國立台中教育大學科學應用與推廣學系研究所
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
之行動研究---以「光」為例
Action Research of Implementing Creative Problem
Solving in Science Game Teaching: An Example of
Optics
研究生： 蕭淑分 撰
I
創造性問題解決融入科學遊戲教學之行動研究-以
「光」為例
摘要 本研究以教師之行動研究，探討創造性問題解決（CPS）教學模式融 入科學遊戲以「光」為主題的科學遊戲教學活動時，可能會遭遇的問題與 其解決方法，及期望提升學生的科學學習興趣，並呈現教師之專業成長。 本研究以台中市某國小五年級學生為研究對象，分三階段進行研究，再依 據所收集到的資料進行分析。研究結果如下： （一）創造性問題解決（CPS）可適當融入科學遊戲並設計教學活動。 （二）研究者發展「創造性問題解決融入科學遊戲教學」遭遇到的三大類 問題：活動設計、教學技巧、材料方面，提出不同的解決方法。 （三）「創造性問題解決融入科學遊戲教學」能有效提供學生學習興趣。 （四）研究者在教學活動設計能力、教學策略應用能力及教學研究能力等 均獲得專業成長。 本研究最後針對科學遊戲之教學活動設計、教學實施及未來研究方向 提出具體建議。 關鍵字：創造性問題解決、科學遊戲、光Action Research of Implementing Creative Problem Solving in Science Game Teaching: An Example of Optics Abstract This study was used of action research to explore the potential problems and their solutions , and to manifest the development of teachers’ professionalism as Creative Problem Solving (CPS) was integrated into science games of optics. The researcher also anticipates that it is capable of enhancing the interest of students in science learning. The study subjects were the fifth grade students of an elementary school in Taichung City. It included three phases of this study. The results of the collected data analyzed are showed as following: 1. CPS could be suitably implemented in science games teaching. 2. The researcher proposed several ways to solve the three problems in developing “Creative Problem Solving in Science Game Teaching”: design of schooling activities, teaching skills, and education materials. 3. “Creative Problem Solving in Science Game Teaching” can effectively enhance the interest of students in science learning. 4. The researcher acquired the professional development in the ability to design schooling activities, the capability to apply teaching strategies, and the essentials of education research. In the end, according to this study, the researcher provides several suggestions on the design and application of science education, and proposes some aspects of further researches about education with science games. Key words: Creative Problem Solving, Science game, Optics
III
目次
第一章 緒論 第一節 研究背景與動機……… 1 第二節 研究目的與待答問題……… 5 第三節 名詞釋義……… 6 第四節 研究範圍與限制……… 7 第二章 文獻探討 第一節 遊戲與科學遊戲……… 8 第二節 創造性問題解決……… 19 第三章 研究方法 第一節 研究方法與架構……… 33 第二節 科學遊戲教學設計……… 37 第三節 研究情境和參與人員……… 43 第四節 研究工具……… 47 第五節 研究流程……… 50 第六節 資料收集與分析……… 52 第四章 研究結果與討論 第一節 第一階段教學行動……… 57 第二節 第二階段教學行動……… 76 第三節 第三階段教學行動……… 93 第四節 研究者之教師專業成長……… 110 第五章 結論與建議 第一節 結論……… 115 第二節 建議……… 120 參考文獻 中文部分……… 125 英文部分……… 130附錄 附錄一 坊間書籍之「光」概念相關科學遊戲整理……… 133 附錄二 科學遊戲檢核表……… 141 附錄三 教學活動設計檢核表……… 142 附錄四 科學遊戲創造性問題解決教學活動設計……… 144 附錄五 單元學習問卷……… 171 附錄六 參與科學遊戲意見心得單……… 172 附錄七 協同教師觀察記錄檢核表……… 174 附錄八 學生訪談舉隅……… 183 附錄九 教師訪談舉隅……… 187
V
表次
表 211 科學遊戲應用於國小教學之相關研究………...……… 13 表 226 CPS 五十年來發展的不同面貌………. 23 表 227 國內將 CPS 融入國小自然科教學之相關研究……… ….27 表 321 科學遊戲檢核整理……….………..….38 表 323 科學遊戲創造性問題解決教學活動單元設計主體………... 40 表 3210 專家背景資料..………. 43 表 331 協同觀察教師背景資料………...… 47 表 341 訪談大綱………...… 49 表 361 資料代碼 ……….… 53 表 411 單元目標檢核表第一階段……...………...…… 58 表 412 九年一貫能力指標檢核表第一階段………..………… 60 表 413 第一階段教學行動「對教學活動之態度」分析統計表………..…63 表 414 第一階段教學行動「學習氣氛」分析統計表………64 表 415 第一階段教學行動「學習困難」分析統計表……….…64 表 416 第一階段教學行動「學習投入」分析統計表………65 表 417 第一階段教學行動「學習參與」分析統計表………..………66 表 418 第一階段教學行動單元學習問卷得分敘述統計………..……..…66 表 419 第一階段教學行動「對科於遊戲教學活動內容的好惡與原因」68 表 4110 第一階段各單元之「問題解決任務」的喜好與挑戰性感受..…..68 表 421 單元目標檢核表第二階段 ………..76 表 422 九年一貫能力指標檢核表第二階段 ……… .78 表 423 第一階段教學行動「對教學活動之態度」分析統計表………….81 表 424 第一階段教學行動「學習氣氛」分析統計表………82 表 425 第二階段教學行動「學習困難」分析統計表……….83 表 426 第二階段教學行動「學習投入」分析統計表………83 表 427 第二階段教學行動「學習參與」分析統計表………84 表 428 第二階段教學行動單元學習問卷得分敘述統計………85 表 429 第二階段教學行動「對科於遊戲教學活動內容的好惡與原因」86 表 4210 第一階段各單元之「問題解決任務」的喜好與挑戰性感受……87 表 431 單元目標檢核表第三階段………93 表 432 九年一貫能力指標檢核表第三階段………95 表 433 第三階段教學行動 「對教學活動之態度」 分析統計表………98 表 434 第三階段教學行動「學習氣氛」分析統計表………99表 435 第三階段教學行動「學習困難」分析統計表………99 表 436 第三階段教學行動「學習投入」分析統計表………100 表 437 第三階段教學行動「學習參與」分析統計表………101 表 438 第三階段教學行動單元學習問卷得分敘述統計………101 表 439 第三階段教學行動「對科於遊戲教學活動內容的好惡與原 因」 ………103 表 4310 第三階段各單元之 「問題解決任務」 的喜好與挑戰性感受……104
