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

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國立台中教育大學科學應用與推廣學系碩士論文

指導教授：葉聰文博士

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

The Development of Creative Problem Solving Teaching for

Science Games Using the Surface Tension as the Theme

研究生：陳淑娟撰

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摘要

本研究旨在以行動研究探討創造性問題解決（CPS）教學模式融入科學遊戲設計教學活動之可行性，及實施教學可能會遭遇的困難及解決辦法，並分析研究者在課程設計、教學策略應用及教師多元角色轉化上所獲致之專業成長與收穫，期盼研究結果能提供教師在教學與課程設計之參考。本研究以二階段進行教學行動，第一階段教學的研究對象為喜樂國小（化名）參加「科學遊戲育樂營」的30名五、六年級學生，以連續五日，每日三節課的方式進行；第二階段教學的研究對象為喜樂國小六年九班的35名學生，以每週一次，每次二節課，進行了五週的教學活動。研究者透過教學錄影、協同教師教學觀察記錄、訪談記錄、學習單、單元意見心得單、活動意見調查表、教學札記等方式蒐集研究相關資料。資料經綜合分析獲得以下研究結果：（一）創造性問題解決（CPS）可恰當地融入科學遊戲進行教學活動之設計；（二）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、學生的科學學習態度與學業成就等影響，而有所差異；（三）研究者在課程設計、教學策略應用及教師多元角色轉化上均獲得專業能力之成長與收穫。根據研究結果，研究者對科學遊戲在課程設計、教學實施及未來的研究發展上提出建議，以供教師及對科學遊戲教學有興趣之研究者的參考。 關鍵字：科學遊戲、創造性問題解決、表面張力

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Abstract

The purpose of this study is to use action research as a way to explore the feasibility of the creative problem solving (CPS) instructional model in the design of science games, as well as the problems and solutions that may be encountered in the teaching practice. Moreover, this study investigates the professional growth and achievements in terms of course designs, uses of teaching strategies, and multiple teacher’s roles. Two stages are conducted in this action research. In the first stage, 30 participants who are fifth and sixth grade students in Hsi-le Elementary School (pseudo name) are invited to participate in “Science Games- Fun Camp”. In the second stage, 35 sixth grade students in Hsi-le Elementary School participate in regular curriculum once a week, for five weeks. Research methods include recorded instruction videotapes, observations of cooperative teaching, interviews, worksheets, feedback sheets, teaching journals, which have achieved the following results: (1) creative problem solving (CPS) can be suitably integrated into the design of science games to conduct instructional activities; (2) the efficacy of science game instruction is influenced by the formats of instructional implementation, methods of grouping, group harmoniousness, sequences of instructions, learning attitude and students’ achievement; (3) the researcher gained professional growth and achievement from course design, employment of teaching strategy, and multiple teacher’s roles. This study hopes to shed some lights for teachers on teaching and curriculum designs. According to results, the researcher further suggests that science games in course design, instructional implementation, and future developments can be served a reference for teachers and other researchers who are interested in science game instruction field.

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目錄

第一章緒論 第一節研究背景與動機……….….1 第二節研究目的與問題……….….5 第三節名詞釋義……….….6 第四節研究限制 …………..………..7 第二章文獻探討 第一節科學遊戲與教學...………8 第二節創造性問題解決（CPS）………..19 第三節表面張力與相關科學遊戲……….38 第三章研究方法 第一節研究方法與架構..………..………...…..45 第二節研究情境與參與對象……….48 第三節研究工具……….52 第四節研究程序……….54 第五節科學遊戲設計素材聚焦歷程…..………...56 第六節資料整理與分析……….60 第四章初探研究結果……….64

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第五章研究結果與討論 第一節教學設計之歷程………..68 第二節第一階段教學行動………..75 第三節第二階段教學行動………..93 第四節研究者之教師專業成長 .……….114 第六章結論與建議 第一節結論……….………...124 第二節建議……….………...127 參考文獻 中文部分………..131 英文部分………...………...136 附錄附錄一活動設計含有以「水的表面張力」為原理的科學遊戲書籍…..138 附錄二科學遊戲創造性問題解決教學活動教案..………140 附錄三單元意見心得單.……….………190 附錄四活動意見調查表.……….………191 附錄五教學札記舉隅.……….………192 附錄六協同觀察記錄舉隅.……….………194

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附錄七學生訪談記錄舉隅.……….………196 附錄八教師訪談記錄舉隅.……….………200

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表目次

表 2-1-1 科學遊戲應用於教學之相關研究..………...15 表 2-2-1 CPS 發展時期表………..………….………..22 表 2-2-2 國內將 CPS 融入國小自然科教學之相關研究………34 表 2-3-1 液體在 20℃時的表面張力數值..………….……….40 表 3-3-1 訪談大綱..………….………..53 表 3-6-1 資料代碼..………….………..61 表 5-1-1 科學遊戲創造性問題解決教學單元活動設計主體..…………...72 表 5-2-1 第一階段教學成效評估表..………….………..75 表 5-2-2 對科學遊戲教學活動內容的好惡與原因-育樂營.………….……….82 表 5-2-3 對各單元之「問題解決任務」的喜好與挑戰性感受-育樂營……...83 表 5-2-4 參與科學遊戲教學活動的收穫-育樂營.………….……….84 表 5-3-1 第二階段教學成效評估表..………….………..93 表 5-3-2 期待「科學遊戲教學活動」的主要原因………….………...100 表 5-3-3 對科學遊戲教學活動內容的好惡與原因-六年九班.………….……101 表 5-3-4 對各單元之「問題解決任務」的喜好與挑戰性感受-六年九班…..102 表 5-3-5 參與科學遊戲教學活動的收穫-六年九班.………….………103

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圖目次

圖 2-1-1 Bruce 學習的網絡……….10 圖 2-2-1 Osborn-Parnes 五階段 CPS 模式………..24 圖 2-2-2 Isaksen 和 Treffinger 六階段 CPS 模式……….26 圖 2-2-3 Isaksen 和 Treffinger 三成份六階段 CPS 模式……….28 圖 2-2-4 Isaksen 和 Dorval 三成分彈性循環模式………29 圖 2-2-5 Isaksen、Dorval 和 Treffinger CPS 系統化架構模式………...30 圖 2-3-1 水滴………..39 圖 2-3-2 露珠………..39 圖 2-3-3 水黽在水面上滑行………..39 圖 2-3-4 迴紋針受到水的表面力作用而浮在水面上………..39 圖 2-3-5 文字大變身………..42 圖 2-3-6 看誰面皮厚………..42 圖 2-3-7 漂浮的金屬………..42 圖 2-3-8 滴水不漏（1）………42 圖 2-3-9 滴水不漏（2）………43 圖 2-3-10 水上風光………..43 圖 2-3-11 水上競速………..43 圖 2-3-12 匯集的水流………..43

