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數位遊戲策略對國小學生光學概念學習的影響

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Academic year: 2021

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(1)國立臺灣師範大學資訊教育研究所. 碩士論文. 指導教授:邱貴發 博士. 數位遊戲策略對國小學生光學概念學習的影響 Impacts of Digital Gaming Strategy on Elementary Students’ Light Concept Learning. 研究生:蔡宇欣 撰 中華民國一○二年六月.

(2)

(3) 摘要 本研究旨在設計一配合學習環的數位教育遊戲,讓國小四年級學生學習自然 與生活科技領域光學單元,探討研究參與者使用遊戲策略學習光學概念的成效、 對所使用之學習遊戲的滿意度與對自然科學學習的態度。 本研究所開發的學習環共分為四個學習步驟 : 遊玩(Play)、觀察(Watch)、反 思(Reflect)及應用(Apply),遊戲是根據此四個學習步驟設計,學生進入遊戲後首 先基礎遊戲關卡,接著看實驗影片觀察光學現象,遊戲中並出現反思題讓學生思 考所學的光學知識,最後將所學的知識應用於難度較高的應用關卡中。 研究採準實驗設計,單組實驗。實驗對象為新北市某公立國小四年級學生共 27 人,進行遊戲 80 分鐘,分為兩節課進行。實驗開始前,先進行前測測驗填答, 結束後進行後測測驗、自然科學學習態度問卷及遊戲滿意度問卷的填寫。 研究結果發現,學生的後測測驗有顯著進步,學生給予遊戲正向的回饋,且 對於自然科學的學習持正向態度。 關鍵字 : 遊戲式學習、學習環、自然科學學習、光學. I.

(4) Abstract The purpose of this research was to design a learning cycle-based science game focused on light concept learning, and examined the impact of gaming strategy on elementary students’ light concept learning. Students’ attitude toward the science game and science learning were also investigated. The learning cycle developed in this research contains four stages : play, watch, reflect and apply. The digital learning game was designed based on these four stages. After entering the game, players first go to the level that represents “play” stage of the learning cycle, and then “watch” experiment videos after completing the level. A question will then show up as a “reflect” question. In the end, players finish the final stage, by playing the level that represents “apply” stage. Quasi-experiment design and single group experiment was implemented. 27 fourth grade students from Taipei City participated in the experiment. None of the students have any prior knowledge about light concept learning. All students attended 80 minutes of game play. Research instruments included the learning cycle-based science game, achievement test, game learning questionnaire and science learning questionnaire. The research results indicated that students have significant improvement on the achievement test. They also gave positive feedback to the science game and had positive attitude toward science learning. Key words: gaming strategy, learning cycle, science learning, light concept learning. II.

(5) 致謝 在這三年的研究生涯中,承蒙恩師. 邱貴發教授於研究上的指導,給予我很. 大的自由及發揮空間,但又不至於失了方向,並且時常和我們分享老師的見解與 人生道理,無論是在學業或是待人處事方面都讓我獲益良多,開闊了視野,特此 致上最誠摯的謝意。 在努力完成論文的這段期間,感謝高中的好同學薇雅,替我聯絡實驗學校、 安排實驗對象,能夠順利做完實驗,讓我這個非教育背景出身、沒有教育界人脈 的我得以放下心中的大石頭,放心完成論文。感謝實驗室的老大孫林學長在這三 年裡給予研究上的指導。感謝已經畢業的同學們,宛兒、阿花、潘潘,給我鼓勵, 並且在我需要參考資料或是有任何問題的時候,不吝嗇提供幫助,耐心解答我的 問題,給我很大的幫助。還要感謝實驗室的所有學弟妹們,為實驗室帶來許多歡 笑,讓實驗室隨時都很熱鬧,在同一屆的同學都畢業的第三年裡,有你們的陪伴, 讓我不會寂寞,並且有可以一起完成論文、互相打氣的同伴。 最後,感謝我的家人還有男友的付出及關心,在我低落的時候為我打氣,給 我鼓勵,讓我能夠無後顧之憂地完成我的論文。僅此致上最深的感謝,願將這一 份喜悅與你們分享!. III.

(6) 目錄 附表目錄 ................................................................................................................... VI 附圖目錄 ................................................................................................................ VIII 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 數位遊戲式學習 ..................................................................................... 5 第二節 自然科學學習........................................................................................12 第三節 自然科學學習與遊戲的結合.................................................................16 第四節 學習環與數位學習遊戲的結合 .............................................................22 第五節 結語 .......................................................................................................27 第三章. 學習遊戲設計 .............................................................................................29. 第四章. 研究方法 .....................................................................................................49. 第一節 第二節 第三節 第四節. 研究歷程 ...............................................................................................49 實驗對象 ...............................................................................................50 研究工具 ...............................................................................................50 實驗流程 ...............................................................................................55. 第五節 資料處理與分析 ....................................................................................56 第五章. 結果與討論 .................................................................................................59. 第一節 光學概念的學習成效 ............................................................................59 第二節 學生對遊戲的滿意度 ............................................................................60 第三節 學生對科學學習的態度 ........................................................................64 第四節 討論 .......................................................................................................69 第六章. 結論與建議 .................................................................................................73. 第一節 結論 .......................................................................................................73 第二節 建議 .......................................................................................................74 參考資料 ....................................................................................................................75 附錄 ............................................................................................................................84 附錄一. 光的奇妙世界單元測驗卷(前測).............................................................84 IV.

(7) 附錄二. 光的奇妙世界單元測驗卷(後測) ............................................................ 86. 附錄三. 測驗卷試題專家審核表 ........................................................................... 88. 附錄四. 遊戲滿意度調查問卷 ............................................................................... 94. 附錄五. 科學學習態度問卷 ................................................................................... 96. V.

(8) 附表目錄 表 2-1 遊戲用於學習對學生的能力培養相關文獻整理 ............................................ 8 表 2-2 學生在光學概念上易產生誤解的相關研究結果 ...........................................15 表 2-3 數位遊戲於科學學習上的相關研究 ..............................................................18 表 2-4 本研究所提出之學習環各步驟之內容及活動設計 .......................................26 表 3-1 遊戲關卡內容 .................................................................................................44 表 3-2 美工圖片需求表 .............................................................................................49 表 4-1 學習內容、學習環與遊戲對應表 ..................................................................51 表 4-2 學習內容及題數對應表..................................................................................54 表 5-1 前後測驗分數描述性統計結果 ......................................................................59 表 5-2 前後測驗分數相依樣本 T 檢定 ......................................................................59 表 5-3 遊戲操作容易度 .............................................................................................60 表 5-4 遊戲有用性 .....................................................................................................61 表 5-5 遊戲對光學概念了解的幫助 ..........................................................................62 表 5-6 遊戲滿足程度 .................................................................................................63 表 5-7 科學學習態度問卷結果 : 主動學習 .............................................................64 表 5-8 科學學習態度問卷結果 : 成就目標 .............................................................65 表 5-9 科學學習態度問卷結果 : 自我效能 .............................................................66 表 5-10 科學學習態度問卷結果 : 自然科學學習價值 ............................................67 表 5-11 科學學習態度問卷結果 : 遊戲經驗 ...........................................................68. VI.

(9) VII.

(10) 附圖目錄 圖 2-1 配合 POE 之實驗設計 ....................................................................................23 圖 2-2 VISOLE 架構圖 ..............................................................................................23 圖 2-3 經驗遊戲模式 .................................................................................................24 圖 2-4 經驗學習理論 .................................................................................................25 圖 2-5 5E 學習環 ........................................................................................................29 圖 2-6 本研究所開發之學習環..................................................................................26 圖 3-1 勇者兔(全身) .................................................................................................33 圖 3-2 勇者兔(慌張時) .............................................................................................33 圖 3-3 勇者兔(鬆一口氣時) .....................................................................................75 圖 3-4 兔長老(全身) .................................................................................................33 圖 3-5 兔長老(半身) .................................................................................................33 圖 3-6 黑暗兔博士 .....................................................................................................86 圖 3-7 黑暗兔博士(被打敗時)..................................................................................34 圖 3-8 兔子城居民(故事開頭被抓走時) ..................................................................34 圖 3-9 兔子城居民(被勇者兔救回後) ......................................................................96 圖 3-10 關卡二怪物(全身) .......................................................................................35 圖 3-11 關卡二怪物(半身) .......................................................................................35 圖 3-12 關卡三怪物 ...................................................................................................35 圖 3-13 關卡四怪物 ...................................................................................................35 圖 3-14 關卡五怪物 ...................................................................................................35 圖 3-15 關卡六怪物 ...................................................................................................35 圖 3-16 遊戲流程圖 ...................................................................................................36 圖 3-17 遊戲選關畫面 ...............................................................................................37 圖 3-18 遊戲地圖畫面 ...............................................................................................37 圖 3-19 遊戲規則說明畫面 .......................................................................................38 圖 3-20 關卡一遊戲畫面 ...........................................................................................38. VIII.

(11) IX.

