以創造性問題解決教學模式分析國小自然與生活科技領域教科書電磁學概念單元的活動設計

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(1)國立臺中教育大學科學應用與推廣學系科學教育碩士學位夜間在職進修專班碩士論文指導教授：葉聰文博士. 以創造性問題解決教學模式分析國小自然與生活科技領域教科書電磁學概念單元的活動設計 An Analysis of Creative Problem Solving Instructional Model on Elementary Nature Science and Technology Textbooks’ Electromagnetic Concept Unit Activity Design. 研究生：許乙婷撰. 中華民國 100 年 11 月.

(2) 誌謝還記得四年前很幸運地考上中教大科廣所，開始了我的研究所生涯。雖然有酸甜苦辣，卻也使我成長許多。這趟學習之旅，要感謝的人族繁不及備載，若有疏漏，請多見諒。第一要感謝的人是指導教授葉聰文教授。老師總是和藹可親，而且對於我的駑鈍，老師總是很有耐心的諄諄教誨，還記得老師在提計畫時對我說了很多重點，回家聽完錄音稿，很感動，覺得老師好用心，就像父母一樣照顧自己的小孩（其實老師很年輕），謝謝老師。第二要致謝的人是口試委員黃鴻博、林素卿教授。在提完計畫後，黃老師用心提點，讓我對論文的方向漸漸明瞭，也謝謝老師耐心教導天資不敏的我，真的很感恩！Final 時兩位教授也給我很多好的建議，感恩！第三要感謝研究所同學、國小同事、大學同學、家人、家芬、政和、毛老師，雖然我常常問題很多，但是你們總是願意聽我說、給我建議、為我打氣，給我很多勇氣和力量。也謝謝政和教導電磁學概念圖的相關知識。最後，要謝謝中教大，如果沒有走這一遭，真的不知道人外有人，天外有天！這裡人才濟濟，真的是讓人大開眼界。乙婷謹誌一百年十一月.

(3) 以創造性問題解決教學模式分析國小自然與生活科技領域教科書電磁學概念單元的活動設計. 摘要. 本研究以內容分析法分析國內國小三到六年級四種版本自然與生活科技教科書電磁學單元教學活動設計。以創造性問題解決（簡稱 CPS）教學活動理論及九年一貫思考智能項目作為分析電磁學單元活動的依據。本研究利用「創造性問題解決檢查項目表」及 Loweryc 和 Leonard 的「問題類型分析表」兩項工具進行研究。研究結果如下：九年一貫思考智能項目與 CPS 的「第二階段」與「其他五個階段」差異較大；單元活動設計以 CPS 第四階段方式設計佔多數，第一、五、六階段居次，第二、三階段偏少；教科書問題設計以「焦點式問題」與「開放式問題」佔多數，其他類型問題則偏少。. 關鍵字：創造性問題解決、電磁學、教科書. I.

(4) An Analysis of Creative Problem Solving Instructional Model on Elementary Nature Science and Technology Textbooks’ Electromagnetic Concept Unit Activity Design. ABSTRACT This study aims to use the content analysis method to analyze electromagnetic unit teaching activity design of Taiwan A、B、C、D edition primary natural textbooks. The research bases on Creative Problem Solving (called’ CPS for short) and Grade 1-9 Curriculum Guidelines deliberating intelligence to analyze ‘Electromagnetic concept’ unit activity. The study uses ‘CPS checking item form’ and Lowery and Leonard’s question-style analyzing form to proceed the research. The findings are listed as follows. Grade 1-9 Curriculum Guidelines deliberating intelligence item comparing with CPS, there is big difference among CPS’s ‘2nd stage’ and ‘other 5 stages’.. On the part of unit activity design, CPS’s 4th stage. design is in the majority, and CPS’s 1st, 5th, 6th stages are 2nd, and CPS’s 2nd, 3rd stages are few. Among the question design of textbooks,’ Focusing Questions’ and ‘Open-ended Questions’ are in the majority, and other question styles are few.. Keywords: CPS, electromagnetics, textbooks. II.

(5) 目. 次. 中文摘要 .................................................................................................................................. Ⅰ 英文摘要 .................................................................................................................................. Ⅱ 目次 .......................................................................................................................................... Ⅲ 表次 .......................................................................................................................................... Ⅵ 圖次 .......................................................................................................................................... Ⅷ. 第一章. 緒論. 第一節. 研究動機................................................................................................................ 1. 第二節. 研究目的及待答問題............................................................................................ 3. 第三節. 名詞釋義................................................................................................................ 4. 第四節. 研究範圍與限制.................................................................................................... 5. 第二章. 文獻探討. 第一節. 創造力之相關概念 .............................................................................................. 7. 第二節. CPS 的意涵與相關研究 .................................................................................... 15. 第三節. 教科書的內涵 .................................................................................................... 21. 第四節. 電磁學相關概念 ................................................................................................ 28. 第五節. 單元活動設計 .................................................................................................... 29. 第六節. 問題的陳述........................................................................................................ 30. III.

(6) 第三章. 研究方法與設計. 第一節. 研究方法與研究對象 ........................................................................................ 37. 第二節. 研究設計與實施 ................................................................................................ 39. 第三節. 研究工具 ............................................................................................................ 41. 第四節. 研究流程 ............................................................................................................ 50. 第五節. 信度與效度 ........................................................................................................ 51. 第六節. 資料分析 ............................................................................................................ 55. 第四章. 研究結果與討論. 第一節. CPS 與九年一貫思考智能交比對分析情形 ................................................... 59. 第二節. CPS 分析項目表與電磁學相關單元活動之比對情形 ................................... 64. 第三節. 電磁學相關單元活動之電磁學概念分布情形 ................................................ 68. 第四節. 電磁學相關單元活動之問題類型的分布情形 ................................................ 72. 第五節. 電磁學相關單元活動之問題類型與 CPS 檢查項目之比對情形 .................. 77. 第五章. 結論與建議. 第一節. 結論 .................................................................................................................... 85. 第二節. 建議 .................................................................................................................... 89. 參考文獻. IV.

(7) 中文文獻 .............................................................................................................................. 91 英文文獻 ............................................................................................................................ 101 附錄附錄 A. 九年一貫自然與生活科技電磁學有關之教材內容 ........................................ 105. 附錄 B. 各單元之單元目標（教學重點） .................................................................... 107. 附錄 C. 電學概念分析圖 .................................................................................................111. 附錄 D. 磁學概念分析圖 ................................................................................................ 112. 附錄 E. 電磁作用概念分析圖 ........................................................................................ 113. 附錄 F. 勞倫茲力概念分析圖 ........................................................................................ 113. 附錄 G. 電路學相關概念之命題陳述 ............................................................................ 114. 附錄 H. 九年一貫各版本教科書電磁學概念相關單元之呈現分析表 ........................ 115. 附錄 I. CPS 與九年一貫思考智能比對表 ................................................................... 116. 附錄 J. CPS 檢查電磁學單元活動表 ........................................................................... 117. 附錄 K. 問題類型分析表 ................................................................................................ 118. 附錄 L. 「CPS」與「A 版、南一、六上、單元四之問題」交叉比對表 ................ 119. 附錄 M. A 版南一四上~CPS 與問題類型交叉比對表 ............................................... 120. V.

(8) 表. 次. 表 2-2-1. 創造性問題解決版本的回顧 ............................................................................ 16. 表 2-2-2. CPS:創造性問題解決的各成份與各過程 ........................................................ 17. 表 2-2-3. 近年國內有關創造性問題解決相關研究 ........................................................ 18. 表 2-3-1. 編撰教學用書較常遇見之問題和學生之求學所遇到之問題 ........................ 23. 表 2-6-1. TQSAI 非經驗性問題類型 ............................................................................... 32. 表 2-6-2. TQSAI 經驗或實驗性問題類型 ....................................................................... 33. 表 3-1-1. 各版本與電磁學相關的單元 ............................................................................ 39. 表 3-3-1. 九年一貫第二學習階段思考智能能力指標 .................................................... 41. 表 3-3-2. 九年一貫第三學習階段思考智能能力指標 .................................................... 42. 表 3-3-3. 電磁學相關概念之命題陳表 ............................................................................ 43. 表 3-3-4. 創造性問題解決檢查項目表（內容陳述） .................................................... 45. 表 3-3-5. CPS 分析類目之教科書用語舉例 .................................................................... 46. 表 3-3-6. 非經驗性問題（由收斂到發散問題類型） .................................................... 50. 表 3-3-7. 經驗或實驗性問題（科學過程技能問題） .................................................... 50. 表 3-3-8. 評分員間一致性分析表 .................................................................................... 53. 表 4-1-1. CPS 與九年一貫思考智能交叉比對情形 ........................................................ 60. 表 4-1-2. 九年一貫「第二學習階段」與「第三學習階段」思考智能在 CPS 六階段之. 分布次數 .................................................................................................................................. 63 表 4-2-1. 以創造性問題解決檢查電磁學單元活動之結果 ............................................ 65. VI.

