國立臺中教育大學科學應用與推廣學系
科學教育碩士學位碩士論文
指導教授：許良榮 博士
以創造性問題解決融入「力與運動」相
關之科學遊戲的教學成效研究
The Effectiveness of Implementing CPS in Force and Motion
Related Science Games on the Fifth Grader
研究生：黃倩瓊 撰
謝誌
身為一位國小教師，在工作之餘能夠至研究所進修、學習，是一件幸福的事。 二年多的研究生學習生涯，充滿了歡笑與淚水，喜的是能在不惑之年重拾學生年 輕的感覺，悲的是日夜苦讀的辛勞只有自己知道。如今，完成碩士階段的學業， 心中充滿著感恩與不捨。 首先感謝的是指導老師─許良榮教授，謝謝老師不厭其煩的指導我撰寫論 文，訓練我邏輯思考與條理分析的能力。還要感謝論文口試老師─靳知勤教授及 周金城教授，謝謝老師的建議與指導，讓我的論文更臻完善。更感謝一路陪伴我 做研究的國科會計畫研究群─珉甄、蕙茹和亞芬。還有科廣日碩 99 級的每位好 夥伴─憲璋、國弘、靜儀、銘烽、逸聰、偵權、昭元、三裕、家維、子峻、資幸、 家美的勉勵與扶持。 特別感謝我最親愛的家人，謝謝爸爸、媽媽、公公、婆婆的支持、體諒與關 懷。特別謝謝老公志嵩的鼓勵、包容與照顧。特別謝謝詠葎寶貝、宥驊寶貝的懂 事，讓我在家庭、學業、工作三者間，能義無反顧的勇敢面對挑戰，堅持追求自 己的夢想。 謹以此感謝，獻給研究路上陪同我的貴人，爾後我會更積極、努力，將所知 所學運用於教學之中。 倩瓊謹誌101.12.31.摘要
本研究旨在探討以創造性問題解決（Creative Problem Solving, CPS）模式融 入「力與運動」為主題的科學遊戲教學，對國小五年級學童科學探究能力與科學 概念認知的影響。本研究於正式研究前先進行初探研究，目的是為了檢視教學設 計是否得宜及研究過程中所使用的科學探究能力、科學概念認知測驗是否適切， 經修正後的教學設計及測驗題目再運用於正式研究中。初探研究的研究方法採用 準實驗研究法中的單組前後測設計；正式研究的研究方法採用準實驗研究法中的 不等組前後測設計，以國小五年級學生為研究對象，實驗組、對照組各一班。兩 階段研究前、後皆實施前、後測及延宕測，測驗結果進行成對樣本 T 檢定及單因 子共變數分析，檢視學生「探究能力」及「概念認知」的差異。在研究歷程中並 蒐集教學活動學習單、協同教師觀察紀錄表、協同教師訪談紀錄、學生晤談紀錄、 教師省思札記等質性資料，以三角校正法進行分析，以了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)實施本教學活動後，學生的科學探究能 力顯著成長，且實驗組顯著高於對照組。(二)實施本教學活動後，學生的科學概 念認知顯著成長，但實驗組與對照組後測成績未達顯著。(三)學生對於本教學活 動持正面的肯定。最後根據研究結果，本研究對教學活動及未來研究提出相關建 議，以供教師及對科學遊戲有興趣之研究者參考。 關鍵詞：科學探究能力、科學遊戲、創造性問題解決
Abstract
The purpose of this study was to explore force and motion related science games teaching that integrated with the Creative Problem Solving (CPS), and to investigate the concepts of force and the scientific inquiry abilities held by the fifth graders. In the pilot study,we focus on modifying the test items and teaching design.Afterwards, the revised test items and teaching design were 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 for two different classes . The instruments included pretest, posttest and retention test and statistic methods included paired-samples t-test and one-way ANCOVA. The qualitative data included activity worksheets, observations by cooperative teacher, interviews with the students and cooperative teacher, and teaching journals. The qualitative data were analyzed by
triangulation to interpret the thoughts of students and the teacher. The major findings of this study were: (1)students had significant improvements on the scientific inquiry abilities, and the performance of the experimental group was significantly higher than the control group; (2) students had significant improvements on the concepts of force, but the performance of the experimental group and the control group was no significantly difference; (3) students hold a positive affirmation of the teaching activities. Finally, this study proposes 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 表目次 ... VI 圖目次 ... 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 ... 4 第三節 名詞釋義 ... 4 第四節 研究範圍與限制 ... 6 第二章 文獻探討... 9 第一節 科學遊戲與教學 ... 9 第二節 創造性問題解決 ... 20 第三節 科學探究能力 ... 38 第三章 研究設計與方法 ... 45 第一節 研究架構與設計 ... 45 第二節 研究對象與抽樣 ... 48 第三節 教學設計與規劃 ... 49 第四節 研究工具 ... 51第五節 實施程序 ... 59 第六節 資料處理與分析 ... 62 第四章 研究結果與討論 ... 71 第一節 初探研究之分析與討論... 71 第二節 科學探究能力之學習成效分析 ... 95 第三節 科學概念認知能力之學習成效分析 ... 101 第四節 學生對教學之反應與感受... 106 第五章 結論與建議...111 第一節 結論 ...111 第二節 建議 ... 113 參考文獻 ... 115 一、中文部份 ... 115 二、英文部份 ... 122 附錄 ... 125 附錄一 教學活動設計專家審核表... 125 附錄二 教案一：吸管吹箭 ... 128 附錄三 教案二：啄木鳥 ... 133 附錄四 教案三：爬升蜘蛛人 ... 138 附錄五 活動學習單：教案一（吸管吹箭） ... 144 附錄六 活動學習單：教案二（啄木鳥） ... 145 附錄七 活動學習單：教案三（爬升蜘蛛人） ... 146 附錄八 協同教師觀察記錄檢核表（一） ... 147
附錄九 協同教師觀察記錄檢核表（二） ... 150 附錄十 協同教師觀察記錄檢核表（三） ... 153 附錄十一 概念認知測驗 ... 156 附錄十二 科學探究能力測驗前後測——冰塊爺爺 ... 159 附錄十三 科學探究能力測驗延宕測——凸透鏡與凹透鏡 ... 162 附錄十四 含有以「力」為原理的科學遊戲書籍 ... 166 附錄十五 科學探究能力測驗同意書... 168
表目次