(12) 圖 3-21 關卡二遊戲畫面 ...........................................................................................39 圖 3-22 關卡三遊戲畫面 ...........................................................................................39 圖 3-23 關卡四遊戲畫面 ...........................................................................................40 圖 3-24 關卡五遊戲畫面 1 ........................................................................................40 圖 3-25 關卡五遊戲畫面 2 ........................................................................................41 圖 3-26 關卡六遊戲畫面 ...........................................................................................41 圖 3-27 關卡七遊戲畫面 ...........................................................................................42 圖 3-28 實驗影片畫面 ...............................................................................................42 圖 3-29 反思題畫面 1 ................................................................................................43 圖 3-30 反思題畫面 2 ................................................................................................75 圖 3-31 反思題畫面 3 ................................................................................................43 圖 3-32 遊戲對話畫面 ...............................................................................................43 圖 4-1 本研究所開發之 LEARNING CYCLE ...........................................................51 圖 4-2 實驗流程圖 .....................................................................................................56. X.

(13) 第一章. 緒論. 第一節 研究背景 在教育部 97 年公布的國民中小學九年一貫課程綱要中的「基本理念」提到, 現今的科學與技術發展,都是源於自然科學,人類藉由觀察並應用身邊的各種自 然現象,如磁力、熱能、光等,使得人類得以解決許多問題。又提到,學習自然 科學可以促進學生進行觀察、詢問、規畫等活動。而 97 課綱提出的規畫課程基 礎,其中一項即為”自然與生活科技之學習應為國民教育必要的基本課程”,由 此可見自然科學學習的必要。 自然科學學習雖然不可或缺,但對學生來說,學習自然科學往往是困難的, 因為有許多自然科學概念是抽象而非具體的,學生難以理解並應用(Anderson & Barnett, 2010)。學者指出,學生發生學習困難的原因之一,是因為學生難以理解 科學中的抽象概念(Ploetzner, Lippitsch, Galmbacher, Heuer & Scherrer, 2008)。自 然科學概念通常由因果關係所組成,要了解一個科學概念,必須知道當中的變數 及變數之間的關係、相互作用,因此在自然科學課程中,強調的是學生對科學的 理解,培養學生獨立思考與解決問題的能力,而非僅僅是知識的記憶(賴慶三、 郭榮得,民 94)。台灣大考中心也曾經對於全國高中的自然組學生進行調查,發 現越重視理解的學生,普遍認為考題並不困難,臨場考試的表現也越好(李濟國, 民 90)。由此可知,在學習自然科學時,能夠理解科學概念是重要的。 數位遊戲已成為人們生活的一部分,尤其是年輕世代,而數位遊戲受青少年 歡迎的程度以及其所具備的特性,使得許多學者開始重視數位遊戲於教育領域的 運用。數位遊戲具備樂趣、動機、互動、即時回饋及投入等特性,使其成為一個 學習平台,在這樣的學習平台上,學習者預期學習為一件好玩的事情,而非無趣 的例行工作(Kanthan & Senger, 2011)。遊戲式學習讓學生在進行遊戲的同時,也 在學習。The Horizon Report(2011)指出,許多研究者看到了遊戲於教育的價值, 認為遊戲可增進決策、創新及問題解決技能。而許多學者也提出,利用數位遊戲 的可以使學生投入學習,並幫助他們學習較困難的概念(Annetta, Minogue, Homes 1.

(14) & Cheng, 2009)。 雖然現在已有許多關於數位遊戲用於教育的研究,但相關的實證研究數量仍 然不足(Annetta et al., 2009 ; Connolly, Boyle, MacArthur, Hainey & Boyle, 2012), 許多研究得到的結論也不一致,使得遊戲和學習之間的關係尚難以被定論(Vogel & Vogel, 2006)。在蒐集文獻的過程中也發現,針對光學學習的研究數量並不多, 大部分內容是探討學生對於光學的迷思概念,本研究的目的為,設計一個學習光 學的數位遊戲,並探討運用該遊戲於國小四年級學生光學學習的成效以及態度。. 第二節 研究目的與待答問題 一、研究目的 本研究發展一用於國小光學學習的數位教育遊戲,探討運用數位遊戲策略對 國小四年級學生光學概念學習的影響。 二、待答問題 (一) 用此數位教育遊戲「光之勇者傳說」對國小四年級學生光學概念學習是否 有影響? (二) 國小四年級學生對於使用此數位教育遊戲「光之勇者傳說」進行學習的滿 意度為何? (三) 國小四年級學生對於使用此數位教育遊戲「光之勇者傳說」進行學習後,對 於科學學習之態度為何?. 2.

(15) 第三節 名詞釋義 一、數位遊戲策略 數位遊戲策略之定義,是指使用本研究所設計的學習遊戲「光之勇者傳說」, 來進行學習之策略,遊戲內容針對國小四年級,自然與生活科技中的光學單元所 設計。遊戲為益智遊戲,共有七個關卡,光之勇者遊戲包含遊戲闖關、學習影片 及反思題目等活動,遊戲是將學科內容融入這些活動後設計而成。 二、學習環(Learning Cycle) 學習環是指本研究根據實驗參與者之能力,所提出適於用在國小四年級學生 學習自然科學之學習流程,共分四步驟 : Play, Watch, Reflect, Apply。本研究之學 習遊戲設計將依據此學習環開發。. 3.

(16) 第四節 研究限制 一、研究參與者的限制 因研究之需,參與本實驗研究之學生需對於本研究之學習內容,康軒出版社 國小四年級上學期自然與生活科技,第三單元:奇妙的光,無任何學習經驗,故 適合參與研究的對象需為四年級或四年級以下的學生,故本實驗對象只侷限於新 北市某國小四年級一個班級的學生共 27 人,若要將研究結果推論或應用至其他 區域學校或其他年齡層學生,須進一步探討分析。 二、實驗限制 本研究之實驗,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,最後共有兩堂課堂時間可進行實驗, 而實驗時間則各自安排於兩週集中完成,前測測驗卷另利用晨光時間完成。由於 未能長時間進行探究,本研究之結果只能對接受短時間自然科學課程的學習成效 和學習態度作推論。 三、教材內容限制 在製作數位學習遊戲時,為配合各教科書版本教學進度,避免學生對此單元 已有學習經驗,比較各版本後,選擇康軒版自然與生活科技的「奇妙的光」單元, 於上學期前製作學習遊戲,以便配合學校進度進行實驗。並且為配合本研究所提 出的學習環,將此單元內容較偏記憶的內容刪除,如 : 生活中的各種色光所代表 的意義。故本實驗結果僅限於該單元的學習成效,無法推論至其它單元。. 4.

(17) 第二章. 文獻探討. 本章分四節,分別針對數位遊戲式學習、自然科學學習、自然科學與遊戲的 結合及學習環與數位學習遊戲的結合進行文獻探討。. 第一節 數位遊戲式學習 一、數位遊戲式學習的特色 隨著科技的發展,數位遊戲市場也快速成長,全球市場總值價值有幾百億之 多。科技市場調查機構 NPD 的報告指出, 2012 年第三季美國數位遊戲總銷售為 28.7 億美元,資策會 MIC 則預估,全球數位遊戲市場規模在 2013 年將超過 830 億美元。青少年的人口當中,有四分之三是經常性的數位遊戲玩家(Kirriemuir & McFarlane, 2004),顯示數位遊戲已成為新世代學生生活中中不可或缺的一部分。 Peng(2009) 也提到,這個世代的學生,在成長過程中是伴隨著數位遊戲的,遊戲 式學習對他們來說,是另一種有發展性的學習方式,可以看出,新科技為學習帶 來了新的視野以及新的方式。近年來,許多學者已開始研究將數位遊戲用於教學 的可能性。英國政府最近也投入計畫一個創新、遊戲式學習的數位課程,發展可 用於教育的遊戲,來達到提升現代學生學習動機的效果( Kanthan, 2011 )。 遊戲有幾個特色 : 有趣、增加動機、互動、即時回饋以及使玩家投入,使其 成為一個穩定的學習平台,讓學習不再是無趣的例行公事,而是一件好玩的事情。 同時,在遊戲的過程中,玩家可以思考、探討各種選擇所帶來的結果,達到嘗試 錯誤的學習方式(Kanthan, 2011),讓學生了解如何做出正確的選擇,並且在探索 遊戲的過程中同時學習。玩遊戲(gameplay)可以讓學習者面對一個具有挑戰性的 情境,也就是說,遊戲通常包含了稍微高過學習者本身能力的任務(Annetta et al, 2009),可以讓學習者為了完成遊戲中所提供的目標而投入於學習之中,並且知 道明確的學習目標。而遊戲中所包含的故事劇情,也被認為是一個幫助學習的要 素之一。故事劇情讓學生沉浸於其中,而因此讓遊戲中所要傳達的知識能更使學 生信服,同時,利用故事劇情,遊戲的內容可更完整、連貫,也增加了學習動機 以及提供了明確的目標(Peng, 2009 ; Tan & Biswas, 2007)。由 Csíkszentmihályi 所提 出的心流理論(Flow Theory)說到,當挑戰和個人能力達到一個平衡點的時候,就 5.

