遊戲策略對國小學生磁力概念學習的影響

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(1)國立臺灣師範大學資訊教育研究國立臺灣師範大學資訊教育研究所研究所碩士論文. 指導教授：邱貴發博士. 遊戲策略對國小學生磁力概念學習的影響 The Impact of Gaming Strategy on Elementary Students’ Magnetism Concept Learning. 研究生：歐宛兒撰中華民國 101 年 6 月.

(2) 摘要本研究旨在設計一針對國小三年級自然與生活科技領域磁力單元的學習遊戲，探討研究參與者使用遊戲策略學習磁力概念的成效、對所使用之學習遊戲的態度與對自然科學學習的態度。研究採準實驗設計，研究參與者為台北市某公立國小三年級的學生共 51 名，控制組 25 人使用自學策略、實驗組 26 人使用遊戲策略進行磁力概念的學習，其所有參與研究的三年級學生先前皆並未有關於「磁力的概念」的學習經驗。研究工具有研究者設計之磁島大冒險遊戲、自編的遊戲問卷與自然科學學習問卷，另學習成就測驗則選自康軒國小三年級自然與生活科技領域測驗題庫，並請五位專家進行審題後編製完成。研究結果顯示無論使用何種學習策略學習磁力概念，控制組與實驗組學生於成就測驗上都有顯著的進步，但兩組間無顯著差異；另實驗組學生給予磁島大冒險遊戲正向的回饋，且兩組學生對於自然科學的學習都持正向態度。. 關鍵字：遊戲學習策略、磁力概念學習、自然科學學習. I.

(3) Abstract The purpose of this research was to develop a science learning game focusing on magnetism concept learning, to examine the impact of gaming strategy on elementary students’ magnetism concept learning, and to investigate students’ attitude toward the science learning game and science learning. Research used quasi-experiment design. There were 25 students in the control group using the self-learning strategy, while 26 students in the experimental group using gaming strategy to learn the magnetism concept. Neither groups of student have any prior knowledge about magnetism concept. Research instruments included. science. learning game, achievement test, game learning questionnaire and science learning questionnaire. The research results indicate that both groups have the significant improvement on the achievement test, but have no difference between groups. According to the survey, experiment group student gave positive feedback to science game, and both group hold positive attitude toward the science learning.. Key words: gaming strategy, magnetism concept learning, science learning.. II.

(4) 謝誌首先要感謝口試委員，張瓊穗和劉遠楨老師以及我的指導老師，謝謝您們給予我論文的指導。漫長的碩一，光速的碩二，兩年的時間就這樣走完了，在研究所的路上最幸運的就是遇到邱貴發老師，謝謝老師在研究上給予很大的空間讓我探索學習，同時不斷的指導和鼓勵我，讓我對自己更有信心一些。而除了研究外，老師更在課堂和 meeting 時提了很多想法和人生觀念，都讓我有更多的進步和成長，謝謝老師，能成為您的學生真的是件很美好的事。接著要感謝 LAB 的大家，很慶幸自己能加入 GLRG。謝謝孫林學長在研究上給予的協助，大、小問題都能提供意見，讓研究之路得以順利許多；再來是子淵學長、永偉學長、彥如學長以及柔儀學姐，雖然相處的時間不長，但仍感謝你們在我碩一時給予的幫助和建議；謝謝同屆的好同學，阿花不停為 LAB 帶來歡笑、潘潘總是溫柔又溫暖、柚子常常幫我解決電腦的許多問題，好謝謝你們；當然更感謝國科會的好夥伴，宜蓁總是細心打理事情，認真的態度是我要努力看齊的，宇欣的不疾不徐總能平復我愛焦慮的情緒，謝謝有你們，在研究所這跌跌撞撞的兩年，能有你們陪伴真好！最後要感謝學弟妹幫忙打理口試的大、小事情，還來不及跟你們混熟就要畢業了有些可惜，但很開心 GLRG 有你們繼續撐著！當然更要感謝所有在 ICE 遇到的老師們、學長姐、學弟妹和同屆的同學，謝謝你們在研究的路上給我的協助和建議。最後謝謝我的爸媽、阿嬤，謝謝你們相信我做得到！然後特別是我的姊姊，在多少次我嚷嚷著想放棄時你對我說：「我畢得了業，你一定也可以！」，我一直都記得這句話，謝謝姊姊；還要謝謝一起從政大轉戰師大的朋友，小紅豆和阿倫，雖然各自在不同的研究領域努力，但你們讓我知道我並不孤單，只要走幾步路就能找到你們！最後最後要謝謝所有在過去兩年來給我支持和鼓勵的大家，我的好朋友、好老師，倩如、阿牟、冠臻、加佳、宜靜老師等等好多好多人，沒有你們我一定沒辦法堅持下去，謝謝你們不斷的鼓勵我、給我力量，讓我在低潮的時候能夠重新站起來。兩年來太多的感謝，真心的謝謝大家。外婆，我順利畢業囉，你看到了嗎？. III.

(5) 目錄附表目錄 ....................................................................................................................... V 附圖目錄 ................................................................................................................................. VI 第一章緒論 ........................................................................................................................... 1 第一節、研究背景 ................................................................................................... 1 第二節、研究目的與待答問題 ............................................................................... 2 第三節、名詞釋義 ................................................................................................... 3 第四節、研究限制 ................................................................................................... 4 第二章文獻探討 .................................................................................................................... 5 第一節第二節第三節第四節. 數位遊戲學習特性與效益 .......................................................................... 5 自然科學學習的困難 .................................................................................. 9 學科與遊戲的結合 .................................................................................... 11 結語 ............................................................................................................ 16. 第三章學習遊戲設計.......................................................................................................... 17 第四章研究方法 .................................................................................................................. 31 第一節、研究歷程 ................................................................................................. 31 第二節、研究參與者 ............................................................................................. 32 第三節、研究工具 ................................................................................................. 33 第四節、實驗流程 ................................................................................................. 39 第五節、資料處理與分析 ..................................................................................... 41 第五章結果與討論 .............................................................................................................. 43 第一節、磁力概念的學習成效 ............................................................................. 43 第二節、學生對學習遊戲的態度 ......................................................................... 46 第三節、學生對自然科學習的態度 ..................................................................... 48 第四節、討論 ......................................................................................................... 54 第六章結論與建議 .............................................................................................................. 59 第一節、結論 ......................................................................................................... 59 第二節、建議 ......................................................................................................... 60 參考資料 ...................................................................................................................... 61. 附錄一前測測驗卷 .................................................................................................................... 65 附錄二測驗試題專家審核表...................................................................................................... 70 附錄三控制組學習單 ................................................................................................................ 76 附錄四實驗組學習單 ................................................................................................................ 79 附錄五後測測驗卷 .................................................................................................................... 81 附錄六遊戲學習問卷 ................................................................................................................ 86 附錄七自然科學習問卷 ............................................................................................................. 88 IV.

(6) 附表目錄表 2-1：MAYO (2007)提出的五點遊戲學習的潛在特質 ............................................... 8 表 2-2 融合方法的整理歸納 ............................................................................................... 12 表 2-3 電腦學習遊戲特色 ................................................................................................... 14 表 2-4 教育遊戲設計特性 .................................................................................................... 14 表 3-1 遊戲關卡介紹表 ....................................................................................................... 26 表 3-2 美工圖片需求表 ....................................................................................................... 30 表 4-1 磁力單元試題認知歷程雙向細目表 ..................................................................... 33 表 4-2 學習內容與遊戲設計對應表 .................................................................................. 35 表 5-1 控制組與實驗組前測測驗分數描述性統計 ....................................................... 43 表 5-2 控制組與實驗組前測測驗分數獨立樣本 T 檢定 .............................................. 43 表 5-3 控制組與實驗組後測測驗分數描述性統計 ....................................................... 44 表 5-4 控制組與實驗組後測測驗分數獨立樣本 T 檢定 .............................................. 44 表 5-5 控制組與實驗組前後測驗分數相依樣本 T 檢定 .............................................. 45 表 5-6 遊戲滿意度 ................................................................................................................ 46 表 5-7 遊戲學習感受 ........................................................................................................... 47 表 5-8 控制組問卷填答結果：自然科學習的重要性 ................................................... 48 表 5-9 控制組問卷填答結果：自然科學習的興趣 ........................................................ 49 表 5-10 控制組問卷填答結果：自然科學的學習方法 ................................................. 50 表 5-11 控制組問卷填答結果：自我評量學習成效 ..................................................... 50 表 5-12 實驗組問卷填答結果：自然科學習的重要性 ................................................. 51 表 5-13 實驗組問卷填答結果：自然科學習的興趣 ...................................................... 52 表 5-14 實驗組問卷填答結果：自然科學的學習方法 ................................................. 52 表 5-15 實驗組問卷填答結果：自我評量學習成效 ..................................................... 53. V.

