網路化TRIZ教學對國中學生問題解決表現影響之研究
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(3) 謝. 誌. 當碩士生的日子，終於在 2012 年的八月畫下句點。感謝張山玉老 師，人如其名，老師就像玉山捍衛著台灣般捍衛著我們。甚至在提計畫 及口試前，任何時刻只要打開研究室的門，就能看到老師辦公室那道可 以領導我們朝向正確航道前進的光。老師從大學以來認真又適時的指導 我的課業及研究，令我獲益匪淺。感謝口試委員蔡東鐘及游光昭老師百 忙之中撥空參加口試，並對於本論文給予精闢的指教，使論文更加完備， 讓我得以順利拿到碩士的學位。 寫論文的路雖辛勤且偶爾參雜點苦悶，但因為有了朋友的陪伴及支 持，這條路也充滿了歡笑。感謝各位學長姐及同學對於論文上以及其他 各方面總是毫不藏私傾囊相授。在實驗上提供了很大協助的 Oma、李小 胖、思貽。總是替我千奇百怪問題做解答的籃惇姊。和我一起走過碩士 階段，在各方面給我極大協助的山山家族還有科教組的老師及好同學們。 當然還要感謝在協助研究之餘還一起品嘗美食、旅遊放鬆心情、充充電 的死黨們：同校快十年的晴情。從大學就默契十足的好姊妹虹均、好同 學坤德、峰哥、ㄅㄆ。身在異鄉也不忘關心我的郁棋及怡珊。一起逛街 玩耍歡笑的親愛的…等。真的很感謝可以遇到熱心的大家，有你們陪伴 的我真的很幸運！ 感謝老爸、老媽在生活上給我的支持，讓我可以無後顧之憂的完成 我碩士的學業，也感謝老姊在準備考試之餘還能分擔我的苦悶，撫慰我 偶爾受創的心靈。 最後，科學的文章怎麼能缺少參考文獻的引用呢，就以謝天裡的名 言作本篇的結尾： ＂因為需要感謝的人太多了，就感谢天吧＂。 i .
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(5) 網路化TRIZ教學對國中學生問題解決表現影響之研究 研究生：施 乃 瑜 指導教授：張玉山. 中文摘要 本研究旨在探討網路化教學對國中學生問題解決表現之影響。利用 探討網路化TRIZ教學之相關理論，依此設計教學活動並實施教學實驗， 以準實驗研究法探討不同的教學方法對國中學生問題解決表現的效果， 作為日後生活科技教學與未來研究之參考。 本研究的研究對象為台北市某國中80位一年級學生，透過教學活動， 以學習單的方式紀錄學生之問題解決歷程，並分析學生在問題解決各歷 程及結果之表現。回收後資料，以描述性統計及共變數分析探討其間的 顯著性。主要研究結果包括：. 1. 網路化TRIZ設計教學對問題解決各歷程皆有正面之顯著影響，其中 又以「構思擬定解決方案及策略」的正面效果最為明顯。 2. 網路化TRIZ設計教學對問題解決各結果皆有正面之顯著影響。 最後，本研究根據研究發現，提出建議事項，供相關單位人員在教 學應用及學術研究之參考。. 關鍵字：網路教學、TRIZ、問題解決。. iii .
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(7) A Study of Effects of Web-based TRIZ Teachingon Junior High School Students’Problem Solving Performance Author: Nai-Yu, Shih Advisor: Yu-Shan, Chang. Abstract TRIZ was a Russian acronym for “Theory of Inventive ProblemSolving.”This study examined the effects of a web-based TRIZ teaching activity designed to improve the problem solving performanceof junior students. A teaching activity of web-based and TRIZ was developed for this study. Aquasi-experimental design was adapted to teaching experiment in a juniorhigh school in Taipei county. There were 160junior high school studentsparticipated in this study. Participants in the study were asked to fill outworksheets and create a solar jeep. To achieve the purpose, ANOVA were adopted to analyze the data that evaluating both of the worksheets and the products. The major results of the study were as follow: 1. There were statistically significant differences on participantstudents’problem solving process,especially to develop ideasof solutions and strategies. 2. There were statistically significant differences on participantstudent’s problem solving results. Finally, some suggestions were proposed for teachers, relative educational institutions, and further study. Keywords：Web-based, TRIZ, Problem solving. v .
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(9) 目錄 謝. 誌..................................................... i. 中文摘要....................................................iii 英文摘要.................................................... v 目. 錄................................................... vii. 表. 次.................................................... ix. 圖. 次.................................................... xi. 第一章緒論.................................................. 1 第一節研究背景與動機 .................................... 1 第二節研究目的與待答問題 ................................ 5 第三節研究範圍與限制 .................................... 6 第四節重要名詞解釋 ...................................... 7 第二章文獻探討.............................................. 9 第一節 TRIZ 創意發明方法 ................................. 9 第二節問題解決 ......................................... 14 第三節網路學習 ......................................... 24 第三章研究設計與實施 ....................................... 33 第一節研究架構 ......................................... 33 第二節研究對象 ......................................... 34 第三節研究方法與步驟 ................................... 35 第四節實驗設計 ......................................... 37 第五節研究工具 ......................................... 38 第六節資料處理與分析 ................................... 44 第四章分析與討論........................................... 45 第一節 網路化 TRIZ 教學對問題解決歷程的影響 ............. 45 vii .
(10) 第二節網路化 TRIZ 教學對問題解決結果的影響 .............. 49 第三節 綜合討論 ........................................ 52 第五章結論與建議 .......................................... 59 第一節 結論 ............................................ 59 第二節建議 ............................................. 60 . 參考文獻 .................................................. 63 一、. 中文部分 ....................................... 63. 二、. 外文部分 ....................................... 69. 附錄 ...................................................... 77 附錄一. 問題解決能力的評分指標 ......................... 78. 附錄二. 教學活動流程 ................................... 79. 附錄三. 教學活動內容 ................................... 81. 附錄四. 本研究問題解決評分規範 ......................... 81. 附錄五. 問題解決結果評分表 ............................. 83. 附錄六. TRIZ-39 矛盾參數 ............................... 84. 附錄七. TRIZ-40 個解題原則 ............................. 85. 附錄八. 網路化 TRIZ 教學網站操作畫面 .................... 87. 附錄九實驗組學習單 ..................................... 88 附錄十控制組學習單 ..................................... 95 附錄十一新編問題解決測驗同意書 ........................ 100 附錄十二學生學習單 .................................... 101 . viii .
(11) 表次 表 2-1. 39 矩陣式意圖 ....................................... 14. 表 2-2 問題解決的意義 ..................................... 16 表 2-3 問題解決歷程 ....................................... 19 表 2-4 問題解決能力的評分指標 ............................. 20 表 2-5 問題解決能力評分規範 ............................... 21 表 2-6 問題解決紀錄表評分標準 ............................. 22 表 2-7 解決問題的評分指標表 ............................... 11 表 3-1 研究對象男女比例表 ................................. 34 表 3-2 本研究的實驗設計 ................................... 37 表 3-3 問題解決歷程預試評分者一致性........................ 40 表 3-4 問題解決各歷程與整體之內部一致性.................... 40 表 3-5 問題解決結果預試評分者一致性........................ 42 表 3-6 問題解決結果各項目與整體之內部一致性................ 42 表 4-1 兩組學生在問題解決各歷程及整體的平均數與標準差 ...... 45 表 4-2 問題解決歷程變異數同質性檢定摘要表.................. 37 表 4-3 問題解決歷程共變數分析結果之摘要表.................. 48 表 4-4 兩組學生在問題解決各結果及整體的平均數與標準差 ...... 50 表 4-5 問題解決結果變異數同質性檢定摘要表.................. 52 表 4-6 問題解決結果共變數分析結果之摘要表.................. 52 表 3-2 本研究的實驗設計 ................................... 37 表 3-2 本研究的實驗設計 ................................... 37 . . ix .
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(13) 圖次 圖 2-1 數位學習課程設計工作流程圖.......................... 28 圖 3-1 研究架構圖 ......................................... 33 圖 3-3 網頁架構圖 ......................................... 39. i .
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(15) 第一章 緒論 本章內容共分四節，第一節是研究背景與動機，第二節為研究目的 與待答問題，第三節為研究範圍與限制，第四節則是重要名詞釋義。. 第一節 研究背景與動機 一、問題解決能力日漸重要 在現今自由開放的學習風氣之下，學生的學習方式已從傳統的被動 式接受轉變為主動的知識建構者，特別是在自然與生活科技學習領域課 程中，學生具備主動探究、獨立思考，進而自行解決問題的能力是很重 要的。教育部（2003）頒佈的「國民中小學九年一貫課程」之「自然與 生活科技學習領域課程綱要」中「思考智能」項內包括了「問題解決的 能力」；十大基本能力中也包含了「獨立思考與解決問題」之能力。 在現今全球化、瞬息萬變及高科技的社會環境中，問題可說是我們 人生中絕不缺席的重要角色。未來國民最重要的基本能力將不再只是知 識累積的多寡及處理複雜計算的能力；而是必須進一步學會如何將所獲 得的知識及資訊以科學的方法加以統整運用，並靈活化地應用於日常生 活中的問題解決（洪文東，2006）。即可說「問題解決能力」已成為生 存在社會中的基本能力。另眾觀國內外對於問題解決相關研究之歷史及 研究，亦可見其在各領域皆有其重要性。 二、TRIZ 方法對創新發明有成效 英國的財經部指出，創意是新點子的激發，不管是新的發明或新的 應用方式；創新是對新點子加以開發（exploitation） ，將新點子化為新產 品、新服務、或是新的企業運作模式；而有創意的點子需要予以具體化、 務實化，才能產生實際的效用（the United Kingdom's economics and.