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圖 2-2-13 大壩潰堤………..44 圖 2-2-14 大風吹………..44 圖 2-2-15 伸縮廉幕………..44 圖 3-1-1 Kemmis ＆ Taggart 行動研究螺旋圖………...46 圖 3-1-2 研究架構圖………..47 圖 3-4-1 研究流程圖………..55 圖 3-5-1 科學遊戲設計素材聚焦歷程………..57 圖 3-5-2 CPS 融入科學遊戲教學活動設計 ……….59 圖 5-1-1 教案設計元素………..74 圖 5-2-1 活動學習單範例（1）………80 圖 5-2-2 活動學習單範例（2）………80 圖 5-2-3 活動學習單範例（3）………80 圖 5-2-4 對「自然與生活科技」的學習態度-育樂營……….81 圖 5-2-5 參加「科學遊戲育樂營」的主要原因………..82 圖 5-2-6 對科學遊戲教學活動內容的難易度感受-育樂營………83 圖 5-2-7 繪製分組競賽表………..85 圖 5-3-1 對「自然與生活科技」的學習態度-六年九班………...100 圖 5-3-2 對科學遊戲教學活動內容的難易度感受-六年九班………...102

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第一章緒論

明代學者王陽明在「訓蒙大意」文章中，揭示孩童喜愛遊戲的天性：「大抵童子之情，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。今教童子，必使其趨向鼓舞，中心喜悅，則其進自不能已…」；西方教育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。它帶給人們喜樂、自由、滿足以及內外在的平安」（江麗莉譯，民86）。陳忠照（民89）認為「科學」可以啟發兒童的智慧，「遊戲」則帶來心靈的歡樂。牟中原（民88）進一步指出由科學活動與遊戲結合的「科學遊戲」，寓教於樂，讓學生可以從遊戲中體會科學原理。因此，如何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，使其在生動活潑的氛圍培養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

一、研究背景我國學生在2003年國際教育成就調查委員會（The International Association for the Evaluation of Educational Achievement，簡稱

IEA）主辦的「國際數學與科學教育成就趨勢調查」（Trends in Mathematics

and Science Study 2003 ，簡稱 TIMSS 2003）結果中，無論13歲級（國二）或9歲級（小四）學生的科學總平均成績在四十九個參與調查的國家

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中均排名第二，分別列為最優等級與表現優異的國家（張秋男，民93）。整體成績表現雖居於世界領先群，但學生在學習興趣與自信指標上卻顯示低於國際平均百分比，由此可見，如何提昇學生的學習意願及興趣仍是我國教育改革上的重要課題。教育部（民92）自九十學年度開始實施的國民中小學九年一貫課程，其「自然與生活科技」學習領域即以「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。現行九年一貫課程綱要所強調的取向是學生基本能力的培養，有別於過去課程標準所偏重的學科知識取向，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，民92）。尤其在學習科學方面，要讓學生學會如何去進行探究活動，學會觀察、詢問、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，使學生獲得處理事務、解決問題的能力。因此，以活動導向訓練學生善用頭腦，發揮創造力，培養創造性問題解決的能力是社會中極為重要的需求。九年一貫課程中教師的角色不同於以往課程中的定位。游家政(民88) 指出九年一貫課程對中小學教師的衝擊包括教育觀念的改變、教師角色的調適以及課程與教學專業素養的提昇。饒見維（民88）分析教師的角色在此波教育改革中，其專業發展有四大轉變：從固定課程的執行者轉變成適性課程的設計者，從被動的吸收者轉變成主動的研究者，從教師進修中心研習轉變成教師專業發展，從課本知識的傳授者轉變成生活能力的引發者。由以上四點可知，教師不再只是被動傳授既定課程，而是必須發揮專業，主動設計能引發學生各種能力的課程，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。「學校本位課程」的發展及「彈性學習節數」的設置，即是為呼應並實踐教育改革之課程鬆

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綁理念所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亦日趨受到重視。許良榮（民93）由新課程理念分析中呼籲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。二、研究動機研究者於教學現場上有感於學生對「自然與生活科技」領域的學習興趣低落。「興趣」是學習的重要驅動力之一，缺乏興趣的被動學習，可能變成只為爭逐「分數」高低，未能領略學習樂趣，容易視科學為與生活無直接關係之一門背誦學問，而無法將課堂所學延伸到日常生活之中，此與九年一貫的基本理念背道而馳。教育部（民 92）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分別明白地指出：「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」。從這兩個基本能力的敘述中，即可清楚瞭解到，提昇學生的學習興趣及培養解決問題能力為近年來國內教育改革的重點項目。隨著人類活動的日趨複雜，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，以應付不同生活面向所面臨的各式問題。研究指出創造力可透過教育訓練方式加以提昇(毛連塭等，民89；Selby, Treffinger, Isaksen, & Lauer, 2004)，而創造性問題解決（CPS）模式正是一套有效提升創造潛能與問題解決的方法（Christie & Kaminski, 2002；Schack, 1993）。分析國內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