(18) 會產生心流,使學習者沉浸於學習。遊戲具有挑戰性、有吸引人的故事劇情,這 些特性被學者認為可以達到心流的效果。 Prensky(2007)提出 12 項遊戲使人投入的特性 : 1. 遊戲有娛樂性(fun) : 讓玩家在遊戲過程中感覺享受並且有樂趣。 2. 遊戲有遊玩性(play) : 帶給玩家動機和樂趣,可讓玩家投入。 3. 遊戲有規則(rules) : 遊戲內容是有架構的,讓玩家容易組織遊戲內容。 4. 遊戲有目標(goal) : 遊戲中有明確的目標,可指引玩家完成任務。 5. 遊戲有互動性(interactive) : 在遊戲中,只要操作電腦進行動作就有許多的事 件發生,讓玩家體會人機互動。 6. 遊戲是適性化的(adaptive) : 遊戲的設計可根據不同程度的玩家而有不同的難 度。 7. 遊戲有結果與回饋(outcomes and feedback) : 讓玩家了解遊戲的進度,提供學 習的機會。 8. 遊戲提供獲勝感(win state) :玩家獲勝的經驗,讓玩家有滿足感。 9. 遊戲有衝突/競爭/挑戰/對手(conflict/competition/challenge/ opposition) : 使玩家在遊戲時感受到興奮(adrenaline)。 10. 遊戲有問題解決的任務(problem solving) : 遊戲中所設置的問題能激發玩家 的創造力。 11. 遊戲有社會互動(interaction) : 讓玩家在遊戲中組成社群,產生互動。 12. 遊戲有圖像及故事(representation and story) : 透過圖畫和故事情節,讓玩家 產生共鳴。 由上述的文獻可看出,遊戲本身的各項特色確實能夠吸引學生。遊戲和傳統 的教科書比較起來,更生動、活潑,因此只要能夠善用遊戲的特色以及其豐富的 媒體,就能夠將遊戲變為一個合適的並且有潛力的學習方法,不只能幫助讓學生 投入於學習之中,最終也幫助學生建構知識(Hsu, Tsai & Liang, 2011)。. 二、數位遊戲於學習之效益 由過去的研究結果發現,將數位遊戲用於學習上,在學生的學習態度、學 習動機或學習成效上,都有提升的效果(Annetta et al., 2009 ; Cheung et al., 2008 ; 6.

(19) Kebritchi, Hirumi & Bai, 2010),讓越來越多的學者,甚至是企業開始認知到遊戲 式學習的潛力,例如 : 微軟贊助了一個由麻省理工學院所主持的遊戲式學習計 畫,製作了一系列使用 XBOX 以及 Pocket PC 學習物理、環境科學概念的數位遊 戲(Prensky, 2003) ;而 IBM 在 2000 年初,就已經投入資源於教育遊戲的研究、開 發以及相關平台、工具上。 數位遊戲的蓬勃發展使它不只被用於一般的學校教育上,也被運用於行為 的矯正、自閉症治療、建立領導能力以及企業戰略分析(如 : IBM、希爾頓飯店) 等不同領域 (Boinodiris, 2009)。美軍的安全防禦部門曾用數位遊戲來模擬戰爭情 形,藉以訓練軍人的軍事防禦技巧(Annetta et al., 2013)。在學科的應用上,也遍 布數學、自然科學、健康教育、商業、社會議題…等科目,在許多研究結果中都 發現,學生喜歡這樣的學習方式,因為能夠引起學習動機,且在學習過程中也獲 得樂趣。 Hogle(1996)提出遊戲對於學習有下列幫助: 可引發動機並提高興趣:遊戲中好奇與期望、控制與互動性以及故事情節的. 1.. 幻想性等特性,都可提高學習者的學習興趣和內在動機。學習者會為獲得成就感, 在面臨困難挑戰時,能願意不斷的嘗試。 增加記憶保留時間:相較於傳統的課程,模擬遊戲在記憶保留方面有較好的. 2.. 效果。 提供練習及回饋:許多遊戲學習軟體提供練習的機會,讓學習者可以反覆的. 3.. 操作,並獲得即時的回饋,讓學習者可以自我評估學習成效,促進學習目標的達 成。 4.. 增進高層次技巧:電腦遊戲的設計,符應了人類的認知結構。將教學內容融. 入遊戲當中,讓學習者不斷的在遊戲中解決問題、做決定,學習者要能夠整合自 己所學,以找到解決方式。教學內容將不斷的重複進入學習者記憶中,是最好的 學習形式。 Squire(2003)則提出數位學習遊戲及電腦模擬系統可成為有效教學工具的六 項因素 : 1. 在遊戲中可以操弄在現實生活中不可改變的變因 : 學生可透過自然環境的 模擬工具,例如 : SimEarth,來觀察空氣中的氧氣含量或全球溫度的提升對地球 7.

(20) 有何影響。 2. 讓學生從不同的角度來觀察各種現象 : 在模擬遊戲 Hidden Agenda 中,學生 扮演中美洲國家的總統,學習經濟、歷史、政治、社會學以及文化。 3. 讓學生在短時間內觀察一個系統的長期變化 : 在模擬遊戲 SimCity(模擬城 市)或 Civilization(文明帝國)中,學生可觀察一個地區許多年甚至幾世紀的變化; 學生透過太陽系模擬系統了解太陽系的形成、發展; 模擬經營遊戲 Railroad Tycoon(鐵路大亨)在模擬之外又加入了遊戲元素,以引起學習動機。 4. 讓學生在遊戲中進行假設 : 在歷史遊戲 Antietam 中,學生可假設事件的發生, 來觀察此事件對歷史的影響。 5. 3D 視覺化 : 學生在 Digital Weather Station 中使用特殊的 3D 工具將氣候視覺 化。 6. 讓學生比較模擬情況和真實情況 : 在遊戲中,許多情況並不是真實的。 SimCity(模擬城市)因遊戲製作者的個人喜好,將重心放在大量的大眾交通運輸上, 教師可利用遊戲的這項特性,引導學生比較遊戲中和現實情況。 除了上述各項優點,在遊玩的過程中,遊戲也被認為能夠培養學生的各種 能力,表 2-1 整理 2001 年至 2012 年遊戲用於學習對學生的能力培養相關文獻。 表 2-1 遊戲用於學習對學生的能力培養相關文獻整理 作者. 內容說明. 黃秀青(2005). 針對六位六年級學生進行電腦益智遊戲活動,發現學 童的推理能力、解題策略及數學解題能力均有提升。. 李招名、張淑玲. 針對九至十二年級的學童進行 8 周的電腦遊戲練習. (2012). 後,發現對學童的手眼協調能力、選擇反應能力提升 有顯著效果。. Amory (2001). 玩冒險遊戲需要使用的技巧包括 : 邏輯能力、記憶能 力、視覺化能力以及問題解決能力。遊戲能影響認知 功能以及動機,並且持續激起玩家的好奇心。. Yee (2003). 以多人線上遊戲玩家做為研究對象,發現超過半數的 玩家在遊戲中學到調解以及領導技巧,如 : 解決隊伍 中的衝突。 8.

(21) Kirriemuir &. 教師以及家長逐漸了解,玩遊戲有助於技能的發展,. McFarlane (2004). 例如 :. Jantke (2006). . 策略思考能力(strategic thinking). . 規劃能力(planning). . 溝通能力(communication). . 數字應用能力(application of numbers). . 談判技巧(negotiating skills). . 團體決策能力(group decision-making). . 資料處理能力(data-handling). 玩遊戲可訓練大腦、系統式思考技巧、分析技巧及策 略規劃技巧。. Susi, Johannesson,. 遊戲的潛力包含增加自我管控能力、發現問題的能. & Backlund (2007). 力、問題解決能力、決策能力、更好的長短期記憶以 及增進社會技巧(例如 : 合作、談判、團體決策能力)。. Annetta et al. (2009). 學生在玩遊戲時,必須用到邏輯思考能力、記憶能力、 問題解決能力、批判性思考能力、視覺化能力以及探 索能力。. 整體而言,和傳統的教學方法比起來,用數位遊戲來進行學習的學生,能有 較高的認知獲得以及較好的學習態度 (Vogel & Vogel, 2006)。儘管如此,要讓數 位遊戲在教學上發揮最大的效益,就要經過教育者的規劃以及設計。除了遊戲本 身的各項基本要素之外,數位教育遊戲的設計必須有學習理論作為基礎,或是將 有效的教育輔助工具加入於遊戲中(Hwang et al., 2012 ; Annetta, Cheng & Holmes, 2010)。數位學習遊戲的設計將於下一段落敘述,而數位遊戲和學習的融合則於本 章第三節加以敘述。 三、數位學習遊戲設計 數位遊戲擁有許多吸引學生的特質,但是,這些特質必須經過適當的設計之 後,才能成為好玩並且有教育意義的遊戲。若是由專業的遊戲設計師來設計,娛 樂性或許會很高,但對於學生的知識獲得幫助可能不大;另一方面來說,若由教 9.