(9) 表 4-2-2. 各版本在 CPS 六階段之分布次數 ................................................................. 68. 表 4-3-1. 各版本與電磁學命題陳述交叉比對分析結果 .............................................. 69. 表 4-3-2. 各版本在電、磁、電與磁交互作用之分布次數 .......................................... 71. 表 4-4-1. 「非經驗性問題」及「經驗或實驗性問題」問題類型分形 ........................ 72. 表 4-4-2. 經驗或實驗性問題細項分析 .......................................................................... 75. 表 4-4-3. 各版本之經驗或實驗性問題之次數分析 ...................................................... 75. 表 4-4-4. 各版版收斂到發散的經驗或實驗性問題之次數分析 .................................. 76. 表 4-5-1. 四版本 CPS 與問題類型之交叉比對結果 ..................................................... 79. 表 4-5-2. 四版本 CPS 與問題類型之交叉比對的經驗或實驗性問題細項分布次數 . 79. 表 4-5-3. 四版本 CPS 與問題類型之交叉比對的「收斂到發散」之經驗或實驗性問題. 細項分布次數 .......................................................................................................................... 81. VII.

(10) 圖. 次. 圖 3-2-1. 研究架構 .............................................................................................................. 40. 圖 3-4-1. 研究流程圖 .......................................................................................................... 51. 圖 4-1-1. CPS 與九年一貫「第二學習階段」思考智能細項交叉比對情形 .................. 62. 圖 4-1-2. CPS 與九年一貫「第三學習階段」思考智能細項交叉比對情形 .................. 62. 圖 4-1-3. 九年一貫「第二學習階段」與「第三學習階段」思考智能在 CPS 六階段之分. 布情形 ...................................................................................................................................... 64 圖 4-2-1. 各版本與 CPS 交叉比對圖 ................................................................................. 66. 圖 4-2-2. 各版本電磁學單元活動在 CPS 六階段之分布情形 ......................................... 68. 圖 4-3-1. 各版本與電磁學命題陳述交叉比對圖 .............................................................. 70. 圖 4-3-2. 各版本在電、磁、電與磁交互作用之分布情形 .............................................. 72. 圖 4-4-1. 「非經驗性問題」及「經驗或實驗性問題」問題類型分析圖 ...................... 73. 圖 4-4-2. 各版本之經驗或實驗性問題之細項符合程度分析圖 ...................................... 76. 圖 4-4-3. 各版版收斂到發散的經驗或實驗性問題之符合程度分析 .............................. 77. 圖 4-5-1. 四版本 CPS 與問題類型之交叉比對的經驗或實驗性問題細項分布比率 ..... 80. 圖 4-5-2. 四版本 CPS 與問題類型之交叉比對的「收斂到發散」之經驗或實驗性問題細. 項分布比率 .............................................................................................................................. 81. VIII.

(11) 第一章. 緒論. 本章共分四節，第一節就研究動機加以敘述，第二節為研究目的及待答問題，第三節為名詞釋義，將定義本研究之專有名詞，第四節為研究範圍及限制。. 第一節. 研究動機. 「教育部創造力教育政策白皮書」指出二十一世紀是劇變的時代，資訊科技迅速發展與流通，正面臨知識經濟的時代，世界的公民皆須有創新思考、批判思考，或解決問題之能力，而創新是創造力的具體實踐，即創造力是創新的知識基礎，又創造力是學習成效之教育指標，所以明訂創造力教育為未來教育工作之推動重點，如此方能提升國民素質與競爭力。然而，為了能提高國家全體競爭力，如何藉由科學教育方法培育學生之科學創造力，為值得探究之主題（阮元斌，2006）。往昔的傳統教育著重知識學習與記憶，比較忽視個人的獨立思考，然而當前已經邁入漸漸複雜之資訊社會，資訊的獲得經由各種媒體亦或網路非常便利，知識之記誦不再如此重要，反而應著重獨立思考的培訓和基本能力之養成才是目前教育的重點，亦使學生學到各種科學創造力和批判思考能力的知識，如此方能協助學子於複雜變化環境中做出最優秀的評估和反應，來解決困惑（洪文東，1997）。陳鉞銘（2005）主張「科學態度」，即強調教學上應以創造力來培養學生具有推理、思考邏輯、判斷分析等高層次認知，教師如能以此教學，將會發展出良好的教學效能。洪文東（1997）亦曾提及，有計劃的供給科學創造性活動，讓學生科學創造天賦可以發展和表現，為一個可實行的策畫。又游詩蒂 2002 年指出如何提高學子之創造力和解決問題之能力為值得思索之議題。由上可知創造力在教學上的重要性和可培養性。在今日資訊爆炸、變遷快速的社會中，由於科技文明之快速進步，人類活動日趨複雜，隨時都會有不同的新問題發生，所以培養問題解決能力的訓練，已然成為社會中求. 1.

(12) 生存之基本能力；而在問題解決之過程中，亦需要發揮我們的創造力來解決問題，因此教師於實施教學時，如何能實行並且融入觸發學生創造思考問題解決能力的教學，是一個很值得探究的課題（許順欽，2003）。黃鴻博（2000）提出判斷一件事物之創意應當首先考量創新、實用及改良之效果。洪振方（1998）認為在科學教學活動歷程，提供適合的思考問題、啟發對問題之敏性、觸發學生心智的變通性，幫助學生對於問題做整體的考慮，與鼓勵學生在學習過程中，集中心力來探索、發現、深思、反省、討論以解決疑難獲得知識等，為可以增進學生科學創造力之途徑之一。創造性問題解決（Creative Problem Solving,簡稱 CPS）的教學法異於現行問題導向教學法。現行之問題導向教學，多數仍以教師或教科書中心，常常忽視了學生之主動性，亦即，發現問題、主動探討和思考，經常在教師與教科書之指引下，便可找到問題的答案，阻礙了學生創造思考能力之學習及發展，然而創造性問題解決的教學法，是採取學子從發現問題、提出點子甚至到有效解決問題，皆由學子主動積極思考下，漸漸培訓了思維能力，進一步使學子在將來面對問題時，更易解決（洪川富，2006）。黃玉斯（2009）指出創造性問題解決是有效促進創造力的教學方法，此 CPS 是將問題解決過程分為數階段的解題模式，在解題的過程強調擴散性思考及聚歛性思考的均衡運用，並促進產生點子，而在眾多可能的解答中，尋求最佳的解決方法。分析國內與創造性問題解決（CPS）教學相關研究，皆指出 CPS 在教學上能幫助提高學生之創造力及問題解決能力（呂素雯，2002；李金樹，2006；洪文東，2003a；洪文東，2003b；洪川富，2006；張振松，2001；陳威龍，2005）。由上可知 CPS 的功用廣泛且重要。劉昭宏與郭重吉（1995）用對個案研究方法來觀測檢查我國國中理化教與學中教學用書之運用情況，由研究結果指出，教科書不只是學生在學習時之根本工具，更是教師教授課程之最重要材料。而高新建（1991）及蘇怡芳（2010）指出，國內 90%以上的國小教師經常按照課本進行教學。對教師而言，教科書是教師組織教學與教學實務之主要根據；對學生而言，大多數學生至少有 75%的課堂時間與 90%的家庭作業時間是花費於. 2.

