國立臺中教育大學科學應用與推廣學系
科學教育碩士學位暑期在職進修專班碩士論文
指導教授：許良榮 博士
以創造性問題解決融入「氧化與燃燒」
之相關科學遊戲的學習成效之研究
The Effectiveness of Implementing CPS in Oxidation
and Combustion Related Science Games on
the Fifth Graders
研究生：常蕙茹 撰
誌 謝
三年的研究生生涯，即將告一段落也即將完成了學業，很開心也很感謝 幫助我的老師、朋友及家人。 首先，我要感謝我的指導老師──許良榮教授，感謝老師耐心指導我的 論文寫作，更感謝老師對我的關心。這三年經歷了任教區域的調動、經歷了 人生重大的決定──結婚，期間老師對我的關心從不間斷，也不斷督促著我 的學習，讓我更能有效率的安排與利用時間。而老師對於研究的認真精神， 以及極具邏輯條理的分析思考能力，都是我學習的典範，也讓我從中學習與 成長許多。再來我要感謝我的口試指導老師──王盈丰教授及張賴妙理教授， 感謝您在口試時的指導，讓我的論文更趨完善。 這四個暑假的課業學習裡，我要感謝曾經教過我的老師，讓我的科學教 育專業知識更上一層樓；感謝班上所有同學，讓我擁有十分美好的學習經驗。 更要感謝我的好夥伴亞芬與彩瓊，感謝妳們總是關心我在台中的生活；感謝 珉甄和倩瓊在研究上一路的陪伴，有你們真好! 最後我要感謝我的家人，感謝我的父母一路上的支持，謝謝您給予我的 關心及愛總從不間斷；感謝我親愛的老公，謝謝你對我的付出與包容，謝謝 你陪著我從高雄坐車到台中討論論文且從不缺席。我愛你們! 謹以此感謝，獻給一路幫助我的貴人，今後，也會努力將所知所學運用 在教學之中。 蕙茹 謹誌 100.8.24摘 要
本研究旨在探討如何將創造性問題解決（Creative Problem Solving，CPS）模 式融入科學遊戲活動（簡稱 CPS-SG），並分析教學對於國小五年級學童科學探 究能力與概念認知的影響。本研究以「氧化與燃燒」為教學主題，於正式教學(N=32) 前先進行初探教學(N=30)，其目的是為了檢視教學設計是否合宜、研究所使用的 科學探究能力及概念認知測驗是否適切，經過修正後的教學設計及測驗題目再運 用於正式教學中。初探教學之研究方法採準實驗研究法中的單組前後測設計，正 式教學之研究方法採準實驗研究法中的不等組前後測設計。兩次教學前後皆施以 科學探究能力與概念認知前測、後測及延宕測驗，測驗結果進行成對樣本 T 檢定， 檢視學生「科學探究能力」及「概念認知」的差異。正式教學階段，選擇一班為 控制組，施以科學探究能力前後測，與實驗組進行單因子共變數分析，以了解去 除學生先備知識及其既有能力之後，其科學探究能力是否有顯著差異。研究者藉 由活動學習單、協同教師觀察紀錄表、協同教師訪談紀錄、學生訪談紀錄、教師 省思札記等方式蒐集研究相關資料，以三角校正法進行分析，以瞭解學生及協同 教師的想法。 經綜合分析獲得以下研究結果：（一）完成 CPS-SG 教學活動設計共 3 單元， 280 分鐘（二）歷經 CPS-SG 之學習後，學生的科學探究能力及概念認知顯著成 長；（三）學生對於 CPS-SG 之學習活動持正面的肯定，覺得 CPS-SG 課程設計 可以發揮創意；（四）歷經 CPS 融入科學遊戲之學習後，學生於課堂上的表達與 溝通能力有所提升。最後根據研究結果，本研究對教學活動設計、教學活動實施 及未來研究方向提出建議，以供教師及對 CPS-SG 教學有興趣之研究者參考。 關鍵詞：科學遊戲、創造性問題解決（CPS）、科學探究
Abstract
The purpose of this study was to explore how to integrate creative problem
solving（CPS）instructional model with science games（CPS-SG）, and to investigate the influence of the scientific inquiry abilities and the concepts on the fifth graders. This study’s teaching subject was oxidation and combustion. The pilot study(N=30) conducted before the formal study(N=32), to modify the test items and teaching design. After the test items and teaching were revised that implemented in the formal study. The pilot study adopted quasi-experimental method that was one-group
pretest-posttest design. The formal study adopted quasi-experimental method that was nonequivalent pretest-posttest design. Instruments in the pilot and the formal studies included pretest, posttest and retention test of scientific inquiry abilities and concepts. And statistic methods included paired-samples t-test and one-way ANCOVA. The qualitative data included activity worksheets, observations by cooperative teachers, interviews with the cooperative teachers and students, and teaching journals. The qualitative data were analyzed by triangulation to understand the thoughts of the students and cooperative teachers.
The major findings of this study were：(1) the teaching design of CPS-SG was achieved, included 3 units and required 280 minutes to complete；(2) there were significant improvements on the scientific inquiry abilities and the concepts of oxidation and combustion；(3) students approved of CPS instructional model and considered it could develop the creativity；(4) the discussions between students were progressed during class. Finally, according to the results, this study proposed several suggestions on the teaching designs and implementation of science games as well as some directions for future research.
目
次
