The Development of Creative Problem Solving Teaching for
Science Games : An Exmaple of
Paper’s Games
Summary
The purpose of this study is through action research to explore the teaching activities
which integrate the teaching model of Creative Problem Solving (CPS) into Scientific
Games to be designed as paper games, as well as the difficulties and solutions that may be
encountered when practiced in teaching; also, this study analyzed the researcher’s gained
professional growth and fruits in the aspects of curriculum design, Application of teaching
strategies and the teachers’ pluralistic role transformation. In this study, the teaching
actions were conducted in three stages. The research target of teaching was a 6th grade
student from Hu Hu Elementary School. By taking advantage of courses of Nature and
Life Technologies, the teaching activities were conducted once in every week (two classes
for each time) and each stage contains 4 weeks in a row. Through the ways such as
teaching video, assisting teachers in teaching for observations and records, interview
records, learning sheet, survey form for opinions about activities, teaching notes, etc., the
related data for this study was collected for analysis. The findings of this study were: (1) If
Scientific Games are introduced into the teaching model of Creative Problem Solving
(CPS), the students’ interests of learning the Nature and Life Technologies would be enhanced; also, the students would learn scientific knowledge through the games. (2) In
order to design the teaching of scientific games by Creative Problem Solving (CPS), the
teacher should conquer the problems brought by time, places, teaching materials, and
teaching scenes. (3) Through the design and the teaching process of introducing scientific
games into Creative Problem Solving (CPS), the teacher can increase his/her teaching
skills and understand the theories deeply to enrich his/ her own professional knowledge.
Finally, this study has proposed concrete suggestions for teaching designs and practices of
scientific games as well as directions for future research.
第一章 緒論
孩子喜愛嬉戲，玩遊戲，看著他們玩遊戲時臉上燦爛的笑容，孩子從 遊戲中學習，也由遊戲中得到快樂。杜威曾指出遊戲為兒童生活的主要活 動，並強調「寓工作於遊戲」及「從遊戲中學習」的觀念。兒童在遊戲中 能得到完全的尊重與自主，遊戲也可以幫助兒童各方面的成長，學習及發 展，遊戲也可以培養兒童的身心健康及智力發展。科學可以啟發兒童的智 慧，遊戲則帶來心靈的歡樂（陳忠照，2000）。而科學教育是希望全民有 科學素養，能用科學的思考方式與態度去面對日常生活的現象、解決問 題、啟發創造思考並認識科學的價值（教育部，2003）。 如果把科學活動和遊戲結合，寓教於樂，讓學生由遊戲中學習科學， 學習科學將是一件有趣的事（陳惠芬，2000）。科學遊戲就是利用兒童在 遊戲時的專注、沒有壓力的情境下發揮想像力及提升創造力，來體驗有趣 的科學活動中，科學的原理及科學概念(楊訪屏，2004)。九年一貫綱要中 指出，教師要鼓勵學生動手做科學、激發學生的創意及培養解決問題的能 力（教育部，2003）。所以，配合學生喜愛遊戲的天性，將「科學遊戲」 設計融入教學，增進學生學習動機與探索科學的興趣，在生動活潑的教學 下，培養學生創造性思考與問題解決能力，實值得研究探討。 本章共分四節述之，第一節為研究背景與動機，第二節為研究目的與 問題，第三節為名詞釋義，第四節為研究限制。第一節 研究背景與動機
教育部（2003）在九年一貫課程綱要以「培養探索科學的興趣與熱忱， 並養成主動學習的習慣」為課程首要目標。強調學生基本能力的培養，在 課程設計上強調以學生為主體，以其生活經驗為重心（教育部，2003）。 在學習科學方面，要讓學生學會如何去進行探究活動，學會觀察、詢問、 1規劃、實驗、歸納、研判，及培養出批判、創造等各種能力，特別是以實 驗或實地觀察的方式去進行學習，讓學生獲得處理事務、解決問題的能 力。因此，培養學生創造力以活動導向訓練學生善用頭腦，來解決生活中 所面對的問題是極為重要的需求。 九年一貫課程中教師對課程的參與和設計及教學專業素養的提升是 刻不容緩的事（教育部，2003）。饒見維（1999）也指出九年一貫課程的 實施對教師專業發展有四大轉變：1從固定課程的執行者轉變成適性課程 的設計者，2從被動的吸收者轉變成主動的研究者，3從教師進修中心研習 轉變成教師專業發展，4從課本知識的傳授者轉變成生活能力的引發者。 許良榮（2004）在新課程理念中指出教師應從行動中發展課程設計的專業 能力，充分發揮主動學習與思考的精神，成為教學課程的設計與轉化者、 潛在課程的發現者及懸缺課程的彌補者。由此可知，教師不要被動傳授課 程，必須能主動設計能引發學生各種能力的課程，並且安排適當的問題解 決情境，讓學生在解題的歷程中，激發創造思考及解決問題的能力。九年 一貫課程中的「學校本位課程」的發展及「彈性學習節數」的設置，就是 賦予學校與教師主動發展課程、自編教材的機會，因此教師參與課程發展 及設計課程的能力日趨重要。 教育部（2003）在九年一貫課程綱要中之基本能力強調「主動探索與 研究」以及「獨立思考與解決問題」。在這兩個基本能力中指出「希望學 生能夠激發好奇心及觀察力，主動探索和發現問題，並積極運用所學的知 能於生活中」、「養成獨立思考及反省的能力與習慣，有系統研判問題，並 有效解決問題和衝突」。從這兩個基本能力中，清楚的點出提昇學生的學 習興趣及培養解決問題能力的重要。 隨著工商科技的發達，人類生活上所產生的問題也更多元化，必須教 導學生發揮創造的潛能，才足以產生解決問題的能力，以解決現在及未來 生活所面臨的各式問題。分析國內外有關創造性問題解決（CPS）教學的
