「重心」科學遊戲融入創造性問題解決之行動研究

全文

(1)國立臺中教育大學教師專業碩士學位學程碩士論文. 指導教授：許良榮博士. 「重心」科學遊戲融入創造性問題解決之行動研究. 研究生：蔡春微撰. 中華民國 104 年 5 月.

(2)

(3) 謝辭提筆構思謝誌時感到雀躍與感動：「終於等到這天了！」，兩年來除了培養自己研究的學識與態度，更感謝一路提攜與陪伴的師長與親友。首先必須感謝不斷支持我的許良榮指導教授，感謝老師給予清晰的研究方向，並不斷鼓勵與提點，讓自己從不會到學會，從不熟悉到精熟，謝謝您！感謝口試委員許育彰教授給我許多寫作技巧與研究細節的建議，感謝游自達教授在論文架構與內容方面精闢的剖析，讓我的論文能更臻完善。研究所生涯中，感謝陳盛賢教授以慈父及嚴母雙重身分的叮嚀與照護，也感謝導師 -陳玉娟教授、施枝芳教授一路的關心與陪伴，並感謝所有在這兩年學程學習中所有教過我的老師，謝謝您們讓我看得更高更遠，準備成為更好的自己，大步往職場邁進。除此之外，一路上親友團也給我滿滿的溫暖，感謝同窗永遠快狠準的筱薇、膽大心細的旻純、年紀雖小卻有智慧的皓衡、無敵夠義氣的雯琪、執著的傻大姊怡汝、動靜皆宜的美人兒媛媛、冷靜卻常讓人溫暖的宛宛、總是樂於助人的詩涵，還有所有教專的夥伴，人生路上相會在這裡，在這個交錯點上一同並肩奮鬥，謝謝你們！另外，感謝昌期校長、世彬主任、勛凱主任、三本老師、秀玉老師、盈杉老師，謝謝您們不只在研究上給我的協助，也給我許多生活上的關懷！也要謝謝一路相陪的人愷，以及一票好友常以不同方式來自各地的噓寒問暖，好同事嘟嘟、聆箴、寶咖、千楓、金哈瑪，幸福人妻佩真、冠吟、瀅淳，永遠給我許多支持的辣媽苑芬、思嫣、大學好友炮哥、信雄、廷誌、欣哲、琳耀，最後，還有從小到大的好友淑月、王媽，總是力挺我的你們，讓我有難以言喻的幸福！最重要的是親愛的叔叔嬸嬸一家人，謝謝您們照顧我待在臺北做研究的日子，摯愛的家人 -爸爸、媽媽、哥哥、奶奶、還有外婆，謝謝你們總是站在我身邊，與你們同是一家人，有難以言喻的幸福！論文只是人生其中之一的成就，卻在這裡看見我擁有滿載的幸福與關心，將來希望也能為曾幫助我的各位做些什麼，謝謝您們！蔡春微謹誌 2015 年 5 月. I.

(4) II.

(5) 「重心」科學遊戲融入創造性問題解決之行動研究. 摘要本研究目的以「重心」為主題設計科學遊戲融入創造性問題解決（Creative Problem Solving [CPS]）教學活動，探討實施 CPS 時學生的學習反應、遭遇的問題與解決的方法，以及研究者的專業成長。本研究採用行動研究法，選取新北市小學六年級學生為對象，教學活動共進行兩次教學循環（十二節課），蒐集與分析的資料包括協同教師觀察記錄檢核表、訪談記錄、錄音錄影記錄、教師教學札記、學生文件（含學習單、單元學習態度問卷、整體意見心得單）。透過相關資料的搜集、統整與分析，獲得以下結果：（一）「重心」科學遊戲融入創造性問題解決之教學活動能達成教學目標；（二）第二次教學後，全班有 50%以上學生的程序性與陳述性知識表達獲得滿分 2 分，顯示教學對學生的概念學習有正面成效；（三）有八成以上學生認為教學活動內容簡單或適中；（四）第二次教學後學生的學習信心及學習興趣平均得分在 3.43 分以上，自然科價值信念平均得分在普通程度以上，顯示學生學習態度達正向效果；（五）研究者在教學活動實施及教師研究能力均獲得專業成長。最後依據研究結果，本研究對科學遊戲教學及未來研究提出相關建議，提供教學者及對科學遊戲有興趣之研究者參考。. 關鍵詞: 科學遊戲、創造性問題解決、重心. III.

(6) Action Research of Implementing Creative Problem Solving in Science Game Teaching on "Center of Gravity". Abstract The purpose of this study was to design a teaching for "Center of Gravity" based on Creative Problem Solving (CPS) and investigate students' learning response, the difficulties and solutions while teaching and researcher’s professional development. Researcher adopted action research and carried out for two rounds of teaching. The participants were sixth graders from two different classes. The teaching period lasted for twelve weeks. The data sources came from collaborative teacher observations checklists, interviews, audial and video recording, teaching notes and student documents, including learning sheets, interests in science learning questionnaire, and feedback sheets. The major findings of this study were: (1) The CPS teaching on "Center of Gravity" could achieve the teaching goals; (2) After the second round teaching, more than 50% of the students got full marks for the procedural and declarative knowledge; (3) More than 80% of the students thought that the learning activities were not difficult; (4) After the second round teaching, the average scores of the students' confidence and interests in science learning were over 3.43 and the students' belief of science was moderate level; (5) Researcher enhenced the research abilities and the professional development on CPS teaching.. Key words: Science games, Creative Problem Solving (CPS), Center of Gravity. IV.

(7) 目. 次. 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 ................................................... 4 第三節重要名詞解釋............................................................... 4 第四節研究範圍與限制 ........................................................... 5 第二章文獻探討 .................................................................................. 7 第一節科學遊戲與教學 ........................................................... 7 第二節科學遊戲教學之相關研究 ......................................... 15 第三節創造性問題解決 ......................................................... 20 第四節 CPS 融入自然科教學之相關研究 ............................. 32 第三章研究設計與實施 .................................................................... 39 第一節研究方法與設計 ......................................................... 39 第二節科學遊戲融入 CPS 教學活動設計 ............................ 41 第三節研究情境與參與對象 ................................................. 50 第四節研究工具 .................................................................... 52 第五節研究流程 .................................................................... 56 第六節資料蒐集與分析 ......................................................... 59 第四章結果與討論 ............................................................................ 67 第一節第一次教學行動 ......................................................... 67 第二節第二次教學行動 ......................................................... 88 第三節教師專業成長........................................................... 108 第五章結論與建議 .......................................................................... 115 第一節結論 .......................................................................... 115 第二節建議 .......................................................................... 120 參考文獻 ........................................................................................... 123 附錄 ................................................................................................. 129 V.

(8) 附錄一教學活動設計檢核表 ................................................129 附錄二科學遊戲創造性問題解決教學活動設計 .................132 附錄三單元學習態度問卷 ....................................................155 附錄四參與科學遊戲意見心得單 ........................................156 附錄五協同教師觀察記錄檢核表 ........................................158 附錄六學生訪談整理............................................................167. VI.

(9) 表. 次. 表 2-1 科學遊戲應用於教學之相關研究 .................................................................... 16 表 2-2 Wallas (1926)提出的創造性成就行動模式 ...................................................... 21 表 2-3 CPS 歷經五十年發展之歷程 ............................................................................. 29 表 2-4 國內 CPS 融入國小自然科教學的相關研究整理 ........................................... 33 表 3-1 科學遊戲融入創造性問題解決教學活動單元的主題設計 ............................ 44 表 3-2 專家背景資料 .................................................................................................... 48 表 3-3 協同研究教師訪談大綱 .................................................................................... 55 表 3-4 學生訪談大綱 .................................................................................................... 56 表 3-5 引用資料編號代碼說明 .................................................................................... 63 表 4-1 協同教師觀察記錄檢核表-單元目標（第一次教學） ................................... 69 表 4-2 協同教師觀察記錄檢核表-九年一貫能力指標（第一次教學） .................. 71 表 4-3 主題一程序性知識之分析（第一次教學） .................................................... 73 表 4-4 主題二程序性知識之分析（第一次教學） .................................................... 74 表 4-5 主題二之學習單問題修正前後對照 ................................................................ 75 表 4-6 主題三程序性知識之分析（第一次教學） .................................................... 75 表 4-7 主題一陳述性知識之分析（第一次教學） .................................................... 77 表 4-8 主題二陳述性知識之分析（第一次教學） .................................................... 78 表 4-9 對各主題的「問題解決任務」的喜好與挑戰性感受（第一次教學） ........ 80 表 4-10 教學活動的學習信心分析統計表（第一次教學） ...................................... 81 表 4-11 教學活動的學習興趣分析統計表（第一次教學） ...................................... 82 表 4-12 對科學遊戲教學活動的正向或負向感受之原因(第一次教學) ................... 83 表 4-13 教學活動的自然科價值信念分析統計表（第一次教學） .......................... 84 表 4-14 協同教師觀察記錄檢核表-單元目標（第二次教學） ................................. 89 表 4-15 協同教師觀察記錄檢核表-九年一貫能力指標（第二次教學） ................ 91 VII.

