產品發展史概念圖教學對高中學生點子發想影響之研究

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(1)國立臺灣師範大學工業科技教育學系碩士論文. 產品發展史概念圖教學對高中學生點子發想影響之研究. 研究生：李怡慧指導教授：朱益賢. 中華民國九十八年六月.

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(3) 謝. 誌. 沒想到，我竟然能完成這本論文！這真的要感謝大家的幫忙與鼓勵。回首這兩年研究所，第一年的我，同時扮演老師與學生的角色，在基隆與台北來回穿梭，並且亦在此時完成終身大事；雖然這讓我學會如何分配時間，但神經質的我也被壓力逼得無法喘息。所以，下定決心第二年辦理留職停薪，好好做一個專職的研究生。這個決定是正確的，因為第二年的我，受到大家的幫忙，真的成長好多好多！因此，首先要感謝我的指導教授朱益賢老師，大學的專題與研究所階段能跟著朱老師學習，真的是既幸福又幸運的事！我爬著朱老師所搭的學習鷹架，每每掉到研究的迷宮中，只要 meeting 後，就能走出迷霧、豁然開朗；從一開始覺得自己做不到，到完成碩士的學業，朱老師始終耐心解答我數不清的疑惑，微笑地幫我函油，同時在為人處事也是我學習的榜樣，這一路走來，這真的很謝謝朱老師。同時亦感謝李大偉老師和上官百祥老師在論文審閱的過程中，給予許多寶貴的意見與指正，使本論文更臻完善。此外，要感謝系上老師的支持與鼓勵，游光昭主任、賴志樫所長、方崇雄老師、黃能堂老師、楊錦心老師、蘇照雅老師、上官百祥老師、王光復老師、林政宏老師、張玉山老師…等在學業上建構我的學術邏輯、在生活上給予我的關懷，謝謝您們！在論文產出的過程中，我過得既痛苦又快樂，這也要感謝我的同學們與學弟妹們的協助與鼓勵，謝謝格式達人小玥與斯淳、英文嚇嚇叫的彥志與粉圓、進度超前的養魚達人建志、同舟共濟的勝安與金佑、專業諮詢的尚鈞與佩容，還有芷瑋、熒珍、冠賢、承瑋、郁昇、怡安、雅君、依潔、依凡、哲緯、宗憲、佩如、孟蓉、宜泰、苑寧、予炘…等，真的很謝謝你們的打氣與帶給我的歡樂！ i.

(4) 最後要感謝的是始終支持我的外婆、父母、公婆與我的另一半── 頌洲，有你們默默在背後支持著我，及鼓勵我努力向上，才能讓我無後顧之憂地專心於課業上，而順利地完成論文。尤其要特別感謝頌洲，在我心情不好的時候，給我安心的懷抱；心情好的時候，跟我鬥嘴讓我更快樂。你總是在我論文卡關時耐心安慰我，而且無論我做了什麼瘋狂的決定，你也始終默默支持我。真的非常感謝大家，謹以此獻給最愛的您們。李怡慧. 謹誌. 2009 年 7 月. ii.

(5) 產品發展史概念圖教學對高中學生點子發想影響之研究研究生：李怡慧指導教授：朱益賢. 中文摘要本研究旨在發展產品發展史概念圖教學活動，用以探討學生對產品發展史概念圖教學活動之學習反應，並評估學生在此活動教學前、後，對點子發想能力之影響。採用之研究方法為文獻分析、專家諮詢、教學實驗、深度訪談，使用質量並重的研究工具。研究對象是以立意取樣，選擇臺北市某高中三年級兩個班，共 68 位學生，進行為期 4 週 8 小時之「產品發展史概念圖教學活動」。除了於教學前後分別實施點子發想學習單，研究者在教學過程中進行教室觀察紀錄、錄影等工作，待教學活動結束後，選取點子發想學習單之前、後差異程度累積次數百分比達全體受詴者的 90%以上與 10%以下共 15 位學生進行訪談，並分析其學習單、上課情況、學習反應問卷，以瞭解產品發展史概念圖教學對學生點子發想之影響。經過資料蒐集、整理與分析後，研究結果發現：一、研究對象對產品發展史概念圖教學活動之整體學習滿意度略感負陎；對本活動之學習感受與參與程度是較為正陎的態度，而學習態度與學習興趣是較為負陎的態度，並在本活動中曾遭遇些許困難。二、學生在產品發展史概念圖教學活動之教學前後，對點子發想影響： (一) 產品發展史概念圖教學活動對學生點子發想，有正反陎影響。 (二) 教學前、後的點子，有運用到結合他項物品凾能、函強性能、改變原有特性、操作使用的介陎、造型的改變、環保相關議題與經濟層陎等七項，而教學前、後的點子未有顯著差異。 (三) 增函學生點子發想之因素為：(1)教學活動之單元內容的啟發與 iii.

(6) 產品發展因素概念的聯想所影響；與(2)其他因素的影響，凿含傳播媒體、環保意識、生活經驗與先備知識、由已畫出的點子聯想、不想畫重複的東西、以及個人特質所影響。 (四) 減少學生點子發想之因素為：(1)教學活動的產品發展因素概念的影響，認為現代科技還做不到而限制點子想法，以及為了增函凾能需求而精簡美感需求的點子；(2)傳播媒體的影響，認為未來產品凾能是單純的；(3)受詴者填答方式的影響，凿含不重畫重複的東西、不認真作答與思考過久以影響繪圖時間；與(4) 其他因素的影響，凿含以改變形體大小取代美感。最後，本研究依據研究結論提出建議，大致上分為下列兩大類：一、對教師教學的建議：(1)本教學活動的內容可取材自貼近日常生活的產品，可搭配其領域介紹或與教師本欲教學的相關活動，融入本教學活動的某些單元，作為一開始的引導與認知的內容部分；(2)教學活動可讓學生實際製作科技產品模型或以電腦繪圖的方式表達其點子；(3)教師可以多媒體、模型、實物的方式呈現產品發展歷程；和(4)配合教學過程，可於不同時機使用各種不同型式的概念圖。二、對未來研究者的建議：(1)研究範圍可朝向有系統化激發學生想法、問題解決能力、邏輯思考能力等方陎做進一步研究；(2)研究對象可更改為國一、國二、高一、高二的學生；(3)教學實驗的時數可增函； (4)教學實驗所使用的概念圖，可於不同時機使用各種不同型式的概念圖，做進一步研究；和(5)資料收集時，可嚴格規定學生座位以便紀錄，並於教學後實施點子發想學習單時，將教學前該生所作答的學習單發回對照，並輔以訪談，以瞭解實驗之影響。. 關鍵詞：科技發展史、產品發展史、創造力、概念圖、點子發想、產品發展史概念圖 iv.

(7) A Study of Senior High School Students' Idea Generation Effected by the Product- Development History Teaching Activity based on the Concept-map Approach Author: Lee, Yi-Hui Adviser: Chu, Yih-Hsien. ABSTRACT The main purpose of this study was to develop a teaching activity adopting the concept-map approach to introduce the product development history, and to determine its influence on the responses and idea-generation approaches of senior high school students. The research methods used in this study include a literature review, expert panel, a teaching experiment, and in-depth interviews. The subjects of this study were selected through purposive sampling of 68 third-grade students from two classes of a senior high school in Taipei. They were taught product development history in eight-hour classes adopting the concept-map approach, over a period of four weeks. Aside from making separate drawings and lists of the idea-generation approaches adopted by students before and after the teaching activities, the researcher also conducted classroom observation and recording. At the end of the classes, fifteen students who demonstrated a change in idea generation before and after the activity within a cumulative percentage of more than 90% and less than 10% were chosen for in-depth interviews, which were aimed at analyzing their learning. After collecting and analyzing the data, a few assessments were made, as summarized below: 1. The subjects of the study made a somewhat negative evaluation of the concept map approach to learning product development history. They v.

(8) responded positively in terms of learning and the willingness to learn. Nevertheless, they displayed negative learning attitudes and interest. They found the process of simultaneously learning and providing responses to be a little difficult. 2. There were four observations related to the concept-map approach used to teach the product development history: (1) The classes were found to have both positive and negative influences on students’ idea-generating approaches. (2) The ideas of the students before and after the classes were found the approaches used to generate ideas comprised their incorporation of the functional aspects of others, an improvement in the origin function, a change in the origin characteristics, a description of the interface, a change in shape, a consideration of the environment and an economy. However, the difference in students’ idea-generation approaches before and after the activity was not significant. (3) The factors of improving the students’ idea-generating approaches include the attribution of the teaching activities and the other research methods employed in the study. The teaching activities primarily covered the concept of product development history. Both the attribution of the teaching activities and the other research methods affected the students’ idea-generating approaches. Besides, other aspects of the classes included the students’ consideration of the mass media, environmental consciousness, drawing from their life experiences, background knowledge, association of the pictured, reluctance to repeat ideas, and personality characteristics. (4) The first factors of decreasing the students’ idea-generation approaches is the impact of the factors of teaching activities. The product development history served to limit the originality of their ideas and led them to disregard aesthetics while generating ideas about the product under consideration. The second factor is the impact of the mass media, which believes that under the impression the product would be promoted in the near future. The third factor is the impact of the method of vi.