(7) 附圖目錄圖 2-1 圖示融合方法 .................................................................................................. 12 圖 3-1 遊戲選關畫面 ............................................................................................................ 20 圖 3-2 遊戲主角勇士之一 ................................................................................................... 21 圖 3-4 小鎮鎮長 .................................................................................................................... 21 圖 3-4 小鎮居民 .................................................................................................................... 22 圖 3-5 文具海盜 .................................................................................................................... 22 圖 3-6 搗蛋海盜 .................................................................................................................... 22 圖 3-7 磁魔王 ........................................................................................................................ 22 圖 3-8 遊戲流程圖 ................................................................................................................ 23 圖 3-9 遊戲登入畫面 ........................................................................................................... 23 圖 3-10 遊戲選關畫面 ......................................................................................................... 24 圖 3-11 遊戲關卡畫面 ......................................................................................................... 24 圖 3-12 獎勵關卡畫面 ......................................................................................................... 25 圖 3-13 磁鐵蒐集箱畫面 ..................................................................................................... 25 圖 3-14 重點整理畫面 ......................................................................................................... 26 圖 4-1：實驗流程圖.............................................................................................................. 40. VI.

(8) 第一章. 緒論. 第一節、研究背景 The Horizon Report (2011)針對數位學習領域的探討將遊戲學習列為兩、三年內的發展重點，其中提到自 2003 年 James Gee 提出遊戲學習對認知發展的影響後，數位遊戲學習逐漸受到關注，不少研究更開始探討遊戲學習的潛力。Annetta, Mangrum, Holmes, Collazo & Cheng(2009)在研究中提到，關於遊戲學習的研究近年不斷增加，同時也受學術外的其他各界關注，由此發展可見數位遊戲學習乃是目前的主要趨勢之一。從過去相關的研究進可以發現遊戲學習的一些優點，如遊戲關卡具挑戰性、遊戲能激發學習者好奇心等。Coller & Shernoff (2009)在研究中提到，學習者進入遊戲世界學習常是十分投入的，藉由跟隨學習遊戲的發展與引導，學習者回應遊戲世界的內容，就能夠自然而然的產生學習。學者指出若能在遊戲設計時有效的融合課程內容於遊戲之中，便可藉遊戲讓學習者思考新的知識概念，並使其被保留更久(Rodriguez, Cheng & Basu, 2007)。在台灣國民小學的教育中，自然與生活科技被列入七大學習領域之一，可見其重要性。97 年國民中小學九年一貫課程綱要中提到學習科學能開拓視野、了解自然的演變規則，並且透過科學技術的進步，善用自然科學的知識，提升解決問題的能力，此外尚提及學習科學可以「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。」 (97 年國民中小學九年一貫課程綱要頁一)。從以上國民小學課綱可知學習自然科學的必要與重要性。而在學習知識時，學生是不斷的在既有的知識上重新組合新、舊學習以建立新的知識(Jaakkola & Nurmi, 2008)，科學的學習亦同。Squire, Barnett, Grant & Higginbotham(2004)提到，科學的知識內容常是較抽象且複雜的，因此若學生在學習的過程中沒有經過引導與提示，此類複雜的科學知識概念較難從日常生活經驗中獲得。對於初次接觸某新科學知識的學生而言，學習抽象複雜的科學概念並不容易，即便學生能憑空想 1.

(9) 像抽象概念，但多半會產生與科學原理不同的理解，而這些想法通常來自過去的學習及生活經驗(McDermott & Shaffer, 1992)。林鼎富(民 91)於其研究中提到，回顧過去研究發現，僅少數專注探討磁鐵、磁極與磁力概念的相關研究，多數研究皆側重於電與磁交互作用的研究，又磁力概念為往後學習電磁概念的基礎，因此基於上述科學學習的重要與困難以及遊戲學習的特性，本研究使用數位遊戲學習的方式，藉其特性，結合國小自然與生活科技磁力學習單元，設計一針對磁力概念的教育遊戲，進一步探討遊戲學習對學生自然與生活科技科領域學習的影響，希望藉由本研究能幫助國小學生對此概念的學習，同時也提供國小自然科教師作為未來教學的參考。. 第二節、研究目的與待答問題一、研究目的本研究旨在比較使用自學策略與遊戲策略對國小三年級學生學習自然科領域之磁力概念學習成就的影響。二、待答問題 (一) 自學策略與遊戲策略對國小三年級學生在磁力概念學習成效上有何差異？ (二) 國小三年級學生對於遊戲策略所使用之學習遊戲：磁島大冒險之態度為何？ (三) 國小三年級學生對於自然科學學習的態度為何？. 2.

(10) 第三節、名詞釋義一、自學策略本研究中所提之自學策略，係指控制組學生所使用之學習策略。此自學策略於本研究設計中，乃使用康軒文教事業出版之國小三年級自然與生活科技領域電子教科書，供控制組學生於電腦上應用自學。其中電子教科書除包含課本之完整內容，同時另有互動式頁面動畫、學習影片、隨堂測驗、重點歸納與遊戲評量等功能可使用，而控制組學生便使用上述之電子教科書功能進行磁力單元之自學活動。二、遊戲策略遊戲策略之定義，係指使用本研究所設計之學習遊戲：磁島大冒險所進行的學習策略，其中遊戲策略為實驗組所使用，而此學習遊戲：磁島大冒險則專為自然與生活科技領域之磁力單元所設計。遊戲包含三大關卡，而大關卡之下又設有諸多小關卡；磁島大冒險遊戲包含遊戲闖關、獎勵關卡、學習影片、重點整理、挑戰魔王等活動，進而藉上述遊戲活動，將學科知識融入遊戲之中，作為遊戲學習的內容設計。. 3.

(11) 第四節、研究限制一、研究參與者的限制因研究之需，參與實驗研究之學生需對於本研究之學習內容，康軒出版社國小三年級上學期自然與生活科技，第二單元：磁力，無任何先備的學習經驗，故適合參與研究的對象需為三年級或三年級以下的學生，但考慮低年級(一、二年級)學生對於電腦的操作能力可能不足，故排除低年級學生作為本研究之參與對象。經上述原因考量，本研究參與者為台北市某國小三年級的學生，共兩個班級 51 人，而所有研究參與者皆符合未有任何關於磁力概念先備學習經驗的條件。二、實驗限制本研究所選定的學習單元，無論實驗組或控制組皆使用電腦設備進行實驗，故需與學校商借可供實驗之課堂與電腦教室使用時間，經多次與學校協調後，最後控制組與實驗組共分別有三堂課堂時間可進行實驗，而實驗時間則各自安排於同週不連續的三堂課集中完成(不跨週次進行)。本研究選定之學習內容，康軒出版社國小三年級上學期自然與生活科技，第二單元：磁力，據上述學校能配合之實驗時間與整體實驗設計的考量，共計各組須於三堂課的時間內完成此單元之所有學習，而此三堂課則不包含前測測驗與後測測驗時間。基於以上的限制，控制組與實驗組之實驗乃於連續的兩週分別進行，因各組實驗需於在一週三堂課內進行完畢，故另於實驗開始前一天的晨光時間進行前測測驗，而後測測驗則利用第三次實驗進行完畢後接續實施。三、研究工具限制在本研究中，控制組與實驗組所採用之研究工具不同，其中控制組使用康軒出版之自然與生活科技電子書自學，而實驗組則使用本研究設計之磁島大冒險學習遊戲進行學習；因上述使用之學習策略不同，又，為求能掌握控制組與實驗組之實驗進度，本研究特別設計不同的學習單以控制兩組之實驗進度，使其能在相同時間，三堂課內完成磁力單元內容的學習。. 4.

(12) 第二章文獻探討本章分三節，分別針對數位遊戲輔助學習的特性與效益、自然科學學習的困難及學科與遊戲的結合三方面進行文獻探討。. 第一節數位遊戲學習特性與效益一、遊戲學習的特性在人類的學習方式中，遊戲也是學習方式之一(Chang, Chao, Chen, Shin, & Wang, 2009)，小孩在玩遊戲的同時就是他們學習的時刻(Annetta et al., 2009)，因遊戲可以讓學習在其進行間自然的產生，且遊戲學習相較於其他學習方法更具吸引力，能讓學習活動可以持續進行(Chang et al. 2009)。在眾多教與學的方法中，遊戲學習在近年來備受關注(Horizon Report, 2011)，其原因不外乎其所具有的特性較其他學習方法更受學生歡迎、更讓學生願意學習，Hirashima, Takeuchi & Umetsu (2002)在其研究中提到，學習遊戲是提高學習動機的方法，遊戲學習具吸引力及提升學生學習動機的特性。遊戲世界中蘊含著能幫助學習的潛在元素，因遊戲相較於教科書和一般課堂的教學而言是有趣、華麗、豐富又具挑戰性的。遊戲和教科書、教學影片等最大的不同之處在於遊戲需要玩家回應遊戲中發生的所有事件(Coller & Shernoff, 2009)，而透過良好設計的遊戲，則能使學生進入特定的主題學習環境，藉遊戲故事情節引導發展，讓學習者沉浸於遊戲學習的環境中，除能引發學生對學習的動機外，也提升學生學習投入的程度 (Annetta et al., 2009; Coller & Shernoff, 2009 )。在遊戲的過程中就好像玩家與遊戲有個約定般，玩家決定接受遊戲世界裡的挑戰，並盡力完成至最後一個關卡結束(Rodriguez et al., 2007)，且遊戲通常具有故事內容，利用設計的遊戲故事串聯一系列的關卡挑戰(Coller & Shernoff, 2009)，持續吸引玩家，同時也讓遊戲進行的更聯貫且順暢。綜觀遊戲的特性，就是遊戲能提供吸引力，Prensky(2007)在其出版的 Digital Game-Based Learning 一書中提到遊戲能讓學習者投入的特性如下： 1. 遊戲具娛樂性(Games are a form of fun)：遊戲提供充滿娛樂的環境，讓學習者享受在遊戲世界中的愉快感受。 2. 遊戲具遊樂性(Games are a form of play)：遊戲具遊樂性的特質，讓學習者 5.