(22) 師來設計,也許會富有教育意義,但是缺少了吸引學生遊玩的動機(Marne et al., 2012)。 整理先前學習遊戲設計相關文獻可歸納出,一個好的數位學習遊戲應具備以 下要素 : (一) 明確的學習目標 設計數位學習遊戲時,首要考量的是定義遊戲的學習目標。目標指的是學 習者在遊戲中嘗試達到的最後目的,這可以是一個分數、謎題的答案,或問題的 解決方案,在達到目標的過程中,學習者可以加強關鍵思想和解決問題的能力及 技術(王維聰、王建喬,2011)。Moreno-Ger et al.(2008)在其所提出的教育遊戲設 計三步驟說到,的一步驟應為認清教學目標,接下來才是設計以及實作。 Kiili(2005)、Prensky(2001)及 Sweetser & Wyeth(2005)也都提到目標為數位學習遊 戲中必備的一項要素,由此可知,學習遊戲中有明確的學習目標是很重要的。設 計遊戲時可描述學習內容的範圍,包含相關的迷思概念(Marne, Wisdom, Bang & Labat, 2012)。 (二) 清楚的規則 規則是區分遊戲及一般遊玩不同點基本要素,是在玩遊戲時的一種限制和控 制,可以是被動或主動的。規則使遊戲變得更有趣和公平,且加強遊戲的趣味性、 挑戰性和公平性。規則讓學習者能夠遵循一定的路線以達成目標、讓學習者了解 遊戲世界的設定 (Prensky, 2001 ; 王維聰、王建喬,2011),並且讓學習者可以理 解其所進行的活動及遊戲中所涵蓋的知識概念(Mayer & Johnson, 2010)。 (三) 適當的競爭及挑戰 玩遊戲通常都有競爭,競爭對手可能是其他玩家、遊戲角色、命運或時間。 有些遊戲使用網際網路和其他玩家在線上連線競爭,這會加強遊戲的變化和吸引 力(王維聰、王建喬,2011)。Kiili (2005) 研究了心流理論和遊戲學習的關係,認 為學習者要達到心流狀態,就要在遊戲中提供和任務相關的挑戰,挑戰難度要適 中,難度若太低,學習者會對遊戲失去興趣。Cheung(2008)也提到,遊戲中必須 要有和學習者能力相符合的挑戰。Prensky(2001)及 Sweetser & Wyeth(2005)也認為. 10.

(23) 挑戰是遊戲學習理重要的一環,有適當難度的挑戰才能讓學習者投入並覺得好玩, 學習者若能夠成功的克服較困難的任務,可提升遊戲學習時的自我效能(Mayer & Johnson, 2010)。 (四) 吸引學習者的故事設計 Prensky(2001)及 Kiili (2005)都提到了故事為遊戲中的要素之一。Kiili 強調, 故事是遊戲中最基礎的部分,幾乎每個遊戲都包含故事性。故事通常會說明遊戲 的背景,可能只是一小段文章,或是貫串整個遊戲,依據遊戲的複雜性會有不同 程度的故事,一般來說,越複雜的遊戲,故事就顯得越重要。故事提供遊戲的奇 幻性和現實接軌的橋樑,能讓學習者投入遊戲之中,進而沉浸於遊戲的學習情境 中(楊景盛、林素華、王國華、黃世傑,2010)。有學者認為,遊戲任務的故事能 引發玩家的學習動機、協助學習者解決問題,並針對學習遊戲中的故事設計進行 探討(Seagram & Alan, 2004 ; Dickey, 2006)。 (五) 適當的回饋 回饋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 (Mayer & Johnson, 2010)。Squire(2003)認為,遊戲中,若學習者有進步應給予正 面的評價或評分,正面的回饋或獎賞會帶來進步(Kiili, 2005)。非結構化的回饋讓 學習者出奇不易,可激發學習者的好奇心 ; 結構化的回饋增強遊戲的教育意義, 讓學習者了解自己的學習進度,是否達到學習目標,讓知識學習過程更完整 (Malone, 1981)。 (六) 不同難度的關卡 像一般的教學活動一樣,好的遊戲要包含不同難度的關卡,才能讓學習者感 到好玩,並且培養不同程度的技巧(Malone, 1981)。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(Mayer & Johnson, 2010)。 (七) 遊戲平衡 遊戲平衡的目的在於設計一個內在一致、公平的遊戲,所有學習者於遊戲中 11.

(24) 所擁有的條件都相等,使玩家不會太容易獲得優勢,但同時也相信自己有獲勝的 機會,並確保遊戲是好玩的。對學習遊戲來說,遊戲平衡是很重要的,玩家的能 力應該是成功過關的主要因素 : 玩家的能力越好,在玩遊戲時就應該要表現得越 好(Prensty, 2001 ; Kiili, 2005 ; Cheng, Hong, Hwang, Lee, Lin & Lu, 2009)。 除了遊戲設計中的必要元素之外,在規畫學習遊戲時,應注意避免會影響學 習效果之因素。Kirriemuir & McFarlane(2004) 提出,失敗的學習遊戲設計通常犯 了以下幾點錯誤 : . 遊戲設計太過於簡單,和一般的商業遊戲比較起來缺乏吸引力。. . 遊戲中的任務太過於重複,讓學習者很快就感到無聊。. . 遊戲中的任務設計無法讓學習者學習。. . 遊戲中訓練的技能太過單一,學習者一直重複練習同樣的技能。. . 遊戲讓學生感覺被強迫學習,遊戲淪為學習的包裝。 Kiili (2005)則提到學生的遊戲能力可影響學習效果,必須注意遊戲的可用性,. 避免學生花太多注意力於適應遊戲操作或遊戲環境,否則可能會導致認知負荷。 多媒體的表現方式也必須注意,因為學習遊戲中含有大量會使玩家分心的多媒體、 圖像以及音效,要妥善設計遊戲本身的遊玩性來使玩家專注。設計學習遊戲時, 最有挑戰性的事情就是如何在這些吸引人的因素以及學習內容之間取得平衡。. 第二節 自然科學學習 一、自然科學學習特性 自然科學學習是非常重要的,因為它和我們的生活息息相關,而且在人類的 世界中,任何經濟及科技蓬勃發展的國家都需要越來越多科學家或是自然科學相 關背景的人才(Samuelson et al., 2010),自然科學教育影響的是一個國家的發展。 靳知勤(2008)分析了 1992 到 2004 年共 105 篇科學教育相關學位論文,將這些研 究論文的研究目的分為七大種類 : 科學概念學習、思考智能、過程技能、科學態 度、課程發展與教學策略、教師專業發展,及議題與內容分析,發現以學生學習 12.

(25) 為目的的論文為最多,而研究對象則以國小學生為最大宗,顯示科學教育的研究 領域,以國小學生的學習相關議題為主。 和其他學科比較起來,在學習自然科學時,重視的是對科學概念的理解。在國 小自然與生活科技課程中,強調培養學生的科學理解,而非純粹的知識記憶,而 教學重點著重於提昇學生的科學素養,培養學生獨立思考與解決問題的能力(賴 慶三、郭榮得,2005)。台灣大考中心對全國自然組高中生進行物理科測驗的調 查發現,愈重視理解的考生成績表現愈好,且愈認為測驗試題並不困難;太強調 記憶的考生則會因為沒有見過題型,而造成解題的困擾(李濟國,2001)。自然科 學的另一個特色為,許多科學概念都和日常生活有關,自然科學來自於對自然界 的觀察、分析所作出的歸納或演繹(李濟國,2001)。因此,在學習自然科學時, 當學生遭遇新的科學概念,會使用現存的鷹架、知識、信念以及興趣來了解、描 繪新的訊息(Cavas, 2011)。 傳統的科學教學方法多是採用記憶、背誦的方式,導致學生不擅於進行獨立 思考,亦無法學習如何去學習,這並非所謂的有意義的學習,只能稱為填鴨式的 教學(鐘敏綺、張世忠,2002)。教育部的九年一貫課程綱要指出,自然與生活科 技領域課程目標應為培養學生探索科學的興趣與熱忱,並養成主動學習的習慣, 學習科學與技術的探究方法和基本知能,並能應用所學於當前和未來的生活,培 養獨立思考、解決問題的能力(教育部,2003)。由上述自然科學學習特色可知, 為達到自然科學的教學目標,自然科學教師必須重視學生對科學概念的理解,並 且在教學過程中能夠和生活連結,並且以學生既有的知識作為引導,如此才能提 升學生學習科學之興趣,幫助提升學生科學學習效果。 二、自然科學學習困難 自然科學對學生來說是相對困難的科目,學生要理解自然科學,牽涉到的是 許多抽象概念之間的複雜關係,自然科學是由各種抽象概念間的複雜交錯所組成 (Samuelson et al., 2010),學生對這些抽象的科學概念往往難以理解及應用。在進 行教學時,應幫助學生將自然科學看成是一系列有系統並連貫的概念,以及許多 和日常生活息息相關的現象。但是,許多學生即使在上過了自然科學課程以後, 仍然將自然科學視為是由許多零碎的物理現象、符號公式及解題過程所組成,而 學生對自然科學的觀感、理解以及教學方法都是造成學習困難的原因(Ploetzner et 13.

