式,許多的創造性問題解決教學方 案在這個階段陸續產生,其中尤以Parnes根據Osborn 的「腦力激盪策略」 、Guilford 的「智力結構論」、Gordon 的「組織論」以及Malsow 的「需求及敏覺訓練策略」, 在1967年所提出的五階段CPS訓練方案(圖2-2-1),最能有效提高創造性思考力 (王如玉, 1999),其歷程主要為: 1. 發現事實(fact finding ): 運用5W1H(who、what、where、when、why、how)的策略,獲 得有用的資訊,在解決問題之前蒐集相關資料並檢視,進行整理與分析。 2. 發現問題(problem finding ): 蒐集所有相關資料後,找出問題的線索,這時可以開始分析問題的. 21.

(32) 成份,重新界定問題。 3. 發現點子(idea finding ): 到了這個階段,開始找出所有可能解決問題的方法,以書面方式條 列出來。 4. 發現解答(solution finding ): 找出一系列的想法後,進一步由這些構想中找出最好、最實際、最 適合的解決方式。 5. 尋求接納(acceptance finding ): 找出方法後,必須實際執行這個構想,以便確認此方法有效與否, 如果發現無效則必須回到前幾個步驟,重新找出適合的構想。. (三)第三時期(1981~1986) :六階段 CPS 模式 這個階段發展的重點,在於學習和應用CPS時,個體的差異和情境的差異所 造成的影響。Treffinger及Isaksen於1982年指出,原有的CPS雖然提及擴散式和聚 斂式思考需並重,但卻只針對擴散式思考做訓練,因此決定著手發展聚斂性思考 的技術。1983年時,把原本水平的CPS流程圖改為垂直的設計;1985年時,將「發 現事實」重新定義為「發現資料」,且在Parnes五階段CPS訓練方案的「發現事 實」之前,增加了「發現困惑」(Mess-Finding)此一步驟,成為六階段的CPS 模式(圖2-2-2),並再次強調問題解決時需並用擴散式思考和聚斂式思考,例如 在「發現資料」的步驟中,利用擴散式思考找出許多資料,接著利用聚斂式思考. 22. 處理. 新的挑戰. 行動. 計畫. 求 納 尋 接. 現 答 發 解. 現 子 發 點. 現 題 發 問. 現 實 發 事. 困惑或目標. 問題敏感. 圖2-2-1 Parnes五階段CPS模式(譯自Isaksen和Treffinger,2004 ).

(33) 過濾出重要的資料。 自從Isaksen 和Treffinger 六階段CPS 模式提出後,許多研究者將其運用於 教學研究上,成果頗豐。 擴散層面. 問題敏感. 從生活經驗、角色與情境中尋找困惑。 發現. 聚斂層面 接受挑戰,做有系統性的回應。. 困惑 收集資料(資訊、感想和感覺等 ),由 發現 不同的觀點與訊息去暸解。. 資料. 激盪出可能的主問題和次問題。. 發現. 確認和分析最重要的資料。. 選擇一個問題。. 問題 針對問題,發展與列出可能的構想。. 發現. 選出最有趣或最有可能的點子。. 點子 找出可能的評估標準來檢查和評價點子 發現. 選擇幾個重要的評估標準來評價點子。. 解答 考量執行過程中可能的助力與阻力,. 尋求. 找出可能的執行步驟。. 接納. 聚焦於最有可能的點子並準備行動。. 新挑戰. 圖2-2-2 Isaksen和Treffinger六階段CPS模式(譯自Isaksen和Treffinger,2004 ) (四)第四時期(1987~1992) :三成份六階段 CPS 模式 這個階段的發展重心,主要在於教學現場的實務應用,以發展出有效且適合 各種教學情境的CPS教學模式。1987年開始,Isaksen和Treffinger著手修改CPS的 架構,使之更實用、更符合真實的情境。1992年,他們提出更加完整的教學流程,. 23.