(13) 教科書上（Armstrong & Bray, 1986；蘇怡芳，2010）。霍秉坤及黃顯華在 1995 年提出教科書於學子之求學過程，和老師的教學程序中，擔任著很關鍵之位置。瞭解教科書編定撰寫之內容、含義與特點，和教科書編定撰寫之問題或學生使用教科書時之求學心態，皆可協助教和學之程序，實施得更有效率，防止選擇和使用不適合之教科書。由上可知教科書對教與學的重要性。鑒於上述，教科書為教與學的媒介，對於教與學實屬重要。研究者發現教科書的研究雖然很重要，但是教科書內容分析結合創造性問題解決與電磁學之教科書內容分析卻很少，因此，本研究以「創造性問題解決教學模式」來分析教科書之電磁學相關單元的活動設計，適當瞭解當前教科書的編撰是否具有創造力與電磁學概念的分布，此外，期望提升自我的教師專業成長能力，並希望本研究能提供教師選用「自然與生活科技」教科書或出版商編定「自然與生活科技」教科書時參考的根據。. 第二節. 研究目的及待答問題. 本研究根據以上之研究動機，針對國民小學自然與生活科技三到六年級坊間出版商所出版教科書電磁學的單元活動進行內容分析，並以創造性問題解決做為分析主軸。本研究之研究目的如下所述：一、根據 Isaksen 和 Treffinger (1987)之創造性問題解決理論製作的 CPS 檢查項目表，分析「九年一貫思考智能」。二、根據 Isaksen 和 Treffinger (1987)之創造性問題解決理論製作的 CPS 檢查項目表，分析各版本教科書電磁學「單元活動」。三、根據蘇清慈（2010）之電磁學命題陳述，分析國小電磁學「單元活動」。四、根據 Isaksen 和 Treffinger (1987)之創造性問題解決理論製作的 CPS 檢查項目表與 TQSAI 之問題分類工具，分析各版本教科書電磁學單元活動之「問題類型」。. 3.

(14) 依據上述研究目的，本研究所持之主要待答問題如下：一、在 CPS 檢查項目表下，「九年一貫思考智能」與其比對後，分布情形有何差異？二、在 CPS 檢查項目表下，不同版本教科書之電磁學單元活動中，「單元活動」與其比對後，分布情形有何差異？三、在電磁學命題陳述下，不同版本教科書之電磁學單元活動中，「單元活動」與其比對後，分布情形有何差異？四、在 CPS 檢查項目表與 TQSAI 之問題分類工具下，不同版本教科書之電磁學單元活動中，「不同問題」與兩個工具交叉比對後，分情形有何差異？. 第三節. 名詞釋義. 本研究旨在探究各審定版本教科書，其電磁學概念之分布與電磁學相關之單元活動，是否符合 CPS 各階段之內容，為釐清本研究之專有名詞，其解釋如下：一、創造性問題解決(Creative Problem Solving, CPS) 本研究所指之CPS為三成分六階段之創造性問題解決理論，其內容含三成分：成分一：了解問題（Understanding the Problem）；成分二：產出點子（Generating Ideas）；成分三：計劃行動（Planning the Action）。而其中成分一含有階段（一）到（三），內容為：（一）發現困擾（Mess-Finding, MF）；（二）找到資料（Data-Finding, DF）；（三）發現問題（Problem-Finding, PF）。在成分二之中含有階段（四），內容為：（四）找到點子（Idea-Finding, IF）。於成分三中包含階段（五）和（六），內涵為：（五）找到解答（Solution-Finding, SF）；（六）求得接納（Acceptance–Finding, AF）。研究者依據上述理論，發展出CPS檢查項目表。二、電磁學本研究所指之電磁學概念係限於國小三至六年級自然與生活科技教科書內所提及. 4.

(15) 之相關知識，其材料包含電的基本概念、磁的基本概念、電與磁的交互作用等部分。三、單元活動設計本研究中，「單元活動」意指每一個單元中與學生活動相關的教材，不但包括實際動手操作，並包含動手查資料、互相討論與實驗觀察。「單元活動的設計」在本研究定義為人們為了完成單元的活動之設計，根據單元的活動之組成部分、步驟和程序等，所進行選擇、計畫與思考之一種深思熟慮的過程。四、國小自然與生活科技教科書本研究中，意指根據教育部國民中小學九年一貫課程綱要內自然與生活科技領域課程綱要所編纂，經教育部審定通過，在九十七學年度上、下學期於各個國小適合使用之自然與生活科技教科書，共含南一、康軒、育橋、翰林等四個版本，非商業利用，以 A 版、B 版、C 版、D 版做代碼，包括第一冊到第八冊之課本，即三到六年級所使用之教材，並且輔佐以習作和教師手冊當作參照依據。五、問題類型本研究所指之問題類型係 Lowery & Leonard 在 1978 年所策劃的 TQSAI 評量工具。 TQSAI 將問題分成非經驗性問題和經驗或實驗性問題，其中非經驗性問題分成修辭、資料指引、焦點、開放式、評價等五種問題；經驗或實驗性問題分成觀察性、聯結性、比較性、組織性、實驗性、推論性、應用性等七種問題。. 第四節. 研究範圍與限制. 一、研究範圍（一）在九年一貫課程中，國小部分內，一、二年級是生活領域，三到六年級是自活與生活科技領域。教學用書則開放予民間編輯，經由教育部審查。本研究之範圍乃育橋、康軒、南一、翰林等版本之三到六年級（第一至八冊）自然與生活科技教科書，包含課本、習作、教師手冊。其他版本抑或是其他年級的教學用書並不在. 5.

(16) 本研究範圍之中。（二）本研究主要在分析我國國小各版本自然與生活科技教科書中 CPS、電磁學概念命題陳述、編輯原理、問題類型之內容分布情況。其它與科學教育領域相關的議題非本研究範圍。二、研究限制（一）本研究單就 CPS、電磁學概念命題陳述、編輯原理、問題類型、九年一貫命題陳述之內容分布情況實施分析，並未著重於科際整合、STS、POE、實境中使用情況等其他科學教育內涵實施分析，亦未針對相關議題進行評鑑。在實境教學時，老師按照教科書的設計教學與否，也無從預知。此乃本研究的限制。. 6.

(17) 第二章. 文獻探討. 本章所要探討的內容共分四節，分別是第一節闡述創造力；第二節介紹 CPS 的意涵與相關研究；第三節研究教科書的內涵；第四節為電磁學相關概念；第五節是單元活動設計；第六節為介紹問題的陳述。茲分述如下。. 第一節. 創造力之相關概念. 本節主要討論創造力之意涵、創造力之培養與創造力之評量，以明瞭本研究涉及的層面。一、創造力之意涵鄭文章（2003）提出於心理學上，創造力為一個十分複雜、頗有爭議性之概念；舉凡心理學者、教育工作者皆很熟悉創造力這個名詞，然而要說出創造力這個概念之定義，竟是人言人殊；直至今日，因為研究學者觀點的差異與重點的不同，採行的判別標準各自相異，關於創造力的定義多達百餘種。自從 Guilford (1950)在美國心理學會(American Psychological Association)發表演說，盼望心理及教育學界注重創造力之研究及發展。在這之後，心理學界對於創造力之研究日益變多，然而這五十年來，許多人對創造力之定義，卻依然有所差異。什麼是創造力？創造這個詞源自於拉丁文”creare”，指的是製造、產出之意思（林幸台，1998）。而創造力之定義於心理學家和科學家間爭議頗多；有人認為創造力是一種思考能力（洪川富，2006）。Guilford 在 1950 年提出之智力結構論中，主張智力結構中之「擴散思維」，即是表示人類創造力（引自張春興，1999）。「擴散思維」即是不限制於僅有的求知法則以解決問題，卻是隨機應變的從相異角度來考量之思維方式（洪川富，2006）。部分的人主張創造力為一種心理歷程(process)（洪川富，2006），Wallas (1926)指出創造之歷程包含有：準備期、醞釀期、豁朗期和驗證期等四期。此外有學者認為創造力. 7.

(18) 是一種人格特質(character)，創造性人格有以下特質：冒險性、試探極限、對困惑的情境好發問、試一試困難之工作、百分之百投入在工作中、好奇、堅定、富於感性、假設、獨立之判斷與思考、勤奮、富於直覺、頓悟、喜獨自工作、富於興趣、貫徹始終、喜複雜性工作、記憶力佳、獨斷、自信、幽默、誠懇、追求高遠目標、要求證據、勇於冒險、富於幻想（陳龍安，2002）。另外，賈馥茗（1976）主張創造力應由能力、歷程、與行為結果三方面做探討，以避免有失偏頗。 MacKinnon (1962)以原創性（originality）、適切性（adaptiveness）、實用性（realization）等向度來解釋創造。Torrance (1979)主張創造力為一連串之思考歷程，當我們遇到一個問題或是情境時，能夠擁有敏銳之觀察力來察覺問題之缺失，進一步來尋求解決的方法，並且把改造後之成果與世人共享。人類創造力之高低為可以評估出來的，亦可以藉由後天之培訓來養成。而 Brown 在 1989 年提出回溯往年對創造力之研究，統整成四個具代表性之觀點：1.把創造力當作智力之一部分；2. 把創造力當作問題解決之一個要素；3. 把創造力當作潛意識之過程；4. 把創造力當作聯想之過程。Sternberg 和 Williams (1996)認為創造力的本質包含六項，有：智慧、知識、思考型態、人格、動機與環境情境。另外，魏美惠（1994）提出，創造力為一種水平式、擴散性之思考方式，其同時亦是對週遭環境之一種敏覺力、流暢力、變通力、獨創力與精進力之表現。毛連塭等人（2000）曾整合各家學者所提及之理論，統整出八項有關創造力概念之定義，分別敘述如下。（一）創造力為把不同之事物或是融入現有之觀念或產品，進而變成一種新穎有用而且可以接受之結果的能力。（二）創造為一種生活之體驗，在追求自我之實現，可以發揮自己的才能來創造生活的能力，就是創造力。（三）創造為問題解決之心理歷程，對於問題形成新的假設、修改或重新考驗該假設，來解決問題之能力。. 8.