摘 要 --- I Abstract --- II 目 次 --- III 表 次 --- V 圖 次 --- VIII 第一章 緒論 --- 1 第一節 研究背景與動機 --- 1 第二節 研究目的與研究問題 --- 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 --- 7 第一節 科學遊戲與教學 --- 7 第二節 創造性問題解決 --- 16 第三節 科學探究 --- 27 第參章 研究設計與實施 ---33 第一節 研究方法與架構 --- 33 第二節 教學設計與規劃 --- 36 第三節 研究情境和參與人員 --- 39 第四節 研究工具 --- 41 第五節 研究流程 --- 48 第六節 資料蒐集與處理 --- 49 第四章 研究結果與討論 ---57 第一節 初探教學結果與討論 --- 57 第二節 正式教學結果與討論 --- 76 第三節 兩階段教學的發現與討論 --- 86 第五章 結論與建議 ---89 第一節 結論 --- 89 第二節 建議 --- 90 參考文獻 ---93 一、中文部份 --- 93 二、外文部份 --- 98附 錄 --- 101 附錄一 科學遊戲聚焦 --- 101 附錄二 教學活動設計專家審核表 --- 103 附錄三 教案一：燃燒需要氧氣 --- 106 附錄四 教案二：達到燃點才能燃燒 --- 113 附錄五 教案三：生鏽需要氧氣 --- 117 附錄六 單元活動單：教案一（燃燒需要氧氣） --- 121 附錄七 單元活動單：教案二（達到燃點才能燃燒） --- 126 附錄八 單元活動單：教案三（生鏽需要氧氣） --- 129 附錄九 活動學習單：教案一（燃燒需要氧氣） --- 132 附錄十 活動學習單：教案二（達到燃點才能燃燒） --- 140 附錄十一 活動學習單：教案三（生鏽需要氧氣） --- 144 附錄十二 協同教師觀察記錄檢核表（一） --- 147 附錄十三 協同教師觀察記錄檢核表（二） --- 150 附錄十四 協同教師觀察記錄檢核表（三） --- 153 附錄十五 概念認知測驗 --- 156 附錄十六 科學探究能力測驗前後測——冰塊爺爺 --- 160 附錄十七 科學探究能力測驗延宕測——凸透鏡與凹透鏡 --- 163 附錄十八 探究能力測驗同意書 --- 167
表
次
表 2-1-1 現代遊戲理論 --- 8
表 2-1-2 國內與科學遊戲教學相關之研究 ---13
表 2-2-1 國內與創造性問題解決教學相關之研究 ---25
表 2-3-1 提昇科學探究所強調的重點（National Research Council，1996） ---29 表 3-2-1 CPS 三成份六階段對應相關 CPS-SG 的教學活動 ---37 表 3-4-1 科學探究能力面向及其成分 ---42 表 3-4-2 科學探究能力測驗前後測題目編號 ---42 表 3-4-3 概念認知測驗之雙向細目表 ---45 表 3-4-4 訪談大綱 ---47 表 3-6-1 科學探究能力測驗前後測評分規準 ---50 表 3-6-2 科學探究能力測驗延宕測評分規準 ---52 表 3-6-3 概念認知測驗評分規準 ---54 表 3-6-4 資料編碼 ---55 表 4-1-1 單元目標檢核表-初探教學 ---57 表 4-1-2 各單元協同教師給予之正面教學回饋 ---59 表 4-1-3 九年一貫能力指標檢核表-初探教學 ---62 表 4-1-4 科學探究能力之前、後及延宕測驗的描述性資料（初探教學） 65 表 4-1-5 科學探究能力之前、後及延宕測驗兩兩成對樣本 T 檢定（初探教 學） ---65 表 4-1-6 科學探究能力之前、後及延宕測驗中各分項測驗的描述性資料（初 探教學） ---66 表 4-1-7 概念認知測驗各題答對率之分析 ---67 表 4-1-8 初探教學後概念認知測驗題目修訂 ---69 表 4-1-9 概念認知之前、後及延宕測驗總分的描述性資料（初探教學） 71 表 4-1-10 概念認知之前、後及延宕測驗兩兩成對樣本 T 檢定（初探教學） ---71
表 4-1-11 教學單元（一）概念認知之前、後及延宕測驗總分的描述性資料 （初探教學） ---72 表 4-1-12 教學單元（一）概念認知之前、後及延宕測驗兩兩成對樣本 T 檢 定（初探教學） ---72 表 4-1-13 教學單元（二）概念認知之前、後與延宕測驗總分的描述性資料 （初探教學） ---72 表 4-1-14 教學單元（二）概念認知之前、後及延宕測驗兩兩成對樣本 T 檢 定（初探教學） ---73 表 4-1-15 教學單元（三）概念認知之前、後及延宕測驗總分的描述性資料 （初探教學） ---73 表 4-1-16 教學單元（三）概念認知之前、後及延宕測驗兩兩成對樣本 T 檢 定（初探教學） ---73 表 4-2-1 科學探究能力之前、後及延宕測驗的描述性資料（正式教學） 77 表 4-2-2 科學探究能力之前、後及延宕測驗兩兩成對樣本 T 檢定（正式教 學） ---77 表 4-2-3 組內迴歸係數同質性檢定摘要表 ---78 表 4-2-4 共變數分析摘要表 ---78 表 4-2-5 科學探究能力延宕測驗調整後的平均數 ---78 表 4-2-6 科學探究能力之前、後及延宕測驗中各分項測驗的描述性資料（正 式教學） ---79 表 4-2-7 概念認知之前、後與延宕測驗總分的描述性資料（正式教學） 81 表 4-2-8 概念認知之前、後及延宕測驗兩兩成對樣本 T 檢定（正式教學） ---81 表 4-2-9 教學單元（一）概念認知之前、後與延宕測驗總分的描述性資料 （正式教學） ---81 表 4-2-10 教學單元（一）概念認知之前、後及延宕測驗兩兩成對樣本 T 檢 定（正式教學） ---82 表 4-2-11 教學單元（二）概念認知之前、後與延宕測驗總分的描述性資料 （正式教學） ---82 表 4-2-12 教學單元（二）概念認知之前、後及延宕測驗兩兩成對樣本 T 檢 定（正式教學） ---82 表 4-2-13 教學單元（三）概念認知之前、後與延宕測驗總分的描述性資料
（正式教學） ---83 表 4-2-14 教學單元（三）概念認知之前、後及延宕測驗兩兩成對樣本 T 檢
圖
次
圖 2-2-1 Osborn-Parnes 五階段 CPS 模式 ---18 圖 2-2-2 Isaksen 和 Treffinger 六階段 CPS 模式 ---19 圖 2-2-3 Isaksen 和 Treffinger 三成分六階段 CPS 模式 ---21 圖 2-2-4 三成份彈性循環的 CPS 模式 ---22 圖 2-2-5 Isaksen、Dorval 和 Treffinger CPS 系統化架構模式 ---23 圖 3-1-1 初探教學的研究設計 ---34 圖 3-1-2 正式教學的研究設計 ---35 圖 3-1-3 研究架構 ---36 圖 3-5-1 研究流程圖 ---48第一章 緒論
本章共分四節，第一節為研究背景與動機，第二節為研究目的與研究問題， 第三節為名詞釋義，第四節為研究範圍與限制。第一節
研究背景與動機
教育部（2002）頒布《創造力教育白皮書》，以打造創造力國度為願景，全面 推動各級教育之創造力培育工作；於 2004 年更是以「創意台灣、全球布局」作 為 2005-2008 年的教育施政主軸，可見，創造力已成為當前台灣教育的核心價值。 九年一貫「自然與生活科技」的課程綱要指出，課程的目標乃在於「培養探索科 學的興趣與熱忱，並養成主動學習的習慣」、「培養與人溝通表達、團隊合作及和 諧相處的能力」、「培養獨立思考、解決問題的能力，並激發開展潛能」（教育部， 2003）。 從課綱中可發現，九年一貫的課程鼓勵學生主動學習，重視學習興趣與學習 熱忱。教育學家杜威亦認為教育就是通過兒童的主動活動去經驗事物和獲得直接 經驗的過程，基於此，杜威提出「從做中學」的原則，認為一切經驗只有通過兒 童的實踐才能獲得，只有通過個人直接的「做」才能發展兒童的思想與智慧，並 使經驗得到不斷的改組和改造。李賢哲（2001）研究也指出，能夠透過國小學童 動手做的興趣培養來增進學童的科學創造力，應有長遠的影響。 此外，九年一貫並於基本理念中強調學習科學，讓我們學會如何去進行探究 活動，特別是以實驗或實地觀察的方式去進行學習，強調手腦並用，使我們獲得 處理事務、解決問題的能力，也瞭解到探究過程中，細心、耐心與切實的重要性。 而探究活動提供了機會讓學生學習與他人合作、分享不同想法，並學習到科學社 群中合作及實踐（劉宏文、張惠博，2001）。小組內的互動不但可以腦力激盪、 集思廣義、凝聚共識、及增加默契之外，小組之間的互動，包括交換意見、討論、 及批判，讓學生更能深入增加自己的整合能力（楊秀停、王國華，2007）。陳美如（2001）亦指出，合作探究式的教學，將是實施多元文化課程與教學的最佳取 向。因此九年一貫課程鼓勵學生探究，也鼓勵教師採用合作學習方式進行教學， 有別於以往傳統課室學習。 科學的教育目的為何？邱美虹（2005）指出，雖然並非每個學生都要成為從 事研究的科學家，但科學教育的根本目的是希望全民都有科學素養，也就是能用 科學的思考方式與態度去面對日常生活的現象、解決問題、能欣賞科學的奧秘， 並認識科學的價值與科學倫理。