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
創造性問題解決融入科學遊戲教學活動發展—以「蠟
燭遊戲」為例
The Development of Creative Problem Solving Teaching
for Science Games Using the Candle Game as the Theme
研究生：林桂君 撰
誌 謝
說起我的謝詞，差點又要擺烏龍了。原本，開開心心的通過口試，心 中欣喜萬分，連謝詞都不想寫了，認為為什麼要寫這些肉麻的話語，如人 飲水冷暖自知，要感謝誰自己心裡最清楚了，為什麼要公諸於世呢？準備 就緒要去取得畢業證書，輾轉發現我的想法是行不通的，於是只好再閉門 苦思謝詞。 四個炎熱的暑假，三年多的時光，放棄了北部教育大學夜間班，來到 台中體驗暑期讀書的日子。炎炎傭懶的暑假，沒有學校事物的羈絆，來到 台中這個好地方進修，是再好也不過了，於是便展開了愉快的住宿生活。 歲月如梭，現在寫到這一頁，也意味著即將為自己的碩士生涯劃下一個句 點。 最感謝的當屬指導老師許良榮教授莫屬！雖然筆者高中為理組學 生，對科學理論並不陌生，但大學為心理系學生，學的是社會科學，現在 轉戰科學教育，有許多不熟稔之處。當初要構思科學遊戲的教案，從一片 懵懂到完成，著實花費了許多功夫，沒有您對我包容與體諒，要完成此論 文則是緣木求魚。您給予的學識指導讓我得以一窺學術殿堂之高深廣博， 更為我樹立了為學的典範，讓我瞭解學海無涯，懂得立言的價值。此次論 文口試，張嘉麟與葉蓉樺老師也給予學生許多寶貴的意見，唯學生才疏識 淺，力有未逮之處還望老師指正。 在教學實驗時，要感謝我的協同教師們，協助我發覺教學設計的缺 失。謝謝這一群可愛的學生們，你們熱烈的反應，帶給我許多的驚喜。並 謝謝我的那群好友，三不五時彼此互相加油打氣。 隨著論文告急，我發現寫論文還有兼具減肥功能耶！我是該高興瘦身 成功還是煩惱是否過度操勞呢？還是得謝謝我的家人為我提供一個溫暖 的窩，對我的疼愛，讓我彷彿有三頭六臂，完成了許多事情，讓我可以全 心專注在自己喜歡的事物上。 論文已經夠冗長了，最後用一句詩的語言，為論文和致謝畫下句點。 All the good things in the world are sojourning.這個世界所有美好的事物都在流浪(Keats/楊照譯) 人生如旅途，在此時此刻，我感受到了無限的幸福，我想，這是因為 有了親愛的你們，讓這本論文成為我們共有的一段美好。也許，以後想瘦 身時再來寫寫論文吧！
摘 要
本研究旨在發展創造性問題解決（CPS）融入科學遊戲之教學，設計三 個單元的蠟燭遊戲教學活動，以行動研究探討實施教學可能會遭遇的困難 及解決辦法，並分析研究者在課程設計、教學策略應用及研究能力所獲致 之專業成長與收穫。本研究進行三階段教學行動，研究對象為台北縣某國 小五年級學生，以每週一次，每次兩節課，每階段連續三週方式進行教學 活動。研究者透過教學錄影、協同教師教學觀察記錄、訪談記錄、學習單、 活動意見調查表、教學札記等方式蒐集研究相關資料並進行分析。經綜合 分析獲得以下研究結果：（一）創造性問題解決（CPS）適用於科學遊戲進 行教學活動之設計；（二）科學遊戲教學成效受教學教師引導方式、教學 設計、教師教學態度、學生資訊統整能力、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；（三） 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。根據研究結果，研究者對科學遊戲在課程設計、教學實施及未來的研 究發展上提出建議，以供教師及對科學遊戲教學有興趣之研究者的參考。 關鍵字：科學遊戲、創造性問題解決、蠟燭Abstract
The purpose of this study was to use the creative problem solving (CPS) instructional model in designing three course units of “candle” science games, and used action research as a way to explore the problems and solutions that may be encountered in the teaching practice, as well as investigate the professional growth and achievements in terms of course designs, employment of teaching strategies, and research ability. In this research, teaching actions are divided into three stages for fifth grade students in an Elementary School of Taipei County through making students participate in regular curriculum once a week and two classes during a continuous period of three weeks. Research methods included the videotapes of instruction, observations of cooperative teaching, interviews, worksheets, feedback sheets, teaching journals, leading to the following results: (1) creative problem solving (CPS) is applicable to the design of instructional activities integrating science game; (2) the efficacy of science game instructions is influenced by the formats of instructional implementation, instructional design, teacher’s teaching attitude, student’s ability to organize information, methods of discussion, group harmoniousness, sequences of instructions, learning climate in class, and students’ learning attitude and thus differs; (3) the researcher gained professional growth and achievement from course design, employment of teaching strategy, and research ability. According to the results, the researcher proposed further suggestions on the science games in light of course design, instructional implementation, and future developments, so as to be a reference to teachers and other researchers who are interested in science game instruction field. Hopefully, the research could shed some lights for teachers on teaching and curriculum designs.
目 錄