表 2-1-1 遊戲的古典理論 ... 9 表 2-1-2 遊戲的現代理論 ... 10 表 2-1-3 國內與科學遊戲教學相關之研究—行動研究類 ... 14 表 2-1-4 國內與科學遊戲教學相關之研究—實驗研究類 ... 17 表 2-1-5 國內與科學遊戲教學相關之研究—個案研究類 ... 19 表 2-1-6 國內與科學遊戲教學相關之研究—質性研究類 ... 19 表 2-2-1 CPS 的發展 ... 29 表 2-2-2 國內創造性問題解決相關教學研究 ... 31 表 3-1-1 研究設計 ... 47 表 3-3-1 CPS 三成分六階段相對應的科學遊戲教學活動階段... 50 表 3-4-1 科學探究能力測驗前、後測題目編號 ... 52 表 3-4-2 科學探究能力測驗延宕測題目編號 ... 54 表 3-4-3 科學探究能力測驗延宕測題目修改對照表 ... 55 表 3-4-4 概念認知測驗的雙項細目表 ... 57 表 3-4-5 概念認知測驗的 PEARSON 相關係數表 ... 58 表 3-6-1 科學探究能力測驗前後測評分規準 ... 62 表 3-6-2 科學探究能力測驗延宕測評分規準 ... 64 表 3-6-3 資料編碼 ... 68 表 4-1-1 單元目標達成的結果 ... 74 表 4-1-2 九年一貫能力指標達成結果 ... 77 表 4-1-3 科學探究能力測驗之前、後及延宕測的描述性資料(初探研究) ... 81 表 4-1-4 科學探究能力測驗之前、後及延宕測成對樣本 T 檢定(初探研究) ... 82 表 4-1-5 科學探究能力測驗各分項測驗的描述性資料(初探研究) ... 83 表 4-1-6 概念認知測驗的答對率 ... 84表 4-1-7 初探研究後修改的概念認知測驗題目 ... 88 表 4-1-8 概念認知測驗前、後測及延宕測的描述性資料(初探研究) ... 89 表 4-1-9 概念認知測驗前、後測及延宕測的成對樣本 T 檢定(初探研究) ... 89 表 4-1-10 教學活動(一)概念認知前、後、延宕測描述性資料(初探研究) ... 90 表 4-1-11 教學活動(一)概念認知前、後、延宕測成對樣本 T 檢定(初探研究) .... 90 表 4-1-12 教學活動(二)概念認知前、後、延宕測描述性資料(初探研究) ... 90 表 4-1-13 教學活動(二)概念認知前、後、延宕測成對樣本 T 檢定(初探研究) .... 91 表 4-1-14 教學活動(三)概念認知前、後、延宕測描述性資料(初探研究) ... 91 表 4-1-15 教學活動(三)概念認知前、後、延宕測成對樣本 T 檢定(初探研究) .... 91 表 4-2-1 科學探究能力之前、後及延宕測描述性資料(正式研究) ... 97 表 4-2-2 實驗組科學探究能力測驗前、後及延宕測成對樣本 T 檢定(正式研究) 98 表 4-2-3 組內迴歸係數同質性檢定摘要表 ... 98 表 4-2-4 單因子共變數分析摘要表 ... 99 表 4-2-5 科學探究能力後測調整後的平均數 ... 99 表 4-2-6 實驗組之科學探究能力各分項測驗的描述性資料(正式研究) ... 100 表 4-3-1 概念認知測驗前、後測及延宕測的描述性資料(正式研究) ... 101 表 4-3-2 概念認知測驗前、後測及延宕測的成對樣本 T 檢定(正式研究) ... 102 表 4-3-3 教學活動(一)概念認知測驗前、後、延宕測描述性資料(正式研究) .... 102 表 4-3-4 教學活動(一)概念認知測驗前、後、延宕測成對樣本 T 檢定(正式研究)102 表 4-3-5 教學活動(二)概念認知測驗前、後、延宕測描述性資料(正式研究) .... 103 表 4-3-6 教學活動(二)概念認知測驗前、後、延宕測成對樣本 T 檢定(正式研究)103 表 4-3-7 教學活動(三)概念認知測驗前、後、延宕測描述性資料(正式研究) .... 103 表 4-3-8 教學活動(三)概念認知測驗前、後、延宕測成對樣本 T 檢定(正式研究)104 表 4-3-9 概念認知前、後與延宕測得分統計 ... 104 表 4-3-10 組內迴歸係數同質性檢定摘要表 ... 105 表 4-3-11 單因子共變數分析摘要表 ... 105 表 4-3-12 概念認知能力後測調整後的平均數 ... 105
圖目次
圖 2-2-1 Osborn-Parnes 五階段 CPS 模式 ... 23 圖 2-2-2 Isaksen 和 Treffinger 六階段 CPS 模式 ... 24 圖 2-2-3 1992 年版的三成份六階段 CPS 模式 ... 26 圖 2-2-4 三成份彈性循環的 CPS 模式 ... 27 圖 2-2-5 2000 年版的系統化 CPS 模式 ... 28 圖 3-1-1 研究歷程架構 ... 46 圖 3-5-1 研究實施程序 ... 61 圖 4-1-1 自然專科教室配置圖 ... 72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
一、科學遊戲 遊戲，古時一般稱為「戲」、「遊嬉」，也見「嬉」或「遊」之名。古代教 育家們很早就注意到遊戲的重要地位與作用；崔學古《幼訓》文中寫道：「優 而遊之，使自得之，自然慧性日開，生機日活。」兒童在遊戲中自主的活動， 自得其樂，自然會生機勃發，智力悟性得到發展，此明確的指出要教育兒童， 必須順應兒童的自然發展規律，遊戲是最主要的方法(蕭淑分，2009)。但也 有矛盾的傳統觀念，韓愈進學解提到：「業精於勤，荒於嬉。行成於思，毀於 隨。」學業因為勤奮而專精，因為玩樂而荒廢；修養由獨立思考而成功，由 人云亦云而失敗。在現今社會一般人們的觀念裡，總認為學習要勤奮、努力、 求精進，我國自然與生活科技課程綱要中，鮮少設計「遊戲」於教學活動中。 兒童玩遊戲是天性，他們可以從中得到愉快與滿足。兒童在小學時期仍 然喜歡玩遊戲，而且常常在玩遊戲，遊戲佔日常生活中的極大部分(潘怡吟， 2001)。國小學童生性好奇、好問、好遊戲，若教學者能設計生動活潑有趣又 能兼顧科學智能提升的學習活動，有別於傳統講述式的教學方式，讓學生在 操作過程中思索解決面臨的問題。國內許多學者針對科學遊戲的教學活動進 行相關的研究，科學遊戲儼然逐漸成為科學教育的趨勢。研究者希望以創造 性問題解決融入教學的方式，加上學童好奇、好問、好遊戲的天性，融入科學遊戲教學活動，使學生由做中學培養科學探究的能力，從遊戲中體會科學 的趣味。 二、探究能力 民國九十二年我國開始實施九年一貫課程，目標在培養探索科學的興趣 與熱忱，及獨立思考、解決問題的能力。經由科學性的探究活動，使學生獲 得相關的知識與技能(教育部，2008)。自然與生活科技學習領域九年一貫課 程綱要提及：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，2008)。 民國九十七年國民中小學九年一貫課程綱要自然與生活科技學習領域 (教育部，2008)中提出：「自然與生活科技之學習應以探究和實作的方式來進 行，強調手腦並用、活動導向、設計與製作兼顧及知能與態度並重。自然與 生活科技之學習應以學習者的活動為主體，重視開放架構和專題本位的方 法。」建議教學應以學生為學習的主體，並養成主動學習的習慣，培養獨立 思考及問題解決的能力，學習科學探究的方法和基本知能。 由上述可知探究的重要性，目前對探究能力的研究有很多，研究者希望 以創造性問題解決融入科學遊戲的教學活動，使學生由做中學習培養科學探 究的能力。 三、創造性問題解決的重要性 近年來不少研究指出「創造性問題解決教學模式」(Creative problem solving，簡稱CPS)的教學策略是可行的(林盈全，2009；洪美嬌，2008；張珉 甄，2011；陳淑娟，2007；黃玉斯，2009；楊皓雯，2010；蕭淑分，2009； 謝孟靜，2010)。張珉甄(2011)提及：創造性問題解決教學模式運用在課程中，