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造力與問題解決能力（呂素雯，民91；李金樹，民95；洪文東，民92a；洪文東，民92ｂ；洪川富，民94；張振松，民90；陳威龍，民94），且以 CPS教學模式來設計自然與生活科技領域的教學單元是實際可行。研究者於研究所進修期間，初接觸「科學遊戲」的實驗課程，對此將遊戲融入科學學習的活動所帶來的歡樂及教學效果為之驚奇。科學遊戲正如牟中原（民88）在「動手玩科學」一書的推薦序所述，把科學活動與遊戲結合，寓教於樂，同學可以從遊戲中體會科學原理。國內學者亦發現，科學遊戲應用於國小「自然與生活科技」教學上能提昇學童的學習興趣、成就、問題解決能力、科學態度及科學過程技能等（蘇秀玲、謝秀月，民 95；張淑慧，民92；王錦銘，民94；林義修，民95）。科學遊戲隨著教育部「創造力教育」政策的提倡，及多位知名學者的帶動，廣泛運用於教學，推出各項競賽活動以激發學生的創造力發展，其中為人所熟知的是由遠哲科學教育基金會舉辦之「科學趣味競賽」，此外各縣市教育局也不定期以科學遊戲園遊會方式，進行創造力教育活動，例如桃園縣所舉辦的「創造力教育嘉年華」、新竹縣所舉辦的「國中奧林匹亞科學遊戲競賽」，更有學校以科學遊戲為學校本位課程，每年定期舉辦全校性的科學遊戲競賽。科學遊戲活動類型眾多，無形中活化了國內的科學教育，啟發了學生對科學學習的興趣；但有些活動只提供少數菁英學生參與，參與對象也未包含國小學生，可能無法真正落實提昇全民科學素養及讓科學教育向下紮根的教育目標；有些嘉年華式的活動，學生在歡樂之餘，並未受到進一步的教學引導而獲致各種能力，讓活動容易流於形式。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，給予學生解決問題的實際經驗（act on problems），讓學生在動手操作中激發科學思考、發揮創造力，以提昇科學學習興趣，及培養問題解決能力，以落實「自然

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與生活科技」領域的課程目標。

第二節研究目的與問題

一、研究目的目前坊間與科學遊戲相關的書籍琳瑯滿目，但大多數書籍內容以介紹科學遊戲的操作流程或示範如何做出成品為主，少有具備科學探究 (scientific enquiry)的特徵或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。本研究擬以坊間科學遊戲書籍中與學生日常生活易見的「水的表面張力」效應相關的遊戲為素材，結合「創造性問題解決（CPS）」的教學理念，設計以「水的表面張力」為主題之科學遊戲創造性問題解決教學活動，期能做為提昇學生對自然與生活科技的學習興趣，及激發學生的創造力與問題解決能力之參考，並期許研究者於本研究發展歷程中能獲致個人在課程設計、教學策略應用及教師角色扮演上的專業成長。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）如何將創造性問題解決（CPS）教學模式融入科學遊戲，設計教學活動？（二）實施科學遊戲創造性問題解決教學活動的過程中，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多元角色轉化之專業成長為何？

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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、科學遊戲陳忠照（民 92）提出科學遊戲是指利用周遭環境的生活素材，進行的科學性遊戲，並認為科學遊戲需具有趣味性、規律性、創造性及分享性四項特質。牟中原（民 88）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，同學可以從遊戲中體會科學原理。研究者綜合專家學者對科學遊戲的定義，並考量教學的有效方法，將本研究之科學遊戲界定如下：（一）科學遊戲需包含科學概念，本研究即以「水的表面張力」為科學遊戲教學設計的概念核心。（二）科學遊戲的設計需包含讓學生動手操作的程序。（三）科學遊戲所需的操作素材皆是容易從生活周遭取得的。（四）科學遊戲的活動進行結合小組競賽方式。二、創造性問題解決

創造性問題解決（Creative Problem Solving，CPS）由Osborn在1953 年提出，後經Parnes 在1967年發展出清楚描述的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為系統化架構模式，成為一套有效提升創造潛能與問題解決的方法（Isaksen & Treffinger, 2004）。本研究是以Isaksen 和Treffinger（1987）修正提出之三成分六階段CPS 模式融入科學遊戲以設計教學，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。

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第四節研究限制

本研究是透過坊間科學遊戲書籍的蒐集，取得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，再經研究者擔任教學者進行二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。故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，至於實施本研究所發展之科學遊戲創造性問題解決教學模組後，學生在科學學習興趣、創造力及問題解決能力等的影響程度，並不在本研究的研究範圍內。三、研究者限制本研究採質性方式進行，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。

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第二章文獻探討

本研究的主要目的在於探討如何以「水的表面張力」為概念核心，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。因此，有必要對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深入瞭解，並對「水的表面張力」相關的科學遊戲加以闡述，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），第三節表面張力相關科學遊戲。

第一節科學遊戲與教學

研究者自教學經驗中發現「遊戲」常能引發學生對學習的興趣，甚至欲罷不能。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。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、兒童與遊戲遊戲是兒童所喜愛的，也是兒童的天性，對於兒童而言，遊戲是一種學習、活動、適應、生活或工作，以遊戲為媒介，能享受與人、玩物之間的互動，其所帶來的樂趣，能促使兒童在各方面有更正面及積極的發展（吳幸玲，民 92）。許多與兒童遊戲相關的專書（江麗莉譯，民 86；吳幸玲，民 92；郭靜晃譯，民 89；湯志民，民 91）認為目前為止，學者專家對「遊戲」難有明確的定義，且眾說紛云。Hughes 即指出此乃因遊戲可以直接被觀察、

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測量，不像其他心理學研究變項，如智力、自我概念、動機、壓力等是屬於抽象性的構念（abstract constructs），因此，許多人便直接由觀察兒童遊戲中，導引出對兒童遊戲的定義，造成遊戲的定義眾說紛紜（郭靜晃譯，民 89）。雖說遊戲難有明確的定義，但其在教育上的功能不容忽視。早期教育學者如柯美紐斯（Comenius, 1592-1670）、盧梭（Rousseau, 1712-1778）、斐斯塔洛齊（Pestalozzi, 1782-1827）、福祿貝爾（Froebel, 1782-1852）等人，都反對用嚴格的紀律訓練或背誦方式來教育兒童，而強調遊戲對兒童的重要性，認為遊戲就是兒童的工作，也是學習的樞紐（吳幸玲，民 92）。福祿貝爾更直接將遊戲視為一種兒童的學習工具，他是教育史上第一位承認遊戲具教育價值，並有系統的把遊戲活動列入教育歷程中的教育學者（引自湯志民，民 91）。福祿貝爾認為兒童期的遊戲意義與價值乃在遊戲活動的本身，兒童只是為遊戲而遊戲，遊戲之外，別無外在的目的；依福祿貝爾的見解，兒童遊戲活動的價值有三（引自湯志民，民 91，p.15）： 1. 兒童遊戲活動，對於「物」有各種「動作」，對於「人」則有「合作」和「語言」，即使離開物與人，兒童自己一個人也可以唱和舞。 2. 兒童在遊戲中，能夠自己決定遊戲的範圍和步驟，有一種深切的自由感，因而兒童均喜愛遊戲，以遊戲為教育的方法，易於增加教學效率。 3. 兒童在遊戲活動中，無論對「物」或「人」，都必須接受規律的限制，因而可以培養兒童的責任感和義務感。 Daiute（1994）認為遊戲是有效的學習策略，兒童用以增進他們的技能並塑造其世界的意義。Bruce（1996）則對遊戲是發展和學習策略網絡的一部分，有詳細的說明，強調兒童和大人透過「第一手經驗（first-hand experiences）」來發展和學習，透過「規則遊戲（games）」發展和學習他