第一章 緒論... 1 第一節 研究背景與動機... 1 第二節 研究目的與問題... 5 一、研究目的... 5 二、研究問題... 5 第三節 名詞釋義... 6 一、科學遊戲... 6 二、創造性問題解決... 6 第四節 研究限制... 7 一、研究情境的限制... 7 二、研究範圍限制... 7 三、研究者限制... 7 第二章 文獻探討... 9 第一節 科學遊戲與教學... 9 一、兒童與遊戲... 9 二、科學遊戲... 10 三、科學遊戲在教學上的發展與演進... 12 第二節 問題解決與教學... 15 一、問題解決... 15 二、問題解決的歷程... 16 三、問題解決能力的培養與教學... 18 第三節 創造性問題解決... 18 一、CPS 的歷史沿革 ... 19 二、各時期CPS 模式的內涵 ... 20 三、本研究擬採行的CPS 模式與教學方式 ... 27 第四節 與蠟燭有關之科學遊戲... 29第三章 研究方法... 33 第一節 研究方法與架構... 33 一、研究方法... 33 二、研究架構... 35 第二節 科學遊戲設計素材聚焦歷程... 35 一、設計素材來源... 36 二、設計素材聚焦歷程... 36 第三節 研究情境與參與對象... 42 一、教學學校... 43 二、教學對象... 43 三、研究者... 44 第四節 研究工具... 47 第五節 研究程序... 48 第六節 資料整理與分析... 50 一、資料種類... 50 二、資料編碼... 51 三、資料分析... 52 第四章 研究結果與討論... 55 第一節 第一階段教學行動... 55 一、教學成效... 55 二、學生學習反應... 57 三、教學發現與省思... 67 四、教學活動設計修正... 73 第二節 第二階段教學行動... 74 一、教學成效評估... 75 二、學生學習反應... 76 三、教學發現與省思... 85
四、教學活動設計修正... 89 第三節 第三階段教學行動... 94 一、教學成效評估... 94 二、學生學習反應... 95 三、教學發現與省思... 105 四、教學活動設計修正... 109 第四節 三階段教學綜合討論... 111 一、教學成效評估... 111 二、學生學習反應... 111 三、教學發現與省思... 112 四、討論... 115 第五節 研究者之教師專業成長... 120 第五章 結論與建議... 127 第一節 結論... 127 第二節 建議... 130 參考文獻... 135 中文部分：... 135 英文部分：... 141 附 錄... 145 附錄一 科學遊戲書籍... 145 附錄二 活動設計含有以「蠟燭遊戲」為原理的科學遊戲書籍 148 附錄三 蠟燭遊戲---親子科學遊戲檢核表 ... 150 附錄四 單元意見心得單... 151 附錄五 科學遊戲活動心得單 ... 152 附錄六 教學活動設計檢核表 ... 154 附錄七 協同觀察記錄表... 157 附錄八 教案... 159
表 目 次
表2-2-1 問題解決的定義總表... 15 表2-2-2 問題解決的方法與步驟總表... 16 表2-3-1 CPS 六個時期的發展歷程... 19 表3-2-1 蠟燭遊戲檢核結果... 38 表3-2-2 科學遊戲創造性問題解決教學單元活動設計主體... 39 表3-3-1 協同觀察教師之背景資料... 45 表3-4-1 訪談大綱 ... 48 表3-6-1 資料代碼 ... 51 表4-1-1 第一階段教學成效評估表... 56 表4-1-2 對科學遊戲教學活動內容的好惡與原因（第一階段）... 65 表4-1-3 對各單元之「問題解決任務」的喜好與挑戰性感受(第一階段) .. 66 表4-1-4 參與科學遊戲教學活動的收穫(第一階段) ... 67 表4-2-1 第二階段教學成效評估表... 75 表4-2-2 對科學遊戲教學活動內容的好惡與原因（第二階段）... 83 表4-2-3 對各單元之「問題解決任務」的喜好與挑戰性感受(第二階段) .. 84 表4-2-4 參與科學遊戲教學活動的收穫(第二階段) ... 85 表4-3-1 第二階段教學成效評估表... 94 表4-3-2 對科學遊戲教學活動內容的好惡與原因（第三階段）... 101 表4-3-3 對各單元之「問題解決任務」的喜好與挑戰性感受(第三階段) 103 表4-3-4 參與科學遊戲教學活動的收穫(第三階段) ... 104 表4-4-1 科學遊戲應用於教學之相關研究... 115圖 目 次
圖2-3-1 Parnes 五階段 CPS 模式 ... 22 圖2-3-2 Isaksen 和 Treffinger 六階段 CPS 模式 ... 23 圖2-3-3 Isaksen 和 Treffinger 三成分六階段 CPS 模式 ... 25 圖2-3-4 Isaksen 和 Dorval 三成分彈性循環 CPS 模式... 26 圖2-3-5 Isaksen、Dorval 和 Treffinger CPS 系統化架構模式 ... 27 圖2-4-1 DIY 煙火秀... 29 圖2-4-2 燒不起來的手帕... 29 圖2-4-3 將蠟燭罩起來 ... 30 圖2-4-4 將蠟燭罩起來 ... 30 圖2-4-5 搶救即熄滅的蠟燭... 30 圖2-4-6 如何拿出錢幣 ... 30 圖2-4-7 隱形字 ... 31 圖2-4-8 燭芯的材料 ... 31 圖3-1-1 Kemmis＆Taggart 行動研究螺旋圖（引自楊訪屏，2004）... 34 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... 37 圖3-2-2 CPS 融入科學遊戲教學活動設計... 42 圖4-1-1 學習單範例（1）... 63 圖4-1-2 學習單範例（2）... 63 圖4-1-3 學習單範例（3）... 63 圖4-1-4 對「自然與生活科技」的學習態度（第一階段）... 64 圖4-1-5 對科學遊戲教學活動內容的難易度感受（第一階段）... 66 圖4-1-6 「燭芯大考驗」學習單... 68 圖4-2-1 對「自然與生活科技」的學習態度(第二階段) ... 82 圖4-2-2 對科學遊戲教學活動內容的難易度感受（第二階段）... 84 圖4-3-1 對「自然與生活科技」的學習態度(第三階段) ... 100第一章 緒論
研究者在國小任教8 年中，發現孩子從遊戲中學習成長、樂在遊戲。在 枯燥的課程中，教師只要穿插小遊戲，便能吸引學童的所有目光與注意力。 「遊戲」是大家幼時的美好經驗，喜歡遊戲乃人類的天性（徐麗雪，2001； 陳忠照，2000；Sanders, 1994）。許多遊戲中包含許多可探索的科學原理， 楊淑朱（1995）指出，從觀察兒童的遊戲行為中，可以發現兒童在遊戲中 能學習到許多技巧並獲得更多知識。牟中原（1999）進一步指出由科學活 動與遊戲結合的「科學遊戲」，寓教於樂，讓學生可以從遊戲中體會科學 原理。因此，如何配合學生喜愛遊戲的天性，將「科學遊戲」設計融入教 學，增進學生學習動機與探索科學的興趣，營造生動活潑的氛氣，以培養 創造性思考與問題解決能力，值得研究探討。 本章分為四節，第一節說明研究的背景與動機；第二節簡述研究的目 的與問題；第三節概述本研究的專有名詞；第四節說明本研究的範圍及限 制。第一節 研究背景與動機
國科會公布我國我國學生在 2007 年國際教育成就調查委員會（The International Association for the Evaluation of Educational Achievement，簡稱 IEA）主辦的「國際數學與科學教育成就趨勢調查」（Trends in Mathematics and Science Study 2007 ，簡稱 TIMSS 2007）結果中，小四學生數學和科學 平均成績在 44 個國家和地區中分別排名第 3 和第 2；國二學生在 57 個國 家和地區中分別排名第 1 和第 2，表現相當優異，教育部表示，雖然我國 學生數學、科學學習成就表現不錯，但在正向態度及學習信心方面的表現 還有努力空間（教育部，2008）。 探究台灣學生缺乏自信、學習不夠快樂的可能原因，台灣學生在聯考 （學測）的體制之下，以分數高低為錄取標準，容易造成學生求學的目的 只為求高分並進名校，而教師在學校、家長們壓力之下，教學也逐漸趨於分數為導向。尤其以對錯為標準的計分方式，學生為因應升學考試，在追 求「單一標準答案」的體制之下，重複模擬題目，以獲得較高的學習成就， 因此失去了學習興趣與自信。教育部（2003）自九十學年度開始實施的國 民中小學九年一貫課程，其「自然與生活科技」學習領域即以「培養探索 科學的興趣與熱忱，並養成主動學習的習慣」為課程首要目標。由此可見， 如何提昇學生的學習意願及興趣仍是我國教育改革上的重要課題。 