(34) 將六階段的CPS模式進一步歸納為三成份六階段,三個成份分別為:瞭解問題、 產出點子與計畫行動,六個階段分別為:發現困惑、發現資料、發現問題(屬於 第一成份:瞭解問題)、發現點子(屬於第二成份:產出點子)、發現解答、尋 求接納(屬於第三成份:計畫行動)。此時的流程圖仍以線性垂直為主。(見圖 2-2-3) 本研究的探究能力定義為界定問題的能力、設計規劃的能力、實作驗證的能 力、分析解釋的能力、溝通辯證的能力,與此階段的CPS模式中的三成份六階段 有所重疊,界定問題即是第一成份──瞭解問題,設計規劃即是第二成份──產 出點子,實作驗證、分析解釋與溝通辯證與第三成份──計畫行動吻合。 此一模式開發出來後,許多學者將其運用於不同的教學情境中,發現該模式 不僅適用於各種情境中,而且對於特定任務需求可以更方便的運用,比過往的模 式更符合使用者的需要,和一般人解決問題的模式相近。 基於上述兩個理由,本研究採取Isaksen和Treffinger(1987)所修正的三成分六 階段的CPS教學模式融入科學遊戲教學活動設計。. 24.

(35) 發現 困惑. 成份一:瞭解問題 擴散:找尋問題解答的可能性。 聚斂:對問題解決建立一般的目標性。. 發現. 擴散:檢視多樣的細節,從許多角度去看待發現的困惑。. 資料. 聚斂:找出最重要的資料去引導問題的發展。. 發現. 擴散:考量許多可能的問題。. 問題. 聚斂:考量或選擇一個特定的問題。. 發現. 成份二:產出點子. 點子. 擴散:提出許多各式各樣特別的想法。 聚斂:找出定義問題的可能性、替代或可供選擇的有趣的潛在可能。. 發現 解答. 成份三:計畫行動 擴散:發展評估標準以分析和重新找出問題的可能性。 聚斂:選擇使用一個評估標準,用以挑選、鞏固和支持問題解決。. 尋求. 擴散:考量執行過程中可能的助力與阻力,找出可能的執行步驟。. 接納. 聚斂:聚焦於最有可能的點子並準備行動。. 圖2-2-3 1992年版的三成份六階段CPS模式(譯自Isaksen和Treffinger,2004 ) (五)第五時期(1990~1994) : 三成份彈性循環的 CPS 模式 1980年代以來,科學教育受到建構主義的影響,眾多學者認為這是科學教學 走向世界觀,受到其影響,Isaksen和Dorval在1993年將原本的CPS流程修改為循 環模式(圖2-2-4)。區塊間的虛線代表的是流程可以由教學者彈性調整,各區塊 中的空白格子,可依不同的使用者、任務和情境選擇需要的步驟(發現困惑、發 現資料、發現問題、發現點子、發現解答、尋求接納)。. 25.

(36) 圖2-2-4 三成份彈性循環的CPS模式(譯自Isaksen和Treffinger,2004 ) (六)第六時期(1994~) :CPS 系統化架構模式 在這個階段中,有效的把任務評估和歷程規劃整合於CPS中,並對CPS使用 了更詳細的語言做說明。 Isaksen 、 Dorval 和 Treffinger 在 2000 年 將 CPS 修 改 為 系 統 化 的 架 構 ( 如 圖 2-2-5),將三大成份改為四大成份;且為了讓使用者更清楚的瞭解CPS,Isaksen 等 人 亦 修 改 各 流 程 的 用 詞 , 讓 CPS 的 使 用 並 將 三 大 成 份 修 改 為 瞭 解 挑 戰 (Understanding the Challenge) 、產出點子(Generating Ideas)與準備行動(Preparing for Action)。瞭解挑戰又分為建構機會(Constructing Opportunities)、探索資料 (Exploring Data)與架構問題(Framing Problem);準備行動又分為發展解答 (Developing Solutions)與建立認同(Building Acceptance);規劃方法又分為評 估任務(Appraising Tasks )和設計流程(Designing Process )。. 26.

(37) 圖2-2-5 2000年版的系統化CPS模式(譯自Isaksen和Treffinger,2004 ) 綜觀 CPS 的發展,自Osborn、Parnes發表理論後,接著Isaksen、Treffinger 等 人繼續投入發展,使CPS模式日臻完善,在科學教育上受到相當的重視與運用。 茲將其主要的發展與運用整理如表2-2-1。 表2-2-1 CPS 的發展 主要階段/. 議題或需求. 結果. 代表人物 第 一 時 期 ( 1942~1967 ) 對於創造歷程給予明確的定義. 產生了CPS的初步模式和初級指. /Osborn. 導方針與激發點子的工具. 第二時期(1963~1988). 發展有效促進創造力的教學課程 發展了許多創造性學習方案及產 生CPS教學素材. /Parnes 第三時期(1981~1986). 學習和應用CPS時,個體的差異和 在問題解決的第一個步驟增加發. / Treffinger及Isaksen. 情境的差異所造成的影響. 現挑戰(Mess-Finding),也強調 擴散思考與聚斂思考在問題解決 時的均衡運用. 27.