對於個人的創造力以及問題解決能力的提升也有助益；學生從中獲取科學知 識，對課程亦抱持正面感受。 研究者目前於國民小學任職，發現自然科教師常因為考試的壓力、進度 的壓力、教材的限制、家長的期望等因素，致使多數教師選擇直接詳細介紹 課程內容的單向式傳遞知識來做為教學模式，進而老師示範實驗或由食譜式 實驗來驗證科學課程內容。自然與生活科技學習領域九年一貫課程綱要中所 揭示的精神是：教師教學時應提供合適的機會，讓學生說明其想法，以瞭解 學生先前的概念和經驗。教師可以運用問題來導引學生思考、引領活動進行 的方向、營造熱絡的求知氣氛。使學生參與討論、發表自己的看法，進行實 驗、提出自己研判的結果，進行實作、展示自己工作的成果(教育部，2008)。 目前我國教學第一線教師所面臨的情境與教育部理想的教學模式相去甚遠。 研究者與學生多次訪談後發現，學生對於目前的自然科教學方式感到無聊、 無趣、一點都不好玩，學生不喜歡記憶與背誦自然科學知識。多數學生認為 「好玩」儼然成為其喜好自然科學與否的條件之一，而「遊戲」正是符合學 生冀求的上課方式。研究者從事國民小學教學的經驗中發現，學生對於動手 操作的實作課程備感興趣，但一遇上困難之處往往缺乏問題解決的能力。因 此，研究者便希望能以科學遊戲的教學方式，引導學生學習科學知識。 學生對於「力」的存在，必需透過觀察現象才容易理解，是屬於比較抽 象的科學概念，倘若藉由學生親自動手操作，不僅可讓學生對「力」的印象 較為深刻，更容易理解「力」的科學概念。研究者希望透過以「力」為主題 的創造性問題解決融入科學遊戲的教學活動，來提昇學生主動探究思考的能 力。 研究者參與許良榮老師國科會計畫(NSC 99-2511-S-142-001)研究群之研 究，發現張珉甄(2011)對於接受CPS融入科學遊戲的教學成效研究，並未探討
學生概念認知能力的部分。本研究希望延續張珉甄(2011)所搜尋之以力為原 理之科學遊戲，探討以創造性問題解決模式融入「力與運動」為主題的科學 遊戲教學，對國小五年級學童概念認知與探究能力的影響。
第二節 研究目的與研究問題
一、研究目的 本研究目的在透過科學遊戲規畫探究學習的情境，並融入創造性問題解決的 教學理念來設計教學活動。 二、研究問題 基於上述之的研究目的，本研究欲探討的問題有三： (一)實施「力與運動」之科學遊戲創造性問題解決（CPS）教學活動，學生 的科學探究能力表現如何？ (二)實施「力與運動」之科學遊戲創造性問題解決（CPS）教學活動，學生 的概念認知表現如何？ (三)學生對於創造性問題解決（CPS）融入科學遊戲之教學活動感受為何?第三節 名詞釋義
為使本研究所使用的關鍵名詞與科學概念能前後一致，避免意思混淆，本研 究所提及之相關名詞釋義如下： 一、創造性問題解決創造性問題解決（Creative Problem Solving, CPS）教學模式最初是由 Osborn 在1953年提出，後由美國學者Parnes於1967年發展出提升創造力的線 性的五階段解題模式，是以系統的思考方法來解決問題，特別強調問題解決 者在選擇或執行解決方案前，應盡可能想出各種多樣的可行方法。後再經過 Noller、Treffinger、Isaksen、Dorval等人繼續發展為非線性系統化架構模式， 成為一套有效提升創造力與問題解決的模式(Isaksen & Treffinger, 2004)。
本研究所指的創造性問題解決（CPS），是以Isaksen & Treffinger於1987 年所提出的三成分六階段CPS模式融入科學遊戲；三成分是指：瞭解問題、 產出點子、計畫行動，六步驟是：發現困惑、發現資料、發現問題、發現點 子、發現解答、尋求接納。 二、科學遊戲 本研究綜合專家學者(許良榮，2009；陳忠照，2003a)所提及的科學遊戲之範 圍與定義如下： （一） 科學遊戲能讓學生具有主動操弄的興趣。 （二） 科學遊戲的設計需包含讓學生動手操作的程序。 （三） 科學遊戲必須包含科學原理。 三、科學探究能力 依據國民中小學九年一貫課程綱要自然與生活科技學習領域中(教育 部，2008)，對「主動探索與研究」的基本能力定義為：整個學習的活動，均 應建立在對自然現象的好奇及意圖探究其真相的基礎上。運用觀察、收集資 料、比較、分類、統整、歸納、研判、推理等科學方法以獲得知識和技能。 使每進行一個單元的學習，都能增進其對科學方法的應用能力。 本研究所稱之科學探究能力，則是高慧蓮的國科會研究計畫「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 五個能力面向來定義科學探究(高慧蓮，2005)，包括： (一)界定問題的能力(包含發現問題、提出問題) (二)設計規劃的能力(包含收集資料、設計實驗) (三)實作驗證的能力(包含進行實驗、觀察、操作、記錄) (四)分析解釋的能力(分析資料、歸納及解釋實驗結果) (五)溝通辯證的能力(溝通、批判)。 四、學生的科學概念認知 本研究所稱之「力與運動」的科學概念認知，是研究者以自行設計的測驗， 內容包括： (一)吹箭射遠的原理。 (二)力與作用物體上表面積間的關係。 (三)啄木鳥移動的原理。 (四)影響啄木鳥移動的因素。 (五)摩擦力對物體運動的影響。 (六)影響蜘蛛人爬升速度的原因。
第四節 研究範圍與限制
本研究目的在了解CPS教學模式融入與力學相關之科學遊戲是否能提升學 生之科學概念及科學探究能力，所獲得的結論僅適用於探討學生在此教學活動下 的學習情況，因此本研究所發現之研究結果僅限於本研究中，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。一、研究範圍的限制 本研究之範圍僅限於三個教學活動中的認知概念，而學生的探究能力之界定 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 本研究對象僅限於臺中市快樂國小（化名）五年級的三個班級之學生，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與不等組前後測設計，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 節為科學探究能力。第一節 科學遊戲與教學
一、 兒童與遊戲 兒童遊戲的傳統理論起源於二十世紀初，稱為古典遊戲理論，共有四種(郭靜 晃，2000)，如表2-1-1： 表2-1-1遊戲的古典理論 理論 倡導者 遊戲目的 能量剩餘論 Schiller/Spencer 能量過多時，遊戲可消耗過剩的體力。 休養、鬆弛論 Lazarus/Patrick 單調工作做太久後，需要用遊戲調劑。遊 戲可以幫助個體鬆弛疲乏的心理。 重演論 Hall/Gulick 遊戲是複製或重演人類的進化史，承襲老 祖宗的本能。 本能-演練論 Groos/McDougall 遊戲是個體練習和準備未來成年生活所 需的技能。 現代的遊戲理論不只解釋人要遊戲的原因，並且試著定義兒童發展過程 中遊戲的角色以及遊戲在某狀況下的前因後果。表2-1-2即為現代遊戲理論及 其在兒童發展的角色。表2-1-2遊戲的現代理論 理論 遊戲在兒童發展的角色 心 理 分 析 論 佛洛依德(Freud) 平撫受創情緒、發洩心理焦慮、滿足情緒需 要、忘卻不愉快。 艾蕾克遜(Erikson) 遊戲情境中接觸內在的自我，並發現自己的 能力。 認 知 論 皮亞傑(Piaget) 調整內在認知基模，以順應外在環境。透過 遊戲練習並鞏固新技巧進而熟練。 維加斯基(Vygotsky) 遊戲及代表想像的開始，實現真實生活中不 能實現的慾望。 布魯納及桑頓-史密斯 (Brunner/Sutton-Smith) 遊戲增加行為的自由度，助長其變通能力。 幫助達到未來為成人適應生活的目的。 其 他 理 論 柏藍(Berlyne)的警覺理論 遊戲是一種尋求刺激的行為，增加刺激會提 高警覺程度。 貝蒂生(Bateson)的系統理論 強調遊戲的溝通系統，遊戲互動過程了解遊 戲中的意義與真實生活中的意義。 兒童天性好奇、好問、好遊戲，透過有趣的遊戲教學，可以讓學生更容 易主動建構知識，學習科學概念。Sutton-Smith (1997) 將遊戲視為一種進步 (progress)、機運(fate)、力量(power)、認同(identity)、想像(imaginary)、自我 (self)及瑣碎的(frivolous)。郭靜晃(2000)指出，遊戲有五個基本特徵： (一) 遊戲是內在動機，遊戲本質就是結果，只要做這件事本身就可得到滿足。 (二) 遊戲者可以自由選擇玩或不玩，如果是被迫的去玩，小孩絕對不會認為 這種活動是遊戲的一種。
(三) 遊戲一定是好玩的，小孩一定要能享受好玩的經驗，否則不能視為遊戲。 (四) 遊戲是重行為不重於言傳。 (五) 遊戲要讓遊戲者主動的參與，小孩不論在心理或生理上一定要全心投入。 吳幸玲(2003)綜合各種心理學文獻，對於遊戲行為特徵，定義如下： (一) 遊戲是種不經言傳的行為，無固定模式，不能由外在行為或定義區分。 (二) 遊戲出自內在動機。 (三) 遊戲是重過程、方式而輕目的和結果。 (四) 遊戲是自由選擇的，不是被分派或指定的。 (五) 遊戲具有正向的情感。 (六) 遊戲是主動參與而且是動態的。 (七) 遊戲著重自我，目的在創造刺激。 蔡淑苓(2004)綜合多位專家學者對遊戲的定義，歸納出遊戲須包括以下 五點： (一) 自然而然、直接內在的動機。 (二) 具有想像力的行為模式，且能同化調整外界的現實，以符合個人的概念。 (三) 不需依賴外在世界的獎懲，不受制於外部的規則，而有自己的規則。 (四) 重視過程而不重視結果。 (五) 積極的主動參與。 綜合上述，遊戲是強調內在動機、自發性、自由選擇、正向情感、創造 刺激、主動參與及內在人格特質的向度。研究者認為遊戲是快樂的，是兒童 發自內心喜歡的行為，具有正向情感。透過遊戲，兒童學習新的知識與概念， 與他人的共同遊戲中，更可培養成人所期望的態度與能力。 二、 科學遊戲