(16) finance ministry, 2005） 。因此，有效的設計教學應該能鼓勵學生思考、激 發學生創意，並將創新的點子加以具體呈現。 TRIZ 為俄文 Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch 之縮寫，英 文譯為 Theory of Inventive Problem Solving（TIPS），其意義為「創新發 明問題解決理論」 ，由 Altshuller（1999）從四十萬件專利發明經驗所發 展出來的創意方法（劉志成、陳家豪，2003） 。Altshuller（1999）認為 創新發明應可如科學學科（數學、物理、化學…等）般，能夠建立一套 讓人可遵循之客觀模式，以解決創新發明上遭遇之問題。Altshuller（1999） 亦指出，雖然 TRIZ 比較偏向工程領域的創新方法，但他強調 TRIZ 不僅 只於工程領域，日常生活仍有許多常例可說明其適用性。Zlotin 等人 （2000）在應用 TRIZ 至非技術領域方面研究也指出，TRIZ 所發展的系 統觀念、理想性法則、矛盾理論，都可以完全地應用，一些分析性的工 具也可以直接使用，即使有些工具是由技術領域所發展出來的，但是其 背後的抽象化、一般性原則化的思維與理論，都可以提供非技術領域有 用的參考資料。TRIZ 是一種方法，它能成功地用於解決產品開發過程中 所產生的問題（Akay, Demiray,&Kurt,2008），也是最有系統、強大且可 實踐的創新理論與方法（王伯魯，2009）。 前蘇聯將創造力理論紮實地應用於教育體系底下，加上應用 TRIZ 理論進行實質性的發明創造，並在小學階段即逐步紮根，所呈現的成果 為數量龐大的專利，以及高科技武器系統等方面展現（原來，2002）。 AItshuller（1994）也指出，發明理論可以指導任何年齡的學生，就像運 動一樣，越早學越好。因此，若能透過 TRIZ 的創意方法，建立一套系 統化的創意設計教學，應能提高創意教學的有效性，使學生在解決問題 與發明的過程中激發出更多的創意與創造力。. 2 .
(17) 三、網路學習環境重要 網路學習的發展已有十年（始自 1996 年）之久，網路學習即時、 隨時、隨地、個人化設計是吸引學習者的魅力所在，還具有學伴獨立、 學習者主導、主動學習等特色（葉乃靜，2008）。此外，網路學習尚包 含：多媒體影像資源豐富；學習者較積極參與，比只是閱讀文本來得受 歡迎；學習動機來自對學習的投入和獲得問題的答案；立即回應較受喜 愛；成就導向，希望有具體的學習成果；合作學習和社會互動的效果； 多工現象（例如同時聽音樂、參與課程聊天室）、上網查資料等典型特 色（Sandars, 2006） 。利用數位學習系統幫助教育活動，以增加其績效， 在近幾年學術界或實務界已成為主流趨勢（Pituch,&Lee,2006） 。 經由網路提供學習情境與資源主動學習、建構知識；並在教師隨時 提供學習指導下，可經歷更多、更廣、更正確、更豐富、更具探究性的 學習歷程（林平勺，2002） 。潘文福（2001）發現約有九成學生喜歡網 路探索學習。學生在使用數位學習系統後的成果表現比未使用的學生還 好（Ngai, Poon,&Chan, 2007）。參與網路教學之兒童，在自然科的學習 成就上較一般兒童好。數位學習系統在學生學習的過程中有很大的幫助 （Selim, 2007; Zhao, 2007） 。尤其，台灣網際網路設施的普及率相當高， 傳輸速度也相當快，每一所中小學都配有電腦教室，教師使用網路教學 的比例也日益提高。因此，在這些有利因素的前提下，網路學習環境的 應用，越來越顯得重要。如何設計網路教材，規劃學習活動，便成為一 個重要的課題。 有鑑於此，本研究試圖透過 TRIZ 方法組織成為教材，再經由網路 的學習環境進行教學，配合自然與生活科技領域中「能源與動力」部分， 規劃一個適合國中生使用的「網路 TRIZ 設計教學課程」 ，希望在教學上. 3 .
(18) 的成效，除了認知、技能、情意方面有更好的教學效果，也希望能進一 步開發學生在生活科技相關技術的創新潛能，促進學生的學習。. . 4 .
(19) 第二節 研究目的與待答問題 一、研究目的 基於前述的研究背景與動機，本研究旨在探討網路化 TRIZ 教學對 國中學生問題解決結果影響之研究，並根據研究結果提出建議，做為教 師日後發展學生問題解決能力之參考。因此，本研究的研究目的包括以 下項： (一)探討網路化 TRIZ 教學對國中學生問題解決歷程的影響。 (二)探討網路化 TRIZ 教學對國中學生問題解決結果的影響。 二、待答問題 根據上述的研究目的，本研究主要探討的問題如下： (一)網路化TRIZ教學對國中學生問題解決歷程中之「產生困惑並察 覺問題」是否產生影響？ (二)網路化TRIZ教學對國中學生問題解決歷程中之「理解問題並找 出關鍵」是否產生影響？ (三)網路化TRIZ教學對國中學生問題解決歷程中之「構思擬定解決 方案及策略」是否產生影響？ (四)網路化TRIZ教學對國中學生問題解決歷程中之「選擇解決方案 及策略」是否產生影響？ (五)網路化TRIZ教學對國中學生問題解決歷程中之「執行解決方案 及策略」是否產生影響？ (六)網路化TRIZ教學對國中學生問題解決歷程整體是否產生影 響？ (七)網路化TRIZ教學對國中學生問題解決結果是否產生影響？ . 5 .
(20) 第三節 研究範圍與限制 一、研究範圍 TRIZ 的主要方法與工具共可分為四種：1. 39 矛盾矩陣與 40 創新解 題原則。2. 物質、場分析與 76 項標準解決方法。3. 科學與技術成果數 據庫。4. ARIZ。而本研究所探討之 TRIZ 法，僅將範圍限制於「39 矛盾 矩陣與 40 創新解題原則」，其他部分則不納入本次研究範圍內。 二、研究限制 由於本研究以實驗研究法來評估「網路 TRIZ 教學」的成效，主要 針對某個特定範圍做探討，包括教學對象、教學內容、問題解決歷程及 結果等，因此在推論研究結果時可能有其限制，分別說明如下。 (一)教學對象 1. 本研究之實驗教學對象以七年級（國中一年級）學生為主， 對於其他年級學生與非該學校的學生並未探討。 2. 為方便研究進行，學校與教師的配合度成為主要考量，因此 本研究將以台北市為選取區域。 3. 本研究之實驗教學對象之個別差異並未列入研究考量。 (二)教學內容：本研究實驗教學內容為國中自然與生活科技領域－ 能源與動力科技單元，對於其他科技領域或科目並未探討。 (三)研究內容: 本研究問題解決表現只針對問題解決歷程及結果做探討。 1. 問題解決歷程：本研究只針對課程中學生製作太陽能越野車 過程中之問題解決歷程做探討，對於其他歷程，例如：檢討 結果、推廣應用等並未探討。 2. 問題解決結果：本研究只針對學生太陽能越野車成品測試成 績為問題解決結果依據，對於其他並未探討。 6 .
(21) 第四節 重要名詞解釋 一、TRIZ TRIZ 其意義為「創新發明問題解決理論」，關於 TRIZ 設計方法種 類眾多，本研究僅將 Altshuller 所撰寫之原文加以翻譯及解釋，取其中 「39 矛盾矩陣與 40 創新解題原則」形成一個教學活動，提供學生學習。 二、問題解決歷程 問題解決歷程為研究者依文獻重新編訂，包括「產生困惑並察覺問 題理解問題並找出關鍵構思擬定解決方案及策略選擇解決方案及 策略執行解決方案及策略」之歷程。本研究中，問題解決歷程指學生 從思考到製作太陽能越野車之過程，研究者將以問題解決歷程規範評定 學習單，分數越高表示問題解決層次越高。 三、問題解決結果 問題解決結果為教師評量學生之太陽能越野車所得總分，分數越高 表示問題解決結果越好。 四、網路化教學 Badrul（1997）界定網路教學為，利用全球資訊網（World Wide Web） 的屬性與資源，以創造一個有意義的學習環境。潘文福（2001）指出， 網路教學是利用網際網路及全球資訊網的特性及資源，結合學習理論及 教學策略，在網路上進行的教學活動。綜合以上所述網路化教學，即利 用網路的特性與資源結合學習理論及教學策略使教師更有效的達成教 學目標的教學工具。 因課程內容規劃及研究分析所需之資料、教學工具，本研究之網路 化教學為一以 TRIZ 教學網站為主，教師及學習單為輔之混成式學習。. 7 .