VII
圖次
圖 221 OsbornParnes 五階段 CPS 模式……….……… 19 圖 222 1985 年版的六階段 CPS 模式………..…..…… 20 圖 223 1992 年版的三成份六階段 CPS 模式……….……..… 21 圖 224 1993 年版的三成分非線性 CPS 模式………..… 22 圖 225 2000 年版的 CPS 四成分八階段模式………..… 23 圖311 Kemmis＆Taggart行動研究螺旋圖……..……….… 35 圖 312 研究架構圖………36 圖 322 科學遊戲設計素材聚焦歷程……… 39 圖 324 數字魔法秀（1）………..… 40 圖 325 數字魔法秀（2）………..……… 40 圖 326 小小偵測員（1）………..… 41 圖 327 小小偵測員（2）………..……… 41 圖 328 快取圖像（1）………41 圖 329 CPS 融入科學遊戲教學活動設計……….………42 圖 351 研究流程圖………51第一章 緒論
遊戲，古時一般稱「戲」、「遊嬉」，也見「嬉」或「遊」之名。遊戲 的重要地位與作用很早就被古代教育家們注意到。崔學古《幼訓》文中寫 道：「優而遊之，使自得之，自然慧性日開，生機日活。」，即兒童在遊 戲中自主的活動，自得其樂，自然會生機勃發，智力悟性得到發展，此明 確的指出要教育兒童，必須順應兒童的自然發展規律，其遊戲是最主要的 方法。儘管我國古代已看到遊戲對兒童發展的作用，但也有「業精於勤， 荒於嬉」矛盾的傳統觀念，在實際教育中及人們的觀念裡並沒有把遊戲放 在應有的地位，始終沒有發揮遊戲應有的作用。 隨著兒童心理學和教育學的發展，人們對兒童的認識日趨科學化，在 理論和實踐方面借鑒與吸收古今中外遊戲研究成果，建立起較完善的兒童 遊戲科學體系。如 Wallach(1998)提到遊戲是成長的媒介，兒童透過遊戲 來增進認知的、身體的和社會的發展；要提供成長和學習的機會給兒童， 並透過挑戰和機會來完成，希望兒童能感受到自己的價值、滿足好奇、有 機會運用想像力，並促進創造力。而郭騰元（2000）也指出玩是兒童生活 的重心；兒童在玩之中調整情緒、認識世界、開啟智慧、鍛鍊想像力和創 造力。因此，如何培養學生在玩科學的遊戲中發揮創造力思考與問題解決 的能力，值得研究探討。 本章共分為四節，第一節為研究背景與動機，第二節為研究目的與待 答問題，第三節為名詞釋義，第四節為研究範圍與限制。第一節 研究背景與動機
一、研究背景 我國科學教育課程改革受美國影響，其中美國科學促進協會（AAAS） 提出的「2061 計畫」強調以能力培養為導向的教育，並以「科學素養」之 培育為中心目標，強調科學教育活動重點並不在於教授已知的知識，而是2 讓學生從不同的問題情境中，運用自己的知識，仔細思考、蒐集資料、分 析資料、作邏輯判斷，並與同伴溝通合作，有效的解決問題。Yager（1996） 曾指出科學的核心在科學概念與科學過程，而學習者需透過科學過程理解 科學概念，才能發揮科學創造力，以能應用於日常生活問題之解決。顯見 科學創造力與科學過程及問題解決能力之關係至為密切。目前教育趨向於 學習者獨立思考與解決問題能力的啟發與培養，教育部（2003）國民中小 學九年一貫課程，其「自然與生活科技」學習領域課程目標將「增進自我 了解，發展個人潛能」「激發主動探索和研究的精神」、「培養獨立思考 與解決問題的能力」列為重要項目之一。為達成上述課程目標，國民教育 階段課程設計上強調以學生為主體，以其生活經驗為重心，在學習科學方 面，要讓學生學會如何去進行探究活動，學會觀察、假設、規劃、實驗、 歸納、判斷，及培養出批判、創造等各種能力，特別是以實驗或實地觀察 的方式去進行學習，使學生獲得處理事務、解決問題的能力。因此，訓練 學生善用頭腦，激發學生的學習興趣，運用頭腦發揮創造力，培養創造性 問題解決的能力是今日科學教育的趨勢。 因此，課程的實施推動者-教師的角色不再只是以前的課程執行者， 許良榮 （2004） 指出除了教科書，教師應廣泛應用各種資源設計科學教學， 以達成九年一貫課程彈性化、學校本位、教師發展課程的理想，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。這種轉變勢必增加教師的教學負擔，但也可促進 教師專業知能的持續成長，教師需發展專業，由瞭解學生的需求與能力 中，主動去設計能引發學生能力的課程，將活動的省思想法化為實際的教 學行動。
二、研究動機 本研究的研究動機分述如下： （一）科學革命的啟發 何耀坤（1985）指出一般人的意識構造有求安定和平衡的傾向，即在 人體生理上維持平衡作用的恆定性（Homeostasis），而此意識的平衡對創 造思考有妨礙，不僅無法讓問題意識產生，且習慣化的傳統思考方式容易 使人節約思考，在解決問題上便會形成公式化的方式去應付，結果對問題 的設定變怠懶，對變化和冒險有畏懼的心理及疲勞感，此為創造能力最大 的心理障礙。 Kuhn（1962）在《科學革命的結構》提及「異例」 （anomaly）是導致 舊典範的危機，進而建構新理論，推翻舊典範而形成典範變遷的「科學革 命」 ，且並引用撲克牌的心理學實驗說明科學家察覺有某事不對勁，若沒 有持續進行實驗，調整觀念來解釋異象的過程，就不能做出新的發現來。 換言之，異常現象與科學發現之產生到新理論的先決條件是科學家對科學 危機的反應處理。由哥白尼的日心說對托勒密的地心說，拉瓦錫提出燃燒 學說終結燃素說，伽利略對亞里斯多德定律的挑戰，這些科學革命，成為 科學上的轉捩點，其科學家對問題的察覺、危機的反應處理，不僅打破慣 性的思考模式，突破傳統的舊思想舊方法的束縛，由不同的觀點發展新的 思想和新方法，並以思想實驗與類比方法在科學研究中進行創造性思考， 呈現出科學家對創造力的體現方式，此充分顯現出創造性問題解決能力的 重要性。 （二）科學展覽的省思 國立台灣科學教育館舉辦「全國中小學科學展覽」以層級性的競賽活 動，讓來自全國各級中小學經地方展覽後，選拔出優秀作品推薦至全國參 展，目的是培養學生對科學事務之基本態度、方法、觀念，提升學生對科
4 學研究之興趣。雖然立意佳，但大多屬外加式活動，不僅孤立於教學之外， 也容易增加教師和少數菁英學生的負擔，且由於過度重視名次和績效的結 果，易使其徒具形式，淪為教師代替學生捉刀和思考的競賽活動 （林萬來， 1997；白清華，1999；吳綿，1995；引自許良榮，2004） 。相對而言，科 學遊戲不重視「競賽」比較不會產生上述的弊病，但無論科學遊戲或科學 展覽競賽，如果沒有和教學、學習活動相互連結，無法鼓勵學生從事科學 探究的本意（許良榮，2004） 。李戊益（2000）提到如能將科展改採自由 參賽制，節省部分人力、財力資源來發展全國性或校際性的科學遊戲活 動，將是國內科學教育的一項突破。綜合上述藉由科學遊戲的實施，期望 能引發更多學童對探究科學學習的興趣，也可以培養學童科學實驗、解決 問題的能力。 （三）遊戲的重要性
