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實作為導向對國小高年級學童問題解決能力之行動研究-以機關王活動為例

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Academic year: 2021

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(1)國立臺中教育大學科學應用與推廣學系 科學教育碩士學位碩士論文. 指導教授:黃鴻博 博士. 實作為導向對國小高年級學童 問題解決能力之行動研究-以機關王活動為例. 研究生:李天佑. 撰. 中華民國 一百零二 年 六 月.

(2) 謝誌 完成研究所學業是人生的階段任務,從決定報考開始到拿到證書之間,有許 多人的鼓勵與幫忙,才能完成如此的階段。對我而言是一項自我的挑戰,從工作 當中學習分配時間,兼顧課業與學校事務。另一方面也把在科學教育研究所中所 學應用在職場上,也拓展了視野角度。 特別感謝研究過程中大力協助的嘉哲、大俠、Tina、郁文、智高實業股份有 限公司,以及指導教授孜孜不倦的指導,研究所內同學、學弟妹的鼓勵。最重要 的家人支持,以及郁婷的鼓勵督促,十分感激點滴在心。未來期望能應用所學, 持續充實自己,以我能力所及,把科學的種子透過正向傳播,影響更多人。. I.

(3) 摘要 本研究旨在學生以實作為導向之機關王活動教學,探討高年級學生問題解決 能力。研究目的為探討積木關卡設計教學過程及所遭遇的教學問題與解決方法, 積木關卡課程對高年級學生問題解決能力的影響,以及教學與研究過程中,教師 的省思與專業成長。研究方法採取行動研究,研究對象為課後機關王才藝課高年 級學生,實施積木關卡課程,藉由行動研究歷程反思修正並蒐集相關資料,包含 課室錄影、訪談、學生學習單、問卷、研究札記、協同教師觀察與學生自評等。 經過交叉分析與教師教學省思,所得的結論如下: 一、教師活用教學資源,給予充足關卡製作時間與掌握進度,並協助學生關卡製 作與積木應用,來解決所遇到的問題。 二、積木關卡課程能幫助學生提高學習興趣與問題解決能力。 三、研究者在行動研究的反思修正歷程中促進教師專業成長。 根據本研究結果,針對積木關卡課程以及問題解決相關教學活動與教育相關 人員提出建議,做為後續研究之參考。. 關鍵詞:積木、問題解決、機關王競賽. II.

(4) The problem solving abilities of senior-year elementary school students through practical-oriented teaching of Green-Mech activities Abstract This research aims to probe into the problem solving abilities of senior-year elementary school students through practical-oriented teaching of Green Mech activities. The research purpose is to probe into the teaching procedures of building-block stage design, the teaching problems met and their solutions, the effect of building-block stage lessons on the problem solving abilities of senior-year elementary school students, and the reflection and professional development of teachers through teaching and research. Action research method is used on senior-year elementary school students as research subjects in their after-school Green Mech activity classes. During building-block stage design lessons, action research progress is employed to reflect, amend, and collect related data. The data includes video-taping, interviews, student worksheets, questionnaires, research journals, teaching assistant observations, and student self-evaluations. Through cross analysis and the teaching reflection of teachers, the following conclusions are obtained and listed below: 1.Teachers utilizing teaching resources, giving sufficient time for stage design and controlling the progress, at the same time aid students in stage making and building-block applications in order to solve the problems met. 2.The building-block stage design lessons increase student interest and improve problem solving abilities. 3.The reflection and amendment progress during the action research promotes professional growth of the researcher. According to research results, suggestions are made towards building-block stage design lessons, problem solving related teaching activities, and related educators as references for future researches. Keywords:Building Block, Problem-solving, Green Mech Contest III.

(5) 目錄 謝誌 ……………………………………………………………………………I 摘要 ……………………………………………………………………………II Abstract ………………………………………………………………………III 目錄 ……………………………………………………………………………IV 表目錄 …………………………………………………………………………VI 圖目錄 …………………………………………………………………………VII 第一章. 緒論…………………………………………………………………1. 第一節. 研究背景與動機…………………………………………………1. 第二節. 研究目的與待答問題……………………………………………5. 第三節. 研究範圍與限制…………………………………………………5. 第四節 名詞釋義…………………………………………………………7 第二章. 文獻探討……………………………………………………………9. 第一節. 問題解決能力……………………………………………………9. 第二節 生活科技教育之內涵……………………………………………20 第三節 動手做學科學……………………………………………………27 第三章. 研究方法……………………………………………………………41. 第一節. 研究方法與架構…………………………………………………41. 第二節. 研究場域與參與人員……………………………………………43. 第三節 研究流程與實施…………………………………………………49 第四節 研究工具…………………………………………………………52 第五節 資料蒐集、整理與分析…………………………………………57 第四章. 研究結果與討論……………………………………………………61. 第一節. 教學過程及所遭遇的問題與解決方法…………………………61. 第二節. 積木關卡課程對學生問題解決能力的影響……………………91. 第三節. 研究者的省思與專業成長………………………………………110. 第五章. 結論與建議…………………………………………………………116 IV.