(10) 表 4-16 主題一程序性知識之表現結果（兩次教學對照）....................................... 93 表 4-17 主題二程序性知識之表現結果（兩次教學對照）....................................... 94 表 4-18 主題三程序性知識之表現結果（兩次教學對照）....................................... 96 表 4-19 主題一陳述性知識之表現結果（兩次教學對照）....................................... 98 表 4-20 主題二陳述性知識之表現結果（兩次教學對照）....................................... 99 表 4-21 主題三陳述性知識之表現結果（第二次教學）........................................... 99 表 4-22 兩次教學與難易度感受分析結果................................................................. 101 表 4-23 對各主題的「問題解決任務」的喜好與挑戰性感受（第二次教學）..... 101 表 4-24 教學活動的學習信心分析統計表（第二次教學）..................................... 102 表 4-25 教學活動的學習興趣分析統計表（第二次教學）..................................... 103 表 4-26 對科學遊戲教學活動的正向或負向感受之原因（兩次教學對照）......... 104 表 4-27 教學活動的自然科價值信念分析統計表（第二次教學）......................... 105. VIII.

(11) 圖. 次. 圖 2-1 遊戲學習螺旋圖. ............................................................................................... 9 圖 2-2 Osborn-Parnes 五階段 CPS 模式. ...................................................................... 24 圖 2-3 1985 年版的六階段 CPS 模式 ........................................................................... 25 圖 2-4 1992 年版的三成份六階段 CPS 模式 ............................................................... 26 圖 2-5 1993 年版的三成份非線性 CPS 模式 ............................................................... 27 圖 2-6 2000 年版的 CPS 四成份八階段模式 ............................................................... 28 圖 2-7 產出性思考（productive thinking）的教學模式 ............................................. 31 圖 3-1 螺旋狀行動研究模式. ....................................................................................... 40 圖 3-2 研究設計 ............................................................................................................ 41 圖 3-3 科學遊戲教學融入 CPS 活動設計 .................................................................... 43 圖 3-4 自動平衡的尺 .................................................................................................... 45 圖 3-5 平衡一線間 ........................................................................................................ 45 圖 3-6 「四平八穩的假錢幣」之材料 ........................................................................ 46 圖 3-7 討厭重力的鐵鎚 ................................................................................................ 46 圖 3-8 百變平衡鳥 ........................................................................................................ 47 圖 3-9 爬啊！爬啊！爬上坡 ........................................................................................ 47 圖 3-10 研究流程圖 ..................................................................................................... 57 圖 3-11 本研究之三角校正圖 ...................................................................................... 65 圖 4-1 自然科任教室配置圖 ........................................................................................ 68 圖 4-2 第一次教學「主題三、雙錐體爬呀爬！」學習單完整回答範例 ................ 76 圖 4-3 第一次教學「主題三、雙錐體爬呀爬！」不完整或錯誤範例 .................... 76 圖 4-4 對教學內容的難易度感受（第一次教學） .................................................... 79 圖 4-5 修改前與修改後的平衡鳥 ................................................................................ 87 圖 4-6 「主題三、雙錐體爬呀爬！」修改前（上）與修改後（下）學習單 ........ 88 圖 4-7 學生把洞填滿，使墊片能平衡的不同方法 .................................................... 94 圖 4-8 平衡鳥課程之學生學習情形 ............................................................................. 95 圖 4-9 第二次教學「主題三、雙錐體爬呀爬！」學習單完整回答範例 ................. 97 IX.

(12) 圖 4-10 第二次教學「主題三、雙錐體爬呀爬！」不完整或錯誤範例................... 97 圖 4-11 雙錐體滾動說明之示意圖 ............................................................................. 100 圖 4-12 對教學內容的難易度感受（第二次教學）................................................. 100 圖 4-13 「討厭重力的鐵鎚」的兩種操作方式......................................................... 107 圖 4-14 以俯視觀察，木棍與雙錐體接觸點逐漸外移之示意圖（A 到 B） ......... 108 圖 4-15 雙錐體移動時的重心軌跡 ............................................................................. 108 圖 4-16 研究者在課堂中融入「重心」生活事例..................................................... 109 圖 4-17 學生先寫出可能作法（擴散思考）再擇一方法操作（聚斂思考）......... 110 圖 4-18 鐵船下方吸磁鐵使船體重心降低................................................................. 111 圖 4-19 學生操作平衡鳥使其平衡（將 A 與 B 下壓） ........................................... 111 圖 4-20 包包掛勾運用「物體重心在支點正下方」原理......................................... 114. X.

(13) 第一章緒論本章主要針對研究者的研究動機與研究目的，提出研究問題，並對本研究相關的名詞作解釋與界定，再提出研究範圍與限制。本章共分為四節，第一節研究背景與動機、第二節為研究目的與問題、第三節為重要名詞解釋、第四節為研究範圍與限制。. 第一節研究背景與動機近年來，我國的科學教育目標已逐漸由過去培育科學專才，重視科學知識的教導、灌輸，轉變成為培養主動探索、發現問題、探索問題、自行解決問題的國民，也呼應美國科學教育 STS 教育理念：科學教育是希望利用科學知能改善人類生活，解決社會議題、當作未來職業選擇與學術研究的準備（黃秋敏，2005）。九年一貫課程中，強調學習科學能讓我們學會如何進行探究活動，學會觀察、詢問、規劃、實驗、歸納、研判…… 等各種能力，特別是以實驗或實地觀察的方式去進行學習，強調手腦並用，使我們獲得處理事務、解決問題的能力，也瞭解到探究過程中，細心、耐心與確實的重要性。在「自然與生活科技」課程綱要中指出，課程的目標乃在於「培養探索科學的興趣與熱忱，並養成主動學習的習慣」、「培養與人溝通表達、團隊合作及和諧相處的能力」、「培養獨立思考、解決問題的能力，並激發開展潛能」（教育部，2008）。教育學家杜威也提出，教育是透過兒童的活動去經驗事物和獲得直接經驗的過程，因此提出「從做中學」的原則，認為一切經驗只有經由個人直接「做」，才能發展思想與智慧，並使經驗不斷的重組和改造（吳木崑，2009）。李賢哲（2001）的研究也指出，能夠透過學童動手做的興趣來培養增進其科學創造力，應有長遠的影響。由此可知，目前國內外的教育趨勢希望能造就會主動探究、解決問題的人才。人的創造力起初被認為是天生的，直到 1950 年代開始才覺得是可以被訓練與培養的。具體作法如心智圖法（mind map），是一種刺激擴散性思考以及幫助整合思想與訊 1.