國 際 兒 童 教 育 協 會 （ The Association for Childhood Education International）在 2002 年發表「遊戲是所有孩子必要的」立場聲明中指出， 「沒有任何成人教導的計畫可以取代孩子自己的觀察、活動以及第一手知 識」，並呼籲各國教育工作者，「要讓遊戲成為每一所學校課程重要的、 根本的部分。」學校應該設計以遊戲為主的學習活動，提供孩子多元的途 徑學習不同的技能和觀念。如何讓孩子從遊戲中學習，成為現在教育工作 者必修、必備的素養。 （四）國小光學課程的重要性 九年一貫自然與生活科技的課程綱要中，將光的概念統合在「聲音、 光與波動」的次主題，納入在「改變與平衡」的主題，最後包含在「自然 界的作用」的課題中。國小階段低年級以「光的傳播與影像」、「色光與顏 色」，中年級以「光的折射」，高年級以「影像與視覺」分別進行學習，其 中高年級「影像與視覺」的細目是「觀察照光與成像」（例如光滑平面反 射、聚光及透鏡放大效果等）。國內以國小學生為研究對象的光學研究主
題包含學生在學習光學的迷思概念（張靜儀，2001；郭金美，2002），會 影響學生對光學概念的學習，如何協助學生修正改變迷思概念，是值得關 注與研究的重點。九年一貫課程綱要中「自然與生活科技」學習領域之教 材 內 容 要 項 後 ， 註 明 在 選 編 教 材 時 ， 教 師 可 自 行 重 新 安 排 組 合 。 Trollinger(1977)認為適當結合各種遊戲，可以滿足不同課程的需求。研 究者欲藉由光的科學遊戲實施於高年級，冀希此教學活動稍能加強學生光 學的概念，也引導學生於國小階段所學到的光學知識與技能作一統整與應 用。 由以上綜合，研究者擬以利用科學遊戲符合學生喜愛遊戲的特性，結 合創造性問題解決（CPS）模式的教學理念，設計問題解決任務，給予學 生解決問題的實際經驗，讓學生在動手操作中激發科學思考、發揮創造 力，以提昇科學學習興趣，及培養問題解決能力，以落實「自然與生活科 技」領域的課程目標。
第二節 研究目的與待答問題
一、研究目的 本研究主要想要探討如何以坊間科學遊戲書籍中與學生日常生活易 見的「光」的遊戲為素材，結合「創造性問題解決（CPS）」的教學理念， 設計以「光」為主題的運用創造性問題解決模式於科學遊戲教學活動，在 實施教學之後，期望能提昇學生對自然與生活科技的學習興趣，及激勵學 生對創造力與問題解決能力之開發，並期盼研究者透過本教學行動研究歷 程中能獲致個人在課程設計、教學歷程上的專業成長。6 二、待答問題 基於上述的研究目的，本研究欲探討的問題如下： （一）如何將創造性問題解決（CPS）教學模式融入科學遊戲，設計教學 活動？ （二）實施創造性問題解決（CPS）融入科學遊戲的過程中，可能遭遇到 的問題與解決方法為何？ （三）研究者在設計與實施創造性問題解決（CPS）融入科學遊戲之教學 活動過程中，其教師之專業成長為何？
第三節 名詞釋義
一、科學遊戲 目前對於「科學遊戲」的並無很清楚的界定，各個研究學者專家對於 科學遊戲的界定也不盡相同（詳見第二章第一節）。研究者綜合專家學者 （牟中原，1999；陳忠照，2003；許良榮，2004）對科學遊戲的說法，配 合教學課程設計，將本研究之科學遊戲界定如下： （一）科學遊戲需包含科學原理，本研究主要以「光」的科學原理為科學 遊戲教學設計的核心。 （二）科學遊戲的設計需包含讓學生動手操作的程序。 （三）科學遊戲素材需具備安全性，且容易從生活周遭中取得。 （四）科學遊戲能讓學生有主動操弄的興趣。 上述二到四項均經由審查小組檢核過。詳見第三章第二節。 二、創造性問題解決本研究將創造性問題解決（Creative Problem Solving，CPS）教學 模式融入科學遊戲活動中，這套模式最初由 Osborn 在 1953 年提出，後由 美國學者 Parnes 於 1967 年發展出提升創造力的線性的五階段解題模式，
係以系統的思考方法來解決問題，特別強調問題解決者在選擇或執行解決 方案之前，應盡可能想出各種多樣的可行方法，爾後再經過 Noller、 Treffinger、Isaksen、Dorval 等人繼續發展為非線性系統化架構模式， 成為一套有效提升創造力與問題解決的模式（Isaksen & Treffinger, 2004）。本研究以 Isaksen 和 Treffinger（1987）修正提出之三成分六 階段的第四期 CPS 模式融入科學遊戲以設計教學活動，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 研究範圍與限制
本節主要可分兩個部分說明，一為本研究的研究範圍，另一為本研究 的研究限制，茲分述如下。 一、研究範圍 本研究對象限定為國小高年級學童，並且以「光」的科學遊戲為主題 之教學活動，研究者選定所任教之台中市「關懷國小」（化名）為研究場 域，從該校五年級14個班級中選定三個班級的學生為教學對象，進行三次 教學行動研究。 二、研究限制 本研究主要在發展創造性問題解決融入科學遊戲教學活動之發展歷 程，研究以行動研究進行，主要在解決研究者於教學現場面臨的情境實務 問題，進而獲致教師自我專業成長。研究對象限定在台中市關懷國小五年 級三個班級的學生，故其結論不宜推論至其他的教學場域和年段。8
第二章 文獻探討
本章探討與本研究相關之文獻，分別為：第一節、遊戲與科學遊戲； 第二節、創造性問題解決。第一節 遊戲與科學遊戲
一、遊戲的定義與特性 古代中外哲學家、教育家已注意到遊戲的重要地位，如《禮記‧學記》 中寫道：「藏焉修焉，息焉遊焉。」；即學習時就努力進修，休息時就盡 情遊樂，將遊戲視為學習之餘放鬆、休息的方式。明代學者王守仁在《傳 習錄‧訓蒙大意》裡道：「大抵兒童之情，樂嬉由而憚拘檢，如草木之始 萌芽，舒暢之則條達，摧撓之則衰痿。」；指明遊戲是適應兒童天性、增 進兒童發展的活動。而 Froebel 為西方教育上第一位承認遊戲具教育價 值，且有系統的把遊戲活動列入教育歷程中的教育學者（湯志民，2002）。 儘管有許多學者專家注意到遊戲的重要性，但對 「遊戲」 的定義眾說紛云。 遊戲是出於內在動機所表現出來的自發行為。如 Frobel（1826）認為 遊戲是幼兒內在性自我活動的表現，代表內在需欲與衝動(引自林玉体， 2003)。路賓等人（Rubin, Fein,& Vandenberg, 1983）認為遊戲是一種轉借 行為，無固定模式，是出於內在動機，是一種自由選擇，是具有正面影響 的活動（引自蔡淑苓，2004）。SuttonSmith(1979)認為遊戲是一種自願參 加、無目標導向的活動。Fromberg(1987)認為遊戲是自願性或內在動機的 (Voluntary and intrinsically motivated)，無論動機是好奇的控制的合併或其 他。梁培勇（1995）認為遊戲是非強迫性的、自發的。何長珠（1998）認 為遊戲是一種自發的、有趣的玩耍過程。另外，遊戲能讓幼兒學習適應社會，為生活做準備。如 Erikson(1950) 認為遊戲是身體和自己同時發展的社會化過程，是想像和實際的中介變 項。Piajet(1962)認為遊戲的目的，在讓幼兒認識真實的世界（引自蔡淑苓，
2004）。Bruce(1991)認為遊戲是生活的準備。何長珠（1998）認為遊戲不 只打發時間、發洩精力或促進生理動作之協調而已，它同時還具有學習社 會性、發表感受及引發互動的特質。 此外，遊戲是歡樂、有趣的。如 Fromberg(1987)認為遊戲是愉快的 (Pleasurable)，甚至當兒童認真的投入於活動時。Garvey(1991)認為遊戲是 有趣的。郭靜晃（1992）認為遊戲本質上是歡笑的、愉悅的，是一種樂趣。 而遊戲重點在活動，重過程而不是結果，且需要參與者積極參與 （蔡淑苓， 2004；Garvey,1991)。 另外，遊戲是規則支配的(Rulegoverned)，無論是 隠或顯的表示(蔡淑苓，2004；Fromberg,1987)。
Wood 和 Attfield（2005) 綜合 Pellegrini(1991) 和 Saracho(1991)的看 法對遊戲定義如下： （一）遊戲是個人動機滿足於活動中，而不受基本需求驅使和社會需要的 管轄。 （二）參與過程重於結果。目標是自我強制的（selfimposed），而參與者 的行為是自發的。 （三）遊戲發生在熟悉的事物或不熟悉的探索事物之後。兒童在玩活動和 他們自己控制活動上給予意義。 （四）遊戲活動可非文字的。 （五）遊戲是自由的非外在強加規則，而規則可由參與者修改。 （六）遊戲需要參與者積極參與。 所以綜合各家的意見，本研究歸納出對「遊戲」的定義如下：（一） 遊戲出於內在動機所表現出來的自發行為。（二）遊戲能讓幼兒學習適應 社會，為生活做準備。（三）遊戲重點在活動，重過程而不是結果。（四） 遊戲需要積極參與。（五）遊戲是歡樂、有趣的。（六）遊戲是規則支配 的，非外在強加規則，而規則可由參與者修改。 陳淑敏（2005）另外指出 Avedon 和 SuttonSmith(1971)針對遊戲