相關研究，有些研究顯示CPS教學有助提昇學生的創造力與問題解決能力 （楊訪屏，2004；柯建樺，2004；洪文東，2003；蔡麗玲，2004；許順欽， 2003等）。CPS能提升學生的學習動機（李育樺，2005；廖仁年，2003）。 CPS能有效增進學生合作學習（林俊卿，2007；廖仁年，2003；許順欽， 2002；楊訪屏，2004）。CPS也應用在國小自然與生活科技教學上。（王 黃正，2007；陳淑娟，2007；李祉頡，2006；洪川富，2005；吳麗珍，2005； 廖仁年，2003）。因此將CPS教學模式來配合自然與生活科技領域的教學 是可行。 研究者於研究所進修期間，接觸「科學遊戲」的課程，對將遊戲融入 科學學習的活動所帶來的歡樂及教學效果感到興趣。因此想探討科學活動 與遊戲結合，讓學生可以從輕鬆的遊戲中觀察科學現象，引發學習科學的 興趣。 研究者思索若能利用科學遊戲符合學生喜愛遊戲的特性，結合創 造性問題解決（CPS）模式的教學理念，設計問題解決任務，提供學生解 決問題的經驗，讓學生在動手操作中激發科學思考、發揮創造力及小組合 作，以提昇科學學習興趣，及培養問題解決能力，落實「自然與生活科技」 領域的課程目標。
第二節 研究目的與待答問題
一、研究目的
目前坊間科學遊戲書籍大多數以介紹科學遊戲的操作過程或示範如 何做出成品為主，少有具備設計引導學生進一步發揮創造力與解決問題能 力的機會；雖可提供教師自編教材之參考，但不適合直接用於教學現場。 因此本研究擬以學生日常生活易見易取得的「紙張」為素材，結合「創造 性問題解決（CPS）」的教學理念，設計以「紙張的遊戲」為主題之科學 遊戲創造性問題解決教學活動，期能提昇學生學習科學的興趣，及激發學 生的創造力與問題解決能力，並期許研究者於本研究發展歷程中能獲得個 3人在課程設計、教學策略應用及教師角色扮演上的專業成長。 本研究的目的即欲將「遊戲」與「科學學習」結合，設計「科學遊戲」 教學活動，以作為提升學生對科學的學習興趣及培養問題解決相關能力之 參考。
二、研究問題
基於上述的研究目的，本研究欲探討的問題如下： （一）將科學遊戲導入創造性問題解決（CPS）教學模式，學生的學習表 現為何？ （二）以創造性問題解決（CPS）教學活動實施紙張的科學遊戲的過程中， 可能遭遇的問題與解決的方法為何？ （三）研究者在設計與實施科學遊戲創造性問題解決教學活動的歷程中， 在課程設計、教學策略應用及教師專業成長為何？第三節 名詞釋義
為了澄清本研究的關鍵名詞，避免意義的混淆分歧，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：一、科學遊戲
科學遊戲的定義各有不同的定義，本研究中界定科學遊戲需包含 科學概念，本研究即以「紙張的遊戲」為科學遊戲教學設計的概念核心。 因此界定科學遊戲為以下: 1、科學遊戲的設計需包含讓學生動手操作的活動。 2、科學遊戲所需的素材應是從生活環境中容易取得的。 3、科學遊戲的活動可以結合小組競賽方式來進行。 4、把科學活動和遊戲結合寓教於樂，讓學生可以從遊戲中觀察科學 現 象。
二、創造性問題解決
（Creative Problem Solving，CPS）創造性問題解決（Creative Problem Solving，CPS）由Osborn在1953 年 提 出 ， 後 經 Parnes 在 1967 年 發 展 出 線 性 五 階 段 解 題 模 式 ， 再 經 過 Noller、Treffinger、Isaksen、Dorval 等人逐步的發展與修改架構模式， 成 為 有 效 提 升 創 造 潛 能 與 問 題 解 決 的 方 法 （ Isaksen & Treffinger, 2004）。本研究創造性問題解決是以Isaksen 和Treffinger（1987）修正 的三成分六階段CPS 模式融入科學遊戲中來設計教學，其六大階段分別為 發現困惑、發現資料、發現問題、發現點子、發現解答、尋求接納並將六 階段分別配合教學活動的基礎遊戲、動手玩一玩及原理探究、問題解決任 務、動一動腦、小組合作、小組競賽及綜合活動實施。
第四節 研究限制
本研究是蒐集坊間科學遊戲書籍及科學相關網站上的資料，整理到本 研究的科學遊戲設計素材後，結合CPS教學模式，發展出科學遊戲創造性 問題解決教學模組，再由研究者擔任教學者進行三階段的教學行動循環， 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 對本研究的歷程，以下分別從研究情境、研究範圍與研究者來說明本研究 的限制：一、研究情境的限制
本研究為教師行動研究，行動研究的目的是研究者於研究情境中解決 自身的特定問題，為特定時空中的特定方案，其結論不超出研究者所處研 究情境外。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，不宜做本研究教學場域外的概括性推論。二、研究範圍限制
5本研究因限於時間、人力與物力等條件，研究範圍只限於科學遊戲創 造性問題解決教學活動設計的發展歷程的教學活動。本研究以研究者任教 之學校—台中縣某國小的學生進行紙張的科學遊戲教學及探討科學原 理，因此本研究的教學活動設計以六年級為對象。
三、研究者限制
本研究採行動研究方式進行，研究者本身即為研究工具。所以研究者 在蒐集設計素材、課程設計及教學行動上，難免受到研究者本身能力、教 學經驗、個人特質等因素影響，在資料收集、分析、詮釋過程中，無可避 免的會摻入研究者主觀觀點，而影響到研究結果，造成本研究的限制。 本研究以紙張的科學遊戲為主的科學活動，研究同時為促進研究者的 專業成長，因此不宜多做推論。 本研究將生活中易取的「紙張」設計成適合六年級使用的科學活動， 因此研究結果不宜推論至其他年級。第二章 文獻探討
本研究的主要目的在於探討如何以「紙張的遊戲」為核心，結合創造性 問題解決（CPS）教學策略，設計科學遊戲創造性問題解決教學活動。以下 介紹科學遊戲和創造性問題解決（CPS）教學策略在科學教育上的應用，並 介紹本研究採用「紙張的遊戲」，以作為本研究教學活動設計與實施時的參 考依據。本章共分為三節，所探討主題分別為第一節科學遊戲與教學，第二 節創造性問題解決（CPS），第三節紙張相關科學遊戲。第一節 科學遊戲與教學
本節將就相關文獻的整理分析，對兒童與遊戲、科學遊戲及科學遊戲應 用於教學的相關研究加以論述、探討。一、 兒童與遊戲
（一） 遊戲的定義與特徵
1、遊戲的定義
遊戲是每個人成長中不可缺少的，從幼兒到兒童、青少年、成人，甚至 是到老年，生活中必定伴隨著遊戲。遊戲集趣味性、虛構性、創造性和社會 性於一體，是兒童最喜歡的活動。兒童在遊戲活動中可以豐富了生活也活躍 了身心，透過遊戲建構其多彩多姿的成長經驗（吳幸玲，2003）。Eisner （1982）認為遊戲是讓兒童去探索會發生的經驗，是兒童用來理解世界的工 具之一，是一項很自然的童年活動。 目前，研究「遊戲」的相關文獻中，對「遊戲」一詞還沒有清楚且一致 的界定。 近年來，學者們依照不同理論對遊戲的定義如下（楊訪屏，2004）：表2-1-1：遊戲理論對遊戲的定義表 遊戲理論 宣導者 對遊戲的定義 精力過剩論 Schiller Spencer 兒童在工作之餘，會用遊戲將過剩的精力消耗掉， 是無目的的行為。 重演論 Gulick Hall 兒童在遊戲中重演人類的行為，練習先人的活動。 本能練習論 Groos 遊戲為本能須要而產生，兒童在遊戲中練習成人賴 以生存的基本技能，為成人生活做準備。 放鬆論 Patrick 遊戲讓人解除疲勞，有放鬆的作用。 心理分析論 Freud 遊戲可以宣洩兒童平時被禁止的行為，降低焦慮 感，並有控制世界的感覺。 認知發展論 Bruner Piaget 遊戲提供兒童認知發展的學習環境，在輕松的環境 中加強學習的專案，也留有空間學習新事物。 覺醒調節論 Berlyne Ellis 讓身體保警醒狀態，降低不確定性。 內涵脈絡論 Vygotsky 遊戲可以在不受環境影響或限制下，重組現實。 由上述的遊戲理論，可以發現對遊戲的定義，除了包括生物本能，情緒 調整和模仿重組等面向，更論及了認知發展層面（潘怡吟，2003；張冠儀， 2002）。遊戲因為其娛樂性，使兒童願意參與，以兒童親歷學習活動的體驗， 特別是愉悅的體驗，為兒童教學開闢了一個新的思路。遊戲不但是兒童認識 世界的方式，也是兒童適應社會、與環境互動的行為（楊訪屏，2004）。
綜合以上觀點，研究者將「遊戲」定義為：以培養創造力為核心，使兒 童在生理和心理上達到滿足的一種自我實現的過程。
2、遊戲的特徵