洪文東（2003）指出，科學教育的目的走向培養 解決問題的人，即強調教育的目的主要在訓練學生如何思考問題，運用所學得知 識以解決問題，學生的學習過程其實可說是一種解決問題的思考歷程。 綜合以上所述可見，創造力、問題解決能力將成為現今的教學重點，課程設 計應以學生為主體，希望學生得到帶著走的能力，教學不再只是知識的灌輸。 Reese 和 Parnes（1970）研究指出，接受 CPS 模式加上教師引導學習的學生，創 造思考能力最佳。Schack（1993）的研究發現，實施創造性問題解決模式教學的 實驗組其問題解決能力優於控制組。Puccio, Firestien, Coyle & Masucci（2006）的 研究結果亦發現，創造性問題解決（Creative problem solving，CPS）模式設計能 提升學生的認知能力，且有效提升擴散性思考、聚歛性思考以及問題解決的能 力。 另一方面，遊戲是兒童的天性，西方教育家福祿貝爾說：「遊戲是幼兒時期中 最純淨也是最具心靈的活動」（林玉体，2003），福祿貝爾更直接把遊戲視為一種 兒童的學習工具（吳幸玲，2003）。牟中原（1999）於《動手玩科學》一書推薦 序中提出，科學遊戲即是把科學活動和遊戲結合在一起，寓教於樂，讓學生在遊 戲中體會科學原理。因此於學習興趣方面，研究者認為教師設計課程時可融入吸 引學生的遊戲，在科學學習裡，將遊戲與科學結合，配合動手做，提升學習興趣 進行主動學習。 研究者大學就讀自然科學教育學系，在大學期間社團常安排暑假至鄰近國小 帶領夏令營活動，因研究者本身對科學遊戲十分有興趣，所以擔任科學遊戲營的
負責老師。也因如此，讓研究者更能熟悉科學遊戲內容與擁有更多機會帶領學生 從事科學遊戲活動。在此期間，研究者發現學生對科學遊戲十分喜愛，甚至原本 排斥自然課或在自然領域學習成就較低落的學生也能愛上它，並表示出濃厚的興 趣，許多家長也十分贊同這具有教育意涵的科學活動，使研究者對於科學遊戲所 能帶來的效應深感興趣。 許良榮（2009）提出，坊間有關科學遊戲的參考書籍或網路資料雖然不少， 但是要融入教學需要經過教學者的過濾與組織，避免只是單純的引起學童興趣， 而缺乏學習的內涵，建議必須把握的重要原則之一是：必須讓學生有「動腦筋」 的機會，亦即掌握主動探究或解決問題的原則。研究者也發現坊間許多科學遊戲 書籍及網站所提供的資訊，多為操作步驟及科學原理，較少有進一步引導學生進 行探究活動和問題解決的機會。 有鑑於此，本研究希望藉由科學遊戲好玩、有趣的特質，基於兒童喜歡遊戲 的天性，蒐集與「氧化與燃燒」有關的書籍和網路資源為科學遊戲素材，從中挑 選出適合研究對象年齡層的科學遊戲。訂定教學目標，結合創造性問題解決（CPS） 模式的教學理念來來設計問題，並以小組合作方式讓學生在動手操作中發揮創造 力，在日常生活中學習科學知識，且能應用解決生活中所遭遇的問題，藉以提升 科學學習興趣，及培養問題解決能力。
第二節
研究目的與研究問題
一、 研究目的
由於科學遊戲能吸引學童的興趣，並且有其潛在的教學價值。近年來坊間有 不少有關科學遊戲的書籍，介紹了科學遊戲的操作方法和原理，許多縣市也舉辦 「科學園遊會」等大型科學遊戲活動。然而，這些豐富的資源鮮少有引導學生進 行探究及解決問題的機會。因此，本研究將探討如何透過以「氧化與燃燒」為核 心概念，將「創造性問題解決融入科學遊戲（簡稱：CPS-SG）」的活動設計融入 教學，並探討 CPS-SG 教學活動對於學生科學探究能力與概念認知的影響，同時觀察學生對於 CPS-SG 教學活動的看法，以提供給日後自然與生活科技領域教師 作為參考。
二、研究問題
基於上述研究目的，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「氧化與燃燒」相關之 科學遊戲，設計教學活動？ (二) 實施創造性問題解決融入之科學遊戲（CPS-SG）教學活動後，學生的 「科學探究能力」及「概念認知」表現為何？ (三) 學生對創造性問題解決融入之科學遊戲（CPS-SG）學習活動的看法為 何？第三節
名詞釋義
一、 創造性問題解決
本研究所指的創造性問題解決模式（Creative Problem Solving，CPS）是以 Treffinger 和 Isaksen 於 2004 年提出之三成分六階段 CPS 模式，其三成分六階段 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）。
二、 科學遊戲
研究者綜合專家學者對科學遊戲的定義（詳見第二章第一節），將本研究所指 之科學遊戲界定如下： (一) 科學遊戲的設計，包含讓學生動手操作的程序。 (二) 科學遊戲所使用的素材是容易從生活周遭中取得，並且沒有危險性。 (三) 科學遊戲屬理性遊戲，包含科學概念，探究遊戲和問題解決。 (四) 科學遊戲之設計能提高學生學習科學的興趣。 (五) 本研究之科學遊戲是以小組分組合作方式進行。三、 科學探究能力
本研究所指的科學探究能力，是以高慧蓮（2005）國科會研究計畫「九年一 貫課程自然與生活科技領域科學探究能力之培養研究」對探究能力制定出來的五 個面向，分別為：界定問題的能力（包含發現問題、提出問題）、設計規劃的能 力（包含收集資料、設計實驗）、實作驗證的能力（包含進行實驗、觀察、操作、 記錄）、分析解釋的能力（分析資料、歸納及解釋實驗結果）、溝通辯證的能力（溝 通、批判）。四、 概念認知
本研究所指之概念認知為經過 CPS-SG 學習後，學生在概念認知測驗所得分 數。本研究使用的概念認知測驗，為以雙向細目表檢核教學目標與教學內容所自 編的測驗題目。此題目與指導教授討論並另請自然科協同教師審查修訂。五、 學習成效
本研究所指的學習成效，為經過 CPS-SG 學習後，學生於科學探究能力及概 念認知的改變，及對 CPS-SG 學習的看法。。第四節
研究範圍與限制
本研究蒐集科學遊戲書籍及檢索網路資料，從中取得科學遊戲素材，融入創 造性問題解決的教學理念發展出的教學活動，目的在瞭解此教學活動對五年級學 生科學探究能力與概念認知的影響，針對本研究歷程，以下分別說明研究範圍、 研究對象與研究方法的限制：一、 研究範圍
本研究之概念範圍僅限於三個教學活動中的概念，分別為達到燃點才能燃燒、 燃燒需要氧氣、生鏽需要氧氣，而學生的科學探究能力之界定以高慧蓮於 2005 年的研究界定為準。本研究所獲得的結論僅適用於探討國小五年級學生在此教學活動下的學習情況。
二、 研究對象的限制
本研究對象僅限於台中市天使國小及高雄市快樂國小（化名）五年級的兩個 班級之學生，研究成果不宜推論到其他年段。三、 研究方法的限制
本研究採用準實驗研究法中的單組前後測設計以及不等組前後測設計，在有 限的測試工具內進行分析探討，研究所發現之結果僅適用於特定的情境，至於是否適用 於其他教學情境、是否能適合教學場域之外，則不宜過度推論。第二章 文獻探討
本章共分為三節：第一節為科學遊戲與教學；第二節為創造性問題解決；第 三節為科學探究。第一節
科學遊戲與教學
一、 兒童與遊戲
(一) 遊戲的內涵 Sutton-Smith（1979）指出遊戲可以分為兩大類：（1）理性的遊戲：透過遊 戲場的活動與遊戲心理學的配合，在保育學校、實驗室、或受到監控的遊樂場， 探究遊戲和問題解決、遊戲和創造力、遊戲和認知發展等主題的遊戲稱之。（2） 非理性的遊戲：主要是指激烈的運動、賭博、打仗的遊戲等等。 瑞士教育心理學家皮亞傑（Piaget）認為遊戲對兒童的認知與腦力發展具有重 要意義，在具體操作的同時不僅學得經驗，並能加速刺激腦部各個區塊；另外， 研究認知心理學的哈佛大學教授布魯納（J.Bruner）也同意皮亞傑的遊戲理論， 並認為以學習者為中心的「發現式學習」，可透過引起好奇心的教學模式來提高 知識獲取的成效，其中以「遊戲方式」來學習又最為推崇。首先藉由情境模擬， 使學習者自行發想、實驗，藉由執行過程中來完成目標，進而對知識的理解更具 體（王擎天、武瑛娟，2009）。 吳幸玲（2003）在《兒童遊戲與發展》一書中，綜合各種心理學的文獻，對 於遊戲行為特徵，可以定義為七項: 1. 遊戲是一種不經言傳（nonliteral）的行為，無固定模式，亦不能由外在行 為或定義來區分。 2. 遊戲出自內在動機（intrinsic motivation）。 3. 遊戲重過程、方式而輕目的和結果。 4. 遊戲是自由選擇的（free choices），而不是被分派或指定的。5. 遊戲具有正向的情感（positive affects）。