許良榮(2004)指出，科學遊戲就是蘊含科學原理或科學概念的活動，提 供了學生「玩科學」的機會，這個活動必須讓參與的學童感到有趣、好玩， 具有高度的參與意願；科學遊戲較不重視競賽，讓學生不至於過度重視名次 與績效。蕭次融、羅芳晁、房漢彬和施建輝(1999)認為科學遊戲就是把科學 活動與遊戲兩者結合，寓教於樂，讓學童從遊戲中體會科學原理。 陳忠照(2003b)認為科學遊戲是運用生活週遭環境的素材所進行的科學 性遊戲，與一般玩耍嬉戲不同，具有四項特質： (一) 趣味性—能玩得自在快樂，是充滿喜悅的時光。 (二) 規律性—遊戲有遊戲規則，遵守規則來玩，也玩出一些規則，遊戲過程 需是講道理、有禮貌。 (三) 創造性—在科學遊戲中，容易伴隨創意的成長，隨時湧現新看法及更有 意義的創意方向。 (四) 分享性—大家一起遊戲、探索，在團體互動中，心胸寬容與人同樂，並 分享過程與結果。 郭騰元(2000)在一系列的科學遊戲叢書中提到：科學遊戲是非常好玩 的，只是需要配合學童並做適度的調整設計，學童才能玩得盡興。並認為設 計符合學童學習的科學遊戲，必須符合以下五個原則： (一) 能讓學童驚訝與喜歡。 (二) 能運用簡單的科學原理來解釋。 (三) 製作方法是簡單的。 (四) 所需材料容易從家中、超市、文具店或五金行取得。 (五) 容易改進或改變。 林懿偉(2003)提及科學遊戲設計的最高指導原則包括以下三項： (一) 創意性高、娛樂性高，沒有危險性。
(二) 遊戲彈性大、靈活度高，可單獨應用，也可以整體應用。 (三) 可以最低的單位成本，得到最強烈的效果。 近年來，愈來愈多學者對科學遊戲的定義進行討論，觀點雖然不盡相 同，但大致均認同科學是有趣、好玩的、能引起興趣的；遊戲的材料必須是 生活化、玩法簡單並富變化的。綜合以上文獻，研究者認為科學遊戲的定義 為： (一) 科學遊戲必須是安全的，科學遊戲材料取得容易。 (二) 科學遊戲必須包含科學原理。 (三) 科學遊戲的操作是簡單、確認可行的。 (四) 科學遊戲是有趣、好玩，寓教於樂。 (五) 科學遊戲可促進創意成長，刺激創造思考。 三、 科學遊戲在教學上的相關應用 國內對於科學遊戲的相關研究並不多，國外相關研究也較少。研究者以 「科學遊戲」為關鍵字搜尋國內相關學術論文資料四十篇，將其整理後分類 如表2-1-3、表2-1-4、表2-1-5、表2-1-6。
表2-1-3國內與科學遊戲教學相關之研究—行動研究類 研究者及年代 對象 研究主題 研究結果與發現 李戊益 2002 低年級 九 年 一 貫 生 活 課 程 教 學 設 計 之 行 動研究~以「玩具 DIY」模組為例 研究者的成長為：改變對生活課程的認 知、重視學童先備經驗、學習與別人合 作的經驗、教學設計模式轉變、提升設 計統整課程能力及經驗分享與回饋。 林堂麗 2003 六年級 科 學 遊 戲 融 入 自 然 與 生 活 科 技 課 程之行動研究 配合教學目標，科學遊戲可融入自然與 生活科技領域。材料、場所、彈性化、 融入的時機影響科學遊戲進行。提昇研 究者課程設計、教學、研究能力。 楊訪屏 2005 六年級 運用 CPS 於模組 化 科 學 遊 戲 之 教 學行動研究-以「牛 頓第三運動定律」 課程為例 研究者反省歸納出課程設計、教學策略 應用、教師角色改變的專業成長。學生 能應用研究者於課程中培養之創造性 問題解決能力，在認知、技能、情意有 所收穫。 徐慶雲 2007 四 、 五 年級 實 施 探 究 式 科 學 闖 關 遊 戲 提 升 國 小 學 童 科 學 學 習 成就之行動研究 探究式科學闖關顯著提升學生科學知 識概念，及提升學生科學過程技能，使 其持有正向的科學態度。研究者在課程 設計、學習觀念及教師角色有成長。 陳淑娟 2007 五 、 六 年級 科 學 遊 戲 創 造 性 問 題 解 決 教 學 活 動發展-以「水的表 面張力」為例 CPS 可融入科學遊戲教學活動設計。教 學成效受教學實施形式、分組方式、小 組內部和諧、教學順序、學習態度與學 業成就影響。研究者在課程設計、教學 策略應用及多元角色轉化獲專業成長。 張東瑋 2007 五年級 以 科 學 遊 戲— 泡 泡 為 主 題 之 教 學 活動之行動研究 教學活動有效提供學生學習興趣。學生 多能達成單元目標，有助科學過程技能 養成。研究者對課程設計、相關原理有 深入瞭解，提昇教學經驗與教學技巧。 黃冠毓 2007 一年級 國 小 教 師 進 行 科 學 遊 戲 融 入 生 活 課程之行動研究 課程須與科學原理結合，符合學生能 力，動手做活動材料要生活化，環境佈 置符合活動需求。研究者課程的設計能 力、教學能力、研究能力獲專業成長。 蔡宗信 2007 六年級 以 科 學 遊 戲 增 進 學 生 問 題 解 決 能 研究對象的問題解決能力有進步。研究 者的設計能力、教學能力、研究能力獲
力之行動研究 專業成長。 趙育琳 2008 五年級 「泡泡狂想曲」教 學 模 組 開 發 之 研 究 此教學模組可引起兒童學習興趣，符合 九年一貫課程精神。研究者的教材設計 能力、科學專業知識與教學知能均獲增 長。 陳純清 2008 二年級 科 學 遊 戲 融 入 國 小 低 年 級 生 活 課 程之研究 教學活動藉由週遭事物導入，方法要簡 單，兼顧認知、情意、技能學習，讓學 生瞭解簡單科學原理。有助於學生概念 獲得，提昇學習興趣與科學玩具操作技 能，培養科學素養與教師專業成長。 洪美嬌 2008 六年級 科 學 遊 戲 創 造 性 問 題 解 決 教 學 活 動發展—以「紙張 的遊戲」為例 提升學生對自然與生活科技的興趣，並 學習科學知識。教師由將科學遊戲導入 CPS 的設計教學過程中，深入了解理論 並充實自己的專業知識。 黃玉斯 2009 五年級 創 造 性 問 題 解 決 融 入 科 學 遊 戲 教 學之行動研究-以 「磁鐵」為例 教學成效受小組合作情形、科學遊戲難 易、教學活動設計內容、學生對科學遊 戲的學習興趣影響。研究者在教學活動 設計、教學及研究能力均獲專業成長。 蕭淑分 2009 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 能有效提供學生學習興趣。研究者 在教學活動設計能力、教學策略應用能 力及教學研究能力均獲專業成長。 林桂君 2009 五年級 創 造 性 問 題 解 決 融 入 科 學 遊 戲 教 學 活 動 發 展— 以 「蠟燭遊戲」為例 科學遊戲教學成效受教師引導方式、教 學設計、教學態度、學生資訊統整能 力、討論方式、小組合作、教學順序、 學習風氣、學習態度的影響。研究者在 課程設計、教學策略應用及研究能力均 獲專業能力成長。 林盈全 2009 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 教學成效受科學遊戲之挑戰性、教學活 動內容掌握、學生學習態度及小組內部 情形影響。研究者在活動設計能力、教 學能力及教師研究能力均獲專業成長。 黃國維 2010 六年級 創 造 性 問 題 解 決 融 入 科 學 遊 戲 教 學之行動研究-以 「聲音」為例 教學成效受課程內容、分組方式、組內 相處情形、教學風格、教學內容掌握等 影響。研究者在教學活動設計能力、教 學能力及教師研究能力均獲專業成長。