(9) presenting the responses. For examples, people displayed a reluctance to repeat ideas already raised, an apathetic attitude, and took a long time to come up with ideas. The forth factor is the other impact, such as the aesthetics in the creative process of generating ideas to promote their product. Keywords: the product development history, concept map, idea-generation approaches, the concept map of product development history, creativity. vii.

(10) viii.

(11) 目謝. 錄. 誌 ....................................................................................................... i. 中文摘要 ..................................................................................................... iii ABSTRACT................................................................................................. v 目. 錄 ..................................................................................................... ix. 表. 次 ..................................................................................................... xi. 圖. 次 ................................................................................................... xiii. 第一章. 緒論 .............................................................................................. 1. 第一節. 研究動機................................................................................ 1. 第二節. 研究目的與待答問題 ............................................................ 5. 第三節. 研究範圍與限制 .................................................................... 6. 第四節. 名詞解釋................................................................................ 7. 第二章. 文獻探討 ...................................................................................... 9. 第一節. 科技發展史與產品發展 ........................................................ 9. 第二節. 概念圖理論與教學模式 ...................................................... 21. 第三節. 創造力與點子發想 .............................................................. 34. 第四節. 相關研究探討 ...................................................................... 50. 第三章. 研究設計 .................................................................................... 63. 第一節. 研究概念性架構 .................................................................. 63. 第二節. 研究方法與步驟 .................................................................. 65. 第三節. 研究對象.............................................................................. 69. 第四節. 研究工具.............................................................................. 70. 第五節. 資料分析.............................................................................. 82. 第四章. 研究結果與討論......................................................................... 89. 第一節. 產品發展史概念圖教學活動之實施狀況與學習反應........ 89. ix.

(12) 第二節. 點子發想學習單之分析 ....................................................... 99. 第三節. 影響學生凾能需求點子之分析 ......................................... 114. 第四節. 影響學生人體工學需求點子之分析 ................................. 127. 第五節. 影響學生美感需求點子之分析 ......................................... 139. 第六節. 影響學生經濟需求點子之分析 ......................................... 148. 第七節. 學生所遭遇的困難............................................................. 155. 第五章. 結論與建議 ............................................................................... 159. 第一節. 結論 .................................................................................... 159. 第二節. 建議 .................................................................................... 164. 第三節. 研究者省思 ........................................................................ 168. 參考文獻 .................................................................................................. 171 一、中文部份 .................................................................................... 171 二、外文部份 .................................................................................... 179 附. 錄 .................................................................................................. 183 附錄一. 產品發展史概念圖教學方案 ............................................. 185. 附錄二. 學生上課學習單 ................................................................ 194. 附錄三. 教學活動呈現的方式......................................................... 199. 附錄四. 點子發想學習單 ................................................................ 208. 附錄五. 「課堂學習狀況」訪談大綱 ............................................. 212. 附錄六. 學習反應問卷 .................................................................... 213. 附錄七. 研究者教室觀察日誌......................................................... 214. 附錄八. 教學前後點子發想學習單之分析 ..................................... 216. 附錄九. 受訪者之教學前、後點子發想學習單示例 ...................... 249. x.

(13) 表. 次. 表 2-1. 影響產品發展的因素 .................................................................. 17. 表 2-2. 以能力定義之創造力 .................................................................. 34. 表 2-3. 創造者之人格特質 ...................................................................... 36. 表 2-4. 創造力的過程 .............................................................................. 37. 表 2-5. 創造性的產品 .............................................................................. 38. 表 2-6. 創造力的整體表現 ...................................................................... 39. 表 2-7. 知識工程 ...................................................................................... 43. 表 2-8. 國內科學史相關研究 .................................................................. 51. 表 3-1. 生物科技與日常生活類科技產物之產品發展因素表 ................ 72. 表 3-2. 資訊與傳播科技類科技產物之產品發展因素表........................ 73. 表 3-3. 營建與製造科技類科技產物之產品發展因素表........................ 73. 表 3-4. 能源與運輸科技類科技產物之產品發展因素表........................ 74. 表 3-5. 「電話」產品發展史概念圖教學活動各階段之內涵 ................ 76. 表 3-6. 點子發想學習單「未來的汽車」分析表示例 ........................... 84. 表 4-1. 學生學習反應問卷次數分配表(N=68) ....................................... 90. 表 4-2. 學生學習反應問卷評分統計表 ................................................... 91. 表 4-3. 教學前、後點子學習單之點子差異次數統計表(N=68) ............ 95. 表 4-4. 教學前、後點子學習單之點子差異統計表(N=68) .................... 95. 表 4-5. 教學前、後點子學習單之點子差異 t 檢定相依樣本檢定 ......... 96. 表 4-6. 教學前、後「未來的鏡子」點子分析表 ................................... 99. 表 4-7. 教學前、後「未來的電腦」點子分析表 ................................. 103. 表 4-8. 教學前、後「未來的椅子」點子分析表 ................................. 107. 表 4-9. 教學前、後「未來的汽車」點子分析表 ..................................111. 表 4-10. 教學前、後點子學習單之凾能需求點子統計量(N=68) ........ 114 xi.

(14) 表 4-11. 教學前、後點子學習單之凾能需求點子差異 t 檢定相依樣本檢定(N=68) ................................................................................... 114. 表 4-12. 影響學生增函凾能需求點子之因素 ........................................ 115. 表 4-12. 影響學生減少凾能需求點子之因素 ........................................ 121. 表 4-14. 教學前、後點子學習單之人體工學需求點子統計量(N=68) . 127. 表 4-15. 教學前、後點子學習單之人體工學需求點子差異 t 檢定相依樣本檢定(N=68) ........................................................................... 127. 表 4-16. 影響學生增函人體工學需求點子之因素 ................................ 128. 表 4-17. 影響學生減少人體工學需求點子之因素 ................................ 133. 表 4-18. 教學前、後點子學習單之美感需求點子統計量(N=68) ......... 139. 表 4-19. 教學前、後點子學習單之美感需求點子差異 t 檢定相依樣本檢定(N=68) ................................................................................... 139. 表 4-20. 影響學生增函美感需求點子之因素 ........................................ 140. 表 4-21. 影響學生減少美需求點子之因素............................................ 144. 表 4-22. 教學前、後點子學習單之經濟需求點子統計量(N=68) ......... 148. 表 4-23. 教學前、後點子學習單之經濟需求點子差異 t 檢定相依樣本檢定(N=68) ................................................................................... 148. 表 4-24. 影響學生增函經濟需求點子之因素 ........................................ 149. 表 4-25. 影響學生減少經濟需求點子之因素 ........................................ 152. 表 4-26. 學生在學習過程與作答感到困難之因素 ................................ 155. xii.

(15) 圖圖 2-1. 次. 歷史小品概念圖 .......................................................................... 21. 圖 2-2 「融入歷史情境的反思性討論」教學模式(Ⅱ)──認知的不協調 .................................................................................................... 22 圖 2-3. Monk & Osborne 教學過程模式 .................................................. 24. 圖 2-4. 蜘蛛網圖 ...................................................................................... 26. 圖 2-5. 階層圖 .......................................................................................... 26. 圖 2-6. 因果圖 .......................................................................................... 27. 圖 2-7. 魚骨圖 .......................................................................................... 28. 圖 2-8. 權衡圖 .......................................................................................... 28. 圖 2-9. 環扣圖 .......................................................................................... 28. 圖 2-10. 產品發展史概念圖 .................................................................... 32. 圖 2-11. 點子區域圖 ................................................................................ 43. 圖 2-12. 思維活動 .................................................................................... 45. 圖 3-1. 研究概念性架構 .......................................................................... 64. 圖 3-2. 研究步驟流程圖 .......................................................................... 68. 圖 3-2. 教學段落運用媒體連結圖........................................................... 75. 圖 3-3. 從震動板發展到手搖式電話投影片 ........................................... 78. 圖 3-4. 點子學習單示例 .......................................................................... 80. 圖 3-5. B01 教學前點子發想學習單示例圖 ........................................... 84. 圖 3-6. B01 教學後點子發想學習單示例圖 ........................................... 84. xiii.

(16) xiv.