McCown、Driscoll 和 Roop（1996）指出學生的學習動機是很複雜的 心理過程，學生的學習可能受到個人的目標、信念、自我概念、環境、別 人的期望、社會價值等因素影響，另一方面，動機也往往影響了學習者的 參與、努力的付出和持續的時間。因此，當學生具備正向的學習動機之後， 會更願意為自然花更多的時間與精神去學習。所以「動機」的問題一直是 心理學研究和從事教育工作人員非常關心的主題（李文端，1990），而提 升學生學習動機也一直是教師和學校教學最主要目標之一。 為了提昇學習者學習樂趣，目前國內外也有許多不同單位分別舉辦多 項科學競賽活動，例如：遠哲科學教育基金會主辦的「科學趣味競賽」、 教育部主辦的「高中科學能力競賽」、各國輪流舉辦的「國際科學奧林匹 亞競賽」等，這些參賽活動都深具教育性、趣味性和創造性，重視激發學 生間相助合作（黃鴻博等，2000）。然而，比賽之參加隊伍多只以各大專 院校或中等學校以上之資優學生為主，似乎仍偏重於中高等教育，而少數 適合國小學生參加的活動，如：全國中小學科學展覽，活動形式卻大多以 靜態展示為主，而且這些立意甚佳的科學活動，均屬課外之科學教育活動， 使得科學競賽活動無法與實際之教學活動產生連結，結果是：「這種參與 的對象只限於少數精英學生，並不符合當前強調全民科學（science for all） 之科學教育目標。使得科學教育之理想無法落實在每一位學生身上。」（毛 松霖，1999）。歐陽鍾仁（1987）指出一切的科學教學均應落實在學生身 上。研究者在與幾位資深老師討論過後，發現科學遊戲是提升學生學習動 機的一種方式，且可落實在每一位學生身上。目前利用科學遊戲進行教學
的研究相當多，有許多研究指出科學遊戲能引發學童的學習動機（陳惠芬， 2000；洪正龍，2007）。牟中原（1999）在「動手玩科學」一書推薦序中 闡述，科學遊戲即是把科學活動和遊戲結合在一起，寓教於樂，讓學生在 遊戲中體會科學原理。在科學教育裡，若能將科學與遊戲結合，能提升學 生的科學學習動機、且可在遊戲中體會科學原理。因此，設計適合在課堂 上進行教學的科學遊戲，進而培養學生對科學的學習動機，是將來國小自 然與生活科技領域教學活動的可行模式。 此外，教育部（2003）正式公布「九年一貫課程綱要」自然與生活科 技學習領域的主要目標，在於提昇國民的科學與科技素養。「科學與科技 素養」共八項，其中與創造力培育有關的有：資訊統整、對事物能夠做推 論與批判、解決問題等整合性的科學思維能力(簡稱「思考智能」)，應用科 學探究方法、科學知識以處理問題的能力(簡稱「科學應用」)，以及如何運 用個人與團體合作的創意來製作科技的產品(簡稱「設計與製作」) ；並在 書中列出「主動探索與研究」以及「獨立思考與解決問題」兩項基本能力， 並分別明白指出：「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、有系統地研判問題，並能有效解決問題和衝突。」（教育部， 2003）。教育部「創造力教育白皮書」(2002)中提到推動策略之一明定創造 思考為教學課程目標之一，鼓勵中小學教師進行行動研究，將創造力課程 教材融入各科教學，視不同教育階段之需求，設計課程。由此可知，創造 力培育、解決問題的能力向下紥根，明定在課程中，也是近年來國內教育 改革的重點之一。 這幾年教育界不斷提出教師專業能力的重要性，熟悉各學科或各知識 領域以及課程設計的能力，這些都是教師應具備的專業能力（饒見維， 1996；Shulman, 1987）。許良榮（2004）由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。因
此，教師必須具備課程設計的能力、從行動中不斷的專業成長。
由文獻研究顯示創造性問題解決（Creative Problem Solving，簡稱 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（呂素雯，2002；李金樹，2006；洪文東，2003a；洪文東，2003b；洪川 富，2005；張振松，2001；陳威龍，2005）。於是研究者決定以科學遊戲 為研究問題，結合創造性問題解決（CPS）模式的教學理念，設計問題解決 任務，期望能使學生可享動手創作之樂趣，愛上自然課，能主動學習科學 概念，提升學習興趣，給予學生解決問題的實際經驗（act on problems）並 增進自己的專業成長。
第二節 研究目的與問題
一、研究目的 目前坊間有許多科學遊戲相關的書籍，但大多數書籍內容以介紹科學 遊戲的示範、操作為主，少有具備科學探究(scientific enquiry)的特徵或設計 引導學生進一步發揮創造力與解決問題能力的機會，如此雖可提供教師自 編教材之參考，但不適合直接用於教學。本研究擬以坊間科學遊戲書籍中 與學生日常生活易見的「蠟燭遊戲」為素材，結合「創造性問題解決（CPS）」 的教學理念，設計以「蠟燭遊戲」為主題之創造性問題解決融入科學遊戲 教學活動，期能做為提昇學生對自然與生活科技的學習興趣，及激發學生 的創造力與問題解決能力之參考，並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。 二、研究問題 基於上述的研究目的，本研究欲探討的問題如下： (一) 如何精緻化創造性問題解決（CPS）融入科學遊戲教學活動，實 施並修正教學活動？ (二) 實施創造性問題解決融入科學遊戲教學活動的過程中，可能遭遇 的問題與解決的方法為何？ (三) 研究者在設計與實施創造性問題解決融入科學遊戲教學活動的歷 程中，在課程設計、教學策略應用及研究能力之專業成長為何？第三節
名詞釋義
本節旨在界定本研究所提及之重要名詞，以下即分別說明之。 一、科學遊戲 陳忠照（2003）提出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。 研究者綜合專家學者對科學遊戲的定義，並考量教學的有效方法，將本研 究之科學遊戲界定如下： (一) 科學遊戲包含科學概念，本研究以蠟燭為素材之科學遊戲的概 念，概念包含：燃燒需達燃點、燃燒需要空氣、蠟燭性質。 (二) 科學遊戲的設計需包含讓學生動手操作的程序。 (三) 科學遊戲需要的操作素材是要容易從生活周遭中取得的。 (四) 科學遊戲能提高學生學習科學的興趣。 (五) 本研究之科學遊戲是以小組合作方式進行。 上述的（二）（三）（四）是依據親子科學遊戲的檢核結果（表3-2-1） 發展的。 二、創造性問題解決創造性問題解決（Creative Problem Solving，CPS）由 Osborn 在 1953 年提出，後經Parnes 在 1967 年發展出清楚描述的線性五階段解題模式，再 經過 Noller、Treffinger、Isaksen、Dorval 等人逐步的發展與修改為系統化 架構模式，成為一套有效提升創造潛能與問題解決的方法（Treffinger & Isaksen, 2004）。本研究是以 Treffinger 和 Isaksen（1987）修正提出之三成 分六階段 CPS 模式融入科學遊戲以設計教學，其六大階段分別為發現困 惑、發現資料、發現問題、發現點子、發現解答、尋求接納。
第四節
研究限制
本研究是透過坊間科學遊戲書籍的蒐集，取得科學遊戲設計素材後， 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，作為修正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： 一、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。故本研究結果限於本研究的特定時空及人事背景下的解釋與結 論，不宜作為本研究教學場域外的概括性推論。另外，本研究設計成適合 五年級使用之科學活動，並針對五年級學生進行試教活動。研究結果並不 宜推論至其他年級。 二、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。 三、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，可能會加入 研究者主觀觀點，而影響到研究結果，造成本研究的限制。為儘量避免偏 差情形，研究者透過與觀察教師討論、教學錄影及不斷自我反省，以求研 究的客觀性。第二章 文獻探討
本研究主旨在於探討如何以創造性問題解決(CPS)教學策略為基礎，設 計以「蠟燭遊戲」為主題之科學遊戲創造性問題解決教學活動。因此，為 提供本研究教學活動設計與實施時的參酌，本章將就科學遊戲和創造性問 題解決(CPS)教學策略在科學教育上應用的相關文獻，進行深入探討，並對 「蠟燭」相關的科學遊戲加以闡述。本章共分為三節：第 一 節 探 討 科 學 遊 戲 與教 學 之 理 論 基 礎 ； 第 二 節 探 討 創 造 性 問 題 解決(CPS)之相關 理論； 第三節探討與蠟燭有關之科學遊戲。分述如下：第一節 科學遊戲與教學
