實驗型桌遊對學生學習科學過程技能之成效
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(2) 摘要 本研究旨在於透過實驗型桌遊教學了解學生學習科學過程技能之成效，參 考國中理化實驗內容，設計並製作出電化學概念為主的實驗型桌遊「電流之 戰」 。研究對象為北部某兩間女中合計三個班級的 70 名學生，以及理化老師 12 名。本研究使用「電流之戰」作為教學媒材，每四名學生一同進行桌遊學習。 本研究發現學生經過「電流之戰」的活動，在科學過程技能有顯著進步；不同 背景的學生對於學習科學過程技能無顯著差異；理化老師普遍認為「電流之 戰」適用於教學現場，同時也有意願於課堂中使用「電流之戰」進行教學。本 研究也歸納實驗的優劣，期望作為未來研究者設計實驗型桌遊時的參考與建 議。. 關鍵字：科學過程技能、實驗型桌遊、基礎電路、化學電池. i.
(3) Abstract The purpose of this study is to understand the effect of students' learning of scientific process skills through experimental board games. With reference to the content of physics and chemistry experiments in the country, the experimental type of board game "Current War" is designed and produced. The study consisted of 70 students from three classes in the north and a total of 12 science teachers. This study used "Current War" as a teaching medium, and every four students played the board game together. This study found that students have made significant progress in scientific process skills through the "Current War"; students from different backgrounds have no significant differences in learning science process skills; science teachers generally believe that "Current War" applies to the teaching site, and there is also a willingness to use "Current War" in the classroom for teaching. This study also summarizes the advantages and disadvantages of the experiment, and hopes to be used as a reference and suggestion for future researchers to design experimental board games.. Keywords: scientific process skills, experimental board games, circuit, chemical battery. ii.
(4) 目錄 第壹章、 緒論.............................................................................................................. 1 第一節 研究動機.................................................................................................. 1 第二節 研究目的與問題...................................................................................... 4 第貳章、 文獻探討...................................................................................................... 6 第一節 科學過程技能.......................................................................................... 6 第二節 桌遊........................................................................................................ 11 第三節 學習者背景能力.................................................................................... 15 第參章、 研究方法.................................................................................................... 17 第一節 桌遊設計................................................................................................ 17 第二節 研究流程................................................................................................ 29 第三節 研究對象................................................................................................ 30 第四節 評量工具................................................................................................ 30 第五節 資料收集................................................................................................ 31 第六節 分析方法................................................................................................ 33 第肆章、 結果............................................................................................................ 34 第一節 遊玩「電流之戰」後，學生科學知能的變化.................................... 34 第二節 學生對於「電流之戰」的感受............................................................ 35 第三節 不同背景的學生在桌遊中學習科學過程技能之成效........................ 37 第四節 理化老師對於「電流之戰」的看法.................................................... 43 第伍章、 討論............................................................................................................ 45 第一節 實驗型桌遊配件.................................................................................... 45 第二節 遊玩「電流之戰」後，學生科學知能的變化.................................... 46 第三節 學生對於「電流之戰」的感受............................................................ 47 第四節 不同背景的學生在桌遊中學習科學過程技能之成效........................ 48 第五節 理化老師對於「電流之戰」的看法.................................................... 49 第陸章、 結論............................................................................................................ 50 第柒章、 建議............................................................................................................ 51 參考文獻...................................................................................................................... 52. iii.
(5) 圖目錄 圖 3-1 圖 3-2 圖 3-3 圖 3-4 圖 3-5 圖 3-6 圖 3-7 圖 3-8 圖 3-9. 金屬和電解液卡牌 ....................................................................................... 18 金屬和電解液活性表 ................................................................................... 18 金屬與電解液卡牌構成的化學電池 ........................................................... 19 化學電池試算表畫面 ................................................................................... 19 電路板塊種類 ............................................................................................... 20 電池與 LED 構成通路 ................................................................................. 21 不同顏色 LED 所對應的工作電壓 ............................................................. 22 個人面板初始設置 ....................................................................................... 22 玩家需消耗行動點執行的動作 ................................................................... 24. 圖 3-10 援助卡示意圖 ............................................................................................. 24 圖 3-11 改變電壓三步驟 ......................................................................................... 25 圖 3-12 圖 3-13 圖 3-14. 事件卡示意圖 ............................................................................................. 26 學生參與「電流之戰」之研究流程 ......................................................... 29 理化老師參與「電流之戰」之研究流程 ................................................. 30. iv.
(6) 表目錄 表 2-1 表 2-2 表 3-1 表 3-2 表 3-3 表 4-1 表 4-2 表 4-3 表 4-4. 實驗優劣比較 ............................................................................................... 10 實驗型桌遊與實驗優劣的對應 ................................................................... 14 LED 工作電壓 .............................................................................................. 20 「電流之戰」遊戲環境 ............................................................................... 26 各研究問題所對應之資料收集方式 ........................................................... 32 科學知識前後測 t 檢定分析 ........................................................................ 34 科學過程技能前後測 t 檢定分析 ................................................................ 35 遊戲中能習得「基礎電學」知能的動作 ................................................... 36 遊戲中能習得「基礎電學」知能 ............................................................... 36. 表 4-5 表 4-6. 遊戲中能習得「化學電池」知能的動作 ................................................... 36 遊戲中能習得「化學電池」知能 ............................................................... 37. 表 4-7 表 4-8 表 4-9 表 4-10 表 4-11 表 4-12 表 4-13 表 4-14. 桌遊內容在各遊戲設計面向的比例 ........................................................... 37 以科學知識分組進行科學過程技能 t 檢定 ................................................ 38 科學知識對學習科學過程技能的影響 ....................................................... 39 以玩過的桌遊種類分組進行科學過程技能 t 檢定 .................................. 39 玩過的桌遊種類對學習科學過程技能的影響 ......................................... 40 以玩桌遊的頻率分組進行科學過程技能 t 檢定 ...................................... 41 玩桌遊的頻率對學習科學過程技能的影響 ............................................. 41 以實驗經驗分組進行科學過程技能 t 檢定 .............................................. 42. 表 4-15 表 4-16. 實驗經驗對學習科學過程技能的影響 ..................................................... 43 理化老師對於「電流之戰」的看法 ......................................................... 43. v.
(7) 第壹章、緒論. 本研究旨在了解學生學習科學過程技能之成效，透過實驗型桌遊的活動教 學對於學生學習上的影響。本章第一節以近年教學現場為背景，初探實驗於教 學上的利弊，並提出本研究的研究動機；第二節說明本研究之研究目的及研究 問題。. 第一節 研究動機 科學的學習並不僅限於科學知識，探究科學知識的過程也十分重要。從 1960 年以來，強調科學探究的過程與方法，科學過程技能的培養便成為科學課 程的的主要目標之一(Hurd, 1970)。在中學階段，通常是透過做實驗培養學生科 學過程技能。楊文金與許榮富（1987）指出廣義的實驗即是完整的實驗，它應 包括「做」實驗前的認識問題、辨認變因、形成假說、設計實驗等心智過程， 及實驗進行中之觀察、測驗、記錄等實驗操作技能，還有實驗後之資料處理、 下結論、推衍等能力。可見實驗確實有助於培養學生的科學過程技能。 教學現場所使用的實驗可大略分為傳統實驗、微型實驗及虛擬實驗，其中 各有優劣，以下分別依優勢及劣勢做簡單介紹。 傳統研究是指在實驗室中使用實體的器材及儀器操作實驗(Zacharia, Olympiou, & Papaevripidou, 2008)，傳統實驗的優勢在於學生能接觸真實實驗器 材，探究實驗過程中有助於科學過程技能的培養，亦能加深科學知識的記憶， Dechsri, Jones, & Heikkinen (1997)研究指出實驗現象能幫助學生記憶與理解。傳 統實驗的劣勢是教學時間的限制，中學老師需要教授學生大量的科學知識，然 而教學時數卻越變越少。實驗前，老師需要花時間清點實驗器材；實驗中，若 讓學生探究實驗過程會花費太多時間，老師通常會以「食譜式實驗」帶領學生 1.
(8) 完成實驗，缺少學生主動探究實驗的步驟，科學過程技能的培養相較下也顯得 成效不彰（曹淇峰、廖家榮、林志弘、邱美嬌、譚利亞、蔡蘊明，2009）在 Lehman (1989)探討化學科教師對實驗室活動優缺點之感受的研究中發現：老師 覺得「認知」是實驗活動能帶給學生最大的好處，意即實驗活動有助於學生學 習化學原理和概念，並強化課堂中的講授的知識概念；但最大的缺點是老師須 將大部分的時間花在實驗設備的準備，而學生則花大部份的時間在指定的活 動。除此之外，傳統實驗可能會遇到實驗設備上的限制，有些實驗器材通常價 格不斐，或是學生不常操作實驗器材，操作上可能會遇到困難。謝怡靜與江俊 明（2017）指出傳統實驗除了儀器架設受限較多，學生還要計算轉換電阻與照 度等數值，增加實驗活動的難度。 微型實驗將原傳統實驗裝置如玻璃材質之容器、試管、燒杯…等加以微小 化而成，也有將原傳統實驗裝置加以改良成不易破損的塑膠材質、體積小、易 攜帶的微型實驗裝置（方金祥，2014）。微型實驗的優勢在於裝置體積小、藥品 用量少、反應快、操作容易，方金祥（1999）微型實驗中所耗藥品量約為傳統 實驗的 1/10~1/100，甚至更少，可以節省許多實驗經費的開銷，有利於促進實 驗教學的改進。微型實驗的劣勢在於實驗器材通常綁定某化學實驗單元，與傳 統化學實驗相比之下較無通用性，可能需要老師重新設計實驗器材。例如：傳 統化學電解實驗會使用燒杯及試管。陸冠輝（2016）在電解微型實驗中，將透 明吸管從中間對折，使其呈現 V 字形狀，並用一小塊膠帶將吸管左右兩部分黏 著固定，作為電解槽裝置。 虛擬實驗是指在電腦上使用與實體器材相對應的虛擬工具來操作實驗 (Zacharia et al., 2008)，虛擬實驗的優勢是能幫助學生了解複雜實驗的核心概 念，透過電腦模擬或 APP 輔助呈現出實驗中重要的原理及變因供學生操弄，原 子彈爆炸就是一種在真實教學中無法實現科學現象，需透過虛擬實驗室中的動 畫模擬向學生進行的模擬演示（王文靜，2003）。虛擬實驗多為學生獨自使用電 2.