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們的文化，並從繪畫、塑形、舞蹈、戲劇、與他人說話和所有事物的象徵（如數字）中「展現（representations）」自己，而兒童則透過他們的「遊戲（play）」，來界定所學的意義（見圖 2-1-1）。遊戲與學習同等重要第一手經驗透過人、情境、事物和器材等互動學習展現製作成品規則遊戲了解規則圖 2-1-1 Bruce 學習的網絡（引自湯志民，民 92，p.12） Taylor（1991）認為遊戲可協助兒童學習和練習領導人與追隨者的角色，以及有效的社會參與之重要觀念，並可增進問題解決、批判思考、概念形成和創造力，以及社會和情緒發展。岩內亮一亦強調遊戲可以提升兒童的身心機能，促進同儕團體產生，培育人際關係的意識，豐富生活經驗以建構認知發展基礎，給予嘗試錯誤或主觀判斷的機會（引自湯志民，民 91）。以上兩位學者的觀點，奠基遊戲在小組合作學習之適合性及價值。 Graves, Gargiulo 和 Sluder（1996）指出遊戲有益於智能的發展、

人格的發展和能力的發展。Hurlock 亦認為遊戲具有「身體的」、「益智的」、

「社會的」、「人格的」、「教育的」、「治療的」、「道德的」價值（引自湯志

民，民 91）。

Piaget 在 1962 年的研究中，描述遊戲的三階段大致與智能發展階段

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運思前期（2~7 歲），則出現表徵遊戲；而規則遊戲是出現在具體運思期（7~11 歲），且持續發展到形式運思期（11~15 歲）（引自湯志民，民 91）。本研究教學對象為國小高年級學童，其認知發展介於具體運思期與形式運思期，規則遊戲為這時期學童的遊戲主力。規則遊戲代表高層次的遊戲發展，兒童必須接受事先安排的規則和適應這些規則，任何遊戲規則的改變必須徵得其他遊戲者的同意，而任何違反規定的行為，也會遭致抗議或引起其他遊戲者攻擊，更重要的是，他們得學習在限制中去控制他們的行為（湯志民，民 91）。至於遊戲與科學學習的關係，根據 Hawkins 的看法，他認為科學學習的其中一個階段就是「任意玩弄科學器材」；兒童必須先對事物的性質進行探索，再針對教材或是實際經驗提出問題並試著尋找答案，逐漸地，他們會如同科學家一般：擬定假設、設計實驗、操作器材，最後透過實驗來驗證假設；如果讓孩子以遊戲的態度接觸科學，兒童會從中獲得很多，而不只是死背書中的科學定理而已（引自吳幸玲，民 92）。鍾聖校（民 84）表示透過遊戲進行的科學活動特別吸引兒童，因遊戲常能帶來活潑、快樂的氣氛，形成遵守規則的態度，且透過遊戲時的專注、思考訓練及較沒有壓力的想像空間，可提高創造活力。對兒童而言，遊戲是教育，遊戲是學習，遊戲是生活，兒童在遊戲中學習和生活，也在生活和學習中遊戲。然而目前台灣教育過於注重成人權威及考試取向，升學主義掛帥下，填鴨式的教學，抹煞了學生的學習興趣與好奇心，學生間可能因著重學業成績追求，而缺乏團隊合作精神與互助分享的機會。研究者乃希望透過遊戲的方式，讓學生產生自發性的學習動機，設計小組合作的規則遊戲，提供學生發揮團隊合作精神，讓學生在完成學習任務的歷程中可以統整所學，並增進全人的發展。

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二、科學遊戲（一）科學遊戲的界定李秉彝（民 61）指出科學遊戲是一種利用科學原理，有教育意義，具有好玩及神奇的趣味，能訓練科學思想、態度，啟發創造發明的活動。陳忠照（民 92）認為科學遊戲是指利用周遭環境的生活素材，進行的科學性遊戲，並認為科學遊戲需具有趣味性、規律性、創造性及分享性四項特質。牟中原（民 88）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，同學可以從遊戲中體會科學原理。另外，郭騰元（民 89）在其所著的一系列科學遊戲叢書中強調科學遊戲「好玩」的特性，並認為設計科學遊戲應掌握以下原則： 1.能讓小朋友喜歡與驚訝。 2.能用簡單的科學原理解釋。 3.製作的方法簡單。 4.所用的材料很容易從家裡、超市、文具店或五金行中取得。 5.容易改變或改進。綜觀學者專家對科學遊戲的觀點，雖然不盡相同，但均認同科學遊戲是有趣的、好玩的，能引起兒童興趣的遊戲，且以教材生活化，教法趣味化及能讓學習者動手操作為要素。研究者綜合學者專家對科學遊戲的觀點，並考量教學的有效方法，將本研究所指的科學遊戲界定如下： 1.科學遊戲包含科學概念，本研究即以「水的表面張力」為科學遊戲教學設計的概念核心。 2.科學遊戲的設計需包含讓學生動手操作的程序。 3.科學遊戲所需的操作素材皆是容易從生活周遭取得的。 4.科學遊戲的活動進行結合小組競賽方式。

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（二）科學遊戲在教育上的應用科學遊戲隨著教育部「創造力教育」政策的提倡，及多位熱心於將科學生活化、趣味化、本土化，並學有專精的知名學者帶動下，廣泛運用於教學，推出各項競賽活動以激發學生的創造力發展。以推廣科學普及教育為宗旨的「遠哲科學教育基金會」，便主張引導青少年從生活的周遭環境去發現科學問題，以日常的生活素材，用生動有趣的方法去「動手玩科學」，體驗科學可親的面貌，學習科學的知識，建立正確的科學態度與精神，並於每年舉辦「科學趣味競賽」。此外各縣市教育局也不定期以科學遊戲園遊會方式，進行創造力教育活動，例如桃園縣所舉辦的「創造力教育嘉年華」、新竹縣所舉辦的「國中奧林匹亞科學遊戲競賽」，更有學校以科學遊戲為學校本位課程，每年定期舉辦全校性的科學遊戲競賽。科學遊戲活動類型眾多，無形中活化了國內的科學教育，啟發了學生對科學學習的興趣。在科學遊戲廣為運用於教學之際，研究者認為應更進一步思考活動本身之於教育的成效與價值。因有些科學遊戲活動只提供少數菁英學生參與，參與對象也未包含國小學生，可能無法真正落實提昇全民科學素養及讓科學教育向下紮根的教育目標；有些嘉年華式的活動，學生在歡樂之餘，並未受到進一步的教學引導而獲致各種能力，讓活動容易流於形式。陳忠照（民92）指出有意義的科學教學活動，整個流程應策重在操作、思考、解題、創造，以及尊重等知能與態度的養成，並歸納出七項科學教學的特色： 1.學生為中心─學生是教學活動的主體，教師扮演觀察者、輔導者，或催化者的輔助配角。 2.活動為導向─整個教學以學生探究活動為主軸，從探索發現中，培