(14) 息的方法（孫易新、陳資璧，2005）；以及檢核表技術（check-list technique）則是從一張與問題或題旨有關的列表上來推敲，以尋找線索、獲得觀念（郭有遹，1973）；一家美國廣告公司的創始人 Alex Faickney Osborn 在 1938 年所提出的腦力激盪法（Brainstorming, BS），BS 法強調利用集體擴散性思考的方式，產生大量的想法，再經由思考的相互激發，引導出更新穎且特別的構思（潘裕豐，2006）。這樣培養創造力的集體探究活動提供了機會讓學生學習與他人合作、分享不同想法，並學習到科學社群中合作及實踐（劉宏文、張惠博，2001）。同時，小組成員的互動不但可以腦力激盪、凝聚共識增加默契之外，學生也能增進自己對知識的整合能力（楊秀停、王國華，2007）。在眾多的創造力培養方法中，由 Osborn 和 Parnes 在 1950 或 1960 年代所發展出來的「創造性問題解決」（Creative problem solving [CPS]），是一種值得作為創造力培育的努力方向。由於創造性問題解決教學中的實施步驟，與科學探究能力的培養方式是有所重疊的，利用創造性問題解決的模式融入教學，應可提昇學生的探究能力。CPS 模式是一種分階段的解題模式，學生透過逐步漸進的思考與討論，不僅從中獲取科學知識，對於課程也抱持正面的感受。Puccio, Firestien, Coyle 和 Masucci (2006)的研究結果亦發現，CPS 模式設計能提升學生的認知能力，且有效提升擴散性思考、聚斂性思考以及問題解決的能力，且如果以 CPS 模式加上教師引導學習的學生，學生的創造思考能力最佳 (Reese ＆ Parnes, 1970)。教師在這樣的教學中應扮演積極提出問題的角色，並且可從這種教學模式中提昇自身的教學能力，有助於促進教師的專業成長。 CPS 模式是有階段性的思考方式，將其運用在教學時，該如何激發學生學習的興趣，促使其使用 CPS 進行思考探究呢？以「遊戲」作為引導，是激發孩子主動思考很好的觸媒。教育學家福祿貝爾曾經詳述遊戲對兒童發展的貢獻，他在 1826 年的著作中，對遊戲有如下的敘述：「遊戲是兒童時期最純潔的心靈性活動，是人類和所有生物內在生命的典型活動。他給人們喜樂、自由、滿足以及內外在的平安。」（江麗莉譯，1997）。陳忠照（2000）也指出喜歡遊戲是人類的天性，而「科學」可以啟發兒童的智慧，「遊戲」帶來心靈的歡樂。進一步來說，透過成人指導遊戲，可增進兒童的學習動機，也能 2.

(15) 增加兒童的知識和技能（李宛玲，2010），而科學遊戲是引領學童學習科學的一個有效工具，它能提高學童的學習興趣，有利於學童建構科學概念（林瓊音，2006）。許良榮（2004、2009）認為科學遊戲一方面能引起學童的學習興趣，一方面可以培養學童科學實驗、實作技能與解決問題的能力。不過，過程中需避免只是單純引起學童興趣卻缺乏學習內涵，應該設計讓學生有探究的機會。因此應該利用孩子喜歡遊戲的天性，將科學遊戲設計成教學活動，讓孩子動手操作，以 CPS 模式思考探究，鼓勵他們發揮創意，找尋答案，進而學會解決問題的能力。在日常生活中，我們常說物體無法平衡和「重心」有很重要的關係，但卻因為肉眼無法可見，因此較難理解與學習，但這個主題對高年級的學生而言，心理上不會有學習新事物的壓力，因此研究者希望設計適合學生學習重心概念的課程，以協助學生對重心的瞭解。再者，本系列的科學遊戲容易操作，材料也容易取得。基於以上立場，研究者以創造性問題解決策略的融入，設計三個與重心相關的科學遊戲教學活動，探討教師在指導學生動手做的過程前後對教師教學專業成長的影響。此外，研究者在大學就讀自然科學教育學系，常在寒暑假參與營隊活動，引導孩子進行科學遊戲教學，深刻體會科學遊戲為孩子帶來的樂趣。再者，擔任自然科代課教師期間，研究者發現學生對科學遊戲十分喜愛，原本排斥自然課或在學習成就較低落的學生都能有濃厚的興趣，家長也相當樂意帶孩子參與課外的科學活動，從學生的學習成果及家長的反應，都讓研究者對科學遊戲帶來的效應感到興趣。綜合以上所述，既然創造力、問題解決能力的培育是現今的教學重點，那麼在課程設計時可以學生喜愛的科學遊戲為主體，配合日常生活中常談論到的「重心」為主題，希望學生從中得到解決問題能力以及對科學的興趣。. 3.

(16) 第二節研究目的與待答問題壹、研究目的本研究以學生日常生活接觸到的「重心」為主題，配合蒐集坊間科學遊戲之素材，結合創造性問題解決（CPS）的教學理念，設計以「重心」為主題的科學遊戲融入創造性問題解決（CPS）教學活動，結合學生的生活經驗，探討研究者應如何設計編排課程，如何依據 CPS 原理結合教學，並發現學生在學習上的困難與解決的方法。. 貳、研究問題基於上述研究目的，本研究欲探討的問題如下：一、將「重心」科學遊戲融入創造性問題解決（CPS）教學活動之學生學習反應為何？二、實施「重心」科學遊戲融入創造性問題解決（CPS）教學活動的過程中，遭遇的問題與解決的方法為何？三、研究者在設計與實施「重心」科學遊戲融入創造性問題解決（CPS）教學活動的歷程中，在教學活動實施及教師研究之專業成長為何？. 第三節重要名詞解釋為了澄清本研究的關鍵名詞，避免意義的混淆，並使本研究所使用的概念前後一致，茲針對本研究所涉之相關重要名詞，解釋如下：. 壹、科學遊戲坊間所出版與科學遊戲有關的書籍相當多，本研究綜合專家學者所提及之科學遊戲定義（詳見第二章第一節），將科學遊戲之範圍定義如下：. 4.

(17) （一）科學遊戲需包含科學概念，本研究以「物體的重心」為科學遊戲教學設計的核心概念。（二）科學遊戲的設計需包含讓學生動手操作的程序。（三）科學遊戲必須引發兒童對科學學習的興趣。. 貳、創造性問題解決創造性問題解決(Creative Problem Solving [CPS])是一種分階段的解題模式，通常用來解決開放性問題，最大特色是解題過程中，每一個階段都先有發散性思考（所有可能的答案），再有聚斂性思考（找出最佳答案），而解題者利用這些階段系統性來解決問題。本研究所指的創造性問題解決模式是以 Isaksen 和 Treffinger 於 1987 年提出之三成份六階段 CPS 模式，其三成份六階段分別為：瞭解問題（發現困惑、發現資料、發現問題）、激發點子（發現點子）與計畫行動（發現解答、尋求接納）。. 參、學習反應學習是因經驗而使行為或行為潛勢產生較為持久改變的歷程，是一個複雜的歷程，故而很難找出單一的或幾個簡單的學習歷程模式（張春興，1991），而反應指的是「由於刺激產生可觀察到的反應」(Woolfolk, 2004)。因此，學習反應（Learning Response）指的是在學習過程中，學習者對於所受到的刺激而引發的反應。本研究所指的學習反應是指經過教學活動後學生學習的具體表現，包括學生概念學習情形（含程序性知識與陳述性知識）、教學課程難易度的感受、學習態度（含學習信心、學習興趣及自然科價值信念）。. 第四節研究範圍與限制本研究從科學遊戲書籍與網路資料中，取得科學遊戲主題，並融入創造性問題解決 5.

(18) 的教學理念發展出教學活動，再經研究者擔任教學者進行兩次的教學行動循環，以檢視教學實施的成果與遭遇的問題，作為修正教學活動設計之依據。針對本研究歷程，以下分別從研究情境、研究範圍與研究對象來說明本研究的限制：. 壹、研究情境限制本研究為教師行動研究，其目的是研究者於研究情境中解決自身的特定問題，屬於特定時空中的方案，結論不超出研究者的所處研究情境外，而資料蒐集與分析也都只針對特定班級的學生，且只單對「重心」相關科學遊戲來進行，因此本研究結果僅限於本研究的特定時空及人事背景下的解釋與結論，不應對本研究教學場域外的概括性推論。. 貳、研究範圍限制本研究範圍只限於科學遊戲融入創造性問題解決教學活動設計的三個教學活動，分別為「平衡一線間」、「我有一隻平衡鳥」與「雙錐體爬呀爬！」。. 參、研究對象限制本研究所獲得的結論僅適用於探討研究參與學校的六年級學生，在此教學活動下的學習情況，研究成果不宜推論到其他階段的學生。. 6.