6. 遊戲是主動的參與而且是動態的（active and dynamic participation）。 7. 遊戲著重自我，目的在創造刺激（stimulus creation），而不同於探索行為
的目的在獲得訊息。
國內學者詹棟樑參照人類學家 Martinus Jan Langeveld 的論述提出:兒童的世 界就是學習的世界，兒童的學習具有三種含義﹕（1）開放的意義：公開的共同 生活、工作（2）無拘無束的意義：兒童在遊戲，不受限制地嘗試其心中所嚮往 的想法（3）創造的意義：兒童如同藝術家，透過遊戲來創造遊戲。（引自郭靜 晃譯 Fergus P.Hughes 著） 綜合以上，遊戲強調內在動機、自發性、自由選擇、具有正向的情感、能創 造刺激、主動參與，同時屬於內人格特質的向度。而喜愛遊戲是兒童的天性，對 兒童來說，遊戲是一種學習、活動、生活，基於內在動機的選擇，是兒童主動參 與，沒有固定模式的外顯行為。因此，孩子在玩遊戲時總是充滿了笑聲，歡欣溢 於言表，更是百玩不厭。 (二) 遊戲的理論與功能 傳統兒童遊戲理論皆強調遊戲對兒童的重要性，早期的教育學者如柯美紐斯 （John Amos Comenius, 1592-1670）、盧梭（Jeam-Jacques Rousseau, 712-1778）、
佩斯達洛斯（Johann Pestaloi, 1782-1827）、福祿貝爾（Friedrich Frobel, 1782-1752）
皆反對用嚴格的紀律訓練或背誦方法來教育兒童，反之，他們皆強調遊戲對兒童 的重要性，並視遊戲為兒童的工作，是學習的樞紐；福祿貝爾更直接把遊戲視為 一種兒童的學習工具（吳幸玲，2003）。 國內學者郭靜晃在《兒童遊戲》一書中整理現代遊戲理論，內容表 2-1-1: 表 2-1-1 現代遊戲理論 理論 遊戲在兒童發展的角色 心理分析論 佛洛依德（Freud） 調節受挫經驗 接觸內在的自我，以發展自我能力
艾蕾克遜（Erikson） 認知論 皮亞傑（Piaget） 維加斯基（Vygotsky） 布魯納及桑頓-史密斯 （Brunner/Sutton-Smith） 熟練並鞏固所學的技巧 由區別意義與實物來提增想像思考 在思考及行為上產生變通能力 其他特定理論 柏藍（Berlyne）的警覺理論 貝蒂生（Bateson）的系統理論 增加刺激使個體保持最佳警覺程度 提升了解各層面意義的溝通能力 摘自郭靜晃譯（民 82）《兒童遊戲》頁 8，台北:楊智出版社。 此外，遊戲的功能有四個:實驗（研究或探索）、治療、生活技能的演練及休 閒。其中實驗的功能內涵為:兒童遊戲代表觀察、發現、探究、探索、研究等。當 兒童專注於某個遊戲時，他是全神貫注的。因此，兒童的遊戲是一種專精的遊戲， 兒童必須要用遊戲的方法去了解周遭的環境。如此，任何物品都可能是兒童用來 探索、觀察、實驗及掌握的對象，所以任何玩物最好都能帶給兒童正面的幫助， 尤其是具有教育性的功能（吳幸玲，2003）。
二、 科學遊戲與教學
(一) 科學遊戲內涵 李秉彝（1972）認為科學遊戲是一種利用科學原理，有具有教育意義而具有 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。蕭次融（1999） 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。牟中原（1999）在《動手玩科學》書中推薦序指出，科學遊戲是科學 活動與遊戲的結合，寓教於樂，將趣味找回來，同學可以從遊戲中，體會科學原 理。許良榮（2004）認為遊戲就是醞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。陳忠照（2003）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，並認為科學遊戲具有四項特質: 1. 趣味性—能玩得快樂，玩得自在，是充滿喜悅的時光。 2. 規律性—遊戲有遊戲規則，遵守規則來玩，也能玩出一些規則；遊戲過 程中，需是講道理、有禮貌的。 3. 創造性—在歡樂的科學遊戲中，創意的成長容易伴隨而生，隨時湧現更 新的看法、更有意義的創意方向。 4. 分享性—大夥兒一起遊戲，同步探索。在團體互動中，心胸寬容、與人 同樂，分享過程、分享結果。 (二) 科學遊戲的設計原則 杜威說:「做中學」，從操作中，經由實際親身體驗而學得知識是最自然而可 貴的記憶。林懿偉（2003）在其所著的書籍中提出科學遊戲設計的最高指導原則， 包括以下三點: 1. 創意性及娛樂性高，並且沒有危險性。 2. 遊戲彈性大，靈活度高，可以單獨或整體應用。 3. 以最低的單位成本，可以得到最強烈的效果。 郭騰元（2000）也在一系列的《科學遊戲叢書》中提到科學遊戲是非常好玩 的，只是需要配合小朋友做適度的設計與調整，這樣才能讓小朋友玩得盡興。並 提出五個符合學童學習的科學遊戲設計原則： 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。 莊毓文和洪美慧（1978）認為指導學生科學遊戲的方法，應注意以下的步驟： 1. 在一週前先預告遊戲名稱， 應準備的材料， 使兒童一開始就參與蒐集材
料的活動。 2. 指導操作方法時要詳盡，但不急於說出原理，待兒童自己去發現，如兒童 一時不能發現，應多加啟發，鼓勵再探索。 3. 初次做示範，老師操作的動作要慢，讓兒童看得仔細，而且老師只做一次， 其餘皆由兒童仿作，多給兒童操作的機會。 4. 如果兒童操作失敗，要他們探究失敗的原因，絕不指責兒童的失敗。 5. 指導科學遊戲，要掌握目標，要認清培養兒童正確的科學方法，遠比知識 的獲得更為重要。 6. 同組兒童共同合作，應培養互助合作的精神，不宜有彼此排斥的心理。 7. 遊戲時老師應參與活動，並且隨時注意兒童的安全。 8. 評量時應以兒童收集材料，操作實驗、發明、發現、仿作、創新等作為評 分參考。 (三) 科學遊戲的教學內涵 李秉彝（1972）提出進行科學遊戲教學時，需注意以下指導方法:在進行遊戲 前，教師應做好遊戲的相關準備；在遊戲進行時，以先「靜」後「動」的遊戲類 型為佳，藉以訓練兒童有條不紊，動而不亂的習慣；遊戲結束後，則應培養學生 物歸原處的習慣。此外，老師在指導示範時，應注意說明解答力求簡單明瞭，同 時鼓勵兒童自行發現原理，老師只做歸納補充的動作，另外，也要注意安全教育 的措施。 在科學遊戲教學步驟方面，陳忠照（2000）將科學遊戲的教學依循著「情境 觀察」-「探索發現」-「創造省思」的軸線運行，分成「看一看」、「想一想」、「做 一做」、「寫一寫」、「說一說」及「創造思考」等六個交織型的的步驟: 1. 看一看（情境）：呈現一個情境，試著讓孩子從情境中尋找問題。 2. 想一想（器材）：遊戲怎樣進行?需要什麼器材? 3. 做一做（流程）：在遊戲活動的流程中，多給予孩子鼓勵及適時提醒。 4. 寫一寫（結果）：讓孩子把看到的結果記錄下來。
5. 說一說（說明）：讓孩子試著描述現象。 6. 創造思考（發展）：討論一些相關的科學概念與認知，藉以發展兒童創造 思考、解決問題的能力。 陳忠照（2003）認為有意義的科學教學活動過程，需跟著生活走，跟著孩子 走，整個流程策重在操作、思考、解題、創造，以及尊重等知能與態度的養成， 並歸納科學教學的七項特色: 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，或是催 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。 國外學者也做過類似的研究，David, Lusyick（2001）認為科學遊戲的教學必 須符合簡單化（simplicity）、可參與（participation）、有目標（goals）、懸疑、不 確定性（suspense）等四個原則。 綜合以上所述，進行科學遊戲教學時，教師已不再只是單純教學者，應該是 設計、引導與協助等多元角色。 (四) 科學遊戲在教學上的相關應用 國外與科學有關研究指出：遊戲可以用來補充科學課程，而且可以很有趣的