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(23) 第二章 文獻探討 為了瞭解「網路化 TRIZ 教學」影響學生問題解決表現相關的理論 與研究結果，本章分別就 TRIZ 創意發明方法、問題解決及網路學習相 關文獻資料進行蒐集及分析，希望藉此一文獻探討分析之結果可做為本 研究在進行「網路化 TRIZ 教學」對國中學生問題解決表現影響的支持 和依據。本章共分三節：第一節問題解決、第二節 TRIZ、第三節網路化 教學。. 第一節 TRIZ 創意發明方法 一、TRIZ 的源起及意涵 TRIZ 為俄文 Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch 之縮寫，英 文譯為 Theory of Inventive Problem Solving（TIPS），其意義為「創新發 明問題解決理論」 ，是在二次大戰結束後，由當時任職於前蘇聯海軍專 利局的年輕審查官 Genrish Squlovich Altshuller（1926~ 1998）與他的團 隊，依據對各專利文件的分析，所發展而成的一套方法（Altshuller, 1999） 。 他從 1946 年開始研究並且從事發明，在閱讀了大量專利後發現，在這 些獨立的專利中，有些解決問題的通用模式存在，進而認為：「存在一 些萬用發明原則，可作為發明創新高級新技術的基礎，假使這些發明原 則，能加以確認與整理，並用來教導從事發明者，則其發明過程更可預 期」 。 Altshuller 與他的 TRIZ 團隊在 50 年的研究中，針對 TRIZ 提出很多 發明創新之問題分析工具與解題工具，一般泛稱為 TRIZ 技法。例如： 39 矛盾衝突（Contradictions）矩陣與 40 創新解題原則（Principles） 、76 標準解決方法（Standard Solutions） 、物質—場分析（Substance-field） 、8 種演化類型（Evolution of TechnologicalSystems）、技術效應等 （Technological Effects）（Fresner, Jantschgi, Birkel, Bärnthaler, & Krenn, 9 .
(24) 2010; Li,& Huang, 2009; Pin, Haron,Sarmady, Talib, & Khader, 2011; Verhaegen, D’hondt, Vertommen, Dewulf, & Duflou, 2009; Zhang,& Shang,2010） 。近年來全球各國學者也不斷嘗試增强其理論架構並延伸其 應用範圍。 隨著全球化世代到來及生活的訊息萬變，各產業在技術與服務的競 爭上是日益嚴峻。因此，「創新」可說是產業及公司競核心爭力最直接 的來源。由於 TRIZ 理論於各種不同的產業有著廣泛的應用潛力，能有 效的為國家、產業或企業迅速提升創新能力。目前 TRIZ 技法已漸在國 際間受重視，紛紛為工業界採用，例如：Motorola, Siemens, Phillips、美 國克萊斯勒公司、福特公司、通用公司、全錄公司等，也受學術界所引 用，並發展相關軟體例如：IWB 及 TechOptimizer 等，協助工程師應用 TRIZ 開發產品（曾念民，2004；鄭稱德，2002 ; Altshuller, 1999; Souchkov, 2007）。 二、TRIZ 設計工具 TRIZ 的主要方法與工具共可分為四種：39 矛盾矩陣與 40 創新解題 原則；物質、場分析與 76 項標準解決方法；科學與技術成果數據庫； ARIZ（Li,&Huang,2009; Pin et al., 2011; Verhaegen et al., 2009; Zhang,& Shang,2010） 。本研究將取其中「39 矛盾矩陣與 40 創新解題原則」形成 一個教學單元活動。以下分別對這其做說明。 39 矛盾矩陣與 40 創新解題原則的基本意義是，創新設計問題包含 至少一個以上的矛盾問題，當其中一個參數被改進，另一個參數可能就 惡化，例如：當一個產品功能變多時，重量就會增加。TRIZ 法追求的是 如何消除矛盾、衝突。Altshuller 針對最具創意的 40,000 專利中，歸納 出 39 個會形成技術矛盾的參數（詳見附錄六），並將這 39 個矛盾特徵 列成一個矛盾矩陣矛盾；矩陣的表現方式為行設定為「欲改善的工程參 數（Improving Engineering Parameters）」，列設定為「欲避免惡化的工 10 .
(25) 程參數（Worsening Engineering Parameters）」，行列構成一個 39×39 的 矩陣表。為了解決這些矛盾，他整理出 40 個創新解題原則（詳見附錄 七） ；分別針對每個矛盾、衝突給予建議、原則。使用者只需將欲改善 的工程參數與欲避免惡化的工程參數取交集，可得到一組數字，如下表 2-7 所示，該數字對應到之創新解題原則即可幫助使用者解決問題。 （Fresner et al., 2010;Li,&Huang,2009; Pin etal., 2011; Verhaegen et al., 2009;Zhang,& Shang,2010） 。故使用者只需將欲解決之問題作分析，並找 出其相對應之工程參數，使用矛盾矩陣即可快速找出解題方法，其方便 性及快速性為研究者選用其作為課程中 TRIZ 工具之主要原因。 表 2-1 惡化參數 改善參數. 39 矩陣式意圖 1. …. 1. …. 2. …. :. …. 39. 35,26 24,37. …. 38. 39. 26,35. 35,3. 18,19. 24,37. 2.26. 1,28. 35. 15,35. 5,12 35,26. 三、TRIZ 的解題步驟 因為 TRIZ 方法能有效的解決工程問題中之矛盾及衝突，並讓不同 利益需求之間達成平衡及妥協，TRIZ 方法很快的普及於全球學術界及工 業界（Fresner et al., 2010;Li,&Huang,2009; Pin et al., 2011; Verhaegen et al., 2009;Zhang,& Shang,2010） 。其主要程序如下： 第一步驟：有用功能益處之說明。此步驟之目的在於對該功能之的 認可，同時並說明此功能存在的意義。在此步驟中首重的是在設計過程. 11 .
(26) 給予心態上的重新規劃，也就是說每個功能皆是一個重新的開始，而不 應被任何無關的假象所局限住。 第二步驟：理想化之追求。我們知道在 TRIZ 中是把任何發明視為 不同理想化程度的表現，故此步驟之主目是在提高在未來的創新過程中 接近完美的程度。同時，我們也將進化模式的理念給帶入，為的是儘可 能求得最理想的設計。 第三步驟：問題之定義。問題之定義主要是作為輔助設計者來找出 較具可行性的考量，因此應特別重視有用功能及不理想狀況的分析。由 於在 TRIZ 的世界裡是沒有所謂的對與錯，因此針對已存在的設計，僅 能找出較好與較差的設計表現，同時藉此也可直接列出所有矛盾衝突的 描述。 第四步驟：設計參數的列出。藉由第三步驟中矛盾衝突的列出，因 此可配合著 39 個設計參數在各自定義上的敘述，藉此來找出所有希望 不變壞之參數及希望改善之參數。 第五步驟：矛盾矩陣的成立。當我們已確實掌握住所有的設計參數 後，就可將希望不變壞參數以列的排列，並以希望改善參數以行的排列， 來找出我們所需的設計原理。 第六步驟：設計原理的取決。一般而言，我們會找到相當多的設計 原理，就在同時可根據矛盾矩陣的定義，來作眾多設計原理的統計並利 用其出現次數的多寡來決定適用的可能性。但此統計的作法並不是唯一 找出適用原理的方法，在該過程中，有時得仰賴創造力的表現以及所有 在 TRIZ 中之觀念與工具來輔助找尋。 第七步驟：創新設計的實現。最後一個步驟就是將所有被找到並被 視為可行的設計原理再次的作整理，一般而言，是從最被認為可行的設 計原理著手，然後依次地將所有設計原理一一實現。 12 .
(27) 上述七步驟，與前一節探討之問題解決歷程做對照，可看出其有些 許的共通點。本研究嘗試將眾學者對於問題解決歷程之界定，再搭配上 述七步驟對問題解決歷程重新做定義，使其能更適用於本研究。而實驗 組織教學流程也將以此七步驟為架構來進行。 四、近年來相關研究概況 國內近年來有關 TRIZ 設計相關研究，主要集中在專門設計任務的 個案上面，例如應用在汽車內裝產品設計、柔性齒條、傳熱壁、液晶螢 幕、手工具、半導體、綠色設計、動力手工具、塗佈設備等產品設計開 發上面（高天志，2005；陳盈全，2006；廖文進，2005；鄭勝隆，2004） 。 另一個研究取向是將 TRIZ 將其他設計理論加以結合，發展出新的設計 方法，例如和 CMP 問題與決策系統、綠色創新設計、FMEA、可拓法等 結合起來（余亮，2004；吳振民，2006；張祥唐，2003；劉志成，2002） 。 從上述可以發現，TRIZ 在科技設計領域中受到越來越多的重視。 在 TRIZ 發源地前蘇聯，以 TRIZ 為核心的創新方法學的教育非常普 及，TRIZ 是理工科本科生和研究生的必修課。目前美國、韓國、日本和 北歐及西歐一些國家，不僅在高校開設 TRIZ 相關課程，還面向不同年 齡青少年開展相關創新教育（〈看創新教育理論〉 ，2008） 。可見 TRIZ 在 教學上的應用在國際間是具口碑的。但是在國內應用在教學與課程中的 研究，卻還相當少見。 因此本研究將嘗試把 TRIZ 應用至教學與課程中；使用 TRIZ 工具中 最常被使用之 39 矛盾矩陣與 40 創新解題原則，再輔以網路同步學習環 境，探討其對於學生問題解決的表現之影響，期望能將 TRIZ 教學帶入 校園提供教學者一種新的教學工具。 . 13 .