(19) 第二章文獻探討本研究主要是以科學遊戲「重心」為主題之教學活動，結合創造性問題解決(CPS) 教學模式，設計科學遊戲創造性問題解決教學活動。本章共分為四節，分別說明科學遊戲與教學、科學遊戲教學之相關研究、創造性問題解決，以及創造性問題解決融入自然科教學之相關研究。. 第一節科學遊戲與教學本節首先從兒童發展的角度探討兒童與遊戲的密切關係，再專對科學遊戲部分多加說明。. 壹、兒童與遊戲遊戲是兒童的天性，古今中外都很重視兒童的遊戲，中國明代學者王陽明在《傳習錄‧訓蒙大意》裡道：「大抵兒童之情，樂嬉遊而憚拘檢，如草木之始萌芽，舒暢之則條達，摧撓之則衰痿。」，說明依孩子喜歡玩樂的特性，教育他們，使其內心感到歡樂，學習的進步情況就不會停止。早期西方教育學者如康美紐斯(Comenius，1592-1670)、盧梭(Rousseau，1712-1778)、裴斯塔洛齊(Pestalozzi，1782-1827)、福祿貝爾(Froebel， 1782-1852)等都強調遊戲對兒童的重要性，他們反對用嚴格的紀律來訓練兒童，或以背誦方式來教導兒童，反而視遊戲為兒童的學習，福祿貝爾更直接把遊戲視為一種兒童的學習工具（吳幸玲，2003）。由此可知，遊戲是兒童成長時的一種自然傾向和需求，身為教育者，應藉由遊戲瞭解孩子的需求和喜好，便可以加強積極、主動學習的內在動機， 7.

(20) 也能從遊戲中製造與他人溝通的機會 (Bergen & Fromberg, 2009)。由於各學者對「遊戲」的定義其關注焦點不同，研究者將其主要區分為「自發的內在動機」與「探索真實世界的媒介」兩大類：. 一、自發的內在動機趙育琳（2008）曾強調遊戲是強調內在動機、自發性、自由選擇、正向的情感、創造刺激、主動參與及人格特質的向度。蔡宗信（2007）也認為遊戲是一種很複雜的行為模式，它讓兒童能發自內心，自由且主動的探索生活中的經驗。除此之外，. Garvey (1991)也認為遊戲是由兒童主動掌控的活動，因此對兒童而言，遊戲是快樂、充滿趣味且富有意義的。進一步來說，遊戲是沒有固定模式，主要是出自內在動機、重過程輕結果、有歡笑及快樂等正向的影響，是主動參與，並能表達及釋放內在自我的途徑（林堂麗，2003）。以上學者均將遊戲定義為自發的內在動機驅使所形成的活動。. 二、探索真實世界的媒介 Piaget（1962）主張，遊戲的目的在讓孩子認識真實的世界，並透過遊戲練習與鞏固最新的技巧，進而達到熟練的程度。如果配合兒童的生理與心理發展階段，遊戲是促進兒童認知發展的要素之一，從具體到想像式的遊戲，可以促進兒童的認知發展階段 (Vygotsky, 1976)。國內研究也發現，遊戲不只打發時間、發洩精力或促進生理動作的協調而已，它同時還具有學習社會性、發表感受及引發互動的特質（何長珠，1998）。謝甫宜與洪振方（2009）也提到科學遊戲就像一把用好奇心與玩趣打造的鑰匙，可協助學童打開探索世界運作原理的大門。從多位學者的觀點可知，遊戲可作為探索外在世界的 8.

(21) 方式，我們可以從遊戲的歷程中看到他們如何解決問題，如何修正與發揮創意，學習未來社會生活的能力。由此可知，研究者整理上述的遊戲的定義，認為遊戲是強調孩子主動學習、磋商認知、循序漸進，也帶給兒童探索、練習和學習的機會。遊戲不但給孩子帶來活潑、快樂的氣氛，且透過遊戲時的專注、思考訓練及自由的想像空間，可提高創造力。 Moyles (1989)提出「遊戲學習螺旋式的發展」，他認為教學的第一階段是遊戲的自由探索，第二階段由於某種程度的精熟，可以讓學童加入一些新的學習。遊戲與學習之間呈現螺旋狀地不斷循環擴張，如果從指導式遊戲中探索自由遊戲，不斷的擴大漣漪，然後又再回到加強與提升自由遊戲，使得學習逐漸延伸到兒童對外更廣博的經驗，之後再升高到知識與技能的增加，參見圖 2-1。因此，這個遊戲學習螺旋式的發展歷程，可說是融合了前面所提遊戲的兩種定義，既是自發內在動機的表現，也能探索真實世界。. 圖 2-1 遊戲學習螺旋圖。資料來源："Just Playing? The Role and Status of Play in Early. Childhood Education." by J. R., Moyles, 1989, Philadelphia : Open University Press, p.16. 9.

(22) 貳、科學遊戲科學能啟發兒童的智慧，遊戲則帶來心靈的歡樂（陳忠照，2000）。學生可以從遊戲中體會科學原理。以下分別針對科學遊戲的定義、科學遊戲的設計原則與教學原則進行討論。. 一、定義李秉彝（1972）認為科學遊戲是一種利用科學原理，卻有教育意義而具有好玩、神奇的趣味，又能訓練科學思想與態度，啟發創造發明的活動。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，學生可以從遊戲中體會科學原理。吳幸玲（2003）引述 Hawkins 的觀點認為，科學學習中有一個階段就是「任意玩弄科學器材」，讓孩子以遊戲的態度接觸科學，兒童會從中獲得很多。許良榮（2004）則是認為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」，才有高度意願想參與。林堂麗（2003）根據各學者對科學遊戲的看法，與 Piaget 對遊戲分類的理論基礎，加上考量九年一貫課程之需求，定義科學遊戲如下：（一）科學遊戲是結合科學原理進行的「規則性」遊戲；（二）科學遊戲是在有目標與解決問題情境下，彈性規則中進行的活動；（三）科學遊戲的活動過程中，必須包含一項以上的「科學過程技能」；（四）科學遊戲的設計需包含學習者動手操作的程序；（五）具明確的判斷標準以判斷科學遊戲的完成，而在標準內，接納不同的遊戲結果；（六）科學遊戲教學之流程，需蘊含（imply）三項以上「自然與生活科技」學習領域之分段能力指標。綜合學者專家對科學遊戲的觀點，研究者將本研究所指的科學遊戲定義如下： 10.

(23) （一）科學遊戲需包含科學概念，本研究以「物體的重心」為科學遊戲教學設計的核心概念。（二）科學遊戲的設計需包含讓學生動手操作的程序。（三）科學遊戲必須引發兒童對科學學習的興趣。. 二、科學遊戲設計與教學原則設計科學遊戲時，遊戲的素材與資源的選擇上也是一大考量，許良榮、黃佳媛、楊婷婷（2010）也認為有其應考慮的原則：（一）器材的取得是否方便、經濟，使每位學生都能實際操作、參與。（二）遊戲效果是否有明顯的效果，能引起學童的興趣。（三）分析遊戲內容與教學目標之關係，以確認遊戲的教學價值。（四）教師應先自行試驗操作，確認遊戲操作上的可行性、安全性與效果。我們可以發現，遊戲導向的教學設計應以學生作為出發點，讓學生能有更多的參與機會，能實際的操作、探究，同時也要考量學生的能力，設計出讓學生感興趣及符合能力的活動，不宜設計出太難或太簡單的教學活動，學生才不會因此失去學習態度（蘇秀玲、謝秀月，2006）。郭騰元（2000）針對如何設計科學遊戲，他提出了以下幾個要點：（一）能讓學習者感到驚喜；（二）能用簡單的科學原理解釋；（三）製作方法簡單；（四）所用的材料是很容易從家裡、文具店或五金行取得的； 11.

(24) （五）容易改變或改進。國外學者 David (2001)也談到科學遊戲的設計必須符合簡單化(simplicity)、參與性 (participation)、有目標(goals)、懸疑不確定性(suspense)等四個簡單的原則。許良榮（2001）則是強調將遊戲轉化為教學，教師必須有事前的計畫，應避免直覺的、試錯性的或是過度開放性的玩耍遊戲，畢竟我們的課程設計或教學有目標導向的特性，屬於 Moyles 遊戲學習螺旋圖（圖 2-1）中的「指導式遊戲」，因此在設計科學遊戲教學活動時應把握以下原則：（一）趣味性：選擇的教學主題或探究主題，需讓學生感到有趣、好奇，才能提高學生對於課程的參與度與學習意願。（二）生活化：科學教學應與生活結合，以生活化、社會化為目標進行教學活動，幫助人與自然間緊密的結合。（三）配合學生學習階層：設計時應考慮教學對象的先備知識、學習經驗與能力等，設計適合各認知發展階段學生學習的教學活動。（四）釐清學習目標：建議參考「十大基本能力」與「分段能力指標」，釐清教學設計所能達成的目標。（五）安全性： 12.