10 （Play）與規則遊戲（game）加以比較，他們指出這兩者差異在於： （一）遊戲沒有固定的玩法，也沒有一定的結果；規則遊戲則有固定 的玩法和可以預期的結果，因此可以重複地玩。 （二）規則遊戲中遊戲雙方通常是處於敵對與對立的狀態，而規則遊 戲本身對遊戲者也是一種挑戰，遊戲中則不一定是如此。 由上述研究可知遊戲（play），無固定玩法、不一定有結果對遊戲者 來說不一定有挑戰性；而規則遊戲(game)較傾向互相競賽，可預期結果並 可以重複玩，讓遊戲者有挑戰性。 二、科學遊戲 而本研究將創造性問題解決 CPS 融入科學遊戲課程設計中，是具有科 學原理的特徵並讓學生進行合作學習或分組競賽的科學遊戲活動。 李秉彝（1972）認為科學遊戲，是一種利用科學原理，有教育意義而 具有好玩，神奇的趣味，且能訓練科學思想，態度、啟發創造發明的活動。 許義宗（1981）認為科學遊戲是「依物質的性質及法則，使之對科學關心， 數字產生興趣的遊戲」；藉由玩弄有形物，而變化出新的有形物，即為科 學遊戲。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，將趣味找回來，同學可以從遊戲中 體會科學原理。許良榮 （2004） 科學遊戲蘊含科學原理或科學概念的活動， 且活動的必要條件是參與的兒童會認為「好玩」，有高度意願參與。 陳忠照（2003）認為科學遊戲具有四項特質： 1. 趣味性：玩得快樂、自在，充滿喜悅的。 2. 規律性：有遊戲規則。 3. 創造性：在歡樂的科學遊戲中，有更新的看法、更有意義的創意方向 湧現。 4. 分享性：在團體互動中，與人同樂，分享過程與結果。
郭騰元（2000）強調科學遊戲「好玩」的特性，並提出設計科學遊戲 應掌握以下原則： 1.能讓小朋友喜歡與驚訝。 2.能用簡單的科學原理解釋。 3.製作的方法簡單。 4.所用的材料很容易從家裡、超市、文具店或五金行中取得。 5.容易改變或改進。 縱觀以上學者專家對於科學遊戲的定義，雖不盡相同，但科學遊戲具 有生活化、趣味性、好玩，引起學習動機，讓學習者能動手操作、參與、 分享、玩出新花樣的成分。研究者綜合學者專家對科學遊戲的觀點，考量 九年一貫課程及自然與生活科技分段能力指標，將本研究設計課程教材的 「科學遊戲」界定如下： （一）科學遊戲需包含科學原理，本研究主要以「光」的科學原理為科學 遊戲教學設計的核心。 （二）科學遊戲的設計需包含讓學生動手操作的程序。 （三）科學遊戲素材需具備安全性，且容易從生活周遭中取得。 （四）科學遊戲能讓學生有主動操弄的興趣。 三、科學遊戲教學 國 外 學 者 Lustick (2001) 認 為 科 學 遊 戲 的 教 學 必 須 符 合 簡 單 化 （simplicity）、可參與(participation)、有目標（goals）、懸疑、不確 定性（suspense）等四個簡單原則。 李秉彝（1972）提出進行科學遊戲教學時，需注意若干指導方法：教 師在指導科學遊戲時，應先說明遊戲的名稱、方法、不必說明原理，等兒 童做完遊戲後，讓他們自己發現，自己發表，然後教師再行補充整理；應 注意在遊戲前應先準備所需的用具；遊戲進行時，應先採「靜」或「思考」
12 的遊戲，再進行「動」的遊戲為宜；遊戲結束後，應指導兒童收藏用具， 養成物歸原處整齊清潔的習慣；老師的示範及解答問題時，要簡單明瞭； 遊戲時應訓練兒童有條不紊動兒不亂的習慣；注意兒童安全教育的實施。 許良榮（2008）認為科學遊戲融入教學需要經過教學者的過濾與組 織，避免只是單純的引起學生的興趣，而缺乏學習的內涵。必須把握的重 要原則之一是必須讓學生有「動腦筋」機會，亦即掌握主動探究或解決問 題的原則。 陳忠照 （2003） 指出有意義的科學教學活動，整個流程應側重在操作、 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： 1.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。 2.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。 3.目標為基準─以單元目標、能力指標為教學活動之依歸。 4.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。 5.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。 6.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。 7.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。 綜合以上各專家學者的觀點，本研究擬以讓學生主動探究、解決問題 的活動為導向，並配合自然與生活科技分段能力指標，設計符合教學目標 及學生先備知識以銜接新知識的科學原理，融入科學遊戲活動教學。此
外，教師也應扮演催化者、觀察者、諮詢者、輔導者，營造良好的學習氣 氛，與學生產生良性的互動。 四、科學遊戲教學相關研究 國內舉辦科學遊戲的活動類型不少，從民間團體遠哲科學教育基金會 舉辦科學趣味競賽；各大學科教中心、航太系、物理實驗室舉辦各式各樣 的科學創意競賽；國立科學博物館、科學工藝博物館舉辦動手做、航太嘉 年華會；各縣市政府、各級中小學，如台中市每年配合科展一起舉辦讓各 國中小學設立攤位的科學園遊會等（趙育琳，2008） ，顯示科學遊戲教育 被廣泛運用及推行。科學遊戲相關活動的舉辦目的無非是希望能藉由活動 的帶動啟發學生對科學學習的興趣。國內也有諸多學者對科學遊戲教學做 相關研究，發現科學遊戲對學童科學的學習有不同向度的影響。針對國小 的科學遊戲教學列表如下： 表 2-1-1 科學遊戲應用於國小教學之相關研究 研究者 年代 對象 研究主題 研究結果與發現 黃玉斯 2009 小五 創造性問題解決融入 科學遊戲之行動研究- 以「磁鐵」為例 教學成效受到學生對科學遊戲的學習 興趣因素影響而有所差異。研究者在教 學活動設計能力、教學能力及研究能力 均獲得專業成長。 洪美嬌 2008 小六 科學遊戲創造性問題 解決教學活動發展-以 「紙張的遊戲」為例 科學遊戲導入 CPS，能提升學生對學習 自然與生活科技的興趣，並由玩遊戲中 學習到科學知識。教師能增加教學技 巧、充實專業知識。 趙育琳 2008 小五 「泡泡狂想曲」 教學模 組開發之研究 教學模組，可以引起兒童的學習興趣， 並符合九年一貫課程精神。教師專業成 長：教材設計能力、科學專業知識、教 學知能提升。 蔡宗信 2007 小六 以科學遊戲增進學生 問題解決能力之行動 研究 實施科學遊戲，學生的問題解決能力有 略顯進步的現象。研究者專業成長：設 計能力、教學能力、研究能力均提升。 黃冠毓 2007 小一 國小教師進行科學遊 戲融入生活課程之行 動研究 教學中面臨問題：1.教師角色的轉換 2.時間的調整 3.秩序的掌控 4.比賽獎 勵制度的選擇。提升教師專業成長。