張啟亮 2010 四年級 創 造 性 問 題 解 決 融 入 科 學 遊 戲 教 學 活 動 之 行 動 研 究—以「空氣」為 例 教學成效受科學遊戲之性質、教學活動 內容之掌握、學生的學習態度、小組內 部情形影響。研究者在教學活動設計能 力、教學能力及教師研究能力均獲專業 成長。 陳雪玲 2010 幼 稚 園 大班 幼 兒 科 學 遊 戲 活 動 融 入 幼 稚 園 課 程 之 行 動 研 究 初 探 ～ 以 一 所 公 幼 大班為例 科 學 遊 戲 活 動 課 程 豐 富 幼 兒 學 習 經 驗，提升科學態度，增進科學認知能 力。教師需營造豐富的學習環境及充足 的時間進行活動。教師獲得多元能力的 增長。 謝孟靜 2010 五年級 創 造 性 問 題 解 決 融 入 科 學 遊 戲 教 學活動發展-以「簡 易機械」為例 供教師作為補充教材或科學遊戲推廣 活動課程。研究者在教學活動設計能 力、教學能力及教師研究能力均獲專業 成長。 楊皓雯 2010 六年級 創 造 性 問 題 解 決 融 入 科 學 遊 戲 教 學 之 行 動 研 究— 以「泡泡」為例 教學成效受教具、研究對象、分組競 賽、討論方式與發言和時間安排影響。 活動設計需專家檢核，透過循環教學解 決問題。研究者在活動設計、教學能力 及教師研究能力均獲專業成長。 李宛玲 2010 五年級 創 造 性 問 題 解 決 融 入 科 學 遊 戲 教 學活動—以「浮力 與摩擦力」為例 教學成效受分組方式、小組合作情形、 教學設計、教學時間與科學學習興趣影 響。研究者在教學活動設計能力、教學 能力及教師研究能力均獲專業成長。 魏哲華 2011 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 影響教學成效有：學習過程、學習興 趣、學生個人成見、教師教學理念、學 生學習態度、問題解決任務設計。研究 者在教學設計能力、教學能力和研究能 力獲得專業成長。
表2-1-4國內與科學遊戲教學相關之研究—實驗研究類 研究者及年代 對象 研究主題 研究結果與發現 徐麗雪 2002 三年級 國 小 科 學 遊 戲 教 學活動成效分析 實驗組科學概念成就、學習態度、許多 過程技能分項均顯著高於傳統教學的 控制組，對自然科的興趣持正向反應。 張淑慧 2002 六年級 科 學 玩 具 遊 戲 教 學之成效研究 實驗組學生在科學態度、統整科學過程 技能的測驗分數顯著高於控制組。 劉于嘉 2005 八年級 科 學 趣 味 競 賽 對 國 中 生 自 然 科 學 習的影響 實 驗 組 學 生 學 習 態 度 顯 著 優 於 控 制 組。在自然科成就測驗分數，實驗組與 控制組無顯著差異。科學趣味競賽，對 不同學習成就的學生的影響沒有差異。 蘇秀玲 2005 四年級 科 學 遊 戲 融 入 國 小 自 然 學 童 的 科 學 態 度 與 問 題 解 決能力之研究 實驗組學生在科學相關態度量表、問題 解決測驗、問題解決能力量表優於控制 組。實驗組科學態度具主動、積極、樂 於參與等正向態度。實驗組所呈現的問 題解決特徵，包含簡單的解題歷程與運 用資源來協助解決問題。 江淑瑩 2006 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 實驗組在科學概念測驗、科學過程技能 測驗分數顯著優於控制組；但在科學態 度未有顯著差異，可能是實驗處理時間 的問題。 楊蕎安 2007 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 實驗組在學習態度、創造性思考活動與 對照組有正向顯著提升，但學習成就無 顯著差異。實驗組獲得科學知識概念並 樂於學習，有助增進科學過程技能並延 續學習效果，能激發創造潛力。 陳俐淇 2007 四 、 五 年級 應 用 科 學 遊 戲 對 ADHD 學 生 注 意 力影響之探討 科學遊戲教學活動有助於培養注意力 缺陷過動症學生(ADHD)注意力的集中 度、持續度、廣度及切換性速度。 蔡宜穎 2007 幼 稚 園 大班 科 學 遊 戲 教 學 方 案 對 幼 兒 創 造 力 影響之研究 實驗組在新編創造思考圖形測驗和陶 倫斯圖形創造思考測驗的部分能力、威 廉 斯 創 造 性 思 考 和 傾 向 量 表 的 好 奇 性、圖形變通力、圖形精進力、創造力 的效果量估計，表現顯著優於控制組。
洪正龍 2008 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 實驗組學童的科學學習動機普遍得到 提升。科學遊戲能夠提升各類型學童的 學習動機，而分數增加最多的學童類型 順序為選擇性、逃避、外在、內在型學 習動機學童。 陳錦賢 2008 八年級 科 學 遊 戲 對 國 二 學 生 自 然 科 學 習 動機之影響 實驗組學生在內在動機與自我效能皆 顯著高於對照組。科學遊戲教學活動對 中、高學習成就學生有正面的影響。 王朝杰 2009 六年級 班 級 學 習 角 操 弄 科 學 遊 戲 學 童 之 操弄喜好、問題解 決 特 徵 及 自 然 科 學業成就之探討 實驗組學生，在自然科學業成就上之表 現優於對照組，且實驗組操弄科學遊戲 對於自然科學業成就的影響力，低成就 的學童高於高成就。性別對學童的操弄 次數有顯著差異。 王芳珠 2010 四年級 國 小 四 年 級 科 學 趣 味 競 賽 教 學 之 研究 科學趣味競賽教學能有效提昇學生的 科學學習成就、科學態度、學習興趣， 達到正向回饋的目的。可以提昇學童在 科學趣味競賽的學習表現。 黃敏惠 2010 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 實驗組學生，在問題解決能力、創造思 考能力優於對照組學生。實驗組學生與 創意科學遊戲導入自然與生活科技課 程的老師對學習成效多採正向肯定。 張珉甄 2011 五 、 六 年級 以 創 造 性 問 題 解 決融入與「力」相 關 之 科 學 遊 戲 的 教學成效之研究 學生的概念認知及科學探究能力顯著 成長。能引發學生的創意、促進同學間 的情誼，學生的發言情形漸有進步，對 科學概念更為熟悉。 吳麥生 2011 四年級 科 學 遊 戲 融 入 自 然 科 教 學 活 動 對 國小四年級 課 程 內 容 與 生 活 或 經 驗 的 關 聯 性 越 高，學生學習動機亦越高。學童學習動 機取向的四個因素相關性高。科學遊戲 融入教學是可參考選擇且值得推廣。 謝甫宜 2011 八年級 科 學 遊 戲 本 位 教 學 模 式 對 於 學 生 科 學 學 習 成 效 之 影響與分析 實驗組的科學學習成效優於對照組，學 習動機、推理能力、概念獲得與學業成 就為中高度效果量。實驗組較具有玩 興、主動參與及樂於學習。對照組以制 式的食譜式實驗與講述式教學為主的 學習方式較消極被動，影響科學推理與 概念的獲得及學習成就。
表2-1-5國內與科學遊戲教學相關之研究—個案研究類 林瓊音 2006 以 科 學 遊 戲 輔 助 國 小 自 然 科 教 學 之個案研究 科學遊戲能提高學童學習興趣。以科學 遊戲協助學童建構科學概念，符合社會 建構主義。於正規課程下實施較困難， 建議可舉辦營隊活動以促進學習。 表2-1-6國內與科學遊戲教學相關之研究—質性研究類 李靜慧 2007 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 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，可達 成主動、建構、合作及真實的有意義學 習。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。 科學遊戲融入科學課程教學不僅對於學生在學習態度、學習興趣、學習動 機、問題解決、科學過程技能的養成都有正向助益；對於教師的專業成長也有幫 助。歸納表2-1-3、表2-1-4、表2-1-5、表2-1-6，研究者發現： （一）科學遊戲可提升學生的科學學習興趣、科學學習態度、問題解決能力 及科學學習成效。(如：王芳珠，2010、徐麗雪，2002等。) （二）科學遊戲讓教師在教學活動設計、教學能力、教師研究能力均有專業 成長。(如：張啟亮，2010、黃國維，2010、魏哲華，2011等。) （三）科學遊戲常以分組合作方式進行，透過創意教學方式、組員間互動與 討論可建構科學知識。(如：林桂君，2009、陳淑娟，2007、黃玉斯， 2009等。) （四）科學遊戲能協助學童建構科學概念，促進概念學習。(如：李靜慧，2007、 林瓊音，2006等。)
總而言之，教師運用科學遊戲的方式進行教學活動，不但容易提升學生 學習動機與興趣，同時亦能提升其學習態度與學習成效。學生透過動手做的 實際經驗，可與同儕組員互動激發創造力與建構科學知識。教學者從中同時 提升其科學教學之專業成長。
第二節 創造性問題解決