(25) 學生進行操作前，教師必須先留意操作過程是否有安全上的風險或應該做哪些防患措施。（六）問題解決：設計時可增加主動探究的機會，「問題解決」是相當值得運用的教學策略之一。（七）小組合作：透過小組合作的學習方式，讓學生分享彼此的經驗或意見，並從中學習相互協助與尊重他人意見的科學態度。（八）多元評量：可根據九年一貫課程綱要，採多元化方式實施，以觀察、測驗、口頭發問、實作、檔案評量等多元方式評量學生的學習情形。綜合以上各家學者對科學遊戲設計原則的意見，本研究在釐清學習目標與考量學生能力後，以生活化的取材設計趣味的科學遊戲，過程中首重安全，並設計讓學生有機會進行問題解決與小組合作的機會。在科學遊戲教學原則方面，李秉彝（1972）提出進行科學遊戲教學時，需注意若干指導方法：（一）遊戲進行前：教師應在遊戲前先準備所需的用具，且在指導科學遊戲時，需先說明遊戲的名稱、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。（二）遊戲進行時： 13.

(26) 應先採「靜」或「思考」的遊戲，再進行「動」的遊戲為宜；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、動而不亂的習慣；注意兒童安全教育的實施。（三）遊戲結束後：應指導兒童收拾用具，養成物歸原處整齊清潔的習慣。許良榮（2008）也談到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興趣，而缺乏學習的內涵，必須把握的重要原則之一是讓學生有「動腦筋」機會，也就是必須掌握讓學生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，整個流程應注重在操作、思考、解題、創造，以及尊重等知能與態度的養成，並歸納出以下七個科學教學的特色：（一）以學生為中心：學生是教學活動的主體，教師扮演觀察者、輔導者，或催化者的輔助配角。（二）以活動為導向：以學生探究活動為主軸，從探索發現中，培養創造思考、解決問題的能力。（三）以目標為基準：需以單元目標、能力指標為教學活動的依歸。（四）教材生活化：從生活面、鄉土面做為取材的起點，使教材內容和生活環節相互呼應。（五）教具環境化：教具應易取易得，盡量利用環境器物，並具環保的教育意義。（六）教法趣味化：營造快樂情境，採用生動教法，激發學習的動機與興趣。（七）教學個別化：應盡可能因材施教，適性發展，把每個孩子都帶起來。 14.

(27) 綜合以上各學者的觀點，本研究配合自然與生活科技分段能力指標，選取符合教學目標及學生先備知識的科學原理，融入科學遊戲活動教學，讓學生有機會主動探究、解決問題。同時，教師也應定位為催化者、觀察者、諮詢者、輔導者，營造與學生良性的互動氣氛。. 第二節科學遊戲教學之相關研究目前國內舉辦科學遊戲的活動型態相當多元，不論是民間團體、縣市政府與各級中小學，例如嘉義市每年暑假定期舉辦「創意諸羅城科學 168」科學與創造力教育博覽會，表示科學遊戲教育被廣泛運用及推行。科學遊戲相關活動的辦理主要目的都是希望從活動啟發學生對科學學習的興趣（趙育琳，2008）。在國外文獻部分，由於輸入關鍵字 game 或 play 多指線上遊戲或扮演之意，科學遊戲的相關文獻較無著墨。但國內近年來的國小科學遊戲相關研究，進一步融合許多不同的教具或教學法，來檢視學生的科學學習態度、學習方式、創造力和問題解決能力、團隊合作方面的助益，研究者整理如表 2-1。. 15.

(28) 表 2-1 科學遊戲應用於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. 許家綺. 2013. 小五以科學遊戲融入教學對國小五年級學童自然科學習成效之研究—以「植物世界」單元為例. 吳麥生. 2011. 小四科學遊戲融入自然科教學活動對國小四年級自然科學習動機取向之影響. 黃敏惠. 2010. 小五創意科學遊戲導入國小自然與生活科技領域學習成效之研究. 蔡伊淑. 2008. 小二科學遊戲活動設計— 跳豆翻滾樂. 黃玉斯. 2009. 小五創造性問題解決融入科學遊戲教學之行動研究—以「磁鐵」為例. 16. 科學遊戲融入教學比一般教學更能提升學生學習成效。而科學態度方面，在「對自然科課程的態度」、「自然科學習動機」、「自然科學習策略」、「對自然科教師的態度」實驗組皆顯著優於對照組。在研究者的成長方面，獲得提高學生學習興趣的方法及促進學生主動學習的技巧、促進師生良性互動的策略、提升課程設計能力、增進教學能力、增進研究能力。研究發現課程內容與生活或經驗的關聯性越高，學生學習動機也越高；科學遊戲融入教學也許是教師可參考選擇的另一教學法。透過教師省思，科學遊戲融入自然科教學活動值得加以推廣。學生在問題解決能力、創造思考能力、學業成就表現方面實驗組學生有明顯進步。透過滿意度調查問卷，實驗組學生們與曾使用創意科學遊戲導入課程的老師們對學習成效多採正向肯定。讓學生從日常生活的小玩具思考蘊含在其中的科學原理並學習互助合作，且對科學抱持正面的態度。科學遊戲之教學成效受到下列影響: 小組分組合作的情形、科學遊戲的難易、教學活動設計內容、學生對於科學遊戲的學習興趣等。研究者在教學活動設計能力、教學能力及教師研究能力等均獲得專業成長。（續）.

(29) 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. 科學遊戲導入創造性問題解決 (CPS)教學，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。教師可由將科學遊戲導入創造性問題解決(CPS)的設計及教學過程中，增加教學技能，及深入了解理論充實自己的專業知識。小六以科學遊戲增進學生學生在「問題解決能力」有略顯進問題解決能力之行動步的現象。研究教學者本身的專業成長：設計能力、教學能力、研究能力均提升。. 蔡宗信. 2007. 陳淑娟. 2007. 小五科學遊戲創造性問題科學遊戲教學對學生而言，可幫助小六解決教學活動發展— 提升自然與生活科技的學習興趣，以「水的表面張力」進一步設計成競賽活動可激發學生為例的創造力與問題解決能力，在教學上其有相當的應用價值。科學遊戲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。研究者在課程設計、教學策略應用及教師多元角色轉換均獲得專業能力成長。. 張東瑋. 2007. 小五以科學遊戲—泡泡為學生在科學遊戲教學中提升學習興題之教學活動之行動趣、達成教學目的，且有助於科學研究過程技能的養成。教學者對課程設計、相關原理、教學經驗與教學技巧都有提升。. 洪正龍. 2007. 小五科學遊戲對國小五年各類型學童的科學學習動機均能普級不同學習動機類型遍提升。學童的學習動機之影響研究. 楊蕎安. 2006. 小六趣味科學活動融入自「學習成就」方面，實驗組與對照然與生活科技學習領組無顯著差異；而在「學習態度」域教學之研究方面，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。（續） 17.

(30) 林瓊音. 2006. 國小以科學遊戲輔助國小科學遊戲能提高學童學習興趣，遊自然科教學之個案研戲若具學童能力可及之探究特質，究能增加參與程度；而競賽帶來的挑戰性、成就感，強調動手實作探究的歷程，有利於學童建構科學概念。. 柯虹如. 2005. 小五從科學玩具遊戲教學實驗組科學相關態度得分，顯著優探討國小學童的科學於對照組。相關態度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. 2005. 小五科學玩具遊戲教學對實驗組「科學學習成就」與「過程國小五年級學生科學技能」測驗得分皆顯著優於對照組。素養之研究. 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。. 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. 科學童玩融入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。. 林堂麗. 2003. 小六科學遊戲融入自然與科學遊戲十分適合融入自然與生活生活科技課程之行動科技領域當中，能提升教師在課程研究設計、教學及研究上的專業成長。科學遊戲的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的因素，也應慎選科學遊戲融入課程的時機。. 張淑慧. 2002. 許順欽. 2002. 小六科學玩具遊戲教學之實驗組「科學態度量表」與「統整成效研究科學過程技能」的測驗得分表現上，都顯著高於對照組。小四科學玩具融入國小自科學玩具融入教學並結合創意思考然科教學以促進學童教學的方式，可幫助學生提升創造創造性問題解決能力性問題解決能力，並提高學生的學之行動研究習興趣，建立自信心及體會團結合作的精神。. 註：研究者自行整理 18.