(28) 第二節 問題解決 一、問題解決的意涵 在一個人的成長過程中，處處會遇到「問題」，並需要去「解決」。 然因問題解決涵蓋範圍廣、形式眾多且諸學者所強調的重點皆有所不同， 皆各自對問題解決作了不同的界定，故並無一公認的說法。以下研究者 茲將各家學者對「問題解決」的定義稍表列如下：. 表 2-2. 問題解決的意義. 提出學者. 問題解決意義. Kahney（1986）. 「問題解決」是利用個體已學過的知識技能去滿足 情境的需要，已獲致解答的過程。. Hatch（1988）. 「問題解決」是一種過程，是針對問題尋求適當解 決問題方案的一種過程。. 吳德邦及吳順治編譯 「問題解決」是運用個人先前舊有的經驗、知識、 （1989） 技巧和了解去滿足未能解決情境的要求。 D`Zurilla 和 「問題解決」係一種行為歷程，個體在此一歷程中 Goldfried（引自廖鳳 尋求各種可用來處理問題的有效之反應，並在這些 池、鈕文英，1990） 反應中選擇最有效的途徑，朝解決問題的推進。 佐藤允一 （黃惇勝譯，1991） Mayer（1992） 許麗玉（1993） Solso（1995）. 羅素貞（1996）. 張春興（1997）. 「問題解決」由個別目標（Target）的達成，使最 後的終極目標（Goal）達成。 「問題解決」是從已知敘述到目標敘述的移動過程。 「問題解決」就是想將我們目前的狀態和我們所欲 的狀態所存有的距離去除，也就是想要達到我們所 要的目標。 「問題解決」是為了解決特定問題的思路，此種思 路涉及了眾多反應的形成及從中的選擇。 當有一個目標，而這個目標可能因各種的理由而缺 乏資源、缺乏訊息…等而被阻礙，這時即面臨一個 問題，而為了達到目標而做的種種努力即問題解決。 「問題解決」是個體在面對問題時，綜合運用知識 技能，企圖達到某一目標，以解決目的的思維活動 歷程。. 14 .
(29) 表 2-2. 問題解決的意義（續）. 提出學者. 問題解決意義. 「問題解決」是解題者在進行解題活動的一切歷程。 從問題到答案間，提取舊基模，進行類比、分類、組 唐偉成、江新合（1998） 合、分析，以建立解題計畫。涵蓋引起解決問題的動 機，運用問題解決的能力與策略。 「問題解決」是要去達成「克服障礙以達到解答」的 Sternberg（1999） 目標。我們最可能使用知識來解決問題，或是使用創 造洞察力。 「問題解決」是個體將已學過的概念與規劃加以組 Gagne＇ （岳修平譯，2000） 合，應用來解決某一問題的過程。 「問題解決」是解題者對問題先形成問題表徵，並以 葉安琦（2000） 過去的經驗來重組問題，產生解題可行的路徑，用舊 識形成問題空間，再以知識做正確的判斷來解決問題。 問題解決就是由已知的情境轉移到目標情境的過程， 洪文東、李震甌（2001） 是一段心理的活動歷程。 所謂的「問題解決」即當人遇到問題時，統合各種處 黃茂在、陳文典（2004） 理問題所需的能力去解決。. 顧名思義，問題解決便是要去解決問題，以上國內外學者對問題解 決意義的界定不外乎是將遇到的問題解決，差別部分在於是否強調如何 去解決，例如：綜合運用知識技能（張春興，1997 ;Sternberg, 1999） 、提 取舊基模（唐偉成、江新合，1998） 、將已學過的概念與規劃加以組合 （葉安琦，2000 ; Gagne’, 2000）…等。本研究所使用之 TRIZ 工具有其 一定的使用步驟。此外，TRIZ 之 40 個解題原則為 Altshuller（1999）從 四十萬件專利發明經驗所發展出來的，可說是集合了眾成功發明之經驗、 知識及技術。因此，綜合以上學者的界定並搭配本研究課程規劃及 TRIZ 步驟，本研究認為「問題解決」為當面對問題時，綜合運用其知識、經 驗及技術去克服障礙，去滿足未能解決的要求，即達到所要的目標。 二、問題解決歷程 從上一段國內外學者對「問題解決」之意義，可看出「問題解決」 是一段複雜的心理及大腦活動的歷程。這段歷程中包含了對問題的認識、 15 .
(30) 情境因素、先備知識技能、解決的目的與期望、策略的使用…等。Wallas （1926） 為最早嘗試分析問題解決步驟之學者，他將問題解決分成準備、 潛伏、豁朗、驗證四個步驟。Dewey（1933）提出了問題解決的五大步 驟：發現問題或困難、確定問題的性質、提出可能的解釋方案、假設推 理並蒐集資料以獲致結果、驗證而成立結論。此後多位學者也對問題解 決歷程作了不同的界定，研究者茲將問題解決之歷程表列如下： 表 2-3. 問題解決歷程. 提出者 Wallas （1926） Dewey （1933） Polya （1957） Gagné（1970） . Garofalo 和 Lester （1985） Bransford 和 Stein （1986） Glass 和 Holyoak （1986） Mayer（1987） Klein （1996） Davidson 和 Sternberg （1998） 王美芬、熊召弟 （1998） . 問題解決歷程 準備—收集資訊並獲致初步的構想 潛伏—將問題擺在一邊 豁朗—出現問題解決的構想 驗證—檢視問題解決的方法並確定其確實可用 發現問題或困難確定問題的性質提出可能的解 釋方案假設推理並蒐集資料以獲致結果驗證而 成立結論 瞭解問題構思擬定解決方案執行方案實行解題 檢視方案執行並類化結果至其他問題中 發生問題說明問題形成假設驗證假設 問題的覺知問題的理解目標分析計畫發展 計畫執行執行程序和答案的評估。 有效的問題解決步驟（IDEAL）為： 定義現存的問題定義問題的本質找出問題可能 的解決方案並決定最佳的策略行動檢討策略是否 有效 形成問題表徵研擬可能的解決方法重新界定、 陳述問題實行計畫及檢討結果 問題轉譯問題整合解題計畫及監控解題執行 界定問題設計問題解決策略執行解決策略 評鑑策略效益 定義問題形成內在想法編碼計畫策略選擇 監控解決方案 辨認問題將問題轉化為可以實驗探究的形式 設計與規劃實驗的方法實際執行實驗 詮釋數據與訊息並下結論評鑑與檢討 16 . .
(31) 表 2-3. 問題解決歷程（續）. 提出者 王前龍 （2001） 洪文東 （2003） 黃茂在、陳文典 （2004）. 問題解決歷程 確認問題的存在界定並表徵問題題出可能的解 決策略決定解決策略按照策略採取行動評鑑 行動效能 產生困惑發現問題產生想法選擇想法以解決 問題評鑑結果 發現問題確認問題形成策略執行實現整合 成果推廣應用. 問題解決過程會因問題類型、預期目標、研究重點等原因而異。各 歷程間的次序，鮮少是固定不變或依序前進的，所以沒有所謂公認的問 題解決歷程模式。本研究所使用之 TRIZ 有一定的解題步驟，詳情可見 下一節之「TRIZ 的解題步驟」 ，因此研究者綜合上述文獻並參考 TRIZ 設計步驟及課程規劃歸納出一適用於本研究之問題解決歷程順序，即 「產生困惑並察覺問題理解問題並找出關鍵構思擬定解決方案及策 略選擇解決方案及策略執行解決方案及策略」 。. 三、問題解決表現相關評量工具 由於問題解決是一相複雜的心理及大腦行為，故在其評量上需多方 考慮，例如：問題解決的歷程、使用的策略、如何選擇方案、計畫的執 行、學生的動機…等面向。因此，從事問題解決評量時，常用多元的方 式來評量出學生真正的表現。 研究者在文獻蒐集過程中，大部分學者皆以「問題解決能力」為評 量目標亦或是以其研究目的之特定需求而設計。因此，較沒有一定的內 容格式。最為人熟知的為以 Guilford（1967）的智力結構理論及王萬清 （1987）所提之「問題解決模式」為編製測驗的理論基礎所編製的「問 題解決能力測驗」 。另有由詹秀美和吳武典（1991）所編，修訂自 Zachman, 17 .