(19) （四）創造為一種思考歷程，在思考過程中使用創造力，於思考結果表現創造力。（五）根據創造力之內涵分析，應當包含流暢力、變通力、獨創力、精進力等認知能力。（六）創造為一種人格傾向，擁有創造傾向者更加能發揮他的創造力之效果。（七）創造力為將可以連結之要素聯合或是結合成為新的關係，此種能力就是創造力。（八）創造為一種綜合性、整體性之活動，此外，創造力為個人整體之綜合表現。楊坤原在 2001 年結合生態取向和 Sternberg 與 Lubart (1995)之投資理論和認知訊息處理理論之觀點，主張創造力為一個人綜合運用它的認知和其情意特質，於環境之激勵下，一步步解決問題，生產出新穎又實用之成品的訊息處理過程。Williams (1972)曾提及，對於創造者而言認知和情意其實是一體兩面、相輔相成的，創造者之認知包括：流暢力、變通力、獨創力、精密力；於創造者之情意方面包含：好奇心、想像力、冒險性、挑戰性。近些年來，隨著當代認知心理學之發展，運用訊息處理原理和觀點來解釋及探討主張：創造力是在產生有價值之新訊息的過程中，所運用之各種能力的總合（鄭文章， 2003）。董奇（1995）主張創造力是智力之高級表現，創造力主要是由敏銳之觀察力、集中之注意力、高效之記憶力、有創意之想像力、批判評價能力與創造性思考能力和適度的認知監控能力所組織而成的。黃鴻博（2000）提出判斷一件事物之創意應當首先考量創新、實用及改良之效果。詹志禹（2005）認為以思考歷程而言，創造力比較仰賴擴散思考而不是聚歛思考；以產物來看，必須擁有「新穎」與「價值」兩大條件；以人物來看，人人皆擁有創造，僅是程度、領域不同罷了。創造力是一個多元之構面(Mumford & Gustafson, 1988)，也是一種極為複雜之現象。Tardif 和 Sternberg (1988)主張很少有像創造力如此的心理學概念，這般難以定義。 Mayer (1999)分析《創造力手冊》(Handbook of creativity)中所發表之論文，找出對於創. 9.

(20) 造力特徵之定義方面，學者們擁有一樣的共識－「原創性」(originality)和有用性 (usefulness)。整合上述，創造力是一種創新和改良，它比較仰賴擴散思考，也有製造、產出之意思。它不僅是一種潛意識的過程，也是一種思考歷程。而創造者之認知包括：流暢力、變通力、獨創力、精密力；於創造者之情意方面包含：好奇心、想像力、冒險性、挑戰性，包羅萬象。創造力的內涵五花八門，研究者將它定義為：思考歷程中運用好奇心、想像力、冒險性、挑戰性、流暢力、變通力、獨創力、精密力…等能力來創新和改良舊的想法，產出新穎而有價值的產物。. 二、創造力之培養創造力是否可以培育？依據國內外相關文獻指出，創造力為人類之自然現象，如同其他能力一般，縱然有層次或是程度上之不同，創造力為每個人皆擁有的（洪文東， 1997；洪振方，1998；毛連塭等，2000；Guilford,1986）。Torrance (1962)、de Bono (1970) 與 Parnes (1967)等皆主張從小就應當給兒童擴散性思考訓練，之後漸漸發展成創造性問題解決之能力。中外眾多研究亦證明創造力之某些要素為可以藉由教導來提升的（鄭文章，2003）。譬如（引自毛連塭等，2000）：（一）Reese 與 Parnes (1970)以一百八十八位高中學生做為對象，經過十三週創造性問題解決訓練，研究結果發現實驗組比控制組進步得多。（二）Bennett (1989)研究創造性戲劇對六年級學生創造思考能力的影響，研究結果指出，實驗組比控制組優異。（三）林幸台（1973）以國中二年級資優生為對象實行創造思考教學，研究結果發現可助長創造力發展。（四）其他學者例如張玉成（1983）、陳龍安（1984）、陳榮華（1985）、李錫津（1987）等之研究，亦發現創造力可經由創造思考教學來增進。. 10.

(21) 王美芬和熊召弟在 1995 年主張人類有以下能力對想像與創造思考相當重要：視覺圖像-產生心智印象、把物體與思想以新方式整合起來、產生對於物體之變通或是不尋常之使用法、解決問題與困惑、極妙的、假裝、做夢、設計工具與機械、產生非尋常之想法。洪振方在 1998 年提出激發培養科學創造力需掌握以下幾點原則：1.發展豐富之科學知識基礎；2.找尋相似問題；3.警覺習慣想法之限制；4.突破習慣想法；5.重新知覺與理解問題；6.不輕易否決不可行之理念；7.嘗試並列兩個無關之理念，並尋找兩者之關係和它的意義；8.於可行之想法中旁出新的點子；9.認知見習科學家探究問題之思考過程；10.從互動之反思討論中激發創造力。黃鴻博在 2001 年曾於「台灣中部地區國小學生科學創意競賽教師研習活動研習手冊」內提及培育兒童之科學創造力可以從以下三個方面開始：1.消極排除阻礙創造力發展之環境與態度；2.積極鼓勵創造性問題解決和思考；3.納入學校教育重要之一環。 Hu，&Adey (2002)於研究中發現學生之科學能力和創造力並未有絕對之關係。 Sternberg & Lubart 在 1999 年之「不同凡想 (Defying the crowd) 」書內提及，在創意中，僅要具有中等以上之智能便足夠來創造新事物了，不求極度聰明，然而要求要具備想像力、觀察力，因此後天之環境就變得非常重要。楊坤原在 2001 年把影響創造力表現之因素，分成內在和外在因素兩大類；內在因素主要包含個人認知和人格方面之特質，外在因素乃是指來自於家庭、學校、社會三類環境中和創造力培養與表現有關的各種因素，而李錫津（1987）歸納出個人、家庭、學校三大因子，Solso 於 1988 年主張文化及教育會影響創造性思考，洪榮昭、康鳳梅、林展立（2003）研究傑出科技創作學童之創造特質，發現在學校之學習經驗，包含過去知獲獎經歷、影響事件、學習科目與擔任班級幹部，皆具影響力。因此，學校教育對於學童創造力表現具有深遠之影響（李姿葉， 2006）。創造型之兒童學習時也應需要老師從旁協助，老師在教學過程中之角色為（李德高，1980）：. 11.

(22) （一）老師不但對兒童之問題可以清楚的解釋，同時可以把兒童帶進問題之領域內。（二）老師要設計安排機會提供兒童表達他們的見解與理想，或對他們所學習之單元與老師討論。（三）老師為一個創造型之模範，明白如何探討問題，更須有持續性追尋知識之意願。（四）教師為學習之誘導者，尤其對於創造型兒童。老師為學生創造力之誘導者，於教學上提供活絡之思考空間，經營樂於創新之班級氣氛，引領學生在學習時培養創意思考之習慣（李姿葉，2006）。整合上述，創造力之培養與家庭、學校、社會有關，此外，學校教育對於學童創造力表現具有深遠之影響，而創造型之兒童學習時也應需要老師從旁協助。培育兒童之科學創造力可以從以下三個方面開始：1.消極排除阻礙創造力發展之環境與態度；2.積極鼓勵創造性問題解決和思考；3.納入學校教育重要之一環（黃鴻博，2001）。從小就應當給兒童擴散性思考訓練，之後漸漸發展成創造性問題解決之能力 (Torrance, 1962 ; de Bono, 1970 ; Parnes, 1967)。因此，創造力之培養若能從小在家庭、學校、社會培育，將能養成創造性問題解決之能力。. 三、創造力之評量黃鴻博（2000）提出判斷一件事物之創意應當首先考量創新、實用及改良之效果。詹志禹（2005）認為以思考歷程而言，創造力比較仰賴擴散思考而不是聚歛思考；以產物來看，必須擁有「新穎」與「價值」兩大條件；以人物來看，人人皆擁有創造，僅是程度、領域不同罷了。然而，欲了解學生之創造力程度，必須運用創造力評量，茲就適用於國小學童的創造力評量之性質及方法與工具介紹如下（呂意仁，2007）。（一）創造力評量之性質董奇（1995）對於學童創造力評量之性質提出三個觀點：. 12.