(9) 腦操作實驗，實驗過程中缺少人際互動，可能較無法培養科學過程技能中的溝 通能力。無論是哪類的虛擬情境教學模式，學生在學習過程中都缺少真實的人 際互動與面對面的交流（王文靜，2003）。 實驗確實是培養學生科學過程技能的良好管道，然而在教學現場卻有許多 限制和不足，近年來也有許多研究想要克服這些問題，本研究試圖發展出一種 新的媒材來培養學生的科學過程技能，能兼具實驗的優點，並盡可能補足實驗 不足之處，其媒材為一種具有實驗性質的科學桌遊，桌遊相較於其他媒材的優 勢有三：提供真實的經驗、學生參與意願高和激發高層次思考（陳介宇， 2010）。有研究指出遊戲教學可以促進學生探究科學，也能提升學生在認知、技 能等發展(Guttfried, 1986; Frost, 1992），可以透過以簡易的遊戲介面讓學生學習 核心的科學概念及科學過程技能，縱使學生沒有豐富的遊戲經驗或嫻熟的實驗 技巧，也能透過遊戲規則探究科學，簡易的桌遊配件能多次重複使用，減少實 驗上的耗材，此外，多人一同參與科學桌遊活動可以培養學生溝通及一同探究 的能力。 目前市面上已經有很多科學桌遊，也有許多老師會在課堂中使用科學桌遊 輔助教學，陳介宇（2017）指出臺灣近 15 年來桌遊相關研究中，其中教育類占 了 72.3%，也期望老師有意願於課堂上使用實驗型桌遊進行教學，透過不同的 教學方式提升學生學習動機，進而習得科學知識和科學過程技能。已有多篇研 究指出如何運用桌上遊戲結合教學，例如程式設計、思考、數學的教學應用研 究，也證實桌遊教學能提高學生的學習動機(Gamlath, 2007 ; Smith &Muhro, 2009)。 市面上的科學桌遊多以生物、地科或環境議題為主，以物理和化學為主題 的科學桌遊相較之下是少數，可能是因為理化本身就有一些定律、定理存在， 制定桌遊機制及規則上比較不具彈性。此外，理化注重變因的探究，這部分在 教學現場多採用實驗方式來進行，可能桌遊有些限制無法符合實驗教學的需 3.
(10) 求，例如：桌遊的配件，因為目前多數的桌遊配件為卡牌、模型，使得理化的 科學桌遊較不易被研發出來。可是科學桌遊應該有辦法再突破，從配件上去改 良，不再局限於既有的配件，開發兼具桌遊與實驗性質的配件，再透過適當的 桌遊機制呈現符合教學現場的實驗方式，同時培養學生科學過程技能，讓學生 以操作者的身分，主動地參與桌遊。. 第二節 研究目的與問題 本研究針對國高中理化課程內容「基礎電學」及「化學電池」單元設計 「電流之戰」 ，本研究欲了解設計實驗型桌遊所需要的考量，以及學生經「電流 之戰」後，科學知能的差異，及影響學習的因素，還有理化老師對於「電流之 戰」的看法。根據上述的研究目的，欲探討的研究問題如下： (一) 實驗型桌遊配件的搭配與設計 1. 實驗型桌遊配件的選擇 2. 遊戲的設計：如何設計一個兼具遊戲及實驗性質的桌遊？ (二) 遊玩「電流之戰」後，學生科學知能的變化 1. 遊玩「電流之戰」後，學生科學知識是否有提升? 2. 遊玩「電流之戰」後，學生科學過程技能是否有提升? (三) 學生對於「電流之戰」的看法 1. 學生認為「電流之戰」中可以學習到哪些科學知能? 2. 學生學習到的科學知能源自「電流之戰」中哪些遊戲設計? (四) 不同背景的學生在「電流之戰」活動中學習科學過程技能之成效. 4.
(11) 1. 不同科學知識的學生玩完「電流之戰」後科學過程技能是否有差異? 2. 不同遊戲經驗的學生玩完「電流之戰」後科學過程技能是否有差異? 3. 不同實驗經驗的學生玩完「電流之戰」後科學過程技能是否有差異? (五) 理化老師對於「電流之戰」的看法 1. 「電流之戰」適合教學現場嗎? 2. 理化老師於課堂中使用「電流之戰」的意願?. 5.
(12) 第貳章、文獻探討. 本研究欲探討實驗型桌遊對於學生學習科學過程技能之成效。因此，本章 第一節說明科學過程技能及實驗；第二節介紹桌遊於教學上的應用及配件；第 三節則是學習者的背景能力。. 第一節 科學過程技能 美國科學促進會(American Association for the Advancement of Science, AAAS)自 1961 年接受美國國家科學基金會 (NSF)的資助，經九年的研究、實驗 教學及修訂，提出一套稱之為 SAPA（Science-A Process Approach）課程，這課 程強調「做中學」，並以教學科學方法的連貫性訓練為主。此一課程的學活動是 仿照科學家在實驗室中的研究工作的情況，期望學生在處理事情及解決問題 時，能夠像科學家一般地思考。 (一) 科學過程技能的分類 科學家探究科學的行為十分繁複，於是美國科學促進協會將所訂定的科學 過程技能分成兩大類，分別是八種基本科學過程技能( basic science process skills )，以及五種統整科學過程技能(integrated science process skills)。 基本科學過程技能如下： 1. 觀察(Observing)：運用單一或多種感官直接或間接利用儀器、辨識一種 或多種表徵。郭姿君與陳均伊（2009）將學生帶到榕樹下進行植物觀察教 學，並請學生畫出來它的莖部，學生普遍都能畫出莖的大概形狀及顏色， 但是並不會進一步繪出紋路等細微處。晤談學生時，多數學生回答觀察就 是用眼睛看。但是，當老師給予實物請他們做觀察時，學生卻會運用其他 感官。老師進一步提問，用手摸是否屬於觀察，多數學生皆表示認同。 劉 6.
(13) 銀姬（2002）對國二學生進行觀察技能之測驗，學生需觀察三個階段的蠟 燭，分別是：未燃燒前的蠟燭、燃燒中的蠟燭及燃燒完的蠟燭，學生需觀 察並記錄蠟燭有何變化。 2. 分類(Classifying)：運用多種的屬性來區辨事物或現象，比較出其共通點 及特殊處。姚宗威與顏瓊芬（2007）挑選出 56 種學生所熟悉或是在高中生 物教科書中常出現的生物，讓學生進行物種分類並寫下分類依據。 3. 測量(Measuring)：利用制定的或自定的標準來進行測量或估算，藉以描 述一個物體或事件的度量,而瞭解事物現象之間的關係。邱鴻麟、連坤德與 邱芳傑（1997）探討學生是否知道如何操作電表進行測量，讓學生嘗試歸 零、儀表操控等測量行為。 4. 溝通(Communicating)：能正確運用科學用語、文字、圖表、數學式來表 達，以精確、清楚的方式表述資料，並作合理、公正的解釋，溝通彼此的 科學認知。吳怡靜與林素華（2010）指出學生經過合作學習活動後，低成 就學生在基本過程技能中的溝通技能顯著提升。 5. 推理(Inferring)：利用蒐集到的資料，對物體或事件做有根據的猜測、解 釋、思考、邏輯分析。例如：預測雙珠競走實驗結果。 6. 預測(Predicting)：能依據自己篤信的知識或理論作邏輯性的推論，以預報 可能即將發生的事。劉銀姬（2002）對國二學生進行預測技能之測驗，提 供某地每個月一號的日出時間紀錄，並請學生以現有資料預測月中的日出 時間。 7. 應用時空關係(Recognizing space / time relations )：從觀測量之間的時空變 化情形，常可發現其因果關係或規則性。例如：觀察單擺擺動情形，並分 析不同時間單擺位置. 7.