(32) Jorgensen, Huisingh,& Barrett 於 1984 年所製的『問題解決測驗』 （Test of Problem Solving ,TOPS）之問題解決測驗。其他的測驗如簡真真（1981） 根據 Felidhusen, Houtz, &Ringenbach（1971）編製的「The Purdue Elementary Problem Solving Inxentory」所修訂而成之問題解決能力測驗。 再之後，張志豪（2000）根據簡真真所修訂的「問題解決能力測驗」與 詹秀美、吳武典所編製適宜高中生使用的「問題解決測驗」。而詹雨臻 和葉玉珠（2005）依據「多重問題解決模式」（The Model ofMultiple Problem Solving, MPS）的四個問題解決歷程所編訂之生活問題解決測驗 是近期常被使用之評量工具。 本研究主要研究學習者之問題解決歷程及結果，Sternberg（1999） 指出從解題者在問題解決時的表現，可瞭解解題者面對問題的思考歷程 與處理能力。黃茂在及陳文典（2004）指出由於問題有大的有小的、有 複雜的有簡單的，我們要來評量一個人「問題解決的能力」 ，若是以他 解決某些問題的成功率來決定，可能會失準。為能有明確的表徵得以觀 察，他們嘗試分析解題者對問題解決的三項的內涵： 1. 態度（面對問題的態度） ：解題者能否保持正向、積極的心態； 能否做出合理評估，並具有勇於承擔的態度，以及周全考量、 詳細瞭解與規劃的習慣。 2. 方式（處理問題的方式） ：解題者能否以有規劃、有條理的方 法或步驟處理問題，包括與人合作協調、善用多方資源和時 間解決困難、統整成果或對資料作詮釋。 3. 品質（問題解決的品質） ：解題者能否適切地、合理有效地解 決問題；解決的結果是否切合原先的目標。. 18 .
(33) 這種切分的方式只是為了評測時觀察的方便，其實三項之間仍是相 互影響、緊密相關的。所以也可說只是「一項」能力。表 2-4 為部分內 容，關於詳情請見附錄一。. 表 2-4. 問題解決能力的評分指標. 評量的項目：五等級精熟度評分指標 . 所對應的各項能力之表徵 . 5 面對問題能事評估，覺得合理後能勇於承擔. 面 . [正向態度] ‧對於情勢的發展，能保持一個正向、積極、求好的心態。. 責任。 . 對 問 題 的 . 4 接納問題，並認真去處理。 . ‧面對問題能先做合理評估，並具有勇於承擔的態度。 . 3 承接問題，動手去執行。 . ‧養成一種遇到問題時，先行考量、瞭解、規畫的習慣。 . 2 承受問題，參與支援性的活動（不去承擔責. [瞭解問題] ‧能由情境演變的脈絡中去確定「問題」的意義。 . 任）。 . 態 . ‧能準確評估問題的始態及擬設問題的末態。 . 1 沒有參與的意願，但尚能敷衍式的參與活. 度 . ‧能洞察問題各層次結構，並由結構中察覺解決問題的關鍵。. 動。 . 處 5 瞭解問題並能掌握目標，合理地、有效地、 理 . 協調地去推行。 . 問 4 知道問題，並能合理有效地去執行。 題 3 能與人合作，把自己應完成的工作負責努力 的 . 去完成。 . 方 2 能接受分派到的任務，實地去執行。 式 1 未能瞭解問題隨機反應、盲目嘗試，不計後 果。 . ‧能適切的評估可運用的資源和受到的限制條件。 ‧能妥善的表述問題。 [執行實現] ‧能以行動來處理問題，具有動手實做的習慣。 ‧具行動力，能控制變因做有條理的處理。 ‧能隨機處理未如預料的情境變化，使工作持續沿主軸推進。 ‧養成能在過程中隨時做好「欲達成的目標」、 「教學活動」 及「評量」之三角校正工作的習慣。 ‧能與人分工合作完成工作。 . 資料來源：黃茂在及陳文典（2004，25）. . 19 .
(34) 李雅惠（2005）分析了低年級學生問題解決之歷程，建立一低年級 問題解決能力評分規範，如表 2-5 所示： 表 2-5. 問題解決能力評分規範. 評量項度與項目. 0. 1. 2. 3. 層次一. 層次二. 層次三. 層次四. 1. 發現問. 發現. 完全無法察. 問題的察覺. 能明確察覺存在. 察覺問題的存在，並看. 題或困難. 問題. 覺問題的存在. 不明確. 於表面上的問題. 到更深一層的問題. 表徵. 無法針對問. 能說出問題發生. 能知道問題發生關鍵的. 問題. 題加以說明. 的關鍵點. 緣由. 策略. 未提出任何. 只提出 1-3. 提出 4-6 個解決. 提出 7 個以上的解決策. 個數. 解決策略. 個解決策略. 策略. 略. 未提出任何. 能想出 1 個. 想法或想出. 與一般性解. 的策略屬於. 答不同的想. 一般性解答. 法. 未對本題提. 對本題提出. 提出的解決策略. 出任何可行. 解決的策略，但. 可行，但對解決. 的解決策略. 目前不可行. 本題幫助不大. 策略. 未選擇任何. 選擇一個解. 選擇. 策略. 決策略. 未對所選擇. 選擇策略之. 選擇策略有所根. 的策略加以說. 理由不明確. 據但對此問題幫. 明. 或不正確. 助不大. 未依選擇的. 部分依選擇. 策略及實況. 的策略及實. 採取行動. 況採取行動. 2. 發覺問 題的關鍵 所在. 3.產生想. 獨創性. 法 策略的 有效性 與可行 性. 4. 決定解 決策略. 策略選 擇依據. 5. 執行解. 執行. 決策略. 情形 執行. 6.評鑑結 果. 結果 反省與 改進. 針對問題提 出說明，卻 非問題關鍵. 般性解答不同的 想法. 能想出 3 個及 3 個以上 與一般性解答不同的想 法或 1 個及 1 個以上極 富創意的策略 提出可行且對對解決本 題有幫助的策略. 選擇一個以上解. 選擇一個以上解決策略. 決策略，並未說. 並說出策略使用順序，. 出策略使用順序. （含流程圖）. 完全依選擇的策 略採取行動. 選擇策略有所根據且對 此問題有所幫助 依選擇的策略採取行 動，並能依實況作策略 的修正. 未解決問題 並引發需要. 未解決問題. 解決部分問題. 能完全解決問題. 善後的問題 未能對解題. 能對解題歷. 歷程進行反. 程進行部份. 省. 反省. 資料來源：李雅惠（2005，74）。. 20 . 能想出 2 個與一. 能對解題歷程進 行整體的反省. 能對解題歷程 進行反省並提 出改進方法.
(35) 謝君偉（2010）依照兒童操作科學教具解決問題時，可能採取之解 題方式並配合問題解決的四個步驟，建立兒童問題解決記錄三層次式評 分標準，如表 2-6 所示：. 表 2-6. 問題解決紀錄表評分標準. 問題解決歷程. 層次一. 層次二. 層次三. 發現問題. 未瞭解題目情境. 過去類似經驗. 操作題目情境. 未勾選或未決定. 1.多選或錯誤. 1.單選正確答案. 2.作法與問題無法. 2.知道關鍵影響因素. 定義問題. 搭配 產生想法. 未操作直接. 1.過去操作經驗. 推測. 2.類似情境的概念. 無法針對問題提. 1.作法簡略來自. 1.作法有創意. 出解決策略. 過去經驗. 2.說明自己的想法. 2.抄寫操作說明. 3.推論原理與可能. 決定解決策略. 進行試驗性操作. 3.寫下試驗操作 過程 沒有針對問題的. 1.以操作經驗作答. 1.詳記解題結果. 解決結果記錄. 2.直接推測結果. 2.有多種的操作發現. 3.未進行真實驗證. 並提出反例. 執行解決策略. 3.與預期相反並提出 修正方案 無法解決問題 評鑑結果. 無意見. 1.正面喜好意見 2.提供教具改進意見. 等，負面意見. 資料來源:謝君偉（2010，49）。. 21 . 成功解決問題. 可解決 抱怨或覺得無聊. 情意方面. 問題情境部分.
(36) 在「成為更好的老師」（陳佩正譯，2002）一書中也提及了一解決 問題的評分指標表，如表 2-7 所示：. 表 2-7. 解決問題的評分指標表. 4. 向度. 可以使用自己的 對問題的 理解. 3. 2. 1. 可以使用自己. 重複說明問題. 不能夠說明問. 文字說明問題，可 的文字重複說. 的時候有些問. 題或複誦問. 以向他人以不同. 題，但是展現了 題；僅能夠重複. 明問題. 的範例解釋清楚. 對問題的某些. 問題而已. 理解 辨識多元的策. 規畫. 辨認解決問題. 辨認解決部分. 創造的策略和. 略，然後選擇最好 所需的步驟。. 問題的一個策. 問題毫無關. 的策略來解決問. 能夠辨識問題. 略. 聯，或不能夠決. 題. 的某些部分. 定使用哪個策 略. 針對過程提出一. 過程. 針對過程提出. 說明過程的方. 陳述問題時，沒. 個清楚、按部就班 一個清楚、按. 式包含解決問. 有考慮整個解. 的解釋，並解釋使 部就班的解釋. 題的部分，但非 決問題的過程. 用每個步驟的原. 全部的步驟. 因 給予正確而完整. 評量. 給予正確的解. 給的解答不正. 的答案，清楚的解 答。清楚解釋. 的解答，這是可 確，也沒有受到. 釋為何答案是有. 以由邏輯推理. 一個逼真的結. 得到的解答. 論所支持. 為何解答是有. 邏輯順序的。也說 邏輯順序的 明了解答和類似 問題的關連性. 資料來源：陳佩正（譯）（2002，66）。 22 . 給予部分正確.