(13) 有強烈遊玩的熱情，遊戲動機高。 3. 遊戲具規則性(Games have rules)：清楚的規則給予遊戲完整的結構，同時讓學習者了解遊戲世界運作的方式。 4. 遊戲具目標性(Games have goals)：有目標的進行遊戲，提升學習者使用遊戲學習的動機。 5. 遊戲具人機互動性(Games are interactive)：在遊戲世界中只要有動作，電腦就會有相對應的反應，讓學習者獲得人機互動的感受。 6. 遊戲提供結果與回饋(Games have outcomes and feedback)：遊戲提供的各結果、結局，不僅可以了解遊戲進度，更可以透過良好設計的回饋，讓學習者獲得知識概念的學習。 7. 遊戲是適性化的(Games are adaptive)：遊戲的設計是彈性的，遊戲可依據學習者不同的能力程度，調整適當的難度。 8. 遊戲提供獲勝感(Games have win states)：在遊戲中獲勝，成功的經驗給予學習者滿足感。 9. 遊戲包含競爭與挑戰等活動(Games have conflict/ competition/ challenge/ opposition)：遊戲中的兢爭和挑戰，即是需解決的學習問題，因此學習概念與問題等則可以設計成不同的競爭挑戰，讓學習者於遊戲過程自然的接受並面對學習問題。 10. 遊戲培養問題解決能力(Games have problem solving)：透過練習解決遊戲中的問題挑戰，不僅能培養問題解決的能力，同時也能激發、提升創造與思考的能力。 11. 遊戲具社會互動性(Games have interaction)：遊戲讓學習者組成社群，於遊戲世界和現實中互動。 12. 遊戲具故事性(Games have representation and story)：遊戲中的故事，能引起學習者共鳴，給予不同的遊戲情緒。上述文獻與研究學者都提出遊戲學習的特色，Chang, Chao, & Peng (2009)更在其研究中提到，教師可藉由遊戲建立一個愉快的學習環境，透過遊戲環境讓學生獲得勝利與成就感，而遊戲中所具有的變化、挑戰和趣味性便成了學習過程的特徵，也是遊戲之所以能吸引學生的原因。由此可見教師或教學設計者只要善加運用遊戲的特性，就能提升學生對於學習的動機與興趣，利用遊戲做為輔助工具， 6.

(14) 直接或間接幫助教學與學習；遊戲學習的效益將在下一小節探討之。二、遊戲學習的效益過去與遊戲學習相關的研究都提出證明，在諸多不同的教學策略當中，遊戲教學或遊戲學習是能提升教與學效果的策略(Chang et al., 2009)。根據 The Horizon Report 2011 中所提，近年來關於遊戲學習的研究越來越多，這些研究結果提出其對各年齡層學生學習的益處，使遊戲學習逐漸受到各界的重視；而運用在教學上的遊戲也從傳統的個人、小組的桌上遊戲轉變成多人線上或互動式虛擬實境的遊戲。起初電腦遊戲輔助多半運用在軍事模擬、飛行模擬等領域，然而近年來逐漸開始將其運用到幼童至大學的自然科學領域的教與學，越來越多不同的領域都將其加以運用，如醫療訓練、培養與推廣健康知識及外語練習等，同時許多研究也指出教育遊戲可輔助學校課程的教學(Annetta et al., 2009; Brom, Preuss, & Klement, 2011)。近來遊戲的發展漸趨複雜，隨著科技技術的提升，遊戲不只依靠手眼協調反應，更需要學習者投入並規劃遊戲策略，藉此引導並發展其問題解決的能力(Coller & Shernoff, 2009)，而不同類型的遊戲也各有其可以幫助學習的地方，例如 Gee (2003)提到角色扮演遊戲可以幫助學習的特性，學生於遊戲中扮演科學家來學習科學概念，藉認同自身角色進而提升學習興趣，促進學習。Chang et al. (2009)也在研究中提到，學生透過重複玩遊戲，不但可以增進學生本身不同認知結構的能力(如邏輯推理、手眼協調能力)，同時也能透過反覆遊戲提升遊戲中的表現，獲得成功經驗的成就感。 Gee (2003)認為好的學習遊戲提供學習者一個兼顧娛樂和學習的學習環境，且過去研究也指出玩數位遊戲可輔助教師教學同時維持學習者的動機(Brom, Klement, & Preuss, 2011)。Fisch (2005)認為無論在正式或非正式的教育上，設計良好的電腦遊戲都可以是一有效的學習工具。使用在教學上的遊戲，只要經過教學者或教師適當的設計規劃及運用，便能使其成為具價值的學習媒介，因遊戲是可乘載概念知識並促進學科知識吸收的(郭宗斌，2010)。正因為好的學習遊戲可兼具學習與娛樂性，故可使用遊戲做為一輔助學習的工具來提升學生的學習動機，而動機是趨使學生學習的重要因素之一，因此可模仿並利用此一特性，製造同時維持學生的學習動機(Gee, 2003)。 Mayo (2007)在其研究中提出五個遊戲可幫助自然科學學習的潛在特質，詳 7.

(15) 見表 2-1。表 2-1：Mayo (2007)提出的五點遊戲學習的潛在特質遊戲學習的潛在特質. 內容說明. 伸手可得的遊戲學習. 遊戲可讓學習擴展到生活之中，就像是輔助教學的. (Massive reach). 良伴，只要能結合遊戲挑戰與學習知識，便能透過遊戲學習傳遞知識給學生，而不一定非得藉教師制式的課堂教學才能達到目的。. 自然科學的學習方法. 近年來有許多關於自然科學學習的方法，如體驗式. (Effective learning. 學習、探索式學習、合作學習、設定目標的學習、. paradigms). 即時回饋與個別化教學等方法，都證實可幫助學生的自然科學學習，而這些方法也可作為自然科學遊戲學習的設計指標，將其加以運用使遊戲成為更好的輔助學習工具。. 刺激腦部化學物質的分泌過去關於腦波研究指出，玩電腦遊戲時大腦所分泌 (Enhanced brain. 關於記憶的化學物質量會明顯增加，因此若能結合. chemistry). 學習與遊戲，相信可以提升學習記憶的效果。. 投入學習的時間. 遊戲對學生而言是有趣且具吸引力的，相較於學習. (Time on tasks). 來說學生更喜歡玩遊戲，且會花更多時間在遊戲上，故若將學習知識融入遊戲之中，就能自然的增加學生投入學習的時間。. 學習成就結果. 關於遊戲學習的學習成就結果，雖與其相關的實證. (Learning outcomes data). 研究數量不甚多，但這些研究結果最終仍肯定遊戲對學習的幫助，認為遊戲學習對學生確實有正面的影響。. 由於電腦科技的發達，電腦輔助教師教學和學生學習將是教育發展的必經之路，在此前提之下，使用電腦遊戲學習更是一可行且受學生歡迎的學習方式。如同上述 Mayo(2007)提出遊戲學習的潛在特質一樣，教師應有計畫設計教學活動，並藉必要教學輔助工具連結學習要素，刺激學生思考與提升其積極參與課堂活動的動機(賴慶三、王錦銘 2010)。許多教師也逐漸使用遊戲作為教學的一種方式， 8.

(16) 將教學遊戲化(gamification，遊戲化即是指在一般情境中加入遊戲的元素，例如規則、競爭、娛樂性等)，因教師相信遊戲學習的潛力與效益，認同遊戲中的競爭能趨使學生更專注、對學習更感興趣，也因此提升學習效益，幫助教與學 (EDUCAUSE, 2011)。而結合學科與遊戲的方法，將在本章第三節加以敘述。. 第二節自然科學學習的困難一、自然科學知識的學習根據林燕青和林靜雯(2010)分析 2004 到 2008 年科學教育研究與發展季刊之內容，可了解近來科學教育研究的主要趨勢乃以教室脈絡學習與概念學習為主，包含學生理解科學概念的方法、概念改變、學習動機、學習環境、師生互動、合作學習等方面，而多半研究對象皆以小學生為主，故可知近年來關於科學教育的研究，仍以國小生的科學學習方法為重點。在學習的過程中，不論何種知識的學習，都是由學習經驗不斷累積而來，新知識的形成總是不斷地在既有知識上建立新的概念，自然科學領域的學習亦是如此(Jaakkola,& Nurmi, 2008)。對於初次接觸科學知識的學生而言，學習抽象複雜的概念其實並不容易(McDermott, & Shaffer, 1992)，在未經指導與正式學習之前，學生對於自然科學抽象概念的理解，只能直覺地從日常生活中經驗想像並建立之。學生在接受教師教學前並非是完全空白的，其對於自然科學世界的事物已存有既有概念，然而無論其概念想法正確與否，這些先入為主的概念與想法，將影響學生未來新知識的學習(McDermott, & Shaffer, 1992；梁治平、余曉清，2006；王國華、周進洋、邱美虹、張俊彥、張惠博、郭重吉…譚克平，2009；呂慧紅，2010)。即便在正式學習前學生能憑空想像抽象概念、推論科學現象和形成解釋，往往卻常會產生與自然科學原理不同的理解，或是不甚正確或不完整的概念，而這些直覺的概念通常來自過去的生活常識或自身的經驗，此類直覺概念是較難改變且容易成為學習新觀念的阻礙，甚至影響新知識的學習(Jaakkola,& Nurmi, 2008; McDermott, & Shaffer, 1992; Janet, Charles, & Edward, 1984)；此外，學生在學習自然科學概念及理解科學的原理時，常會以記憶或背誦等學習方式為主，因而對自然科學的學習興趣不高，甚至因此造成在自然科學概念與原理理解上有學習困 9.