(14) 8. 應用數字(Recognizing number relations)：瞭解屬性、單位、量值的意義， 並用以表示觀測量的大小。例如：測量物體質量與體積，並推估出物體密 度。 統整科學過程技能如下： 1. 形成假設(Formulating hypotheses)：能將觀測所得資料做一概括性的整 理，提出看法或想法來解釋資料。翁秀玉與段曉林（1998）在自然科單元 「重量與體積」、「硫酸銅的沉澱」中，讓學生在實驗活動前以小組討論的 方式提出假設，除了提升學生形成假設的能力之外，更可讓學生瞭解科學 本質。 2. 下操作型定義(Making operational definitions)：經由如何做或觀察的程 序，描述在實驗中如何測量某項變因。許榮富（1987）研究學生具有設計 實驗技能與否，在進行實驗操作之前，能否針對其所提出的實驗假說，對 變因下操作型定義、描述如何處理變因、預測實驗可能遭遇到的困難，並 且描述如何解決困難，其為心智能力的統合表現。 3. 操縱變因(Controlling and manipulating variables)：確認能影響實驗結果的 變因時，操作單一變因、控制其他變因，才能觀測出此變因對變量的影 響。White (1996)批判學生作實驗的時候，常常只用手不用大腦，其原因正 是學生尚未掌握操縱變因的精隨。 4. 實驗(Experimenting)：執行一個完整的實驗，包括發現問題、提出假說、 確認並控制變因、對變因下操作型定義、執行實驗及解釋實驗結果等；因 此，它是包含所有基本與統整過程的綜合能力。 5. 解釋資料(Interpreting data)：從觀察或實驗過程中所蒐集到的資料，進一 步將資料製成的圖表或目錄表做推論或假設，以說明觀察或實驗的結論。 許瑛玿與吳慧珍（2002）研究發現學生經過網路教材的學習，在潮汐概念 8.
(15) 和科學過程技能上有顯著進步，進一步分析發現學生在溝通、解釋資料和 形成假設三項技能皆有顯著進步。 (二) 實驗 實驗可說探究科學不可或缺的一環，然而教學現場上，學生對於科學的學 習大多著墨在於計算、記憶破碎的科學知識，以及為數不多的食譜式實驗，但 是食譜式實驗真的有助於學生探究科學嗎？美國科學促進協會(AAAS)認為學生 的實驗應該設計成能幫助學生了解科學探究的本質，並建議首先要減少許多機 械式和食譜式的實驗，以節省時間來提供學生做更深入的探索(AAAS, 1989)。 江世賓（1998）發現學生在進行實驗時，常隨己意地把玩實驗器材，且習 慣於單純的現象觀察，不能掌握實驗中變項之間的關係，對學生來說要在實驗 中設計並探討變項之間的關係也是困難的，大多數學生只能憑藉自己所能理解 的步驟來進行實驗。食譜式實驗所培養出的學生只能依著學習單驗證實驗，一 旦少了實驗學習單或式老師的引導，學生便失去了方向，學生並不會自主的探 究摸索實驗，更遑論學習到操縱變因等統整技能。 盧泰元（2014）指出多變因以不同的模型存在於各情境，但人們常將多變 因事件盲目地訴諸單一理由，縱使多變因問題看似理所當然，但卻沒那麼容 易，且更重要的是國內的研究，缺少讓學生自由操控變因，看學生在多變因問 題探究表現的研究。探究實驗是讓學生學習操縱變因的一種方式，本研究試著 開發實驗型桌遊，預期學生在玩桌遊的過程中，同時也在探究科學、操縱桌遊 中各個變因。研究者查找文獻將近年教學現場常使用的三種實驗進行介紹： 1. 傳統研究：指在實驗室中使用實體的器材及儀器操作實驗(Zacharia et al., 2008)，因應教學現場所需又可分為食譜式實驗和探究式實驗。 2. 微型實驗：將原傳統實驗裝置如玻璃材質之容器、試管、燒杯…等加以微小 化而成，也有將原傳統實驗裝置加以改良成不易破損的塑膠材 9.
(16) 質、體積小、易攜帶的微型實驗裝置（方金祥，2014）。因實驗設 備輕量化且危險性降低，便於理化老師於課堂上進行演示，亦可 於實驗室讓學生個別操作微型實驗。 3. 虛擬實驗：指在電腦上使用與實體器材相對應的虛擬工具來操作實驗 (Zacharia et al., 2008)，學生可於課堂或課後透過電腦操作虛擬實 驗。 研究者將此三種實驗於教學使用上的優劣進行整理，如表 2-1 所示，旨在 為了設計實驗型桌遊進行鋪墊。 表 2-1. 實驗優劣比較. 優勢. 劣勢 1. 老師須將大部分的時間花 在實驗的準備，而學生則花大. 1. 實驗教學就是教師提供學生機會去從 部 份 的 時 間 在 指 定 的 活 動 事小組討論以及實際動手操作早期科學 (Lehman,1989) 傳. 家從事的類似實驗，以建立自己科學概 2. 儀器架設較麻煩，學生操作. 統. 念的教學方式(Ausubel,1968)。. 實. 2. 實驗教學有助於培養學生研究科學的 （謝怡靜、江俊明，2017）. 驗. 誠實性格、發展批判性的思考、訓練觀察 3. 許多實驗由玻璃材質組合. 實驗器材、讀取數值較不上手. 的技能、培養操作技能以及解決問題的 而成，做不小心很容易損壞，因 能力(Hofstein&Lunetta,1982). 此一套實驗裝置實際上很少給 學生使用，甚至完全不用。（方 金祥，1999）. 10.
(17) 優勢 微. 劣勢. 1. 裝置體積小、藥品用量少、反應快、 實驗器材通常綁定某化學實驗. 型. 操作容易（方金祥，1999） 單元，可能需要重新設計實驗. 實. 2.能縮短實驗之時間，較能掌握教學進度. 驗. 及安排更多實驗內容（方金祥，1999）. 器材。 虛. 無論是哪類基於虛擬情境的教. 擬. 真實教學中無法實現的實驗，透過虛擬 學模式，在學習過程中都缺少. 實. 實驗幫助學生理解（王文靜，2003）. 驗. 真實的人際互動與面對面的交 流（王文靜，2003）。. 第二節 桌遊 桌遊為桌上遊戲的簡稱，泛指在桌上遊玩的遊戲，包含卡片遊戲、圖板遊 戲…等等。遊戲設定各有目標與規劃，具有能吸引人主動參與，達到某種程度 的競爭與衝突之遊戲活動(Rieber, 1996 )。桌遊獨特的地方是利用結構化的規則 訂定出一個可以刺激思考或做選擇的環境，在遊戲中玩家遵循規則彼此競爭或 合作以爭取勝利（陳介宇，2010）。桌上遊戲與電腦遊戲和手機遊戲最大區別在 於是否使用電，故桌遊也常被稱為不插電遊戲。然而，隨著時代的進步，這個 界線漸趨模糊，現在已經有需多桌遊使用手機 APP、AR、VR…等電子設備輔 助遊戲進行，陳文烽（2013）認為桌遊的數位化將是未來桌上遊戲發展的新趨 勢，桌遊數位化不但能保留遊戲的精神，也因為融入數位媒材能帶給玩家感官 上的刺激與新鮮感。 (一) 桌遊在教學上的應用 近年來，桌遊除了做為休閒娛樂，需多老師也課堂中融入桌遊元素，使用 現成的商業桌遊外，桌遊在國外的教育體系中，已廣泛地被納入指導教材中， 11.
(18) 並具有相當成效的影響力，Caldwell (1998)也指出桌遊有助發展問題解決能力。 國內也吹起了自行開發教育型桌遊的風潮，如昆蟲大富翁、走過台灣...（林展 立、賴婉文，2017），但開發桌遊並非易事，許多用於研究或教學目的之自製桌 遊，往往過度強調知識的傳授而忽略其遊戲性，使得「桌遊」變成了「教具」， 自然難以引起學生的興趣（陳介宇、王沐嵐，2017）。 已經有許多研究指出桌遊應用在教學中有助於提升學習動機，范丙林 （2011）以桌上遊戲作為教學媒介，將環境教育融入遊戲中，提升學生學習動 機並加強學習效果。在其他研究也證實能提升學習者的學習動機、增進參與 度、進而提升學習成效( Ebnera, 2007)。相較於傳統講述教學，桌遊融入教學之 中更能提高學生學習意願，桌遊透過遊戲設計將科學概念、知識、過程技能融 入，而機制可促進樂趣與挑戰性，玩家會沉浸於遊戲之中，產生心流(flow)經驗 （侯惠澤，2014），進而讓科學桌遊在遊玩與學習上取得平衡。 (二) 桌遊的特徵環境 桌上遊戲具有兩個特徵：第一是具有規則，一套制定好的規則以確定配件 數量、擺放位置及可執行的動作；第二是通常具有一平面的板子，遊戲配件置 於上方進行遊戲，配件間的移動或動作會影響到板上其他的配件(Gobet, Voogt, & Retschitzki, 2004），設計一款桌遊除了需要規則和配件外，其背後的遊戲機 制、故事背景等也都需要審慎考慮，這也是為何桌遊和其他媒材或教具不同的 地方。Ping-Han Cheng, Ting-Kuang Yeh, Jen-Che Tsai, Ching-Rong Lin & ChunYen Chang (2019)提出遊戲設計包含以下六大面向：角色模擬、目標導向、流程 規則、回饋機制、玩家互動、重複的流程回合。 1. 角色模擬(Roleplay simulation)：玩家透過扮演某一角色投入該角色所處的 環境中，進行經驗上的學習，來解決其目標或問題，若在遊戲中建立符合 學習目標的角色情境，有助於玩家從遊戲中學習必要的技能（Kathleen & 12.