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養創造思考、解決問題的能力。 3.目標為基準─以單元目標、能力指標為教學活動之依歸。 4.教材生活化─從生活面、鄉土面做為取材的起點，使教材內容和生活環節相互呼應。 5.教具環境化─教具宜易取易得，盡量利用環境器物，並具環保的教育意義。 6.教法趣味化─教學固需教材「有料」，也需教法「有味」。營造快樂情境，採用生動教法，激發學習的動機與志趣。 7.教學個別化─智慧有多元，智商有高低。個別化教學，就是因材施教，適性發展，把每個孩子都「帶」起來。綜合上述，教師在進行科學遊戲教學前，應先思考教學目標及配合九年一貫能力指標，設計符合學生發展與能力的課程，並選擇有效的教學策略，以生動有趣的方式進行教學；在科學遊戲的教學過程中，教師更應扮演觀察者、輔導者、催化者等多重角色，以協助學生學習，達到寓教於樂的成效，並避免學生產生「有趣才學」的錯誤學習態度。至於科學遊戲應用於教學的時機，鍾聖校（民 84）提出科學遊戲活動除了可當作正規教學的補充活動之外，可用在學校社團、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。另外李戊益（民 90）提議可以科學遊戲取代科展部份功能，將科展改採自由參賽制，節省部份人力、財力資源來發展全國性或校際性科學遊戲活動。本研究所設計的科學遊戲教學設計分兩階段進行試驗教學，一為每週一次的彈性課程時間，另一為假期育樂營連續時間，除符合行動研究的循環歷程做為修正教學設計的依據外，亦可比較不同形式的科學遊戲教學對學生學習成效的差異，以做為將來將科學遊戲融入教學的方式之參考。

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三、科學遊戲應用於教學的相關研究研究者搜尋國內有關科學遊戲應用於教學的相關研究，發現科學遊戲在教學上的應用大多是以融入自然與生活科技領域教學的方式進行；研究對象則以國小中高年級為主；不同的研究者對科學遊戲的教育性有不同的探討目的，研究者從16篇相關研究中整理歸納出科學遊戲應用於教學主要被探討的問題包含有：科學遊戲教學對學生的科學學習興趣、科學學習成就、科學態度及科學過程技能等方面的影響，及教師在實施科學遊戲歷程中所獲致的教師專業成長。茲將各研究的主題及研究結果與發現列表如下：表 2-1-1 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林瓊音民 94 國小以科學遊戲輔助國小自然科教學之個案研究科學遊戲能提高學童學習興趣的原因包含：1.遊戲本身具學童能力可及的探究特質 2.競賽帶來挑戰性、成就感 3. 動手實作可獲得想法的立即回饋。科學遊戲能提高學習興趣、增加參與程度、提供實作機會，有利於學童建構科學概念。林義修民 94 小三趣味科學活動對學童學習成就與科學態度之影響研究實驗組在「自然與生活科技學習成就測驗」得分顯著高於對照組，而「科學態度」提升方面，只對原本科學態度就較正向積極者有效。不同性別與不同先備基礎學生在接受實驗教學後，在學習成就與態度上的得分無顯著差異。柯虹如民 94 小五從科學玩具遊戲教學探討國小學童的科學相關態度 1.實驗組科學相關態度得分，顯著優於對照組。2.學生經科學玩具遊戲教學後，在科學相關態度上，並不因不同態度傾向、不同自然學業成就、不同推理能力及性別而有顯著差異。3.學生對科學玩具遊戲教學大多數持正面反應，認為活動好玩、有趣，可從中學到許多科學知識。

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研究者年代對象研究主題研究結果與發現江淑瑩民 94 小四以科學遊戲融入教學探究國小四年級學童學習成效之研究實驗組「科學概念」與「科學過程技能」得分顯著高於對照組，而「科學態度」表現上並未有顯著差異。王錦銘民 93 小五科學玩具遊戲教學對國小五年級學生科學素養之研究實驗組在「科學學習成就」與「過程技能」測驗得分皆顯著優於控制組。楊訪屏民 93 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」課程為例教師在科學遊戲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。學生在總結活動中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。許芳雪民 93 中年級科學童玩融入自然與生活科技教學之行動研究-以風箏教學模組為例科學童玩結合教學能吸引學童的注意力及提升學童的創造力。教師在編擬實施科學童玩歷程中在教學準備、模組課程設計、評量方式使用及教師角色扮演等均獲得專業成長。蘇秀玲民 93 小四科學遊戲融入國小自然學童的科學態度與問題解決能力之研究實驗組在「科學相關態度量表」、「問題解決測驗」、「問題解決能力量表」上的表現皆優於對照組。透過科學遊戲教學，小朋友表現出的科學態度為正向的主動、積極、樂於參與等。劉于嘉民 93 國二科學趣味競賽對國中生自然科學習的影響 1.「科學趣味競賽」教學活動有助於學生學習態度的增進。2.實驗組與對照組在「自然科成就測驗」得分上無顯著差異。3. 「科學趣味競賽」教學活動對不同學習成就的學生的影響沒有差異。林堂麗民 92 小六科學遊戲融入自然與生活科技課程之行動研究科學遊戲適合融入自然與生活科技領域當中。科學遊戲教學能提升教師在課程設計、教學及研究上的專業成長。許順欽民 91 小四科學玩具融入國小自然科教學以促進學童創造性問題解決能力之行動研究科學玩具輔助教學與結合創意思考教學的學習方式，可促進學生創造性問題解決能力，提高學生對自然的學習興趣，建立自信心及體會團結力量大。張淑慧民 91 小六科學玩具遊戲教學之成效研究實驗組在「科學態度量表」與「統整科學過程技能」的測驗得分上，皆顯著高於對照組。