14 研究者 年代 對象 研究主題 研究結果與發現 徐麗雪 2007 小四、 小五 實施探究式科學闖關 遊戲提升國小學童科 學學習成就之行動研 究 探究式科學闖關能顯著提升學生科學 知識概念，對提升科學過程技能有所幫 助、使學生持有正向的科學態度。研究 者課程設計、學習觀念及教師角色扮演 進步成長。 張東瑋 2007 小五 以科學遊戲-泡泡為主 題之教學活動之行動 研究 以科學遊戲為主題之科學教學活動能 有效提供學生學習興趣，並達成單元目 標，助於科學過程技能的養成。研究者 之教學經驗與教學技巧提升。 陳淑娟 2007 小五、 小六 科學遊戲創造性問題 解決教學活動發展-以 「水的表面張力」 為例 教學成效受教學實施形式、分組方式、 小組內部和諧、教學順序、學生科學學 習態度與學業成就等影響，而有所差 異。研究者課程設計、教學策略應用及 教師多元角色轉換均獲得專業能力成 長。 洪正龍 2007 小五 科學遊戲對國小五年 級不同學習動機類型 學童的學習動機之影 響研究 學童的科學學習動機：「主動學習策 略」、「成就目標」、「學習環境誘因」普 遍得到提升。能提升各類型學童的學習 動機，分數增加最多的學童類型順序為 選擇性、逃避、外在、內在型學習動機 兒童。 陳純清 2007 小二 科學遊戲融入國小低 年級生活課程之研究 1.設計方法可以參考各版本生活領域 課程、分析指標、加入坊間科學遊戲活 動。活動過程可以激發學生的潛能與創 意。2.教師所遭遇的困難準備教材花費 較多的時間，要適度接受無法井然有序 的教室秩序。3.提升學生科學學習興 趣、科學玩具操作技能，助於概念的獲 得，培養科學素養，促進教師專業成 長。 李靜慧 2007 小一 以趣味科學遊戲融入 人本建構取向的教學 策略探究國小一年級 學 童 的 概 念 學 習 特 色：以「磁鐵」單元為 例 多數天真想法可以修正為符合科學社 群的想法。教學後概念與趣味科學遊戲 配對，發現學童在科學遊戲中建構概念 是有差別的，有些科學遊戲能協助學童 保留概念影像，有些則無法形成好的概 念保留。 楊蕎安 2006 小六 趣味科學活動融入自 然與生活科技學習領 域教學之研究 實驗組與接受「一般教學」對照組學生 在學習成就方面無顯著差異。學習態 度：「對自然科課程的態度」、「對自然 科 教 師 的 態 度 」、「 對 自 然 科 學 習動 機」、「自然科學學習策略」，實驗組均 呈現正向顯著的提升。尤其是「對自然 科課程的態度」更是顯著。
研究者 年代 對象 研究主題 研究結果與發現 陳俐淇 2006 小四、 小五 應用科學遊戲對 ADHD 學生注意力影響之探 討 科學遊戲教學活動有助於學生在注意 力方面「集中度」、「持續度」、「廣度」、 「切換性速度」的培養。 林瓊音 2006 國小 以科學遊戲輔助國小 自然科教學之個案研 究 提高學童學習興趣的原因包含：1.遊戲 本身具學童能力可及的探究特質 2.競 賽帶來挑戰性、成就感 3.動手實作可 獲得想法的立即回饋。科學遊戲能提高 學習興趣、增加參與程度、提供實作機 會，有利於學童建構科學概念。 江淑瑩 2006 小四 以科學遊戲融入教學 探究國小四年級學童 學習成效之研究 實驗組 「科學概念」 與 「科學過程技能」 得分顯著高於對照組，而「科學態度」 表現上並未有顯著差異。 林義修 2005 小三 趣味科學活動對學童 學習成就與科學態度 之影響研究 實驗組在 「自然與生活科技學習成就測 驗」得分顯著高於對照組，而「科學態 度」提升方面，只對原本科學態度就較 正向積極者有效。不同性別與不同先備 基礎學生在接受實驗教學後，在學習成 就與態度上的得分無顯著差異。 柯虹如 2005 小五 從科學玩具遊戲教學 探討國小學童的科學 相關態度 1.實驗組科學相關態度得分，顯著優於 對照組。2.學生經科學玩具遊戲教學 後，在科學相關態度上，並不因不同態 度傾向、不同自然學業成就、不同推理 能力及性別而有顯著差異。3.學生對科 學玩具遊戲教學大多數持正面反應，認 為活動好玩、有趣，可從中學到許多科 學知識。 王錦銘 2004 小五 科學玩具遊戲教學對 國小五年級學生科學 素養之研究 實驗組 「科學學習成就」 與 「過程技能」 測驗得分皆顯著優於控制組。 楊訪屏 2004 小六 運用 CPS 於模組化科 學遊戲之教學行動研 究-以「牛頓第三運動 定律」課程為例 教師在教學歷程中獲得課程設計、教學 策略應用、教師角色改變等專業成長。 學生能應用出創造性問題解決能力且 在認知、技能、情意方面各有所收穫。 困難之處：學習地點與時間有困擾，資 料查詢不易。 許芳雪 2004 中年級 科學童玩融入自然與 生活科技教學之行動 研究-以風箏教學模組 為例 科學童玩結合教學能吸引學童的注意 力及提升學童的創造力。教師實施歷程 中在教學準備、模組課程設計、評量方 式使用及教師角色扮演均獲得專業成 長。 蘇秀玲 2004 小四 科學遊戲融入國小自 然學童的科學態度與 實驗組在「科學相關態度量表」、「問題 解決測驗」、「問題解決能力量表」上的 表現皆優於對照組。科學態度為正向的
16 研究者 年代 對象 研究主題 研究結果與發現 問題解決能力之研究 主動、積極、樂於參與等。而在擬定計 畫的向度則與控制組沒有差異。 林堂麗 2003 小六 科學遊戲融入自然與 生活科技課程之行動 研究 科學遊戲適合融入自然與生活科技領 域當中。科學遊戲教學能提升教師在課 程設計、教學及研究上的專業成長。材 料會影響遊戲進行，進行遊戲需彈性化 並 降 低 排 除 場 所 中 會 干 擾 遊 戲 之 因 素，並慎選科學遊戲融入課程的時機。 張淑慧 2003 小六 科學玩具遊戲教學之 成效研究 實驗組在「科學態度量表」與「統整科 學過程技能」的測驗得分上，皆顯著高 於對照組。 許順欽 2002 小四 科學玩具融入國小自 然科教學以促進學童 創造性問題解決能力 之行動研究 科學玩具輔助教學與結合創意思考教 學的學習方式，可促進學生創造性問題 解決能力，提高學生對自然的學習興 趣，建立自信心及體會團結力量大。 李戊益 2002 低年級 九年一貫生活課程教 學設計之行動研究~以 「玩具 DIY」模組為例 科學遊戲教學有利條件為：材料選擇多 樣性、學童興趣強烈、學生同儕間的合 作及家長資源協助；不利條件為：學童 自備材料能力不足、操作能力與態度不 成熟、秩序問題及家長代工太多。 徐麗雪 2002 小三 國小科學遊戲教學活 動成效分析 實驗組在「科學概念成就」、「自然科學 習態度」、「基本科學過程技能」測驗得 分上，皆顯著優於對照組。學生對學習 自然科更有興趣。 楊忠樵 2001 小四 以「製作科學玩具」 輔 助國小兒童自然科學 習之研究--以電磁單 元為例 製作科學玩具有趣、有成就感、有挑戰 性、可玩又可學到知識概念，相當受到 兒童的喜愛。學生參與度與興趣明顯增 加，對中低程度兒童在概念的了解和記 憶有明顯的助益。 陳惠芬 1999 高年級 「科學趣味競賽」 引入 國小教學活動成效研 究--以水火箭之學習 環模組為例 實驗組在統整科學過程技能的表現優 於對照組。98％學生表示喜愛科學趣味 競賽課程，喜愛的原因為活動具挑戰 性、有趣、能學到課外知識等。 (修改自陳淑娟，2007) 綜合以上將科學遊戲融入教學的相關研究報告，研究者歸納出以下幾 點結論： 1. 科學遊戲教學活動能提升學生對科學的學習興趣（洪美嬌，2008；趙育
琳，2008；張東瑋，2007；陳純清，2007；林瓊音，2006；許順欽，2002； 楊忠樵，2001） 。 2. 科學遊戲融入教學有助於學生建構科學概念，提升科學學習成就（陳純 清，2007；徐麗雪，2007；2002；王錦銘，2004；江淑瑩，2006；林義 修，2005）。而楊忠樵（2001）也指出科學遊戲對中低程度兒童在概念 的了解和記憶有明顯的助益。 3. 多數天真想法可以修正為符合科學社群的想法，但學童在科學遊戲中建 構概念是有差別的，有些科學遊戲能協助學童保留概念影像，有些則無 法形成好的概念保留（李靜慧，2007）。 4. 學生對科學態度呈現正向影響(徐麗雪，2007；楊蕎安，2006；林義修， 2005；張淑慧，2003；徐麗雪，2002)。 5. 科學遊戲能提升各類型學童的學習動機，分數增加最多的學童類型順序 為選擇性、逃避、外在、內在型學習動機兒童（洪正龍，2007）。 6. 科學遊戲有助於過動症學童在注意力方面的培養（陳俐淇，2006）。 7. 科學遊戲融入教學有助於提升學生的科學過程技能（張東瑋，2007；陳 純清，2007；陳惠芬，1999；徐麗雪，2007；張淑慧，2003；王錦銘， 2004；江淑瑩，2006；徐麗雪，2002）。 8. 科學遊戲有助於提升學生的創造力、問題解決能力（蔡宗信，2007；許 順欽，2002；許芳雪，2004；楊訪屏，2004；蘇秀玲，2004）。 9. 實施科學遊戲教學，能促進教師在課程設計、科學專業知識、教學知能、 研究能力、教學策略應用、及教師角色扮演上的專業成長（黃玉斯， 2009；洪美嬌，2008；趙育琳，2008；蔡宗信，2007；黃冠毓，2007； 徐麗雪，2007；陳淑娟，2007；陳純清，2007；楊訪屏，2004；許芳雪， 2004；林堂麗，2003）。 10. 科學遊戲應用於國小低年級，應考量學童自備材料能力不足、教師準 備材料時間花費太多、操作能力與態度不成熟、秩序難掌控不利條件 （陳