(31) 綜合以上將科學遊戲融入教學的相關研究成果，研究者歸納出結論如下：（一）科學遊戲應用於教學的好處相當多，學生能有互助合作的表現（許順欽， 2002；蔡伊淑，2008），並提升學生的科學學習的興趣與動機（林瓊音， 2006；柯虹如，2005；洪正龍，2007；洪美嬌，2008；張東瑋，2007；許家綺，2013；陳淑娟，2007），也能增進科學學習態度（柯虹如，2005；許家綺，2013；楊蕎安，2006），同時讓學生養成科學過程技能（王錦銘， 2005；張東瑋，2007），若能進一步將科學遊戲設計成競賽式的教學活動，更能有效提升學生的問題解決能力與創造力（林瓊音，2006；陳淑娟，2007；蔡宗信，2007）。（二）科學遊戲融入教學時，影響教學成效的因素包含以下七個：小組分組合作的情形、科學遊戲的難易、教學活動設計的內容、學生對科學遊戲的學習興趣、學生的學習成就表現、科學遊戲的材料選擇以及科學遊戲融入課程的時機（林堂麗，2003；林瓊音，2006；陳淑娟，2007；黃玉斯，2009 ；楊蕎安，2006）。（三）多篇文獻（林堂麗，2003；洪美嬌，2008；張東瑋，2007；許芳雪，2004 ；許家綺，2013；陳淑娟，2007；黃玉斯，2009；楊訪屏，2004；蔡宗信， 2007）均指出，教師在設計與實施科學遊戲融入教學時，在課程設計、教學策略應用、教學準備、評量方式使用、教學經驗及教師角色改變均能獲得專業成長。綜上所述，研究者在設計科學遊戲教學時，希望讓學生在有趣的學習氛圍下，提 19.

(32) 升學生的學習興趣，並對教學活動設計進行仔細的安排，讓學生發揮擴散性與聚斂性的創造思考、問題解決能力及完成團隊合作的任務，同時教學材料的選擇方面也要謹慎的安排與運用，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。. 第三節創造性問題解決創造性問題解決（Creative Problem Solving [CPS]）是將創造思考(Creative thinking) 和問題解決(Problem Solving)兩個領域整合而成的一個複雜過程（葉玉珠，2006），問題解決的活動是人內在的心智衝突及人與環境間的互動，屬於一種高層次的思考活動（董家莒，2000）。而我國在國民中小學九年一貫課程中「自然與生活科技」領域的課程設計上，強調培養學生批判、創造等能力，使其獲得處理事務、解決問題的能力（教育部，2008）。本研究希望學生除了透過科學遊戲獲得科學知識與樂趣之外，還能促進其創造力和問題解決的能力，因此融入創造性問題解決模式理念於科學遊戲的設計中。本節就創造性問題解決的發展歷程、創造性問題解決的教學原則兩部分做進一步的說明。. 壹、創造性問題解決的發展歷程 CPS 模式之所以能發展出來，是因為人們開始認為創造力是可以培養出來的（湯偉君、邱美虹，1999）。Wallas 在 1926 年所提出創造性成就行動模式，包含準備期（preparation）、醞釀期（incubation）、豁朗期（illumination）及驗證期（verification）四階段創造歷程（葉玉珠，2006）。綜合學者專家的看法，說明如表 2-2。 20.

(33) 表 2-2 Wallas (1926)提出的創造性成就行動模式階. 段. 思考運作. 準備期 (preparation). 認知記憶. 醞釀期 (incubation). 個人思考. 豁朗期(illumination). 擴散性思考. 驗證期 (verification). 聚斂性思考. 說. 明. 從問題的發現開始，確定問題才開始蒐集解決問題的相關資訊，並從前人經驗獲取知識。冥思苦索階段，並長期進行各方面的嘗試，對於問題做各種試探性解決。從上一個階段靈光一現、豁然開朗，對於解決問題的關鍵有所頓悟，會產生新觀念、新思想。靈光一現時所得到的創造雛形，經檢驗與證明，逐步修正達其合理性或可行性。. 資料來源：洪振方（1998）。科學創造力之探討。高雄師範大學學報，9，282-302；葉玉珠（2006）。創造力教學-過去、現在與未來（頁 126-127）。臺北市：心理。 Wallas 之後也有許多人提出創造歷程模式，但分析起來在基本思想上都與 Wallas 相差無幾（張玉成，1995）。這影響了當時教育者的觀點，當時原本以為創造力是天生而無法靠後天培養，因此 1940 年代之前被視為是創造力培養的前歷史時代（pre-historical age)。但 Wallas 則指出無論是人類或猩猩等動物，創造的起點都是由「問題解決」開始。當個體在面對問題時，認知結構會開始形成，將舊有基模(schema)重新同化(assimilation) 或調適(accomodation)以產生新基模，認知結構因此可能會擴大或重組，所以解決問題的過程對解題者而言是一個新的經驗，也可以說是創造（葉安琦，2001）。後來學者逐漸發現，可以刻意使用一些方法或步驟來刺激醞釀期的「個人思考」運作，而增加靈光一閃（aha）的機會，因此 1950 年代開始「提升創造力」的培養計畫， Torrance (1972) 針對 142 篇有關促進創造思考技巧的教學方案進行分析，發現有四種最有效的創造力訓練策略，其中成效很好的是 Parnes 所提出的 CPS 模式（引自湯偉君、邱美虹，1999）。觀察過去的研究，CPS 模式逐年演進可區分成六種版本，每個階段都 21.

(34) 有其主要的內涵與當代發展趨勢，分別說明如下：. 一、第一版本 (1942-1967)：Osborn 創造性的七階段此階段給予創造歷程一個明確的定義，為 CPS 模式的前身。Isaksen 及 Treffinger (2004)引述 Osborn 於 1953 年在「應用想像力(Applied Imagination)」一書中，首先提出七階段 CPS 歷程，七步驟的創造歷程分別如下：（一）定向(Orientation)：指出問題(pointing up the problem)。（二）準備(Preparation)：蒐集相關的資料(gathering pertinent data)。（三）分析(Analysis)：打散原始資料，改以有關的主題分類資料(breaking down the relevant material)。（四）假設(Hypothesis)：多發想並累積所有可能的方法(pilling up alternatives by way of ideas)。（五）籌畫(Incubation)：在愉悅的氣氛下，接受所有的可能解釋(letting up to invite illumination)。（六）綜合(Synthesis)：將相關的部份進行結合(putting the pieces together)。（七）驗證(Verification)：評斷合成產出的想法(judging the resultant ideas)。此時期由於需要詳盡且清晰的創造力流程，因此產生了 CPS 的最初模型與最初的指導方針。. 二、第二版本 (1963-1988)：Osborn-Parnes 五階段 CPS 模式 Parnes 受到 Osborn 的影響提出 CPS 五階段，在 1967 年和其夥伴 Ruth Noller 以圖示法表達 CPS 發散式與聚斂式思考過程，五個階段的訓練方案主要說明如圖 2-2（湯偉 22.

(35) 君，邱美虹，1999）。（一）發現事實(Fact-Finding)：利用 5W1H(Who、What、Where、When、Why、 How)的策略，蒐集有用的訊息與資料。（二）發現問題(Problem-Finding)：當出現問題的線索時，可以開始分析問題的每一個成份，清楚地界定問題。（三）發現點子(Idea-Finding)：確定問題後，我們可先想像所有可能解決問題的點子，輔以書面畫圖或條列方式幫助整理。（四）發現解答(Solution-Finding)：進一步從這些構想中，找出最合適的解決之道。（五）尋求接受(Acceptance-Finding)：找出最合適的解決方法之後，必須實際執行此構想，確認此方法是否有效，如果無效還得繼續找到合適的構想並付諸實行。 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需盡可能思考出更多變通的可能方案，以求得更好的想法，此時期因應有效的創造力教學活動設計需求，Chang (2011)指出由 Ruth Noller 和 Sidney Parnes 等人在紐約州立大學的 Buffalo State College 開始試行的兩年形成「創造力研究計畫（The Creative Studies Project）」，且出版了一套 CPS 的教學教材，使得這個階段有許多創造性問題解決的教學方案誕生。. 23.