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研究者年代對象研究主題研究結果與發現李戊益民 90 低年級九年一貫生活課程教學設計之行動研究~以「玩具 DIY」模組為例科學遊戲教學有利條件為：材料選擇多樣性、學童興趣強烈、學生同儕間的合作及家長資源協助；不利條件為：學童自備材料能力不足、操作能力與態度不成熟、秩序問題及家長代工太多。徐麗雪民 90 小三國小科學遊戲教學活動成效分析實驗組在「科學概念成就」、「自然科學習態度」、「基本科學過程技能」測驗得分上，皆顯著優於對照組。學生對學習自然科更有興趣。楊忠樵民 89 小四以「製作科學玩具」輔助國小兒童自然科學習之研究--以電磁單元為例製作科學玩具有趣、有成就感、有挑戰性、可玩又可學到知識概念，相當受到兒童的喜愛。學生參與度與興趣明顯增加，對中低程度兒童在概念的了解和記憶有明顯的助益。陳惠芬民 88 高年級「科學趣味競賽」引入國小教學活動成效研究--以水火箭之學習環模組為例實驗組在統整科學過程技能的表現優於對照組。 98 ％學生表示喜愛科學趣味競賽課程，喜愛的原因為活動具挑戰性、有趣、能學到課外知識等。綜合以上將科學遊戲融入教學的相關研究報告，研究者歸納出以下幾點結論： 1. 科學遊戲教學活動深受學生喜愛，且有助於提升學生對科學的學習興趣。林瓊音（民94）表示科學遊戲能提高學生的學習興趣乃因遊戲本身具有學童能力可及的探究特質，競賽帶來的挑戰性、成就感，及強調動手實做探究的歷程中，學生能獲得想法的立即回饋。 2. 科學遊戲融入教學有助於學生建構科學概念，提升科學學習成就（徐麗雪，民90；王錦銘，民93；江淑瑩，民94；林義修，民94）。 3. 對學生的科學態度有正面影響。學生在活動中表現出主動、積極、樂於參與等正向態度（蘇秀玲，民93）。 4. 科學遊戲融入教學有助於提升學生的科學過程技能（陳惠芬，民88；徐麗雪，民90；張淑慧，民91；王錦銘，民93；江淑瑩，民94）。

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5. 科學遊戲有助於提升學生的創造力及問題解決能力（許順欽，民91；許芳雪，民93；楊訪屏，93；蘇秀玲，民93）。 6. 科學遊戲融入教學的效果不因學生的性別、先備基礎、態度傾向及推理能力而有差異（林義修，民94；柯虹如，民94）。楊忠樵（民89）的研究則指出科學遊戲對中低程度的兒童在概念的瞭解和記憶上，有明顯的助益。 7. 科學遊戲教學的歷程，能促進教師在課程設計、教學策略應用、教學評量方式及教師角色扮演上的專業成長（林堂麗，民92；許芳雪，民93）。 8. 科學遊戲應用於國小低年級，應考量學童自備材料能力不足、操作能力與態度不成熟、秩序難掌控等不利條件（李戊益，民90）。因此，若將科學遊戲教學應用於國小低年級階段，在達成傳遞科學概念的教學目標上，成效可能不佳。本研究亦將科學遊戲應用於自然與生活科技領域的學習上，但不同於上述研究之處在於本研究不將科學遊戲定位在自然與生活科技正規課程的科學概念教學輔助，而是以學生的生活經驗為科學遊戲設計起點，選擇「水的表面張力」為概念核心，以坊間科學遊戲書籍中與水的表面張力有關的科學遊戲為基礎與資料，結合創造性問題解決（CPS）教學策略，設計出以小組競賽方式進行的科學遊戲創造性問題解決教學活動，活動中設計能讓學生發揮創造力、問題解決能力及團隊合作的任務，讓學生在生動有趣的學習氛圍下，體認生活處處是科學，及科學帶來的歡樂，藉此提升學生對科學的學習興趣。

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第二節創造性問題解決（CPS）

創造性問題解決（Creative problem solving，CPS）由Osborn在1953 年提出具體的CPS歷程為開端，在近50年的研究與發展，對於創造力的培育已產生了重大且普遍的貢獻（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。

一、CPS的歷史沿革

CPS的起源，可追溯至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）。例如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）。此學說的提出，立即引起學者對於創造歷程的關注，並紛紛投入如何將創造歷程具體化的研究，而CPS亦在此時由Osborn率先提出，並經過Parnes、 Noller、Treffinger、Isaksen、Dorval 等人逐步的發展與修改，而成為一套有效提升創造潛能與問題解決的方法（Christie & Kaminski, 2002； Schack, 1993）。綜括過去的研究，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趨力與成果，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予一個明確的定義，而其成果產生了CPS的初步模式與激發點子的基本工具，諸如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

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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）：此階段發展的主要趨力，在於開發一套有效促進創造力的教學方案，而其成果產生了許多創造性問題解決教學方案，其中以Parnes 等人在水牛城州立大學運用五階段的CPS流程，進行為期兩年的創造性研究計畫（Creative Studies Project），最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，除了在問題解決的第一個步驟增加發現困惑（Mess-Finding）外，亦強調擴散思考與聚斂思考在問題解決時的均衡運用。而在發現困惑的過程中，個人對於問題的定位（ Orientation）、對於情境的認知（Outlook）、成果的產出（Outcome）與歷程的阻礙（Obstacles），以及解決問題的擁有權（Ownership）的差異，皆會引發不同的問題解決。 ․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，而為了開發一套有效，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。

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․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。認知科學的許多研究發現，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；而建構主義亦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、友善的、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），並於圖示中作更詳細的說明。

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表2-2-1 CPS發展時期表時期發展趨力主要成果 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

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二、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，雖然目前已呈現出系統化的教學架構，然而，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

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CPS 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： 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。困惑發現_事實發現_問題發現_點子發現_解答尋求_接納問題敏感度計劃新挑戰行動圖 2-2-1 Osborn-Parnes 五階段 CPS 模式

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（三）Isaksen 和Treffinger 六階段CPS 模式 Treffinger 等人認為，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： 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平的模式。