(19) Deborah, 2004）。 2. 目標導向(Goal orientation)：玩家會因為想達成遊戲目標，積極地去學 習、探索遊戲和解決遇到的問題，無形中將遊戲所學內化為自身經驗。若 將遊戲目標與學習目標設定一致，玩家在達成遊戲目標的同時，也學習到 學習目標(Prensky, 2003)。 3. 流程規則(Procedural rules)：玩家在遊戲中的每一個流程回合，依序面臨 的多個情境，這些情境由遊戲目標、遊戲背景所建構。玩家必須不斷地思 考、學習遊戲世界的法則，在各個情境中運用所學到的知識與技能，才能 進行遊戲(Engelstein, 2017)。 4. 回饋機制(Feedback mechanism)：回饋機制用來反應玩家輸入的動作以及 動作產生的結果，回饋對知識的發展與技能練習相當重要，可以幫助玩家 反思、調整自身的思維與行動模式(Starks, 2014)。 5. 玩家互動(Player interaction)：互動對於玩家在遊戲中的學習是很重要的因 素，玩家為了達到遊戲目標，將會為了尋求解決方式而主動地自我學習， 或向他人學習，玩家間需不斷交流、互動，遊戲才能繼續進行下去（林子 淳，2014） 6. 重複的流程回合(Repeated process round)：在一場桌遊的遊戲時間中，玩 家通常會經歷多個重複的流程回合直到遊戲結束。這讓玩家能在每個新的 回合都有機會去精緻化或練習在遊戲過程所學習到的知識與能力(Cheng, Yeh, & Chang, 2016)。 (三) 桌遊配件 桌遊以往的特色為不插電且多採用卡牌、骰子，但是現在全世界主流的出 版社都有將桌遊往電子化開發的趨勢，桌遊與電子設備或科技的界線逐漸模 13.
(20) 糊。研究者認為實驗型桌遊要讓學生遊玩過程中能培養科學過程技能，首要之 務便是配件上的突破，唯有不再侷限於卡牌、骰子等傳統配件，才能體現實驗 多變的探究性質，例如：透過 App 等科技輔助隱藏部分資訊，讓玩家可以透過 已知線索去推理、推敲被隱藏的資訊，隱藏的資訊可以是科學概念或是科學原 理等，學生摸索、探究的過程同時也是在培養科學過程技能。研究者歸納出各 實驗之優劣，以期望設計實驗型桌遊能取其精華、去其糟粕，如表 2-2 所示。 表 2-2. 實驗型桌遊與實驗優劣的對應. 項目. 內容. 實驗型桌遊的環境 1.角色模擬：學生在實驗型桌遊. 1. 提供學生機會去從事小組討 中透過角色扮演科學家進行科學 論以及實際動手操作早期科學家 探究，透過遊戲目標讓學生有方 從事的類似實驗 優. 向性地探索科學 2.有助於培養學生研究科學的誠. 勢. 2.回饋機制：實驗型桌遊中，學生 實性格、發展批判性的思考、訓 經由回饋機制獲得資訊，學生須 練觀察的技能、培養操作技能以 觀察、假設、推論其資訊，同時 及解決問題的能力. 傳. 培養科學過程技能 統 1.流程規則：老師僅須記得實驗 實. 1. 老師須將大部分的時間花在 型桌遊規則，學生可以自行設置. 驗. 實驗的準備，而學生則花大部份 實驗型桌遊，學生能依照流程規 的時間在指定的活動 則進行實驗型桌遊 劣. 2. 儀器架設較麻煩，學生操作實. 勢. 驗器材、讀取數值較不上手. 2.回饋機制：實驗型桌遊設置容 易，可利用科技輔助數值讀取 3. 許多實驗儀器容易損壞，因此 3.重複的流程回合：實驗型桌遊 一套實驗裝置實際上很少給學生 配件不易毀損、危險性低，可供 使用，甚至完全不用 學生實際操作 14.
(21) 項目. 內容. 實驗型桌遊的環境 1.回饋機制：配件少、遊戲回饋即. 1. 裝置體積小、藥品用量少、反 時、學生容易操作實驗型桌遊 優. 應快、操作容易. 勢. 2.能縮短實驗之時間，較能掌握. 微. 2.重複的流程回合：實驗型桌遊 可控制在一節課堂內完成，老師. 型 教學進度. 方便掌握課堂進度. 實 驗. 實驗器材通常綁定某化學實驗單 劣. 目標導向：實驗型桌遊可設計多 元，教師可能需要重新設計實驗. 勢. 種模組，供老師直接使用 器材。 真實教學中無法實現的實驗(例. 優. 回饋機制：實驗型桌遊透過科技 如：微觀尺度的實驗)，透過虛擬. 虛 勢. 輔助，亦能呈現微觀尺度的實驗 實驗幫助學生理解. 擬 實. 虛擬情境的教學模式在學習過程 劣. 驗. 玩家互動：實驗型桌遊提供學生 中缺少真實的人際互動與面對面. 勢. 實際操作及玩家互動的環境 的交流. 第三節 學習者背景能力 學生接受研究測驗除受到研究活動本身的影響，也有可能與學生自身所具 備的能力有關，故本節探討可能影響學生學習科學過程技能之因素。 (一) 科學知識的影響 科學過程技能的學習成效的好壞並不全然決定於實驗本身，也可能受到其 他因素影響。科學過程技能培養技能的過程中，同時也在學習科學知識，故學 業成就與基本科學過程技能水準呈現正相關（黃世傑、林幸台、陳麗煒、林素 華，1990）。張俊彥與翁玉華（2000）研究結果發現學習者解決問題的能力與科 15.
(22) 學探究之過程技能呈中度相關，而問題解決高、低能力不同者，其科學過程技 能之表現亦有顯著的差異。問題解決能力與科學過程技能所需要的能力大致相 同，故學生問題解決能力的高低會影響學生學習科學過程技能。除此之外，認 知發展能力也會對於學習科學過程技能有所影響，認知發展成熟與否，會影響 學生對於邏輯推理、抽象思考的理解程度，黃世傑等人（1990）也指出認知發 展水準與基本科學過程技能的學習有密切的關係。 (二) 遊戲經驗的影響 為了探討實驗型桌遊對於學生學習科學過程技能的成效，除了學生具有的 先備科學概念可能會造成影響，學生對於桌遊的遊戲經驗與喜好也會影響學 習，李漢森（2014）研究桌遊教學發現學生學習成效和遊戲取向有相關，因為 男生比女生更重視遊戲的競爭性，而重視競爭性的學生會忽略了在遊戲中對科 學的感受，從而降低了他們在此遊戲中的學習成效。故學習科學過程技能之成 效已可能受到玩家對遊戲的感受或遊戲環境所影響，所以玩家對於遊戲的看法 及感受也是本研究探討的問題之一。 (三) 實驗經驗的影響 為了探討實驗型桌遊對於學生學習科學過程技能的成效，學生的實驗經驗 亦有可能影響學習，實驗能力較高或經驗較豐富者，較容易掌握實驗流程，能 擔任小組長，輔助其他同學進行實驗（吳怡靜、林素華，2010）。故學習科學過 程技能之成效已可能受到學生實驗經驗的影響，所以學生對於實驗的經驗也是 本研究探討的問題之一。. 16.
(23) 第參章、研究方法. 根據本研究的目的與問題，進行了相關的研究設計，以探討實驗型桌遊對 於科學過程技能學習之成效，以及教師對於教學上使用實驗型桌遊的意願。本 章分為五節，第一節為桌遊設計；第二節為研究流程；第三節為研究對象；第 四節為評量工具；第五節為資料收集；第六節為分析方法。分別說明如下：. 第一節 桌遊設計 (一) 學習目標 使用自行發展之實驗型桌遊作為教學工具，主要對應翰林版國三上教材 「實驗 4-1 歐姆定律」及翰林版國三下教材「實驗 1-1 鋅銅電池」，這兩個實 驗與生活密切相關，教學現場常因為升學考試而簡單帶過這些單元，學生理解 的不夠透徹，更容易產生迷思概念，研究者希望透過實驗型桌遊提升學生學習 動機，進而培養學生科學過程技能。本研究設計的「電流之戰」，依照研究者 所參考的文獻歸納出的實驗型桌遊所需環境進行設計，以營造出能習得科學過 程技能之桌遊環境，並對應遊戲各個環節所習得的科學過程技能 (二) 配件選擇和製作 本實驗型桌遊「電流之戰」可以將遊戲內容分為兩個部分「化學電池」及 「基礎電學」 ，以下分別介紹各部分的配件。 1. 化學電池 為了讓學生了解化學電池的原理，本研究選用卡牌作為桌遊配件，材料分 別有五種不同的金屬和對應的五種電解液電解液，如圖 3-1 所示，學生可以透 過排列各金屬和電解液組合出各種化學電池，因每種金屬和電解液的活性都不 17.