(26) al., 2009)。 Magnusson, Krajcik & Borko (1999)在研究中將科學概念分類,提出學生在學 習科學時,會遭遇困難的不同原因 : 1. 有些科學概念讓學生在學習時感到困難,因為這些概念非常抽象,或是難以和 學生的日常生活、過去的經驗加以聯想(例如 : 分子、蛋白質的合成、量子力學、 細胞呼吸作用)。 2. 有些科學概念是以問題解決為中心的,而學生不知道如何有效的思考問題並規 畫解決問題的策略。例如 : 學生往往在解決運動力學問題時遇到困難,因為學生 通常不會思考相關的基礎理論,而想從過去使用過的解題方程式尋求答案。 3. 有些科學概念和學生的先前認知相反,這一類的科學概念可以稱為迷思概念, 也是科學學習中常見的學習困難。迷思概念通常很難矯正,因為錯誤的觀念已經 深植於學生的腦海,在學生的日常生活中,迷思概念比起正確的科學概念,是易 察覺的、協調的、有用的。 在自然生活的各種現象之中,光是學生最常接觸到的一種自然現象(Chung et al, 2011),在自然科學這個科目中,也是最生活化的一個單元,但光對學生來說 是很抽象的,看得到卻摸不到,沒有具體的形體可以接觸、觀察。先前和光學學 習相關的研究發現,學習者很難直接在日常生活中,仔細觀察而發展出光學的各 種理論,如 : 光線的直線前進、反射、折射等。因為光的這種特性,造成教師 在教學時難以具體描述光的性質,而使學生產生許多先入為主的想法及概念。 (陳采真,2002 ; 張靜儀、李采褱,2004 ; 邱韻如,2006),必須透過將光具體 化的教學方法,例如 : 使用圖片、動畫來表示,或是實際做實驗,在教學光的 概念時,往往都需要許多教材輔助。即便有許多專為光學概念學習所設計的教材, 學生仍然對光有許多迷思概念或誤解,在光學迷思概念的相關研究中,發現從古 至今,即使是光學中最常見的影子形成的原因,學生仍然普遍有著錯誤的想法(陳 采真,2002)。而較難的光反射與折射概念,學生也會出現無法區分的現象,其 中又以光的折射原理對國小學生來說較為抽象(李采褱,2003)。 以下針對國小四年級的光學課程內容中包含的學習概念(有光才能看見物體、 光的行進、光的反射、光的折射及彩虹的形成),整理先前研究者,對於學生在 光學概念上易產生誤解的相關研究結果 : 14.

(27) 表 2-2 學生在光學概念上易產生誤解的相關研究結果 概念. 研究者. 研究對象. 研究結果. 有光才能. Fetherstonhaugh. 13~15 歲學生. 有些學生認為,即使在黑暗. 看見物體. & Tregust. 的房間中,也能看到老師拿. (1992). 在手中的筆。少數學生認 為,貓在黑暗中也能視物。. 王晉基、郭重吉 八、九年級學生 許多學生認為,因為眼睛本 (1992). 身能發光,因此在黑暗中能 視物。. 張靜儀、李采褱 三~六年級學生. 超過半數學生認為,在黑暗. (2004). 中可看到一點點或是某些 特定的東西。. 光的行進. Fetherstonhaugh. 13~15 歲學生. , & Tregust,. 少數學生認為,光在晚上無 法傳遞。. (1992) 王晉基、郭重吉 八、九年級學生 許多學生認為,光所走的距 (1992). 離和能量有關。. 張靜儀、李采褱 三~六年級學生. 超過半數學生認為,光在白. (2004). 天無法傳遞,光的傳遞受晝 夜影響。. 光的反射. Shapiro(1989). 五年級學生. 學生認為,眼睛能看見物體 和光反射無關。. 王晉基、郭重吉 八、九年級學生 許多學生認為,鏡子成像是 (1992). 因為光遇到鏡子會產生折 射,而非反射。. 張靜儀、李采褱 三~六年級學生. 大部分學生無法指出,因為. (2004). 物體將光反射入眼睛,因此 能看見物體。. 光的折射. Anderson &. 12~15 歲學生 15. 學生認為,水會將光彎曲,.

(28) 且用反射來解釋為何加水. Karrquist(1983). 以後從同樣角度可以看到 水中的物品。 Shapiro(1989). 五年級學生. 學生認為,水將光折彎了, 因此水中的鉛筆看起來才 會向折斷一樣。. 王晉基、郭重吉 八、九年級學生 仍有少部分學生認為,光由 (1992). 空氣進入水中時,光得行進 路線為不規則或是不變。. 張靜儀、李采褱 三~六年級學生. 許多學生會將反射以及折. (2004). 射現象混淆。. 彩虹的形. 張靜儀、李采褱 三~六年級學生. 認為彩虹的形成是因為反. 成. (2004). 射現象的學生為最多數。. 第三節 自然科學學習與遊戲的結合 一、數位遊戲於自然科學學習之效益 科技進步快速的環境重新塑造了網路世代的學習方式,這一代的小孩以及青 少年出生於一個電腦化的世界,已經非常習慣於使用各種軟體產品,並且花許多 時間使用電腦(Annetta, Cheng & Holmes, 2010 ; Girard, Ecalle & Magnan, 2012), 已有許多教學者發現電腦輔助教學運用於教學的優勢,許多國家也持續對於中小 學的電腦輔助教學投注時間與金錢,期望能提升學生學習效果(沈茹逸,2012)。 為幫助學生學習科學概念、解決學生於科學學習上遭遇的困難,或是增加學生的 學習動機,許多研究者嘗試使用不同的科技輔助工具於科學學習上,探討這些科 技工具對於學生科學學習成效的影響,例如 : 多媒體教材、模擬系統、虛擬實 境…等。 張文菁(2006)整理電腦多媒體教學的優點 : 1. 新鮮感 : 學生會對新鮮的事物感到好奇,因而捉住了學生的注意力。 16.

(29) 2. 互動性 : 多媒體能提供有意義的學習,促進師生互動。 3. 表達性強 : 傳統的教學模式多以講述為主,當然有些口語表達能力很強的老 師,不但能以活潑生動的語調讓學生打起精神,亦能清楚表達老師要教授的概念, 引起學生的學習動機,但事實上有許多老師都缺少此種魅力,因此電腦多媒體教 學可以有效地彌補這些老師教學之不足。 4. 便利性高 : 同樣的課程可以用同樣的材料來教授,但要注意不時進行更 新。 5. 工作量減輕 : 在新學年的教學中,可以取出重用或參考。 由以上文獻可知,電腦輔助教學的確對科學學習成效有提升的效果。而數位 遊戲經過設計規劃後,可結合電腦輔助教學、多媒體教材、模擬學習…等教學方 法的優點,因為其本身已具有遊戲的各項優點,如 : 藉由過關條件定義學習目 標、有挑戰性、好玩、提升學習動機…等,又可透過遊戲中的各種多媒體,如 : 圖片、動畫、音效…等,來吸引學生學習,或是在遊戲中模擬各種自然現象。 從先前關於數位遊戲用於科學學習的相關研究可看出,數位遊戲對於科學學 習有以下主要優勢 : 1. 數位遊戲讓學生更了解抽象概念 科學課程中有許多概念是抽象難以實際操作的,運用數位遊戲中豐富的多媒 體,可將一些學生不易了解的抽象概念視覺化,幫助學生了解科學中的抽象概念。 例如 : 化學中的原子概念或數學的方程式,教師往往難以解釋,但可透過視覺 化的方式,讓學生易於理解(楊景盛,林素華,王國華,黃世傑,2010 ; Samuelson et al., 2010 ; Maya & Shubhajit, 2011 ; Girard, Ecalle & Magnan, 2012)。 2. 數位遊戲的特性適用於科學學習 數位遊戲特別適合用於因果關係的學習,且在玩遊戲時,學習者會用到邏輯 思考、記憶能力、批判思考…等技能,再加上遊戲本身是一個需要問題解決能力 的環境,遊戲是由許多互相關聯的小問題組合而成的,這些都符合科學學習的特 性(Kiili, 2005 ; Miller, Chang, Wang, Beier & Klisch, 2011)。 3. 數位遊戲讓學生應用科學 為了達成過關條件,學生在遊戲的虛擬世界中會很自然、直覺地應用所學的 科學知識(Anderson & Barnett, 2010)。 17.