(17) 難的現象產生(呂慧紅，2010)。 Kempa (1991)在其研究中整理出學生在科學學習上可能會遇到的困難或問題，認為學生可能會因為以下原因而面臨學習困難，導致學生無法掌握科學概念： 1. 學生憑靠先備知識理解日常生活中所遇到的科學概念，但這些理解多半是不適當的，意即這些科學概念常是被學生誤解的。 2. 理解複雜的科學概念所需的能力，通常較學生一般所擁有的能力來的高，導致學生在理解科學概念時容易出現困難。 3. 科學領域中常有專有名詞、異於一般名詞的特殊譯意或教師於教學時使用較專業的語言，讓學生在接觸新科學概念時遇到部分問題。 4. 在科學教與學的過程中，教師所使用的教學法與學生所期望的學習法有落差，導致教與學無法適切配合，造成學生科學學習的困難。根據上述文獻整理可知現今的科學學習，學生常使用記憶背誦的方式而對科學概念不求甚解，因此產生更多科學學習上的困難。科學學習上常遇到的困難，多是因為科學知識本身是較抽象的，學生無法仰賴先備知識去理解科學概念，通常還需教師的指導或者經過其他的學習，才能獲得正確的知識，而自然科學領域中常出現的專有名詞，也提升了科學概念學習的困難。二、科學實驗的實際操作在自然科學學習的過程裡，實驗是學習重要的一環，學生在實驗過程中發現問題、提出實驗假說並設計實驗，經過一科學探究的歷程，幫助理解與驗證自然科學概念(吳心楷、吳百興、張耀云，2010)。雖說實驗對科學學習而言是重要的，但過去也有不少研究指出學生在科學探究活動中仍會遇到一些問題，如無法預測可能的實驗結果，導致無法提出合理的假說；在實驗階段學生因不熟悉實驗的變因，致使影響實驗結果等，都是學生於實驗過程中可能遇到的困難與問題(吳心楷等，2010)。除上述學生於自然科學實驗中可能遇到的問題外，教師在教學時同樣也會遇到部分問題。在自然與生活科技領域的教學中，教師常需要反複講解同一個單元內容，且不斷重複示範與操作實驗，若能有效的利用資訊科技輔助教學與實驗，不僅能提升教學效率，也能減少實驗材料的消耗(江信瑩、林皎汝、賴阿福，2005)。使用電腦或資訊科技輔助教學實際上是有許多好處的，例如透過電腦模擬，可讓 10.

(18) 學生很清楚的在任何時刻重複學習，不受時間與空間的限制，為學生營造良好的學習環境；又例如藉由科學遊戲活動做為教與學的媒介，設計活動讓科學概念於其中發展，而學生也能從中認識、熟悉科學知識與技能，讓學生自遊戲活動的參與獲得學習的成就與樂趣(賴慶三、王錦銘 2010)；又或者有些較危險、不易掌控的實驗，或受時空限制的月相、星相觀察紀錄等(江信瑩等，2005)，只要搭配科技輔助，如利用電腦模擬等方式，自然能提升教師教學的效率，同時也能降低學生學習的限制。在自然科學教學的過程中，教師若能利用學生既有的知識概念，加以說明或導正其不正確的觀念，扮演引導和連結新舊知識的角色，給予學生適當的學習情境，將有助於自然科學活動的進行(賴慶三、王錦銘 2010)，藉此也能減少學生在進行實驗時所可能遇到的問題。. 第三節學科與遊戲的結合一、融合方法 Hirashima et al.在 2002 的研究中提出設計電腦學習遊戲的融合方法(Fusion Method)。研究指出融合方法是一種設計學習遊戲的方法，目的是將學習活動融入遊戲的設計中，而遊戲中技巧的學習即視為學習活動。在融合方法中，學習活動和遊戲活動是融合在一起的，因此循融合方法所設計出來的學習遊戲，其學習與遊戲並不會是各自獨立分開的。融合方法的最大特色，就是遊戲中所需的技巧即根據知識概念和思考活動設計而成的，因此玩遊戲即是學習活動的進行(Hirashima, Takeuchi & Umetsu, 2003a)。根據本章第一節所提遊戲具有競爭的特性，Hirashima et al.(2002)亦在研究中指出，遊戲設計可讓玩家與自己競爭，意即玩家在遊戲中接受各種挑戰，與自己競爭比賽已完成遊戲中各種挑戰的要求。融合方法所設計之學習遊戲的特色，便是使學習者在遊戲中不斷的與其所需具備的技巧對抗，換句話說，學習者須不斷的在遊戲中學習新技巧，而這些新技巧及是根據學習活動所設計的各種遊戲挑戰，因此學習者在遊戲的過程中便不斷的學習與思考新的知識與概念。圖 2-1 為 Hirashima et al.(2002)提出的融合方法圖示。 11.

(19) 圖 2-1 圖示融合方法以下整理 Hirashima et al.(2002)於研究中所提出的融合方法，詳見下表 2-2。表 2-2 融合方法的整理歸納融合方法. 詳細內容. 融合方法的兩大步驟. 在融合方法中，首先會先將學習單元與遊戲的基本規則分別整理並列入不同的方格中，接著第二步再將兩部分不同的方格結合，使遊戲中所需的技巧和學習概念能相互融合，達到遊戲中技巧的學習即是進行學習活動的目的。. 構成學習遊戲的遊戲競賽. 學習者不斷的與遊戲中的知識概念和思考. 主軸. 活動設計競賽，藉反覆的挑戰遊戲(指遊戲中的學習活動)，獲得學習。使學習者具決策為使學習者能具備決策能力，需有以下三能力. 要素，(1)待抉擇的複雜問題；(2)決策後相對應的結果(即遊戲中的回饋)；(3)給予各決策適當的解釋(供學習者參考選擇用)。. 結合遊戲規則與統合遊戲與學習遊戲中所設計的挑戰需與學習概念一致。學習單元. 概念. 在設計學習遊戲時需考慮到遊戲的挑戰活動與學習活動有相同目的，意即遊戲的目. 12.

(20) 標與學習目標能透過遊戲的設計達到一致。結合遊戲中的學學習與複雜問題將學習者尚未習得的知識概念設計成遊戲習與決策. 的結合. 中的問題，讓學生接受決策的挑戰，此即學習活動的設計。. 學習與決策結果設計遊戲回饋，無論結果的好壞，都讓學 (遊戲回饋)的結. 生了解決策後伴隨而來的結果。在決策. 合. 前，遊戲需提供各選項合理的解釋，故在決策後獲得回饋時，學習者便能了解當初的選擇正確與否，進而從中獲得知識概念的學習。. 學習與各決策選在遊戲過程中學習者面臨決策的挑戰，而項解釋的結合. 在對新知識概念不熟悉的情況下，學習者根據遊戲所提供的資訊判斷並做選擇。遊戲中所提供的資訊符合學習活動的內容，讓學習者再經決策後能獲得新知識概念的學習。. 融合方法是一種設計學習遊戲的方式，根據上述資料整理，可知學習活動、知識概念與遊戲結合的方法，只要將學習活動融入遊戲之中，學生便能經由設計過的科學遊戲中所獲得的經驗，學生可以直覺的、自然而然的體驗遊戲中的學習活動，加以認同其學習知識後吸收應用，獲得新的學習(Squire et al., 2004)。二、學習遊戲的設計始自嬰幼兒時期我們就是不斷的透過遊戲進行學習，Hirashima et al.(2002) 在研究中也提到遊戲、遊玩是一種近似學習的活動。然而，在當前升學壓力的影響下，教師為讓學生準備參加各種考試，便不再使用遊戲作為學習的催化劑，忽略遊戲也是學習與教學策略的一種方式，直到近年來因科技普及之故，利用遊戲輔助教學才又成為大家關注的重點 (Annetta et al., 2009)。 Mayer & Johnson (2010)在研究中說明了何謂電腦學習遊戲，提出電腦學習遊戲應該有的四個重點特色，詳見表 2-3。 13.