(24) 大相同，學生可以透過查閱金屬和電解液的活性表得知活性大小，如圖 3-2 所 示，不同的排列組合出的化學電池電壓也不盡相同，研究者希望學生能透過操 縱變因探究出化學電池的原理。. 圖 3-1. 金屬和電解液卡牌. 圖 3-2. 金屬和電解液活性表. 將金屬和電解液卡牌依照玩家所需放置於化學電池底板，如圖 3-3 所示， 提供每位玩家組合兩個化學電池的區域，底板已經標示好正極和負極，故須將 金屬和電解液擺放至對應的位置才會輸出電壓。. 18.
(25) 圖 3-3. 金屬與電解液卡牌構成的化學電池. 玩家可以透過試算表查詢化學電池輸出電壓，研究者已經將公式輸入至試 算表內，並將公式隱藏，故學生僅知道輸入的金屬及電解液和輸出的電壓，研 究者希望學生能透過多次查詢化學電池電壓，了解化學電池的科學原理，在探 究的過程中，學生須嘗試控制變因和操縱變因。. 圖 3-4. 化學電池試算表畫面. 遊戲中化學電池的部分使用卡牌作為金屬與電解液的配件，能減輕老師配 置電解液和準備實驗器材上的負擔，再者，也能免去傳統實驗中所產生的金屬 廢液。化學電池的實驗所注重的核心概念應為金屬與電解液間的交互關係，遊 戲中透過卡牌組合搭配試算表查詢化學電池輸出電壓，學生藉由改變卡牌的組 合方式以及對應出的輸出電壓，觀察兩者之間的關係，探究其背後的科學概 念，這便是操縱變因的學習。 2. 基礎電學 為了避免連接電路過於貼近真實實驗而失去遊戲的樂趣，所以本研究避免 採用麵包板和杜邦線，但實驗型桌遊所提供給學生的回饋仍是需要符合真實物 理現象，故「電流之戰」採用導電銅箔膠帶作為遊戲中電路的主要配件，為使 遊戲快速進行且富有遊戲策略性，研究者將導電銅箔膠帶黏貼至樂高積木上， 共五款不同的積木可供學生構築電路，如圖 3-5 所示，每位玩家於遊戲開始時 皆會取得指定數量的電路板塊。選用樂高積木與積木底板作為配件，是為了能 讓電路能以小型配件的形式呈現，同時又能確保構成通路時配件之間能接觸良 好，使電流通過、LED 發光。 19.
(26) 圖 3-5. 電路板塊種類. 「電流之戰」中選用 LED 作為電器的原因有二，主要是因為不同顏色的 LED 有不同的工作電壓，如表 3-1 所示，藍光的頻率大於黃光，黃光的頻率又 大於紅光，要激發高頻率的光線需要提供更高的電壓；次要原因是 LED 只能單 方向導通，不像實驗小燈泡為雙向導通，LED 的長腳端必須與電池正極相連、 短腳端與負極相連，此一特性能賦予遊戲策略性，同時學生也能讓學生理解 LED 與實驗小燈泡的差異。電池須提供特定的電壓輸出，並與 LED 構成通 路，方能使 LED 發光，倘若提供 LED 過高的電壓，也有可能會使 LED 燒壞。 表 3-1. LED 工作電壓. LED 顏色. LED 的工作電壓(V). 紅. 1.7~2.1. 黃. 2.1~2.5. 藍. 2.5~2.9. 「電流之戰」中為了使電池輸出的電壓能落在 LED 所需的工作電壓，本研 究採用 USB 傳輸線作為電源供應，因 USB 供電為 5V，故透過降壓模組可將輸 入的 5V 電壓，經由旋鈕調整為 0~5V 的任意電壓，此外，研究者將降壓模組焊 接上電壓表，讓學生方便了解當下電池電壓輸出，也能即時確認與 LED 形成通 路時，電壓是否足夠使 LED 發亮，如圖 3-6 所示。. 20.
(27) 圖 3-6. 電池與 LED 構成通路. 遊戲中基礎電學的部分使用導電銅箔膠帶與樂高積木，使電路以小型配件 的形式呈現，可以讓學生隨時修正電路，也易於並聯及串聯電路上的學習。許 多的學生對實體的電線及電路感到排斥或恐懼而不願去嘗試，其中女學生居 多，然而電路的概念實際上並不難，透過電路的小型配件進行學習，學生會覺 得輕鬆許多、排斥感也會相對降低。選用 LED 作為電器，學生需要嘗試將電池 正極連接至 LED 長腳端、負極連接至 LED 短腳端，過程中學生需判斷電路連 接是否合理，學生間也會彼此互相討論是否連接有誤，學生在遊戲中需要嘗試 預測和推理電路的拼接方式，相較傳統實驗，就僅是將電池與電器互相連結構 成通路的簡單步驟，略顯乏然無味。 (三) 桌遊規則 1. 背景主題：玩家扮演一群極具潛力的菜鳥科學家，科學學會想知道你們 之中誰的能力最為出眾，所以設計了一場試驗，邀請各位參與，誰能在試 驗中點亮最多的科學之光，誰的聲望也隨之遠播！ 2. 勝利目標：最先獲得 3 點聲望的玩家即為贏家。聲望獲取的方式如圖 3-7 所示，需調整至特定的電壓並與 LED 構成迴路，如此一來 LED 變會發 亮，並能得到對應的聲望，使紅色及黃色 LED 發亮獲得 1 點聲望，使藍色 21.
(28) LED 發亮獲得兩點聲望，若輸入的電壓過高有可能使 LED 燒毀，則該名玩 家下降 1 點聲望。. 圖 3-7. 不同顏色 LED 所對應的工作電壓. 3. 初始設置：包含個人底板和公共底板的初始設置。 (1) 個人底板：每位玩家於遊戲開始時會獲得五種金屬各 2 張、五種電解液 各 2 張、援助卡「學徒」1 張、各式電路板塊共 30 塊、幫助卡 1 張、 個人面板 1 張。將金屬和電解液依初始設定放置於個人底板上相對應的 位置，如圖 3-8 所示，並使用白板筆於上方空格處填寫左、右兩個化學 電池的輸出電壓及加總後的輸出電壓，未使用的金屬、電解液和電路板 塊放置於一旁的儲存區備用。. 圖 3-8. 個人面板初始設置. (2) 公共底板：於積木底板上的指定位置放置 LED 板塊，包含 4 塊紅色 22.
(29) LED 板塊、4 塊黃色 LED 板塊、1 塊藍色 LED 板塊，以及於積木底板 的四個角落放置四位玩家的電池板塊。此外，將事件卡及援助卡個別洗 勻後，放置於公共牌庫區。 4. 回合過程：每一個回合有分動作階段和事件階段兩個部分。 (1) 動作階段：每位玩家擁有 3 個行動點，執行每一個動作需要消耗 1 個行 動點，動作可以重複執行，如圖 3-9 所示，玩家能執行的動作包含以下 六種： 放置電路：將 1 塊電路板塊放置到積木底板上，電路板塊上的銅線必須與自 己電池的銅線相連。屬於遊戲中基礎電學的部分，讓學生運用預 測推理等能力規劃如何將電路構成通路。 移除電路：將 1 塊電路板塊從積木底板上移除，該電路板塊上的銅線必須與 自己電池的銅線相連。屬於遊戲中基礎電學的部分，讓學生可以 有修正電路的機會。 旋轉電路：將 1 塊已在積木底板上的電路板塊，拔起、旋轉、拼回原位置。 屬於遊戲中基礎電學的部分，讓學生可以有修正電路的機會。 獲得援助：從公共排庫區抽取 1 張援助卡。援助卡效果通常與實驗學習較無 直接關聯。 查看 LED：將 1 個 LED 從 LED 板塊上卸除，確認其長短腳後原樣插回插 槽。屬於遊戲中基礎電學的部分，讓學生了解 LED 的特性。 旋轉 LED：將 1 個 LED 從 LED 板塊上卸除，將其長短腳反向插回插槽。屬 於遊戲中基礎電學的部分，讓學生可以有修正 LED 接法的機會。. 23.
(30) 圖 3-9. 玩家需消耗行動點執行的動作. 玩家於動作階段除了可以消耗行動點執行上述六種動作外，還有以下兩種 動作不需消耗行動點便可執行： 發動援助卡：需要在援助卡上所寫的使用時機發動，便能執行該卡牌功能， 使用過後將援助卡放置於棄牌堆。以部分援助卡為例，如圖 3-10 所示，援助卡效果通常與實驗學習較無直接關聯，多為增 強玩家遊戲能力的效果，遊戲成分居多，目的在於使遊戲趣味 化和增加玩家間的互動。. 圖 3-10. 援助卡示意圖 24.
(31) 改變電壓：可於動作階段的任何時候執行，其中包含三個步驟，如圖 3-11 所 示。首先，需要從儲存區拿取材料替換化學電池的材料，接著， 可以重新排列電池內的金屬和電解液，最後，透過 QRcode 連結 至 Google 試算表，勾選使用的金屬和電解液，便能得知此化學電 池的電壓，並於個人底板上以白板筆寫上新的電壓值，以及使用 一字起子調整電池電壓。屬於遊戲中化學電池的部分，讓學生能 多次組合不同的化學電池，透過操縱、控制變因學習化學電池的 原理。. 圖 3-11. 改變電壓三步驟. (2) 事件階段：於動作階段每位玩家接執行完一輪後，進入事件階段，從公 共區抽取一張事件牌，並依照卡牌上的敘述執行卡牌效果，執行後便將 該事件卡放置於棄牌堆，進入下一個回合。以部分事件卡為例，如圖 3-12 所示，「亂入的路人」此卡用意在於給予學生實驗的提示，隨機的 更換化學電池的材料，隱約地引導出學生操縱變因的技能。「突發事 件」和「飛來橫禍」則是透過遊戲的隨機性增加或減少電路，促使學生 積極連接 LED 構成通路。. 25.