本研究的主要目的即在於將「遊戲」與「科學學習」結合，設計「科 學遊戲」教學活動，以作為提升學生對科學的學習興趣及培養問題解決相 關能力之參考。本節將就相關文獻的整理分析，對兒童與遊戲、科學遊戲 及科學遊戲應用於教學的相關研究加以論述、探討。 一、兒童與遊戲 遊戲活動是兒童生活經驗中的重要部份，在遊戲過程中，兒童的內在 動機被引發，樂於主動參與。對於兒童而言，遊戲是兒童所喜愛的，也是 兒童的天性，透過遊戲過程，兒童享受到與人、玩物之間的互動，及其所 帶來的樂趣，並能促使兒童在各方面有更正面及積極的發展。此外，遊戲 更是兒童發揮想像力和練習問題解決的途徑，若能以創意遊戲的形式呈現 學習與練習的內容，不但可使學習者愉快地學習，又容易感受到成就感， 且能維持學習動機與專注力。 回 顧 相 關 文 獻 發 現 ， 早 期 知 名 教 育 學 者 如 柯 美 紐 斯 （Comenius, 1592-1670 ） 、 盧 梭 （ Rousseau, 1712-1778 ） 、 斐 斯 塔 洛 齊 （ Pestalozzi, 1782-1827）、福祿貝爾（Froebel, 1782-1852）等人，都反對用嚴格的紀律 訓練或背誦方式來教育兒童，而強調遊戲對兒童的重要性，認為遊戲就是兒童的工作，也是學習的樞紐（吳幸玲，2003）。其中，福祿貝爾更直接 將遊戲視為一種兒童的學習工具，他是教育史上第一位承認並強調遊戲具 教育價值，並有系統的把遊戲活動列入教育歷程中的教育學者（引自湯志 民，2002），他認為遊戲乃是兒童自我活動的表現，它除開對於兒童身體 健康有關係外，並具有真正社會的、道德的和教育的目的。時至今日，遊 戲的價值已為全世界教育家所公認，並已列為學校的正規課程。 遊戲教育的創始者Froebel 將遊戲定義為一種「自發性的自我教育」， 說明了遊戲在兒童發展過程中扮演了相當重要的角色。由於他的提倡出現 了各種遊戲理論，遊戲對兒童教育發展的價值與功能：一、遊戲可增進感 覺運動的能力與發展。二、增進兒童的想像力。三、遊戲做為未來成年生 活的準備。四、促進幼兒社會化的行為。至於遊戲類別的分類，後來有學 者Rubin, Wastson & Jambor（1978）將幼兒遊戲結合了 Parten（1932）的社 會遊戲三個類型（單獨、平行和團體遊戲）及Smilansky（1968）的認知遊 戲的四個類型（功能、建構、戲劇和規則）交互結合而成為十二個「社會 －認知」的遊戲類別，與非遊戲行為（無所事事及旁觀行為）將幼兒的遊 戲行為作最完整的統合。 對兒童而言，遊戲是教育，遊戲是學習，遊戲是生活，兒童在遊戲中 學習和生活，也在生活和學習中遊戲。然而目前台灣教育過於注重成人權 威及考試取向，升學主義掛帥下，填鴨式的教學，影響學生的學習興趣與 好奇心。 有鑑於遊戲在教育上的功能與價值不容忽視，是故研究者希望透過遊 戲的方式，讓學生產生自發性的學習動機，設計小組合作的規則遊戲，提 供學生發揮團隊合作精神，讓學生在完成學習任務的歷程中可以發揮創 意、統整所學，並增進全人的發展。 二、科學遊戲 李秉彝（1972）指出科學遊戲是一種利用科學原理，有教育意義，具
次融等（1999）認為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。張淑慧（2003）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。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。 科學世界裡蘊藏許多既有趣且微妙的道理，往往一個很複雜的過程用 一個小原理便可解釋，科學遊戲的精神所在便是將一些小理論轉化成一些 有趣的裝置，小朋友們能藉著製作或操作這些玩具之餘，也能了解一些簡 單的科學概念，故製作有趣的科學遊戲不失為推廣科學教育上的良方。 科學遊戲之設計目的在於：1.鼓勵學生動手玩科學。2.激發學生的創 意。3.培養同學之間合作解決問題的精神。4.提供學生趣味生動學習的機 會。5.藉由廢物利用提高學生的環保意識。而科學遊戲的設計原則必須掌握 五項重點「具安全性、富趣味性、啟發、能引導科學論辯、器材簡單易得、 操作簡單易學」（教育部九年一貫課程「自然與生活科技」綱要，2003）。 另外，郭騰元（2000a）在其所著的一系列科學遊戲叢書中亦強調科學遊戲 「好玩」的特性，並認為設計科學遊戲應掌握以下五大原則：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。 綜觀學者專家對科學遊戲的觀點，雖不盡相同，但均認同科學遊戲是 有趣的、好玩的、能引起兒童興趣的，並以教材生活化、教法趣味化及能 讓學習者主動動手操作為要素。因此，研究者統合學者專家對科學遊戲的 觀點，並考量有效的教學方法，將本研究所指的科學遊戲界定如下： 科學遊戲的原理需包含科學概念，本研究即以「蠟燭」為科學遊戲教 學設計的概念核心。 (一) 科學遊戲包含科學概念，本研究以蠟燭為素材之科學遊戲的概 念，概念包含：燃燒需達燃點、燃燒需要空氣、蠟燭性質。
(二) 科學遊戲的設計需包含讓學生動手操作的程序。 (三) 科學遊戲需要的操作素材是要容易從生活周遭中取得的。 (四) 科學遊戲能提高學生學習科學的興趣。 (五) 本研究之科學遊戲是以小組合作方式進行。 上述的（二）（三）（四）是依據親子科學遊戲的檢核結果（表3-2-1） 發展的。 三、科學遊戲在教學上的發展與演進 早期遊戲理論除了肯定遊戲對兒童發展的重要性外，同時也認為遊戲 是學習的方法之一。近代的遊戲理論開始思考將遊戲與教育相結合，主張 兒童遊戲既是學習的活動，也是教育的活動，比較容易引起兒童的學習興 趣。Trollinger（1977）曾針對遊戲應用於教學上的方式，強調學生可以從 遊戲中遇見真實生活的模型，並從參與的過程中去學會使用技巧的能力， 如善用自己已知的知識，同時對於學生的批判思考與做決策的能力也有所 助益。另一方面老師的角色也需要從一般知識的模仿者轉變成知識的推動 者、資源者（resource）。而 Aufshnaiter 等人（1984）則提出以開發有趣的 單元活動教材來改善教學與學習的情境。認為影響學生認知推理過程中最 重要的因素是：學生不斷的透過發展成長中的實際行動與感覺，把事務、 行動和實體各方面建立成一個客觀化系統，進而形成概念結構，並增進其 解決問題的能力。 有鑑於科學遊戲教育對於學生的科學學習有所助益，因此國內若干學 者針對科學遊戲教育進行相關的研究，李戊益（2000）提出將科學遊戲融 入教學活動中有許多方式：融入正式教材中在正常課堂中進行、社團時間 實施科學遊戲教學、假期中進行科學遊戲活動。李戊益也指出如將科展改 採自由參賽制，節省部份人力、財力資源來發展全國性或校際性的科學遊 戲活動，如此科學遊戲將可取代科展部份功能。李秉彝（1972）則提出進 行科學遊戲教學時，需注意若干指導方法：在進行遊戲前，教師應先做好
藉以訓練兒童有條不紊，動而不亂的習慣；遊戲結束後，則應培養學生物 歸原處的習慣。此外老師的指導示範還應注意：說明解答要力求簡單明瞭， 同時鼓勵兒童去自行發現原理，老師只做歸納補充的工作，另外，遊戲所 應重視的重點則是安全教育的實施。 以推廣科學普及教育為宗旨的「遠哲科學教育基金會」，便主張引導 青少年從生活的周遭環境去發現科學問題，以日常的生活素材，用生動有 趣的方法去「動手玩科學」，體驗科學可親的面貌，學習科學的知識，建 立正確的科學態度與精神，並於每年舉辦「科學趣味競賽」。此外各縣市 教育局也不定期以科學遊戲園遊會方式，進行創造力教育活動，例如桃園 縣所舉辦的「創造力教育嘉年華」、新竹縣所舉辦的「國中奧林匹亞科學 遊戲競賽」，更有學校以科學遊戲為學校本位課程，每年定期舉辦全校性 的科學遊戲競賽。科學遊戲活動類型眾多，無形中活化了國內的科學教育， 啟發了學生對科學學習的興趣。 在科學遊戲廣為運用於教學之際，研究者認為應更進一步思考活動本 身之於教育的成效與價值。因有些科學遊戲活動只提供少數菁英學生參 與，參與對象也未包含國小學生，可能無法真正落實提昇全民科學素養及 讓科學教育向下紮根的教育目標；有些嘉年華式的活動，學生在歡樂之餘， 並未受到進一步的教學引導而獲致各種能力，讓活動容易流於形式。陳忠 照（2003）指出有意義的科學教學活動，整個流程應策重在操作、思考、 解題、創造，以及尊重等知能與態度的養成，並歸納出七項科學教學的特 色： (一) 學生為中心─學生是教學活動的主體，教師扮演觀察者、輔導者， 或催化者的輔助配角。 (二) 活動為導向─整個教學以學生探究活動為主軸，從探索發現中， 培養創造思考、解決問題的能力。 (三) 目標為基準─以單元目標、能力指標為教學活動之依歸。 (四) 教材生活化─從生活面、鄉土面做為取材的起點，使教材內容和