黃瑞琴（1999）從心理學觀點認為遊戲的特點為「遊戲是內在動機引起 的，自動自發，自我產生的」、「遊戲須要熱烈的參與，帶有正面的喜樂情 事，不是嚴肅的」、「遊戲著重於方法和過程」、「遊戲的方式隨材料和情 境而隨意變換」等。蔡淑苓（1993）根據各家學者的意見歸納發現：「遊戲 是直接由動機引起，動機就是遊戲，它是自由的」、「遊戲是美的享受、歡 樂、滿足及愉悅的情緒流露」、「遊戲是滿足的過程，不注重結果的」、「遊 戲是探索、表達及釋放內在自我的途徑」、「遊戲是幼兒將以前獲得的印象， 重新組合的新世界」。Frost（1999）曾指出遊戲的特性有「遊戲是歡樂的 來源，從參與者的快樂和興奮可以看得出來」、「遊戲是由內在動機所引起 的」、「遊戲是自發的、自願的，遊戲中每個人都是主動參與」。（二）兒童與遊戲
兒童的生長歷程離不開遊戲，身旁的玩物總是不缺乏，近代心理學家強 調讓兒童透過遊戲歷程來學習是必要的，而遊戲就像是潤滑劑、催化劑一樣 能幫助兒童無所負擔的學習（吳幸玲，2003）。透過遊戲的方式來學習，才 不至流於趕鴨子上架或揠苗助長的反學習效果。 正是遊戲本身所具有的趣味性、虛構性、創造性和社會性的特點，與兒 童的好奇、好玩、好動以及無憂無慮的年齡特徵完全契合，才使得遊戲對兒 童的生長歷程產生重要的作用。遊戲是兒童時期最純潔的心靈活動，是人類 和所有生物內在生命的典型活動。在遊戲中可促進兒童的問題解決能力、創 造力和保留概念。兒童會借著遊戲來釋放他們過剩的精力，將遊戲視為一種發洩精力的方法，遊戲可以讓兒童體驗成人的生活，遊戲可以協助兒童心智 的發展（郭靜晃譯，2000）。那些符合兒童認識水準和實際能力的科學遊戲 能夠激發兒童強烈的好奇心和探究意識，使兒童瞭解生活中某些現象和奧 秘，進而更能主動地關注周圍的生活。
Green(1974)指出，遊戲的功能不只在於鼓舞學生，也對訊息的保留有 直接和絕對的關係。詹棟樑（1979）參照人類學家Martinus Jan Langeveld 的論述，認為兒童的世界就是學習的世界，兒童的學習具有三個含義：開放 的意義：公開的共同生活、工作；無拘無束的意義：兒童在遊戲時，可不受 限制的嘗試其心中所嚮往的想法；創造的意義：兒童如同藝術家，透過遊戲 來創造遊戲。劉育忠（2000）根據哲學家對遊戲的見解，歸納為以下幾點： 1、視遊戲為能量、情緒的調節，及做為間暇的文化觀。 2、視遊戲為一種本能、尋求刺激的行為。 3、視遊戲為兒童認知發展的反映與促進手段。 4、視遊戲為一種模擬與替代經驗、學習的教育手段。 5、視遊戲為自由、想像及創造的同義語、尤其指涉藝術的創作。 6、視遊戲為人類主體的存有或消解、亦具有宇宙論意義。 綜上所述，遊戲強調感知、體驗對兒童學習的重要意義，有助於兒童認 識環境、欣賞自然並積極保護環境，培養兒童的科學探究的能力和團結協作 的精神。本研究即以紙張遊戲符合學生喜愛遊戲的特性，結合創造性問題解 決模式的教學理念，給予學生解決問題的實際經驗，讓學生在親身體驗中激 發科學思考、發揮創造力，以提升科學學習興趣，及培養問題解決能力，以 落實「自然與生活科技」領域的課程目標。
二、 科學遊戲
（一）科學遊戲的界定
目前，「科學遊戲」一詞的界定，學術界還是沒有達到共識。根據Michael Shermer（1995，鄧文華譯）曾針對科學遊戲之間的關係，下了一個概略的定義：科學是一個提供人瞭解這個世界的遊戲。玩的時候，必須遵守一套稱 之為科學方法的遊戲規則。也就是說，科學的遊戲通常是我們先要有一個想 法，並努力為這一個想法找出答案。 李戊益(2001)認為科學遊戲就是把科 學活動和遊戲結合，寓教於樂。讓同學可以從遊戲中體會科學原理。陳惠芬 （2000）也根據牟中原在「動手玩科學」一書的推薦序文指出，科學遊戲就 是把科學活動和遊戲結合寓教於樂，讓同學可以從遊戲中體會科學原理。 所 以科學遊戲就是希望學生可以在一邊遊戲一邊體會科學原理的過程中學 習，因為在玩的同時也是在進行實驗。因此透過進行科學遊戲思考科學原 理，會深刻地記住科學原理，並從科學遊戲中知道更多。以上學者們對科學 遊戲的定義都是從科學與遊戲的密切關係的角度來闡述的。科學遊戲也正是 在科學與遊戲二者的相互結合中，利用其娛樂性來發揮對其積極作用的。 陳忠照（2000）指出喜歡遊戲乃人類的天性，而「科學」可以啟發兒童 的智慧，「遊戲」則帶來心靈的歡樂。他建議以周遭環境的生活素材，運用 簡易的科學原理進行親子互動的遊戲，以培養孩子成為一位既明理又知性的 現代國民。許義宗（1981）則說明科學遊戲是「依物質的性質及法則，使之 對科學關心，進而產生興趣的遊戲」。換句話說藉由玩弄有形物，而變化出 新的有形物，即為科學遊戲。許義宗（1981）對於科學遊戲的條件，則比較 強調於製作玩具，其界定如下： 1、重點不在製作，而在遊玩製成的東西，以及製作過程之點點滴滴。 2、制出的東西要會轉、會動。如飛機要會飛，水車要會轉，草笛要會 響。因為唯有如此，才能達到遊戲的目的。只有美麗的外觀，而不會飛的飛 機，不會轉的水車，不會響的草笛，就達不到科學遊戲的目的。這就是科學 遊戲與繪畫（造形）遊戲不同之處。 3、使其對物品的形狀關心。由大小、穿孔、打折等位置關係的指導， 使幼兒對數量、圖形的理解開始萌芽。 許良榮（2004）認為科學遊戲就是蘊含了科學原理或科學概念的活動， 能提供學生「玩科學」的機會，而此活動的必要條件就是參與的兒童會認為
「好玩」，並且有高度的意願參與。 另外郭騰元（2000）以自身豐富的教學經驗與研究，觀察並發現有些遊 戲是古今科學玩家的設計，但是小朋友對於科學遊戲的玩法跟科學家不一 樣。他則根據下列原則，設計出符合學童學習的科學遊戲： 1. 能讓小朋友 喜歡與驚訝。 2. 能運用簡單的科學原理解釋。 3. 製作的方法簡單。 4. 所 用的材料很容易從家裏、超市、文具店或五金行中取得。 5. 容易改變或改 進。 綜觀上述發現，學者專家們對於科學遊戲的觀點並不盡相同。 然而，科學遊戲是選擇身邊許多隨手可取得的材料，以人人都可製作， 可操作的遊戲項目，支援和輔助每一位兒童都能由此喜愛科學，養成探究科 學的精神和能力（林堂麗，2003）。所以，依據各學者對科學遊戲的看法， 本研究使用於設計課程的「科學遊戲」界定為： 1、科學遊戲的設計需包含讓學生動手操作的程式。 2、科學遊戲所需的操作素材皆是容易從生活周遭取得的。 3、科學遊戲的活動進行結合小組競賽方式。 4、把科學活動和遊戲結合寓教於樂，讓同學可以從遊戲中觀察科學現 象。 本研究界定之科學遊戲乃是結合科學原理，具有教學目標，由學生親自 動手完成的遊戲。
（二）科學遊戲在教育上的應用
有關科學遊戲在教育上的應用，主要是偏於科技及工藝科或自然科教學 上。科學遊戲是一種利用科學原理，有教育意義而具有好玩、神奇的趣味， 且能訓練科學思想、態度、啟發創造發明的活動（張淑慧，2003 ）。將科 學遊戲應用在科學教育上，提高學生學習科學的興趣與自信心，而且是可以 經由教師課程設計出快樂的學習氣氛。2000年教育部訂定之國民中小學九年一貫課程暫行綱要，自然與生活科 技學習領域的課程目標中有述： 1. 培養探索科學的興趣與熱忱，並養成 主動學習的習慣。 2. 學習科學與技術的探究方式及其基本能力，並能應 用所學於當前和未來的生活。 3. 培養愛護環境、珍惜資源及尊重生命的 態度。 4. 培養與人溝通表達、團隊合作以及和諧相處的能力。 5. 培養 獨立思考、解決問題的能力，並激發創造潛能。 6.察覺和試探人與科技的 互動關係。（教育部，2003） 根據上述之課程目標，是為了使學生能夠建立科學知識與技能；透過科 學方式探討與辨正，養成科學思考與科學處理能力；認識知識建立的本質， 與養成提證據、講道理的處事態度等等科學素養。而教育部依據自然科學學 習領域培養的國民科學素養，依其屬性和層次分列為： 1. 過程技能：科 學探究過程之心智運作能力。 2. 科學與技術認知：科學概念與技術習得。 3. 科學本質：對科學本質的認識。 4. 科技的發展：瞭解科技如何創生 與發展的過程。5. 科學態度：處世求真求實、感受科學之美與力和喜愛探 究等之科學精神與態度。 6. 思考智能：資訊統整、對事物做推斷與批評、 解決問題等整合性的科學思維能力。 7. 科學應用：應用科學探究方式、 科學知識以處理問題的能力。 8. 設計與製作：運用個人與團體合作的創 意來製作科技的產品。 此外，科學遊戲除了可以應用在科技及工藝科或自然科教學上，亦可使 用在學校社團、校慶園遊會、科學夏令營或冬令營，或特別舉辦的科學嘉年 華會（鍾聖校，1998）。科學遊戲的範圍廣義上是包羅萬象的，舉凡物理遊 戲、化學趣味遊戲、動手做活動、數學遊戲、科學玩具、益智童玩、生態遊 戲等皆屬於科學遊戲範疇，而且類型多樣。將各種類型的科學遊戲應用到課 外活動中，可以使學生擴展視野，吸引兒童更多的興趣，彌補課堂教學的不 足。國內舉辦有關科學的活動多樣，如下表所述（江淑瑩，2005）。