(23) 1.學童創造力評量之間接性：與我們一般無法直接測量人們之心理，我們亦無法直接測量學童之創造力，所以創造力測量結果僅是對一個人創造力水平之大致評估。通常都是透過分析他們活動或是測驗之成果，再和常模或其他學童做比較，進而評定它的創造力水平。 2.學童創造力測量之相對性：確認學童之創造力水平，需在學童間實行比較，此種比較無絕對的標準，更無絕對的零點，因此測得之創造力水平是相對性的而不是絕對性的。 3.學童創造力測量的客觀性：測量之客觀性就是指測量之標準化，內含指導語、測量程度、測量項目與計分原則及分數解釋之標準化。這僅是一個相對之概念，任何測量之發展與完善，事實上即是不斷提高其客觀性之過程。而我們在選擇創造力之評量工具時，便須考量使用其客觀性已經獲得廣泛之承諾與接受之評量。從上述我們明瞭，學童創造力評量屬間接性、相對性、客觀性，即我們無法直接測量學童之創造力，並需在學童間實行比較，及須考量使用其客觀性已經獲得廣泛之承諾與接受之評量，若能在評量時做到這三項，評量將較為公允。（二）創造力評量之方法創造力為一個多維度、多層面之結構，可以從不同之角度進行描述與測量（董奇， 1995）。因此，創造力之評量方法也很多樣化，以下根據適合於國小學童的創造力之評量方法與工具說明如下（劉建增，2005）： 1.創造力測驗（擴散性思考測驗，Test of Divergent Thinking）（1）內涵：創造力評量中最常使用的方法與工具，主要理論為源自 Guilford 之擴散性思考理念，因此大多用來測驗受試者擴散性思考能力。（2）評量工具：例如陶倫斯創造思考測驗 (Torrance Tests of Creative Thinking)、基爾福特創造力之測驗小學版 (Creative. Tests for Children)、威廉斯創造思考測. 驗 (Test of Divergent Thinking)、幾何形式兒童創造力測驗 (Gross Geometric. 13.

(24) Forms Creativity Test for Children) 、 Wallach-Kogan Creativity Tests 、 Multidimensio-nal Stimulus Fluency Measure、繪圖展開創造思考測驗。 2.人格（自陳式）量表 (Personality Inventories) （1）內涵：創造力不但是認知方面之特質，人格心理特質（如冒險、好奇、想像、挑戰等）也會影響，此評量方法主要用來測量受試者情意領域之創造能力。（2）評量工具：包括賓州創造傾向量表、威廉斯創造傾向量表、發掘能力團體問卷等，主要在評量創造行為之情意領域。 3.教師或專家評量法(Ratings by Teachers, Peers, & Supervisors) （1）內涵：這類方法為由老師、家長、同伴或是指導人員等實行評定工作，依據他們對受試者之觀察和瞭解，評定其創造力或是創造傾向。而因為採用之評定標準可能因工具或是評定人員之不同而有所分歧，得到之資料比較籠統、主觀。（2）評量工具：包括威廉斯評定量表、針對流暢、變通、獨創、精進、冒險、好奇、挑戰、想像等八方面，供教師或家長根據他們對兒童在學校或是在家之觀察進行評量。上述是適合國小學童的創造力評量工具，其它另有作品評定法 (Judgments of Products) 、態度與興趣量表 (Attitude&Interest Inventories) 、傳記量表 (Biographical Inventories) 、傑出人士比教 (Eminence) 、自陳式創造活動與成就 (Self-repoted Creativities & Achievement)等評量類別。從「創造力測驗」到「教師或專家評量法」，從「主要理論為源自 Guilford 之擴散性思考理念的評量以用來測驗受試者擴散性思考能力」到「採用一定的評定標準來評量而顯出可能因工具或是評定人員之不同而有所分歧，得到之資料比較籠統、主觀」等不同方法中，可看出創造力測量之方法種類繁多，施測者必須依據實際情形選擇適當的方式來對受試者施測，以期得到較適合之結果。. 14.

(25) 四、創造力與創造性問題解決 (CPS)之關係 Torrance (1962)認為創造力為對問題形成新假設，修正或是重新考驗該假設，來解決問題。這種能夠解決未知問題之能力稱為創造力（王黃正，2008）。Parnes (1967)認為創造力為運用認知、想像與評鑑之功能，來發現事實、問題、概念，與可接受的解決方式。此為所謂的創造性問題解決法(CPS)（王黃正，2008）。鄭石岩（1984）認為創造力是個人有效處理新問題之能力。因此，創造力就是創造性問題解決法(CPS)，兩者的意涵是相通的。. 第二節. CPS 的意涵與相關研究. 本節分為三個部分，分別是第一小節中有關 CPS 的意涵，而第二小節所探討的是 CPS 的相關研究。第三小節為討論 CPS 教學模式在自然科課程之應用。. 一、CPS 的意涵（一）CPS 的演進自從 1942 年提出了創造性問題解決（Creative problem solving，簡稱 CPS）的概念後，依著時間的推演，創造性問題解決的架構有了階段性的修正，相關發展過程列下表以示其演進過程（表 2-2-1）。. 15.

(26) 表 2-2-1 創造性問題解決版本的回顧（引自 Isakaen & Treffinger, 2004）版本第一版（1942～1967）第二版（1963～1988）第三版（1981～1986）. 中心議題或需求明白定義出創造過程發展創造天賦之方法是藉由精心設計的指導程序在 CPS 的學習和運用過程中，必須去弭平每個人的相異之處與不同情形下的影響. 第四版有其需要進一步了解對於研究（1987～1992）的重要知識之影響的回應第五版（1990～1994）第六版（1994～現在）. 認知科學和不同的風格有需要來回應其對於 CPS 看法的發展有以下的需求：用有系統的方式，運用問題評估而來計畫貼近問題之過程的結果. 所得結果具有基礎的方法和醞釀出點子的工具，乃是一開始的 CPS 實行「創造之研討計劃」與出版 CPS 的指導學生學習之刊物 5O 的 Mess-finding（亂中求序），包含：（一）方向 Orientation；（二）對問題的看法 Outlook；（三）所有權 Ownership；（四）所得結果 Outcomes；（五）障礙 Obstacles；（六）使擴散、聚歛思考達到平衡。三件 CPS 過程成份的進展：（一）對於問題做瞭解；（二）點子之產生；（三）對於行動做規劃對於 CPS 的敘述中庸並加入任務評估統整人、內容、所需之結果，變成 CPS 之架構，以親和的語言來闡述系統的全部. 綜合上述，創造性問題解決從第一版演進到第六版，由 1942 年到現在，有七十年之久，皆投入研究 CPS，可見學者對 CPS 之重視，在演進過程中有六個步驟、五個步驟及八個步驟……等，主要內容為了解問題、產生點子、計畫行動，由明白定義出創造過程，到強調以評估任務之方式來產出系統化之方式並構思一個過程，此種發展明白揭示，創造性問題解決為教育界之研究要項。（二）本研究採用的 CPS 本研究採用第四版 (1987～1992) 的 CPS，其內容如表 2-2-2 所述：. 16.

(27) 表 2-2-2. CPS：創造性問題解決的各成份與各過程 ( Isaksen & Treffinger, 1987). （一）瞭解所遇到之問題 1.在亂中求序 2.找到所需之資料 3.找到問題. （1）找到解出問題之機會（2）設立一個解出問題的標的是屬於寬廣、普遍的（1）聚焦在細部，用各式各樣相異的看法來觀看察覺混亂（2）找出關鍵的資料來監看督導問題之後續發展（1）深思問題的各式各樣之相異情形（2）設立或是選出問題的一個特別情況. （二）產出之點子 4.尋找主意. （1）製作出很多相異、各式各樣的、特殊的點子（2）查驗較有希望之可能，亦或有濃厚興致的內部潛藏之取代方法，或是其他種選擇。. （三）一切就緒將要行動 5.找到解決之答案. 6.尋找贊同的想法. （1）發展有希望的可能之準則，用這些準則來分析、精練（2）選擇規準來挑出、加強與支持有希望的解決之道（1）找到各式各樣助力或阻力之出處，與可以補救之方式（2）構成特別的計畫或行動. Isaksen 和 Treffinger 在 1987 年把創造性問題解決的結構改成非線性之三個成份和六個過程，並且把說明修改為更平易近人。二、CPS 的相關研究有關 CPS 的概念在近年來逐漸受到重視，相關研究也日益增多，研究者將其整理如下表 2-2-3：. 17.