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擴散思考聚斂思考新挑戰 New Challenges 整理、分析與歸納重要的資料決定一種挑戰，並建立一般性的問題解決目標選擇一特定問題並具體且明確的陳述問題選出最有可能解決問題的構想選擇一些標準評估解決問題的構想找到最適當的構想，擬定計畫並加以執行考量執行過程中可能的助力與阻力找出各種評估構想的標準與方法列出問題之所有可能的解決構想從已知的資料發現所有可能的問題收集不同的資料了解事實的情境從生活經驗與情境中尋找各種問題解決的機會聚斂面 Convergent Phase 擴散面 Divergent Phase 問題敏感性 Problem Sensitivity 發現困惑(MF) 發現資料(DF) 發現問題(PF) 發現點子(IF) 發現解答(SF) 尋求接納(AF) 圖2-2-2 Isaksen 和Treffinger 六階段CPS模式（引自Isaksen & Treffinger ,2004）

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（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，許多的學者紛紛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： 1.CPS 可以用不同的方式運用於各種情境下。簡而言之，CPS 是實用的。 2.關於人們如何運用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。研究者認為此時期CPS模式在圖示中，除了與第三時期的模式一樣能清楚的描繪出問題解決的六階段歷程及將各階段在擴散思考與聚斂思考的指導要領上以文字詳加說明外，三成分的區分，更強化各階段的順序性，也更貼近一般人在解決問題時的解題程序，可供教師直接以其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。而將於後

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述之第五時期及第六時期的CPS模式雖然更為人性化，強調各階段流程的彈性運用，但研究者認為其在解題歷程彈性化的同時，亦複雜化整個解題的步驟，教師在設計教學時恐產生困擾。所以本研究乃以第四時期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。擴散：考量執行過程中可能的助力與阻力聚斂：找到最適當的構想，擬定計畫並加以執行擴散：找出各種評估構想的標準與方法聚斂：選擇一些標準評估解決問題的構想擴散：列出問題之所有可能的解決構想聚斂：選出最有可能解決問題的構想擴散：從已知的資料發現所有可能的問題聚斂：選擇一個特定問題並具體且明確的陳述問題擴散：收集不同的資料了解事實的情境聚斂：整理、分析與歸納重要的資料擴散：從生活經驗與情境中尋找各種問題解決的機會聚斂：決定一種挑戰，並建立一般性的問題解決目標發現困惑(MF) 發現資料(DF) 發現問題(PF) 發現點子(IF) 發現解答(SF) 尋求接納(AF) 成分一：瞭解問題成分二：產出點子成分三：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）

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（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年進一步將先前使用線性流程表示的模式，改以各種幾何圖形彈性循環的架構表示，以呼應個人不同的需要。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，但區塊之間是以虛點連結，代表其流程是可以彈性調整的，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（MF、DF、PF、IF、SF、AF），運用於問題解決。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

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（六）Isaksen、Dorval 和Treffinger CPS 系統化架構模式

基於彈性運用的原則，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）。此外，為了讓CPS的使用更加友善與清楚，Isaksen 等人亦將 CPS 各流程的用詞做了些許的修改，包括將三大成分改為瞭解挑戰（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）。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）

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CPS經由Osborn的開創，與往後50年學者的研究與發展，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皆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，民88）： 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（民94）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了解及遵守： 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。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，以

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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，活動歷程中以邱美虹等人對討論過程的建議作為教學指導原則。三、CPS應用於教學的相關研究研究者透過文獻蒐集，對國外有關CPS模式運用於教學及國內將CPS運用於國小自然科教學的研究結果進行整理與分析，歸納出創造性問題解決教學策略對於學生創造力、問題解決能力以及對自然科學習興趣與學業成就的成效，以作為本研究以CPS模式為教學設計之理論依據。（一）國外創造性問題解決教學的相關研究 Parnes 與 Brunelle (1967)分析近40篇與CPS相關的研究，發現約90% 的研究結果顯示CPS能有效提昇創造力。此外，Torrance 於1972 年為了檢驗何種教學法最有助於提升創造力，回顧142 篇有關促進創造力的教學研究，結果發現運用CPS教學策略的成功率達91%，在9種促進創造力的教學介入型態中成效最佳；在1983年，Torrance 再進一步分析166 篇有關促進創造力的教學研究，結果發現使用Osborn-Parnes的五階段CPS教學模式的成功率達88%，在13種創造性問題解決訓練方法中成效亦為最高（引自Schack,1993）。 Rose 與 Lin在1984年回顧6個長期性的創造力訓練計畫，對40篇文獻進行後設分析，發現CPS訓練對增進創造思考能力最具前後一致性的影響力（引自Schack,1993）。 Parnes 等人曾在水牛城州立大學，運用五階段的CPS模式，進行四個學期，為期兩年的創造性研究計畫（Creative Studies Project），研究對象包括300位學生（實驗組150位；控制組150位），研究結果顯示，CPS

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教學能有效提升創造思考能力（引自Isaksen & Treffinger, 2004）。 Feldhusen 和 Clinkenbeard 在1986年分析創造性研究計畫（Creative Studies Project）中的許多相關研究報告，指出CPS 教學能有效增進學生處理真實生活問題的解決能力（引自Schack,1993）。 Cramond、Martin和 Shaw在 1990年以中學生為對象，進行CPS教學研究，結果顯示接受CPS訓練加上轉移策略教學的學生比未接受CPS訓練或轉移策略教學的學生具有較佳的問題解決能力（引自Schack,1993）。 Schack（1993）對6所中學不同能力等級的267位學生進行CPS課程訓練，參與實驗的學生，事先由教師依標準分為天賦優異（gifted）、優等（honors）、普通（average）等不同能力等級，各等級的實驗組施以CPS 課程教學，並進行前後測，研究結果顯示，經CPS教學處理的學生在問題解決能力的提昇上顯著高於控制組，但在不同能力等級的影響效果並無顯著差異。綜合上述國外研究，可歸納出以下幾點結論： 1.運用CPS教學策略能有效的提升學習者的創造力，且其成效優於其他促進創造力所介入的教學方式。 2.透過CPS課程訓練，有助於提升學習者對實際生活問題的解決能力。 3.CPS課程結合問題解決策略轉移教學，較能提升學生的問題解決能力。 4.CPS融入於課程中，並進行長時間的教學，較有助於提升學生的創造力及批判思考能力。 5.CPS適用於資優與一般教育，運用於兩者皆有提昇問題解決能力的成效。（二）國內創造性問題解決在國小自然科的相關研究研究者經由全國博碩士論文資源網及教育相關期刊的搜尋，發現國內有關CPS應用於國小自然科教學的相關研究計有14 篇，研究對象大多為高