18 純清，2007；黃冠毓，2007；李戊益，2002）。因此，若將科學遊戲教 學實施於國小低年級階段，教學成效可能不佳。 11. 材料會影響遊戲進行，且進行科學遊戲需彈性化並降低排除場所中會 干擾遊戲之因素，並慎選科學遊戲融入課程的時機（林堂麗，2003） 。 因此本研究所設計以高年級學童為對象，進行「光」的科學遊戲教學 設計分三階段不同班級進行試驗教學，活動中設計能讓學生發揮擴散性與 聚斂性的創造思考、問題解決能力及團隊合作的任務，讓學生在有趣的學 習氛圍下，期能提升學生對科學的學習興趣，以行動研究的循環歷程作為 修正教學設計的依據，做為將來科學遊戲融入教學的方式之參考。
第二節 創造性問題解決
本節就創造性問題解決的發展歷程、創造性問題解決的內涵和創造性 問題解決的相關教學研究等三部分做進一步的說明，茲分述如下。
一、創造性問題解決發展歷程
創造性問題解決（Creative problem solving，CPS）最早由 Osborn 受到 Wallas 於 1926 年提出創造過程的四階段（準備、醞釀、豁朗、驗證） 所啟發，於 1953 年在《應用與想像力》（Applied Imagination）提出創 造過程七個階段：導向、準備、分析、假說、醞釀、綜合、驗證，認為創 造力是可以經由訓練而提升，並可運用腦力激盪來進行自由聯想，進而尋 求 各 種 可 能 的 解 決 方 法 。 而 Parnes(1967) 綜 合 創 造 思 考 策 略 與 Osborn(1953)的腦力激盪法，提出 CPS（圖 2-2-1）五個階段的訓練方案， 以系統的方法討論並解決問題，主要包含：1.發現事實(fact finding)、 2.發現問題(problem finding) 、3.發現點子(idea finding) 、4.發現 解答(solution finding) 、5.尋求接納(acceptance finding)。CPS 提出 在選擇與實行解決方法之前和一般問題解決不同的是要儘可能思考出更 多變通的可能方案，以求得更好的想法。
Isaksen 和 Treffinger 在 1982 年把聚斂思考的重要性與技巧提升至
與擴散思考平衡 。並 Isaksen 和 Treffinger 在 1985 年進一步修改 CPS 成
圖 2-2-1 Osborn-Parnes 五階段 CPS 模式（Isaksen & Treffinger ,2004）
困惑或目標 發現 事實 發現 問題 發現 點子 尋求 接納 發現 解答 問 題 敏 感 度 計 劃 新 挑 戰 行 動 FF PF IF SF AF
20 為六階段的模式（圖 2-2-2）在原有的五階段前，再加入了發現困惑(mess finding)，同時將原本的發現事實(fact finding)重新定義為發現資料 (data finding)。 1992 年，Isaksen 和 Treffinger 提出更加完整的 CPS(圖 2-2-3)教學流 程 ， 將 六 個 步 驟 進 一 步 組 成 三 個 成 分 ： 瞭 解 問 題 (understanding the problem)、產出點子(generating ideas)、行動計畫(planning for action)。 擴散思考 聚斂思考 新挑戰 New Challenges 整理、分析與歸納重要 的資料 決定一種挑戰，並建立 一般性的問題解決目標 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 考量執行過程中可能的 助力與阻力 找出各種評估構想 的標準與方法 列出問題之所有可能 的解決構想 從已知的資料發現 所有可能的問題 收集不同的資料了解 事實的情境 從生活經驗與情境中尋找 各種問題解決的機會 聚斂面 Convergent Phase 擴散面 Divergent Phase 問題敏感性 Problem Sensitivity 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)
Isaksen 和 Dorval 在 1993 年受認知科學研究與建構主義的影響，將 先前使用線性流程表示的模式，以彈性循環的架構表示，以提供個人不同 的需求。如圖 2-2-4 所示，CPS 包括前述的瞭解問題、產出點子與計劃行 動三個區塊，但區塊之間流程是可以彈性調整的，各區塊內的空白方塊， 可依個人、任務與情境的不同，選擇需要的階段（MF、DF、PF、IF、SF、 AF），運用於問題解決。 擴散：考量執行過程中可能的助力與阻力 聚斂：找到最適當的構想，擬定計畫並加以執行 擴散：找出各種評估構想的標準與方法 聚斂：選擇一些標準評估解決問題的構想 擴散：列出問題之所有可能的解決構想 聚斂：選出最有可能解決問題的構想 擴散：從已知的資料發現所有可能的問題 聚斂：選擇一個特定問題並具體且明確的陳述問題 擴散：收集不同的資料了解事實的情境 聚斂：整理、分析與歸納重要的資料 擴散：從生活經驗與情境中尋找各種問題解決的機會 聚斂：決定一種挑戰，並建立一般性的問題解決目標 發現困惑(MF) 發現資料(DF) 發現問題(PF) 發現點子(IF) 發現解答(SF) 尋求接納(AF) 成分一：瞭解問題 成分二：產出點子 成分三：行動計畫
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圖2-2-4 1993年版的三成分非線性CPS模式（Isaksen & Treffinger ,2004） 產出點子
計劃行動 瞭解問題
Isaksen、Dorval 和 Treffinger 在 2000 年 （引自 Treffinger, & Selby,
& Isaksen. ,2008）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 2-2-5）。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 四 成 分 八 階 段 ， 改 為 瞭 解 挑 戰 （ Understanding the Challenge）、產出點子（Generating Ideas）與準備行動（Preparing for Action）、規劃方法（Planning Your Approach），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）；規劃方法的組成部分 包括評估任務(Appraising Tasks)和設計流程(Designing Process)的階段作
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2-2-5 2000年版的CPS四成分八階段模式（Treffinger & Selby & Isaksen ,2008） 為一個綜合部門，處在中心範圍內的 CPS，將規劃方法作為一種「管理」 部分，指導解決問題的分析和選擇階段進程。 綜觀 CPS 的發展沿革，發源於 Osborn、Parnes，接著由 Isaksen、 Treffinger 等人持續投入發展，茲將其主要的發展、運用，整理如表 2-2-6 所示。 表 2-2-6 CPS 五十年來發展的不同面貌 年代 研究者 內容 階段名稱或主要改變 表示方式 1953 Osborn 創造過程七階 段 導向(orientation)、 準備(preparation)、 分析(analysis)、 假設(hypothesis)、 文字說明