(28) 表 2-2-3 近年國內有關創造性問題解決相關研究（修改自吳麗珍，2006）編號 1. 研究者. 對象. 使用的單元. 研究法. 使用理論. 劉誌文(1994). 小四. 準實驗. Parnes 的 CPS. 2. 洪文東(2000). 小六. 準實驗. RCPS、CSTS. 3. 李光烈(2000). 小六. 4. 洪文東(2001). 5. 游詩蒂(2002). 小五中高年級. 第七冊水溶液酸鹼性、硫酸銅的沉澱種子的構造與發芽、水溶液酸鹼性等水溶液酸鹼性風速小子、氣球快艇. 小四. 神奇的力. 小五. 灰塵與水中微粒. 準實驗. CPS(1987). 小五. 水溶液酸鹼性單元. 準實驗. RCPS. 小五小六. 酸鹼與燃燒. 準實驗. RCPS. 質性描述合作行動質性描述準實驗行動研究. 科學創意競賽與 CPS(1994). 6 7 8 9. 塗文忠、黃鴻博 (2002) 張振松、黃萬居 (2003) 洪文東 (2003a) 洪文東 (2003c). 10. 劉奕夆(2003). 小六. 氣動車、紙蛇螺、迴旋鏢等. 11. 盧咨樺(2003). 小三. 神奇的力. 12. 官美君(2003). 小五. 光與色彩. 13. 呂素雯(2003). 小六. 14. 楊訪屏(2003). 小六. 15. 廖仁年、許銘津 (2004)及廖仁年(2004). 小四. 16. 林秀玫(2004). 小二. 17. 洪文東(2005). 18. 林美嬌(2005). 小五小三資優班. 水資源水火箭、動力船、快速氣球磁力玩具、水的移動、通電的玩具生活課程可愛的小鳥、飛機大展、磁鐵遊戲熱的傳遞. 19. 陳威龍(2005). 小五. 20. 洪川富(2006). 小五. 21. 洪文東(2006). 小二. 22. 阮元斌(2006). 小六. 23. 王詩棠(2007). 小六. 24. 范秀汝(2007). 小二. 生活科技力與運動、電與磁製作玩具樂器奇形怪狀的石頭、和沙子玩遊戲、捏土師傅科學創意競賽活動 (自編)：超級聲砲、紙飛機、竹蜻蜓電磁作用相關主題生活課程— 我們的發現 (二下). 18. 行動研究準實驗質性描述合作行動. CPS(1994)與 CLM(1988) RCPS CPS(1994) 科學創意競賽與 CPS. CPS(1966) CPS CPS 科學遊戲的模組和 CPS(1994). 行動研究. CPS(1994)和 CLM(1988). 行動研究. 主題式教學模組與 CPS. 準實驗. RCPS. 準實驗. CPS(1994). 準實驗. CPS(1994). 準實驗. CPS(1994). 質性研究. RCPS. 準實驗. CPS(1994). 準實驗. CPS (1966 及1994). 準實驗. CPS (1987 及1992).

(29) 由上可知，共計 24 篇 CPS 相關文獻，對象從小二到小六，使用的領域從生活到自然領域，運用的研究法有行動研究（6 篇）、質性研究（4 篇）、準實驗（14 篇），質性和量化之研究方法約莫各半，創造力問題解決的發展從學理上的定義創造過程，逐步轉變成強調創意成果的展現，時至今日，創造力問題解決的層面還融入了人、課程等相關議題，可用以檢視眾多面向的問題。三、CPS 教學模式在自然科課程之應用湯君偉與邱美虹（1999）、吳麗珍（2006）、王詩棠（2007）曾提過「CPS 教學模式」一詞，由此可見，CPS 確實是一個教學模式。什麼是教學模式？教學模式是思考課堂教學的一種工具，它利用一組精心安排的基本概念，也就是幾個主要的變量來解釋課堂教學裡的師生活動（吳棠，1992）；教學模式也是一種可以用來設置課程、設計教學材料、指導課堂或其它場合的教學計畫或類型（趙中建等，1992）。由上可知，CPS 教學模式可以設置課程，讓課程更進完善，使學生在學習上更有效果。茲整理近年來 CPS 教學模式在科學教育課程上之相關應用如下：蕭淑分在 2009 年提出以教師之行動研究，探究創造性問題解決(CPS)教學模式融入科學遊戲以「光」為主題之科學遊戲教學活動時，將會遭遇之問題和它的解決方法，與期望提高學子之科學學習興趣，並且呈現老師的專業成長。王炳淵（2010）把牛頓力學概念融入創造性問題解決教學策略，旨在啟發學生的創造思考歷程，此外研究能否經由此增加學生對於該單元所觸發創造性思考，最後利用「牛頓力學概念測驗」來明瞭學生之學習成效。陳淑娟（2007）以行動研究探究創造性問題解決(CPS)教學模式融入科學遊戲設計教學活動的可行性，並藉以找出實施教學也許會遇到之困難和解決之道，並且分析研究者於課程設計、教學策略運用與教師多元角色轉化中所獲致的專業成長和收穫，希冀研究結果能夠提供老師在教學和課程設計的參照。曾昱鳴（2007）指出欲探究國中「理化」課程實行創造性問題解決教學成效之研究。. 19.

(30) 該研究採行前測、後測的準實驗設計。研究工具包含郭伯銓所編製之國中學生問題解決能力測驗、學習態度調查問卷與理化學習成就測驗。此外，以台東縣立東東國中九十五學年度三年級學生做為研究對象。曾俊鋒（2007）提出欲探討創造性問題解決教學和一般傳統講解示範教學對於國小六年級學生與接受融合教育之國小資優生之學習態度、創造力、後設認知和學習成就的影響。研究對象為台中縣龍山國小六年級普通班學生兩班，每班三十四人，共六十八人，選擇一班為實驗班，一班為控制班，與在這兩班中接受融合教育的自然學科智能優異的學生，每班六人，共十二人。林盈全在 2009 年指出採取行動研究，欲經由創造性問題解決(Creative Problem Solving, CPS)教學模式融入科學遊戲設計以「化學」作為主題之教學活動，探究科學遊戲教學活動設計與教學活動歷程，有可能遭遇的問題與解決之道，與老師在整個研究歷程中，能獲得之教師專業成長。綜合上述可知，CPS 教學模式融入科學教育課程，可以使教師獲得專業成長，啟發學生的創造思考歷程與提升創造性問題解決教學成效。而關於 CPS 教學模式在電磁學單元的研究有王黃正（2008）主張欲設計且建構一套以國小「電與磁」做為概念之數位學習網站，旨在探討該教材之需求性與使用滿意的程度；於教學之策略上選擇創造性問題解決法 (Creative Problem Solving, CPS) 與普通教學法 (General Learning Method, GLM)，經由此明瞭學習者於使用創造性問題解決法做為教學策略時，對國小電和磁之迷思概念中具有更好的學習成效與否。黃玉斯在 2009 年提出以老師的行動研究，探究創造性問題解決 (Creative Problem Solving, CPS) 教學模式融入以「磁鐵」作為主題之科學遊戲教學活動時，於科學遊戲之教學活動設計與教學活動歷程兩面向，有可能經歷之問題與它的解決之道，並且探究老師於設計教學活動之過程中和施行教學之歷程中，所獲得之教師專業成長。整合上述，CPS 教學模式應用在電磁相關單元時，不但可以覺察學生的迷思概念，. 20.