生活環節相互呼應。 (五) 教具環境化─教具宜易取易得，盡量利用環境器物，並具環保的 教育意義。 (六) 教法趣味化─教學固需教材「有料」，也需教法「有味」。營造 快樂情境，採用生動教法，激發學習的動機與志趣。 (七) 教學個別化─智慧有多元，智商有高低。個別化教學，就是因材 施教 ，適性發展，把每個孩子都「帶」起來。 陳淑娟（2007）回顧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，進而從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。然而，不同於過去大多研究將科學遊戲定位在自然與 生活科技正規課程的科學概念教學輔助，陳淑娟（2007）提出以學生的生 活經驗為科學遊戲設計起點，選擇一個科學遊戲主題為概念核心，並彙整 坊間科學遊戲書籍中與此科學遊戲主題有關的資料，結合創造性問題解決 （CPS）教學策略，設計出以小組競賽方式進行的科學遊戲創造性問題解決 教學活動，活動中設計能讓學生發揮創造力、問題解決能力及團隊合作的 任務，讓學生在生動有趣的學習氛圍下，體認生活處處是科學，及科學帶 來的歡樂，藉此提升學生對科學的學習興趣。 綜觀上述，本研究擬採用陳淑娟（2007）提出的研究模式，選擇以「蠟 燭遊戲」為概念核心，以坊間科學遊戲書籍中與蠟燭遊戲有關的科學遊戲 資料為基礎，結合創造性問題解決（CPS）教學策略，設計出以小組競賽方 式進行的科學遊戲創造性問題解決教學活動。而在科學遊戲教學設計上， 則分三階段進行試驗教學，為每週 2 節的彈性課程時間，符合行動研究的 循環歷程做為修正教學設計。
第二節 問題解決與教學
一、問題解決 綜觀各國內外學者專家對問題解決的觀點（問題解決的定義總表請參 閱表2-2-1），簡而言之，問題解決(Problem Solving)是「一段心理活動的歷 程」，是「人們運用既有的知識、經驗、技能，藉各種思維及行動來處理 問題，使情況能變遷到預期達到狀態的心智活動歷程」。換句話說，問題 解決是「人類重要的心智活動，也是人類知識重要的泉源（Deluca, 1992）」。 表2-2-1 問題解決的定義總表 立論者 問題解決的定義 Polya(1981) 「問題解決」是一種外顯或認知的行為歷程，這種歷程對問 題情境提出各種可能的有效反應，並且從這些可用的選擇 中，選出較為有效的反應加以執行。 Mayer(1983) 「問題解決」是從已知敘述到目標敘述的移動過程。而問題 解決的思考是朝向某種目標的系列運作。 Kahney(1986) 「問題解決」是利用個體已知學過的知識技能去滿足情境的 需要，以獲至解答的過程。 Hayes(1989) 「問題解決」是發現一個適當的方法去跨越一個落差。 Smith(1991) 「問題解決」有賴於對該問題領域的知識有真正瞭解為基 礎，而不是僅靠知覺的辨識、回憶訊息、模仿或運算法則 （Algorithm）就能成事。 卲瑞珍及皮連生 (1989) 「問題解決」是將個體先前有的知識與經驗重新整理與思 考，找出適用於當前問題的要素，並加以實行之。如果一旦 問題被解決，個體在知識、能力與經驗上必會有所得。因此 在問題解決的歷程中，個體認知的結構必有所增長。 張春興(1991) 「問題解決」是指個體在面對問題時，綜合運用知識技能， 企圖達到某一目標，以解決目的的思維活動歷程 鄭昭明(1993) 「問題」是指兩個狀態的衝突與差異，一是現有狀態；一是 我們欲達到的狀態及目的狀態，而解決問題的歷程就是一個 目的導向的過程。陳淑娟(2007) 「問題解決」是個體針對所遭遇問題，運用其個別的認知經 驗、知識、能力、個別技能和所獲得的相關資訊，提出有效 可行的解決方法，以減少所處情境與目標狀態之間差異的過 程。 資料來源：修改自簡惠燕(2000) 二、問題解決的歷程 關於問題解決的歷程模式方面，國內外不同的學者專家，都曾提出不 同的見解。將其歸納彙整如下表2-2-2 所示： 表2-2-2 問題解決的方法與步驟總表 立論者 問題解決的方法與步驟 Deway（1910） 1、發現問題或困難；2、確定問題的性質；3、提出可 能的解決方案(假設) 4、選擇合理的解決方案；5、驗證 而成立結論。 Wallas（1926） 1、準備期（Preparation）；2、醞釀期（Incubation）； 3、豁朗期（Illumination）；4、驗證期（Verification）。 （引自鄭麗玉，民82）。 Rossman（1931） 1、需要發生或者已經感到困難；2、界定問題；3、收 集資料；4、考慮各個可能的解答；5、驗證各種可能的 解答；6、形成各種新的觀念；7、驗證各種新觀念。 Polya（1957） 1、瞭解問題；2、擬定問題計畫；3、實行解題計畫；4、 回顧並檢核所得之答案。
Torrance & Myer（1970） 1、感覺真正問題與挑戰；2、認識真正的問題；3、產 生變通的解決方案；4、對解決的構想加以評鑑；5、準 備把構想付諸實現。
D’Zurilla & Goldfried
（1971） 1、問題定向；2、界定問題與說明：說明問題中情境的條件，找出相關的資訊，確定主要目標；3、產生可能 的解題途徑：產生合適的解題的可能方案；4、做決策： 從所有解題方案中找出最佳者；5、驗證：評估解題方 案的執行結果，自我修正。 Hayes (1989) 1、「確認問題」；2、「擬定解決計劃」；3、「蒐集 與探索資訊」；4、「實際行動」；5、「評估結果」。 Charles H.Kepner &
（1981） 面擷取關鍵資料，分析可能之原因；4、測驗各原因， 找出最可能的原因；5、證實真正的原因。
Bransford 及 Stein(1984) 1、Identify；2、Define；3、Explore；4、Act ；5、Look Back。(又稱為 IDEAL 模式)
Klausmeier（1985） 1、分析問題；2、回憶或者擬定一個解決問題的方案； 3、回憶以前的訊息或者獲取新的訊息；4、產生解答； 5、驗證解決問題的過程與解答；6、獲取回饋與協助。 Isaksen & Parnes（1985） 1、確定目標；2、尋找資料（問題分析）；3、發現問
題（界定問題）；4、尋找主意；5、尋找解決；6、接 受主意（解答） 奇異電力公司 1、認識問題（收集技術與問題之資料）；2、問題界定 （確定改進發現之目標）；3、尋求各種方法（或技術）； 4、評鑑各種方法（可行性）；5、選擇一種方法；6、 初步的解答或設計；7、解釋結果；8、詳細的解答或設 計。[王晃三、顧志遠（2000）] 王美芬和熊召弟（1995） 1、辨認問題；2、將問題轉化為可以實驗探究的型式； 3、設計與規劃實驗的方法；4、實際執行實驗；5、詮 釋數據與訊息並下結論；6、評鑑及檢討等步驟。 溫世頌（1997） 1、認識問題的存在；2、界定與描述問題的性質；3、 準備解題的策略與資料；4、進行問題的解決；5、評鑑 與檢討。 張春興（1999） 1、發覺問題存在；2、瞭解問題性質；3、蒐集相關訊 息；4、問題解決行動；5、事後檢討評價。 洪榮昭、朱永裕、鄭廉 鐙（2002） 1、確認並說明問題；2、擬定問題；3、問題敘述之分 類；4、選用適當方法解決技術衝突；5、確認與提出所 有可能解題概念；6、評估解題概念；7、實施理想解題 概念。 資料來源：修改自謝明同(2002) 綜觀上述學者專家之看法，可見「問題解決的歷程」會因問題類型、 問題歷程參與者的不同而有所差異，所以並沒有一套被公認且完整的問題 解決歷程模式。雖然各學者所劃分的階段及名稱互有差異，不過歷程是具 有共通性的，可以歸納出問題表徵、尋找可能的解題方法、執行計畫、評 估驗證等四大步驟。