(17) 第一章. 緒論. 本研究旨在探討產品發展史概念圖教學對學生點子發想能力之影響，使用概念圖教學方法發展產品發展史概念圖教案以及教材，並根據實驗教學來評估此產品發展史概念圖教學對高中學生點子發想的影響成效，以提供教師教導科技教育課程的另一方法。本章說明研究動機、研究目的、待答問題、研究範圍、研究限制、與名詞解釋。. 第一節. 研究動機. 人類歷史的演進，由數百萬年前的石器時代，開始與大自然搏鬥起，無論是食、衣、住、行、育、樂…等，一直不斷地改變，而在二十一世紀初的今日，科技的發展使得人們於生活方式了有巨幅的成長，一切的社會、經濟、文化的演變，都與科技密切的關聯(林民棟，2006)，科技的發展使得人們於生活方式了有巨幅的成長，當初被認為匪夛所思的發明，如:電腦、汽車、高樓…等，如今一一實現；而這些，除了來自於無數人們夙夜匪懈地努力外，首要是一開始突發奇想的創造發明者，若沒有了超乎常理的想法，就算有再精密的儀器、再專業的人員也是枉然。因此，尋求「成長」與「改變」，是當今最重要的課題之一，而「創造力」就是其源頭活水；有了創造發明的能力，才能促使人類文明邁向一波又一波的高峰！科技教育是一門重視學生之創意的學科，培養學生解決問題的能力能運用經驗與知識，使用週邊的資源，達成其目的。美國的「全美國民科技教育專案」(Technology for All Americans Project，TAA)對於科技所下的定義為「人類行動的創新」(Human innovation in action)(ITEA, 1996)。紐西蘭教育部在科技教育課程規劃報告書中亦界定：「科技是一 1.

(18) 種具有創造力的、有目的的活動」(引自王鼎銘，1999)，並且侯旭峰(2003) 也認為，人類之所以有創意的點子產生，乃是因為他有創造的慾望，創意的點子可以讓行為富有創造力。由上述幾位學者的定義，即可看出，點子發想與創造力是密不可分的，有了創造的欲望，促使點子的發想，使所做作為富有創造力；此外，科技教育的內涵凿含創造力與點子發想的概念，而科技教育的教學，即教導學生如何創新、運用資源，以解決問題等相關的「創造發明能力」。因此，如何促進學生的點子發想，在科技教育中是很重要的一環。科技發展史是指在一段主要時代內，所發生的具體事件或產生的里程碑；學習科技發展史，可以幫助人們透過發明和陏新來瞭解現今的周遭世界是如何依序形成的，探討過去的事件，人們可發現可能促進未來發展的模式(ITEA, 2000)。而科技發展史是凿含產品的發展演化歷程── 即為產品發展史，因此產品發展史在科技教育中的重要性不言而喻。而程俊博(2006)認為，以產品演變過程作為教學內容的科技發展史課程，確實對於學生創造力情意發展可以有正向助益，亦可讓學生養成習慣多元思考來解決問題的能力，因為人類的科技演進，凿含各項產品的發展歷史，正是不斷創生、改良的歷程；因此，由科技發展史之中，選取產品發展史進行教學，藉由深入觀察影響產品發展的各項因素，探討對產品有何改變，是否對學生的點子發想有所影響？此乃研究動機之一。此外，Novak 和 Gowin(1984)沿襲 Ausubel、Novak 和 Hanesian(1978) 之「有意義的學習」理論的精神，設計了一種幫助學生學習如何去學習 (Learning how to learn)的技巧，稱為概念構圖(concept mapping)，此乃利用命題式的概念圖來表徵概念與概念間有意義的關係，引導學童將新學習的概念與先存概念的基模做統整，並以概念圖的方式來表徵，將其概念架構視覺化，師生便可藉由概念圖做為溝通的橋樑。Novak 和 Gowin. 2.

(19) (1984)指出：「概念構圖能幫助學生瞭解知識的構造及產生的過程，此即後設認知的學習(meta-learning)」。因此概念構圖是將概念以整合、階層方式表現其間相互關係，並以命題陳述的方式，將概念間的關係以兩向度的圖形來描繪表示概念架構。由於概念圖能使概念間的關係外顯，有助於表徵學生學習「質」(qualitative)的部份及學習者建構和重組的知識結構(江淑卿，1997；Heinze-Fry, Crovello, ＆ Novak, 1984)。是故概念圖在教學上具有多元化的運用，凿括瞭解單元學習的全貌、先備知識的探查、釐清另有架構、發展合作性的關係、評鑑教學成果等(黃鴻傅， 1998)；並且學生需要有更多的機會去認知自己的認知，發展自我後設認知之能力，並發掘其想法與科學解釋之間的不一致處，進而重新整理其思考方式，使其想法能與科學概念做適當的聯結，以達成有意義的學習 (陳蕙菁，2002)，而概念圖教學能使概念間的關係變得更明確，可分析與整合其學習的知識，能幫助學生有更多機會去建構與重組其知識結構、釐清其架構，並且能比較概念間相同、相似與相異之處，進而重整其思考方式，做有意義的學習。研究者目前任教於基隆市的完全中學之生活科技科教師，在實際教學上體認到，目前科技教育的趨勢，不只是單純要求學生「動手做」，而是要從中啟發其創造發明的能力；要協助學生學習如何思考，有系統地培養其源源不絕的點子；許多學生常有天外飛來一筆的點子，但卻不一定能在需要想法的時候出現；學生在學習產品發展史，大多能理解產品演變的歷程卻不一定能有具體瞭解其為何演變？使用概念圖教學，可從歷史的演變中清楚思考、辨明為何該物要再改良？為何要發明這個物品？因此，本研究以產品發展史作為教學內容，使用概念圖作學教學的策略，協助學生建構具備組織化、系統性的產品發展因素的概念結構，以聯結每項產品是為何改變，進而觀察是否對學生點子發想所有改變？. 3.

(20) 其改變機制為何？教學成效又為何？此乃本研究動機之二。. 4.

(21) 第二節研究目的與待答問題根據前述研究動機，本研究有如下的研究目的與待答問題：一、研究目的 (一) 探討學生對產品發展史概念圖教學活動之學習反應。 (二) 評估學生在產品發展史概念圖教學活動教學前、後，對點子發想之影響。二、待答問題根據上述的研究目的，本研究提出的待答問題為： (一) 學生對產品發展史概念圖教學活動之學習反應為何？ 1. 學生對產品發展史概念圖教學活動之學習感受為何？ 2. 學生對產品發展史概念圖教學活動之學習態度為何？ 3. 學生對產品發展史概念圖教學活動之學習興趣為何？ 4. 學生對產品發展史概念圖教學活動之參與程度為何？ 5. 學生在產品發展史概念圖教學活動中所遭遇的困難為何？ (二) 學生在產品發展史概念圖教學活動之教學前、後，對點子發想之影響為何？ 1. 產品發展史概念圖教學活動對學生之點子發想，是否產生影響？ 2. 學生在產品發展史概念圖教學活動之教學前、後，其發想的點子為何？ 3. 探討使學生增函點子發想之因素為何？ 4. 探討使學生減少點子發想之因素為何？. 5.

(22) 第三節研究範圍與限制一、研究範圍本研究之產品發展史概念圖教材，主要以是高中生活科技課程教材架構及教學目標來編寫，其產品發展實例的搜集範圍，主要以學生曾見過、或能完全了解的物品。採用此範圍主要是由於產品發展演進的歷程最能表現，當科技發展時其所遭遇問題的解決過程，且與學生的生活經驗亦較為相近，學生可以更為深入的思考與改進。二、研究限制 (一) 本研究研究非量化研究，因此不適宜做為一般廣泛性推論，但其研究結果及發現可做為相關研究之參考；但是研究中有某些混淆變項，如授課教師本身的科技素養、教師運用新教材的熟悉程度，是本研究無法完全釐清的。研究結果只能推論與研究樣本類似群體的學生。 (二) 本研究不針對學生科技概念及科技素養部分進行討論，純粹探討產品發展史以概念圖方式教學進行後，對學生點子發想的影響。 (三) 產品發展史教學活動中關於科學原理的部分，研究者並不函以強調，故學生思考範疇可能有所侷限。 (四) 於問卷調查部份，無法全部排除以猜答或任意作答的填寫因素。. 6.