表2-1-2 國內現行舉辦有關科學遊戲活動類型 活動名稱 主辦單位 參加對象 活動特色 備註 科 學 趣 味 競賽 遠哲科學教 育基金會 高中、高職 及專一至三 年級 定期舉辦，賽前可索取 競賽手冊，先分區競 賽，再總決賽。 以高中生為主要 對象，但有些競 賽項目，加以改 編設計，很適用 小學生。 科 學 園 遊 會 各 縣 政 府、民間社 團、各級中 小學 國中小學生 活動由師生自行 設計 為主，活動採開放式， 場面熱鬧有趣。 大多配合科展、 校慶、社區等活 動來舉辦。 台 灣 中 部 地 區 國 小 學 生 科 學 創意競賽 台中教育大 學科教中心 參與本研究 計畫學校的 國小四至六 年級學生 透過競賽的過程達到 倡導重視科學創意價 值、增強兒童科學創意 興趣與能力，可分校內 及校際。 此活動為國科會 專案研究活動之 一。 動手做 國立科學博 物館 國小中年級 以上 採分組進行，每組二至 四人，酌收材料費。學 校可配合課程進度，預 約場次。 遠到的學校可向 科博館申請 「到 校服務」搭配科 學演示活動。 飛 行 造 物 全國大賽 青輔會託成 功大學航太 系及逢甲大 從國小、國 中、高中到 大專院校 競 賽 分 「 水 動 力 火 箭」、「手擲機」、「創 意飛行器」三項。
學航空系主 辦 街頭物理 高雄師大物 理系（物理 教學藝術與 教具研究） 實驗室 不限 把教室搬到戶外，主動 的帶著自然科學親近 民眾。材料來自生活廢 品，實驗設計簡單，在 家也可以DIY。學員是 自願來的，動機強烈、 氣氛活潑熱絡，學習沒 壓力。 街道物理這個名 詞創意十足。 航 太 嘉 年 華會 國立科學工 藝博物館 親子及一般 民眾 設計十多項簡單及趣 味橫生的航太科學遊 戲，讓參與者從日常生 活中可見的事物，實際 操作之中，體會航太科 學的奧妙。 現 場 搭 配 水 火 箭、遙控飛機及 風箏特技表演。 校 內 創 意 遊戲比賽 各國小 全校學童 各校根據環境特色規 劃，讓多數小朋友都有 機會參與。 主題：紙飛機、 水 火 箭 、 回 力 車、吹泡泡等。 科 學 紮 根 活 動 競 賽 營 國科會委託 臺北市立師 範學院自然 科學系主辦 北 部 地 區（包含桃 竹苗以北） 國小四至六 年級學生 活動有「浮沉玩偶」、 「創意化學」、「神奇 的大氣壓力」、「創意 交通工具」等，學生自 由報名參加，可提升學 生學習科學的樂趣。 此活動為國科會 專案研究之一， 目的是為能使科 學 活 動 向 下 紮 根。
三、科學遊戲應用於教學
（一）教學活動：
陳惠芬（2000）曾對國小自然科的教學活動中引入「科學趣味競賽」， 以非參與式的觀察來進行研究，由其研究得知科學趣味競賽可以增加對科學 的興趣；競賽活動要能引起參與者興趣，最好具備新奇、有趣、會動的三個 特質，其中”會動”代表科學探究活動要具有可動態觀察測量的特質，如設 計會動的玩具、發射水火箭；科學競賽的任務必須適合學生的程度，使八成 以上的學生可以完成，但也必須保持相當的難度以增加挑戰性；在動手制做 中，驗證學生自己的想法，在修改設計的同時，可以使學生主動增進其科學 知識、方法和態度；科學競賽活動的辦理可以增進教師的專業成長和教學的 樂趣；科學競賽活動確有助推展科學教育，增進潛在學習者的價值。許順欽 （2003）以科學玩具融入國小自然科課程，行動研究學童在操弄科學玩具 後，教師可以經由教學活動設計，提供學童生活經驗與課程的結合，營造遊 戲、快樂的學習氣氛，同時科學玩具融入國小自然科課程提高學學習興趣與 自信心。 李戊益（2003）在國小低年級開發設計科學遊戲為主軸的生活課程，以 行動研究的方式修正「玩具DIY」的教學模組，其對科學遊戲課程實施的研 究發現材料選擇多樣性、學童興趣強烈、學生同儕間合作、家長資源協助是 課程實施的有利條件。學童自備材料的能力不足、操作能力與態度不成熟、 秩序問題及家長代工太多是課程實施的不利條件。 殷宏良（2003）曾對國中的理化課程進行輔助教學的研究，以廚房的科 學活動：「電磁爐」與「垂直食鹽水導線」做為研究主題，設計有趣的實驗 活動，探討家長、教師及學生對此科學活動課程的看法，其研究發現科學動 手做的活動能引起參與者的興趣，獲得很高的肯定與贊同。科學動手做的活動值得教師和家長推廣，可做為輔助教學和親子活動。 由以上的研究發現有關於教學活動的研究，大都配合學生生活中易取得 的材料，讓學生或家長動手操作，並配合競賽方式。研究的成效會因為學生 的興趣、材料的準備及操作能力等因素而有不同的成效。
（二）教學方式
在九年一貫的「自然與生活科技領域」課程綱要中指示，教師在從事有 關科學教學時，要鼓勵同學動手玩科學，要激發學生的創意。李戊益（2003）、 鍾聖校（1998）認為將科學遊戲融入教學活動，必能讓學生快樂學科學，活 化科學教育，提出了科學遊戲融入教學的方式有以下四種（李戊益，2003； 鍾聖校，1998）： 1、在正式教材中： 八十五年新課程已開始有較多的科學遊戲安排於教 材中，而九年一貫課程有 20%的彈性教學節數，是推展科學遊戲的新契 機。 2、在社團時間實施： 先以社團活動的分組時間來設計科學遊戲的課 程，並且試教之，經過修正後，亦可於正式的課程中實施。 3、假期科學遊戲活動： 配合寒、暑假及周休二日的假期，假日的科學 遊戲活動可與社區資源結合，以科學夏令營、冬令營或科學園遊會等型 態來呈現，以充實兒童的休閒活動。 4、取代科展部分功能： 從九十學年開始，中小學的科展方式為了配合 學童身心發展及因應時代潮流，特將國小一、二、三年級原本所參加的 科學研究方式改以科學遊戲來取代，增加科學學習的樂趣。 因此將科學遊戲結合教學可利用學校課程中的彈性時間或社團來實施，也可以在寒、暑假及周休二日的假期，做假日的科學遊戲活動和社區資 源結合，舉辦科學夏令營、冬令營或科學園遊。活動方式非常多樣化。 王富雄（1994）指出在教學中應用科學遊戲時，有幾項指導要點需注 意： 1、採用漸進式的，從雙人的活動到小團體，進而到大團體的活動。 2、選擇遊戲時，也是逐步的增加數量；規則複雜化；要求戰術、戰 略。 3、利用遊戲的情境，來評估並增加技能的熟練和情意的成熟。 4、安全性是主要的考量。檢查危險性，並維持學生的安全意識。 5、學生排列於隊伍中，盡量簡要的說明。 6、雖然強調最大的參與量，但是若必須淘汰學生時，每人只能被逐 出一次或兩次；最好是修正遊戲，促使其更適合。 7、避免多次的失敗挫折，因為若是學生常輸的話，會失去信心及興 趣，因此需常更換組員。 由以上可知在教學活動時科學遊戲要考慮學生的安全性、任務適中讓大 都數學生能達成、活動由小到大、由簡而繁、人人能動手參與，能讓科學遊 戲的教學達到預期效果。 李忠照（2003）歸納出科學教學的特色：1、學生為中心。2、活動為導 向。3、目標為基準。4、教材生活化。5、教具環境化。6、教法趣味化。7、 教學個別化。 本研究的科學遊戲教學設計分三階段進行試驗教學，每週一次，一次兩 節課，連續上四週，教學設計九年一貫的能力指標為目標，教具取材自生活 中易取得物品，並設計活動讓學生動手操作，發現問題，進而團隊合作解決 問題，達成任務。
第二節 創造性問題解決（CPS）
由 Osborn 在 1953年 提 出 具 體 的 創 造 性 問 題 解 決 （ Creative problem solving，CPS）歷程為開端，近50年CPS的研究與發展，對於創造力的培育 已產生了重大的貢獻（引自 Isaksen & Treffinger, 2004）。本節將介紹 CPS的歷史沿革、具代表性的CPS模式內涵，及國內外將CPS應用於教學的相 關研究（引自 Isaksen & Treffinger, 2004）。
壹、CPS 的歷史沿革
CPS的起源，為早期學者對於個人如何運用創造力解決問題的歷程之研 究（Isaksen & Treffinger, 2004）。Wallas 於1926 年提出創造的歷程說， 他認為創造的歷程包括準備期（preparation）、醞釀期（incubation）、 豁朗期（illumination）與驗證期（verification）。此學說提出，引起學 者投入研究如何將創造歷程具體化，在此時由Osborn率先提出CPS的概念， 並經由Parnes、Noller、Treffinger、Isaksen、Dorval 等人逐步的修改與 發 展 ， 而 成 為 一 套 有 效 提 升 創 造 潛 能 與 問 題 解 決 的 方 法（ Christie & Kaminski, 2002）。綜合過去的研究，CPS模式的演進，大致可區分為六個 時期（如表2.2.1），每一個時期皆有其主要的發展重點與成果，分別說明 如下（引自Isaksen & Treffinger, 2004）：