三、問題解決能力的培養與教學 由於「問題解決」是一種過程，所以當學生遭遇問題時，會先行使用 自己原有的先備知識，嘗試解決問題，當問題無法解決時，會試著去尋求 新的方式或是協助，以便讓問題獲得解決。因此，為了要讓學生能進行有 效的學習，除了提供學生特定領域的知識外，同時也應該提供學生情境學 習、探索研究與深入思考的機會。另一方面教師也可以於教學中模擬有意 義的脈絡情境，設計適合情境的課程，並要求學生從表徵問題中開始尋求 答案，如此學生才能更有效的學習（簡良平，1999）。邱錦昌（1996）、 張清濱（1995）指出在教學歷程中，教師應該採取以下的步驟來幫助學生 進行有效的學習：1.提出開放的問題（opened problem）。2.教導學生思考的 步驟。3.把問題解決融入於課程中。4.把問題解決的教學與學生的興趣相結 合。5.持續的挑戰與不斷的發問。6.運用操弄（manipulatives）。 由上述可知，教師若採取以問題為中心的教學策略時，可以經由設計 豐富的學習情境，引導學生從不同的角度評估問題、思考問題進而獲得知 識。由於科學遊戲具有趣味性、規律性、創造性、分享性等特性，因此非 常適合用來做為引導學生學習的情境。有鑑於此，本研究即是教師針對自 然科課程的內容，設計安排相關的科學遊戲活動，以做為學生學習的情境， 讓學生透過具體操弄實際的科學遊戲，學習主動地建構知識。老師也適時 適地給予學生引導、鼓勵和支持，以利學生成功地獲得知識。而教師於過 程引導中所提出的問題，需與學生所要學習的知識有所關連，並與學生既 有的知識、經驗有適當的連結，以利學生的學習。
第三節 創造性問題解決
創造性問題解決（Creative Problem Solving，簡稱 CPS）乃由 Osborn 與Parnes 在 1953~1966 年首創，在經歷了 50 多年的研究與發展，對於創造 力的培育已產生了重大且實用的貢獻（Treffinger & Isaksen, 2004）。為能系 統地瞭解 CPS 及其於教學上的應用，本節將依序介紹 CPS 模式的歷史沿
革、具代表性的CPS 模式內涵，及國內外將 CPS 應用於教學的相關研究。 一、CPS 的歷史沿革 回顧 CPS 的起源，最早可追溯至 1910 年 Deway 與 1926 年 Wallas 分 別提出的思維術與四段論，此階段的理論主要在探討問題解決的方法與步 驟，屬於創造性問題解決CPS 模式之萌芽階段；緊接著就是 1953~1966 年 的發展階段，此階段不同於上一階段的是引入創造力與腦力激盪的概念於 問題解決歷程中，此時期的主要學者為CPS 的創史學者 Osborn 與 Parnes， 其中Osborn 於 1953 年所發表之「應用想像力（Applied Imagination）」一 書中，提出七階段之CPS 模式與腦力激盪術的概念，之後作者又於 1963 年 再版此書時將七階段之CPS 綜合歸納為三階段之 CPS 模式，最後 Parnes 綜 合創造思考策略與 Osborn(1953)的腦力激盪法，提出創造性問題解決 CPS 五階段模式，以系統化的方法來研討並解決問題；最後就是 Treffinger & Isaksen 學者所提出之模式修訂階段，其中包含了 Treffinger & Isaksen 六階 段CPS 模式與 Treffinger & Isaksen 三成分六階段模式。
在歷經 Osborn、Parnes、Treffinger、Isaksen、Dorval 等人逐步的發展 與修改，CPS 理論已經成為一套有效提升創造潛能與問題解決的方法論 （Christie & Kaminski, 2002；Schack, 1993）。為仔細探究 CPS 理論演繹的 歷程，有學者將其歷程細分為六個時期，各時期有其各自的發展趨力、發 展成果與發展模式，茲將其內容彙整如下表2-3-1 所示： 表2-3-1 CPS六個時期的發展歷程 時期 時間區間 發展趨力 發展成果 發展出的模式 一 1952-1967 是希望給予創造性 問題解決歷程給予 一個明確的定義 產生了CPS 的初步 模式與激發點子的 基本工具 Osborn 七階段之 CPS 模式、 Osborn 三階段之 CPS 模式 二 1966-1988 需要開發一套有效 促進創造力的教學 方案 產生了許多創造性 問題解決教學方案 Parnes 五階段之 CPS 模式
三 1981-1986 需要呈現個人因素 與情境差異對學習 與運用CPS 的影響 在問題解決的第一 個步驟增加發現困 惑（Mess-Finding） 外，亦強調擴散思考 與聚斂思考在問題 解決時的均衡運用 Parnes 六階段之 CPS 模式 四 1987-1992 主要在回應教學現 場的實務運用，而 為了開發一套有 效，且適合於各種 教學情境推廣運用 的CPS 教學模式 將六階段的CPS 模 式，歸納成瞭解問題 （包含發現困惑、發 現資料、發現問 題）、產出點子（包 含發現點子）與計劃 行動（包含發現解決 方案、尋求接納）等 三個主要成分 Parnes 三成分六 階段之CPS 模式 五 1990-1994 受認知科學與建構 主義的影響 認知科學的許多研 究發現，問題解決歷 程乃是因人而異 的，例如專家與生手 在問題解決思考歷 程是不同的；而建構 主義亦強調個人在 解決問題時，會有不 同的建構方式 Isaksen 和 Dorval 三成分彈 性循環CPS 模式 六 1994-2000 需要從評估任務產 生有系統的方法及 設計一個過程 更有效地整合任務 評估與歷程規劃兩 個面向；以及使用更 自然的、友善的、詳 細的語言作說明 Isaksen、Dorval 和Treffinger CPS 系統化架構模式 資料來源：陳淑娟(2007) 二、各時期 CPS 模式的內涵 CPS 模式自 Osborn 提出以來，歷經六個時期的演進，雖然目前已呈現 出系統化的教學架構，然而，每個時期的CPS 模式仍具有其時代的特色與 涵意。因此，茲將各時期最具代表性的模式內涵整理分述如下： (一) Osborn七階段CPS歷程
中，提出此模式，其各階段內容如下所述：
1. 定位（Orientation）：指出問題所在（Pointing up the problem） 2. 準備（Preparation）：獲取相關的資料（Gathering pertinent data） 3. 分析（Analysis）：進行相關題材的分類（Breaking down the relevant
material）
4. 假設（Hypothesis）：想像可選擇的方案（Pilling up alternatives by way of ideas）
5. 醞釀（Incubation）：放鬆以引發解釋（Letting up to invite illumination） 6. 綜合（Synthesis）：將相關的部分作結合（Putting the pieces together） 7. 驗證（Verification）：評價產出的想法（Judging the resultant ideas） （二）Parnes五階段CPS 模式 又稱為Osborn-Parnes 五階段 CPS 模式，為 Parnes 於 1967 年發展出的 線性五階段CPS 模式，此模式除了首次將 CPS 模式以圖示呈現外，另外一 個特色就是該模式在解題過程中，每一個階段都先有發散性思考(以免遺漏 任何可能的答案)，再有聚斂性思考(以從諸多可能解答中找出最佳者)，而 解題者可利用這五個階段系統性地解決其所面臨的問題，而其各階段之內 容分述如下： 1. 發現事實（Fact-Finding, FF）：問題解決者可利用5W1H(who、what、 where、when、why、how)的策略，獲取有用的訊息與蒐集相關的資 料，並於解決問題之前，檢視所有可用的資料，並進行整理與分析。 2. 發現問題（Problem-Finding, PF）：當資料已全部蒐集好，且問題的 線索也已呈現時，此時問題解決者可開始分析問題的每一個成分，重 新安排問題的陳述，並清楚地界定問題。 3. 發現點子（Idea-Finding, IF）：界定問題之後，問題解決者可以先想 像所有可能解決問題的構想，並以書面方式條列呈現。 4. 發現解答（Solution-Finding, SF）：當提出一系列的構想之後，進一 步由所有的構想中，找出最好、最實際與最合適的解決之道。
5. 尋求接受（Acceptance-Finding, AF）：找出最合適的解決方法之後， 問題解決者必須實際執行此構想，以確認此方法是否有效，若無效則 必須回到前幾個步驟，重新發現合適的構想，並付諸實行。
圖2-3-1 可看出 Parnes 五階段 CPS 模式在解決問題的各步驟中，以有 系統的方法，交替運用吉爾福特（Guilford，1967）創造性思考的兩種思考 模 式 － 擴 散 性 思 考 （Divergent Thinking ） 和 聚 歛 性 思 考 （ Convergent Thinking），循序漸進地經歷五個步驟，然後找出解決的方案。這個 CPS 教學模式強調創造性思考，也就是說教師藉由課程和活動，提供一種支持 的創造性環境，以激發學生的創造性思考，表現出創造的行為，以增進其 創造的才能的教學模式。 圖2-3-1 Parnes五階段CPS模式 （三）Isaksen和Treffinger 六階段CPS 模式