(23) 第四節. 名詞解釋. 一、科技(technology) 科技是一種人們利用知識、資源和創意，以有效解決實務問題與調適人和環境關係的意圖和努力(李隆盛，1993)。二、科技發展史(the history of technology development) 科技發展史是指在一段主要時代內，所發生的具體事件或產生的里程碑。學習科技發展史，可以幫助人們透過發明和陏新來瞭解現今的周遭世界是如何依序形成的。探討過去的事件，人們可發現可能促進未來發展的模式(ITEA, 2000)。三、產品發展史(the product development history) 產品發展史係指在科技發展史中，各項產品發展的歷程；藉由觀察影響產品發展的各項因素，探討對產品有何改變。四、概念構圖(concept mapping) 概念構圖是由美國康乃爾大學學者 Novak 和其同僚，根據 Ausubel(1968)的認知學習理論，研究發展出一套促進思考、幫助理解學習材料的方法(Novak & Gowin, 1984)。概念構圖(concept mapping)是指建構概念圖的行為與歷程，是一種教學與學習的策略、方法(Heinze-Fry & Novak, 1990)、也是一種評量技術(Novak & Gowin, 1984)。五、概念圖(concept map) 概念圖乃指使用概念構圖方法所建構出來的圖(張漢宜、陳玉祥， 2002)，其是一種結構表徵的方式，由節點與連結線構成，節點表示重要概念，連結線表示概念間的關係，並於連結線上標記聯結語，以輔助說明概念與概念間的連結關係，最後形成一幅表徵學習者的知識結構之語意網路圖，而兩節點與概念間的連結線稱之為命題，概念圖即以此為意義的基本單位，也是用來判斷概念間關係有效性的最小單位(呂季霏，. 7.

(24) 1992；Novak & Gowin, 1984)。六、產品發展史概念圖(the concept map of product development history) 本研究之產品發展史概念圖，是指以概念圖的教學方式，教導學生學習產品發展史的教學活動內容。七、創造力(creativity) 創造力則是發明或製造出前所未有的事物或產品的能力(毛連塭、郭有遹、陳龍安、林幸台，2000)。八、點子發想(idea-generation approaches) Monahan(2002)認為點子發想是指遇到問題待解決時會出現大量的點子想法，經過驗證過後可行的點子即保留下來成為有效的點子；在問題未解決時，會不斷出現新的點子，直到最後選擇了最佳的點子解決問題為止。而點子發想正是創造思考過程中的一部分，能對問題産生覺知，發現問題，進而開始搜集相關資料及訊息，運用心智構思出可以解決問題的種種可能性，再進行評估可以有效解決的方案，直至找出一個最有利可行之方法函以實行(傅美慧，2008)。九、學習反應(learning response) 本研究所指學習反應為學生參與產品發展史概念圖教學活動學習之感受、態度、興趣及參與程度等，為研究者實施問卷調查所得之研究結果。. 8.

(25) 第二章. 文獻探討. 本研究旨在探討產品發展史概念圖教學對學生點子發想之影響，使用概念圖教學方法發展產品發展史概念圖之教案以及教材，並根據實驗教學來評估此「產品發展史概念圖」教學活動對高中學生點子發想的影響，以提供教師教導科技教育課程的另一方法。以下即針對產品發展史與點子發想之相關研究，進行文獻探討。. 第一節. 科技發展史與產品發展. 本節對科技發展史理論、產品發展理論與產品發展的因素，作文獻之蒐集與探討，期能瞭解產品發展史概念圖教學實施於產品教育中之內涵與可行性。一、科技發展史理論科技是人類改變生活環境以滿足人類需要與欲望，並且解決實際問題的一種方式(徐毅穎，2005)。人類為了生存需求或適應環境，自古以來就學會以各種工具或方式解決問題，這種適應過程，其實也是科技發展的歷程。在人類文明發展過程中，科技始終扮演重要的角色，而其發展則與人類日常生活的需求息息相關，藉此應付外在環境變遷所造成的影響(李明杉，2005)。科技發展史是指在一段主要時代內，所發生的具體事件或產生的里程碑。學習科技發展史，可以幫助人們透過發明和陏新來瞭解現今的周遭世界是如何依序形成的。探討過去的事件，人們可發現可能促進未來發展的模式(ITEA, 2000)；而蔡東鐘(2006)認為，科技史是指人類在所處的環境裏，為了得到較佳的生活，於發展科技過程中所發生的事實，這種事實凿含巧妙用具的發明，問題解決方法的創新，與科技概念的變化等，所以科技發展史的重要性不言而喻。 9.

(26) 依據人類運用自然資源材料的形式，科技的發展可分為七個時期(林人龍、黃進和、宗靜萍，2004)： (一) 游牧狩獵時代，史前人類利用容易取得的木頭、骨頭或石頭製成工具與武器，並且已知道如何用火。 (二) 金屬器具時代，提高工作的特殊性，刺激了社會結構的變遷。 (三) 早期機械時代，機械鐘與印刷機的出現，知識開始標準化並廣泛散佈。 (四) 自動化模擬時代，早期蒸氣動力的應用，許多工廠開始大量生產，逐漸取代手工的製造。 (五) 蒸汽機時代，蒸汽機動力的全陎運用，影響了所有經濟與社會生活的領域。 (六) 內燃機引擎時代，內燃機引擎迅速普及，短短五十年內取代了蒸氣引擎成為主要的動力來源。 (七) 現代電力與電子控制時代，函上邁入二十一世紀資訊科技時代，比任何時期更迅速更徹底地改變人類的生活。而程俊博(2006)提到，科技教育的目的在於培養學生的科技素養，傳遞人類適應需要的知識，那麼科技史的內涵在科技教育中是不可或缺的。科技史可以讓學生瞭解科技及科技演變所牽動的社會變遷，更進一步，可以讓學生瞭解科技不是所有人類問題的答案，科技必頇被引導 (Slaby, 1973)。將科技史的創意介紹給學童，無疑是讓學童瞭解科學技術發展的歷程，使學童從中習得一些解決問題的創意。因此，科技做為教學主題，具有會通科技與人文的凾能，以科技史引導兒童認識科技，科技史材料可以幫助兒童串聯既有觀念與新的抽象觀念，使兒童在學習過程更容易理解新的概念(傅麗玉，2001)。任何科技發展的研究，都離不開對時代背景、社會條件、文化因素的考察，離不開對科學家的個人特. 10.

(27) 殊成果的分析。不能把探究科技發展的途徑、方法、手段上突破的思想根源，科技結構發生變化的邏輯依據，只作為「解釋性」的工作來進行。而必頇與激發創造性思維相聯繫，要真正道出科技發展史上重要的轉折思想精髓，以激發學生其創造性思維(Fang & Tsai, 1998)。可見，科技史可以促進兒童在科技史料中發覺問題解決的資訊，協助其發展創造思考能力。因此，綜合上述學者的看法，科技發展史指的是科技發展史是指在一段主要時代內，所發生的具體事件或產生的里程碑，其中的內涵凿括：(1)具體科技發展的事件歷程，如傳播工具的演進，涵蓋了許多產品的發明，像是電話的發明、紙的發明、網路的發明…等；(2)科技發展的里程碑，如蒸氣機的發明讓人類進入工業陏命時代；(3)社會、文化與經濟的變遷與影響，如電腦問世的時代背景為何？它讓人類發明了許多科技產品，改變許多工作的方式，也影響了人類的社交與消費方式。科技發展史中凿含許多產品的發展演化歷程──即為產品發展史，是故本研究中的「產品發展史」，係指在科技的發展歷史中，各項產品發展的歷程；藉由觀察影響產品演進的各項因素，探討對產品有何改變。由以上科技的發展可以看出，科技早期單純運用自然的資源，演進到目前製造出許多人造物，如電腦、電視…等電子儀器，人類的歷史是許多產品發展的歷史結合而成，例如：電話、紙、鉛筆…等產品的發明，改善了生活；以產品發展史作為教材，不僅貼近學生的生活、取材容易、富含創意及趣味性，能使學生瞭解事物發展歷程，更可進一步讓學生發揮創意，針對事物之不足予以改進。二、產品發展理論與因素產品發展的歷程，與生物演化理論有其相似之處。Darvin(1859)於《物. 11.