(21) 表 2-3 電腦學習遊戲特色電腦學習遊戲特色. 內容說明. 遊戲有完善的規則. 遊戲有清楚說明規則，且遊戲中發生的事件都根據學習概念來呈現，讓學習者可以透過遊戲理解其所進行的活動及所涵蓋的知識概念。. 遊戲有明確的回應. 讓學習者在遊戲過程中能有主控權而非被動的學習，且於遊戲中提供明確的回應、回饋，讓學習者清楚了解在遊戲的各種動作都有其相對應的結果。. 遊戲具有挑戰性. 遊戲提供適當的挑戰予學習者，讓學習者有機會成功的克服較困難的任務，提升遊戲學習中的自我效能。. 遊戲是循序漸進的. 遊戲內容時是循序漸進的，無論是目標設定、關卡難度或任務挑戰皆是，讓學習者能漸進式的完成遊戲，不會一下子接觸太難的挑戰或者沒有目標的進行遊戲。. 設計符合學生程度的遊戲難度是重要的，此不僅能提升遊戲的挑戰性，也能讓遊戲更有趣(Rodriguez et al., 2009)，上表所提的遊戲的挑戰性及循序漸進的難度，就在說明遊戲學習內容的設計，若其設計能稍微超過學生的原有認知，那麼此學習遊戲既具有挑戰性，也同時能讓學生獲得學習(Annetta et al., 2009)。另外，Cheng et al. (2009)也在其研究中提出了六個教育遊戲設計的主要特性，見表 2-4 內容。表 2-4 教育遊戲設計特性遊戲特性. 說明. 遊戲中的不確定性. 遊戲中的不確定性又可分為內在和外在，內在的不確定性指的是對於遊戲規則的了解，如遊戲是否清楚告知學習者，而外在的不確定性指的則是遊戲中的突發事件；教育遊戲的設計即要平衡上述兩種不確定性的程度，讓學習者在玩的過程中略充滿不確定性，因此對遊戲產生期待並激發其探索之。. 遊戲朔造公平的環境. 所有學習者於遊戲中所擁有的條件都相等，讓每 14.

(22) 個人相信自己也有獲勝的機會。遊戲提供競爭與合作的機會. 藉遊戲設計提供學習者間相互競爭與合作的機會，以提升學習者於遊戲中的表現。. 遊戲提供不同難度的挑戰. 學習者經不斷的反思和覺察遊戲的挑戰而獲得進步，因此遊戲應設計不同難度的挑戰以觸發其反思進步。. 具彈性的遊戲設計. 遊戲設計具彈性，讓學習者可多嘗試不同的方法，如遊戲給予學習者多面向的資訊參考，供其於遊戲中做決策時使用。. 遊戲中不同程度的互動. 遊戲提供即時或回合制的互動回饋，降低學習者於遊戲中所可能遇到的困惑和挫敗感。. 除了上述所提設計學習遊戲時應注意的要點外，遊戲的趣味性也是學習遊戲中不可缺少的。有些遊戲只利用電腦虛擬的複製了課本內容而缺乏遊戲的元素，就可能讓學習遊戲沒有那麼有趣，也難讓學生投入於其中(Rodriguez et al., 2009)，因此，我們可知遊戲的趣味性和學習其實是一體兩面的存在：趣味性極高的遊戲，學習者易被遊戲趣味吸引而忽略學習；學習程度極高的遊戲，則易缺乏趣味性而導致對其不感興趣，因此在設計教育遊戲定要注意如何設計一能同時吸引學習者又能使其獲得學習的教育遊戲(Cheng et al. 2009)。 Gee(2003)認為設計良好的電腦學習遊戲可以：(1)提供即時且必要的資訊，例如規則、協助或學習概念提示等；(2)提供適當程度的挑戰，讓學生即使在遊戲中遇到挫折，也不會感到過度沮喪；(3)提供循序漸進的問題用以引導學習，透過安排適當順序的問題幫助學生獲得新知識概念的學習；(4)提供反覆且類似的問題挑戰，幫助學生累積學習經驗。Fisch (2005)也在其研究中提到將教學內容融入電腦遊戲中的三個重點：(1)使用適合的媒體呈現教學主題與內容； (2)把教學內容設計成遊戲的核心；(3)設計回饋與提示以幫助學生完成遊戲中的挑戰。綜合上述文獻所提之電腦學習遊戲特色與教育遊戲設計特性，可見學習遊戲的設計除強調趣味性、學習內容與遊戲的結合外，也不能忽略遊戲學習時所應提供的輔助，無論是設計於遊戲內的遊戲回饋或者類似學習單的輔助提示，都是能幫助學生完成學習遊戲與掌握學習重點的要素。此外，學習遊戲重視規則的陳述 15.

(23) 及遊戲環境的塑造，有完善的規則說明使學習者能了解遊戲的運作方式，同時有所依循的方向；遊戲整體的塑造則強調循序漸進的遊戲順序與公平競爭的遊戲環境，同時遊戲也需提供適當難度的挑戰並給於明確的回饋，這些都是教育遊戲設計的重點，而本研究也將參考這些原則來設計教育遊戲。. 第四節結語根據上述的文獻探討可知，學習動機與興趣是影響自然科學習的重要因素之一，當學生對學習產生興趣時，其學習動機相對強烈，甚至專心投入學習。因此，藉由易被學生接納的學習方式(如遊戲學習)，學習便可以變成一種樂趣；反之若學生對學習內容不感興趣，學習動機便會低落，甚至排斥學習(呂慧紅，2010)。透過遊戲的方式進行學習，只要遊戲經過教學者良好的設計，將學習內容融入遊戲之中，遊戲確實有幫助學習的作用，學校課程可藉由使用電腦遊戲輔助而獲得更好的教學成效。但實際整合電腦遊戲於課程系統中，卻存在一定的難度 (Brom et al., 2011)，近年來研究人員與教育遊戲設計者都在努力嘗試如何將遊戲與課程做結合，然其實際上從複雜的介面與規則設計到缺乏可使用的工具等，都是在設計教育遊戲時會遇到的問題，故 Brom et al.的研究便提出建議，在設計學習遊戲時使用小遊戲(micro-game)來設計，既簡單且不必擔心學校電腦設備無法負荷的問題。在科學學習的領域中，磁力科學概念是國小學生最喜歡的學習單元之一 (Barrow, 2000)，而關於磁力概念的教學，在國中小階段多是以觀察的方式引導學習，從磁鐵吸引鐵製品的性質開始，再逐漸加入磁極、磁力大小與磁力作用等觀念。故本研究考慮實驗參與者年紀與學生學習興趣，選取自然與生活科技領域中的磁力單元作為本研究遊戲學習的內容，設計一小型的學習遊戲，讓學生透過玩磁島大冒險遊戲來學習磁力單元的知識概念。. 16.

(24) 第三章學習遊戲設計本學習遊戲：磁島大冒險，參考 Bergeron(2006)為設計教育遊戲(Developing serious games)而發展的設計架構設計而成。以下將分以需求規格、技術架構、遊戲設計、素材取得與開發等面向詳述磁島大冒險遊戲之設計。一、需求規格(Requirements specification) (一) 遊戲設計目的 (Purposes of game) 為提升學生學習動機及增加學生對磁力概念的主動學習，將康軒出版社三年級上學習的磁力單元，轉換並設計一動作遊戲的方式呈現之，藉遊戲使學生在玩遊戲的過程進行探索並習得新的知識。遊戲設計讓學生可獨自進行，不需教師額外教學任何磁力概念，利用關卡挑戰、獎勵關卡、影片觀賞、重點整理與磁魔王的考驗等遊戲活動傳遞磁力概念。 (二) 遊戲使用限制 (Scope) 磁島大冒險遊戲僅限基礎磁力概念的學習，適用於國小中年級學生。 (三) 遊戲目標 (Goals) 藉由轉換課本教材內容至電腦遊戲中，利用故事包裝教材內容，期學生能在玩遊戲的過程自行探索發現，歸納出磁力的概念(如磁鐵間有同極相吸、異極相斥的性質等)，同時透過觀賞影片及閱讀重點整理，進一步了解並掌握新知識概念，讓學生於遊戲後能獲得磁力單元內容的相關知識學習。 (四) 遊戲背景設定 (Background) 磁島大冒險的背景設定是由磁鐵海盜的掠奪開始，學生在遊戲中扮演英勇的勇士出海找尋磁鐵海盜，與之挑戰並奪回被磁鐵海盜偷走的鐵製品。在各關卡的挑戰中，學生需不斷的觀察發現並找出成功過關的方法，藉此讓學生自行獲得新的知識學習。 (五) 遊戲設定對象 (Player profiles) 國小三年級學生，先備條件為學生對磁力單元無任何學習經驗。 (六) 遊戲環境 (Use environment) 1. 遊戲環境：2D 2. 遊戲視角：第三人稱 3. 遊戲人數：單人 17.

(25) 4. 遊戲模式：單機 5. 遊戲操控：滑鼠及鍵盤 (七) 遊戲有趣元素來源 (Source of entertainment content) 參考超級瑪莉動作遊戲設計之，並加入背景故事包裝遊戲，使遊戲具挑戰及趣味性。 (八) 學習內容來源 (Source of serious content) 康軒出版社，國小三年級上學期自然與生活科技，第二單元：磁力。 (九) 教學目標 (KSA requirements) 1. 認知： (1) 了解磁鐵能吸引鐵製品。 (2) 了解磁極有 N.S 兩極。 (3) 了解磁極有同極相斥、異極相吸的性質。 (4) 了解磁鐵若附加鐵片則其吸力增強。 (5) 了解比較磁鐵磁力大小的方法。 (6) 能指出生活中運用磁鐵的例子。 2. 情意： (1) 能投入於遊戲學習環境中。 (2) 能專注於遊戲並學習新知識。 3. 技能： (1) 會能利用磁鐵特性製作一種磁鐵玩具。 (十) 遊戲特性 (Game features) 1. 遊戲設計連結學習內容，整合學習概念。 2. 遊戲故事有趣，引發學習動機。 3. 遊戲操作簡單、容易上手。 4. 遊戲關卡具挑戰性，具重玩性。 5. 遊戲獎勵機制給予增強，提升過關成就感。二、技術架構 (Technical architecture) (一) 遊戲開發流程 1. 遊戲設計文件撰寫：兩週 2. 遊戲美工圖案繪製：一個月(與遊戲程式撰寫併行) 18.