24 年代 研究者 內容 階段名稱或主要改變 表示方式 醞釀(incubation)、 綜合(synthesis)、 驗證(verification) 1967 Parnes CPS 五階段 發現事實(ff) 發現問題(pf) 產出點子(if) 發現解答(sf) 尋求接納(af) 文字說明 1967 Osborn CPS 三階段 ff、if、sf 文字說明 1967 Noller & Parnes CPS 五階段 ff、pf、if、sf、af 水平圖示 1977 1978 Parnes CPS 五階段 ff、pf、if、sf、af 文字說明 1982 Treffinger , Isaksen & Firestein CPS 五階段 把聚斂思考的重要性與技巧提 升到擴散性思考平衡 文字說明 1985 Isaksen & Treffinger CPS 六階段 發現困惑(Mess Findong)、 發現資料(Data Findong)、 發現問題(Problem Findong)、 產出點子(Idea Findong)、 發現解答(Solution Findong)、 尋求接納(Acceptance Findong) 垂直圖示 1987 1992 Isaksen & Treffinger CPS 三成份六 階段 三成份：瞭解問題、產出點子、 行動計畫 六階段：mf、df、pf、if、sf、 af 垂直圖示 1993 Isaksen & Dorval CPS 三成份六 階段 三成份：瞭解問題、產出點子、 行動計畫 六階段：mf、df、pf、if、sf、 af 循環圖示 2000 ~ 現在 Isaksen , Dorval & Treffinger CPS 四成份八 階段 四成分：瞭解挑戰、產出點子、 準備行動、規劃方法 八階段：建構機會、探究資料、 循環圖示
年代 研究者 內容 階段名稱或主要改變 表示方式 架構問題、產出點子、發展解 答、建立接受、評估任務、設 計流程 （修改自湯偉君、邱美虹，1999） 二、創造性問題解決的內涵 循環系統式的 CPS 模式雖然更為人性化，強調各階段流程可彈性運 用，但在解題歷程彈性化的同時，亦複雜化整個解題的步驟，使教師在設 計教學時恐產生困擾，為了教學的流程設計具目標導向，使教學活動符合 一般人在解決問題時的解題程序，教師宜以三成分六階段的順序為步驟設 計教學活動 （陳淑娟，2007）。因此本研究以 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設計教學活動，其內 涵如下（Isaksen & Treffinger, 2004；湯君偉、邱美虹，1999）： 成分一：瞭解問題（Understanding the Problem）
（一）發現困惑（Mess-Finding，MF）： 從尋找各種問題解決中，做系統性的規劃去設定目標及反應。以擴散 性思考來說是從生活經驗與情境中尋找各種問題解決的機會；以聚斂性思 考來說是決定接受挑戰，做有系統性的努力，並建立一般性的問題解決目 標，盡量去做反應。 （二）發現資料（Data-Finding，DF）： 從各種不同的觀點去考量情境，作整理分析資料，問題解決者可利用 5W1H(Who,What,where,When,Why,How)策略找到收集資料方法獲得各項訊 息，找出與分析最重要的資料。以擴散性思考來說是蒐集大量的資料，由 各種不同觀點、不同訊息中來瞭解一些事實資料；以聚斂性思考來說是將 大部分的資料作整理、分析與歸納，對重要的資料加以定義。
26 （三）發現問題（Problem-Finding，PF）： 盡可能對主要問題及次要問題多做敘述，並選擇一個工作上問題。以 擴散性思考來說是從已知的資料發現所有可能的問題；以聚斂性思考來說 則是選擇一個特定問題並具體且明確的陳述問題。 成分二：產生點子（Generating Ideas） （四）發現點子（Idea-Finding，IF）： 盡可能的以列表方式對問題陳述並列出很多可能性的構想，選擇最有 用或最有趣的意見。以擴散性思考來說，列出問題之所有可能的解決構 想；，以聚斂性思考來說則是選出最有可能解決問題的構想。
成分三：計畫行動（Planning the Action） （五）發現解答（Solution-Finding，SF）： 盡可能列出很多評鑑的標準以評估各種意見並選擇幾個批判標準來 評價觀念，使意見更好。以擴散性思考來說是找出各種評估構想的標準與 方法；以聚斂性思考來說則是選擇一些標準評估解決問題的構想。 （六）尋求接納（Acceptance-Finding，AF）： 考慮所有能提供幫助或支持的條件並面對大部分可證實的解答形成 計畫並採取行動。以擴散性思考來說是考量執行過程中可能遇到的助力與 阻力；以聚斂性思考來說則是找到最適當的構想，擬定計畫並加以執行。 三、創造性問題解決的相關教學研究 Parnes 等人進行CPS教學的實驗研究，對象包括300位學生其結果顯 示，CPS 教學能有效提升創造思考能力（引自Isaksen & Treffinger, 2004）。Feldhusen 和 Clinkenbeard 在1986年指出CPS 教學能有效增進 學生處理真實生活問題的解決能力（引自Schack,1993）。
Cramond、Martin和 Shaw在 1990年進行CPS教學研究，結果顯示接受 CPS策略教學的學生具有較佳的問題解決能力（引自Schack,1993）。
Harris和Blank(1983)研究指出實施CPS教學策略的103位五年級學 生，其創造性問題解決能力有提升。綜合以上顯示CPS教學能提升創造思 考能力、問題解決能力。國內也有諸多學者對CPS教學做相關研究，發現 CPS對學童科學的學習有不同向度的影響。針對國內將CPS 融入國小自然 科教學之相關研究列表如下： 表 2-2-7 國內將 CPS 融入國小自然科教學之相關研究 研究者 年代 對象 研究主題 研究結果與發現 黃玉斯 2009 小五 創造性問題解決融入科學遊 戲之行動研究-以「磁鐵」為 例 CPS 可適當融入科學遊戲並設 計教學活動。而教學成效受到 小組合作的情形、科學遊戲難 易、教學活動設計內容、學生 對科學遊戲的學習興趣等因素 影響而有所差異。 洪美嬌 2008 小六 科學遊戲創造性問題解決教 學活動發展-以 「紙張的遊戲」 為例 科學遊戲導入 CPS，能提升學生 對 學 習 自 然 與 生 活 科 技 的 興 趣，並由玩遊戲中學習到科學 知識。設計 CPS 的科學遊戲教 學教師必須克服時間、場地、 教學材料及教學現場所面對的 問題。教師也可從這教學過程 中增加教學技巧、充實自己專 業知識。 鄭英耀 劉昆夏 張川木 2007 小五 國小自然科創造性問題解決 教學效果之研究 實驗組學生在圖形創造力、問 題解決能力及自然科學業成就 的整體表現明顯優於控制組。 王黃正 2007 小四 創造性問題解決融入國小自 然領域之研究-以「生活中的 電與磁」教學網站為例 使用 CPS 法為教學策略確實比 使用普通教學法（GLM）在實際 教學上有更好的學習成效。 林俊卿 2007 小六 結合 STAD 與 CPS 教學於國小 自然課之行動研究 此將 CPS 技巧融入「學生小組 成就區分法」（STAD）能增進學 生的合作學習技巧、提升教材 的理解程度、自然成績、學習 興趣、溝通能力，但對於改進 學生的「不專注行為」則沒有 幫助。 邱育志 2007 小五 SSI 議題下實施 CPS 教學對國 小五年級學生問題解決能力 及自然科學教室環境知覺影 響之研究 SSI 議題下實施 CPS 教學後，學 生的問題解決能力 「總分」、「發 現 問 題 （ pf ）」、「 提 出 想 法 （if）」、「尋求解答（sf） 」分
28 研究者 年代 對象 研究主題 研究結果與發現 項能力有顯著差異，尤其以 「提 出想法（if）」能力差異最大， 學生認為對其信心及問題解決 能力有幫助。而高分組與低分 組在「發現問題（pf）」、「提出 想法（if）」能力上具有顯著性 差異存在，且高分組學生在面 對問題較低分組積極，各步驟 工作內容敘述較詳細，較有信 心維護自己的論點。 陳淑娟 2007 小五、 小六 科學遊戲創造性問題解決教 學活動發展-以「水的表面張 力」為例 CPS 可恰當地融入科學遊戲進 行教學活動設計。教學成效受 教學實施形式、分組方式、小 組內部和諧、教學順序、學生 科學學習態度與學業成就等影 響，而有所差異。 莊承霖 2007 小六 應用創造性問題解決模式指 導六年級學童科展之研究 創造性問題解決模式對於國小 六年級學童的「創造力」、「自 然科態度」有正向的幫助。透 過創造性問題解決模式的國小 學童，在科學態度上有類似的 心理表徵。 蔡玉瑟 2006 小六 創造性問題解決教學對國小 學生自然與生活科技領域學 習態度、創造力、後設認知與 學習成就之影響—以普通班 中的資優生為例 兩班資優生在 「學習態度」、「創 造力」、「後設認知」方面，實 驗班比控制班皆有顯著的正向 提升，但在「成就測驗」、「成 就測驗的延宕測驗」未達顯著 差異。 王詩棠 2006 小六 CPS 模組教學對國小六年級 學生科學創造力及批判思考 之影響研究 CPS 教學有助於提升國小學生 科學創造力、批判思考能力， 兩者間具有顯著正相關性。學 生對於此模組教學有正向的學 習反應，整體而言，對於推廣 科學思維教學是有幫助的。 李祉頡 2006 小五 以創造性問題解決進行科學 玩具製作教學對國小五年級 學生創造力之影響 能提升學童的創造力，適用於 各種自然與生活科技領域學業 成就的學生，創造力之教學成 效不受學生性別差異的影響。 李金樹 2006 六年級 實施創造性問題解決訓練課 程對國小六年級學生科學創 造力與問題解決能力之影響 實驗組在「問題解決能力測驗」 與「科學創造力測驗」得分上， 皆優於對照組。 吳麗珍 2005 四年級 實施創造性問題解決融入國 小自然與生活科技領域教學 CPS 融入自然教學是可行的；擴 散思考策略可增加學生產生點