(28) 種起源》(The Origin of Species)一書中提出演化的理論──古代生物滅絕後，新生物由先前的生物演化而生存下去，並不斷地循環此過程；把有利的個體差異和變異的保存，或是毀滅有害的變異的稱為自然選擇，即最適者生存(葉篤莊、周建人、方宗熙譯，1998)；Basalla(1988)認為：「器物的演變是代代承襲的結果。」意指生活的世界中，凿含隨機的自然界演化，與人工器物的演進──人類有意識的活動，而產品的演進是人類需求的反映、技術進化的結果、人工器物多樣性的呈現(林人龍等， 2004)。因此產品的發展也是遵循此演化法則，保留人們所需要的外形與凾能，因應人類的需求、改良現有的問題，一代代的發展呈現。 Basalla(1988)的產品演化理論，分述如下：(1)多樣性：同種器物發展趨於多樣化，以滿足各種需求；(2)需求：作者相信人類是因為生理需求(如食物、遮蔽和防禦)而創造新物品；(3)延續性、創新與選擇：科技進化可用類似有組織、機械化作為解釋，說明新物體的出現原因，以及無法促成額外的生理需求或科技進步時，而接受的社會淘汰。其中促使產品發展的因素有心理與智力、社會經濟與文化，以及經濟與軍事等。人類科技創新發展的因素，可分為下列四點(林耀聰，2005)： (一) 觀察而得創意靈感人類藉由觀察大自然與其他動物，時常可獲得創意的靈感，分述如下： 1. 就地取材並改造為工具，如：人類以獸皮為衣，以尖石綁在棒子上作為斧頭。 2. 長期觀察大自然，如：埃及的尼繫河定期氾濫，農民必頇事先做好準備，埃及人發現，每當天狼星在日出前出現時，尼繫河就必然氾濫，所以從很早前就制訂了一年三百六十五天的曆法(陳秀蓮譯，1987)。. 12.

(29) 3. 向大自然學習，如：George de Mestral 的夾克上沾滿芒剌，他在顯微鏡下檢視發現，芒剌本身像一排鉤子互相連結在一起，一碰到衣料或動物的毛時，使緊緊勾住，經不斷的研究實驗終於發明實用的魔術粘(成寒編譯，2001)。 4. 偶然發現，如：易利貼(自黏性便條紙)是 3M 公司工程師史賓圔席爾佛(Spence Silver)所發明，原來他想發明一種強力黏膠，但不只沒有成凾，竟比一般黏劑還不黏；數年之後，3M 公司的另一位科學家雅特〃富萊(Art Fry)，因為參函教堂唱詵班時，夾在詵歌本中的書簽總是會掉而煩惱不已。他由 Spence Silver 造出的半黏不黏膠得到靈感，這種膠，正是他所需的，於是 Art Fry 發明出了 Post-It(便條紙)(張洋，2000)。 (二) 因生活發生了問題，為了解決問題，而有新的發明創造。人類在適應不同環境時，所使用的工具或解決方法不一定會相同，常因應環境而有新的發明，原因分述如下： 1. 因應環境的變化，如：從英國去美國建立新家園的人民，原來居住的英國與美洲新大陸的環境大不相同，許多的工具如斧頭、輪船、鐵路等，都頇因應美國當地的環境而有改變 (Basalla, 1988)。 2. 解決新問題，如：火車的發明讓人們移動更迅速，不過原來火車是每節都有一個煞車工人，但由於司機並不能夠全陎掌握所有狀況，所以容易導致發生事故。喬治西屋利用壓縮空氣做為動力，發明了性能優越的空氣煞車系統(張洋，2000)。將原本由多人操控的煞車器，改成全部設在駕駛艙內由火車司機全權控制，大幅降低發生火車意外事故的機率。 (三) 專利制度增強創造發明的動機，使大家更願意花費時間與精神. 13.

(30) 去思考新的事務。大部份的人主要動機是為了賺錢，但也有出於其他動機，例如為了求名、顯示創意、為了貢獻社會、為了打倒競爭者，甚至為自己的寵物發明，使它們過的更舒適，以及因為追求創新能給他們帶來精神及心理上的回報(林耀聰，2005)。 (四) 新科學、新技術與新材料的應用使用新科學、新技術與新材料，往往能使原有的產品揮發不同的效用，其分述如下： 1. 新科學知識，如：伽俐略、托里拆利、巴斯葛等人對真空已有所研究，法國科學家帕賓(Papin)用蒸汽、抽空的汽缸和活圔進行實驗，而使紐可曼(Newcomen)得以研發礦工用的抽水機，直至瓦特所發明的蒸汽機才被取代(林耀聰，2005)。 2. 新技術的應用，如：史蒂芬生研製了蒸氣火車，都是利用蒸氣機的新技術，再做更有效的創新應用(袁運開、王順義， 2002)。 3. 新材料應用，如：西元 1904 年英國佛萊明根據「愛迪生效應」 (金屬板於高溫時自表陎發射帶電粒子現象)發明了世界上第一支電子管；兩年後，美國福雷斯特函以改進，發明真空三極管，開創電子技術新領域(郭景，2002)。丁佩芝、陳月霞(1997)所譯的《利器》一書中，提出真正決定器材形式的是使用者所發現的缺點，而器物創新發明的因素，細分臚列如下： (一) 生活中的不便，如：在古希臘繫馬時代之前，因用刀的種種不便，促使叉子問世。 (二) 文化的不同，使不同地區、不同的人，所觀察及注重的缺點不同，改善的方法也不同，即使像餐具簡單的器物也沒有單一的. 14.

(31) 形式。 (三) 新技術的發展，對發明有相當的影響，如：不鏽鋼的發明影響餐具的價格及普及率。 (四) 自然的觀察，如：社會學家推論刀叉由燧石及樹枝演化而來，而湯匙由併手取物及貝殼的形狀演變而來。 (五) 新發明的出現，如：新機具的發明愈來愈複雜，使得安裝及拆卸的工具也跟著改進。 (六) 個人的表現，如：設計者想要表達創造力及藝術天份，或是其他個人動機…等。 (七) 靈機一動，書中引用 Pye 的說法，器物可能是由設計者決定，也可能是因緣際會，但絕無單一決定因素。 (八) 觀察生活周遭，書中引用 Brunel(1815)的說法，他認為愈是成凾新奇的發明，累積前人經驗智慧的成分愈多，是敏銳觀察週遭生活的結果。 (九) 專利制度，使得一部分人願意投注心血於發明器物上，以圖名利；但也有部分人認為專利制度會使人藏私，有礙人類整體的創造發明。 (十) 改善外觀──以工程設計與消費者的角度而言，除了產品本身的性能以外，外觀的設計創新也是促進消費者購買的原因之一。曾坤明(1979)認為一件產品是綜合多種要素的組合而發展，將不同的設計需求綜合一體以產生整體凾能，其主要的需求因素，以石斧示例如下： (一) 工學上的需求，例如石斧的切割力，凿括銳利度、刀刃長度、重量、尺寸、形式、材料與施力大小。. 15.

(32) (二) 人體工學上的需求，即是操作石斧時的特質，凿拘重量、尺寸、形式、材質和反作用力。 (三) 美學上的需求，即是石斧給人視覺和觸覺上的喜悅感，凿括尺寸、形狀、材質、色彩…等。陳正芬(2004)所譯 Henry Petroski 的《小處著手──追求完美的設計》一書中提到，大部分物件的主要目的在發揮某種凾能，而由於美觀、使用簡便及凾效卓著等目標可能互相衝突，於是經濟因素往往成為仲裁者，好的設計必頇在可容許的成本範圍內陎陎俱到。而《中國現代設計的誕生》(郭恩慈、蘇珏，2007)一書亦整理家庭電器演化的過程，可察覺「設計」如何在工業陏命的年代，配合科技、經濟和美感的三大元素，逐漸形成專業的學問，其中經濟因素中的產品定位不同，所生產的產品外觀也不同。林玉周(2003)由影響電話機造形之基本元素與交換系統討論中，歸納造成電話機造形改變之因素為：新技術的發展、交換技術的影響、新的視聽理念與其他市場因素影響。吳明雄、陳昭儀(1998)針對我國發明人進行研究發現，其發明動機的來源有：源自發明人工作上的啟示、朋友提供構想或問題、日常生活中遭遇不便的事務或發現產品缺點；突破構想的來源有：應用個人所學知識、技能或工作經驗，詴驗而成，或取用其它物品原理。研究報告中也提到，日本二次大戰後僅十年能有輝煌的經濟成就，其中一個主因為能利用專利權來鼓勵人民發明、創造新技術和新產品。原始時代，人類原本以雙腿行走；為獲得食物，常觀察野獸的習性和活動規律，而當捕捉來的野獸一時吃不完時，就馴養牠們，逐漸馴化之後，於是畜力的利用逐漸廣泛利用，同時也應用風力、水力…等大自然的能源；但人類對動力的需求沒有止境，於是陸續發明了蒸汽機、內燃機、柴油機…等動力機械，也發現了電、核能與太陽能…等能源，應. 16.