˙第一時期（1942~1967）： 此階段發展的趨力，是希望對於創造歷程給個明確的定義，結果產生了 CPS的初步模式與激發點子的基本工具，如Osborn在1953年於「應用想像力 （Applied Imagination）」一書中，首先提出七階段的CPS歷程與腦力激盪 術的概念，並於1963 年再版的應用想像力書中，將原本的七個階段濃縮為 發 現 事 實 （ Face-Finding ） 、 發 現 點 子 （ Idea-Finding ） 、 發 現 解 答
（Solution-Finding）等三個階段。 ˙第二時期（1963~1988）：
此階段發展的主要在開發一套有效促進創造力的教學方案，結果產生了 許多創造性問題解決教學方案，其中以Parnes 等人運用五階段的CPS流程， 進行為期兩年的創造性研究計畫（Creative Studies Project），能有效提 升創造思考能力。 ˙第三時期（1981~1986）： 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。1985 年Isaksen 和Treffinger 提出六階段的CPS模式，在問題 解決的第一個步驟增加發現困惑（Mess-Finding），並強調擴散思考與聚斂 思考在問題解決時的均衡運用。 ˙第四時期（1987~1992）： 此階段模式的發展主要在回應教學現場的實務運用，開發一套有效且適 合於各種教學情境推廣運用的CPS教學模式。Isaksen和Treffinger(1987) 進一步將六階段的模式，歸納成瞭解問題（包含發現困惑、發現資料、發現 問題）、產出點子（包含發現點子）與計劃行動（包含發現解決方案、尋求 接納）等三個主要成分。 ˙第五時期（1990~1994）： 此階段模式的發展受認知科學與建構主義的影響。認知科學的研究發 現，問題解決歷程乃是因人而異的，例如專家與生手在問題解決思考歷程是 不同的；而建構主義強調個人在解決問題時，會有不同的建構方式，因此 Isaksen 和 Dorval在1993年將原本直線式的CPS流程，修改為較彈性的循環 模式，以供教學者彈性運用。 ˙第六時期（1994~現在）：
第六時期的模式發展主要加入了兩個重要的主軸：在CPS的架構中，更 有效地整合任務評估與歷程規劃兩個面向；以及使用更自然的、詳細的語言 作說明。因此，Isaksen, Dorval 和Treffinger在2000年將CPS的三大成分 修改為瞭解挑戰（Understanding the Challenge）、產出點子（Generating Ideas）與準備行動（Preparing for Action），並於表2-2-1中作更詳細的 說明。 表2-2-1 CPS發展時期表 時期 發展重點 主要成果 1（1942~1967） 創造歷程的具體化 產出創造性問題解決的最初模 式及激發點子的初步指南與工 具 2（1963~1988） 發展有效培育創造力的 教學方案 提出創造性研究計畫（Creat- ive Studies Project）及出版 CPS教材 3（1981~1986） 呈現個人因素與情境差 異對學習與運用創造性 問題解決的影響 強調發現困惑以及擴散思考 與聚斂思考在問題解決時的 均衡運用 4（1987~1992） 回應創造性問題解決在 教學現場實務運用的結 果 發展與歸納出瞭解問題、產出點 子與計劃行動等三個主要成分 5（1990~1994） 回應認知科學研究與建 構主義強調問題解決的 個別差異與彈性 將直線式問題解決流程修改 為彈性的循環模式及引入任務 評估（task appraisal） 6（1994~現在） 追求系統化的方法，以 有效地整合任務評估與 歷程規劃（選擇使用成 分、階段或工具）兩個 面向 將個人、情境與需求整合於CPS 架構，並於圖示中作更詳細的說 明
貳、CPS 主要模式的內涵
創造性問題解決自Osborn 提出以來，歷經六個時期的演進，每個時期 的CPS 模式仍具有其時代的特色與差異，以下就各時期最具代表性的模式內 涵加以說明（引自Isaksen & Treffinger, 2004）：
一、Osborn 七階段 CPS 歷程
1953 年Osborn在其著作的「應用想像力（Applied Imagination）」 一書中，首次提出七個階段的CPS歷程，分別為：
1.定位（Orientation）：指出問題所在（Pointing up the problem）。 2.準備（Preparation）：獲取相關的資料（Gathering pertinent data）。 3.分析（Analysis）：進行相關題材的分類（Breaking down the relevant
material）。
4.假設（Hypothesis）：想像可選擇的方案（Pilling up alternatives by way of ideas）。
5.醞釀（Incubation）：放鬆以引發解釋（Letting up to invite illumination）。
6.綜合（Synthesis）：將相關的部分作結合（Putting the pieces together）。
7.驗證（Verification）：評價產出的想法（Judging the resultant ideas）。
二、Osborn-Parnes 五階段 CPS 模式
Osborn 於1966 年過世之後，Parnes 和他的同事延續CPS 的研究，於 1967年發展出Osborn-Parnes 線性五階段CPS模式。此模式除了首次將CPS
困 惑 發現 事實 發現 問題 發現 點子 尋求 接納 發現 解答 問 題 敏 感 度 計 劃 新 挑 戰 行 動 圖 2-2-1 Osborn-Parnes 五階段 CPS 模式
（引自 Isaksen & Treffinger ,2004）
用圖示（圖2-2-1）呈現外，並將CPS 分為發現事實、發現問題、發現點子、 發現解決方案與尋求接納五個步驟，其運用方式說明如下（引自 Isaksen & Treffinger, 2004）： 1.發現事實（Fact-Finding） 問題解決者可利用5W1H(who、what、where、when、why、how)的策略， 獲取有用的訊息與蒐集相關的資料，並於解決問題之前，檢視所有可用的 資料，並進行整理與分析。 2.發現問題（Problem-Finding） 當資料已全部蒐集好，且問題的線索也已呈現時，此時問題解決者可開始 分析問題的每一個成分，重新安排問題的陳述，並清楚地界定問題。 3.發現點子（Idea-Finding） 界定問題之後，問題解決者可以先想像所有可能解決問題的構想，並以書 面方式條列呈現。 4.發現解答（Solution-Finding） 當提出一系列的構想之後，進一步由所有的構想中，找出最好、最實際與 最合適的解決之道。 5.尋求接受（Acceptance-Finding） 找出最合適的解決方法之後，問題解決者必須實際執行此構想，以確認 此方法是否有效，若無效則必須回到前幾個步驟，重新發現合適的構想， 並付諸實行。
三、Isaksen 和 Treffinger 六階段 CPS 模式
Treffinger 認為，Osborn-Parnes的五階段CPS模式，雖然有提及擴散 思考與聚斂思考，但實際上卻只著重於擴散性思考的訓練，因此，Isaksen 和 Treffinger在1985年進一步修改CPS 成為六階段的模式（圖2-2-2），其主 要修改的部分包括（引自 Isaksen & Treffinger, 2004）：
1.新增第一個步驟，即「發現困惑」（Mess-Finding）。為了讓CPS模式能 夠符合個人的認知與問題情境的差異，Isaksen 和Treffinger 在問題解 決 的 第 一 個 步 驟 增 加 發 現 困 惑 ， 而 隨 著 每 個 人 對 於 問 題 的 定 位 （Orientation）、情境的認知（Outlook）、成果的產出（Outcome）、 歷程的阻礙（Obstacles），以及解決問題的擁有權（Ownership）的差異， 會產生不同的問題解決。 2.將Osborn-Parnes的CPS模式中，第一個步驟「發現事實（Fact-Finding）」 修改為「發現資料（Data-Finding）」，其主要的主張是：有效的問題解 決，不僅要考量簡單的事實，更應該獲取解題過程中所需使用的相關資 料，才能順利的解決問題。 3.強調擴散思考與聚斂思考在問題解決過程中的均衡運用，亦即有效的 問題解決，必須透過擴散思考與聚斂思考的交互運作方能達成，而為了 讓CPS 能夠順利的運用於教學上，Isaksen 和Treffinger 亦將擴散思 考與聚斂思考的指導要領，於六階段CPS 模式圖中以文字加以說明。 4.將CPS 的圖示模式，以垂直模式取代原有水準的模式。