使用在課堂中，並激勵學生對科學概念產生興趣。遊戲提供學生機會以活躍的方 式使用他們學得的知識（Horn，1986）。Butta（1998）研究指出，接受「動手作 （hand-on）」的學生，在學校科學成就表現優於接受傳統教學的學生。 國內有關科學遊戲研究文獻，整理資料如表 2-1-2： 表 2-1-2 國內與科學遊戲教學相關之研究 年份 研究者 對象 研究主題 研究結果與發現 2001 徐麗雪 三年級 國小科學遊戲教學活動成效 分析 實驗組學生在自然科學習態度及基本科 學過程技能測驗中的分類、傳達、測量、 應用數字、應用空關係、預測、推理均顯 著高於傳統教學的班級。 2003 林堂麗 六年級 科學遊戲融入自然與生活科 技課程之行動研究 1.配合教學目標，科學遊戲可以融入自然 與生活科技領域當中。2.材料、遊戲場所 或分組、彈性化與融入時間會明顯影響遊 戲進行。3.科學遊戲融入課程的研究，有 助於教師在課程設計與教學的成長。 2004 許芳雪 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 1.透過一些創意教學方法的運用，有助於 提升學童討論、發表及製作的能力。2.科 學童玩結合教學活動能吸引學童的注意 力，並提升學童的創造力。 2005 柯虹如 五年級 從科學玩具遊戲教學探討國 小學童的科學相關態度 1.實驗組在「對科學的態度」、「對學習 科學的態度」、「對參與科學探討活動的 態度」、「科學態度」的得分均顯著高於 對照組。2.學生對於利用自然課程外的時 間進行科學玩具遊戲教學，大多數持正面 的反應。 2005 江淑瑩 四年級 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 1.接受「科學遊戲融入教學」的實驗組， 其「科學概念測驗」結果顯著高於控制 組。2.兩組在「科學態度測驗」上無顯著 差異。3.實驗組在「科學過程技能測驗」 除「下操作型定義」未達顯著差異外，其 他各分項技能皆優於控制組。
2006 楊蕎安 六年級 趣味科學活動融入自然與生 活科技學習領域教學之研究 接受「趣味科學活動」融入教學的實驗組 學生，其對「自然科課程的態度」與「創 造性思考活動」的部份能力顯著優於對照 組學生，但在學習成就上的表現並無顯著 差異。且趣味科學活動能讓學生獲得科學 知識概念並樂於學習，有助於增進學生的 科學過程技能並能延續學習效果，使學生 在面對問題時能做多面向的思考，並激發 學生的創造潛力並營造愉快的學習環境。 2006 林瓊音 以科學遊戲輔助國小自然科 教學之個案研究 遊戲本身具有學童能力可及之探究特 質，競賽帶來的挑戰性、成就感，強調動 手實做探究的歷程，學生能獲得想法上的 立即回饋，因此科學遊戲提高學童學習興 趣、增加參與程度、提供實作機會等特 質，有利於學童建構科學概念，小組合作 則是利弊互見但此教學較難實施於正規 課程下。 2006 蘇秀玲 謝秀月 四年級 科學遊戲融入國小自然科學 童的問題解決能力之研究 1. 實驗組學生在問題解決測驗中大部分 優於控制組學生。2. 實驗組學生在問題解 決能力量表中的問題解決過程、問題解決 情意向度的得分皆顯著優於控制組。3. 透 過科學遊戲教學，小朋友所呈現出來的問 題解決特徵，包含了簡單的解題歷程與運 用資源協助解決問題。 2007 蔡宗信 六年級 以科學遊戲增進學生問題解 決能力之行動研究 設計科學遊戲，須以「好玩」引起學習動 機，過程必須包含動手做、融合遊戲規則 和競賽機制，活動內容應由簡入深且要有 充分的討論和體驗時間。 2007 張東瑋 五年級 以科學遊戲—泡泡為主題之 教學活動之行動研究 1.「以科學遊戲為主題之科學教學活動」 能有效提供學生學習興趣並有助於科學 過程技能的養成。2.可提升研究者專業成 長。 2007 許鈺羚 六年級 遊戲融入自然與生活科技教 學活動設計-想飛的心 科學遊戲提供歡樂、沒有壓力的學 習情境，讓孩子透過主動的探索、觀察以 及與同儕間的互動、討論去建構知識，當 遊戲過程中遇到難題，更能培養孩子獨立 思考、解決問題的能力，甚至能激發潛 能，發揮創造力。
2007 李靜慧 一年級 以趣味科學遊戲融入人本建 構取向的教學策略探究國小 一年級學童的概念學習特 色：以「磁鐵」單元為例 1.以趣味科學遊戲與POE教學策略所共同 建構的人本建構主義取向教學，確實可以 達成主動、建構、合作及真實的有意義學 習。2. 透過趣味學習屬性分析及有系統的 教學設計模式，可有計畫的進行概念學習 教學設計，促進學童的概念學習。 2008 洪正龍 五年級 科學遊戲對國小五年級不同 學習動機類型學童的學習動 機之影響研究 1. 在經過科學遊戲教學後，全班學童的科 學學習動機普遍得到提升。2. 內在學習動 機類型學童認為科學遊戲是有趣、有挑戰 性的，學習環境會使人感到輕鬆、沒有負 擔，而且可以滿足自己的好奇心，幫助自 己了解更多知識。3. 外在學習動機類型學 童喜歡在科學遊戲活動時透過自己動手 操作來學習，以及和同學比較自己的作 品。他們也喜歡自己能夠想出解決問題的 方法，而且會想要主動獲得新知識。 2009 黃嬿樺 三年級 科學玩具遊戲教學對國小三 年級學童「空氣」單元學習影 響之研究 實驗組學生在科學學習成就與科學態度 方面顯著優於控制組學生，且進行科學玩 具遊戲教學有助於研究者教學專業成長。 2010 黃敏惠 五年級 創意科學遊戲導入國小自然 與生活科技領域學習成效之 研究 1. 在問題解決能力方面實驗組學生在分 測驗的界定問題與預防問題與測驗向度 的有效性皆優於對照組學生。2. 在創造思 考能力方面實驗組學生在測驗向度的變 通性優於對照組學生。3. 實驗組學生們與 曾使用創意科學遊戲導入自然與生活科 技課程的老師們對學習成效多採正向肯 定。 從表2-1-2之整理資料可得到以下結論： 1. 科學遊戲教學通常以小組合作分組的方式進行，透過一些創意教學方法的運 用，有助於提升學童討論、發表及製作的能力（許芳雪，2004；李靜慧，2007）。 2. 以科學遊戲為主題之活動融入自然與生活科技領域教學，學生透過動手操作 能有效提高學習興趣，並有助於提升問題解決能力、科學學習成就、科學態 度養成，達成主動、建構、合作及真實的有意義學習（徐麗雪，2001；柯虹 如，2005；張東瑋，2007；洪正龍，2008；黃嬿樺；2009；黃敏惠；2010）。 3. 進行科學遊戲為主題之教學活動有助於教師教學專業成長（林堂麗，2003； 張東瑋，2007；黃嬿樺；2009）。
總而言之，學童從動手製作的過程，可以獲得成功的喜悅，無形中激出學生 的學習興趣，由此可見學生動手操作進行科學遊戲，使學生從教學活動中獲得成 就感與喜悅，進而提升學生的學習興趣（黃嬿樺、賴慶三，2009）。莊毓文、洪 美慧（1978）指出兒童經由遊戲的活動，親自去操作、去觀察、去思考、去體驗， 可以理解許多科學原理，並達到舉一反三、觸類旁通的目的，也藉由操作過程中， 給予兒童手腦並用的磨練機會，激發學生的潛能出來。 在科學遊戲的過程中，小朋友們對於自己所提出的操作方法或是想法，也會 進行驗證的工作藉以確認想法或做法是否正確可行，若驗證後發現的結果行不通 時，則會重新進行討論與思考，然後再次提出新的想法或看法。由此可以得知小 朋友對於如何問題解決是非常認真的（蘇秀玲、謝秀月，2006）。
第二節
創造性問題解決
一、 創造思考與問題解決
目前，世界各國在教育上的改革重點雖然不盡相同，但發展學生的創造思考、 批判思考及問題解決等高層次思考能力，可以說是先進國家共同的潮流（葉玉珠， 2006）。而關於科學創造力乃是在既有的科學知識、技能之上、加以創新研發， 產生新的科學概念或製造出新奇事物的能力（李賢哲、李彥斌，2002）。 一個人在面對一個複雜的、變動的問題時，能否勇敢的、負責的、有效能的、 成功的解決問題，是個人生活裡很重要的「能力」（黃茂在、陳文典，2004）。 問題解決乃個人在面對問題時，綜合運用知識、技能，以期達到解決問題的思維 活動歷程（張春興，1997）。Mayer（1992）認為，「問題解決」是從以知敘述 到目標敘述的移動過程。而問題解決的思考是朝向某種目標的系列運作。 問題解決可看成是一個尋求對某項問題獲得可行解答或結果的過程。問題解 決也是一種組織和記憶事物的個人技術，以及對新環境事物的歸納，是個人必需 學習以回應對事物的記憶需求之道的結果。所以問題解決是人類重要的心智活動， 也是人類知識重要的泉源（Deluca，1992）。Gagne（1985）以處理問題過程中，人們認知的心理活動來定義「問題解決」 是個體將已學過的概念與規劃加以組合，應用來解決某一問題的過程。（引自岳 修平譯 Gagne, E. D.著）。
二、 創造性問題解決之發展沿革與內涵
自 Osborn 於 1953 年提出具體的創造歷程之後，創造性問題解決（Creative problem solving，CPS）在近 50 年的研究與發展，對創造力的培育產重大的貢獻 （Isaksen & Treffinger, 2004）。CPS 模式的演進，大致可區分為六個階段，每個 階段皆具有其時代的特色與差異，以下就各階段模式之發展沿革與內涵加以說明: （一） Osborn 創造過程七階段：1942～1967 年1953 年 Osborn 於《應用想像力（Applied Imagination）》一書中，首次提出 創造過程七階段，包括:
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：1963～1988 年 Osborn 於 1966 年過世後，Parnes 和他同事繼續研究 CPS，發展出線性五階 段 CPS 模式(圖 2-2-1)，此模式首次將 CPS 用圖示呈現，且強調解題者要盡可能 找出多樣性的點子，利用這五個階段循序漸進的解決其所面臨的問題，歷程如下: 1. 發現事實（fact finding ) 問題解決著可運用5W1H（who、what、where、when、why、how）的策略，
獲取有用的訊息與蒐集相關資料，並於解決問題之前檢視所有可用的資料， 進行整理與分析。 2. 發現問題（problem finding ) 當資料已全部蒐集好，且問題的線索也呈現時，這時問題解決者可以開始分 析問題的每個成份，重新安排問題的陳述，並清楚界定問題。 3. 發現點子（idea finding ) 到了這個階段，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 方式條列出來。 4. 發現解答（solution finding ) 進一步從所有的構想中找出最好、最實際與最適合的解決方式。 5. 尋求接納（acceptance finding ) 找出最合適的解決方法後，問題解決者必須實際執行這個構想，以便確認此 方法是否有效，若發現無效則必須回到前幾個步驟，重新找出適合的構想， 並付諸實行。 圖2-2-1 Osborn-Parnes 五階段CPS模式 （Isaksen和Treffinger，2004 ) （三） Isaksen 和 Treffinger 六階段 CPS 模式：1981～1986 年 Treffinger 等人認為，Osborn-Parnes 五階段創造性問題解決模式，雖然提及擴 散式和聚斂式思考，但實際上卻只重於擴散式思考的訓練。因此，決定著手發展 聚斂性思考的技術，於 1985 年進一步修改為六階段的 CPS 模式（圖 2-2-2），說 明如下： 1. 為了讓創造性問題解決模式能夠符合個人的認知與問題情境的差異，新增第一 處 理 新 的 挑 戰 行 動 計 畫 求 納 尋 接 現 答 發 解 現 子 發 點 現 題 發 問 現 實 發 事 困 惑 或 目 標 問 題 敏 感
個步驟「發現困惑」（mess-finding）。 2. 將 Osborn-Parnes 五階段創造性問題解決模式第一個步驟「發現事實 （fact-finding）」改為「發現資料（data-finding）」。 3. 強調問題解決時擴散式思考和聚斂式思考的均衡運用。 4. 將 CPS 的圖示模式，以垂直模式取代原有的水平模式。 擴散層面 問題敏感 聚斂層面 從生活經驗、角色與情境中尋找困惑。 發現 接受挑戰，做有系統性的回應。 困惑 收集資料（資訊、感想和感覺等 )，由 發現 確認和分析最重要的資料。 不同的觀點與訊息去暸解。 資料 激盪出可能的主問題和次問題。 發現 選擇一個問題。 問題 針對問題，發展與列出可能的構想。 發現 選出最有趣或最有可能的點子。 點子 找出可能的評估標準來檢查和評價點子 發現 選擇幾個重要的評估標準來評價點子。 解答 考量執行過程中可能的助力與阻力， 尋求 聚焦於最有可能的點子並準備行動。 找出可能的執行步驟。 接納 新挑戰 圖2-2-2 Isaksen和Treffinger六階段CPS模式 （Isaksen和Treffinger，2004 ) （四） Isaksen 和 Treffinger 三成分六階段 CPS 模式：1987～1992 年 Isaksen 和 Treffinge 六階段 CPS 模式提出後，許多學者將其運用於各種不同的
情境教學研究，從這些研究的發現可歸納出以下結論: 1. CPS 可以不同的方式運用於各種情境。簡言之，CPS 是實用的。 2. 關於人們如何運用 CPS 提升效能，以符合他們面對不同的群體、任務與情境 時的需要，還是有許多無法回答的問題。簡言之，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、氣氛 與方法的作用。簡言之，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、產出點子以及計畫行動。簡言之，人 們通常選擇使用部分 CPS 的歷程以符合他們的需要。 1987年Isaksen和Treffinger持續修訂CPS，發現人們在應用CPS於真實解題情境 時，並不會依序使用這六個階段，而是自然地將之組合。因此進一步將CPS六階 段組合成三大問題解決成分，三個成分分別為：瞭解問題、產出點子與行動計畫， 六個階段分別為：發現困惑、發現資料、發現問題（屬於成分一：瞭解問題）、 發現點子（屬於成分二：產出點子）、發現解答、尋求接納（屬於成分三：行動 計畫），並利用線條區辨出三個成分的不同（圖2-2-3），但此時仍是以線性為主 的CPS階段，換言之，仍不脫Parnes原來的CPS傳統。 本研究探究能力的五個定義分別為：界定問題的能力、設計規劃的能力、實作 驗證的能力、分析解釋的能力、溝通辯證的能力。而界定問題與成分一「瞭解問 題」相吻合，設計規劃與成分二「產出點子」相吻合，實作驗證、分析解釋與溝 通辯證與成分三「行動計畫」相吻合。
成份一：瞭解問題 發現困惑 擴散：找尋問題解答的可能性。 聚斂：對問題解決建立一般的目標性。 發現資料 擴散：檢視多樣的細節，從許多角度去看待發現的困惑。 聚斂：找出最重要的資料去引導問題的發展。 發現問題 擴散：考量許多可能的問題。 聚斂：考量或選擇一個特定的問題。 --- 成份二：產出點子 發現點子 擴散：提出許多各式各樣特別的想法。 聚斂：選出最有可能解決問題的構想。 --- 成份三：計畫行動 發現解答 擴散:找出各種評估構想的標準與方法。 聚歛:選擇一些標準評估解決問題的構想 尋求接納 擴散:考量執行過程中可能的助力與阻力 聚歛:找到最適當的構想，擬定計畫並加以執行。 圖2-2-3 Isaksen和Treffinger三成分六階段CPS模式 （Isaksen和Treffinger，2004 ) （五） Isaksen 和 Dorval 三成份彈性循環的 CPS 模式：1990～1994 年 此階段發展受認知科學與建構主義的影響，Isaksen 和 Dorval 於 1993 年將原 本的線性流程表示的 CPS 模式，修改為以幾何圖形彈性循環的架構表示，以提供 個人不同的需求。如圖 2-2-4 所示，CPS 包含前述的瞭解問題、產出點子、計畫 行動三區塊，但區塊間不再是線性依序連接改以虛點連結，代表其流程是可以彈 性調整的，且區塊內的空白方塊，可依個人與任務情境的不同，選擇需要的步驟 運用於解決問題。
圖2-2-4 三成份彈性循環的CPS模式 （Isaksen和Treffinger，2004)
（六） Isaksen、Dorval 和 Treffinger CPS 系統化架構模式：1994 年～
Isaksen、Dorval和Treffinger（2000）將CPS修改為一個系統化的創造性問題 解決架構（如圖2-2-5），且為了讓CPS的使用更清楚，Isaksen等人亦些許修改各 流程的用詞，將三大成份修改為瞭解挑戰（Understanding the Challenge）、產出 點子（Generating Ideas）與準備行動（Preparing for Action）。瞭解挑戰又分為建 構機會（Constructing Opportunities）、探索資料（Exploring Data）與架構問題 （Framing Problem）；準備行動又分為發展解答（Developing Solutions）與建立 接受（Building Acceptance）；規劃方法又分為評估任務（Appraising Tasks )和設 計流程（Designing Process )。
圖2-2-5 Isaksen、Dorval和Treffinger CPS系統化架構模式 （Isaksen和Treffinger，2004 )
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. 每個階段都使用了聚歛性思考（convergent thinking、critical thinking）和發散 性思考（creative thinking、divergent thinking）。