(31) 並可以培養學生以創意思考問題的解決方法。創造力問題解決教學模式的發展從學理上的定義創造過程，逐步轉變成強調創意成果的展現，時至今日，創造力問題解決教學模式的層面還融入了人、課程等相關議題，可用以檢視眾多面向的問題。由上述研究可知，CPS 教學模式經常運用在自然科課程之觸發創造思考與迷思概念等相關議題。但是訪問實際在教學現場的自然科老師，教學者在設計新課程上的確有其困難性，因此，若教科書的編撰能以 CPS 教學模式的理念來設計，將對教學者之使用裨益良多。今日國小自然與生活科技教科書之編撰以九年一貫課程綱要作為準則，因此對於教科書之內容與九年一貫課程綱要互相符合與否的研究已經如過江之鯽，然而，國內未曾有研究者利用 CPS 教學模式來分析教科書之單元活動的問題，因此，本研究將以 CPS 教學模式檢驗教科書單元活動的問題是否符合 CPS 之六個階段。. 第三節. 教科書的內涵. 一、教科書的重要性教科書為教材中最關鍵之成份，它乃是依據各種科目之教學綱要（亦或課程標準）所編撰之教學法寶，它亦是老師「教」和學生「學」之有形的輔佐工具，也是師與生在教與學上的重要媒介。即是，教科書為教學活動之中，最直接可接觸的教育媒材，亦是教師於教學及學生於學習的關鍵根據。教科書為系統化、有特殊的方式、有特定年紀的學習者之學習，此乃是教科書和兒童課外讀物之相異處；而兒童課外讀物有個人化學習，無教材限制，範疇較廣，編製、排版及印刷上變化性較大，極易提升學習上之興致等特點（王美芬、熊召弟，1995）。教科書為符合教學目標之工具，不但可省下教師編製和選擇教學材料之寶貴時間，並且可以協助學習者之學習行為，對於教和學皆能有所幫助。教科書富有結合建國精神、培育熱愛國家之思想、培訓生活上的應用智能、提高建立民族的文化之功能，和普羅大眾之出版品的本質相異，所以教育當局對以教學用書，尤其是中小學之教學用書，. 21.

(32) 殊為重視（司琦，1993）。以中、小學的教育來說，教學用書為課程上最重要的傳送、運輸機器 (major conveyer) (Apple, 1995)。以科學教育而言，Collette 和 Chiappetta (1994) 認為很多現代的科學教學用書被沿用以使學生產生從事科學探討研究活動之動機，而且實施更加深、加廣、細部的探究。劉昭宏與郭重吉（1995）用對個案做研究之方法來觀測檢查我國國中理化教與學中教學用書之運用情況，由研討結果可知，教學用書不只是學生在學習時之根本工具，更是教師教授課程之最重要材料。所以，以課程來說，教學用書因其擁有最具雛形之教育相關內涵，不但為師與生在教和學上之關鍵根據，並且被塑造成為傳承人們的文化之精髓，形塑出社會之價值之橋樑(Stray, 1994)。教育之主要目的在於增加學生之知識與能力，另外，教學用書位居教育體系之中心位階，為中、小學年齡之學生從事學習時之重要資料來源，對於每個人之所知所聞的知識之進展與我國的文化地位之提高，擔任無法忽略之角色（鄭世仁，1992）。教學用書於學子之求學過程與老師之教學的程序之中，擔任著很關鍵之位置。瞭解教學用書編定撰寫之內容、含義與特點，和教學用書編定撰寫之問題或學生使用教學用書時之求學心態，皆可協助教和學之程序實施得更有效果和速率，防止選擇和使用不適合之教學用書。協助學子培育優良之科學學習心態，實在的內化且運用於生活中。有關編撰教學用書較常遇見之問題和學生之求學所遇到之問題，如下表（表 2-3-1）：. 22.

(33) 表 2-3-1. 編撰教學用書較常遇見之問題和學生之求學所遇到之問題（引自霍秉. 坤、黃顯華，1995）普遍自然科教學用書之問題 1.內含方面：太廣泛亦或太淺白 2.編撰方面：教學材料用學者之觀點編撰，忽視了學子之原有知識和認知的後續發展 3.老師教學手冊方面：著眼在供應標準的答案，因而忽視了學子之其他回饋與反應. 導致求學上之問題鼓舞學子背誦一串接著一串不相干之事件，亦或斷斷續續之知識學子沒有辦法明瞭自身之想法和教學用書內有什麼相關，教學用書沒有辦法令他們對過去的觀感做修改學子會經由最後獲得的答案而回來深思其原因，培養出不適切之方式來得到這個對的答案，並且持續固著於他的不正確的觀念 4.觀念闡述方面：學子把教學用書裡之解讀釋義當作來對於觀念的解讀和釋義只供應一個方背誦的，無法和實際世界的應用互相整法來明白敘述合 5.活動策劃方面：「動手做」(doing)和「閱讀與動腦筋想」安排之課程內的相關活動和實驗，其和並無極大的關聯。活動僅是引起興趣，教學用書裡之觀念並無環環相扣無法協助學子對於觀念培養出更好之原理的了解. 由上敘述得知，教科書為教與學的媒介和工具，及教與學之間的準則，有一定的雛形發展，而能培育學習者的建國與愛國思想。促使文化的提升，社會價值觀的改善，教導生活上的應用等等益處，所以教科書內容如果優良，將產生很多助益。然而，教科書編纂會產生常見之問題，與學生之求學所遇到的問題（如表 2-3-1），將影響學習的效果，因此，教科書的編纂確實有多加研究之必要。二、自然科教科書的評鑑依據國小九年一貫課程教學用書評量鑑別之指標（黃嘉雄等著，2004）提出，自然與生活科技領域之教學用書的評量鑑別指標，總共分成六大項目：（一）出版之性質；（二）課程之目的；（三）學習之內容與成份；（四）學習內容之組織方式；（五）教與學之實際施行；（六）學習之輔佐與協助的設施與方式。要點說明如下。（一）出版之性質. 23.

(34) 所用的文字說明應當淺白明瞭，所相關之專有名詞、觀念、圖和表需互相配合，並訂正無誤，紙張之選擇需優良，印刷編製需美麗整齊，裝訂成冊時需強固、歷久不衰。（二）課程之目的課程之目的為學習領域之領航員，自然與生活科技學習領域除了需能夠實行課程綱要中之「十大基本能力」、本學習領域之「課程目的」和各階段之「分段能力指標」之外，仍需配合學子之科學上的認知發展階段與科學上的認知、科學之技能與科學上的情意等標的。（三）學習之內容與成份何謂教學用書之核心呢?學習內容便是。「自然與生活科技」著重在「學子之學習行為和過程是主要中心思想」、「操作活動是引導之方向」、「強調自然、科學、技術之相關聯結」，因此，教學用書之學習內涵應當包括自然界之組織成形和特點、大自然之交互作用、生物的演化和繁衍、環境和生活之相關、與自然生態之永續發展和經營等主題，另外，加入環境教育、資訊教育……等議題，並整合科學的初始發現、演進之歷程的歷史資料、我國出類拔萃之科學科技演進的實際情形……等符合日常生活之材料，科學之認知、科學之技能與科學之情意並存之學習過程，此外，讓學習的量、內容之困難度適當。（四）學習內容之組織方式自然與生活科技領域之教學用書之內涵和組成，需俱備整體性和結構性之內涵的規劃，學習之活動、實驗之動手做、與計劃和監製等應當合於科學之概念和科學之技能之演進階層，學習內涵之困難度必須符合是否具有邏輯性、先後順序性與擴展性。各個學習之階段之科學和科技主題之主軸，應當做適中的接軌和統整，另外，搭配地區和季節變化等因子，亦可適切挪移單元之先後順序。（五）教與學之實際施行自然與生活科技領域之教與學之實際施行，應當著重以學子做主體，操作活動作為. 24.

(35) 引導之方向，藉由生活議題與學習資源以實行探討研究。教學用書應當提供更多機會讓學子參加探索、表達、與運用學到的知識，激勵開發學子探討研究之動力和興致，培育學子打破被動來孜孜矻矻創造新的想法和方向，遇到問題能想辦法解決之能力，熱愛周遭環境之心態，與善於運用科學技術和資訊電腦之技術及能力。於評量之面向，著重科學之觀念、科學之技術與能力，及科學的情意之學習成就，另外，採用多元評量之方式來實施。評量之目標在教師方面，應當是瞭解學子之學習狀況，藉以當做改正教與學、提升學習效果之考量；在學子方面，乃是在引領學子能夠愛惜自己心智之成熟增長，心平氣和的看待自我之學習成就，審閱明察自我學習方法的優點與缺點。（六）學習之輔佐與協助的設施與方式教學用書之評量與評鑑，除了以教學用書為主要項目外，出版商所供給之各式各樣的教與學之資源和服務，亦為教學和學習效果之好壞的重要原因；因此，教學用書之有關輔佐與協助的設施與方式，亦可作為評量與鑑別之標準的項目之一。教學用書為學校教與學之成份之一，教師在教與學上，不但需採用教學用書，亦須採用另外的補充資料或是自編資料。根據這些評量與鑑別教學用書之基礎準則，可用以反省它的教材內涵之計劃和規劃是否可以有效能的達到課程之教與學的目的。三、自然科教科書之相關探究根據我國近幾年來，有關自然科教科書之研究，歸納出大部分皆為運用內容分析法來做探討與研究，相關探究列舉如下：林顯輝（1991）研究民國 79 年版的自然科教學用書，歸納出第一到第四冊之文字描述大概佔 10%，圖表陳述佔 90%，文字描述依年級遞增，第九到第十二冊之文字描述與圖表陳述大概各佔 50%。王美芬（1993）探究大台北地區國小三到六年級學子、家長與自然科老師對於自然科課本內容之相關事項之了解，約有 59%之學子對自然科有興致乃是因其可作實驗；有 58.7%之家長注意到他們的子女曾經運用自然科相關知識在生活中；約有 46%之老師對. 25.