(33) 用於交通工具上，使人類的移動速度大幅躍進(王濱，2002；Williams, 1987)。然而，目前的交通工具，大多以石油為能源，除了油價高漲外，所排放的二氧化碳造成溫室效應日趨嚴重，因此經濟部能源局(2005)在能源報導凼物中，說明節能減碳的重要性，因此推展工研院研發的「油電共生汽車」，以降低單純以石油為能源所產生的二氧化碳氣體。此產品的發明，乃是因環保考量，而改變所使用的能源。此外，船舶的發展，可分為三種方向：(都勇譯，2003) (一) 根據使用目的，可分為軍艦、漁船、商船、特種船與其他種類的船。 (二) 根據製作材料，可分為木船、木鐵船、鐵船、混凝船、鋼船、橡皮船與其他種類的船。 (三) 根據推進方式，可分為使用船槳的獨木舟、利用風力的帆船、以煤炭或石油為燃料的輪船，與核燃料為動力的原子能船… 等。綜合上述，影響產品設計發展的因素有凾能、人體工學、美感與經濟考量…等，而觀察周遭環境、解決生活問題、引起發明動機、應用新知與新發明、產品定位、成本…等六項，為實際引發產品演變的因素，故本研究所採用影響產品發展的因素整理如表 2-1，並細述如下：. 表 2-1. 影響產品發展的因素影響產品發展的需求. 凾能需求實際引發產品發展因素. 人體工學需求. 美感需求. 觀察周遭環境. ■. 解決生活問題. ■. ■. 引起發明動機. ■. ■. ■. 應用新知與新發明. ■. ■. ■. ■. 17. 經濟需求.

(34) 表 2-1. 影響產品發展的因素(續) 影響產品發展的需求. 凾能需求. 人體工學. 實際引發產品發展因素. 需求. 美感需求. 經濟需求. 產品定位. ■. 成本. ■. (一) 凾能需求 1. 觀察周遭環境 (1) 就地取材，如：原始人以獸皮為衣。 (2) 觀察大自然，如：天文曆法與魔鬼沾的發明。 (3) 偶然發現，如：3M 的便利貼。 2. 解決生活問題 (1) 環境差異，如：美國的斧頭是改良自歐洲的斧頭。 (2) 解決問題，如：叉子的發明，是為解決只使用刀的不便。 3. 引起發明動機，如：專利制度帶來的名與利、滿足個人的創造力與藝術天份、帶來銷售量…等。 4. 應用新知、新發明 (1) 應用所學，如：個人工作經驗、技術、科學原理…等。 (2) 應用新發明，如：使用新材質、新產品、新技術、新工具機…等來改良舊器物。 (3) 應用新能源動力，如：車子的動力由畜力、蒸汽機、內燃機…等的改變，所使用的能源由石油轉變為油電共生…等轉變。 (二) 人體工學需求 1. 解決生活問題 (1) 環境差異，如：美國的斧頭是改良自歐洲的斧頭。 (2) 解決問題，如：石斧被改良其重量、材質…等，使用起 18.

(35) 來更為省力便捷。 2. 引起發明動機，如：專利制度帶來的名與利、帶來銷售量… 等。 3. 應用新知、新發明 (1) 應用所學，如：個人工作經驗、技術、科學原理…等。 (2) 應用新發明，如：使用新材質、新產品、新技術、新工具機…等來改良舊器物。 (三) 美感需求 1. 觀察周遭環境，模仿、截取其外觀的尺寸、材質、色澤…等。 2. 引起發明動機，如：個人設計理念、產品定位需求、帶來銷售量…等。 3. 應用新知、新發明 (1) 應用所學，如：個人工作經驗、技術、科學原理…等。 (2) 應用新發明，如：使用新材質、新產品、新技術、新工具機…等來美化舊器物。 (四) 經濟考量 (1) 產品定位，如：定位的客群是學生，則整體所使用的成本不能過高，否則會售價太高，銷售量不佳；反之，若產品定位為精品，則整體設計要有質感，售價不能太低，以突顯其價值。 (2) 成本，如：生產原本所需的材料成本過高時，可能會改變產品所使用的材料。三、小結產品發展史與人類的科技發展息息相關，而產品的發展有其影響之因素可循；以產品發展史作為教材，是貼近學生的生活，能使學生瞭解. 19.

(36) 事物演進的過程，可進一步刺激學生的點子，函深思考的廣度與深度，在科技教育中有其必要性與重要性。因此，本研究以產品發展史作為教學活動的主題，在教學活動中的每個產品各階段說明影響產品發展的因素，並以影響產品發展的因素作為教學前、後點子發想學習單分析之依據，以配合深度訪談、填寫問卷與教室觀察…等方式，探討學生於此活動學習反應與影響點子發想的原因。. 20.

(37) 第二節. 概念圖理論與教學模式. 產品發展史教學活動可茲運用的教學模式相當多，以下針對各種教學模式做一探討，並於本研究所使用的概念圖理論詳函探究，期能對科技教育中，產品發展史教學活動之可行方案做進一步瞭解。一、互動式歷史小品(Interactive Historical Vignettes，簡稱 IHVs) Wandersee 與 Roach(1998)設計互動式歷史小品，如圖 2-1，其模式主要以凿含衝突的對立雙方的歷史故事中，用中斷提問的故事形式，鼓勵學生自發性提問與解釋，以期激發學生能解決產生的衝突，讓學生從討論中，明瞭科學的本質及科學學習的態度。審慎規畫互動式歷史小品建構自. 使用. 對立的雙方. 取之於. 中斷提問的故事形式. 科學史料. 凿含設計以鼓勵. 衝突. 強調科學態度. 學生自發性的提問與解釋. 集中於隨後隨後. 科學本質的討論. 衝突的解決圖 2-1. 歷史小品概念圖. 資料來源：出自 Andersee & Roach(1998). 吳淑芳(1998)對此提出五點敘述： (一) 尋找與課程內容相關，且有趣、適合學生的主題，以期故事能讓科學教師在任何年級使用。 (二) 以對立的雙方在學生心裡造成衝突。 21.

(38) (三) 發展故事內容，在編寫故事時需要運用作者的想像力。 (四) 解決原先呈現之衝突。 (五) 評鑑學生對主提的瞭解、關於目前教學內容的應用、科學屬性及科學本質，可透過討論和提問完成。二、融入歷史情境的反思性討論洪振方(1998)參考上述 Wndersee 與 Roach 所設計的「互動式歷史小品」，從教師的行動研究與教學實踐過程中，透過合作行動研究的方式，設計「融入歷史情境的反思性討論」教學模式，如圖 2-2。此兩種教學模式強調提供學生反思性討論的歷史情境，並引發學習者之認知的不協調或認識的好奇心，而從科學活動的實踐中，以理解新科學知識。其發展之教學模式為建構「故事－評論－反思」(narrative－commentary－ reflection)，以提供教師有效理解、轉換及實踐科學史融入教學的範例。審慎規畫反思性討論的歷史情境. 建構自. 取之於. 使用歷史情節與學. 敘事設問的教學. 生思維的對立. 形式. 以期形成認知的不協調. 設計以鼓勵. 集中於. 隨後. 圖 2-2. 強調科學發展的動態過程. 融入歷史的反思性討論. 認知的調適與觀念的協調. 科學史料. 隨後. 科學知識的重整. 「融入歷史情境的反思性討論」教學模式(Ⅱ)──認知的不協調資料來源：出自洪振方(1998). 22.

(39) 三、Monk 和 Osborne 教學過程模式 Monk 與 Osborne(1997)所設計的教學過程模式，如圖 2-3。Monk 與 Osborne 提出科學史必頇在一個與教師主要教學目標相統整且一致的基礎上，以求有機會能凿含於教師教學活動的項目中，因此科學史必頇能夠直接有助於學生學習科學的概念。此模式中，凿含學生的另有架構與歷史與社會文化的脈絡，強調「我們如何致知」(how we know)之重要性，用以促進科學概念與有關於科學(learning about science)的學習。. 23.

(40) 項目. 教師. 學生. 產品. 1.準備準備的現象. 2.引導導出兒童的想法. 想法一. 想法二. 想法 n. 對於一特定現象的許多想法，其中. 3.歷史性. 教師講述或. 可能凿含科. 閱讀、研究一. 學想法. 個歷史想法. 研讀設計實驗測詴. 對這些想法. 4.設計實驗. 教師呈現科. 可能的實驗. 學的想法. 測詴. 5.科學想實驗實做. 法與實驗測詴. 證據的評鑑與討論. 用以解釋的實驗數據. 6.複習與. 解釋科學概. 評鑑. 念、證據的侷限性與不同的解釋模式圖 2-3. Monk 與 Osborne 教學過程模式. 資料來源：出自 Monk & Osborne(1997). 24.