林孟逸(2008)指出：每個人一生中會遇到許多不同的困惑與瓶頸，具備創造 思考的人，便能在天馬行空的創意中找出解決之道，而這種基本能力必須從小培 養起，如此方能適應未來競爭的時代。Mayer（1992）認為，「問題解決」是從 已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」是將科學遊戲融入教學一個相當值得推廣的切入點，除了可以 引導學生應用概念解決問題，也可以進一步探索自然現象。如果只是按部就班的 教導如何操作，就如同直接示範一般，學生除了印象不深刻，也降低了科學遊戲 的教學價值(許良榮，2009)。問題解決可看成是一個尋求對某問題獲得可行解答 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，以及對於新環境 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）。 官美君（2003）認為創造性問題解決是一種認知的能力、思考的策略與經驗 及分階段解題的能力，可說是個體經由思考而產生的解決策略。黃湫瑛（2003） 也有相同的看法：當某人認為創造即是一種思考的歷程時，會認為創造力就是在 做創造性思考時產生的能力或結果，於是將會運用此思考過程來解決問題，在這 個思考過程中會產生創造力，並經由解決問題的過程得到問題解決能力。 一、創造性問題解決的發展歷程與內涵:創造性問題解決(Creative Problem Solving，簡稱CPS) 最早是由Osborn提 出，大約經過五十多年的發展及研究，對創造力的培育有重大的貢獻(Isaksen & Treffinger, 2004)。CPS的發展過程大致可區分為六個時期： (一)第一時期：Osborn創造歷程七階段(1952-1967) 早期的研究者認為創造力是天生的，但是Wallas於1926年提出的觀 點卻認為創造力不是與生俱來的，創造力可經由某些特定的方法與技術 培養而來，Wallas將創造的歷程分為四個階段：準備期（Preparation）、 醞釀期（Incubation）、豁朗期（Illumination）、驗證期（Verification）。 Osborn受到Wallas的啟發，於1952年所著《激發思考力》（Wake Up Your Mind）中，首次提及CPS的七個階段歷程，分別為：
1. 定位（Orientation）：指出問題的所在(Pointing up the problem)。 2. 準備（Preparation）：蒐集相關的資料(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）：找出基礎的理論(Pilling up alternatives by way of ideas)。
5. 醞釀（Incubation）：找出解釋(Letting up to invite illumination)。 6. 綜合（Synthesis）：結合所有的點子(Putting the pieces together)。 7. 驗證（Verification）：評價產出的想法(Judging the resultant ideas)。
於1953年時，Osborn在《應用想像力》（Applied Imagination）一書 中，鼓勵運用CPS及主張使用腦力激盪法。經過十年的努力，Osborn於 1963年時，將七階段綜和歸納成三階段：發現事實（Fact-Finding）、發 現點子（Idea-Finding）、發現解答（Solution-Finding）。
Osborn於1966年去逝後，Parnes和同事繼續研究CPS，發展出線性五 階段CPS模式，此模式首次將CPS以圖示呈現，主要發展重點是強調問題 的解決必須盡可能想出各種方法來，每一個階段都先有發散性思考(以免 遺漏任何可能的想法)，再有聚斂性思考(從眾多可能解答中找出最佳 者)。在這25年中，同時也努力開發創造力的教學模式，許多的創造性問 題解決教學方案在此階段陸續產生，尤其是以Parnes根據Osborn的「腦力 激盪策略」、Guilford的「智力結構論」、Gordon的「組織論」以及Malsow 的「需求及敏覺訓練策略」，在1967年所提出的五階段CPS訓練方案（圖 2-2-1），最能有效提高創造性思考能力(王如玉，1999)，其歷程主要為： 1. 發現事實（Fact-Finding, FF)：運用5W1H（who、what、where、when、 why、how）的策略，獲得有用的資訊，在解決問題前蒐集相關資料 並檢視，進行整理與分析。 2. 發現問題（Problem-Finding, PF)：蒐集所有相關資料後，找出問題的 線索，這時可以開始分析問題的成份，重新界定問題。 3. 發現點子（Idea-Finding, IF)：到了這個階段，開始找出所有可能解 決問題的方法，以書面方式條列出來。 4. 發現解答（Solution-Finding, SF)：找出一系列的想法後，進一步由這 些構想中找出最好、最實際、最適合的解決方式。 5. 尋求接納（Acceptance-Finding, AF)：找出方法後，必須實際執行這 個構想，以便確認此方法有效與否，如發現無效則必須回到前幾個 步驟，重新找出適合的構想。
圖2-2-1 Osborn-Parnes五階段CPS模式（譯自Isaksen & Treffinger, 2004, P.80)
(三)第三時期：Isaksen & Treffinger 六階段CPS模式(1981-1986)
這個階段發展的重點，在於學習和應用CPS時，個體的差異和情境 的差異所造成的影響。原有的CPS雖然提及擴散式和聚斂式思考需並 重，但卻只針對擴散式思考做訓練，因此Isaksen & Treffinger決定著手發 展聚斂性思考的技術。1983年時，把原本水平的CPS流程圖改為垂直的 設計；1985年時，將「發現事實」（Fact-Finding)重新定義為「發現資料」 （Data-Finding)，且在Parnes五階段CPS訓練方案的「發現事實」之前， 增加了「發現困惑」（Mess-Finding）此一步驟，成為六階段的CPS模式 （圖2-2-2），並再次強調問題解決時需並用擴散式思考和聚斂式思考， 例如在「發現資料」的步驟中，利用擴散式思考找出許多資料，接著利 用聚斂式思考過濾出重要的資料。
自從Isaksen & Treffinger六階段CPS模式提出後，許多研究者將其運 用於教學研究上，成果頗豐。 問 題 敏 感 度 困惑 或 目 標 計 畫 行動 新 的 挑 戰 發現 事實 處 理 發現 問題 發現 點子 發現 解答 尋求 接納
擴散層面 問題敏感性 聚斂層面 從生活經驗、角色與情境中尋找困 惑。 接受挑戰，做有系統性的回 應。 收集資料（資訊、感想和感覺 等 )，由不同的觀點與訊息去瞭 解。 確認和分析最重要的資料。 激盪出可能的主問題和次問題。 選擇一個問題。 針對問題，發展與列出可能的構 想。 選出最有趣或最有可能的點 子。 找出可能的評估標準來檢查和評 價點子。 選擇幾個重要的評估標準來 評價點子。 考量執行過程中可能的助力與阻 力，找出可能的執行步驟。 聚焦於最有可能的點子並準 備行動。 新挑戰
圖2-2-2 Isaksen和Treffinger六階段CPS模式（譯自Isaksen & Treffinger, 2004, P.83)
(四)第四時期：Isaksen & Treffinger三成份六階段CPS模式(1987-1992)
這個階段的發展重心，主要在於教學現場的實務應用，以發展出有 效且適合各種教學情境的CPS教學模式。1987年開始，Isaksen & Treffinger 著手修改CPS的架構，使之更實用、更符合真實的情境。1992年，他們 發現 困惑 尋求 接納 發現 解答 發現 點子 發現 問題 發現 資料
提出更加完整的教學流程，將六階段的CPS模式進一步歸納為三成份六 階段，三個成份分別為：瞭解問題、產出點子與計畫行動，六個階段分 別為：發現困惑、發現資料、發現問題（屬於第一成份：瞭解問題）、 發現點子（屬於第二成份：產出點子）、發現解答、尋求接納（屬於第 三成份：計畫行動）。此時的流程圖仍以線性垂直為主（見圖2-2-3）。 本研究的探究能力定義為界定問題的能力、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，與此階段的CPS模式 中的三成份六階段有所重疊，界定問題即是第一成份─瞭解問題，設計 規劃即是第二成份─產出點子，實作驗證、分析解釋與溝通辯證與第三 成份─計畫行動吻合。 此一模式開發出來後，許多學者將其運用於不同的教學情境中，發 現該模式不僅適用於各種情境中，而且對於特定任務需求可以更方便的 運用，比過往的模式更符合使用者的需要，和一般人解決問題的模式相 近。 基於上述兩個理由，本研究採取這個時期的CPS模式融入科學遊戲 教學活動設計。