(32) 圖 3-12. 事件卡示意圖. (四) 「電流之戰」設計對科學過程技能的培養 本研究欲設計一款能學習科學過程技能之實驗型桌遊，故將實驗型桌遊的 環境列出，作為設計「電流之戰」時的依據，並對應遊戲中各部分所培養的科 學過程技能，如表 3-2 所示。 表 3-2. 「電流之戰」遊戲環境. 實驗型桌遊的環境. 「電流之戰」環境. 科學過程技能. 學生在「電流之戰」中透過角色扮 學生在實驗型桌遊 演科學家進行電池及電路的實驗探 中透過角色扮演科 究，遊戲目標設計為讓不同顏色 學家進行科學探 LED 發光(紅光 LED 需低電壓、藍 實驗. 1 究，透過遊戲目標. 光需要較高的電壓)，讓學生探索該 讓學生有方向性地 如何組合電池提升電壓，及該如何 探索科學 連接電路使不同顏色 LED 發光. 26.
(33) 實驗型桌遊的環境. 「電流之戰」環境. 科學過程技能. 實驗型桌遊中，學 「電流之戰」中，學生組合電池， 生經由回饋機制獲 透過 Google 試算表點選材料得知 觀察 得資訊，學生須觀 電池電壓，學生須觀察、假設、推 推理. 2 察、假設、推論其資. 論其金屬氧化還原電位，同時培養 形成假設 訊，同時培養科學 科學過程技能 過程技能 老師僅須記得「電流之戰」流程規 則，學生可以自行設置「電流之戰」 ， 老師僅須記得實驗 學生能依照流程規則進行「電流之 型桌遊規則，學生 戰」。 可以自行設置實驗. 操縱變因 流程規則：利用金屬及電解液卡牌. 3 型桌遊，學生能依. 實驗 組合出電池，透過 Google 試算表點. 照流程規則進行實 選材料得出電池電壓，調控電壓模 驗型桌遊 組，選擇不同電路接法的拼圖，拼 接成通路使 LED 發光。 「電流之戰」設置容易，僅需將電 實驗型桌遊設置容 壓模組插電，卡牌及拼圖放置預備 4. 易，可利用科技輔. 測量 區即可完成初始設置，可利用電壓. 助數值讀取 模組即時顯示電池當下電壓 實驗型桌遊配件不 「電流之戰」配件為卡牌、塑膠積 5. 易毀損、危險性低， 木及電壓模組所構成，不易毀損、 實驗 可供學生實際操作. 危險性低，可供學生實際操作. 27.
(34) 實驗型桌遊的環境. 「電流之戰」環境. 科學過程技能. 只有卡牌、塑膠積木及電壓模組 3 種配件、電壓模組即時顯示電池電 配件少、遊戲回饋 壓、構成通路後即時呈現 LED 發光 6. 即時、學生容易操. 觀察 與否、學生容易操作「電流之戰」 ，. 作實驗型桌遊 遊戲只有兩階段：組合電池及構成 通路 實驗型桌遊可控制 (與教師教學有 在 一 節 課 堂 內 完 「電流之戰」可控制在一節課堂內 關與科學 過程. 7 成，老師方便掌握 完成. 技能無關) 課堂進度 「電流之戰」設計成五種模組：電 實驗型桌遊可設計 池中的金屬、電池中的電解液、電 (與教師教學有 8. 多種模組，供老師 路中電池的接法、電路中燈泡的接 關與科學 過程 直接使用. 法、其他因素，老師可選擇一種或 技能無關) 多種模組使用. 實驗型桌遊透過科 「電流之戰」透過 AR 輔助，呈現 觀察 9. 技輔助，亦能呈現 電子流動情形及電位變化. 解釋資料. 微觀尺度的實驗 「電流之戰」提供學生實際操作及 實驗型桌遊提供學 玩家互動的環境，玩家須陳述操作 溝通 10. 生實際操作及玩家 過程，其他玩家可以根據陳訴給予 解釋資料 互動的環境 回饋或建議. 28.
(35) 第二節 研究流程 學生探究實驗的過程同時也在學習科學過程技能，若發展一套實驗型桌 遊，能比擬探究式實驗，將有助於學生於遊玩桌遊的過程中學習科學過程技 能。本研究選定「化學電池」及「基礎電學」兩單元作為「電流之戰」的基 礎，依據翰林出版的教課書，「化學電池」為國中三年級下學期「實驗 1-1 鋅銅 電池」的延伸，「基礎電學」為國中三年期上學期「實驗 4-1 歐姆定律」的應 用。研究設計分為兩部分，探討學生在遊玩「電流之戰」時，學習科學過程技 能之成效，以及教師於教學現場使用實驗型桌遊之意願。 (一) 「電流之戰」對於學習科學知能之成效 研究對象需於桌遊活動前先接受「電學科學知識測驗」與「科學過程技能 評量」前測，遊玩「電流之戰」之後，再接受「電學科學知識測驗」與「科學 過程技能評量」後測，以及「電流之戰」學生看法問卷，後續再由研究者分析 前測與後測的數據資料，依據所得結果來探討「電流之戰」對於學習科學知識 和科學過程技能之成效，如圖 3-13 所示。. 「電學科學知識測驗」前測 「科學過程技能評量」前測. 「電學科學知識測驗」後測 「科學過程技能評量」後測 「電流之戰」學生看法問卷. 「電流之戰」. 資料分析. 桌遊活動 圖 3-13. 學生參與「電流之戰」之研究流程. (二) 理化老師對於「電流之戰」的看法 邀請理化老師來體驗「電流之戰」，遊玩「電流之戰」之後，請老師填寫 29.
(36) 「電流之戰」於教學使用上之意願調查問卷，再分析老師對於「電流之戰」使 用之意願，如圖 3-14 所示。. 「電流之戰」於教學 使用上之意願調查問卷. 「電流之戰」 桌遊活動 圖 3-14. 資料分析. 理化老師參與「電流之戰」之研究流程. 第三節 研究對象 基於研究需求、教學現況等環境因素之考量及研究結果準確性，本研究之 研究樣本採方便抽樣，選取北部某兩間女中合計三個班級作為研究對象，分別 進行「電流之戰」的前測、遊玩與後測。兩校均為中型學校，每班人數約為 25 至 30 人，進行教學實驗的班級學生來自相同條件下母群體的樣本。理化老師 的樣本亦採方便抽樣，邀請理化老師 12 名，分別任教於國小、國中及高中。. 第四節 評量工具 本研究旨在探討實驗型桌遊對於科學過程技能學習之成效，以及教師對於 教學上使用實驗型桌遊的意願，採用評量工具包含「電學科學知識測驗」、「科 學過程技能評量」、 「電流之戰」學生看法問卷與「電流之戰」於教學使用上之 意願調查問卷。將研究工具之編製說明如下： (一) 電學科學知識測驗 依國中電學基礎概念設計電學科學知識測驗，試題皆研究者自行設計，其 30.
(37) 中包含 5 分「基礎電學」單選題，及 3 分「化學電池」單選題，合計共 8 分的 「電學知識」單選題。試題皆經專家評斷符合電學科學知識，專家分別有任教 3 年經驗以上的國中理化老師、高中物理老師和高中化學老師。 (二) 科學過程技能評量 以國中理化科學基礎概念設計簡答題評量，試題皆為研究者自行設計，旨 在測驗學生科學過程技能的能力，其中試題測量面向包含「推理」、「分類」及 「操縱變因」三種科過程技能，並訂定評分規準進行評分，三題分數分別為 5 分、4 分及 4 分。試題皆經專家評斷符合「推理」、「分類」及「操縱變因」三 種科過程技能，專家分別有任教 3 年經驗以上的國中理化老師、高中物理老師 和高中化學老師。 (三) 「電流之戰」學生看法問卷 以簡答題形式調查學生遊玩「電流之戰」後的感受，探討學生於遊戲中是 否習得「基礎電學」及「化學電池」的相關知能，以利進行進一步的質性分 析。 (四) 「電流之戰」於教學使用上之意願調查問卷 本研究將意願調查內容分為「基本資料」與「題目內容」，其中題目內容共 分三個向度，分別為「實驗型桌遊的操作」、「對學習上的幫助」及「教學上的 適用性」。量表設計的形式採用四點量表設計而成，總題數共 9 題，每一題均有 四個選項，數值 4 為(非常同意)、3(同意)、2(不同意)、1(非常不同意)，分數越 高代表同意程度越高。. 第五節 資料收集 本研究所收集的資料包含電學科學知識及科學過程技能評量的前後測、「電 31.