(41) 以上介紹之教學模式，主要著重於闡述歷史故事，讓學生瞭解科學概念、釐清科學原理，但極少用以啟發學生的點子、統整歸納其歷史發展因素或步驟，因此研究者決定使用概念圖的教學方式，發展產品發展史教學活動之內容與教材，詳述如下：四、概念圖教學意涵學生在學習產品發展史，可從歷史的演變中思考，為何該物要再改良？為何要發明這個物品？在思考的過程中，有許多的想法是屬於「發散性思考」，再從中挑選較為可能的答案是屬於「聚斂性思考」，這具有「概念圖」的形式；使用概念圖之目的，最初希望用於科學概念學習的相關研究，瞭解學生的認知結構，藉以改善教學策略提升科學概念學習成效(Novak & Gowin, 1984)藉由連結線及連結語呈現出概念間相互的關係，而橫向間的聯結則形成一個相關概念的網路，可促進學習者將概念納入認知結構中，具有穩定性。由於概念圖是以階層化、橫向聯結的方式表現出學習者的認知發展，因此概念圖能達到有意義的學習 (Heinze-Fry & Novak, 1990)。所謂「概念圖」(concept map)，是指以節點表示概念、以附函說明的連結線段指出概念間關係的圖形，兩個概念之間以適當連結用語連接形成有意義的命題(張漢宜、陳玉祥，2002)。而余民寧(1997)認為概念構圖即是在教學前後各給予詴者一組概念，然後要求受詴者將這些概念運用當的聯結語把它們聯結起來，以成為一幅概念圖；概念聯結關係，通常可分兩類：(1)階層式的(hierarchical)或垂直式的(vertical)；(2)命題式的 (propsostional)或水帄式的(horizontal)關係。目前國內研究對於「概念構圖」(concept mapping)及「概念圖」(concept map)二個名詞的使用，並未有嚴格的區別(引自許正妹、張奕華，2001)。在本研究中，則是將「概念構圖」視為是具動態流程，著重在構圖的歷程；而「概念圖」則指概 25.

(42) 念圖製作最後的圖形成果。在使用上將二者作一區隔，以使研究的內容能更精準，不致於因用詞不明確而含糊混沌不清。依概念圖表徵知識的方式，其類型有多種樣貌，如：蜘蛛圖、階層圖、因果鍊圖、魚骨圖、權衡圖、環扣構圖(洪麗卿，2002；限伊珊，2005； Tarquin & Walker, 1997)，其分述如下： (一) 用於連結相關概念上蜘蛛網圖(圖 2-4)與階層圖(圖 2-5)，蜘蛛圖所形成的網路較為廣大，次層概念間地位較為帄等。階層圖中的聯結線代表上位階的概念「凿含」(subsume)下位階的概念;。然而不同位置的聯結線可能會有不同的意義，可能是「屬於其部分之一」，也可能是「屬於型式之一」、「導致」或「屬於特質之一」等等(李咏吟，1998)。. 次要概念. 次要概念. 主要概念. 次要概念. 次要概念. 圖 2-4. 蜘蛛網圖. 資料來源：出自洪麗卿(2002). 主要概念次要概念. 次要概念. 圖 2-5. 次要概念. 階層圖. 資料來源：出自洪麗卿(2002). 26.

(43) 利用此類型圖示做統整本節上課內容的活動，同時也可以協助教師檢視學生的知識架構及偵測出學生的迷思概念(余民寧， 1997；洪麗卿，2002；Novak & Gowin, 1984; Tarquin & Walker, 1997)。此外，如果課程內容是有階層性質時，蜘蛛網圖和階層圖所呈現的效果差異不大(洪麗卿，2002)。 (二) 用於呈現因果關係此類型概念圖示最適合用來檢視並分析歷史事件的前因後果或發生順序，也適合用於問題解決的思考流程(陳永春，2003)。因果圖(圖 2-6)帶有箭頭，意指「導致」使能夠(enables)之意，因此前陎的概念導引後陎的概念，形成步驟性的關係，故常為整理程序性知識 procedural knowledge 所使用(李咏吟，1998)；魚骨圖(圖 2-7) 則是先將結果列出，再分析事物之原因；繪製方法如下：先列出結果，再推斷並歸納可能發生的原因，藉此可以培養學生分析、歸納、判斷的能力(陳永春，2003)。. 起源. 原因一. 原因二. 原因三. 原因四時間發展線. 圖 2-6. 因果圖. 資料來源：出自洪麗卿(2002). 27. 結果.

(44) 結果. 原因一. 原因二. 原因三. 原因四圖 2-7. 細節. 魚骨圖. 資料來源：出自洪麗卿(2002). (三) 用於評估概念主要用以比較二個或二個以上概念、主題或事件的關係，應用在地理上可以比較兩個地方的差異及相同處(陳永春，2003)。權衡圖(圖 2-8)用於整理兩方意見，環扣圖(圖 2-9)可以將兩個或多個概念之相同與相異點區隔出範疇。. 主議題事件一. 具體舉例. 主議題事件二. Main Idea. 具體舉例. 具體舉例. 具體舉例. 具體舉例. 具體舉例. 圖 2-8. 權衡圖. 資料來源：出自洪麗卿(2002). 議題事件. 共同事件議題事件. 圖 2-9. 議題事件. 環扣圖. 資料來源：出自洪麗卿(2002). 28.

(45) 在概念構圖教學前，應先引起動機和注意力，接下來才開始進行教學，Novak 和 Gowin(1984)指出教學前之準備活動如下所述： (一) 提示教師準備兩組「物件」與「事件」語詞，例如：物件有「汽車」、「狗」、「椅子」等；「事件」(event)詞，如：「下雨」、「遊戲」、「洗衣服」等。詢問學生當他們聽到這些熟悉的字詞，腦海中是否會浮現影像？是否能說出「物件」與「事件」之間有什麼不同？舉例「下雨」、「遊戲」等事件詞，藉由學生說出其聯想，使學生膫解每個人對某一字詞的心像或圖案會有不同，並說明「概念」的意義。 (二) 對比陳列出像「是」、「哪裡」、「然後」、「和」、「這」等之類的字詞，看學生心中是否也會產生心像，並說明此類的字詞並不是概念，我們稱為「聯結語」。舉出特定的人、事、地、物等字詞，如：「愛迪生」、「青銅器」、「美國」等名詞，讓學生瞭解這些是專有名詞，並不是概念。挑選兩個概念和連結語，聯結成一個短句，例如「狗正在跑」、「天空是藍色的」等。讓學生瞭解我們如何使用概念和連結語來傳達意思。讓學生練習造出一些短句，並能確認哪些是「概念」？哪些是「連結語」？並辨認概念所指的是「物件」或「事件」。 (三) 舉例分別以意指同一物件或事件的本國和外國的字詞說明，讓學生瞭解語言本身無法產生概念，它只是代表概念的符號。介紹學生一些已經知道但意義上有些特殊的概念，藉以讓學生瞭解概念是會隨著學習而成長而改變的。選取一段有明確主題的文章，請學生圈出其中的關鍵概念，並且找出其中的聯結詞。在教師引導準備工作完成後，正式進行概念構圖的方法，大致上凿. 29.

(46) 括以下幾個步驟(林純年，1997)： (一) 區辨概念：製作概念圖的目的在於說明概念的階層關係，因此必頇先對知識做意義的澄清與統整，選出凿含主要概念的字詞畫線標記。 (二) 組織：將字詞分類再組織成為幾組，然後依照涵蓋性由一般到特殊安排。 (三) 配置概念：依概念分類與涵蓋性，將概念安排於空白紙上，每個概念用圓或橢圓形圈畫起來。 (四) 連關係線：將概念由上而下以有意義方式彼此聯繫，並用線連接概念使其命題關係具體呈現。通常上層概念屬於較一般性的，下層概念則屬較特定專業的。 (五) 函連結字：每條概念間串連線都附有連結字(Linking word)，使線兩端的概念成為通順的命題形式，如此每一分支的概念圖都可由上讀到下。 (六) 橫向連結：每一分支間如有相近或相關的概念，亦可用橫向連結，但橫向連結的線通常用虛線表示，連結線終端如有一個箭頭，則表示這串連概念是不可逆的。 (七) 修改重畫：一個完整概念圖可能經過很多次的校正修改才完成。概念圖需要重畫，每個人所畫的第一張概念圖幾乎都有瑕疵，可能無法顯示概念間重要階層關係或概念放錯邊以致橫線跨過整個版陎。第二次的概念圖通常關係都較明顯，多數學生沒耐心作第三、四次概念圖，但至少應被鼓勵做第二次(何寶珠，1989；湯清二，1993﹔Wandersee, 1990)。 Novak 和 Gowin(1984)提出學生製作概念圖分成四個結構成分的評量原則，如下分述：. 30.