(30) 4. 數位遊戲讓學生體驗科學 在遊戲中,學生可體驗自然現象、物理規則,也能讓學習者探索在現實生活 中到不了的地方,例如 : 海底、外太空,並且在保證學生不受傷害的情況下, 模擬一般難以遇到的情況,例如 : 生態災難、疾病、天文現象。除此之外,教 育者可以向學生展示物理現象何隨著時間或空間的改變而變換,而不需要花費實 際的時間(Ploetzner et al., 2009 ; Anderson & Barnett, 2010 ; Girard, Ecalle & Magnan, 2012)。 綜合上述文獻所提之數位遊戲用於科學學習的效益,可見數位遊戲的本質適 合用於科學學習,且可以彈性加入許多吸引學生學習的元素,可提升學生的學習 動機、對科學概念的理解,進而提高學習成效。. 二、數位遊戲式學習策略用於自然科學學習之相關研究 近年來,已有許多學者投入於研究數位遊戲於科學學習上的研究,本研究整 理國內外的相關研究,將其整理如下表 : 表 2-3 數位遊戲於科學學習上的相關研究 研究者. 學習目標. 研究對象. 宋錦圓(2007). 生態. 國小中、高年 在遊戲中,有使用瀏覽、問題 級學生. 研究成果. 討論、尋求支援等學習策略的 學生,學習成效較好。. 翁榮源、莊坤鴻. 物質變化. 大學生. 使用遊戲學習的實驗組進步. (2008). 幅度較控制組大,顯示遊戲式 網路學習對學習者幫助較大。. 陳萌智、何嘉. 國小三、四 三、四年級學 學習的概念包含水的倒映、光. 原、吳東諠、王. 自然科學. 佩馨、嚴士翔. 課程. 生. 的反射、指南針、座標、風向、 輕與重。經問卷調查發現,學. (2010). 生認為遊戲有趣,有助於對自 然科學的了解,且願意繼續 玩,但對於在遊戲中所學的知 識仍沒有信心。 18.

(31) 楊景盛、林素. 人體內分. 華、王國華、黃. 泌系統. 七年級學生. 在學習效益上,學生有良好表 現,高層次認知有顯著提升,. 世傑(2010). 且學生持正面態度。. 王凱信、陳英. 科學本質. 傑、連啟瑞、盧. 學習. 六年級學生. 科學史融入數位遊戲學習對 學生整體科學本質的學習有. 玉玲(2012). 正向助益,尤其在了解科學方 法與科學知識的本質方面有 顯著效果。然而,對於提昇學 生認識科學事業的本質向度 並未達到預期效果。. 任淑莉(2012). 昆蟲. 四年級學生. 學生的後測分數顯著高於前 測分數,低分組學生進步特別 明顯。. Beale, Pamela,. 癌症知識. Marin-Bowling,. 13~19 歲癌症 玩遊戲的實驗組分數增加幅 患者. 度比控制組大,且大部分實驗. Guthrie & Cole. 組學生認為使用遊戲學習是. (2007). 可接受且可信賴的。. Cheung et al.. 生物、政. 學生的前後測有顯著差異,大. (2008). 府、經濟、. 部分學生持正面態度。. 科技、生產 系統、自然 環境 Duque, Fung,. 老人照護. 醫學系學生. 玩過遊戲後,學生的知識有顯. Mallet, Posel &. 著提升,大部分的人認為,此. Fleiszer (2008). 遊戲增加對家庭拜訪的知識 及信心,並且認為數位遊戲可 用於其他領域的學習。. Annetta et al.. 基因學. 14~18 歲學生 使用遊戲的實驗組及控制組. (2009). 的後測分數無顯著差異,但投 19.

(32) 入程度有顯著差異。 Annetta,Mangru. 力學. 五年級學生. 後測分數和前測分數相比有. m, Holmes,. 顯著增加,且學生玩遊戲時的. Collazo & Cheng. 投入程度很高。. (2009) Ho et al. (2009). 牙齒保健. 二年級學生. 用 Wii 遊戲來教學生牙齒保 健的概念。實驗組平均分數高 於控制組,且學生認為好玩。. Jaipal & Figg. 細胞及癌. (2009). 症. 八年級學生. 動作射擊遊戲。前後測分數有 顯著差異,學生認為此遊戲能 增加機、有趣且令人投入,大 部分學生持正面態度,少部分 學生因為喜歡實驗操作、認為 遊戲中不會學到東西而持負 面態度。老師則認為可讓學生 學習到合作及領導能力。. Peng (2009). 健康管理. 平均年齡 20. 教導學生如何體重控制的角. 歲. 色扮演遊戲。實驗組知識測驗 分數高於控制組。. Anderson &. 靜電. 職前教師. Barnett (2010). 沒有使用遊戲的控制組態度 比實驗組正面,且實驗組學生 認為他們並沒有透過遊戲學 習到靜電的知識。. Brom, Preuss &. 動物行為. Klement (2011). 學. 高中生. 學生使用遊戲來對狗進行訓 練。遊戲組的知識測驗成績顯 著優於傳統教學組,態度則兩 組相近。. Echeverría et al. (2011). 電學. 高中三年級. 學生的前測、後測分數有顯著. 學生. 差異。學生在過程中表現出高. 20.

(33) 度的學習動機,且很快就上 手。 Hsu, Tsai, &. 光與影. 幼稚園學生. Liang (2011). 實驗組學生使用 POE model 配 合遊戲進行,但在實驗過程 中,實驗組學生有認知負荷過 大的現象。. Maya &. 原子. 10~20 歲學生 學生對遊戲的圖像設計、操作. Shubhajit (2011) Miller et al.. 有正面評價。 鑑識科學. (2011). 六~十二年級. 線上 CSI 辦案遊戲,配合知名. 學生. 影集 CSI 所設計。研究結果顯 示,此遊戲有助於鑑識科學的 知識獲得及態度的改變。. Hwang, Sung,. 植物. 六年級學生. 使用遊戲的實驗組和使用投. Hung, Yang &. 影片、影片的控制組,後測成. Huang (2012). 績有顯著差異。學生認為,用 遊戲來學習讓自然課變得更 有趣,也希望可用於其他單元 內容。. 由以上文獻整理可以發現,大部分的研究結果顯示,學生對於使用數位學習 遊戲於自然科學學習持正面的態度,但是有時學生的學習成效並不如預期,再加 上,將數位學習遊戲用於科學學習可說是新興的研究領域,文獻的時間大部分集 中於最近十年,文獻的數量不多,尚不足以對數位學習遊戲的成效下定論。但是 可以肯定的是,大部分學生都認為這樣的學習方式有趣,有助於引起學習動機, 因此這個領域仍然值得教育研究者們繼續投入。. 21.

(34) 第四節 學習環與數位學習遊戲的結合 一、學習環融入數位學習遊戲 雖然先前的研究證實,數位遊戲對學生學習有許多幫助,但有些學者指出, 在設計數位學習遊戲時,整合教育理論、教學策略或適當的教育輔助工具進入遊 戲之中是很重要的,若沒有經過適當的設計,數位學習遊戲的效果將會不如預期 的顯著,可能無法完全發揮教育遊戲的優點,或是重蹈先前一些效果不佳數位遊 戲教學模式的覆轍,流於一般的娛樂遊戲。(楊景盛、林素華、王國華、黃世傑, 2010 ; Cheung et al., 2008 ; Annetta, Cheng & Holmes, 2010 ; Hwang et al., 2012 ; Wu, Hsiao, Wu, Lin & Huang, 2012)。甚至有學者認為,除非經過教育者的設計或 加入學習活動,否則教育遊戲本身並不容易促進學習(Cheung et al., 2008 ; Brom, Preuss & Klement, 2011)。透過學習策略的加入,可以縮短沉迷於遊戲中達到頓悟 狀態的時間,不至於流於空泛的探索(楊景盛、林素華、王國華、黃世傑,2010)。 因此,先前有研究者將現有的學習環或學習流程和遊戲結合的,希望藉由學習環 或學習流程的配合,更發揮遊戲的優勢,提升學習成效。 Hsu, Tsai & Liang (2011)用預測-觀察-解釋(prediction-observationexplanation, POE)的學習流程配合數位學習遊戲,讓幼稚園的學童學習光與影的概 念,並將學童分為使用學習流程的實驗組及不使用學習流程的控制組,比較兩組 學習成效,其配合 POE 之實驗設計如圖 2-1,實驗組的實驗步驟如下 : 1. 預測(prediction) : 遊戲提供學童一些選項,讓學童選擇所預測的事件結果,結 束後進行觀察步驟。 2. 觀察(observation) : 學童控制遊戲中的虛擬人物來觀察各物品的影子,並完成 一個遊戲任務 – 指認出有錯誤影子的物品。 3. 解釋(explanation) : 學童必須正確解釋剛才所學的相關事件,若解釋錯誤可選 擇重新回答遊戲、重新玩遊戲或繼續下一關。. 22.

(35) 圖 2-1 Hsu, Tsai & Liang(2011)配合 POE 之實驗設計 實驗後訪談了學童對光與影概念的了解發現,有配合 POE 的實驗組和沒有配 合 POE 的控制組,兩組分數有顯著差異,顯示配合 POE 的遊戲學習方式對學生 學習光與陰影有正面的影響。 Cheung et al.(2008)用三階段的教學策略 VISOLE 配合線上遊戲 FARMTASIA 學習包含了生物、政府、經濟、科技、生產系統、自然環境在內的知識。學習規 畫如圖 2-2 所示 :. 圖 2-2 VISOLE 架構圖 第一階段(Multi-disciplinary Scaffolding) : 教師引導。 第二階段(Online Game-based Learning) : 學生自行在遊戲中發揮所學。 第三階段(Just-in-time and Summative Debriefing) : 教師引導學生摘要、反思。 學生的後測分數較前測分數進步,有顯著差異,學生對於遊戲持正面態度。 由以上研究可以發現,加入學習流程的數位遊戲學習策略,可以發揮遊戲的 優點,對於學生學習有正面影響。Wu et al. (2012)調查 1971~2009 年遊戲式學習 相關文獻指出,使用學習理論或學習策略做為遊戲設計的基礎雖然是研究的趨勢, 但是和未使用學習理論的文獻比較,仍然是少數。而從製作數位遊戲的角度來看, 23.