(26) 3. 遊戲程式撰寫：一個月(與遊戲美工圖案繪製併行) 4. 遊戲測試及修改：兩週 (二) 遊戲平台：PC (三) 系統需求：系統需求：Windows Xp 以上 (四) 遊戲程式開發工具：Unity (五) 遊戲發佈形式：單機遊戲安裝至各使用電腦中。 (六) 遊戲存檔紀錄：可隨時儲存遊戲進度，遊戲系統亦會自動儲存關卡進度。三、遊戲設計 (Game design) (一) 遊戲內容遊戲設計將康軒國小三年級自然與生活科技第二單元：磁力之學習概念，融入磁島大冒險遊戲之中，讓學生在挑戰遊戲關卡的過程可以發現探索，同時輔以康軒電子書中的學習影片助其了解與學習，最終達到遊戲學習的目標，讓學生可以歸納並理解磁力的概念，甚至加以應用之。 (二) 遊戲特色 1. 遊戲類型：動作遊戲 (1) 以短片動畫型式呈現背景故事，引發動機使學生易融入遊戲故事之中。 (2) 遊戲關卡設計具挑戰性，讓學生能投入其中。 (3) 遊戲故事背景單純，不會分散學習注意力。 (4) 遊戲配樂輕快，營造輕鬆遊戲學習氣氛。 (5) 遊戲控制操作簡單，容易上手。 (6) 遊戲稍有難度，讓學生能反覆挑戰，具重玩性。 (7) 遊戲規則條列清楚，不需額外說明。 (8) 遊戲設有獎勵關卡，增強關卡挑戰成功的回饋。 (9) 遊戲設置接續關卡功能，可視進度任意跳選關卡。 (10) 遊戲設有無敵模式，可視學習者需求，給予適當的幫助。 2. 遊戲美工風格：以亮色系呈現各關卡地圖，進入關卡三，萬磁島時則會改變為暗色系，配合氣氛將呈現較緊張恐怖的感覺。. 19.

(27) 圖 3-1 遊戲選關畫面 3. 遊戲使用之教學法：遊戲參考 Kolb(1984)提出的體驗式學習架構(Experiential learning model)，將其四個步驟融入遊戲學習之中。學生在遊戲時不斷重複經歷此學習循環，以挑戰關卡魔王為例：學生在挑戰關卡魔王時，實際體驗磁鐵相靠近時可能產生的情形(Concrete experience)，經由觀察磁鐵間發生推擠或排斥的作用力，思考磁鐵兩極相互作用的關係 (reflective observation)，推論並形成抽象的概念(abstract conceptualization)，之後反覆驗證(active experimentation)，獲得磁鐵間存在同極相斥、異極相吸性質的概念。 (三) 遊戲背景故事與主線故事 1. 遊戲背景故事故事發生在木柵小鎮，在某個寧靜的夜晚過後，鎮上所有鐵製品通通都不見了，不僅如此，就連鎮上的鎮鎮之寶─鐵鷹雕像也消失了！小鎮的鎮民們陸續到了鎮上的空地聚集，大家熱烈的討論想知道究竟發生了什麼事，東西到底是誰偷的？！由於遭竊的物品僅限於鐵製品，因此大家不禁想起了傳說中的磁鐵海盜，懷疑他們可能就是偷走鐵製品的傢伙，木柵小鎮的鎮長也在這時重提關於磁鐵海盜的傳說：據說在茫茫的大海中有三座磁島，島上住著身上具有磁力的磁鐵海盜，他們總是乘著海盜船四處搶奪、偷取人們的 20.

(28) 鐵製品作為寶藏鐵製品作為寶藏。小鎮鎮民們不敢相信這個傳說是真的，，大海中真的有磁島的存在，但除了這個原因又想不出其他的可能但除了這個原因又想不出其他的可能，於是鎮長決定號招於是鎮長決定號招勇士出海尋找磁島一探究竟希望勇士們可以找到磁鐵海盜並把被偷走勇士出海尋找磁島一探究竟，希望勇士們可以找到磁鐵海盜並把被偷走的鐵製品給討回來的鐵製品給討回來！ 2. 遊戲主線故事學生在遊戲中擔任英勇的勇士學生在遊戲中擔任英勇的勇士，代表木柵小鎮出海，，在大海上尋找傳說中的磁島，，打敗磁鐵海盜並把屬於他們的東西找回來打敗磁鐵海盜並把屬於他們的東西找回來。遊戲故事共分兩段遊戲故事共分兩段：第一段是鐵物爭奪戰，學習者首先抵達文具磁學習者首先抵達文具磁島，島上住著專門偷鐵製文具的磁鐵海盜島上住著專門偷鐵製文具的磁鐵海盜，接著抵達雜物磁島接著抵達雜物磁島，島上充滿各式各樣的鐵製品學習者必需想辦法完成這兩個島嶼的挑戰，並試滿各式各樣的鐵製品，學習者必需想辦法完成這兩個島嶼的挑戰著打倒各磁島上的磁鐵海盜以奪回鐵製品在打敗強兩座島嶼上的磁鐵著打倒各磁島上的磁鐵海盜以奪回鐵製品；在打敗強兩座島嶼上的磁鐵海盜後，故事隨著關卡的進度邁入第二段故事隨著關卡的進度邁入第二段：磁魔王的考驗磁魔王的考驗，學習者必需回答磁魔王的各種問題回答磁魔王的各種問題，如果都能正確答對就能擊敗他，，並搶回鎮鎮之寶的雕像，把屬於他們的鐵製物品帶回木柵小鎮上把屬於他們的鐵製物品帶回木柵小鎮上。 (四) 遊戲角色 1. 小鎮勇士：遊戲中勇士有男女之分遊戲中勇士有男女之分，讓學生可選擇符合其性別的勇士進讓學生可選擇符合其性別的勇士進行遊戲挑戰。. 圖 3-2 遊戲主角勇士之一. 圖 3-3 遊戲主角勇士之二. 2. 小鎮鎮長：遊戲中代表木柵小鎮的鎮長遊戲中代表木柵小鎮的鎮長。. 圖 3-4 小鎮鎮長 21.

(29) 3. 小鎮居民：遊戲中小鎮中的其他居民遊戲中小鎮中的其他居民。. 圖 3-4 小鎮居民 4. 磁鐵海盜之一：鎮守文具磁島的文具海盜鎮守文具磁島的文具海盜，為關卡一的魔王。。. 圖 3-5 文具海盜 5. 磁鐵海盜之二：：鎮守雜物磁島的搗蛋海盜，為關卡二的魔王為關卡二的魔王。. 圖 3-6 搗蛋海盜 6. 磁鐵海盜之三：：萬磁島的磁魔王，為最終關卡的魔王。. 圖 3-7 磁魔王. 22.

(30) (五) 遊戲流程遊戲故事開頭影片選取人物性別遊戲闖關. 遊戲主畫面輸入人物名稱. 獎勵關卡關卡一：文具磁島學習影片關卡二：雜物磁島重點整理挑戰魔王. 關卡三：萬磁島. 遊戲故事結尾影片. 遊戲闖關學習影片挑戰魔王. 圖 3-8 遊戲流程圖. (六) 遊戲界面介紹 1. 遊戲登入畫面開啟新遊戲後可在登入畫面選擇遊戲人物的性別，並輸入人物名稱。. 圖 3-9 遊戲登入畫面. 23.

(31) 2. 遊戲選關畫面關卡是有順序性的進行，依序是文具磁島、雜物磁島及萬磁島，完成一個島嶼的挑戰後才能前進至下一個島嶼。點選進入各島嶼後，可再選擇各島嶼中的小關卡，例如關卡 1-1、獎勵關卡，或者重點整理等。. 圖 3-10 遊戲選關畫面 3. 遊戲關卡畫面遊戲關卡畫面左上角顯示該關卡中需蒐集的鐵製品數量，各種鐵製物品皆需集滿三個才能過關。遊戲畫面右上角則顯示生命值與背包，生命值預設為六個；於遊戲中點選背包則能查看已蒐集物品及點選離開遊戲選項。遊戲畫面上方正中間則顯示目前關卡進度。. 圖 3-11 遊戲關卡畫面 24.

(32) 4. 獎勵關卡畫面獎勵關卡以圖片選擇題方式呈現，使用滑鼠點選答案。. 圖 3-12 獎勵關卡畫面. 5. 磁鐵蒐集箱畫面. 圖 3-13 磁鐵蒐集箱畫面. 25.