四、Isaksen 和 Treffinger 三成分六階段 CPS 模式
Isaksen 和Treffinger 六階段CPS 模式提出後，許多的學者將其運用 於各種情境的教學研究，而從這些研究的發現可歸納出下列結論（引自 Isaksen & Treffinger, 2004）：
1.CPS 可以用不同的方式運用於各種情境下。 擴散思考 聚斂思考 新挑戰 New Challenges 整理、分析與歸納重要 的資料 決定一種挑戰，並建立 一般性的問題解決目標 選擇一特定問題並具體 且明確的陳述問題 選出最有可能解決問題的 構想 選擇一些標準評估解決問 題的構想 找到最適當的構想，擬定 計畫並加以執行 考量執行過程中可能的 助力與阻力 找出各種評估構想 的標準與方法 列出問題之所有可能 的解決構想 從已知的資料發現 所有可能的問題 收集不同的資料瞭解 事實的情境 從生活經驗與情境中尋找 各種問題解決的機會 聚斂面 Convergent Phase 擴散面 Divergent Phase 問題敏感性 Problem Sensitivity 發現困惑(MF) 發現資料(DF) 發現問題(PF) 發現點子(IF) 發現解答(SF) 尋求接納(AF) 圖2-2-2 Isaksen 和Treffinger 六階段CPS模式 （引自Isaksen & Treffinger ,2004）
2.人們如何運用CPS 提升他們的效能，以符合他們面對不同的群體、 任務與情境時的需要，仍有許多無法回答的問題。簡而言之，CPS可以修 改得更好與用不同的方式呈現。 3.CPS 被有效的運用於許多因素交互作用的動態歷程，包括個人、成果、 情境與方法的作用。簡而言之，CPS 是一種適合以不同型態加以運用的工 具。 4.針對特定任務的需要，人們會選擇CPS 模式中部分的過程幫助他們自然的 解決問題。簡而言之，人們喜歡以自然、方便的方式運用CPS。 5.一般人將CPS 運用澄清對問題的瞭解、產出點子以及計劃行動。簡而言 之，人們通常選擇使用部分CPS 的歷程以符合他們的需要。 基於上述的研究發現，為了讓CPS 更符合實際的應用情形，Isaksen 和 Treffinger（1987）將六階段的CPS，又歸類為三大問題解決的成分，其三 成分分別為：瞭解問題（發現困惑、發現資料、發現問題）、產出點子（發 現點子）與計劃行動（發現解答、尋求接納 ），並將圖示分為三個區塊， 以作區隔，如圖2-2-3所示。 研究者發現此時期CPS模式在圖示中，將三成分的區分強化各階段的順 序性，與一般人在解決問題時的解題方式相近，可讓教師以六階段的順序為 步驟，作為教學的流程以設計具目標導向的教學活動。因此本研究以第四時 期Isaksen 和Treffinger（1987）所修正的三成分六階段CPS模式作為融入 科學遊戲教學設計之依據。
五、Isaksen 和 Dorval 三成分彈性循環 CPS 模式
受認知科學研究發現與建構主義的影響，Isaksen 和Dorval在1993年又 將先前使用線性流程表示的模式，改用各種幾何圖形彈性循環的架構表示， 以因應個人不同的需要。如圖2-2-4 所示，CPS 包含前述的瞭解問題、產出 點子與計劃行動三個區塊，區塊之間是以虛點連結，代表其流程是可以彈性 擴散：考量執行過程中可能的助力與阻力 聚斂：找到最適當的構想，擬定計畫並加以執行 擴散：找出各種評估構想的標準與方法 聚斂：選擇一些標準評估解決問題的構想 擴散：列出問題之所有可能的解決構想 聚斂：選出最有可能解決問題的構想 擴散：從已知的資料發現所有可能的問題 聚斂：選擇一個特定問題並具體且明確的陳述問題 擴散：收集不同的資料瞭解事實的情境 聚斂：整理、分析與歸納重要的資料 擴散：從生活經驗與情境中尋找各種問題解決的機會 聚斂：決定一種挑戰，並建立一般性的問題解決目標 發現困惑(MF) 發現資料(DF) 發現問題(PF) 發現點子(IF) 發現解答(SF) 尋求接納(AF) 成分一：瞭解問題 成分二：產出點子 成分三：計劃行動 圖 2-2-3 Isaksen 和 Treffinger 三成份六階段 CPS 模式 （引自 Isaksen & Treffinger ,2004）圖2-2-4 Isaksen 和 Dorval 三成分彈性循環模式 （引自Isaksen & Treffinger ,2004）
產出點子
計劃行動 瞭解問題
調整的，而各區塊內的空白方塊，亦可依個人、任務與情境的不同，選擇需 要的步驟（發現困惑(MF)、發現資料(DF)、發現問題(PF)、發現點子(IF)、 發現解答(SF)、尋求接納(AF)），運用於問題解決（引自 Isaksen & Treffinger, 2004）。
六、Isaksen、Dorval 和 Treffinger CPS 系統化架構模式
Isaksen、Dorval 和Treffinger在2000年將任務的評估與流程的規劃整 合於CPS，並將CPS修改為一個系統化的架構（見圖2-2-5）。為了讓CPS的使 用更加清楚，Isaksen 等人亦將CPS各流程的用詞做了一些的修改，包括將
架構問題 產出點子 建構機會 探究資料 建立接受 發展解答 設計流程 評估任務 瞭解挑戰 產出點子 準備行動
規劃方法
圖2-2-5 Isaksen、Dorval和Treffinger CPS系統化架構模式 （引自Isaksen & Treffinger ,2004）三 大 成 分 改 為 瞭 解 挑 戰（ Understanding the Challenge） 、 產 出 點 子 （Generating Ideas）與準備行動（Preparing for Action），且瞭解挑戰 又分為建構機會（ Constructing Opportunities）、探究資料（Exploring Data）與架構問題（Framing Problem）；準備行動分為發展解答（Developing Solutions ） 與 建 立 接 受 （ Building Acceptance ） （ 引 自 Isaksen & Treffinger, 2004）。
綜合以上CPS各時期的代表模式及特色，為方便比較差異性因此整理成 表2-2-2
表2-2-2 CPS各時期代表模式比較表 時期 代表人物 模式名 稱 模式主要步 驟 特色 呈現 方式 1（1942~1967） Osborn (1953) 創造過 程七階 段 1定位 2準備 3分析 4假設 5醞釀 6綜合 7驗證 只有文字說明 文字 敘述 2（1963~1988） Noller Parnes Biondi (1976) 五階段 CPS 1發現事實FF 2發現問題PF 3發現點子IF 4發現解答SF 5尋求接納AF 只重視擴散性思考 水平 圖示 3（1981~1986） Isaksen Treffinger (1985) 六階段 CPS 1發現困惑MF 2發現資料DF 3發現問題PF 4發現點子IF 5發現解答SF 6尋求接納AF 1新增發現困惑 2將FF改DF 3擴散及聚斂思考交互作 用並文字說明指導要領 垂直 圖示 4（1987~1992） Isaksen Treffinger (1987) 三成分 六階段 CPS 1瞭解問題 (MF.DF.PF) 2產出點子 (IF) 3計劃行動 (SF.AF) 將六階段歸類成三大成 分六階段 垂直 圖示 5（1990~1994） Isaksen Dorval (1993) 三成分 彈性循 環 1瞭解問題 2產出點子 3計劃行動 1改成幾何圖形彈性循環 2空白方塊依個人.任務. 情境不同選擇需要步驟 循環 圖示 6（1994~現在） Isaksen Dorval Treffinger (2000) CPS系 統架構 1瞭解挑戰 (建構機會. 探索資料.架 構問題) 2產出點子 3準備行動 (發展解答. 建立接受) 1用詞修改將瞭解問題改 成瞭解挑戰，將計劃行動 改成準備行動 2將空白方塊填入說明 系統 架構