(36) 其過程所花的成本要比一般的數位內容要高的許多(簡幸如,2005),因此在實作 遊戲前,適當地加入以及規畫教學策略更顯得重要。 二、學習環的開發 從使用學習環配合遊戲的相關文獻可以看出,學習環大致可分為兩種運用方 式,一種為,學習環本身就是針對遊戲所開發;而另一種為,將非針對遊戲的學 習環,透過課程活動的設計,使得學習環和學習遊戲整合在一起,進而達到輔助 學習的效果。第一種針對遊戲所開發的學習環,如:Kiili(2005)所提出之經驗遊 戲模式(experiential gaming model),即是為了專門用於設計教育遊戲所提出的學習 環,此經驗遊戲理論的目的是連結遊玩(gameplay)以及經驗學習(experiential learning),進而讓學習者進入心流的狀態,其內容提到,在經歷過概念構成過程 後,學習者會對其所學之解決方法進行實際的試驗(Active experimentation),接著 反思觀察(Reflective observation)行動的結果。如圖 2-3 所示。. 圖 2-3 Kiili(2005)所提出之經驗遊戲模式(experiential gaming model) 而非針對遊戲的 Learning Model,除了上一段所提及的 White & Gunstone(1992)所提出之預測-觀察-解釋(prediction-observation-explanation, POE) model 以外,Kolb(1984)提出的經驗學習理論(experiential learning)也是經常被運用 於各種教育培訓活動中。Kolb 認為,經驗學習由四個學習階段購成,分別為具體 經驗、反思性觀察、抽象概念化及主動實踐。具體經驗是讓學習者投入新的體驗; 反思性觀察是指學習者停下來對已經歷的體驗加以思考;抽象概念化是學習者必 24.

(37) 須理解所觀察的內容並能夠吸收;到了主動實踐階段,學習者要能夠運用所觀察 的內容。圖 2-4 為 Kolb 的經驗學習理論。. 圖 2-4 Kolb(1984)提出的經驗學習理論(experiential learning) 5E 學習環(圖 2-5)則是 1980 年代由美國生物科學課程之小學課程發發展出來 的 SCS(Biological Science Curriculum Study)課程,是屬於建構式的教學模式(陳裕 方、李文德,2005),其包含之五個階段及說明如下(林益興,2000) : . 參與(Engagement) : 利用活動使學生聯繫起舊經驗,並關注於當下學習活動. 的歷程。 . 探索(Exploration) : 學生主動操作教具、資料,主動探索問題。. . 解釋(Explanation) : 學生發表、示範他們對概念的了解或操作過程,而教師. 可引介科學概念進來。 . 精緻化(Elaboration) : 學生將發展出來之新概念活用於新情境中,藉此能深入,. 並獲得更多的資訊與高層次的技巧。 . 評量(Evaluation) : 鼓勵學生評量自己的了解程度與能力,並提供教師評量自. 己的教學技巧、成效和目標進展情況。. 25.

(38) Engagement. Exploration. Evaluation. Elaboration. Explanation. 圖 2-5 5E 學習環 由以上學者所提出的各個學習模式可以看出,在學習的過程中,首先強調的 是讓學習者有新的體驗,並自行觀察、探索,讓學習者獲得一套自己的概念理解 後,思考、反思所獲得的概念,並且在最後能夠運用、評量所學習的概念。 根據以上的文獻探討,本研究提出適合用於國小四年級學生的學習環,並依 據此學習環進行教育遊戲設計。本研究開發之學習環於圖 2-6,共有四個學習步 驟 : Play、Watch、Reflect 及 Apply,各步驟之內容及活動設計於表 2-1 說明之。. 圖 2-6 本研究所開發之學習環. 表 2-1 本研究所提出之學習環各步驟之內容及活動設計 階段. 內容. 遊戲中的活動. Play. 由學習者自行探索新的環. 完成遊戲關卡。 26.

(39) 境,此時並未給予概念相關 的教學。 Watch. 學習者觀察實際的現象。. 觀看實驗影片。. Reflect. 學習者反思、思考於前兩步 看反思題,並思考答案。 驟中所獲得的概念。. Apply. 學習者應用所學的概念來. 完成應用遊戲關卡。. 解決問題。. 第五節 結語 根據以上的文獻探討可知,數位學習遊戲對於學習有許多效益,將數位遊戲 用於學習的研究已漸漸成為趨勢,但是數位教育遊戲畢竟不是萬靈丹,必須經過 適當的設計,並且配合適當的教學活動,才能真正發揮數位教育遊戲在教育上的 優點。 將遊戲用於學習可提升學生的學習動機,但是將數位遊戲及課程結合有一定 的困難,在設計時須注意教育和遊玩的平衡(Kiili, 2005),在設計學習遊戲時,往 往因為太注重教育成份而無法讓學習者覺得好玩,如何將遊戲和學科內容結合, 又不使學生失去興趣和注意力是很有挑戰性的(Jaipal & Figg, 2009 ; Maya & Shubhajit, 2011)。除此之外,將遊戲和教學流程整合也是很重要的,在這方面的 研究目前仍然不足(Echeverría et al., 2011), 從先前數位學習遊戲的相關研究結果可以看出,雖然學習者對於使用遊戲來 學習展現高度的興趣,但是在學習效果的影響方面,不一定會表現得比傳統教學 還要好(Jaipal & Figg, 2009 ; Brom, Preuss & Klement, 2011),未能明確顯示數位遊 戲確實對學生有幫助,且目前能夠找到的實證研究文獻數量也不夠多(Beale et al., 2007 ; Annetta et al., 2009),數位學習遊戲的議題值得被研究。故本研究考慮 實驗參與者年紀,提出一適用於國小四年級學生之學習環,並根據此學習環設計 一小型的學習遊戲,讓學生透過此遊戲來學習光學單元的知識概念。. 27.

(40) 28.

(41) 第三章. 學習遊戲設計. 本學習遊戲 : 光之勇者傳說,參考 Bergeron(2006)為設計教育遊戲而發展的 設計架構設計而成設計而成。以下分為需求規格、技術架構、遊戲設計、素材取 得與開發等面向加以說明。 一、需求規格 (Requirements specification) (一) 遊戲設計目的 (Purpose of game) 為提升學生學習動機以及增加對光學概念的理解,將康軒出版社四年級 下學期的光學單元,配合學習環,設計成一益智遊戲,讓學生在遊戲的過程中可 一邊學習和光學有關的知識。 (二) 遊戲使用限制 (Scope) 光之勇者傳說是用於基礎光學概念學習,適合國小中年級學生。 (三) 遊戲目標 (Goals) 藉由轉換課本教材內容至電腦遊戲中,並配合適合國小學童學習的學習環, 利用故事加以包裝教材,期望學生在遊戲的過程中能探索、體會光的重點概念, 同時透過觀賞影片進一步了解新知識,讓學生在玩過遊戲後能獲得光學單元的相 關知識。 (四) 遊戲背景設定 (Background) 光之勇者傳說的背景設定開始於一個兔子村,兔子村的和平突然被邪惡的兔 博士破壞,學生在遊戲中扮演勇者的角色,在各關卡中,必須打敗兔博士的手下 們,並且拯救被兔博士抓走的村民。 (五) 遊戲設定對象 (Player profiles) 國小四年級學生,並且對光學單元無學習經驗。 (六) 遊戲環境 (Use environment) 1. 遊戲環境 : 2D 29.

(42) 2. 遊戲視角 : 第三人稱 3. 遊戲人數 : 單人 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) 參考益智遊戲的元素,讓學生在遊戲中思考過關的方法,並加入背景故事包 裝遊戲。 (八) 學習內容來源 (Source of serious content) 康軒出版社,國小四年級下學習自然與生活科技,第三單元 : 奇妙的光。 (九) 教學目標 (KSA requirements) 1. 了解在黑暗中,有光才能看見物品。 2. 了解光是直線前進的。 3. 了解光的反射現象。 4. 了解光的折射現象。 5. 了解彩虹是由光和水所形成。 (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. 以遊戲故事引發學習動機。 3. 操作簡單,以滑鼠左鍵點擊以及鍵盤空白鍵即可操作。 4. 遊戲配合四步驟的 Learning Model : Play、Watch、Reflect、Apply 所設計,讓 學生循序漸進學習。 5. 過關畫面及音效提升過關的成就感。 二、技術架構 (Technical architecture) (一) 遊戲開發流程 30.