(33) 6. 重點整理畫面. 圖 3-14 重點整理畫面 (七) 遊戲控制 1. 關卡選擇：使用滑鼠點選 2. 人物左右移動：左右方向鍵(← →) 3. 人物跳躍：空白鍵 4. 翻轉人物手中磁鐵：空白鍵 (八) 遊戲音效與配樂遊戲中使用之音效與配樂取自 FLASHKIT 網站，以下附上網站網址。 http://www.flashkit.com/ (九) 遊戲關卡介紹下面以表格方式整理，呈現磁島大冒險遊戲中各大關卡(遊戲中的島嶼) 與其小關卡所含之詳細遊戲內容。表 3-1 遊戲關卡介紹表遊戲關卡關卡一. 關卡詳細內容. 關卡關卡 1-1 出現的鐵製品有鐵尺、迴紋針和長尾夾；非. 文具磁島 1-1. 鐵製品則有膠帶、橡皮擦及立可白。學生需在於關卡中蒐集完所有鐵製品，同時避開非鐵製物品方能過關。. 獎勵問題：磁鐵能吸什麼？！ (6 選 3) 關卡給學生關卡 1-1 出現的六個物品：鐵尺、迴紋針、長 1-1 26.

(34) 尾夾、膠帶、橡皮擦和立可白，讓學生點選哪些是能被磁鐵吸引的物品。答對即可獲得馬蹄形磁鐵蒐集。學習播放學習影片：磁鐵能吸什麼？影片藉此學習影片加強學生對磁鐵能吸引何種物品的概 1-1. 念，強調磁鐵只能吸引鐵製品，而無法吸住使用其他材質所製成的物品。. 重點磁鐵能吸引鐵製品。整理 1-1 關卡關卡 1-2 出現的鐵製品有剪刀、釘書機與刀片；非鐵 1-2. 製品的怪物有鉛筆、立可帶和膠水。學生需在於關卡中蒐集完所有鐵製品，同時避開非鐵製物品方能過關。. 獎勵問題：比較磁鐵磁力大小(3 選 1) 關卡給三個外形相同的磁鐵(圓形磁鐵)，A 磁鐵吸三個迴 1-2. 紋針，B 磁鐵五個迴紋針，C 磁鐵吸八個迴紋針，讓學生根據上列三個圖片，選出磁力最大的磁鐵。答對即可獲得圓形磁鐵蒐集。. 學習播放學習影片：比較磁力大小。影片延伸自獎勵關卡 1-2，藉影片讓學生了解如何比較磁力 1-2. 的大小。. 重點我們可以依靠磁鐵所能吸引的迴紋針數量來判斷，能整理吸越多迴紋針的磁鐵表示它的磁力越大。 1-2 關卡挑戰文具海盜：文具海盜是正面為 S 極(藍色)、反面 1-3. 為 N 極(紅色)的磁鐵人，學生需用勇士手中的磁鐵來對抗磁鐵海盜，藉推斥文具海盜的遊戲過程，發現磁鐵同極相斥、異極相吸的性質。. 學習播放學習影片：磁鐵作用。影片除了磁鐵能吸引鐵製品的性質外，學習影片介紹磁鐵. 27.

(35) 1-3. 與磁鐵間的作用力。. 重點相同的磁極互相靠近，兩磁鐵會相互排斥；不同磁極整理相互靠近，兩磁鐵會相互吸引。 1-3 關卡二. 關卡關卡 2-1 出現的鐵製品有鐵絲、螺絲和鐵釘；非鐵製. 雜物磁島 2-1. 品的怪物則有電線、寶特瓶、硬幣。學生需在於關卡中蒐集完所有鐵製品，同時避開非鐵製物品方能過關。. 獎勵問題：比較磁鐵磁力大小 (3 選 1) 關卡給三個大小、形狀不一的磁鐵，最大的圓形磁鐵吸四 2-1. 個迴紋針，中型的方形磁鐵吸六個迴紋針，最小的馬蹄形磁鐵吸四個迴紋針，讓學生比較磁鐵磁力大小，從中選擇磁力最大的磁鐵。答對即可獲得方形磁鐵蒐集。. 學習播放學習影片：磁力的大小。影片此段學習影片強調不同形狀及大小的磁鐵磁力大小的 2-1. 差異，並非大的磁鐵磁力就較大，磁力大小的方法可用吸引迴紋針數多寡的方式來判斷。. 重點磁極是磁鐵磁力最大的地方。整理磁鐵的大小和它的形狀與磁鐵本身磁力大小不一定相 2-1. 關。. 關卡關卡 2-2 出現的鐵製品有鐵夾、鐵罐與鐵鍊；非鐵製 2-2. 品的怪物有玻璃杯、鑰匙和 CD。學生需在於關卡中蒐集完所有鐵製品，同時避開非鐵製物品方能過關。. 獎勵問題：比較磁鐵磁力吸力大小 (2 選 1) 關卡給兩個完全一樣的方型磁鐵圖，未附加任何東西的磁 2-2. 鐵可吸 6 個迴紋針，附加鐵片的磁鐵可吸 10 個迴紋針，讓學生選擇吸力大的磁鐵。答對即可獲得附加方型鐵片的磁鐵蒐集。 28.

(36) 學習播放學習影片：增加磁鐵吸力。影片釐清獎勵關卡 2-2 的概念，未附加鐵片的磁鐵磁力較 2-2. 分散，而附加鐵片的磁鐵會使磁力集中，吸力變強。. 重點附加鐵片的磁鐵，吸力較大。整理 2-2 關卡挑戰搗蛋海盜：搗蛋海盜是右邊為 S 極(藍色)、左邊 2-3. 為 N 極(紅色)的磁鐵人，學生需用勇士手中的磁鐵來對抗磁鐵海盜，藉推斥搗蛋海盜的遊戲過程，強化磁鐵具有同極相斥、異極相吸性質的概念。. 學習播放學習影片：磁鐵的性質。影片強化關卡 2-3 的概念，影片中介紹磁鐵間的作用力及 2-3. 其性質，相同磁極靠近會推斥，反之則吸引。. 重點磁鐵具有同極相斥，異極相吸的特性。整理 2-3 關卡三. 關卡關卡 3-1 中出現關卡 1-1、1-2、2-1 與 2-2 的所有鐵製. 萬磁島. 3-1. 品與非鐵製品。學生需在於關卡中蒐集完所有鐵製品，同時避開非鐵製物品方能過關。. 學習播放學習影片：磁力玩具。影片影片中運用已學習的磁鐵與磁力的概念，設計磁力玩 3-1. 具，讓學生了解磁力的應用。. 關卡回答磁魔王所出的問題，通過最終魔王的考驗，奪回 3-2. 鎮鎮之寶─鐵鷹雕像。. 四、素材取得與開發 (Asset acquisition and development) 遊戲中使用之圖片素材，係請網路科技公司視覺設計師繪製，包含遊戲關卡背景、遊戲角色以及所有遊戲畫面。下表 3-2 整理詳列美工圖片需求說明。. 29.

(37) 表 3-2 美工圖片需求表圖片名稱. 詳細圖片需求. 遊戲主角類似動作遊戲超級瑪莉歐主角的外型，手持長條型磁鐵，且背後背包於主角背上！遊戲主角需各畫一男一女之造型，且另繪製正面、左側與右側圖；手與腳的圖片也另繪之。文具海盜身體長的像鉛筆，正面為藍色，背面為紅色。需正面、左側、右側三張圖，手臂另繪。搗蛋海盜調皮搗蛋的模樣，左半邊為藍色，右半邊為紅色。需正面、背面兩張圖，手臂另繪。磁魔王. 邪惡難纏的模樣，角色配色以藍、紅色為主。. 航海圖. 以大海為背景，海上有文具磁島、雜物磁島及萬磁島此三座島嶼。. 冒險船. 為遊戲主角所搭乘之航海工具，屆時將於航海圖上航行。. 鎮長爺爺見聞廣博的模樣，和藹可親的老爺爺。小鎮居民居住在鎮上的居民，群聚討論事情的模樣。小鎮街道分別繪製白天及夜晚的小鎮街道與房屋圖。與房屋圖小鎮空地鎮上居民聚集的地方，繪製一有圍牆的空地。鐵鷹雕像鐵製的外觀，老鷹威風凜凜的樣子，是小鎮的鎮鎮之寶。. 30.

(38) 第四章研究方法本研究採準實驗設計，探討國小三年級學生對使用磁島大冒險遊戲學習磁力概念的學習成效。研究根據康軒版本，三年級上學期自然與生活科技領域，第二單元：磁力單元，自康軒 99 學年度上學期電腦命題系統光碟選編前後測驗，作為學生成就測驗試題；本研究另自編兩份問卷，一為科學學習問卷，調查學生對於學習自然科學的態度，另一份為遊戲學習問卷，用以調查學生對於使用磁島大冒險遊戲學習磁力概念的想法，因考慮參與對象為國小三年級學生，故捨棄四點量表問卷形式而改以選擇題方式呈現。本章就研究歷程、研究參與者、研究工具、研究流程與資料處理分析依序分節論述之。. 第一節、研究歷程本研究歷程共有五，依序為文獻資料蒐集與閱讀、撰寫遊戲設計文件、研究工具開發與遊戲程式撰寫、正式實驗、實驗資料整理與分析，本節將於下分點概要描述之。一、文獻資料蒐集與閱讀於選定研究主題與遊戲設計方向前，先蒐集科學領域與遊戲學習相關之研究文獻資料，閱讀並加以整理，逐漸縮小研究主題的範圍，最後確定研究主題後開始設計學習遊戲。二、撰寫遊戲設計文件參考 Bergeron(2006)Developing serious games 所提出的教育遊戲製作規格書設計，將康軒版本三年級上學期，自然與生活科技領域的磁力單元內容，設計轉換成磁島大冒險遊戲。三、研究工具開發與遊戲程式撰寫研究工具為修編康軒自然與生活科技題庫之前、後測驗卷以及自編之遊戲學習問卷、自然科學學習問卷；遊戲程式撰寫部分請託程式設計師完成，使用 Unity 程式設計軟體撰寫，遊戲開發期間與程式設計師密切聯繫，反覆溝通協調遊戲設計的半成品，最後請數位熟悉電腦遊戲的研究人員測試遊戲，再與程式設計師做 31.