3. 每一階段都始於發散性思考，而後為聚歛性思考，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. 可以使用其中一部分階段即可。 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。
王美芬、熊召弟（2005）也指出學生不一定要完全照順序進行，也不一定要完 成執行過所有的階段，各階段也不應拘泥既定的線性流程或步驟依序產生，只要 把握住其基本精神即可。 至於創造性問題解決與一般問題解決之不同，Eberle（1985）曾指出其不同之 處，在於創造性問題解決會產生出創造性的構想，而創造性的構想主要是擴散性 思考運作的結果。因此，Treffinger 和 Isaksen（1992）認為解決問題不只是運用 推理思考，也必須並用創造思考與批判思考。 而本研究採用 Isaksen 和 Treffinger 三成分六階段 CPS 模式，主要考量此模式 較有系統，且有六個步驟有利於研究者規劃教學流程。
三、 創造性問題解決的相關教學研究
Reese 和 Parnes（1970）研究指出，接受CPS模式加上教師引導學習的學生， 創造思考能力最佳。 Schack（1993）於六所中學選取267位學生依能力分組，進行創造性問題解決 課程，並施予前測及後測。研究發現，經歷CPS教學的學生其問題解決能力顯著 高於控制組，但是，不同能力組別之間並未達到顯著差異。Puccio, Firestien, Coyle & Masucci（2006）的研究顯示，創造性問題解決 （Creative problem solving，CPS）模式設計能提升學生的認知能力，且有效提升 擴散性思考、聚歛性思考以及問題解決的能力。 Chen 和 Cheng（2009）研究結果亦發現，CPS 教學模式促進了學生的學習成 就。 以上國外學者的研究均對創造性問題解決模式教學持正面的看法，也肯定此 教學模式能提升學生的問題解決能力。 研究者搜尋科學教育相關期刊以及全國博碩士論文網，整理出國內與創造性 問題解決教學相關研究資料，如表2-2-1:
表 2-2-1 國內與創造性問題解決教學相關之研究 年份 研究者 對象 研究主題 研究結果與發現 2003 洪文東 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 有顯著進步。 2003 呂素雯 六年級 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 1.在整體問題解決能力，變通性、有效 性、界定問題等能力，女生顯著優於 男生，但問題解決態度，則不會因性 別而有顯著差異。2.透過創造性問題解 決教學，對學生的問題解決能力有顯 著增進，但無法顯著增進問題解決態 度。 2005 洪川富 五年級 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 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，均顯著高於對照組。 2006 范秀汝 二年級 創造性問題解決教學對於國 民小學低年級學生創造力之 影響 1.CPS有助於提升國小學生科學創造 力及思考能力。2.學生對此模組有正向 學習反應。 2006 李祉頡 五年級 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 以創造性問題解決法進行科學玩具製 作教學對於提升學童的創造力有幫 助，且適用於各種自然與生活科技另 與學業成就的學生，其教學成效不受 學生性別差異的影響。 2006 吳麗珍 四年級 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 CPS融入自然教學是可行的，特別的擴 散思考策略可增加學生點子的數量， 在學生苦思不出來後，再引導使用創 意思考策略，接受度往往會比較好。 2007 鄭英耀 劉昆夏 張川木 五年級 國小自然科創造性問題解決 教學效果之研究 1.實驗組學生在圖形創造力、問題解決 能力及自然科學業成就的整體表現明 顯優於控制組學生。2.六個月後的追 蹤，實驗組學生在語文創造力的表現 明顯優於控制組學生，具延宕教學效 果；圖形創造力及問題解決能力的表 現，具持續性效果。 2008 莊承霖 六年級 應用創造性問題解決模式指 導六年級學童科展之研究 1.創造性問題解決模式對於國小六年 級創造力有正向的幫助。2.創造性問題 解決模式對於國小六年級學童的自然 科態度有正向的幫助。3.透過創造性問 題解決模式的國小學童，在科學態度 上有類似的心理表徵。
2009 黃玉斯 五年級 創造性問題解決融入科學遊 戲之行動研究-以「磁鐵」為 例 CPS可適當融入科學遊戲並設計教學 活動。而教學成效受到小組合作的情 形、科學遊戲難易、教學活動設計內 容、學生對科學遊戲的學習興趣等因 素影響而有差異。 2009 蕭淑分 五年級 創造性問題解決融入科學遊 戲教學之行動研究-以「光」 為例 CPS可適當融入科學遊戲並設計教學 活動，並能有效提升學生學習興趣。 2009 林盈全 五年級 創造性問題解決融入科學遊 戲教學之行動研究-以「化學」 為例 1.科學遊戲可導入CPS來設計教學活 動。2.科學遊戲之教學成效受科學遊戲 之挑戰性、教學活動內容之掌握、學 生對科學的學習態度及小組內部情形 等因素而有差異。3.研究者在教學活動 設計能力、教學能力及教師研究能力 等均獲得專業成長。 2010 魏哲華 五年級 規畫科學遊戲於創造性問題 解決教學活動之反思—以 「電」為例 1.CPS可做為科學遊戲教學設計框 架。2.影響CPS教學成效的原因:學習過 程、學生個人成見、教師教學理念、 問題解決任務難度。3.經過CPS教學過 程，研究者在教學與設計能力均獲得 成長。 從表2-1-1之整理資料可得到以下結論： 1. 創造性問題解決模式可適當融入科學遊戲並設計教學活動，且能有效提升學 生學習興趣（黃玉斯，2009；蕭淑分，2009；林盈全，2009；魏哲華，2010）。 2. 創造性問題解決模式對於學生之創造力及自然科態度有正向的幫助（洪文東， 2003；洪川富，2005；范秀汝，2006）。 3. 創造性問題解決模式之教學成效受到小組合作的情形、科學遊戲難易、教學 活動設計內容、學生對科學遊戲的學習興趣、問題解決任務難度等因素影響 而有差異（黃玉斯，2009；林盈全，2009；魏哲華，2010）。 4. 經過創造性問題解決模式教學過程，研究者在教學與設計能力均獲得成長（林 盈全，2009；魏哲華，2010）。
第三節
科學探究
一、 科學探究的內涵
何謂科學探究?探究就是尋找問題和解決問題的過程，探究是人類一種思考方 式，是一種尋找資料的過程，一種瞭解事物的過程（王美芬、熊昭弟，1995）。 以創造力觀點來看，就國中小學生而言，科學探究活動就是創造力的展現（洪振 方，2003）。 Gagne 認為「科學的探究」是藉著「問題解決」模式，面對新的現象，在思 考上從事解決的活動之集合。而此類思考起自於系統之觀察，再進行測量的設計， 明確的區別現象觀察及推論，以提出一般化的解釋（該解釋可能係適用於理想狀 況），最後再下具體、合理的結論。因此，按 Gagne 論點，這些共同的因子就是 觀察、測量、推論（黃湃翔，民 84）。 Sandoval 和 Reiser（2004）指出進行探究學習，應該是以解釋為導向的教學， 而這些必須經由教師發問的方式來引導學生進行學習，問題的脈絡是以日常生活 中的現象為主。如此，才能連結學生的先前經驗促進學生的概念轉變，將知識在 不同情境中轉移。美國國家研究委員會（National Research Council）在 2000 年所出版之《探究 與國家科學教育標準》（Inquiry and National Science Education Standards）中，對 「探究」的定義為:「探究」是科學家探索自然現象時提出解釋及收集相關證據， 「探究」也是學生探索知識的過程，包括提出問題、擬訂工作計畫及根據資料檢 視已有的知識。並說明探究的五個重要特徵：提出問題、利用證據來找出答案、 解釋、與科學知識作連結、溝通。 長久以來，探究科學的精義經常被灌輸科學的觀念所取代。事實上，讓學生 學會探討知識應與教給學生科學知識同等重要，甚至更重要。Duschl（1990）指 出科學探究不但包括科學知識的辯證，更包含了如何發現這些知識的過程。張惠 博（1993）認為探究的主要意義在於尋求知識，其重點是讓學生尋找知識，而不