(38) 第四時期(1987~1992). 注重教學現場的實務應用,以發展 將六階段的模式,歸納成瞭解問題. /Isaksen和Treffinger. 出 有 效 且 適 合 各 種 教 學 情 境 的 (包含發現挑戰、發現資料、發現 問題)、產出點子(包含發現點子). CPS教學模式. 與計劃行動(包含發現解決方案、 尋求接納)等三個主要成份 第五時期(1990~1994). 受到建構科學主義的影響. 將原本直線式的CPS流程,修改為 較彈性的循環模式,供教學者彈性. / Isaksen和Dorval. 運用 第 六 時 期 ( 1994~ ) / 有效的把任務評估和歷程規劃整 將CPS的三大成份修改為瞭解挑 Isaksen、Dorval 和Treffinger 合於CPS中. 戰、產出點子與準備行動,並於圖 示中作更詳細的說明. 二、CPS 應用於教學之相關研究 近年來,學者們陸續投入創造性問題解決教學研究,成果頗豐,相關教學研 究不僅有科學領域,甚至在幼兒教育、社會科、語文領域、經濟、特殊教育方面 也有多篇研究。研究者整理文獻後,發現創造性問題解決教學能運用於課程之 中,對於個人創造力及問題解決能力的提昇亦有所助益。 Chen和Cheng(2009)發現CPS教學策略促進了學生的學習成就。也有將CPS運 用於資優教育上的研究(Schack, 1993;Treffinger & Isaksen, 2005),Parnes與 Brunelle(1967)分析與CPS相關的研究,發現90%的研究顯示出CPS教學能有效的 提昇學生的創造力。而學生的問題解決能力在實施CPS教學策略後有顯著提昇 (Cramond, Martin, & Shaw,1990;Harris & Blank,1983)。在Torrance於1972年和1983 年分析創造力教學策略的相關研究,在300多篇的研究中發現CPS的教學模式約有 89%的成功率,由此可知CPS適用於不同的教學情境(引自Schack, 1993)。 而國內近年來對於創造性問題解決模式亦逐漸重視,將CPS或修正之CPS教 學模式運用於教育上的研究日益增多,如鄭英耀、王文中和張川木(2003)發展 之CPS的延伸模式,將其命名為「創意思考教學模式(creative thinking instruction model,簡稱CTIM )」分為六個步驟的循環模式(如圖2-2-6 ),其中「瞭解挑戰」. 28.

(39) 的階段是由教師設計情境,進而引導學生發現問題,「產出點子」的階段由教師 引導學生提出假設,「準備行動」階段分為設計驗證、解釋結果、推廣應用。. 圖2-2-6 創意思考教學模式 又如洪振方(2003 )綜合探究式教學和創造性問題解決模式,得到一個「四 成份六加二階段」的模式--創造性探究模式(Creative Inquiry Model,簡稱CIM ),. 29.

(40) 其內容表徵於圖2-2-7:. 圖2-2-7 創造性探究模式(CIM )之表徵. 研究者經由搜尋科學教育相關期刊以及全國博碩士論文網,整理出幾個相關 研究主題,包括:科學遊戲(李宛玲,2010;林盈全,2010;林堂麗,2003;洪 美嬌,2009;陳淑娟,2007;黃玉斯,2009;楊訪評,2004;楊皓雯,2010;謝 孟靜,2010;蕭淑分,2010)、科學玩具(李祉頡,2006; 許順欽,2003)、 自然教學課程(李光烈,2000;何偉雲,2003;黃哲民,2006;)、科學創造力 與問題解決能力(呂素雯,2002;洪文東,2005、2006;張振松、黃萬居,2003; 蔡玉瑟、曾俊鋒和張妤婷,2008;鄭英耀、劉昆夏和張川木,2007)等。 創造性問題解決的教學是可以提昇學生解決問題能力的教學型態,每個教學 步驟都可以從不同的問題情境中,找出適合 CPS 六階段解題模式的能力培養之切 入點,但必須要給予學生足夠的時間進行發散性與聚斂性思考(楊訪屏,2004)。 許順欽(2003)則指出,透過教學活動可以深入瞭解科學知識、概念及其應用, 且經由團隊合作促進同學間友情、增長知識。黃哲民(2006)的研究發現,實施 創造性問題解決教學模式,學生在學習成效測驗上顯著優於實施傳統教學的對照 組,對創造性問題解決能力提昇是有幫助的。湯偉君(1999)曾經探討 CPS 的 教學模式是否適用於學校的科學教學,發現學生獲得不少教材內的概念,接受訓. 30.