(36) FF. PF. IF. SF. AF. 新挑戰. 尋求接納. 動. 發現解答. 行. 激發點子. 畫. 發現問題. 計. 疑點或目標. 問題敏感性. 發現事實. 圖 2-2 Osborn-Parnes 五階段 CPS 模式。資料來源："Celebrating 50 years of reflective practice: Versions of creative problem solving." by S. G. Isaksen and D. J. Treffinger, 2004, Journal of Creative Behavior, 38(2), p. 75.. 三、第三版本 (1981-1986)：Isaksen 和 Treffinger 六階段 CPS 模式 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並重（湯偉君，邱美虹，1999）。1985 年 Isaksen 和 Treffinger 在商界與教育界的運用經驗後，進一步修改 CPS 模式成為六階段（圖 2-3），此階段模式發展的目標，在於呈現個人因素與情境差異對學習與運用 CPS 的影響，與上個版本比較，主要修改的部分如下 (Isaksen & Treffinger, 2004)：（一）新增第一個階段：發現困惑(Mess-Finding)。（二）將第二版本 CPS 模式中，第一個步驟「發現事實 (Fact-Finding)」修改為「發現資料 (Data-Finding)」，認為有效的問題解決，不只是考量事實而已，更需考量相關資訊，才能順利解決問題。（三）發展出聚斂思考的指導原則，主要原則是「找出重點 (locating hit and hot spots)」，以配合原本發展完善的擴散思考，輔以文字說明，找出每個階段的重要功能。（四）將 CPS 的圖示從上一版本的橫式改為直式，不過仍是單一方向的發展，有 24.

(37) 初始 (MF)和結束 (AF)的階段。. 擴散面 Divergent Phase. 問題敏感性 Problem Sensitivity. 聚斂面 Convergent Phase. 擴散思考從生活經驗與情境中尋找各種問題解決的機會. 發現困惑(MF). 蒐集不同的資料了解事實的情境. 發現資料(DF). 找出、分析與歸納重要的資料. 列出所有可能的主問題與次問題. 發現問題(PF). 選擇一特定問題並具體且明確的陳述問題. 列出問題的所有可能的解決點子. 發現點子(IF). 選出最有可能解決問題的構想. 找出各種評估構想的標準. 發現解答(SF). 選擇一些重要的標準評量構想的可行性. 考量執行過程中可能的助力與阻力. 尋求接納(AF). 找到最適當的解答方案，形成計畫並加以執行. 聚斂思考. 決定一種挑戰，並建立一般性的問題解決目標. 新挑戰 New Challenges. 圖 2-3 1985 年版的六階段 CPS 模式。資料來源："Celebrating 50 years of reflective practice: Versions of creative problem solving." by S. G. Isaksen and D. J. Treffinger, 2004, Journal of Creative Behavior, 38(2), p. 75.. 四、第四版本 (1987-1992)：三成份六階段 CPS 模式此階段模式的發展主要在回應創造性問題解決在教學現場實務運用的結果。1987 年時，Isaksen 和 Treffinger 發現人們在解題過程中時不會總是依序使用這六個階段，而 25.

(38) 是喜歡以自然、方便的方式運用 CPS（湯偉君，邱美虹，1999），整體來說，可以把人類的解題活動傾向組合成三個主要成份：瞭解問題(understanding the problem)、激發點子(generating ideas)、計畫行動(planning for action)，而此時仍是以線性為主，如圖 2-4 (Isaksen & Treffinger, 2004)。. 成份一：瞭解問題發現困惑(MF). 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. 發現資料(DF). 擴散：蒐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. 發現問題(PF). 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. 成份二：激發點子. 發現點子(IF). 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. 發現解答(SF). 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. 尋求接納(AF). 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. 成份三：計畫行動. 圖 2-4 1992 年版的三成份六階段 CPS 模式。資料來源："Celebrating 50 years of reflective practice: Versions of creative problem solving." by S. G. Isaksen and D. J. Treffinger, 2004, Journal of Creative Behavior, 38(2), p. 75.. 五、第五版本 (1990-1994)：Isaksen 和 Dorval 三成份彈性循環模式 1993 年，Isaksen 和 Dosval 考量個人不同的需求，將 CPS 先前使用線性流程表示 26.

(39) 的模式改為「暸解問題」、「激發點子」與「行動計畫」三個區塊（成份），以幾何圖形彈性循環的架構表示，如圖 2-5 (Isaksen & Treffinger, 2004)，不過區塊之間是以虛點連接，代表流程並沒有固定的方向性，是可彈性調整的，且各區塊內的空白處，可依個人、任務或是情境的不同，選擇需要執行的階段(MF、DF、PF、IF、SF、AF)，運用在問題解決情境中（湯偉君、邱美虹，1999）。激發點子. 瞭解問題. 計劃行動. 圖 2-5 1993 年版的三成份非線性 CPS 模式。資料來源："Celebrating 50 years of reflective practice: Versions of creative problem solving." by S. G. Isaksen and D. J. Treffinger, 2004, Journal of Creative Behavior, 38(2), p. 75.. 六、第六版本 (1994-至今)：CPS 四成份八階段模式此時期追求系統化的方法，以有效地整合任務評估與歷程規劃兩個面向發展 (Isaksen & Treffinger, 2004)。Isaksen、Dorval 和 Treffinger 在 2000 年將任務的評估與歷程規劃整合於 CPS，並將 CPS 修改為一個系統化的架構，參見圖 2-6（湯偉君，邱美虹， 1999）。同時，為了讓 CPS 的使用更加友善與清楚，Isaksen 等人也將 CPS 各流程的用 27.

(40) 詞做了些許的修改，把原來的三大成份改為四成份八階段，改為瞭解挑戰（understanding the challenge）、激發點子（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）、形成問題（forming problem）與搜尋點子（exploring data）；準備行動分為發展解答（developing solutions）與建立接受（building acceptance）(Isaksen & Treffinger, 2004)；規劃方法的組成部分包括評估任務(appraising tasks)和設計流程(designing process)的階段作為一個綜合組織，處在 CPS 的中心範圍，將規劃方法作為一種「管理」的綜合組織，能指導解決問題的分析和選擇階段流程。激發點子. 激發點子. 瞭解挑戰. 準備行動. 設計流程. 評估任務. 建構機會. 建立接受. 搜尋點子發展解答形成問題. 規劃方法. 圖 2-6 2000 年版的 CPS 四成份八階段模式。資料來源："Creative problem solving: an introduction " by S. G. Isaksen, K. B. Dorval, and D. J. Treffinger, 2000, Buffalo: Prufrock Press Inc. 28.

(41) 綜合對 CPS 的發展歷程的討論，從 Osborn、Parnes 等人發起，到 Isaksen、Treffinger 等人持續投入發展，可將其主要的發展及運用整理如表 2-3。表 2-3 CPS 歷經五十年發展之歷程年代. 研究者. 內容. 階段名稱或主要改變. 表示方式. 1953. Osborn. 第一版本創造過程七階段. 定向(orientation)、準備(preparation)、分析(analysis)、假設(hypothesis)、籌畫(incubation)、綜合(synthesis)、驗證(verification). 文字說明. 1967. Parnes. 第二版本 Osborn-Parnes五階段CPS模式. 發現事實(FF) 發現問題(PF) 激發點子(IF) 發現解答(SF) 尋求接納(AF). 水平圖示（圖 2-2）. 1985. Isaksen & Treffinger. 第三版本 CPS六階段. 1.新增發現困惑(Mess Finding) 垂直圖示 2.將發現事實（FF）改為發現（圖2-3）資料(DF) 3.聚斂思考與擴散思考兼重. 1987. Isaksen & Treffinger. 第四版本 CPS三成份六階段. 垂直圖示三成份與六階段：瞭解問題（MF、DF、PF）、激發點子（圖2-4）（IF）、行動計畫（SF、AF）. 1992. Isaksen & Dorval. 第五版本 CPS三成份彈性循環模式. 三成份：瞭解問題、激發點子、循環圖示行動計畫（圖2-5）六階段：MF、DF、PF、IF、 SF、AF. 2000 ~至今. Isaksen , Dorval & Treffinger. 第六版本 CPS四成份八階段. 四成份：瞭解挑戰、激發點子、循環圖示準備行動、規劃方法（圖2-6）八階段：建構機會、搜尋點子、形成問題、激發點子、發展解答、建立接受、設計流程、評估任務。. 註：修改自創造性問題解決（CPS）模式的沿革與應用，湯偉君、邱美虹，1999，科學教育月刊，223，2-20。綜觀上述各版本的 CPS 模式發展中，不難看出其共同特色與精神，研究者希望在. 29.