從Osborn開創CPS，及往後50年學者的研究與發展，CPS已成為一套實用 且有效提升創造潛能與問題解決的方法（Christie & Kaminski, 2002；Schack, 1993），在資優教育與一般教育上都受相當的重視與運用（Treffinger & Isaksen, 2005）。Howe曾總結各種CPS模式的共通特色如下（湯偉君和邱美 虹，1999）： 1.利用多階段方式循序達到創意解決問題的目的。 2.每 個 階 段 都 使 用 了 發 散 性 思 考 、 創 造 思 考（ divergent thinking 、 creativethinking）和聚斂性思考、批判思考（convergent thinking、 critical thinking）。 3.每一階段都始於發散性思考，而後為聚斂性思考，後者是用來評價、釐清、 並聚焦於前者生成之成果，並為下一階段思考的內容作準備。 4.可以用於群體也可用於個人解題。 5.可以使用其中部份階段即可。 6.各階段未必要按照一定順序來使用。 7.各步驟未必是一種線性模式呈現而可以交互螺旋型的出現。 邱美虹等人（2005）建議CPS教學最好以小組方式進行，如此不僅教師 較易準備，同時也可讓學生在互相討論中激盪出新的想法；並提出在討論過 程（發散性思考期）當中，有四項原則需讓參與者瞭解及遵守： 1. 延後批判：在別人提出想法時，不要進行批評。等到點子提出得夠多之 後，再就可行性進行討論。 2. 量多取勝：點子提出得越多越好。先求量多，再求質佳。 3. 鼓勵新奇的答案：鼓勵學生提出多樣化的點子。 4. 多多組合：鼓勵成員將別人的點子加以組合成新點子。 因此本研究即依據Howe所歸納之CPS共通特色作為教學活動設計原則， 並以Isaksen與Treffinger（1987）所提出的三成分六階段CPS模式進行科學
遊戲教學活動設計，並以小組合作方式進行教學活動。
三、
CPS 應用於教學的相關研究
（一）國外創造性問題解決教學的相關研究
創造性問題解決能力是人們解決問題，提昇生活品質的重要能力。自 Parnes在1966年提出創造性問題解決模式後，學者們陸續投入研究。相關的 教學研究，包括有自然科學、社會、語文、經濟等不同的學科領域。Torrance (1972)分析22篇有關CPS效果評估的研究報告，發現其中20篇顯示接受CPS 方案訓練者之創造能力顯著高於未接受訓練者，其成功率達91%，同時也發 現CPS模式大都以訓練創造力為主。學校常將CPS教學用於科技及工藝科或社 會科等學科的教學. 相關研究如表2-3-1所示。Foster(1979)認為CPS的教學 成效可以從課堂中，擴展應用到以有創意的方式去解決日常生活中的問題。 表2-2-3：國外創造性問題解決教學相關研究摘要表：（修改自仇惟善，2004） 作者 研究主題 研究對象 研究結果 Reese& Parnes (1970) CPS 對 創 造 力 的 影響 高中生 實驗組學生比控制組學生在創 造力的表現有進步。 Torrance (1972) 回溯分析 91﹪接受CPS方案訓練者之創造 能力顯著高於未接受訓練者 Shean (1979) CPS訓練 大學生 流暢力、變通力及獨創力明顯進 步，六個月後再追蹤，發現學生 能將創造力訓練的技巧用於工 作問題的解決 Dillard (1983) 美術CPS教學 幼 稚 園 至 小三 實驗組的創造思考能力優於控 制組Torrance (1986) 回溯分析 CPS能有效提昇學生創造力的流 暢性、變通性及獨創性 Sheldon (1991) 融合於科技課程 的CPS教學 國中生 學生在圖形創造思考能力有進 步，但未達顯著差異 Schack (1993) CPS 對 問 題 解 決 能力的影響 高 中 一 、 二年級 實驗組優於控制組，但實驗組中 資優生與優等生與普通生 三者 之間無顯著差異 Lennon (1994) CPS 教 學 對 問 題 解決行為的影響 高中生 學 生 能 學 習 到 問 題 解 決 的 技 巧，並將其類化到課外情境上。 由上述文獻可知，創造性問題解決模式 (CPS)可多方面應用在科學教 育，包括科學創造力以及批判思考能力方面，且研究結果創造性問題解決模 式(CPS)能有效提升學生的創造，並將他運用在解決日常生活問題。這也是 我們九年一貫課程中強調要學生學習的能力。
（二）國內創造性問題解決在國小自然科的相關研究
創造性問題解決模式(CPS)在教學研究方面的應用範圍廣泛，研究內容 也相當多，研究者由全國博碩士論文資源網利用關鍵字“創造性問題解決” 進行搜尋發現，國內有關CPS的相關研究有77篇，其中涵蓋幼稚園、國小、 國中、高中等，也包含生活、自然、理化、資優、經濟等不同學科。以下就 自2002年之後，有關創造性問題解決運用在國小自然與生活科技領域的相關 研究二十三篇，研究內容及結果製表分析比較，分別敘述如下表2-2-3：表2-2-4 國內自2002年之後創造性問題解決在國小自然科相關研究 出版年 研究者 研究主題 對象 研究結果 2007 王黃正 創造性問題解決法融入國小自然 領域之研究-以「生活中的電與 磁」教學網站為例 小四 用CPS教學策略學習成效好 2007 林俊卿 結合 STAD與 CPS教 學 於 國 小 自 然 課之行動研究 小六 CPS教學法成績提升 且女生成績 優於男生；增進合作學習技巧 2007 陳淑娟 科學遊戲創造性問題解決教學活 動發展 -以「水的表面張力」為例 小 五 小六 CPS可融入科學遊戲教學；成效會 因分組 .學習態度等影響；教師可 獲專業成長 2006 李祉頡 以創造性問題解決法進行科學玩 具製作教學對國小五年級學生創 造力之影響 小五 提升學童創造力；CPS教學適用各 種自然學業成就學生；創造力不 受性別影響 2006 曾俊鋒 創造性問題解決教學對國小學生 自然與生活科技領域學習態度 、 創造力、後設認知與學習成就之 影響—以普通班中的資優生為例 小六 在學習態度、創造力、後設認知， 有正向提升；但在成就測驗及成 就測驗的延宕測驗部份 ，沒有差 異。 2006 李金樹 實施創造性問題解決 訓練課程對 國小六年級學生科學創造力與問 題解決能力之影響 小六 有助學生科學創造力與問題解決 能力的提升 2006 范秀汝 創造性問題解決教學對國民小學 低年級學生創造力之影響 低 年 級 開放性及精密性實驗組較優但總 分沒差異；學習成效亦佳 2006 林正文 國小生活課程實施創造性問題解 決教學之行動研究 低 年 級 運用適切的教學策略能提升學習 成效 2006 王詩棠 CPS模 組 教 學 對國小六年級學生 科學創造力及批判思考之影響 研 究 小六 可提升科學創造力及批判思考且 兩者正相關；模組教學正向學習 反應 2005 林美嬌 國小生活科技課程實施創造性問 題解決教學之研究 小五 小三 資優班創造力有顯著進步，對CPS 學習有正向反應，實驗組流暢力 及獨創力優於對照組；但問題解 決能力各組沒有差異。 2005 洪川富 應用創造性問題解決模式於國小 自然與生活科技領域教學之研究 小五 實驗組問題解決能力之方法及全 測驗表現及創造力的流暢力 .開 放性.獨創力.精密力.想像力.挑 戰性及總分優於對照組 ；但變通 性 . 標 題. 冒 險 性 和 好 奇 性 沒 差 異.
出版年 研究者 研究主題 對象 研究結果 2005 吳麗珍 實施創造性問題解決融入國小自 然與生活科技領域教學之行動研 究 小四 發現將 CPS融入自然科教學是可 行的，而且擴散思考策略可以增 加學生的點子 ，研究者獲專業成 長。 2005 李育樺 科學創意競賽活動對國小三年級 學童對科學的態度影響之研究 小三 實驗組在科學焦慮及完成科學實 驗活動的動機優於控制組；不同 性別對科學態度沒差異 ；高成就 在科學焦慮優於中低成就。 2005 阮元斌 科學創造性問題解決活動對國小 六年級學童科學態度影響之研究 小六 學童科學態度沒差異但各層面及 整體平均分提升；不同性別及不 同科學成就在科學度度沒差異； 小組長領導風格及小組互動影響 組員科學態度的改變。 2005 陳威龍 實施創造性問題解決教學法對國 小五年級學童創造力與科學學習 成效影響之研究 小五 實驗組在開放性.變通性.獨創性 與精密性優於對照組；但流暢性 與標題沒差異；實驗組在冒險性. 好奇性. 想像力與總分優於對照 組；但挑戰性沒差異；學業成就 沒差異但實驗組平均分數高於對 照組 2004 楊訪屏 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 小六 歸 納 出 課 程 設 計、 教 學 策 略 應 用、教師角色改變的專業成長。 學生在實際活動中能培養出創造 性問題解決能力。 2004 蔡麗玲 國小學童科學學習及科學創造力 之個案研究 -以創造性問題解決 融入自然科教學為例 小四 創造歷程四階段每階段會用用不 同方式來解決 ；老師、學生、家 長 三 因 素 影 響 創 造 思 考； 流暢 性、變通性及獨創性每個單元都 有好的表現；在精密性女生優於 男生。 2003 廖仁年 創造性問題解決教學模式融入國 小自然科教學之行動研究 小四 學生在創造性問題解決教學模式 的學習之下，會有比較高的學習 動機；在學習感受方面 ，大多數 的學生因為有動手操作及共同合 作的機會 ，表現得更積極，也願 意從事學習的活動。