是獲取知識，在學習上也鼓勵學生由被動的學習到主動的探求。探究式教學希望 學生是探究過程中主動學習的主角，因而可以培養學生主動建構知識的能力。陳 美如（2001）指出，探究活動的整個歷程是從學生學習的特質與強處出發，經由 反省與問題解決的歷程，進而引導學生反思知識，培養建構知識的能力和興趣。 劉宏文和張惠博（2001）指出，探究活動提供了學生學習與他人合作的機會， 學生彼此間對於相關問題的不同想法，透過合作而及時修飾，並得到啟發，適度 分擔了個人的認知負荷，共同發展出對新概念的理解，並學習到科學社群實踐的 本質。楊秀停、王國華（2007）研究指出，其實學生具有設計實驗的能力，只要 教師稍加引導，給予合適的任務，並能利用小組合作的力量，是足以讓學生主動 進行探究的。 Chase 和 Gibson（2002）研究指出，學生參與暑假科學探究課程後對科學的 態度較為積極，且對於科學職業有較高度的興趣。訪談結果顯示，有百分之七十 的學生提出他們喜歡這樣的經驗，而有百分之七十七的學生認為這樣的課程可提 高他們的科學興趣。由此研究結果可知，探究式教學可以使學生對科學的態度及 學習方面較為積極，能引發學習興趣及主動參與。 以往課室中進行的探究活動均是以實驗活動來呈現，但實驗活動並不表示探 究活動，實驗過程技能不代表探究能力。傳統教師的教學方式大多仍以講述教學 法為主，忽略學生在科學上的批判力、對科學信念的論證和使用論證來澄清自身 的概念和想法，因而錯失了讓學生在論證思考的過程中獲得更多對科學理解與認 同的機會（Newton, Driver & Osborn, 1999）。
至於課室中的科學探究（classroom inquiry），美國國家科學教育標準（NRC， 1996）舉出下列五個特性:
1. 引導學生思考科學方面的問題（scientifically oriented questions）。 2. 根據針對問題，根據證據，進行說明並評鑑說明的合理性。
3. 學生根據證據，形成科學問題的說明。
明。
5. 學生溝通想法並對自己的想法提出合理的解釋。
美國國家科學教育標準提出提昇科學探究所強調的重點與以往有所不同 （National Research Council，1996），下表所示：
表 2-3-1 提昇科學探究所強調的重點（National Research Council，1996）
較少強調 較多強調 1. 科學探究活動局限在一節課 2. 得到答案 3. 進行較少的探究以便留下時間來完 成大量的內容學習 4. 學生只將想法和結論告訴教師 5. 僅對科學內容的問題提供答案 1. 科學探究活動超過一節課 2. 運用證據和策略來發展解釋及修改解釋 3. 進行較多的探究以了解探究的價值與科學 內容知識 4. 將想法和結論與同學公開交流 5. 溝通科學的解釋 而我國《國民中小學九年一貫課程綱要》對「自然與生活科技領域」之基本 理念中說明:「學習科學，讓我們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，也培養出批判、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，使我們獲得處理事務、解決問題的能力，也瞭解到探究 過程中，細心、耐心與切實的重要性。」（教育部，2003） 綜合上述文獻，研究者認為探究的內涵為學生主動找尋資料，了解事務的過 程，而非被動的獲得知識。在探究的歷程中，學生學習到和他人合作與溝通，且 探究可提昇學生認知、態度及技能三方面的學習成效。
二、 科學探究能力
探究被視為是學習科學以及瞭解自然與物質世界現象的一種方式（NRC， 2000），Bybee（2000）認為科學探究應該包含三個主要成分: 1. 科學探究能力，這是學生應該學會的能力。 2. 有關科學探究的知識，這是學生應該學會有關科學探究的本質。 3. 是教導科學課程內容的方法學。教育部（2003）頒布之《國民中小學九年一貫課程綱要》於「自然與生活科 技領域」中，將國民科學與技術的基本能力，依其屬性和層次分成八個要項： 1. 過程技能：增進科學探究過程之心智運作能力。 2. 科學與技術認知：科學概念與技術的培養與訓練。 3. 科學與技術本質：科學是可驗證的、技術是可操作的。 4. 科技的發展：瞭解科學如何發現與技術如何發展的過程。 5. 科學態度：處事求真求實、喜愛探究之科學精神與態度、感受科學之美 與影響力。 6. 思考智能：對事物能夠做推論與批判、解決問題等整合性的科學思維能 力，以及資訊統整能力。 7. 科學應用：應用科學知識以及探究方法以處理問題的能力。 8. 設計與製作：能夠運用個人與團體合作的創意來製作科技的產品。 從以上八個項目中，可發現第 1、5、6、7 項都與科學探究有關，可知於基本 能力中，科學探究列為重要的能力。 美國「國家科學教育標準」（NRC，1996）當中，對於培養不同年齡兒童在 科學探究方面的內涵則有更明確的定義，內涵主要包括以下兩個方面，以五至八 年級學生而言，有關科學探究包括以下這些主要內容（引自黃鴻博，2000）： 1. 培養學生從事科學探究所需的能力 (1) 釐清可以透過科學探究過程解答的問題。 (2) 設計與進行科學探究活動。 (3) 使用適當的工具和科技來收集、分析與解釋資料。 (4) 根據發現的證據來發展適當的科學解釋、預測或模式。 (5) 以邏輯與批判思維的方式來看待證據與解釋之間的關連。 (6) 認識與分析可能存在另類的解釋與預測。 (7) 有效的與別人溝通科學探究的過程與結果。 (8) 使用數學在科學探究過程中。
2. 理解科學探究相關的原理 (1) 不同類型的問題需要使用不同類型的探究方法。 (2) 當前科學知識與理解引導科學探究活動。 (3) 數學在所有科學探究過程中是重要的。 (4) 資料收集與分析技術的使用增強探究結果的發現。 (5) 科學的解釋強調證據、具有邏輯論證的一致性和使用科學原理、模型、 理論。 (6) 科學的進展透過合理的懷疑。 (7) 科學探究的結果經常可以衍生出新的觀念，發現新的現象需要探索或發 現新的方法、技術、過程來進行科學探討或資料的收集，可以導致進一 步的科學發現。 游淑媚（2002）綜合各家說法，提出進行科學探究所需要的能力包括： (1) 提出科學性的問題。 (2) 設計及進行科學的探討。 (3) 使用適當的工具與技巧去收集、分析、解釋資料。 (4) 根據獲得的證據去作解釋、預測或做成結論。 (5) 發表、溝通研究的發現與成果。 從科學素養來看，美國《國家科學教育標準》（NRC，1996）強調所有的學 生都應該有也必須有機會使自己成為有良好的科學素養的人，《國家科學教育標 準》就是以這樣一種信念為前提的。在《國家科學教育標準》中所謂有科學素養 是指了解和深諳進行個人決策、參與公民事務和文化事務、從事經濟生產所需的 科學概念和科學過程（引自洪振方，2003）。 而教育部公佈之「國民中小學九年一貫課程綱要」的「分段能力指標」說明 中，進一步闡釋自然科學的學習，在於提昇國民的科學素養，而「科學素養」的 內涵為：經由科學性的探究活動，自然科學的學習使學生獲得相關的知識與技能。 同時，也由於經常依照科學方法從事探討與論證，養成了科學的思考習慣和運用
科學知識與技能以解決問題的能力。長期的從事科學性的探討活動，對於經由這 種以探究方式建立的知識之本質將有所認識，養成提證據和講道理的處事習慣。 在面對問題、處理問題時，持以好奇與積極的探討、瞭解及合理解決的態度，我 們統稱以上的各種知識、見解、能力與態度為「科學素養」。 從以上兩份文件資料能發現，均主張透過探究活動來培養全民的科學素養。 黃鴻博（2000）認為科學探究並不是單純方法、技巧之訓練，而是成為培養國民 科學素養，學習科學的主要途徑，科學探究被當成一個透過探究解決問題的歷程， 其中包括科學知識、方法的運用、科學本質的理解與好奇、講求證據、合理、批 判與積極勇於面對困難的處事態度。 國科會研究計畫「九年一貫課程自然與生活科技領域科學探究能力之培養研 究」的研究小組對探究能力制定出五個面向來定義（高慧蓮，2005），這五個面 向包括： 1. 界定問題的能力（包含發現問題、提出問題）。 2. 設計規劃的能力（包含收集資料、設計實驗）。 3. 實作驗證的能力（包含進行實驗、觀察、操作、記錄）。 4. 分析解釋的能力（分析資料、歸納及解釋實驗結果）。 5. 溝通辯證的能力（溝通、批判）。 綜合以上所敘述，探究的歷程能讓學生主動獲得更多的知識和更高的學習成 就外，透過探究活動亦能培養全民的科學素養。有鑑於此，研究者希望透過本研 究發展之教學活動，能提昇學生的科學探究能力。