成分一：瞭解問題 擴散:找尋問題解答的可能性。 聚斂:找問題解決建立一般的目標性。 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。 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。 成分二：產出點子 擴散:提出許多各式各樣特別的想法。 聚斂:找出定義問題的可能性、替代或可供選擇的有趣潛在可能。 成分三：計畫行動 擴散:發展評估標準，以分析和重新找出問題的可能性。 聚斂:選擇使用一個評估標準，用以挑選、鞏固和支持問題解決。 擴散:考量執行過程中可能的助力與阻力，找出可能的執行步驟。 聚斂:聚焦於最有可能的點子，並準備行動。
圖2-2-3 1992年版的三成份六階段CPS模式（譯自Isaksen & Treffinger, 2004, P.88)
(五)第五時期：Isaksen & Dorval三成份彈性循環的CPS模式(1990-1994) 1980年代以來，科學教育受到建構主義的影響，眾多學者認為這是 科學教學走向世界觀，受到其影響Isaksen & Dorval於1993年將原本線性
發現 困惑 發現 資料 發現 問題 發現 點子 發現 解答 尋求 接納
的CPS流程修改為循環模式（圖2-2-4），供教學者彈性運用。如圖2-2-4 所示，CPS包含瞭解問題、產出點子及計畫行動三個區塊，區塊之間以 虛線連結，代表其流程是可以彈性調整的，區塊內的空白方塊，可依個 人、任務和情境的不同，選擇需要的步驟(MF、DF、PF、IF、SF、AF)， 運用於問題解決。
圖2-2-4 三成份彈性循環的CPS模式（譯自Isaksen & Treffinger, 2004, P.91)
(六)第六時期：Isaksen、Dorval & Treffinger CPS系統化架構模式(1994-今) 在這個階段中，有效的把任務評估和歷程規劃整合於CPS中，並對 CPS使用了更詳細的語言做說明。
Isaksen、Dorval & Treffinger 在2000年將CPS修改為一個系統化的架 構（如圖2-2-5），將三大成份改為四大成份；且為了讓使用者更清楚的 瞭解CPS，Isaksen等人修改各流程的用詞，讓CPS的使用更加友善與清 楚，並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）；規劃任務又分為評估任 務（Appraising Tasks )和設計流程（Designing Process )。
綜觀CPS的發展，自Osborn、Parnes發表理論後，接著Isaksen、Treffinger 等人繼續投入發展，使CPS模式日臻完善，在科學教育上受到相當的重視與 運用。茲將其主要的發展與運用整理如表2-2-1。 表2-2-1 CPS的發展 主要階段/ 代表人物 議題或需求 結果 第一時期（1942~1967） /Osborn 對於創造歷程給予明確的定義 產生了CPS的初步模式和初級 指導方針與激發點子的工具 第二時期（1963~1988） /Parnes 發展有效促進創造力的教學課 程 發展了許多創造性學習方案及 產生CPS教學素材 第三時期（1981~1986） / Treffinger & Isaksen
學習和應用CPS時，個體的差異 和情境的差異所造成的影響 在問題解決的第一個步驟增加 發現挑戰（Mess-Finding），也 強調擴散思考與聚斂思考在問 題解決時的均衡運用 第四時期（1987~1992） /Isaksen & Treffinger
注重教學現場的實務應用，以 發展出有效且適合各種教學情 境的CPS教學模式 將六階段的模式，歸納成瞭解問 題（包含發現挑戰、發現資料、 發現問題）、產出點子（包含發 現點子）與計劃行動（包含發現 解決方案、尋求接納）等三個主 要成份 第五時期（1990~1994）
/ Isaksen & Dorval 受到建構科學主義的影響
將原本直線式的CPS流程，修改 為較彈性的循環模式，供教學者 彈性運用 第六時期（1994~今）/ Isaksen、Dorval & Treffinger 有效的把任務評估和歷程規劃 整合於CPS中 將CPS的三大成份修改為瞭解 挑戰、產出點子與準備行動，並 於圖示中作更詳細的說明 回顧CPS模式的演進歷程，雖然第五時期和第六時期的CPS模式強調各 階段流程的彈性運用，更為人性化，但研究者認為此在問題解決歷程彈性化、 人性化的同時，並複雜化了整個問題解決的步驟，對教學者的教學設計而言，
會容易產生困擾。因此研究者認為第四時期的CPS模式可清楚的描繪問題解 決的六階段歷程，並將各階段在擴散思考及聚斂思考以文字詳細說明其指導 要領，更強化三成分的階段順序性，更接近一般人在問題解決時的解題程序， 可提供教學者直接以其六大階段順序為步驟，做為具目標導向設計之教學流 程的教學活動。邱美虹等人(2005)建議CPS教學最好以小組方式進行，如此不 僅教師較容易準備，也可讓學生互相討論激盪新想法；並提出在討論過程中 (發散思考期)，參與者須瞭解及遵守四項原則： 1. 延後批判：在別人提出想法時不要立即進行批判，等到點子夠多時 再就可行性進行討論。 2. 量多取勝：提出的點子愈多愈好，先求量多，再求質佳。 3. 鼓勵新奇的答案：鼓勵學生提出多樣化的點子。 4. 多多組合：鼓勵成員將別人的點子加以組合成新點子。
本研究即依據以Isaksen & Treffinger於1987年所提三成分六階段CPS模 式進行科學遊戲活動設計，並以小組合作方式進行教學活動，活動歷程以邱 美虹等人對小組討論過程的建議做為教學指導原則。
二、創造性問題解決(CPS)的相關教學研究
研究者以CPS為關鍵字，搜尋科學教育相關期刊及全國博碩士論文，整 理出針對國小學童與創造性問題解決(CPS)相關研究資料，如表2-2-2。
表2-2-2國內創造性問題解決相關教學研究 年份 研究者 研究對象 研究主題 研究結果與發現 1994 劉誌文 四年級 國民小學自然 科創造性問題 解決教學效果 之研究 實驗組學生的因果關係、好奇心、批 判精神、科學情意、科學行為分數顯 著優於控制組學生。 2000 李光烈 六年級 國小自然科教 師應用創造性 問題解決的教 學策略之行動 研究 使學生觀察週遭生活進行科學問題探 究與提高學習興趣，增進學生進行問 題探究的能力。教師從理論與實務的 反省中，建構有效的教學模式。促進 研究者專業成長。 2001 張振松 五年級 自然科創造性 問題解決教學 對國小學童創 造力及問題解 決能力之研究 實驗組學生在流暢力、開放性、變通 力、獨創力、標題及冒險性、好奇性、 想像力、及解釋推論、猜測原因、逆 向原因猜測、決定解決方法，均顯著 高於控制組學生。國小自然科教學可 多採用此教學，提昇學童創造力及問 題解決能力。 2002 游詩蒂 五年級 兒童創造性問 題解決歷程及 影響因素之研 究－以科學創 意競賽活動為 例 科學創意競賽提供的訊息可影響兒童 對競賽任務思考方向。兒童創作點子 來自競賽提供的訊息、書籍、網路搜 尋、他人意見、組員經驗、電視媒體、 生活事物與觀摩。影響兒童評估選擇 與作品構想的原因是以完成作品為前 提、競賽任務的訴求、材料、時間、 父母、兒童對創意的認知、製作問題、 競賽的觀摩與學習。 2002 呂素雯 六年級 自然科創造性 問題解決教學 對國小六年級 學童問題解決 能力、態度及 學習成就之影 響研究 學生在解決方法的能力表現優於界定 問題能力和預防問題能力；界定問題 能力優於預防問題能力。整體問題解 決能力，變通性、有效性、界定問題 能力，女生顯著優於男生。問題解決 態度，不因性別、組別有差異。此教 學能顯著增進學生問題解決能力但無
法顯著增進問題解決態度。能協助學 生學習知識，達到預期的效果。 2003 許順欽 四年級 科學玩具融入 國小自然科教 學以促進學童 創造性問題解 決能力之行動 研究 促進研究者的教師專業成長。科學玩 具輔助教學結合創意思考教學，可促 進學生創造性問題解決的能力。學生 感覺學習輕鬆有趣，學習興趣提高， 並建立自信心。經由深入了解科學知 識、概念及應用可開發創造力解決問 題。 2003 官美君 五年級 啟動國小學生 創造性問題解 決機制之研究-以『彩色光影 魔術師』教學 活動為例 學生會根據個人方式達到問題解決。 教師與學生對於創造產品的觀點最大 的不同處在於科學原理的應用與驗 證。影響學生創造力的表現主要為教 師的教學方法、自己的努力以及同學 的刺激與幫忙。 2003 劉奕夆 六年級 提供範例對學 童科學創造性 問題解決表現 影響之研究 提供範例後參賽產品的模仿與變通表 現各佔一半。學生經模仿和測試以學 習範例隱含的知識。有提供範例的小 組表現較能瞭解問題表徵、點子較 多、結構設計較符合科學原理，產品 競賽成績較高。提供實品範例的歷程 和產品表現高於書面範例。 2004 廖仁年 四年級 創造性問題解 決教學模式融 入國小自然科 教學之行動研 究 學生在資料的尋找、小組討論及發表 的能力較缺乏，可增強此能力，有助 於豐富學習情境。學生會有較高的學 習動機，表現更積極，願意從事學習 活動。促進教師在教學策略、教學設 計的專業成長。 2005 楊訪屏 六年級 運用 CPS 於模 組化科學遊戲 之教學行動研 究-以「牛頓第 三運動定律」 課程為例 研究者從中獲得課程設計、教學策略 應用、教師角色改變的專業成長。學 生在實際活動中能應用創造性問題解 決能力，且表現得比培養階段還要 好。學生在瞭解創造性問題解決模 式、電腦運用及科學玩具製作、壁報 製作技能、分工合作負責的態度有收 穫。