出版年 研究者 研究主題 對象 研究結果 2003 劉奕夆 提供範例對學童科學創造性問題 解決表現影響之研究 小六 CPS較能瞭解問題表徵、點子較 多、結構設計較符合科學原理， 產品競賽的成績表現也較高。 2003 柯建樺 小組合作進行創造性問題解決歷 程之研究 小五 同質性低分組於合作問題解決、 成員參與與互動程度表現較佳； 同質性高及異質組 合作解題表現 不佳。團體認同三組沒差異。 2002 呂素雯 自然科創造性問題解決教學法對 國小六年級學童創造性問題解決 能力、態度及學習成就之影響研 究 小六 學生在解決方法的能力優於界定 問題能力及預防問題能力；變通 性.有效性及界定問題女生優於 男 生 ； 問 題 解 決 態 度 男 女 沒 差 異；CPS能增進問題解決能力及學 習效果但無法增進問題解決態度 2002 許順欽 科學玩具融入國小自然科教學以 促進學童創造性問題解決能力之 行動研究 小四 科學玩具輔助教學與結合 CPS六 階段之解題策略的學習方式 ，可 以促進學童創造性問題解決的能 力級教師專業成長 2002 官美君 啟動國小學生創造性問題解決機 制之研究-「彩色光影魔術師」教 學活動為例 小五 CPS能啟動創造性問題解決過程 機制且會依個人方式達到問題解 決；教師教學方式.自己的努力及 同 學 幫 忙 會 影 響 創 造 力 表 現 方 式。 綜合上述文獻可以發現以下結論: 1.創造性問題解決模式（CPS）應用在國小自然與生活科技教學上是可行的。 （王黃正，2007；陳淑娟，2007；李祉頡，2006；洪川富，2005；吳麗珍， 2005；廖仁年，2003） 2.創造性問題解決模式（CPS）自2002年後22篇自然領域研究，教學對象以 五、六年級有15篇。而在三、四年級有7篇因學生在小組討論及發表上能 力較缺乏，實施成效較不佳（吳麗珍，2005；廖仁年，2003）。低年級則 只有2篇﹙范秀汝，2006；林正文，2006﹚。因此本研究將研究對象設定 在六年級。
3.創造性問題解決模式（CPS）對學童的問題解決能力（呂素雯，2002；許 順欽，2003；洪川富，2005；陳威龍，2005；李金樹，2006；楊訪屏，2004； 柯建樺，2003）及創造力（王詩棠，2006；李祉頡，2006；李金樹，2006； 曾俊鋒，2007；林美嬌，2005；洪川富，2005；蔡麗玲，2005）有顯著 的提升。但是男女生性別上沒有差異（呂素雯，2002；李祉頡，2006； 阮元斌，2005）。 4. 創造性問題解決（CPS）融入教學的行動研究歷程有助於促進教師專業成 長（吳麗珍，2005；廖仁年，2003；楊訪屏，2004；陳淑娟，2007；許 順欽，2002）。 5. 創造性問題解決模式（CPS）能提升學生的學習動機（李育樺，2005；廖 仁年，2003）。 6. 創造性問題解決模式（CPS）能有效增進學生合作學習（林俊卿，2007； 廖仁年，2003；許順欽，2002；楊訪屏，2004）。 7. 創造性問題解決模式（CPS）可結合科學玩具﹙許順欽，2002﹚或科學遊 戲﹙楊訪屏，2004；陳淑娟，2007；李育樺，2005﹚來進行教學活動。 8.創造性問題解決模式（CPS）的教學運用，可依教材彈性調整歷程，有些 教學活動可用全部歷程，有些教學活動只需其中部分歷程。
第三節 紙張的科學遊戲
紙是日常生活中不可缺少的重要物質之一。它用途廣泛、種類繁多、性 質優良。本節在對紙張的基本用途及特性的研究基礎上，系統的分析了紙張 在兒童教學特別是科學遊戲中的應用及特點。一、紙張的淵源
紙張是人類的重大發明之一，與火藥、指南針、印刷術並稱為中國的四 大發明，它的出現改變了人類的書寫材料，使文字有了新的承載體，結束了 先祖在石壁、獸甲骨、竹木簡和帛上書寫的歷史。同時，紙也是文房四寶之 一。紙張的出現，為歷史上的文化傳播立下了卓著功勳。即使在機制紙盛行 的今天，某些傳統的手工紙依然體現著它不可替代的作用，煥發著獨有的光 彩。 在上古時代，祖先主要依靠結繩紀事，以後漸漸發明瞭文字，開始用甲 骨作為書寫材料。後來又發現和利用竹片和木片以及縑帛作為書寫材料。但 由於縑帛太昂貴，竹片太笨重，於是便導致了紙的發明。據考證，紙張產於 西漢,後東漢蔡倫改進造紙術。 據《後漢書》記載，漢和帝元興元年（西元105年），蔡倫“乃造意用 樹膚、麻頭及蔽布、魚網以為紙”，獻給皇帝，受到嘉獎，“自是莫不從用 焉，故天下咸稱‘蔡侯紙’”。這是史籍關於發明造紙術的記載，也是歷來 認定紙在東漢時由蔡倫發明的惟一文獻記載。但近年的考古發掘，卻對此提 出了疑問。隨著西北絲綢之路沿線考古工作的進展，許多西漢遺址和墓葬被 發現，其中也不乏紙的遺物。經考證，早在蔡倫之前的西漢時期，中國已造 出了植物纖維紙。例如， 1979年，甘肅敦煌馬圈灣漢代亭燧出土古紙，稱 “馬圈灣紙”，紙面麻類纖維分佈不勻，屬西漢中後期；西漢紙比蔡倫所造之紙分別早300---100年。這些紙質地還較粗糙，結構也較為鬆散，製造技 術明顯處於初級階段。 東漢時期，隨著經濟和文化的發展，竹簡、縑帛越來越不適應書寫的需 要。為了製造一種比較理想的書寫材料，蔡倫在前人利用廢絲綿造紙的基礎 上，採用樹皮、麻頭、破布、廢魚網為原料，成功地製造了一種既輕便，又 經濟的紙張，總結出一套較為完善的造紙方法，使造紙技術有了悅躍的進 步。因此人們又將這種紙稱為“蔡候紙”。 自此，紙張廣泛流傳，普遍為人們所使用。現在造紙原料也多樣化，紙 的名目繁多如竹簾紙、藤紙、魚卵紙。造紙術傳至東南亞、歐洲及阿拉伯國 家，推動了世界文明的進步。在歷經幾千年，不斷的改良加工之後，造紙技 術逐漸趨於完善，使如今人們生活中常用的紙張種類繁多、性能優良、用途 廣泛。
二、紙張的應用及特性
（一）紙張的應用及種類
紙張種類繁多，依其用途及品質特性可概分為文化用紙、工業 用紙、 包裝用紙、家庭用紙、資訊用紙及特殊用紙等六大類，簡述如下： 1、文化用紙：資訊傳遞、文化傳承所用，故與印刷業有密切關係，常 見之文化用紙如銅版紙、道林紙、模造紙、證卷紙、印書紙、畫圖紙、招貼 紙、打字紙、聖經紙、郵封紙、香煙紙、格拉辛紙、新聞紙等。 2、工業用紙：用來製造紙箱、紙盒、紙杯、紙盤等之紙張或紙板，因 需再經加作業，故稱之為工業用紙，常見之工業用紙如牛皮紙板、瓦楞芯紙、 塗布白紙板、灰紙板等。3、包裝用紙 製造紙袋、購物袋、紙膠袋之紙張，常見之包裝用紙如玻 璃紙、包裝紙、袋用牛皮紙等。 4、家庭用紙 與衛生保健或居家生活有關之用紙，如衛生紙、面紙、紙 尿褲、餐巾紙、紙巾、醫療用紙等。 5、資訊用紙 日本稱之為情報用紙，因辦公室自動化及電腦列表機之興 起，故為近來快速發展之紙張，如非碳複寫紙、影印紙、電腦報表紙、感熱 記錄紙(如傳真紙)、靜電記錄用紙等。 6、特殊用紙 針對特殊用途而製造之紙張，如棉紙、宣紙、防油紙、防 銹紙、鈔票紙等。
（二）紙張在兒童科學遊戲中的應用特點
本研究是從科學遊戲的角度來審視紙張對兒童教學的積極作用， 故 此，本節僅僅論述紙張在兒童教學中的應用及特點。紙張除了能對兒童的日 常生活帶來方便以外，還可以為兒童教學提供必備的材料用紙。紙張在兒童 教學中的應用較廣泛，如，印刷用品：教科書用紙、試卷等；工具用品：打 字紙、畫圖紙、教具、兒童玩具等。 紙張可用來折、卷、貼、畫、撕、扯、拉、揉；可以是平面的、也可以 被折成立體的；可以是白色的，也可以被畫成五顏六色；可以毛糙，也可以 光滑；而且直觀、安全、靈活多樣。總之，紙，可以變化出無數的形態，讓 兒童在體驗中獲得樂趣。但是這些常運用在美勞的教學上，較少使用在自然 科學教學上。 因此，研究者運用隨手可得的紙張，利用紙張來設計科學遊戲的材料， 由簡單的事物中設計出生動有趣、靈活多樣的紙張遊戲。讓兒童在動手操作中親自體驗到科學遊戲的樂趣及探究科學的原理，同時使兒童學習認識周遭 的環境，培養問題解決能力，以落實「自然與生活科技」領域的課程目標。 本研究結合創造性問題解決（CPS）模式的教學理念，讓學生在科學遊戲--以紙張遊戲為例，激發科學思考、發揮創造力，以提升科學學習興趣。