(6) 第一節. 結論………………………………………………………………116. 第二節 建議………………………………………………………………119. 參考文獻. ……………………………………………………………………121. 中文部分……………………………………………………………………121 外文部分……………………………………………………………………128. 附錄……………………………………………………………………………130 附錄一. 教學活動設計……………………………………………………130. 附錄二. 關卡設計紀錄單…………………………………………………150. 附錄三. 關卡製作自評紀錄單……………………………………………152. 附錄四. 機關王課程活動問卷……………………………………………154. 附錄五. 研究者手札………………………………………………………156. 附錄六. 問題解決能力觀察檢核紀錄表…………………………………157. 附錄七. 研究者教學檢核表………………………………………………158. 附錄八. 問題解決能力自我檢核表………………………………………159. 附錄九. 關卡設計簡易說明書摘要………………………………………161. V.

(7) 表目錄. 表 2-1-1. 問題解決定義表…………………………………………………10. 表 2-1-2. 問題解決歷程表…………………………………………………11. 表 2-1-3. 問題解決能力內涵………………………………………………14. 表 2-1-4. 問題解決評量工具表……………………………………………15. 表 2-1-5. 問題解決能力相關研究…………………………………………18. 表 2-2-1. 設計與製作能力分段能力指標…………………………………21. 表 2-2-2. 問題解決流程……………………………………………………25. 表 2-3-1. 機關設計在教學上的應用項目…………………………………38. 表 3-3-1. 教學活動階段表…………………………………………………50. 表 3-3-2. 教學活動進度表…………………………………………………51. 表 3-4-1. 訪談大綱…………………………………………………………54. 表 3-5-1. 質性資料內容與蒐集時間………………………………………57. 表 3-5-2. 研究資料編碼代號表……………………………………………60. 表 4-1-1. 基礎積木套件組裝技巧…………………………………………67. 表 4-1-2. 教學時間修改表…………………………………………………70. 表 4-1-3. 正式教學檢核情形………………………………………………81. 表 4-1-4. 機關王關卡科學原理組合單……………………………………89. 表 4-2-1. 機關王課程有趣的地方…………………………………………99. 表 4-2-2. 學生填寫的關卡製作自評紀錄單摘錄…………………………103. 表 4-2-3. 學生問題解決能力自我檢核表-不分組………………………105. 表 4-3-1. 液壓手臂改良設計表……………………………………………114. VI.

(8) 圖目錄. 圖 2-2-1. 設計與製作程序步驟圖…………………………………………22. 圖 2-2-2. Jones 設計流程圖………………………………………………23. 圖 2-2-3. 問題解決歷程的基本架構………………………………………23. 圖 2-2-4. 問題解決環………………………………………………………24. 圖 2-2-5. 積木關卡設計教學流程…………………………………………26. 圖 2-3-1. 冰上滑倒安全裝置………………………………………………35. 圖 2-3-2. 畢達格拉斯開關裝置……………………………………………36. 圖 2-3-3. 機關王競賽主題標籤……………………………………………37. 圖 2-3-4. 進階積木的學習…………………………………………………39. 圖 3-1-1. 研究架構圖………………………………………………………42. 圖 3-2-1. 自然教室平面圖…………………………………………………45. 圖 3-3-1. 研究流程圖………………………………………………………49. 圖 3-4-1. 課程架構圖………………………………………………………55. 圖 3-4-2. 課程教學流程……………………………………………………56. 圖 4-1-1. 創新問題解決教學之課程活動設計架構………………………62. 圖 4-1-2. 創新問題解決教學之課程內涵…………………………………63. 圖 4-1-3. 展示積木套件與實際操作………………………………………65. 圖 4-1-4. Youtube 影音網站類機關王作品影片…………………………68. 圖 4-1-5. 機關王競賽與作品賽事集錦影片………………………………69. 圖 4-1-6. 關卡設計簡易說明書……………………………………………71. 圖 4-1-7. 關卡設計前的套件練習(金屬燃料電池) ………………………72. 圖 4-1-8. 金屬燃料電池套件應用在小組關卡中…………………………73. 圖 4-1-9. 使用關卡設計簡易說明書的作品………………………………74 VII.