(38) 流之戰」學生看法問卷及教學使用上之意願調查，透過收集的數據及文字資料 針對各個研究問題進行分析，如表 3-3 所示。 表 3-3. 各研究問題所對應之資料收集方式. 研究問題. 研究 對象. 資料收集. 分析. 遊玩「電流之戰」後，學生 女高 電學科學知識測驗 科學知識是否有提升? 中生. 前測及後 測：測驗 分數. 成對樣 本t檢 定. 遊玩「電流之戰」後，學生 女高. 前測及後 測：測驗. 成對樣 本t檢. 分數. 定. 科學過程技能是否有提升?. 中生. 研究工具. 科學過程技能評量. 學生認為「電流之戰」中可 女高 以學習到哪些科學知能? 中生. 「電流之戰」學生 看法問卷. 學生簡答 內容. 內容分 析. 學生學習到的科學知能源 女高 自「電流之戰」中哪些遊戲 中生 設計?. 「電流之戰」學生 看法問卷. 學生簡答 內容. 內容分 析. 不同科學知識的學生玩完 女高 「電流之戰」後，科學過程 科學過程技能評量 中生 技能是否有差異?. 前測及後 測：測驗 分數. 共變數 分析. 不同遊戲經驗的學生玩完 科學過程技能評 女高 「電流之戰」後，科學過程 量、 「電流之戰」學 中生 技能是否有差異? 生看法問卷. 前測及後 測：測驗 分數. 共變數 分析. 不同實驗經驗的學生玩完 科學過程技能評 女高 「電流之戰」後，科學過程 量、 「電流之戰」學 中生 技能是否有差異? 生看法問卷. 前測及後 測：測驗 分數. 共變數 分析. 「電流之戰」於教 「電流之戰」適合教學現場 理化 學使用上之意願調 嗎? 老師 查問卷. 後測：調 查文字內 容. 內容分 析. 「電流之戰」於教 學使用上之意願調. 後測：調 查文字內. 內容分. 理化老師於課堂中使用實 理化 驗型桌遊的意願?. 老師. 查問卷. 32. 容. 析.
(39) 第六節 分析方法 將學生之「電學科學知識測驗」與「科學過程技能評量」的資料進行整 理，以 EXCEL 及統計軟體 SPSS 23.0 進行分析，以檢視兩組學生的科學過程技 能及科學概念，依據統計結果，撰寫研究成果，並提出研究相關建議。 (一) 利用成對樣本 t 檢定分析學生各自「電學科學知識測驗」與「科學過程技 能評量」前測及後測成績，以顯著性 p 值判斷學生在接受「電流之戰」教 學前後科學過程技能及科學概念是否有差異。為了進一步分析，於是使用 「電學科學知識測驗」與「科學過程技能評量」前測及後測的平均值和標 準差，計算 Cohen’s d Effect Size，以比較「電流之戰」教學前後科學過程 技能及科學概念是否有差異。 (二) 為探討學生在接受「電流之戰」教學後，科學過程技能及科學概念，進行 獨立樣本單因子共變數分析(one-wayANOVA)，分別以「學生科學知識」、 「玩過的桌遊種類」「玩桌遊的頻率」和「做過的實驗種類」為自變項，以 「科學過程技能評量後測成績」為依變項，「科學過程技能評量前測成績」 為共變項進行分析，考驗排除前測共變項之干擾後，「電流之戰」教學對學 生在科學過程技能評量後測成績的影響，是否達到顯著差異。. 33.
(40) 第肆章、結果. 依據本研究之研究目的與研究問題，本章將分成四小節個別進行探討。第 一節探討學生遊玩「電流之戰」後，學生科學知能的變化；第二節探討學生對 於「電流之戰」的看法；第三節探討不同背景的學生在「電流之戰」活動中學 習科學過程技能之成效；第四節探討理化老師對於「電流之戰」的看法。. 第一節 遊玩「電流之戰」後，學生科學知能的變化 本節針對之研究問題為，遊玩「電流之戰」後，學生科學知識是否有提升? 以及學生科學過程技能是否有提升? (一) 遊玩「電流之戰」後，學生科學知識顯著提升 本研究使用「電學科學知識測驗」來檢測學生電學科學概念，其中又可將 「電學知識」試題劃分成「基礎電學」和「化學電池」兩部分，進而探討學生 於遊玩實驗型桌遊前後，各部分試題的理解情形。將個人成績分類加總後，進 行成對樣本 t 檢定分析，如表 4-1 所示。由表可知，「電流之戰」活動後，學生 在「基礎電學」及「電學知識」的部分有顯著地提升，且效果量分別為 0.28 及 0.25；在「化學電池」的部分，學生整體成績雖有提升，但不達顯著差異。 表 4-1. 科學知識前後測 t 檢定分析. 科學知識. N. 基礎電學 化學電池 電學知識. 前測. 後測. t. Effect size. 0.99. 2.04*. 0.28. 1.01 1.72. 0.96 1.94*. 0.14 0.25. 平均. 標準差. 平均. 標準差. 70. 2.31. 1.02. 2.59. 70 70. 1.14 3.46. 1.08 1.61. 1.29 3.87. * p < .05. (二) 遊玩「電流之戰」後，學生科學過程技能顯著提升. 34.
(41) 本研究透過「科學過程技能評量」來檢測學生科學過程技能，其測驗試題 主要測量三個面向，分別為「推理」、「分類」和「操縱變因」三部分，進而探 討學生於遊玩實驗型桌遊前後，各部分試題的理解情形。將個人成績分類加總 後，進行成對樣本 t 檢定分析，如表 4-2 所示。由表可知，「電流之戰」活動 後，學生在「推理」、「分類」和「操縱變因」三種科學過程技能皆有顯著的提 升，且效果量分別為 0.70、0.73 及 1.42。 表 4-2. 科學過程技能前後測 t 檢定分析. 科學過程技能. N. 推理 分類 操縱變因. 前測. 後測. t. Effect size. 1.38. 5.97***. 0.70. 1.28 1.70. 6.33*** 8.75***. 0.73 1.42. 平均. 標準差. 平均. 標準差. 70. 3.03. 1.93. 4.21. 70 70. 2.34 0.09. 1.41 0.41. 3.32 1.84. *** p < .001. 第二節 學生對於「電流之戰」的感受 本研究將「電流之戰」區分成基礎電學、化學電池兩部分進行探討，於 「電流之戰」活動後，以問卷的方式了解學生對於遊戲的感受及看法，旨在了 解學生認為「電流之戰」中哪些動作能學習到科學知能，及探討這些動作所對 應的遊戲設計，便於日後改進實驗型桌遊的設計。 (一) 學生認為「電流之戰」中學習到的科學知能 「電流之戰」中有許多動作和機制與基礎電學密切相關，故本研究探討學 生認為遊戲中有哪些部分能學習到電路相關知能。將學生回答進行初步分類， 如表 4-3 所示，有 89%的學生認為遊戲中「拼接電路」的動作能幫助他們學習 電路的連接方式；有 8%的學生則認為透過「區分正負極」讓它們習得 LED 與 電池需要「正接正、負接負」的概念；還有 3%的學生沒有表態。. 35.
(42) 表 4-3. 遊戲中能習得「基礎電學」知能的動作. 學生回答. 比例. 拼接電路 區分正負極 沒有表態. 89% 8% 3%. 進一步探討學生的看法進行歸納，如表 4-4 所示，有 58%的學生覺得在遊戲 中需要「推理」如何連接電路；28%的學生認為遊戲提供他們「實驗」試誤的環 境；4%的學生表示他們從遊戲的過程中習得一些關於電路的新知識；3%的學生 在遊戲中透過「觀察」LED 長短腳進而學到電路相關知能；剩餘 7%的學生則沒 有表態。 表 4-4. 遊戲中能習得「基礎電學」知能. 學生回答. 比例. 「推理」如何連接電路. 58%. 提供「實驗」試誤的環境. 28%. 習得關於電路的新知識. 4%. 「觀察」LED長短腳. 3%. 沒有表態. 7%. 「電流之戰」中需要透過改變電池材料來提升電池的輸出電壓，本研究探 討學生認為遊戲中有哪些部分能學習到電池電壓相關知能。將學生回答進行初 步分類，如表 4-5 所示，有 39%的學生認為遊戲中「改變電池材料」的動作能 幫助他們學習電壓與活性之間的關係；有 22%的學生則認為透過「測量電壓」 讓它們了解不同電池材料對應特定的電壓；剩餘 39%的學生沒有表態。 表 4-5. 遊戲中能習得「化學電池」知能的動作. 學生回答. 比例. 改變電池材料 測量電壓. 39% 22%. 沒有表態. 39% 36.
(43) 進一步探討學生的看法進行歸納，如表 4-6 所示，37%的學生認為遊戲提供 他們「實驗」試誤的環境，讓他們可以組裝不同的化學電池；37%的學生表示他 們在遊戲中「操縱變因」取得不同的電壓輸出；剩餘 26%的學生則沒有表態。 表 4-6. 遊戲中能習得「化學電池」知能. 學生回答. 比例. 提供「實驗」試誤的環境 「操縱變因」取得電壓 沒有表態. 37% 37% 26%. (二)多數學生認為「目標導向」、「回饋機制」能幫助學習科學知能 Ping-Han Cheng et al. (2019)提出遊戲設計包含以下六大面向：角色模擬、 目標導向、流程規則、回饋機制、玩家互動、重複的流程回合。本研究將學生 學習到的動作或機制對應到遊戲設計的六大面向，如表 4-7 所示。由表可知， 學生的回答顯示出遊戲的回饋機制有助於他們學習科學過程技能，其他還有目 標導向跟重複的流程回合也佔有少部分比例。 表 4-7. 桌遊內容在各遊戲設計面向的比例. 桌遊內容. 角色 模擬. 目標 導向. 流程 規則. 回饋 機制. 玩家 互動. 重複的 流程回合. 無. 基礎電學. 0%. 31%. 0%. 59%. 1%. 8%. 1%. 化學電池. 0%. 36%. 1%. 37%. 0%. 3%. 23%. 第三節 不同背景的學生在桌遊中學習科學過程技能之成效 學生於「電流之戰」活動中學習科學過程技能，但學生於活動前的背景或能 力不盡相同，故本節主要探討有哪些因素會影響學生學習科學過程技能，於下方 分別進行探討，探討因素包含：學生所具備科學知識、學生的桌遊遊戲經驗以及 學生的實驗經驗。 37.