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。遭遇的問題有時間不足、如何提 升動手做的品質等，解決方法為動手 做前多一些擴散思考及延遲判斷。研 究者獲得專業成長。 2006 阮元斌 六年級 科學創造性問 題解決活動對 國小六年級學 童科學態度影 響之研究 學童整體之科學態度無顯著的差異。 不同性別、科學成就的學童在科學態 度沒有顯著差異。多數的學童偏向動 手試做及參考別人意見或討論。對於 不明白的事物偏向請教或討論。認為 要講求證據，偏向直接操作的方式。 組長的領導風格及小組互動方式影響 科學態度。 2006 陳威龍 五年級 實施創造性問 題解決教學法 對於國小五年 級學童創造力 與科學學習成 效影響之研究 實驗組學生開放性、變通性、獨創性 與精密性顯著優於對照組。冒險性、 想像力、好奇性、總分亦顯著優於對 照組。學業成就延宕後測也顯著優於 對照組。創造力表現在變通力，高學 習成就組分數顯著高於中低學業成就 組；冒險性項目，低學習成就組分數 顯著高、中學業成就組學生。實驗組 學業成就與創造力無顯著相關。 2006 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 實驗組學生在問題解決能力之解決方 法及測驗整體表現，顯著高於對照 組。在流暢力、開放性、獨創力、精 密力、想像力、挑戰性及總分，顯著 高於對照組。在解決方法向度方面， 顯著高於對照組。創造力與問題解決 能力的表現具顯著正相關。 2006 李金樹 六年級 實施創造性問 題解決訓練課 程對國小六年 級學生科學創 造力與問題解 決能力之影響 實驗組在問題解決方法與界定問題的 能力達顯著差異。實驗組的有效性顯 著優於對照組。教學後，實驗組在問 題解決能力的表現顯著優於對照組。 實驗組學生在科學創造力測驗中關聯 分析型、綜合解釋型得分顯著優於對
照組。教學後，實驗組學生在流暢性、 獨創性向度得分與科學創造力測驗總 分有顯著差異。 2007 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 創造性問題解決法進行科學玩具製作 教學對於提昇學童的創造力有幫助 的。本教學適用於各種自然與生活科 技領域學業成就的學生。本教學成效 不受學生性別差異的影響。 2007 王詩棠 六年級 CPS 模組教學 對國小六年級 學生科學創造 力及批判思考 之影響研究 CPS 模組教學有助於提昇國小學生的 科學創造力及提高國小學生批判思考 能力。自然科批判思考能力與科學創 造力具有顯著正相關性。學生對於本 模組教學有正向的學習反應，本模組 對於推廣科學思維教學是有幫助的。 2007 陳淑娟 五、六年級 科學遊戲創造 性問題解決教 學活動發展-以 「水的表面張 力」為例 教學成效受教學實施形式、分組方 式、小組內部和諧、教學順序、學生 的科學學習態度與學業成就等影響， 而有所差異。研究者在課程設計、教 學策略應用及教師多元角色轉化上均 獲得專業能力之成長與收穫。 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 創造性問題解決模式對於國小六年級 學童的創造力、自然科態度有正向的 幫助。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。 2008 邱育志 五年級 SSI 議題下實 施 CPS 教學對 國小五年級學 生問題解決能 力及自然科學 教室環境知覺 影響之研究 SSI 議題下實施 CPS 教學後學生的問 題解決能力總分及發現問題、提出想 法、尋求解答有顯著差異，學生認為 對其信心及問題解決能力有幫助。教 學後學生自然科學教室環境知覺呈現 正向感受，在總分及教師支持、平等 及探究知覺上有顯著差異。在師生關 係層面知覺有顯著差異。 2008 洪美嬌 六年級 科學遊戲創造 性問題解決教 能提升學生學習興趣，並從中學習科 學知識。教師必須克服時間、場地、
學活動發展— 以「紙張的遊 戲」為例 教學材料及教學現場所面對的問題。 教師可由設計及教學過程中充實自己 的專業知識。 2009 黃玉斯 五年級 創造性問題解 決融入科學遊 戲教學之行動 研究-以「磁鐵」 為例 科學遊戲之教學成效受到小組合作的 情形、科學遊戲的難易、教學活動設 計內容、學生對於科學遊戲的學習興 趣等因素影響。研究者在教學活動設 計能力、教學能力及教師研究能力均 獲專業成長。 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 能有效提供學生學習興趣。研究者在 教學活動設計能力、教學策略應用能 力及教學研究能力均獲專業成長。 2009 林桂君 五年級 創造性問題解 決融入科學遊 戲教學活動發 展—以「蠟燭 遊戲」為例 科學遊戲教學成效受教學教師引導方 式、教學設計、教師教學態度、學生 資訊統整能力、討論方式、小組合作 的情形、教學順序、班級學習風氣、 學生的科學學習態度影響。研究者在 課程設計、教學策略應用及研究能力 均獲專業能力之成長。 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 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影響。研 究者在教學活動設計能力、教學能力 及教師研究能力均獲專業成長。 2010 吳俊明 六年級 資訊科技融入 創造性問題解 決教學對國小 學童科學創造 力 實驗班於科學創造力開放式問題前後 測的表現及流暢力、變通力、獨創力 的表現皆優於對照班。在資訊科技融 入創造性問題解決教學環境問卷上， 多為正向。 2010 黃國維 六年級 創造性問題解 決融入科學遊 戲教學之行動 研究-以「聲音」 為例 教學成效受到課程內容、分組方式、 組內相處情形、教師的教學風格、教 學活動內容之掌握等因素影響。研究 者在教學活動設計能力、教學能力及 教師研究能力均獲得專業成長。
2010 張啟亮 四年級 創造性問題解 決融入科學遊 戲教學活動之 行動研究—以 「空氣」為例 教學成效受到科學遊戲之性質、教師 對教學活動內容之掌握、學生對科學 的學習態度、小組內部情形等因素影 響而有所差異。研究者在教學活動設 計能力、教學能力及教師研究能力均 獲得專業成長。 2010 謝孟靜 五年級 創造性問題解 決融入科學遊 戲教學活動發 展-以「簡易機 械」為例 可供教師作為補充教材或推廣活動課 程。研究者依據所遭遇的問題：教學 活動設計、教學技巧、教學材料及場 地，提出不同的解決策略。研究者在 教學活動設計能力、教學能力及教師 研究能力均獲得專業成長。 2010 楊皓雯 六年級 創造性問題解 決融入科學遊 戲教學之行動 研究—以「泡 泡」為例 教學成效受教具、研究對象、分組競 賽、討論方式與發言和活動時間的安 排因素影響。可引起兒童的學習興 趣。教學活動設計，需尋求專家檢核 及協助，透過循環教學解決問題。研 究者在教學活動設計、教學能力及教 師研究能力均獲專業成長。 2011 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 可做為科學遊戲教學設計框架。影響 教學成效原因有：學習過程愈順利， 學習興趣愈濃厚。學生個人成見影響 自己和小組表現。教師教學理念，影 響學生學習態度。問題解決任務設計 太難，造成學習盲點。研究者獲得專 業成長。 2011 張珉甄 高年級 以創造性問題 解決融入與 「力」相關之 科學遊戲的教 學成效之研究 學生的概念認知及科學探究能力顯著 成長。本教學能引發學生的創意、促 進同學間的情誼，受到多數人的喜 愛，在活動過程中，學生的發言情形 漸有進步，對科學概念更為熟悉。 研究者整理國內有關創造性問題解決（CPS）之科學教育研究，其研究 主題歸納為四大類：科學遊戲及科學玩具、科學態度及學習成效、自然科教