(37) 從國內外學者對於問題解決歷程之界定及上述四表及可觀察歸納出， 問題解決歷程的評分向度，與其對問題解決歷程之定義及欲研究之重點 有關，然從中可歸納出一些共同點，即「問題理解、想法規劃、決定、 執行及評鑑」 （洪文東，2003 ; Klein, 1996 ; Polya, 1957） 。大致上以這四 點為主要架構，再依需求細分或增加。 因此，本研究之問題解決歷程評分規準向度將以此四項為出發點， 參考上述四份關於問題解決歷程評量工具，並搭配研究者依文獻及 TRIZ 步驟重新定義之問題解決歷程及課程規畫進行增編。 而在評分標準上，由上述四表中可觀察出，其評分層級以「有無、 是否」與「數量」等，這些在程度上較能明確判斷的分類法來訂定標準。 本研究亦將參考此方式，便於教師能做更明確的評鑑。. 23 .
(38) 第三節 網路學習 一、網路學習內涵及趨勢 網路學習就字面上來說，是一種利用電腦透過網際網路來學習的方 式（Rosenberg, 2001）。林聰儒（2000）指出網路學習就是利用網際網 路來傳遞課程，加上超媒體輔助設計的課程教材，提供一個具有個人化、 即時性與兼具同步式與非同步式的學習環境。在國內，網路學習亦被稱 為電子學習、線上學習、網路學習、網路化訓練、或數位學習…等（曹 世亮，2001；黃貝玲，2001；鄒景平，2000）。經建會人力規劃處（2001） 對網路學習下的定義為：「網路學習是指運用網路促成的學習，包括： 學習內容的製作、傳遞與擷取、學習經驗的管理及學習社群的交流等。」 網路學習是近十年來教育研究與實務的重要焦點及趨勢之一。網路 科技的快速演變，已經對人們獲取知識或建構知識的方式產生極大的影 響。由於通訊技術與數位媒體日益發達，世界各國皆期望藉由資訊與網 路科技來提升教育的品質與成效，積極應用資訊與網路科技於教學之中， 打造不受時空限制的網路教學環境（謝惠雯、陳昭珍，2011）。近年來， 網路學習較傳統以教師為中心的課堂更能著重在學習者的各種需求上 （Chang, 2007）。對於傳統講述性教學－學習者被動接受知識的教育方 式有諸多意見產生。；不少學習理論主張學習應該使學習者主動參與學 習環境、並可透過與其他學習者的合作，來共同解決問題、達成學習目 標。 在全球，因智慧型手機、平板電腦的盛行及方便，無線網路已近趨 普及。Topland（2002）從學習的管道定義行動學習，認為行動學習是多 種管道式（multi-channel）的網路學習。吳明隆（2011）指出當無線網 路所形成的「行動化」環境發展愈成熟，讓學習融為生活環境的一部份 時，讓人類的學習更多元、更自由自在，使得知識的創造與運用更具便 24 .
(39) 利性，任何人只要願意學習，可在任何時間及地點進行學習。因此，在 未來網路學習將因此更為普及化。 良好的互動是學習中必須達成的首要目標，唯有透過互動才能達成 學習與教育目的（Moore,1993），良好的互動能夠維持學習者在學習過 程中主動學習的態度、更積極朝向學習目標前進並有更良好的學習成效 （Barker, Frisbie,& Patrick, 1989; Repman,& Logan, 1996; Rovai, 2000; Vygotsky, 1978;）。由此可見，互動可說是達到有效學習與資訊交流的 重要關鍵（Keegan, 1996; Osman,& Herring, 2007; Saleh, Lazonder,& Jong,2007） 。然對於網路教學來說，較難克服的不在於課程內容的講授， 孫春在（2000） 依據了網路學習理論與經驗歸納出四項網路教學的目標， 稱為 ASIA 原則。其中一個原則指出，由於網路學習人口眾多，因此如 果偏重教師與學生之間的互動，則教師負擔將十分沈重。因此在課程中 如何使學習者能主動、積極融入課程活動並且能與其他課程參與者進行 良好的雙向互動，這正是網路教學者極需發展的技巧 （Daradoumis,Martínez-Monés,& Xhafa, 2006; Woo,& Reeves, 2007），也 將是未來網路學習系統開發者所應注意及加強的重點。. 二、網路學習之特色 Badrul（1997）界定網路教學「係一種以超媒體為主的教學方案規 劃，利用全球資訊網的屬性與資源，以創造一個有意義的學習環境，目 的在於促進與支持學習活動」。它建構在全球資訊網（World Wide Web） 之上，利用其超文件與超媒體的特性，建構的一個完整而有目的的方案； 目的在於培養學生主動學習的習慣，以及持續學習、終生學習的行為 （Badrul, 1997） 。網路教學是利用網際網路及全球資訊網的特性及資源， 結合學習理論及教學策略在網路上進行的教學活動（潘文福，2001）， 25 .
(40) 網路教學更能協助教師更有效的達成教學目標 （徐新逸、吳佩謹，2002） ， 成為教師教學上的輔助工具，學生的學習工具（黃義峰、許銘津，2003）。 總結以上，簡單的說，網路教學即是利用網路的特性與資源結合學習理 論及教學策略使教師更有效的達成教學目標的教學工具。 今日科技的發達及教育上的需要，使得網路教學涵蓋的面向更為廣 泛。網路因可以突破時空的限制，提供豐富的學習內容、多元的學習資 源、成本與時間的節省、自我調整步調的學習、合作學習的環境、開放 的學習情境與個人化的學習需求等優點，使得以網路為主的教學與學習 方式及環境因已孕育而成（蘇惠玉，2004; Alavi,& Leidner, 2001 ; Beam,&Cameron, 1998 ; Hiltz,& Wellman, 1997） 。隨著數位技術的進步， 許多互動的多媒體教材相繼問世，使學習活動產生巨大的變化 （蒯光武、 陳浚卿，2010）。在新型態的教學模式中，教師開始利用電腦、網路及 數位化內容進行教學活動，除傳統的文字以外，並以圖像、影音等不同 的傳播媒介，提供學習者豐富的學習資源（謝惠雯、陳昭珍，2011）。 此外，網路學習可提供同步且即時的互動討論系統，如討論區、聊天室 等；教師亦可於課堂上使用網路多媒體工具輔助教學，引發學生的學習 動機。運用網路平台設計教案是一種好的教學策略，經由學習平台追蹤 學習者的線上學習行為，有助於掌握系統與學習的效果（劉明洲、蔡蕙 芳、陳立輝，2007）。「網際網路」的崛起，可說為教育帶來了重大的 變革，成為教育工作者的一項利器。 而在網路學習方式上，最常見為搭配多媒體教學方式，期望利用多 媒體呈現的能力，來豐富教學內容與增加學習者的了解。Zhang 及 Zhou （2003）指出為了加強學習者的興趣，可於網路學習過程中，運用多媒 體技術，加上如動畫、影像等內容，可提昇教育訓練之成效。其二，多 元化的課程內容也為一主流，多元化的學習資源、多人化的學習參與、 26 .
(41) 多樣化的學習機制…等（吳明隆，1998），他能使學習者來自四面八方 的網路教學更為人性化，更被接受。 網路學習的特色、優點如此多，要能樣樣都用得恰到好處卻也不是 件容易的事。徐新逸（2006）研究指出內容是學習的材料，對數位學習 的成效扮演關鍵性的角色。因此要如何利用、使用時應該注意哪些要點 才能發揮其特性並符合經濟效益，使網路學習內容有更高品質及高效果 以達成學習目的與績效，是網路教材設計者應特別關注的焦點。下一段 研究者將對網路教材設計的相關文獻做探討，以作為本研究之教學網站 設計開發的參考依據。. 三、網路教材設計 教材設計可說起始於美國密西根州立大學，1961-1965 年他使用了 系統方法執行「教學系統發展計畫」 ，該系統方法可說是最早的教學設 計模式。到了 1980 年，根據研究報告統計，已有 100 多種系統化教學 設計模式，但幾乎都是依循著相似的系統法則而來。現今較常見的還有 （1）Dick 及 Reiser 系統化教學設計模式（1989） ，此模式重視教學起點 目標界定，也主張在整體教材發展過程裡，每個主要步驟完成之後皆要 透過評鑑方式進行修正。 （2）Kemp 等人的環形教學模式（1998） ，過程 須隨時考慮學生需求、教學目的、優先順序和約定條件。 （3）Horton（2000） 針對 e-learning 提出來的設計模式，此模式重視組織實際施行 e-learnin 需要考量的要素。 （4）Nieveen（1997）提出的電腦助課程分析設計與評 量模式，每一個階段步驟是結合了形成性評量分析的螺旋過程，始研發 模式更為精緻及完整。 （5）Heinich, Molenda, Russell 和 Smaldino（1996） 提供一套程序性指引，以設計實際運用於教室之中的教學媒體為重點之 ASSURE 模式…等。 27 .