(42) 設計本研究 CPS 教學時，能融入以下 CPS 模式的共通特色：（一）利用多階段方式循序達到 CPS 的目的。（二）歷程中兼顧擴散性思考與聚斂性思考。（三）每一階段都始於擴散性思考，再經由評價、釐清、與聚焦的聚斂性思考後，為下一階段思考的內容作準備。（四）依個人、任務或情境的需求，可彈性使用各階段，不一定要依照順序，也不一定各階段只能運用一次，各階段可以交互螺旋形式發展。（五）在個人與群體解題都能運用。. 貳、創造性問題解決的教學原則洪文東（2000）認為在 CPS 教學上中的假設是認定每個人都有某種程度的創造力，也都能透過教育來增加。老師若欲教導創造行為，則必須先建立自由表達的環境，鼓勵幽默，要求思考的質和量。葉玉珠（2006）也提到建構一個利於學生發展的教室情境應包含充裕的時間、嘗試新觀點的承諾與相信學生有能力進行高層次思考的信心。 1998 年 Treffinger 和 Feldhusen 提出多種思考教學模式來學習和運用 CPS，參見圖 2-7，其中考慮三個普通面向：教學環境、後設認知與個人特色（例如興趣），以及考慮三個教學重要的面向：基本訓練(foundation)、逼真的任務(realistic task)、真實生活的機會與挑戰(real life opportunities and challenges)。. 30.

(43) 背景：學習的氛圍與身體準備度 (context: climate and physical setting for learning). 後設認知(metacognition) 個人認知和情意的特質(personal cognitive and affective characteristics) 真實生活的機會與挑戰 (real life opportunities and challenges)  問題解決  發明  個人或小組獨立計畫. 基本訓練. 逼真的任務. (foundation)   . . 知識激發與聚焦的工具探究工具表達和生產工具. (realistic task) . 學習的應用與延伸練習解決問題探究工具做選擇與決定.   . 圖 2-7 產出性思考（productive thinking）的教學模式。資料來源："Pratice problems for creative problem solving: an introduction." by D. J. Treffinger, 2000, Buffalo: Prufrock Press Inc. 有效的 CPS 教學課程不在於真實或事先規劃好的活動，而是混雜著上述的基本訓練、逼真的任務與真實生活的機會與挑戰這三個面向，且是彈性非螺旋式、非規律次序的使用（吳麗珍，2005），三項教學重要的面向分別有：一、首先「基本訓練」是很重要的，包含擴散思考，聚斂思考的學習，練習在不同情況下運用不同的思考策略，學習者必須經常使用這兩種思考方式，為各種事件找出適合的解決方案，擴散思考可以將想像力天馬行空的發揮，而收斂思考則必須將擴散思考所得的各種想法加以分析其優缺點，找出重點，做出最可能成功的抉擇，幫助自己更 31.

(44) 有效率。二、「逼真任務」為延伸基本訓練，為的是加強學生練習運用 CPS 來面對真實生活問題所需要的方法與策略。通常它被設計成中小學生覺得有趣的、可參與的和可被接受的「想像問題」，透過這些「想像問題」的練習，將使其對三成份六階段與擴散聚斂思考並用的 CPS 更加熟悉，最重要的是培養成功運用 CPS 的能力和信心。三、CPS 最終的目標是要達成「真實生活的機會與挑戰」，希望讓學生能在生活中靈活運用 CPS，去解決複雜、開放式、含糊不清的真實生活問題。由此可知，進行 CPS 教學時，可從基本訓練的思維教學作為開端，接著進行逼真任務的練習，希望能培養學生使用 CPS 的能力與信心，再者，雖然 CPS 的問題設計通常是沒有固定答案的開放式問題，但學生學習時以小組方式進行是最好的，如此一來，教師較易準備，也可讓學生在互相討論中激盪出新的想法（邱美虹、林世洲、湯偉君、周金城、張榮耀、王靖璇，2005）。過程中，我們應鼓勵學生提出多樣化的點子，點子當然越多越好，甚至參考別人的想法後加以組合成新點子，等所有可能的點子都找齊之後，再去分析出最有效的解答。本研究以三成份六階段 CPS 模式為基礎外，並依遵循 CPS 所歸納的共通特色，以小組合作方式進行科學遊戲教學活動設計。. 第四節 CPS 融入自然科教學之相關研究超過五十年的 CPS 研究和發展，將創造性問題解決使用在各年齡層到各式主題中，且當個人提升問題解決能力，未來也能更有效應用它 (Treffinger, Selby, & Isaksen, 2008)。以下將分別就國內與國外研究進行說明。. 32.

(45) 壹、國內部分國內對於 CPS 的教學研究行之有年，其中包含會計、數理、社會、體育、藝術等不同的學術領域，研究的對象也從幼兒到大學，涵蓋範圍相當廣。目前研究者僅針對國小自然科教學之研究進行歸納與探討，並將其歸納整理出 CPS 教學策略對於學生創造力與問題解決能力和對學習興趣提升的兩個面向，參見表 2-4。表 2-4 國內 CPS 融入國小自然科教學的相關研究整理研究者年代. 對象. 研究主題. 研究結果與發現. 詹雅婷 2013. 小六. 創造性問題解決融入科學遊戲教學對國小高年級學生創造力及學習成就之影響. 實驗組學生在創造力表現上優於對照組，經訪談後，學生認為 CPS 融入科學遊戲教學實驗較有趣，有較多自由發揮空間。遊戲具驚喜感且易於操作，讓學生沒有學習上的困難。. 黃倩瓊 2012. 小五. 以創造性問題解決融入「力與運動」相關之科學遊戲的教學成效研究. 實施教學後，實驗組學生的科學探究能力、科學概念認知顯著成長，學生也對於本教學活動持正面的肯定。. 謝亞芬 2012. 高年級以創造性問題解決融入與. 「光」相關之科學遊戲的學習成效之研究常蕙如 2012. 小五. 以創造性問題解決融入「氧化與燃燒」之相關科學遊戲的學習成效之研究. 張珉甄 2011. 高年級以創造性問題解決融入與. 「力」相關之科學遊戲的教學成效之研究. 經 CPS 教學活動後學生在概念認知及探究能力有顯著成長；且能引發學生以創意解決問題、促進團隊合作。學生經 CPS 學習後，其科學探究能力及概念認知顯著成長，並對活動持正面的肯定，認為課程可協助他們發揮創意，表達與溝通能力有所提升。實施教學後，學生的概念認知及科學探究能力顯著成長，且能引發學生的創意、促進同學間的情誼。上課中出現以下情形需留意：一是上課秩序較難掌控，其次是學生有誤用科學名詞的情形發生。（續）. 33.

(46) 黃玉斯 2009. 小五. 創造性問題解決融入科學遊 CPS 可適當融入科學遊戲並設戲之行動研究-以「磁鐵」為計教學活動，其教學成效受到例小組合作情形、遊戲難易、活動設計內容、學生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實驗能提升學生對學習自然的學活動發展-以「紙張的遊戲」興趣，並由玩遊戲中學習到科為例學知識。設計教學時，教師須克服時間、場地、教學材料及教學現場所面對的問題，也可從這教學過程中增加教學技巧、充實自己專業成長。. 翁昇宏 2008. 小五. 國小高年級創造性問題解決創造性問題解決課程的活動設教學活動設計-以「自製簡易計，提供學生問題解決的機樂器」為例會，提高學生創造力及問題解決態度有良好的效果。. 鄭英耀 2007 劉昆夏張川木. 小五. 國小自然科創造性問題解決實驗組學生在圖形創造力、問教學效果之研究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。 6 個月後追蹤實驗組學生，在語文創造力、圖形創造力及問題解決能力均具持續性效果。. 江美惠 2005. 資優生. 創造性問題解決教學方案對實驗組學生在創造思考測驗與資優學生創造力及問題解決問題解決測驗均獲得較高成能力影響之研究績，且透過教學回饋問卷得知，學生對此課程也十分喜愛。. 林美嬌 2005. 小五. 創造性問題解決教學在國小生活科技之應用. 洪文東 2003. 小五. 創造性問題解決化學單元教實驗組學生在學習「水溶液的學活動設計與評估酸鹼性」主題之單元教學活動後，科學創造力與問題解決能力之表現情況均有顯著提升。. 研究發現，CPS教學能提高學生創造力，對問題解決的態度也有正面良好的回應。教學建議方面，除了注重擴散性思考，從大量的想法中加以歸類分析，找出較好的選擇，這種聚斂性思考技巧訓練也很重要。. （續）. 34.