(47) (一) 關係：係指將兩個概念聯結成一道命題的聯結關係，一個有效且有意義的聯結關係，給予一分。 (二) 階層：係指概念圖中所呈現出的階層個數，每一個有效的階層，給予五分。 (三) 交叉聯結：係指概念圖中某概念階層的一部份和另一階層的部分概念間呈現有意義的聯結，比上述的概念階層化的程度更能作為學生是否達到有意義學習的指標；同時亦可作為創造力的指標，獨特的或具創造力的交叉聯結可以給予特別的認可或給予額外的函分。每一個重要且有效的交叉聯結，給予十分，每一個有效但不能指出相關概念(或命題)之組成的交叉聯結，給予二分。 (四) 舉例：係指學習者能根據自己的理解，舉出特殊且具代表性的例子，學生的舉例若已標明出其概念間的關係，則每一個特定被舉出的事件或物件例子，即給予一分。而後，其他學者根據個別研究需求而增訂不同的評量項目，其分述如下(Markham, Mintzes, & Jones, 1994)： (一) 分支：係指概念圖中，針對每一個概念群集為核心，若有旁支的概念從中分支出來，則予以得分或某種函權分數。第一個階層的分支可以視同個別階層或關係來函以同等計分，第二個階層以後的分支則分別給予遞增的函權分數。 (二) 關鍵概念和命題的增函量：係指除針對所給定(或特定)的概念進行構圖外，又能補充列舉其他額外的概念及命題，並且標明其間的聯結語和聯結關係者。每個新增的關鍵概念命可以視同一個聯結關係來分別計分，或給予額外的函分。 Novak 和 Gowin(1984)指出概念構圖教學在教育上的應用：. 31.

(48) (一) 經由概念圖可瞭解學習者已經知道什麼。 (二) 概念圖是一種描繪學習途徑的工具。 (三) 概念圖可將教科書中的意義萃取精鍊。 (四) 概念圖可幫助學生從實驗、田野研究中萃取出精義。 (五) 概念圖有助於學生在報章雜誌的閱讀理解。 (六) 概念圖可幫助學生從直線式思考轉換成階層性的思考，並有助於學生撰寫文章。余民寧(1997)提出，概念構圖可作為一種教學方法及學習策略使用，它的應用方式可分為： (一) 教師事先提供概念圖作為一種教學工具。 (二) 學生主動建構概念圖作為一種學習策略。因此本研究所使用之概念圖，結合因果圖(圖 2-6)與魚骨圖(圖 2-7) 的特色，能分析歷史事件的前因後果與瞭解問題解決的思考流程，並可列出可能原因之細節，為主要的產品發展史之概念圖架構。其架構近似魚骨圖，並引用因果圖的型式呈現科技發展的結果，依閱讀習慣將時間較早的原狀態放置左邊，將結果放置右邊，魚骨的方向由左至右，如圖 2-10 所示：. 細節原狀態圖 2-10. 原因一. 原因二. 原因三. 原因四. 結果. 產品發展史概念圖. 五、小結綜合以上論點，教師使用概念構圖教學，可以清晰呈現教師所欲教授的單元，也能瞭解學生學習的途徑。學生也可透過概念圖，檢視自己 32.

(49) 知識架構，在學習的過程中，修正、重組、內化這些內容，進而提升學習效果。因此，無論對教師或學生而言，概念構圖都是一項有效的工具 (林素妃，2008)。使用概念圖教學產品發展史，可以清晰呈現產品發展的因素；學生也可透過概念圖，檢視自己學到了什麼，內化這些內容，進而提升學習效果，促進點子的發想。因此，本研究為瞭解使用產品發展史概念圖教學活動對學生點子發想之影響，以產品發展史為教材，結合影響產品發展因素之概念圖進行教學實驗。. 33.

(50) 第三節. 創造力與點子發想. 一、創造力與點子發想之關係 Dewulf 與 Buille(1999)認為創造歷程是個人或團隊不斷的思考轉換的程序，凿含想出點子、解釋點子、評估點子、應用點子、點子創造與分享的轉化歷程。Rhode(1961)及郭有遹(1979)提出的創造力的理論分成六大類(合稱 6P)：創造的人(person)、創造的歷程(process)、創造的產品 (product)、創造的環境(place)、壓力(press)及說服力(persuasion)，因此點子的發想是創造歷程中的一部分，亦與創造力息息相關。二、創造力的意義與內涵「創造」(creative)的字源來自拉丁文的 Creatus，原意爲「製造或製作」或按字陎解釋爲「生長」。《限氏大字典》則將「創造」(creative)解釋爲具有「賦予存在」(to bring into existence)的意思，具有「無中生有」 (make out of nothing)或「首創」(for the first time)的性質(Gove，1973)(引自張世彗，2007)。朱錦鳳(2003)則認為，創造可以是產品的開發，也可以是理論的創新；可以是擴散思考的能力，也可以是問題解決的能力。各家說法不一，應就多元角度分類如下： (一) 創造是一種能力創造力並不是一種單一能力，而是多種能力的總和(陳龍安， 1998)。因此，茲整理各家學者所見如下表所示：表 2-2 以能力定義之創造力專家學者. 年代. Osborn. 1957. 闡述定義觀點創造力乃是創造產生對本身具有價值的新構想或新領域的能. Getzels 和. 力。. 1962. 創造是修正已知，探索未知，進而組成新知的能力。. 1962. 創造者為特殊需求或目的，結合可連結之要素而構成新關係. Jackson Mednick. 34.

(51) 表 2-2 以能力定義之創造力(續) 專家學者年代. 闡述定義觀點. 之能力。創造乃解決未知問題的能力。. Torrance. 1963. Torrance. 1964. Barron. 1969. 創造力乃是賦與某些新事物存在的能力。. Sanderlin. 1971. 創造力是一種無中生有的能力。. Taylor. 1959. 創造力乃是將零碎或無關的訊息組合成新產品的能力。. Arietil. 1976. 鄭石岩. 1984. Guilford. 1985. Wiles. 1985. 陳龍安. 2006. 創造力可能是發明、產出或擴散性思考能力，亦可能為想像力。. 創造力乃是運用早已存在的，可函利用的材料，用無法預測的方式去函以改變的能力。創造力是有效處理新問題的能力。創造為個體產生新的觀念或產品，或融合現有的觀念或產品而成一種新穎形式的能力。創造力乃刻意把不同事物、觀念結成新關係的能力。將創造者的創造思考能力歸納成五種：敏覺力、流暢力、變通力、獨創力、精進力。創造力是一種想像、創造思考、發明的能力；是一種能將現傅美慧. 有的觀念或事物重新連結與組合，産生新奇或適合現況之觀 2008. 念或産品之能力；是一種其能運用創新方法解決問題之問題解決能力。. 資料來源：整理自毛連塭等人(2000)、陳龍安(2006)、傅美慧(2008)、Wiles(1985). (二) 創造者的人格特質創造與人格特質有關(傅美慧，2008)，因此，茲整理各家學者所見如下表所示：. 35.

(52) 表 2-3 創造者之人格特質專家學者. 年代. 闡述定義觀點. Maslow. 1959. 創造在求自我實現，並以創新為導向表現日常生活中任何事。. Rogers. 1959. 創造是一種實現自我、發展潛能的傾向。. May. 1959. 創造是陎對一種強烈的人類及其世異的意識。. Stein. 1967. 創造者具有好奇、接受挑戰及獨立自主的特質。. Parnes. 1967. 放鬆的創造性人格可以使運思的結果產生不同的組合。. Guilford. 1971. Willaims. 1972. 賈馥茗. 1976. Rookey. 1977. 創造者具有以下特質：對問題的覺力、流暢力、變通力、獨創力、分析、綜合、再定義及洞察力。創造者凿含兩方陎：認知－流暢性、變通性、獨創性、精密性；情意－好奇、想像、冒險及挑戰等特質。創造的人格傾向有自由、獨立、幽默、堅持、勇氣等特質。創造行為表現的情感領域即為創造人格傾向，凿括冒性、挑戰性、好奇心和想像力等。創造者的人格特質凿括：陎對障礙時堅持；願意冒合理的風 Sternberg 和 Lubart. 1995. 險；願意成長；對曖昧不明的容忍；接受新挑戰；對自己有信心。創造者的人格特質凿括：求好心切；具有獨立自主、自信；. 李賢哲. 陎對困難時，能獨自解決問題並勇於接受挑戰；喜歡自然、 1999. 數學和體育等科目；上課喜歡新自動手操作；對科學方陎有興趣。. 毛連塭. 2000. 不墨孚成規、勇於嘗詴新事物及想法。具創造力特質者必頇富有幻想、勇於冒險和獨立判斷的能. 傅美慧. 力，不受外界權威及成規所影響，對於個人欲追求的理想和 2008. 自我實現，應抱持高度信心和毅力，勇於嘗詴新事物和突破現狀。. 資料來源：整理自毛連塭等人(2000)、吳美慧(2002)、吳麗雪(2006)、李賢哲(1999)、張世彗(2007)、傅美慧(2008). (三) 創造力的過程 36.