(42) 上百多種系統化教學設計模式不斷的被使用、修改、設計出，已有 研究發現從中可歸納出各個模式皆不脫離之五個項目「分析 （Analysis） 、 設計（Design） 、發展（Development）、建置（Implementation）、評鑑 （Evaluation）」 。也就是我們目前在數位學習領域所常聽到的 ADDIE 模 式。 徐新逸（2003）藉分析國內外數位學習課程模式文獻，並應用最常 見之數位學習內容發展模式 ADDIE 模式的架構，歸納提出一個數位學 習課程設計工作流程圖；其流程包含了「分析設計發展實施評 鑑」各階段又依不同重點再做工作細分。流程詳細內容請見圖 2-1：. 圖 2-1. 數位學習課程設計工作流程圖 資料來源：徐新逸（2003）. 網路學習是一個全新的教學方式，與一般傳統教學差異性大，不能 以傳統教室的學習方式來進行設計發展。為了避免嘗試網路學習時容易 發生的負面影響，網路教學設計最好能依據系統化和程序化的設計步驟 來進行，較易達到預期的目標，真正發揮其效果（國立臺灣藝術教育館， 2006），因此本網路學習教材研究將會以系統化設計方式來進行。. 28 .
(43) 上一節文獻中提了很多網路學習的特色及優點，在網路學習教材發 展過程中，為了能將網路的豐富資源、不受時空限制和多元溝通系統… 等的特色充分發揮，在設計網路學習教材時有些要素、策略及功能是必 須注意的。美國數位學習大師 Allen（2003）指出數位教材設計是否能使 一門教材成功的關鍵之鑰就是在於能否啟發學習者的學習動機，也提出 七項能引起學習動機的教學設計方法及策略。搭配國內外其他學者相關 研究文獻，研究者歸納出一個設計良好的網路教材應考慮下列因素（蔡 秀勤，2004；賴奕璇、張瓊穗、王尹伶、甘珮甄，2003 ; Allen, 2003 ; Gillani,& Relan,1997）： (一)有科技的特性：不管是新硬體與新軟體的運用，或是系統性的 特性規劃，都是良善網路教材所應注意到的。 (二)需能符合個別差異：教材設計應考量學習者之基本知能、學習 特質及使用經驗。 (三)提供多元互動：網路教材應依學習者不同的需求給予不同的反 應與回饋，並提供適當的指引與提示。可設計成趣味或故事性 導向的任務以引發學習者的好奇與企圖心，產生挑戰任務的學 習欲望與意願。 (四)提供日常情境：透過日常生活的情境，一方面使學生易於與其 先前的經驗相結合以達到有效學習的目的，另一方面可使學生 從日常生活經驗中獲得相關知識，進而培養有效運用知識解決 實際問題的態度與能力。 (五)選擇正確的教材內容：避免教材內容是無意義、過難、過簡單 或學習者已學習過，造成不愉快的學習經驗，或浪費不必要的 學習時間。. 29 .
(44) (六)營造愉悅學習空間：有劇情式的遊戲結構提供了人機介面間許 多複雜的互動，使學習者對進行學習存有期望及動機。 (七)發展社會建構學習策略：學習者經由合作學習共同完成網路化 多媒體教材之目標，藉由全球資訊網所提供之合作、溝通、討 論、意見交換及觀點溝通的管道，分享其知識及資源，將有助 於提昇其從不同的觀點獲致生動及互動的學習。 (八)提供使用性高的介面：網路教材應考量版面、文字、色彩聲音 及多媒體運用等介面設計原則。文字、圖像及聲音的設計應保 持一致性，儘量使教材之整體架構簡單。 (九)提供內在回饋：讓學習者進行練習時可看到回饋並可反思。 在網站設計、開發每一流程中，上述九點皆可做為參考依據，若能 將其充分融入教學網站中，便可提高網站的品質和實用性。有一個良好 的網路學習環境，才能滿足現今教育環境下教學與學習的需求。 林佳蓉（2008）指出 ADDIE 是系統化教學設計中最流行且最簡易； 同時還具有系統化、整體化、可靠性、實證性等優點（Molenda,2003）， 只要遵循標準作業流程進行教材的開發，即能確保課程開發時程、確實 掌控一定之教學品質。而徐新逸（2003）以 ADDIE 為架構結合文獻所 整理出的數位學習課程設計工作流程，此模式是目前廣受國內機關、學 校及業界採用的一套作業發展模式（劉君毅，2007），包括教育部「數 位學習課程發展作業流程暨參考手冊」亦是。因此本研究網路化 TRIZ 單元教學網頁及課程發展的流程與開發將依徐新逸（2003）的數位學習 課程設計工作流程程序進行，包括以下五個主要程序：. (一)分析：做課程、軟硬體、及學習者分析並將教學活動依分析結 果做適當修改。 30 .
(45) (二)設計：訂定網站製作時程、介面及架構設計、教與學流程及策 略設計。 (三)發展：課程及網站發展並請專家審核及修改，進行課程預試並 依回饋再進行修改。 (四)實施：課程實施（進行教學實驗）。 (五)評鑑：問題解決歷程及結果評量及分析、撰寫實驗結果。. 以上為本研究課程設計流程之工作內容，部分程序因為研究規畫及 執行上的限制並不進行，其餘皆會依照數位學習課程設計工作流程進行 網站設計及製作，並參考本節文獻探討中諸位學者所歸納之因素原則 （例如：多元互動、符合個別差異、愉悅的學習空間等。） 、目標（例 如：成本時間的節省、合作學習、豐富學習內容等）來規劃及設計，再 搭配網頁上可以用來支援教學的常見機制包括網頁、搜尋引擎、電子郵 件、討論園地、ftp、網上 faq（高波、王新，2001；張世忠，2000） ，使 教學更完備。 . 31 .
(46) . 32 .
(47) 第三章 研究設計與實施 本研究根據研究目的及相關的文獻分析結果，將本章分為研究架構、 研究對象、研究方法與步驟、實驗設計、研究工具及資料處理與分析等 六節，敘述如下。. 第一節 研究架構 本研究旨在探討國中學生在網路化 TRIZ 教學活動中問題解決的表 現。因此，本研究採準實驗研究設計，使用課程為參考林建志（2009） 「節能省碳 TRIZ 活動設計-太陽能驅動車」及張玉山（2011）所設計之 「太陽能機械獸」單元之「太陽能越野車」子單元，以各類量表所做的 量化分析，探討學生小組在課程實施後之表現。本研究的自變項為不同 教學方法，分為網路化 TRIZ 教學及傳統講述教學兩種。依變項為問題 解決歷程及問題解決結果，實驗後將依學生學習單之量化資料及太陽能 越野車測試成績，探討網路化 TRIZ 教學對依變項的影響。架構圖如圖 3-1 所示： 自變項. 依變項. 教學方法. 問題解決表現. 網路化 TRIZ 教學. 問題解決歷程. 傳統講述教學. 問題解決結果. 圖 3-1. 研究架構圖. 33 .
(48) 第二節 研究對象 本研究旨在探討國中學生在網路化 TRIZ 教學活動中問題解決的表 現，因此研究對象以國中學生為主。由於考慮到學校行政單位的安排， 以及生活科技課程實際實施的狀況，本研究之個案國中選定為台北市某 國中一年級（七年級）學生。並考慮到教學經驗及實際觀察的方便性， 本研究商請該校生活科技 A 老師擔任本研究的教學老師。 參與本研究六個七年級的班級，隨機分派為實驗組及控制組，共計 162 位，其中男女比例約 1：1，約有 85 位男生、77 位女生，對於科技 概念、材料的特性以及手工具的使用都已具備基礎的概念及能力。如下 表 3-1 所示。. 表 3-1. 研究對象男女比例表. 男. 女. Total. 控制組. 43（53%）. 38（47%）. 81. 實驗組. 42（52%）. 39（48%）. 81. Total. 85（52.5%）. 77（47.5%）. 162. . 34 .
(49) 第三節 研究方法與步驟 一、研究方法 本研究為達研究目的，採文獻分析及準實驗研究等方法進行。在研 究之初，先採用「文獻分析法」，將蒐集國內外相關文獻資料實施「文 獻分析法」作為本研究的理論基礎，蒐集範圍包括書籍、期刊、論文、 電子資料庫、網頁文獻…等。同時，更藉此探討問題解決歷程與結果、 TRIZ 設計方法、網路化教學的意涵與特性，以作為建構理論的依據。 其次，本研究採取準實驗研究，進行實驗教學前先對所有實驗對象 實施問題解決能力前測，接著運用「網路化 TRIZ 教學」對實驗組進行 實驗教學，而控制組則進行一般傳統講述教學。實驗教學結束後，對所 有實驗對象進行問題解決表現評量，再將獲得之數據加以分析「網路化 TRIZ 教學」是否較「一般傳統教學」在「太陽能越野車」單元更能增進 國中學生的問題解決的表現。. 二、研究步驟 依據上述研究架構，本研究步驟依序為：決定研究主題決定研究 目的與待答問題蒐集與分析文獻設計國中「網路化 TRIZ 教學」單 元及學習單、進行預試修改國中「網路化 TRIZ 教學」單元及學習單、 實施前測實施實驗教學實施前測評量實施問題解決歷程評量實 施問題解決歷程評量進行資料分析蒐集文獻撰寫歸納結論、建議。 以下為本研究之研究步驟。步驟圖如圖 3-2。. 35 .