接續Parnes 五階段 CPS 模式之研究，Isaksen 和 Treffinger 認為該模式 雖然有提及擴散性思考與聚斂性思考，但實際上卻只著重於擴散性思考的 訓練，因此，Isaksen 和 Treffinger 於 1985 年進一步修改 Parnes 五階段 CPS 模式成為六階段的CPS 模式（圖 2-3-2），而其主要修改的內容包含： 1. 新增第一個步驟，即「發現困惑」（Mess-Finding）。為了讓CPS模式 能夠符合個人的認知與問題情境的差異，Isaksen 和Treffinger 在問題 解決的第一個步驟增加發現困惑，而隨著每個人對於問題的定位 （Orientation）、情境的認知（Outlook）、成果的產出（Outcome）、 歷程的阻礙（Obstacles），以及解決問題的擁有權（Ownership）的差 異，會產生不同的問題解決。
2. 將Parnes的五階段CPS模式中，第一個步驟「發現事實（Fact-Finding）」 修改為「發現資料（Data-Finding）」，其主要的主張是：有效的問題 解決，不僅要考量簡單的事實，更應該獲取解題過程中所需使用的相 關資料，才能順利的解決問題。 3. 強調擴散性思考與聚斂性思考在問題解決過程中的均衡運用，亦即有 效的問題解決，必須透過擴散性思考與聚斂性思考的交互運作方能達 成，而為了讓CPS 能夠順利的運用於教學上，Isaksen和Treffinger亦 將擴散性思考與聚斂性思考的指導要領，於六階段CPS 模式圖中以文 字加以說明。 4. 將CPS 的圖示模式，以垂直模式取代原有水平的模式。 擴散面 Divergent Phase 問題敏感性 Problem Sensitivity 聚斂面 Convergent Phase 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) 新挑戰 New Challenges 從生活經驗與情境中尋找 各種問題解決的機會 收集不同的資料了解 事實的情境 從已知的資料發現 所有可能的問題 列出問題之所有可能 的解決構想 找出各種評估構想 的標準與方法 考量執行過程中可能的 助力與阻力 擴散思考 聚斂思考 決定一種挑戰 ，並建立 一般性的問題解決目標 整理、分析與歸納重要 的資料 選擇一特定問題並具體 且明確的陳述問題 選出最有可能解決問題的 構想 選擇一些標準評估解決問 題的構想 找到最適當的構想 ，擬定 計畫並加以執行 圖2-3-2 Isaksen和Treffinger六階段CPS模式
（四）Isaksen和Treffinger 三成分六階段CPS 模式 在Isaksen 和 Treffinger 提出六階段的 CPS 模式後，許多的學者紛紛將 其運用於各種情境的教學研究，然而綜合歸納這些研究的成果，可得出下 列幾點結論： 1. CPS 可以用不同的方式運用於各種情境下。簡而言之，CPS 是實用 的。 2. 關於人們如何運用CPS 提升他們的效能，以符合他們面對不同的群 體、任務與情境時的需要，仍有許多無法回答的問題。簡而言之，CPS 可以修改得更好與用不同的方式呈現。 3. CPS 被有效的運用於許多因素交互作用的動態歷程，包括個人、成 果、情境與方法的作用。簡而言之，CPS 是一種適合以不同型態加以 運用的工具。 4. 針對特定任務的需要，人們會選擇CPS 模式中部分的過程幫助他們自 然的解決問題。簡而言之，人們喜歡以自然、方便的方式運用CPS。 5. 一般人將CPS 運用澄清對問題的-解、產出點子以及計劃行動。簡而 言之，人們通常選擇使用部分CPS 的歷程以符合他們的需要。 因此，Isaksen 和 Treffinger 學者為了讓 CPS 模式更符合實際教學應用， 於1987 年提出將六階段的 CPS，歸類為三大問題解決的成分，其三成分分 別為：瞭解問題（發現困惑、發現資料、發現問題）、產出點子（發現點 子）與計劃行動（發現解答、尋求接納 ），並將圖示分為三個區塊，以作 區隔，如圖2-3-3 所示。
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 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 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 成分二：產出點子 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 成分三：計劃行動 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：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 圖2-3-3 Isaksen和Treffinger三成分六階段CPS模式 （五）Isaksen和Dorval三成分彈性循環CPS模式 受認知科學與建構主義的影響，Isaksen 和 Dorval 在 1993 年進一步將 先前使用線性流程表示的模式，改以各種幾何圖形彈性循環的架構表示， 以呼應個人不同的需要。如圖 2-3-4 所示，CPS 包含前述的瞭解問題、產 出點子與計劃行動三個區塊，但區塊之間是以虛點連結，代表其流程是可 以彈性調整的，而各區塊內的空白方塊，亦可依個人、任務與情境的不同， 選擇需要的步驟（MF、DF、PF、IF、SF、AF），運用於問題解決。
產出點子 計劃行動 瞭解問題 圖2-3-4 Isaksen和Dorval三成分彈性循環CPS模式 （六）Isaksen、Dorval和Treffinger CPS系統化架構模式 基於彈性運用的原則，Isaksen、Dorval 和 Treffinger 在 2000 年將任務 的評估與流程的規劃整合於 CPS，並將 CPS 修改為一個系統化的架構（見 圖 2-3-5）。此外，為了讓 CPS 的使用更加友善與清楚，Isaksen 等人亦將 CPS 各 流 程 的 用 詞 做 了 些 許 的 修 改 ， 包 括 將 三 大 成 分 改 為 瞭 解 挑 戰 （Understanding the Challenge）、產出點子（Generating Ideas）與準備行動 （Preparing for Action），且瞭解挑戰又分為建構機會（ Constructing Opportunities）、探究資料（Exploring Data）與架構問題（Framing Problem）； 準 備 行 動 分 為 發 展 解 答 （Developing Solutions）與建立接受（Building Acceptance）。
架構問題 產 出點子 建構機會 探究資料 建立接受 發展解答 設計流程 評估任務 瞭解挑戰 產出點子 準備行動
規劃方法
圖2-3-5 Isaksen、Dorval和Treffinger CPS系統化架構模式 三、本研究擬採行的 CPS 模式與教學方式 回顧CPS 模式的演進歷程，雖然第五時期與第六時期的 CPS 模式更為 人性化，強調各階段流程的彈性運用，但研究者認為其在問題解決歷程彈 性化的同時，亦複雜化整個問題解決的步驟，對教師的教學設計而言，恐 怕容易產生困擾。因此，研究者認為第四時期的 CPS 模式(Isaksen 和 Treffinger 三成分六階段 CPS 模式)，除了與第三時期的模式一樣能清楚的 描繪出問題解決的六階段歷程及將各階段在擴散思考與聚斂思考的指導要 領上以文字詳加說明外，三成分的區分，更強化各階段的順序性，也更貼 近一般人在解決問題時的解題程序，可供教師直接以其六階段的順序為步 驟，作為教學的流程以設計具目標導向的教學活動。 Howe 曾總結各種 CPS 模式的共通特色如下（湯偉君和邱美虹，1999）： 1. 利用多階段方式循序達到創意解決問題的目的。 2. 每個階段都使用了發散性思考（divergent thinking）、創造思考（creativethinking）、聚斂性思考（convergent thinking）、批判思考 （critical thinking）。 3. 每一階段都始於發散性思考，而後為聚斂性思考，後者是用來評價、 釐清、並聚焦於前者生成之成果，並為下一階段思考的內容作準備。 4. 可以用於群體也可用於個人解題。 5. 可以使用其中部份階段即可。 6. 各階段未必要按照一定順序來使用。 7. 各步驟未必是一種線性模式呈現而可以交互螺旋型的出現。 邱美虹等人（2005）建議 CPS 教學最好以小組方式進行，如此不僅教 師較易準備，同時也可讓學生在互相討論中激盪出新的想法；並提出在討 論過程（發散性思考期）當中，有四項原則需讓參與者了解及遵守： 1. 延後批判：在別人提出想法時，不要進行批評。等到點子提出得夠多 之後，再就可行性進行討論。 2. 量多取勝：點子提出得越多越好。先求量多，再求質佳。 3. 鼓勵新奇的答案：鼓勵學生提出多樣化的點子。 4. 多多組合：鼓勵成員將別人的點子加以組合成新點子。 本研究即依據 Howe 所歸納之 CPS 共通特色作為教學活動設計原則， 以 Isaksen 與 Treffinger（1987）所提出的三成分六階段 CPS 模式進行科學 遊戲教學活動設計，並以小組合作方式進行教學活動，活動歷程中以邱美 虹等人對討論過程的建議作為教學指導原則。