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年級學生，僅有3篇研究以四年級學生為教學實驗對象（吳麗珍，民94；廖仁年，民92；劉誌文；民82），茲將各研究的主題及研究結果與發現列表如下：表 2-2-2 國內將 CPS 融入國小自然科教學之相關研究研究者年代對象研究主題研究結果與發現實驗組在「問題解決能力測驗」與「科學創造力測驗」得分上，皆優於對照組。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李金樹民 95 六年級 CPS 融入自然教學是可行的；擴散思考策略可增加學生產生點子的數量。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吳麗珍民 94 四年級 CPS 活動對國小學童整體之科學態度無顯著差異；在 CPS 活動中，透過心智圖的使用對學生學習、記憶、系統化、計畫性、腦力激盪方面有助益。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阮元斌民 94 六年級實驗組在問題解決能力之解決方法、全測驗整體表現及創造力之流暢力、開放性、獨創力、精密力、想像力、挑戰性及總分上，均顯著高於對照組。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洪川富民 94 五年級實驗組在「威廉斯創造性思考活動」測驗中的開放性、變通性、獨創性、精密性及「威廉斯創造性傾向量表」中的冒險性、想像力、好奇性與總分均顯著優於對照組；實驗組自然科學業成績平均高於對照組，但未達顯著差異。實施創造性問題解決教學法對於國小五年級學童創造力與科學學習成效影響之研究陳威龍民 94 五年級學生在總結活動中能應用出研究者於課程中培養之創造問題解決能力；在認知、技能、情意方面也各有收獲。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」課程為例楊訪屏民 93 六年級學生在 CPS 教學中，會有較高的學習動機，超過半數學生會因為有動手操作及共同合作的機會，表現得更積極；學生在資料尋找、小組討論及發表能力上比較缺乏。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廖仁年民 92 四年級

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研究者年代對象研究主題研究結果與發現小組合作進行創造性問題解決歷程之研究同質低分組成員參與及互動程度比較高，其次為異質組，同質高分組為最差；影響小組合作進行創造性問題解決的因素包含：分組形式、任務的難易、學童的先備知識、學童的學習習慣、玩耍與爭執事件、學習環境、學童的社會關係與技巧。柯建樺民 92 五年級創造性問題解決化學單元教學活動設計與評估學童在「水溶液的酸鹼性」單元教學活動後，科學創造力與問題解決能力有顯著之進步。洪文東民 92 五年級實驗組在科學創造力與問題解決能力上之表現，顯著優於控制組。國小「酸鹼」與「氧化還原」教學模組設計及學童科學創造力之實作評量洪文東民 92 五年級六年級透過 CPS 教學能夠顯著增進學生的問題解決能力及協助學生學習知識，達到預期的學習效果，但無法顯著增進學生的問題解決態度。自然科創造性問題解決教學對國小六年級學童問題解決能力、態度及學習成就之影響研究呂素雯民 91 六年級實驗組在「威廉斯創造性思考活動測驗」中的流暢力、開放性、變通性、獨創力、標題、總分及「威廉斯創造性傾向量表測驗」中的冒險性、好奇性、想像力、總分及「問題解決測驗」中的解釋推論、猜測原因、逆向原因猜測、決定解決方法、總分上，均顯著高於對照組。自然科創造性問題解決教學對國小學童創造力及問題解決能力之研究張振松民 90 五年級可促使學生觀察自己周遭生活發生的事件來進行科學問題探究、提高學習興趣及增進問題探究的能力。國小自然科教師應用創造性問題解決的教學策略之行動研究李光列民 88 六年級國民小學自然科創造性問題解決教學效果之研究實驗組在創造力及學業成就表現與對照組無顯著差異，但在科學態度上的「因果關係」、「好奇心」、「批判精神」、「科學情意」、「科學行為」得分，顯著優於對照組學生。劉誌文民 82 四年級

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由上述國內將CPS融入國小自然科教學的相關研究報告分析，研究者歸納出以下幾點結論： 1. 將CPS融入國小自然與生活科技領域教學，為實際可行。 2. CPS融入國小自然與生活科技領域教學有助於提升學生的創造力及問題解決能力（呂素雯，民91；李金樹，民95；洪文東，民92a；洪文東，民92ｂ；洪川富，民94；張振松，民90；陳威龍，民94）。 3. CPS融入國小自然與生活科技領域教學在學生的問題解決態度上無顯著效果（呂素雯，民91；阮元斌，民94）。 4. CPS融入國小自然與生活科技領域教學未必能提升學生的學業成就（陳威龍，民94；劉誌文，民82）。CPS教學對學業成就的影響，在國內較少受到研究關注。 5. 實施CPS教學應考慮學生的能力，四年級學生在資料收集、小組討論及發表能力上較為缺乏，可能會影響到課程的實施進度與成效，學生也可能受限於思考能力，而遭遇挫折，影響學習意願（吳麗珍，民94；廖仁年，民92；劉誌文；民82）。因此CPS教學若運用於小學階段，應以高年級學生為對象較為理想。 6. 廖仁年（民92）指出動手操作及共同合作的機會，能讓學生表現得更積極，學習動機更高，樂意從事學習活動。楊訪屏（民93）的研究亦顯示以動手操作的科學遊戲形式進行CPS模組教學，學生在活動中能展現出創造性問題解決能力。根據以上論點，研究者採取將CPS融入於動手操作的科學遊戲教學，並以小組合作方式進行活動，來提昇學生的科學學習興趣與問題解決能力。 7. 柯建樺（民92）的研究顯示異質組合在解題上的表現最為不佳，但他也提出分組形式、任務的難易、學童的先備知識、學童的學習習慣、

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玩耍與爭執事件、學習環境、學童的社會關係與技巧都會影響CPS教學進行。因此分組形式只是影響CPS教學進行的原因之一，所以研究者在考量其他影響因素及根據平時教學經驗下，仍以異質分組方式進行科學遊戲之教學活動。 8. CPS融入教學的行動研究歷程有助於促進教師本身專業成長（李光烈，民88；吳麗珍，民94；楊訪屏，民93；廖仁年，民92）。

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

國立台中教育大學科學應用與推廣學系碩士論文

指導教授：葉聰文 博士