(50) 1. 決定研究主題 . 2. 決定研究目的與待答問題 . 3. 蒐集與分析文獻 . 4. 設計國中「網路化 TRIZ 教學」單元及學習單、進行預試 . 5.修改國中「網路化 TRIZ 教學」單元及學習單、實施前測 . 6. 實施實驗教學 . 7.實施前測評量. 8. 實施問題解決歷程評量. 9. 實施問題解決歷程評量. 10. 進行資料分析 . 11. 蒐集文獻 . 12. 撰寫歸納結論、建議. 圖3-2. 研究步驟圖. . 36 .
(51) 第四節 實驗設計 依據研究架構，本研究的實驗設計如表 3-2 所示：. 表 3-2. 本研究的實驗設計. 組別. 前測. 實驗處理. 後測. 實驗組. O1. X. O2. 控制組. O3. C. O4. 其中，各項符號表示意義如下： O1、O3：實驗組、控制組接受問題解決能力測驗 O2、O4：實驗組、控制組接受問題解決歷程及結果評量 X：實驗組接受網路化 TRIZ 單元之教學 C：控制組接受傳統講述之教學. . 37 .
(52) 第五節 研究工具 本研究參考林建志（2009）「節能省碳 TRIZ 活動設計-太陽能驅動 車」及張玉山（2011）所設計之「太陽能機械獸」教學單元，並搭配相 關文獻設計成本實驗所使用之「網路化 TRIZ 教學」單元。並採用根據 文獻探討的資料所設計之學習單搭配自編之「問題解決歷程評分規範」 及「太陽能越野車評分表」取得量化資料。以下將針對網路化 TRIZ 教 學單元、TRIZ 教學網站、問題解決評分規範進行探討。 一、TRIZ 教學單元-太陽能越野車 本研究將以第二章文獻探討所架構的「網路課程原則」 ，並參考 林建志（2009）「節能省碳 TRIZ 活動設計-太陽能驅動車」及張玉 山（2011）「太陽能機械獸」之教學單元加以規劃出「網路化 TRIZ 教學單元-太陽能越野車」 。 實驗將提供學生基本的太陽能動力零組件，培養學生運用 TRIZ 設計方法（39 矛盾矩陣與 40 創新解題原則），充分使用有限的材料 來達到最佳的效果，設計出具有越野效能的太陽能車。研究教學活 動設計估計上課時間為每節課 45 分鐘，每週 1 節課，共計教學 6 週 270 分鐘，並視教學情況酌量增減上課時間，教學活動詳細內容及活 動流程詳見附錄二、三。參與本研究的學者專家包括對數位教學及 科技教育與創意教學均有多年研究及教學經驗之台灣師範大學科技 系教授，以及教學經驗豐富、專業之某國中生活科技教師。 本教學活動編製後透過專家審查的方式，建立專家效度，並已於 大安國中及福和國中進行試教確認其可行性。 . 38 .
(53) 二、TRIZ 教學網站 教 本教學活 活動之教學 學網頁於開 開發過程 程中，將依 依據文獻探 探討中諸位 位學者 所歸 歸納之因素 素、方法 法、目標為 為原則來規 規劃及設計 計，並邀請 請對網路教 教學有 多年 年研究及教 教學經驗 驗之台灣師 師範大學科 科技系教授 授，以及教 教學經驗 驗豐富、 專業 業之國中資 資訊及生 生活科技教 教師。相關 關專家一同 同參與編製 製程序，取 取得專 家效 效度。製作 作時完成 成後，研究 究者邀請相 相關專家分 分別進行評 評鑑，確保 保教學 網頁 頁符合原設 設計之理 理念及目的 的。另也於 於預試後調 調查學生網 網站使用意 意見再 度進 進行修改，提高內 內容效度。下圖 3-3 3 為本研究 究之網頁架 架構圖。而 而網站 操作 作畫面詳見 見附錄八 八 . 首頁 (最新公告 告). 創 新 活 動 實 務. 節 能 省 碳. 課程 課 簡 簡介. 太 陽 能 簡 介. 替 代 性 能 源. 線上 資源. 討論區 區. 節能 能減 碳概 概述 ＆意 意義. 課程簡介 課 ＆ ＆範例. TR RIZ 七步 七 驟. 八個 個 參數 數. 圖 3-3 網頁架構圖 網 . 39 . . 矛盾 矩陣 配對. TRIZ 簡介. 矛盾 盾矩陣測 試 試區. 39矛 矛盾 矩 矩陣. 40解題原 則. 範例 例&牛 刀小 小試. 範例&牛 刀小試.
(54) 三、學習單與問題解決評分規範 「太陽能越野車」學習單是本研究藉以評鑑學生問題解決歷程的資 料來源。課程學習單的設計是根據文獻探討中，研究者對於問題解決歷 程所整理並重新定義，適用於本研究之問題解決歷程。設計的內容必須 能反應出各個歷程學生之實際情況，內容包括「產生困惑並察覺問題 理解問題並找出關鍵構思擬定解決方案及策略選擇解決方案及策略 執行解決方案及策略」等歷程，詳見附錄九（實）、附錄十（控）。 本研究問題解決評分規範主要依據黃茂在、陳文典（2004） 「問題 解決能力的評分指標」 、謝君偉（2010） 「問題解決紀錄表評分標準」及 李雅惠（2005）「低年級學生問題解決能力評分規範」搭配相關文獻及 本研究單元教學活動設計重新編製，並依據所需加以調整。 問題解決歷程評量的向度依研究者對問題解決歷程之定義區分為 「產生困惑並察覺問題」 、 「理解問題並找出關鍵」 、 「構思擬定解決方案 及策略」 、 「選擇解決方案及策略」及「執行解決方案及策略」等五階段。 實驗後每個向度依據問題解決評分規範即可加以分析並進行評量。 量表計分方面，採用四等尺度計分，4 代表極佳、3 代表佳、2 代 表差、1 代表極差。採用偶數格式是希望受測者有具體的意見傾向，避 免回答中庸或模糊意見（邱皓政，2005） 。將每一個構面的評量分數加 總後即可得學生在問題解決歷程所得之總分，總分越高表示該學生具有 較好的問題解決歷程表現，藉以評鑑學生的問題解決歷程。詳細內容請 參見附錄四。 (一)信度 1. 評分者信度：本研究由二位評分者進行評量，並將課程預 試所得分數利用 Kendall 和諧係數進行評分者信度考驗， 以確認評分的一致性。 40 .
(55) 表 3-3 問題解決歷程預試評分者一致性. 學習單. Kendall 和諧係數. 產生困惑並察覺問題. .894. 理解問題並找出關鍵. .900. 構思擬定解決方案及策略. .948. 選擇解決方案及策略. .956. 執行解決方案及策略. .925. 如表 3-3 所示：各學習單預試分數結果，信度係數皆在.70 以上，顯示信度極佳。. 2. 內部一致性（Cronbach α 係數） ：本研究以預試各問題解 決歷程評分項目的得分與問題解決歷程整體進行內部一 致性的信度考驗。 表 3-4 問題解決各歷程與整體之內部一致性. 歷程. Cronbachα. 產生困惑並察覺問題. .771. 理解問題並找出關鍵. .797. 構思擬定解決方案及策略. .808. 選擇解決方案及策略. .838. 執行解決方案及策略. .799. 如表 3-5 所示：在.01 的水準上皆達顯著，顯示具有相當 的一致性。. (二)效度：專家效度－問題解決評分規範內容為研究者編製，經台 師大科技教育領域專業教授及教學經驗豐富之生科教師修改 審核。. 41 .
(56) 四、問題解決結果評分表 研究者參考「國立台灣師範大學科技應用與人力資源發展學系」所 舉辦「台北市公私立國民中學生活科技科學競賽」9 年來之評分項目及 評分標準，經過研究者、台師大科技教育領域專業教授及教學經驗豐富 之生科教師加以修改之後，使其更適合於評量本實驗「太陽能越野車」， 能測量出所要測量的問題解決結果，詳細內容請參見附錄五。. (一)信度： 1. 評分者信度：本研究由兩位評分者進行評量，並將課程預 試所得分數利用 Kendall 和諧係數進行評分者信度考驗， 確認評分的一致性。 表 3-5 問題解決結果預試評分者一致姓. 問題解決表現項目. Kendall 和諧係數. 創意表現. .931. 製作技巧與整體表現. .932. 如表 3-5 所示：各評分項目預試分數結果，信度係數皆 在.70 以上，顯示信度極佳。 2. 內部一致性（Cronbach α 係數） ：本研究以預試各問題解 決結果評分項目的得分與問題解決結果整體進行內部一 致性的信度考驗。 表 3-6 問題解決結果各項目與整體之內部一致性. 問題解決結果項目. Cronbachα. 創意表現. .875. 製作技巧與整體表現. .483. 功能檢測. .327. 如表 3-6 所示：在.01 的水準上皆達顯著，顯示評分有相 當的一致性。 42 .
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