第四節 與蠟燭有關之科學遊戲
研究者蒐集坊間與科學遊戲相關書籍（蒐集歷程詳述於第三章第五 節），其中共有29 本書（見附錄二）中的科學遊戲活動與「蠟燭」相關。 研究者先將所運用的原理相似或者是操作的程序相似的科學遊戲分為 一類，並與11 位台中教育大學科學教育研究所同學在編輯親子科學遊戲書 籍時一起檢核（附錄三），去除與國小自然與生活科技領域教科書相同之 操作活動，除此之外，並考量學生認知發展，將運用過於困難的科學原理 之科學遊戲刪除，如：白努力燭焰等。最後，將收集到的與蠟燭相關的科 學遊戲聚焦在七個類別，將這七個遊戲分別命名，其操作方法說明如下： 壹、DIY 煙火秀： 1.點燃蠟燭。 2.擠壓橘子皮，讓橘子皮汁液噴向蠟燭，便 可產生美麗火花（林懿偉，2002； 陳忠照， 2003）。 圖2-4-1 DIY煙火秀 貳、燒不起來的手帕： 1.將手帕直接放在蠟燭上燃燒，手帕一下就 燒起來了。 2.將硬幣放在手帕的中央並扭轉手帕，手帕 必須緊緊拴住硬幣，否則手帕會燒起來。（可 用橡皮筋固定，讓手帕緊緊拴住硬幣）包著 硬幣的手帕放在蠟燭上方，約20 秒，手帕只 會有黑黑的痕跡，但燒不起來。（郭騰元， 2000b；Ontario Science Centre，1998；畢毓 俊主編，2001；山田卓三，2004）。参、蠟燭熄滅順序比一比： 1.分別用大、中、小的透明容器，將相同高 度的蠟燭罩起來。(圖 2-4-3) 。 2.一個透明容器，將長、中、短的蠟燭罩起 來。 「你知道蠟燭熄滅的順序嗎？」(圖 2-4-4)（郭 騰元，2000b）。 圖2-4-3 將蠟燭罩起來 圖2-4-4 將蠟燭罩起來 肆、搶救即熄滅的蠟燭： 1.將蠟燭點燃。 2.在蠟燭周圍，在能撐住透明容器的點，放 一元硬幣。 3.蓋上透明容器，觀察蠟燭是否能持續燃燒。 4.在最短的時間內，能運用最少的 1 元硬幣， 而不讓蠟燭熄滅（郭騰元b，2000）。 圖2-4-5搶救即熄滅的蠟燭 伍、如何拿出錢幣： 1.在盤子中固定一根蠟燭。 2.將一元硬幣放入盤中。 3.將水注入盤子。 4.將盤中的蠟燭點燃。 5.拿透明玻璃杯蓋住蠟燭，當火熄滅時，盤 中的水會被吸入杯子裡（郭騰元，2000b；賴 秀麗譯，2002；後藤道夫，2002；陳忠照， 1998；山田卓三，2004；蓋瑞.吉布森，2004； 林懿偉，2002）。 圖2-4-6 如何拿出錢幣
陸、隱形字： 1.用蠟在報紙上寫字。 2.放在燭火上烤一烤，立刻就會有字浮現。 （郭騰元，2000b）。 圖2-4-7 隱形字 柒、燭芯的材料： 1.將粗蠟燭點燃，接著使小粉筆塊裹上粗蠟 燭上的蠟油。 2.將裹蠟的小粉筆塊放在燭焰上，加熱至燃 燒。 3.把燃燒的小粉筆塊立在粗蠟燭上，並將燭 芯壓入蠟油中，使燭芯熄滅，發現小粉筆塊 能代替燭芯繼續燃燒。（郭騰元，2000b）。 圖2-4-8 燭芯的材料
第三章 研究方法
本章將就本研究的研究方法與架構、研究情境與參與對象、研究 工 具、研究的流程、科學遊戲設計素材聚焦歷程及資料整理與分析加以說明。第一節 研究方法與架構
一、研究方法 本研究採行動研究的方式進行。林生傳（2003）闡述行動研究是為行動 而進行的研究，研究者本身即為行動者，研究也在行動中進行，成為行動的 一部分，研究的實施有助行動逐步修正與改善，行動與研究不斷進行 對話 與辯證，研究的結果提供行動的檢證與回饋。陳佩正（2000）闡述行動研 究和傳統的實驗研究不同之處，在於它不是要建立一套學理；也不是要對 實驗對象做比對研究，而是要解決研究者的困擾。蔡清田（2000）則指出 行動研究的主要特徵包含有： 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。研究者對科學遊戲很有興趣，科學遊戲是我一路從聯考制度走來所未 接觸過的，希望能利用學生喜愛遊戲的特性，讓學生玩的知性，樂在學習， 於是收集坊間琳瑯滿目的科學遊戲，結合創造性問題解決（CPS）模式的教 學理念，發揮最大的教學效應，如讓學生能藉由科學遊戲喜歡「自然與生 活科技」、協助學生理解科學概念、發揮創造力解決問題任務、學生能分 工合作…等，進行教學後又會產生哪些問題呢？故本研究乃緣起於研究者 對教學實務上的需求，在行動研究中，研究者能解決教學上的困難，透過 不斷反省思考、批判的方式，增進專業成長。 研究者的設計理念參考 Kemmis 和 Taggart （引自楊訪屏，2004）於 1988 年提出之螺旋狀行動研究模式（見圖 3-1-1），依「計畫－行動－觀察 －反省－修正」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，再修正教學 設計，然後重新進行教學行動，在多次的行動反省後，確認創造性問題解 決融入科學遊戲教學活動之可行性。 圖3-1-1 Kemmis＆Taggart行動研究螺旋圖（引自楊訪屏，2004）
二、研究架構 本研究是以教學為主軸，蒐集坊間科學遊戲相關書籍以取得科學遊戲 的設計素材，配合九年一貫分段能力指標，融入CPS 理論，並經由教學行 動中學生的反應、協同研究教師的回饋及教學札記以修正教學設計，發掘 教師在其間遭遇的困難及可能解決的方法，促進教師的專業成長。研究架 構如圖。採用行動研究法，研究者本身即教學者、觀察者、分析者等，藉 由多次的循環融入教學，以改善CPS 融入的教學成效，建立可行的教學模 式。此為個人行動研究，以「反省」觀點為理論基礎，透過教學札記、學 生意見心得單、上課教學錄影、照片、錄音訪談、協同教師觀察記錄，持 續計畫、行動、反省、再計畫、再行動、再反省等循環調整活動，建構CPS 融入之教學活動。 科學遊戲創 造性問題解 決教學設計 文獻分析探討 依據 應用 融入 配合 促進 修正 單元難易 意見 坊間科學 遊戲書籍 <設計素材> 自然與生活科 技」分段能力 指標 創造性問題解 決(CPS)理念 教師專業成長 遭遇困難與解 決方法 教學行動 協同教師 觀察記錄 教學札記 圖3-1-2 研究架構圖
第二節 科學遊戲設計素材聚焦歷程
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，並以設計教學活動加以說明。(見圖 3-5-1) 一、設計素材來源 坊間科學遊戲書籍琳瑯滿目，研究者在構思以科學遊戲設計教學之 初，教師可以利用坊間科學遊戲書籍豐富的素材為設計基礎，便著手進行 科學遊戲相關書籍的蒐集。 研究者先以下列方法，搜尋科學遊戲的相關書籍： (一) 利用奇摩搜尋引擎，以「科學遊戲＋科學實驗」為關鍵字查詢。 (二) 利 用 google 搜 尋引擎的特殊功能，以「科學遊戲+科學實驗」 為關鍵字，對金石堂網路書店做相關書籍的清查。 (三) 至國立台灣師範大學圖書館、國立台北教育大學大學圖書館、國 家圖書館、台中教育大學圖書館及住家附近的圖書館、誠品書店 查尋。 (四) 利用上述方法查到 59 本以動手操作為主的科學遊戲書籍 (五) 查完之後（附錄一），即透過網路書店或至各圖書館取得書籍。 二、設計素材聚焦歷程 在書籍蒐集的同時，與指導教授及協同研究教師討論，認為教學設計 應以學生的生活經驗為中心，讓學生從熟悉的事物中，易從生活中取 材，發覺探究的樂趣，而「蠟燭」是生活中易取得的物質，且學生曾在五 年級上學期做過蠟燭實驗，瞭解燃燒原理，以蠟燭為主要材料可以發展許 多科學遊戲，遂以「蠟燭遊戲」作為本研究科學遊戲教學設計的主題。 確認主題後，逐本、逐頁的審查所蒐集的書籍，其中有 29 本書（見附 錄二）中的科學遊戲活動，與「蠟燭遊戲」作用有關，研究者便以這 29 本 書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 115 個與「蠟燭遊戲」有關的科學遊戲活動。