研究者 年代 對象 研究主題 研究結果與發現 之行動研究 子的數量。 阮元斌 2005 六年級 科學創造性問題解決活動對 國小六年級學童科學態度影 響之研究 CPS 活動對國小學童整體之科 學態度無顯著差異；在 CPS 活 動中，透過心智圖的使用對學 生學習、記憶、系統化、計畫 性、腦力激盪方面有助益。 洪川富 2005 五年級 應用創造性問題解決模式於 國小自然與生活科技領域教 學之研究 實驗組在問題解決能力之解決 方法、全測驗整體表現及創造 力之流暢力、開放性、獨創力、 精密力、想像力、挑戰性及總 分上，均顯著高於對照組。 陳威龍 2005 五年級 實施創造性問題解決教學法 對於國小五年級學童創造力 與科學學習成效影響之研究 實驗組在「威廉斯創造性思考 活動」測驗中的開放性、變通 性、獨創性、精密性及「威廉 斯創造性傾向量表」中的冒險 性、想像力、好奇性與總分均 顯著優於對照組；實驗組自然 科學業成績平均高於對照組， 但未達顯著差異。 楊訪屏 2004 六年級 運用 CPS 於模組化科學遊戲 之教學行動研究-以「牛頓第 三運動定律」課程為例 學生在總結活動中能應用出研 究者於課程中培養之創造問題 解決能力；在認知、技能、情 意方面也各有收獲。 廖仁年 2003 四年級 創造性問題解決教學模式融 入國小自然科教學之行動研 究 學生在 CPS 教學中，會有較高 的學習動機，超過半數學生會 因為有動手操作及共同合作的 機會，表現得更積極；學生在 資料尋找、小組討論及發表能 力上比較缺乏。 柯建樺 2003 五年級 小組合作進行創造性問題解 決歷程之研究 同質低分組成員參與及互動程 度比較高，其次為異質組，同 質高分組為最差；影響小組合 作進行創造性問題解決的因素 包含：分組形式、任務的難易、 學童的先備知識、學童的學習 習慣、玩耍與爭執事件、學習 環境、學童的社會關係與技巧。 洪文東 2003a 五年級 創造性問題解決化學單元教 學活動設計與評估 學童在「水溶液的酸鹼性」單 元教學活動後，科學創造力與 問題解決能力有顯著之進步。 洪文東 2003b 五年級 六年級 國小「酸鹼」與「氧化還原」 教學模組設計及學童科學創 造力之實作評量 實驗組在科學創造力與問題解 決能力上之表現，顯著優於控 制組。
30 研究者 年代 對象 研究主題 研究結果與發現 呂素雯 2002 六年級 自然科創造性問題解決教學 對國小六年級學童問題解決 能力、態度及學習成就之影響 研究 透過 CPS 教學能夠顯著增進學 生的問題解決能力及協助學生 學習知識，達到預期的學習效 果，但無法顯著增進學生的問 題解決態度。 張振松 2001 五年級 自然科創造性問題解決教學 對國小學童創造力及問題解 決能力之研究 實驗組在「威廉斯創造性思考 活動測驗」中的流暢力、開放 性、變通性、獨創力、標題、 總分及「威廉斯創造性傾向量 表測驗」中的冒險性、好奇性、 想像力、總分及「問題解決測 驗」中的解釋推論、猜測原因、 逆 向 原 因 猜 測 、 決 定 解 決 方 法、總分上，均顯著高於對照 組。 李光列 1999 六年級 國小自然科教師應用創造性 問題解決的教學策略之行動 研究 可促使學生觀察自己周遭生活 發生的事件來進行科學問題探 究、提高學習興趣及增進問題 探究的能力。 劉誌文 1993 四年級 國民小學自然科創造性問題 解決教學效果之研究 實驗組在創造力及學業成就表 現與對照組無顯著差異，但在 科學態度上的 「因果關係」、「好 奇心」、「批判精神」、「科學情 意」、「科學行為」得分，顯著 優於對照組學生。 (修改自陳淑娟，2007) 由上述國內將CPS融入國小自然科教學的相關研究報告分析，研究者 歸納出以下幾點結論： 1. 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（鄭英耀等，2007；邱育志，2007；莊承霖，2007；蔡玉 瑟，2006；王詩棠，2006；李祉頡，2006；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）。而邱育志(2007)以SSI議題下實施CPS教學後，學生的 問題解決能力「總分」、「發現問題（pf）」、「提出想法（if）」、「尋求 解答（sf） 」分項能力有顯著差異，尤其以「提出想法（if）」能力差
異最大，學生認為對其信心及問題解決能力有幫助。 2. 李祉頡（2006）提出CPS進行教學能提升學童的創造力，適用於各種自 然與生活科技領域學業成就的學生，創造力之教學成效不受學生性別 差異的影響。 3. CPS融入國小自然與生活科技領域教學在學生的問題解決態度上無顯 著效果（呂素雯，2002）。而阮元斌（2005）也指出CPS活動對國小學 童整體之科學態度無顯著差異。 4. CPS 融入國小自然與生活科技領域教學未必能提升學生的學業成就 （蔡玉瑟，2006；陳威龍，2005；劉誌文，1993）。但鄭英耀等（2007） 以準實驗設計，提出實驗組學生在自然科學業成就的整體表現明顯優 於控制組。 5. 實施CPS教學應考慮學生的能力，四年級學生在資料收集、小組討論及 發表能力上較為缺乏，可能會影響到課程的實施進度與成效 （廖仁年， 2003）。因此CPS教學若運用於小學階段，應以高年級學生為對象較為 理想。 6. 林俊卿(2007)將CPS技巧融入「學生小組成就區分法」（STAD）能增進 學生的合作學習技巧、提升教材的理解程度、自然成績、學習興趣、 溝通能力。楊訪屏（2004）以動手操作的科學遊戲形式進行CPS模組教 學，學生在活動中能展現出創造性問題解決能力。根據以上，研究者 採取將CPS融入於動手操作的科學遊戲教學，並以小組合作方式進行活 動，冀希能提昇學生的科學學習興趣與問題解決能力。 7. 柯建樺（2003）的研究顯示同質低分組成員參與及互動程度比較高， 其次為異質組，同質高分組為最差；影響小組合作進行創造性問題解 決的因素包含：分組形式、任務的難易、學童的先備知識、學童的學 習習慣、玩耍與爭執事件、學習環境、學童的社會關係與技巧。 8. CPS融入教學的行動研究歷程，教師可從這教學過程中增加教學技巧、
32 充實自己專業知識，有助於促進教師本身專業成長（黃玉斯，2009； 洪美嬌，2008；陳淑娟，2007；李光烈，1999；吳麗珍，2005；楊訪 屏，2004；廖仁年，2003）。 9. 王詩棠 （2006） 提出 CPS 教學除了有助於提升國小學生科學創造力外， 也提升批判思考能力，兩者間具有顯著正相關性。 10. CPS可適當融入自然與生活科技領域並設計教學活動。 另外，針對教學活動設計，Treffinger 等人於 2006 提出 CPS 教學具更 線性和連續的性質，尤其是兒童應用在小學學校層面，教師應該指導學生 以更自然，更靈活和動態的方法接受挑戰、應用 CPS（引自 Treffinger 等 人，2008）。而教師需要考量到各種學生解決問題類型而應用不同的教學 方式（Selby 及 Treffinger ，2006）。Treffinger 等人（2008）指出當個人， 在學校和企業中了解自己是哪種問題解決類型，便能夠在過程中學習和運 用更有效的工具，讓自己的問題解決能力得到增強。綜合上述，本研究以 Isaksen 和 Treffinger(1987)所修正的三成分六階段的 CPS 教學模式融 入科學遊戲設計教學活動中。而且在進行教學中，亦會觀察學生，並對不 同解決問題類型的學生予以引導並適時的提供協助。