(36) 於自然課本內容感到量太多和太龐雜。劉昭宏與郭重吉（1995）對自然科學教科書做相關之內容分析，並研究國內國中理化教與學習中教學用書之運用情況，其認為於升學體制下，教學用書對理化科之教與學干涉與影響實為可觀。教學用書內之圖片、練習題、和實驗之範疇，為當今認同度最高，亦為被使用次數最多之範疇。授課教師之做法和想法，對於學子運用教學用書之情況和對於教學用書之想法影響非常大。黃瓊瑱（1996）針對國民小學老師對於自然科教學用書之態度做研究，提出國民小學老師對於自然科教學用書之策劃抱著認同之態度，尤其為教學用書內之專有名詞已盡可能變少，圖和表對教與學相當有助益，相關操作實驗和課本內容為相呼應的並且和習作有關，教學用書尺寸和厚度不致於太過大或者感到太重，教學用書之紙質優良並且印製精細而美麗。當中內涵之文字描述所占百分比，根據低、中、高年級不同之階層來說，有著顯著之遞增，編纂方法已有顧慮到學子之認知與對於文字之了解能力與程度。吳美蓉（2000）依據：1.如何發行和價格的性質；2.物理相關之性質；3.內涵性質； 4.教與學之性質等四個性質，來研討國立編譯館之自然科教科書第五冊，提出沒有一本教學用書為完美無缺。蕭月穗（2000）探究民國 84 年國編版一至四年級自然科課本內容，和生物有關聯之十五個單元，提出被運用次數最多之概念是運動、生長、食物、構造上之特點；觀念之設計中從較高層級、較低層級至更小觀念；單元內觀念之串連大多有敘述，然而單元與單元間之聯結不足；內涵方面大多以問問題之方法表現，缺乏觀念之運用。陳甲辰（2000）針對審定版自然科課本之內容分析之部分，把國編版、康軒版、牛頓版、翰林版、新學友版及南一版等之國民中小學中年級自然科課本做比較，指出各審定版針對與科學知識本質相關之文字描述數量低，科學過程技能則以觀察、操作處理、資料之紀錄與測量佔之百分比最高，作業之問題多數為認知領域的部分之問題，作業問題之形式大多為經驗或者動手實驗之類的問題。. 26.

(37) 楊龍立、江啟昱、陳茜如（2000）對於牛頓版、南一版與國編版一到十二冊的國民小學自然科課本，實行內容性質之探究。提出課程策劃之取向為學科本位，較重視科學觀念技能之學習與獲得，運用整合科學之觀念，著重生活化、活動化之內涵。然而缺少鄉土內涵，而且科學態度之情意目的不夠。鄭文光（2003）對於國小自然科課本內的「月亮」單元做相關內容分析，提出於教材的結構組織方面：「月亮」單元所需要用到之多項先備知識應當預先教導。於教材內涵方面：朔月與望月及農曆日期關係之闡述，不切合科學真相。而有關月亮之觀察面向南邊之暗示，容易使學生產生迷思概念。邱玉如（2003）針對我國大專用書「自然科學概論」做內容分析，提出各版本的印刷製作和版面策劃等物理性質有部分接近，頁數、紙張質料和價格之差別有些大，科學家之國別多以西方科學家為主，相異版本的科學史和科學本質之內含量差別有些大。曾郁庭（2004）策劃 14 個內容分析項目：單元頁數、主題概念、科學史實、動手實驗、科學的方程式、運算、圖片、表格、名詞之定義、媒材、用具、操作、活動、問題等，用以分析 92 年 2 月底前審定過關的國一自然與生活科技的課本，六個版本總共 12 冊的課本內涵。研究指出各版本教學用書內涵之主題概念分布不平均，著重以生物為主之觀念架構與組織，然而這樣的偏重合於 92 年教育部公布正式綱要中之意見；各版本的教學用書內涵依然以學科做本位，有著重自然而輕忽科技之走向，各版本教學用書之內涵和「自然與生活科技」學習領域能力指標與「重大議題」能力指標相對應之百分比低。呂文靜（2005）針對國民小學「自然與生活科技」教學用書關於光之概念的分佈範疇、光的概念的表現方法做分析，並且檢查各版本教學用書的物理性質，研究發現各版本光之觀念的架構與組織相異，而且光的觀念包含個數的差異不小。整合上述之研究結果發現，教科書之內容的分析，乃是當今科學教育研究之關鍵之一。教科書為國中小學學齡學子最重要之學習來源；教科書內涵和類型之訂定，表示知. 27.

(38) 識之合法與否，建立社會之知識體系，創建社會大眾認定為合法、不虛假之知識 (Apple & Christian-Smith, 1991)。由上述可知，自然科教科書分析的研究逐年增加，可見教育界越來越重視自然科教科書這個區塊，然而將自然科教科書與創造性問題解決(Creative Problem Solving)進行結合的研究卻付之闕如，有鑒於創造性問題解決(Creative Problem Solving)已是現代教育當局相當看重的理論，研究者決定投入探究三到六年級自然與生活科技之教科書的電磁學部分，是否符合創造性問題解決(Creative Problem Solving)的編纂。預測若符合程度高，則該教科書即表示較能培養學生之創造性問題解決的能力，使學生創造力提升。. 第四節. 電磁學相關概念. 在本節之中探討：一、電和磁的概念。茲加以描述如下：一、電和磁的概念電和磁的概念，分成西方和中國，其內涵如下： (一)西方：留名於電學單位之科學家們（周學忠、潘必煜，1979），與國小電磁學相關之概念，羅列如下： 1、伏特 V（電壓）：伏特(Alessandro Volta)，出生於義大利，於西元 1745 年出生，在西元 1827 年辭世，他發現並創造出將電流引出來的方式與電池，促進電之研究往前邁進了一大步。 2、安培 A （電流）：安培(Andre Marie Ampere)，國籍是法國，存歿年為西元 1775~1836 年，他找尋到電流可以產生磁場之定理，為電磁學的基本紮根。 (二) 中國於中國，古代人覺得「電」之現象為陰氣和陽氣互相激盪所產生的。在《說文解字注》中提到「電，陰陽激燿也，從雨從申」。而在《字彙編纂理論研究》之中亦提及「雷. 28.

(39) 從回，電從申。陰陽以回薄而成雷，以申洩而為電」。於《論衡》也有與靜電相關之紀錄，拿琥珀或者是玳瑁經由摩擦之後，即可以吸住又輕又小之物品，亦記載了用絲綢摩擦產生電之現象，然而，在電的方面，古時的中國並未有很多瞭解。整合上述，我們了解對於電和磁的認識，中國和西方皆有之，只是投入研究的程度是不同的。西方的研究從伏特到安培，陸陸續續發現了較深入之電的奧秘；關於中國之電和磁的相關紀事，僅提到了下雨時的雷電與靜電，探討程度較為淺薄。由此可見，中國和西方在電和磁的部分之研究的確存有深淺之差異。. 第五節. 單元的活動設計. 本節分兩個部分討論，分別是「單元活動設計」、「活動設計與問題類型」，茲分述如下：一、單元活動設計在此就「單元活動設計概述」討論如下：（一）單元活動設計概述所謂設計 (design)，依照字辭典之解釋有籌謀計畫之意，它可以指人們為了完成一具體事物或工作任務，根據其組成部分、步驟和程序等，所進行選擇、計畫與思考之一種深思熟慮的過程 (Pratt, 1980)。巴恩斯 (Barnes, 1982) 對課程設計目標模式的看法，他不相信擬訂一系列特殊的目標，來設計課程，會是最好的方法，他認為有許多非正式的設計方法，可能更接近教師的思考方式，而為教師所喜愛。因此，課程設計可以很多元化。泰勒 (Tyler, 1949) 的課程組織提到最低層次為「課」、「題目」、「單元」。蘇怡芳 (2010) 指出單元活動為單元中有關學生活動之內容，除了實際動手操作外，觀察、討論、查詢資料亦包含在內。根據上述，研究者定義單元活動設計為：人們為了完成單元有關學生活動之內容的設計，根據單元的活動之組成部分、步驟和程序等，所進行選擇、計畫與思考之一種深. 29.