(39) 最後的修正以完成磁島大冒險遊戲的設計。四、正式實驗採準實驗設計，其中控制組使用自學策略，實驗組使用遊戲策略，兩組分別於各自實驗過程中使用不同的策略進行磁力單元的學習。在實驗進行前請兩組學生填答前測測驗卷，而實驗後兩組皆需填答後測測驗卷與自然科學學習問卷，另實驗組學生則需於實驗結束後多填一份遊戲學習問卷。五、資料處理與分析實驗結束後將進行資料處理與分析，其資料來源有四，分別是前測成績、後測成績、自然科學學習問卷與遊戲學習問卷，資料處理與分析結果將在第五章結果與討論中呈現。. 第二節、研究參與者本研究參與者為台北市某公立國小三年級學生，共兩個班級 51 人參與。依兩個班級分別安排為控制組與實驗組，控制組有 25 人，於實驗過程使用自學策略進行磁力概念的學習；實驗組有 26 人，於實驗過程使用遊戲策略進行磁力概念的學習，其所有參與研究的三年級學生先前皆並未有關於「磁力的概念」的學習經驗。. 32.

(40) 第三節、研究工具本研究所使用的研究工具有五，分別為前測測驗卷、後測測驗卷、遊戲學習問卷、自然科學學習問卷及磁島大冒險學習遊戲。前測測驗卷與後測測驗卷共請五位任教於國小的自然老師審題，針對試題的難易度、適合度及題目敘述加以檢視，並根據五位專家教師審題的結果與建議，修改前測及後測測驗卷。一、前測測驗卷前測測驗卷試題選編自康軒 99 學年度上學期電腦命題系統光碟，內容為磁力的基本概念：磁鐵的磁極、磁鐵的性質、磁鐵的磁力大小等內容。試題類型包含是非題、單一選擇題及活用題，其中有 6 題是非題，15 題單一選擇題與 4 題活用題，全部測驗共 25 題，教材內容與試題認知層次之對應，詳見以下磁力單元試題與認知歷程雙向細目表。表 4-1 磁力單元試題認知歷程雙向細目表教材. 試題. 內容. 型式是非. 磁鐵性質：. 認知層次記憶. 理解. 1. 1. 題1. 題2. 選擇. 吸引鐵製品磁鐵的應用活用. 應用. 分析. 評鑑. 2. 2. 題1. 題5. 題2. 題8. 1. 5. 題4. 1. 1. 題4. 大小. 1 選擇. 附加鐵片的磁鐵磁力較大. 8. 是非. 比較磁鐵磁力. 活用. 合計 2. 小計. 磁鐵性質：. 創造. 題6. 1. 1. 題4. 題5. 2. 2. 題3. 題9. 題7. 題 11. 1. 1. 2. 6. 題 10 1. 題1 33.

(41) 小計是非磁鐵性質：. 9 1. 1. 題6. 題3 3. 磁極(N,S 極) 相同磁鐵磁極. 2. 1. 題 12 選擇. 題 13. 磁力較大. 題 15. 題 14. 同極相斥異極相吸. 4. 活用. 3. 1. 題2. 題3. 2. 小計合計. 8 4. 11. 3. 5. 2. 25. 二、後測測驗卷後測測驗卷試題乃根據前測測驗試題略作修改，評量內容概念相同，試題類型同前測測驗，包含是非題、單一選擇題及活用題，題數也相同。前、後測驗不同之處在於題目的敘述與答案，其中是非題改變題目敘述，答案由是改非，否定改為肯定；選擇題同樣改變題目敘述，同時也改變選項順序；活用題則因受限於圖片試題，修改幅度較小，僅略修改其順序。三、遊戲學習問卷本研究使用自編的遊戲學習問卷，針對遊戲的設計，如規則說明、遊戲介面、遊戲故事等面向編列六題選擇題；另針對學習內容與遊戲的結合，編列六題選擇題調查學生的滿意度，了解學生在使用磁島大冒險遊戲學習磁力概念的歷程感受。上述問卷設計形式，因考慮學生年齡之故，乃將問卷形式以選擇題四選一的方式呈現而非使用四點量表，並據各題目敘述編撰不同的選項。四、自然科學學習問卷本研究使用自編的自然科學學習問卷，針對自然科學習的重要性，學生對自然科學習的興趣及其使用之學習方法，以及學生自我評量學習成效此四部分，調查學生學習自然科學的態度。本問卷設計形式同遊戲學習問卷，因考慮學生年齡之故，問卷形式以選擇題四選一的方式呈現而非使用四點量表，並據各題目敘述編撰不同的選項。 34.

(42) 五、磁島大冒險遊戲關於本研究之學習單元內容：磁力概念，與研究所設計的磁島大冒險學習遊戲之結合，以下將以表格彙整呈現涵蓋的學習概念與遊戲中對應之關卡活動設計，詳見表 4-2 學習內容與遊戲設計對應表。表 4-2 學習內容與遊戲設計對應表學習內容藉由會被磁鐵吸引. 遊戲關卡. 遊戲設計. 文具磁島. 關卡中出現鐵製品（鐵尺、迴紋針. 的物品性質，分辨鐵關卡 1-1. 和長尾夾）與非鐵製品（膠帶、橡. 製與非鐵製物品。. 皮擦、及立可白），學生於關卡中蒐集鐵製品以完成關卡任務，藉此探索各物品性質並加以分辨之。. 分辨鐵製與非鐵製. 文具磁島. 獎勵關卡以問題方式（6 選 3）呈現，. 物品。. 獎勵關卡 1-1. 題目出現關卡 1-1 裡的六種物品，學生需選出鐵製品（被磁鐵吸引的物品），答對即獲得馬蹄形磁鐵蒐集。. 加強磁鐵能吸引何. 文具磁島. 播放學習影片：磁鐵能吸什麼？. 種物品之概念；磁鐵學習影片 1-1. 於此遊戲階段，學生需完成影片的. 僅吸引鐵製品而無. 觀賞才能進入下個關卡，故透過此. 法吸住其他材質製. 方式傳遞學習概念，加深學習印象。. 成之物品。概念重點整理：. 文具磁島. 觀賞完影片後，學生需循序點選並. 磁鐵能吸引鐵製品。重點整理 1-1. 閱讀完重點整理才能進入下一關卡，藉此在新關卡前幫助學生掌握學習重點。. 藉由會被磁鐵吸引. 文具磁島. 關卡中出現鐵製品（剪刀、釘書機. 的物品性質，分辨鐵關卡 1-2. 與刀片）與非鐵製品（鉛筆、立可. 製與非鐵製物品。. 帶和膠水），學生於關卡中蒐集鐵製品以完成關卡任務，藉此探索各物品性質並加以分辨之。 35.

(43) 藉比較磁力大小，強文具磁島調相同磁鐵的磁力. 獎勵關卡以圖片問題方式（3 選 1）. 獎勵關卡 1-2. 呈現，題目將出現三張相同圓形磁. 大小並非一定，需根. 鐵的圖片，各能吸引不同數量的迴. 據其能吸引的迴紋. 紋針，選出磁力最大的磁鐵即能過. 針數加以判別之。. 關並獲得圓形磁鐵蒐集。. 介紹比較磁力大小. 文具磁島. 播放學習影片：比較磁力大小。. 的方式，延伸自獎勵學習影片 1-2. 於此遊戲階段，學生需完成影片的. 關卡 1-2。. 觀賞才能進入下個關卡，故透過此方式傳遞學習概念，加深學習印象。. 概念重點整理：. 文具磁島. 觀賞完影片後，學生需循序點選並. 相同的磁鐵，磁力大重點整理 1-2. 閱讀完重點整理才能進入下一關. 小不一定相同。能吸. 卡，藉此在新關卡前幫助學生掌握. 引越多迴紋針的磁. 學習重點。. 鐵就表示他的磁力越大。介紹磁鐵具有同極. 文具磁島. 挑戰島嶼魔王：文具海盜。文具海. 相斥、異極相吸的性關卡 1-3. 盜為一磁鐵人，學生需用遊戲主角. 質。. 手中的磁鐵來對抗磁鐵海盜，藉推斥文具海盜的遊戲過程，發現磁鐵同極相斥、異極相吸的性質。. 複習磁鐵吸引鐵製. 文具磁島. 播放學習影片：磁鐵作用。. 品性質；介紹磁鐵間學習影片 1-3. 於此遊戲階段，學生需完成影片的. 擁有的作用力（同極. 觀賞才能進入下個關卡，故透過此. 相斥、異極相吸）。. 方式傳遞學習概念，加深學習印象。. 概念重點整理：. 文具磁島. 觀賞完影片後，學生需循序點選並. 相同磁極互相靠近，兩重點整理 1-3. 閱讀完重點整理才能進入下一關. 磁鐵會相互排斥；不同. 卡，藉此在新關卡前幫助學生掌握. 磁極相互靠近，兩磁鐵. 學習重點。. 會相互吸引。 36.