(44) (一) 不同科學知識的學生在「電流之戰」中學習科學過程技能無顯著差異 使用「電學科學知識測驗」檢測學生電學科學概念，測驗總分為 8 分，依 得分高低將學生分為低、高兩組，測驗得 0~3 分者歸類至科學知識低；測驗得 4~8 分者歸類至科學知識高。 本研究使用「科學過程技能評量」檢測「推理」、「分類」和「操縱變因」 三種能力。以成對樣本 t 檢定分析科學知識低、高兩組學生，經「電流之戰」 活動後，「推理」、「分類」和「操縱變因」三種能力變化情形，如表 4-8 所示。 由表可知，科學知識為低和高的組別在「推理」、「分類」和「操縱變因」三種 科學過程技能皆有顯著提升。 表 4-8. 以科學知識分組進行科學過程技能 t 檢定. 科學知識. 低. 高. 科學過程技能. N. 推理. 前測. 後測. t. 平均. 標準差. 平均. 標準差. 39. 2.51. 1.94. 3.80. 1.70. 4.94***. 分類. 39. 2.28. 1.43. 3.10. 1.39. 4.31***. 操縱變因. 39. 0.05. 0.22. 1.51. 1.65. 5.64***. 推理. 31. 3.68. 1.74. 4.74. 0.44. 3.42**. 分類. 31. 2.42. 1.41. 3.61. 1.09. 4.67***. 操縱變因. 31. 0.13. 0.56. 2.26. 1.69. 6.94***. ** p < .01，*** p < .001. 為了進一步了解「電流之戰」活動中，科學知識低、高兩組對於學習科學 過程技能的差異，針對「推理」、「分類」和「操縱變因」三種科學過程技能進 行分析，以各項科學過程技能後測成績作為依變項，再以各項科學過程技能前 測成績做為共變項，自變項即為學生科學知識，進行共變數分析，如表 4-9 所 示。由表可知，研究發現在科學過程技能的學習上，學生科學知識為高的組別 表現均優於科學知識為低的組別，但高低兩組之間，在學習科學過程技能上並 無顯著差異。. 38.
(45) 表 4-9. 科學知識對學習科學過程技能的影響. 平均值差異. 科學過程技能. 科學知識(高-低). 推理 分類 操縱變因. 0.55 0.45 0.70. 標準誤. 顯著性a. 0.29 0.26 0.10. 0.06 0.09 0.09. 根據估計的邊際平均值 a. 調整多重比較：最小顯著差異（相當於未調整） 。. 統整上述分析後，本研究發現學生在進行「電流之戰」活動前所具備的科 學知識，對於學生在「電流之戰」活動中學習科學過程技能並無顯著差異。 (二) 不同遊戲經驗的學生在「電流之戰」中學習科學過程技能並無差異 本研究調查學生遊戲經驗，分為「玩過的桌遊種類」和「玩桌遊的頻率」 兩個面向，探討這兩個面向對於學生在實驗型桌遊中學習科學過程技能的影 響。 1. 玩過的桌遊種類對於學生在「電流之戰」中學習科學過程技能並無差異 「玩過的桌遊種類」以「是否曾經玩過五款桌遊」作為分界，曾經玩過五 款以上桌遊的學生歸類至「玩過的桌遊種類」多；若學生曾經玩過的桌遊不到 五款則被歸類至「玩過的桌遊種類」少。分別使用成對樣本 t 檢定分析，經 「電流之戰」活動後，「推理」、「分類」和「操縱變因」三種能力變化情形，如 表 4-10 所示。由表可知，「玩過的桌遊種類」為少的組別，「推理」、「分類」和 「操縱變因」三種科學過程技能皆有顯著提升；「玩過的桌遊種類」為多的組 別， 「推理」、「分類」和「操縱變因」三種科學過程技能皆有顯著提升。 表 4-10. 以玩過的桌遊種類分組進行科學過程技能 t 檢定. 玩過桌遊種類. 少. 科學過程技能. N. 推理. 前測. 後測. t. 平均. 標準差. 平均. 標準差. 42. 3.19. 1.90. 4.17. 1.50. 4.07***. 分類. 42. 2.33. 1.37. 3.31. 1.35. 4.56***. 操縱變因. 42. 0.05. 0.22. 1.83. 1.72. 6.79***. 39.
(46) 推理. 28. 2.79. 1.99. 4.29. 1.21. 4.42***. 分類. 28. 2.36. 1.50. 3.36. 1.19. 4.46***. 操縱變因. 28. 0.14. 0.59. 1.86. 1.69. 5.42***. 多 *** p < .001. 為了進一步了解「電流之戰」活動中，對於「玩過的桌遊種類」多、少兩 組學習科學過程技能的差異，針對「推理」、「分類」和「操縱變因」三種科學 過程技能進行分析，以各項科學過程技能後測成績作為依變項，再以各項科學 過程技能前測成績做為共變項，自變項即為玩過的桌遊種類，進行共變數分 析，如表 4-11 所示。由表可知，研究發現各組學生所玩過的桌遊種類多與少， 對於遊玩實驗型桌遊後「推理」、「分類」和「操縱變因」三種科學過程技能的 學習並不會有顯著影響。 表 4-11. 玩過的桌遊種類對學習科學過程技能的影響. 科學過程技能 推理 分類 操縱變因. 平均值差異 玩過的桌遊種類(多-少) 0.28 0.04 -0.04. 標準誤. 顯著性a. 0.28 0.27 0.42. .34 .89 .92. 根據估計的邊際平均值 a. 調整多重比較：最小顯著差異（相當於未調整） 。. 2. 玩桌遊的頻率對於學生在「電流之戰」中學習科學過程技能並無差異 「玩桌遊的頻率」以「是否半年內玩過一次桌遊」作為分界，半年內曾經 玩過一次以上桌遊的學生歸類為「玩桌遊的頻率」高；超過半年才玩過一次桌 遊的學生歸類為「玩桌遊的頻率」低。分別使用成對樣本 t 檢定分析，經「電 流之戰」活動後，「推理」、「分類」和「操縱變因」三種能力變化情形，如表 4-12 所示。由表可知，「玩桌遊的頻率」為低的組別，「推理」、「分類」和「操 縱變因」三種科學過程技能皆有顯著提升；「玩桌遊的頻率」為高的組別，「推 理」、「分類」和「操縱變因」三種科學過程技能皆有顯著提升。. 40.
(47) 表 4-12. 以玩桌遊的頻率分組進行科學過程技能 t 檢定. 玩桌遊的頻率. 科學過程技能. N. 推理. 前測. 後測. t. 平均. 標準差. 平均. 標準差. 24. 2.83. 2.10. 3.79. 1.72. 2.71*. 分類. 24. 2.08. 1.28. 3.08. 1.38. 3.46**. 操縱變因. 24. 0.00. 0.00. 1.75. 1.82. 4.70***. 推理. 46. 3.13. 1.86. 4.43. 1.13. 5.42***. 分類. 46. 2.48. 1.47. 3.46. 1.22. 5.28***. 操縱變因. 46. 0.13. 0.50. 1.89. 1.65. 7.36***. 少. 多. * p < .05，** p < .01，*** p < .001. 為了進一步了解「電流之戰」活動中，對於「玩桌遊的頻率」高、低兩組 學習科學過程技能的差異，針對「推理」、「分類」和「操縱變因」三種科學過 程技能進行分析，以各項科學過程技能後測成績作為依變項，再以各項科學過 程技能前測成績做為共變項，自變項即為學生玩桌遊的頻率，進行共變數分 析，如表 4-13 所示。由表可知，研究發現各組學生玩桌遊的頻率高與低，對於 遊玩實驗型桌遊後「推理」、「分類」和「操縱變因」三種科學過程技能的學習 並不會有顯著影響。 表 4-13. 玩桌遊的頻率對學習科學過程技能的影響. 科學過程技能 推理 分類 操縱變因. 平均值差異 玩桌遊的頻率 (多-少) 0.53 0.18 0.05. 標準誤. 顯著性a. 0.29 0.28 0.43. .07 .51 .90. 根據估計的邊際平均值 a. 調整多重比較：最小顯著差異（相當於未調整） 。. 統整上述分析後，本研究發現學生在進行「電流之戰」活動前，所曾經玩 過的桌遊種類以及玩桌遊的頻率，對於學生在「電流之戰」活動中學習科學過 程技能並無顯著影響。 (三) 不同實驗經驗的學生在「電流之戰」中學習科學過程技能並無差異. 41.
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