(41) 練後的學生回答開放性問題的能力有提昇,對 CPS 教學模式的接受度頗高。 總括而言,創造性問題解決教學模式適用於多樣化的教學情境,對於提昇學 生科學創造力及問題解決能力有幫助,學生不僅從中獲取科學知識,對於課程也 抱持正面的感受。何偉雲(2003)建議,教師在 CPS 教學中應扮演積極提出問題 的角色;楊訪屏(2004)也認為進行 CPS 教學時,教師可提昇自身的教學能力, 瞭解學生才是學習的主體。因此,CPS 融入教學有助於促進教師的專業成長。. 第三節. 科學探究之意涵與相關研究. 一、科學探究的意義 人們似乎經常使用「探究」一詞,儘管如此,探究卻存在著許多問題,究竟 探究是什麼呢? 美國國家科學標準指出探究就是和科學家尋求科學知識和解答一樣的歷 程,學生主動積極的透過個人或合作的方式,獲取科學知識(Anderson, 2002)。因 此探究是一個過程,學生對科學的理解就是這樣主動建構而成的,而目前較新的 觀點則認為探究不僅是過程,還需要學生能將科學方法和科學知識結合,要使用 科學理由和批判思考來發展他們對科學的理解。陳忠照(2003)認為探究的定義 有三: (一)人類從尋求資料到瞭解資料的過程。 (二)人類尋找問題、解決問題的過程。 (三)為了探討自然而做的有系統之思考活動。 吳坤璋、吳裕益與黃台珠(2005)定義科學探究為以科學議題為範疇,從發 現問題到解決問題的歷程。歐陽鐘仁(1987)也認為探究就是人類找出問題與解 決問題的過程,為了這個目的,必須不斷思考,以不同的方法獲得答案。單文經 和侯秋玲(2008)將探究視為主動求知的歷程,倘若學生被強迫去探求別人的主. 31.

(42) 題時,探究是不可能發生的,學生需要一段時間來觀察、感知週遭的世界,才能 找到有趣或好奇的現象。陳均伊與張惠博(2008)整理中外學者的論點後,認為 科學探究是科學家進行研究的方式,強調科學家在探索自然時如何面對問題、收 集資料與形成解釋等,甚至科學家尋找與解決問題的歷程也可以稱為科學探究。 劉宏文(2001)認為科學探究最主要的特質在於論證過程的邏輯性,和作為信度 與效度的檢驗,因此科學探究可以讓學生增加對科學概念、原理等陳述性知識的 瞭解,也可以增加科學過程與技能等程序性知識。陳麗美(2004)指出科學探究 是多方面的活動,是讓學生在真實情境中,利用觀察來設計問題、提出假設、設 計實驗步驟去收集資料並解釋實驗結果。Anderson(2002)指出NSES的第23頁中對 科學探究的定義是「為科學理解和某些能力打下基礎」,也就是瞭解科學如何進 行,使用探究就表示學生進行一種活躍而主動的學習。Lunetta、Hofstein與Clough 於2007年的研究指出,探究經常被視為定義問題、形成問題、設計及規劃調查活 動、收集及分析資料、歸納結果、形成結論、溝通交換研究發現的過程(Valk, & Jong, 2009)。黃欣玲(2008)歸納學者的觀點,認為除了結果之外,探究更著重 在探索的過程,強調主動尋找問題,在尋求解答的過程中學習並應用各種科學方 法,從而建構出正確的觀念和知識。從問題解決的觀點來看,科學探究是從問題 的發現開始,經由探討的過程尋求問題的解決,簡單來說,就是問題發現到問題 解決的循環歷程(洪文東,2007)。王美芬與熊召弟(2005)認為探究是尋找及 解決問題的過程、是一種思考方式,是學習者主動的過程,而非教師把現成的答 案提供給學生。 科學教育的目標其中之一即是運用探究能力及科學知識解決問題,理性批判 並做出明智的抉擇(林煥祥,2009)。國民中小學九年一貫課程綱要中,對自然 與生活科技學習領域的基本理念的解釋如下(教育部,2008)︰ 學習科學,讓我們學會如何去進行探究活動:學會觀察、詢問、規劃、實驗、. 32.

參考文獻

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