(43) 1. 遊戲設計文件撰寫 : 1 個月 2. 遊戲美工繪製 : 1 個月 3. 遊戲程式撰寫 : 3 個月 4. 遊戲測試及修改 : 1 個月 (二) 遊戲平台 : PC (三) 系統需求 : Windows XP 以上 (四) 遊戲開發工具 : Flash (五) 遊戲發布形式 : 單機遊戲安裝至各電腦中。 (六) 遊戲存檔紀錄 : 不可存檔,但遊戲開始畫面可選擇任一關卡。 三、遊戲設計 (Game Design) (一) 遊戲內容 此遊戲將康軒國小四年級下學期自然與生活科技第三單元 : 奇妙的光融入 遊戲之中,並讓學生依據 Learning Model 的四個步驟依序進行遊戲,達到學習光 學概念的目標。 (二) 遊戲特色 1. 遊戲類型 : 益智遊戲 (1) 遊戲關卡具挑戰性,促使學生思考過官方法。 (2) 故事背景吸引學生過關,但又不至於使學生分心。 (3) 遊戲配樂跟著劇情會有所變化,讓學生更投入。 (4) 遊戲操控簡單易上手。 (5) 可任意選擇關卡,接續之前的遊戲進度。 2. 遊戲美工風格 : 以可愛的風格為主,角色以兔子做為種族。 3. 遊戲使用之教學法: 根據本研究開發的 Learning Model,將此四步驟融入遊戲之中,學生在遊戲 31.

(44) 石不斷重複經歷此學習循環,以「光的折射」概念學習為例 : 學生在沒有任何反 射概念的情況下進入關卡,選擇正確的光照射角度,讓光由水裡出發,經過飄在 空中的怪物,藉此消滅怪物(play),過關後看光折射的相關實驗影片(watch),關卡 開始前,提供學生一反思題目「為什麼會產生折射呢? 」倒數五秒後顯示答案「因 為光在不同的物質中前進」(reflect),接著進入下一個關卡,此關卡的光由空中進 入水中,玩法相同(apply),其它學習概念以此類推。 (三) 遊戲背景故事與主線故事 1. 遊戲背景故事 故事發生於兔子城,兔子們過著平靜的生活,直到有一天,邪惡的黑暗兔博 士來到這座城市,他忌妒兔子城的兔子們過著幸福快樂的日子,決定破壞他們的 生活,將兔子城的居民們都抓到他的實驗室中做為他邪惡實驗的材料。僥倖逃過 一劫的兔長老請求主角勇者兔將居民們從兔博士的實驗中救出來,傳說黑暗兔博 士最怕光,因此勇者兔必須先取得傳說中的光武器,再用光武器將兔博士的怪物 手下們一一打敗,最後到達兔博士的實驗室中向他挑戰。 2. 遊戲主線故事 學生在遊戲中擔任勇者兔,身負重責大任,要將兔子城的居民們從黑暗兔博 士手上解救出來。 遊戲地圖有五個地點,共七個關卡。玩家依序抵達黑暗島、幽暗森林、迷霧 村莊、黑岩港口及黑暗兔博士的實驗室,在前四個關卡中打敗兔博士的怪物手下 們,接著在兔博士的實驗中和兔博士進行決戰,過關後就能擊敗他,將居民們救 回。 (四) 遊戲角色 1. 勇者兔 : 根據劇情需要,設計不同情緒的勇者兔,並且在角色對話時,在對 話框中放入半身圖片。. 32.

(45) 圖 3-1 勇者兔(全身). 圖 3-2 勇者兔(慌張時). 圖 3-3 勇者兔(鬆一口氣時). 2. 兔長老 : 兔子城中的長老,會帶領勇者兔通過關卡。. 圖 3-5 兔長老(半身). 圖 3-4 兔長老(全身). 33.

(46) 3. 黑暗兔博士 : 最後關卡之大魔王。. 圖 3-6 黑暗兔博士. 圖 3-7 黑暗兔博士(被打敗時). 4. 兔子城居民 : 遊戲中兔子城的居民們。. 圖 3-8 兔子城居民(故事開頭被抓走時). 圖 3-9 兔子城居民(被勇者兔救回後) 34.

(47) 5. 關卡怪物 : 每一關卡有不同怪物. 圖 3-11 關卡二怪物(半身). 圖 3-10 關卡二怪物(全身). 圖 3-12 關卡三怪物. 圖 3-13 關卡四怪物. 圖 3-14 關卡五怪物. 圖 3-15 關卡六怪物. 35.

(48) (五) 遊戲流程. 遊戲故事開頭影片. 關卡選擇畫面. 關卡一 影片. 地圖畫面. 地圖一 : 黑暗島. 反思題. 地圖二 : 幽暗森林. 關卡二. 關卡三. 影片 地圖三 : 迷霧村莊 反思題 關卡三 關卡四 影片 地圖四 : 黑岩港口 反思題 關卡四 關卡七 地圖五 : 兔博士的實驗室 影片 遊戲故事結尾影片. 圖 3-16 遊戲流程圖 36.

(49) (六) 遊戲介面介紹 1. 遊戲選關畫面 : 進入遊戲後,可選擇任一關卡開始。選擇「重新開始」遊戲 將會從開頭故事影片開始,選擇其他關卡則會略過背景故事介紹。. 圖 3-17 遊戲選關畫面 2. 遊戲地圖畫面 : 選擇關卡後,進入地圖畫面,會出現兔勇者以提醒玩家所在 位置。. 圖 3-18 遊戲地圖畫面. 37.

(50) 3. 遊戲規則說明畫面. 圖 3-19 遊戲規則說明畫面 4. 遊戲關卡畫面 (1) 關卡一遊戲畫面 : 選擇出所有可用來照明的工具可過關,左上角提示學生剩 餘的數量,數字倒數至零後過關。. 圖 3-20 關卡一遊戲畫面. 38.

(51) (2) 關卡二遊戲畫面 : 學生將滑鼠移至手電筒照射不到的地方並點選即可過關, 總共選擇五次。. 圖 3-21 關卡二遊戲畫面 (3) 關卡三遊戲畫面 : 學生可點擊鏡子來改變鏡子的角度,將光反射到所有怪物 身上即可過關。. 圖 3-22 關卡三遊戲畫面. 39.

(52) (4) 關卡四遊戲畫面 : 玩法和第四關相同,難度較高。. 圖 3-23 關卡四遊戲畫面 (5) 關卡五遊戲畫面 : 學生須選擇正確的光線路線,使光線能折射至怪物身上即 可過關,總共選擇五次。. 圖 3-24 關卡五遊戲畫面 1. 40.

(53) 圖 3-25 關卡五遊戲畫面 2 (6) 關卡六遊戲畫面 : 和關卡五玩法相同,但光從空中進入水面。. 圖 3-26 關卡六遊戲畫面. 41.

(54) (7) 關卡七遊戲畫面 : 學生用滑鼠移動籃子位置,接住雨水,左上角有提示數量, 接住一滴數字加一,到十後關卡結束。. 圖 3-27 關卡七遊戲畫面 5. 實驗影片畫面 : 實驗影片將快轉和跳過的功能鎖定,學生必須觀看完畢才能 進入下一關卡。. 圖 3-28 實驗影片畫面. 42.

(55) 6. 反思題畫面 : 首先出現反思題題目,倒數五秒後,學生點選「看答案」,便 會出現反思題答案。. 圖 3-29 反思題畫面 1. 圖 3-30 反思題畫面 2. 圖 3-31 反思題畫面 3 7. 遊戲中對話畫面 : 遊戲關卡之間會有對話說明故事劇情及關卡玩法,重點部 分用紅色表示。. 圖 3-32 遊戲對話畫面 43.

(56) (七) 遊戲控制 1. 故事劇情 : 用滑鼠點擊進入下一頁。 2. 劇情對話 : 按 Enter 鍵進入下一對話。 (八) 遊戲音效與配樂 遊戲中使用之音效配樂取自 Wii 平台遊戲 Super Mario Galaxy 以及 FLASH KIT 網站,網站之網址為 : http://www.flashkit.com/ (九) 遊戲關卡介紹 以下以表格方式整理各遊戲關卡之內容。 表 3-1 遊戲關卡內容 遊戲關卡. 關卡詳細內容. 地圖一. 關卡一. 關卡一目標為選擇可用來照明的物品。出現的物品有檯 燈、手電筒、茶壺、玻璃杯、漢堡、背包、紅綠燈、火把、. 黑暗島. 鏡子、螢光棒、蠟燭、剪刀、投影機、鐵槌、燈籠。學生 必須選擇所有可以用來照明的物品方可過關,共八樣物 品。 學習. 播放影片 : 光線觀察箱. 影片. 此實驗影片說明了若沒有光線照射進入箱子,將無法看見 箱子裡的物品,藉此讓學生了解,有光才能看見物品。. 反思題. 「想一想,在黑暗中可以看見東西嗎? 」 「答案 : 不行,有光才能看見東西。」. 地圖二 幽暗森林. 關卡二. 關卡二目標為躲避怪物的追趕,學生必須選擇怪物手中的 手電筒照射不到的區域,才能躲過怪物的視線,躲過五次 後過關。. 44.

參考文獻

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