(9) 圖 4-1-10 初探教學簡易軌道設計…………………………………………74 圖 4-1-11 氣壓水動套件組裝流程投影片…………………………………76 圖 4-1-12 氣壓水動套件完成作品…………………………………………76 圖 4-1-13 規格 110V 鹵素燈(黃色部分) …………………………………77 圖 4-1-14 規格 12V 鹵素燈(白色部分). …………………………………77. 圖 4-1-15 鏈條鬆緊度的調整………………………………………………78 圖 4-1-16 使用齒輪固定器的技巧…………………………………………78 圖 4-1-17 使用軸或自轉軸的時機與技巧…………………………………78 圖 4-1-18 積木零件預留空間與軸扣使用技巧……………………………79 圖 4-1-19 #T082R 機關王零件箱清單 ……………………………………83 圖 4-1-20 積木零件按功能分類……………………………………………83 圖 4-1-21 多種積木套件說明書……………………………………………84 圖 4-1-22 基礎物理機械原理構造說明書…………………………………84 圖 4-1-23 國外基礎積木操作手冊…………………………………………85 圖 4-1-24 學生作品-定滑輪應用…………………………………………85 圖 4-1-25 學生作品-齒輪比應用…………………………………………85 圖 4-1-26 關設-S08-20110125…………………………………………86 圖 4-1-27 關自-S08-20110126…………………………………………87 圖 4-2-1. 問題解決能力觀察檢核紀錄表統計(教師觀察)-不分組……91. 圖 4-2-2. 軌道製作角度的調整……………………………………………93. 圖 4-2-3. 較為複雜的關卡串接……………………………………………97. 圖 4-2-4. 兩組符合關卡發表門檻…………………………………………102. 圖 4-2-5. 年資深與年資淺「確定問題」比較……………………………107. 圖 4-3-1. 積木科學營積木設計-噴水車…………………………………111. 圖 4-3-2. 觀察氣壓水動水柱的距離………………………………………111. 圖 4-3-3. 簡易變速箱,呈現齒輪比產生的轉速差異……………………113 VIII.

(10) 圖 4-3-4. 彈力動力車組裝流程與材料……………………………………115. 圖 4-3-5. 操作組裝彈力動力車的教師……………………………………115. IX.

(11) 第一章. 緒論. 本章共分為四節,說明研究者進行本研究的相關背景及研究方向,第一 節說明研究背景與動機,第二節為研究目的與待答問題,第三節名詞釋義, 第四節說明研究範圍與限制。分別敘述如下。. 第一節. 研究背景與動機. 壹、研究背景: 一、問題解決能力的重要性 人一生的成長過程中,一直不斷的面臨問題,也必須要持續不斷的解決 問題。而問題解決的方法與採取的策略,每個人選擇也不盡相同,但終究目 標就是要解決問題,達成心理預期的標準。問題解決是一種高層次的心智活 動,仔細來講問題解決能力是指個體運用邏輯思考及擴散思考,來解決問題 的能力(Hunt,1994)。現今日益多元的社會中,面臨的問題越來越多,必須將 問題解決能力視為一種基本能力(Markham & Lenz,2002)。 美國 Project 2061 的科學素養標準中明白強調使學生成為好的問題解決 者,是學校教育的一個主要目的(AAAS,1993)。經濟合作與發展組織 (Organization for Economic Co-operation and Development)在 2003 年第二次 策畫的國際學生能力評估計畫(Programe for International Student Assessment, PISA) ,重新加入了「問題解決能力」的部分(OECD, 2003)。這也象徵問題解 決能力對於現在全球學生的能力培養有相當程度的重要性。 在國內培養學生問題解決能力,可以從九年一貫課程中的自然與生活科 技領域中的生活科技課程落實。張玉山(2010)指出科技學習的主要策略為設 計、問題解決、以及實際操作。即學生從參與設計與問題解決、建構與操作 1.

(12) 活動中,幫助學生認識自己以及周遭運用科技的社會,也強調設計及問題解 決的程序與科技知能的內容,都是實施生活科技教學應該要注意的地方。在 教育部(2007)之九年一貫大綱中,也將「培養獨立思考與解決問題」列入重 要基本能力之一,強調學生的學習應以培養學生探究和實作能力,教學的活 動設計應以解決問題為主,讓學生在經由探討問題、處理問題的過程中,養 成遇到問題會主動的自主思考,尋找解決因應的方法並採取實際行動。因此, 問題解決能力的提升是現今學校教育在科學學習領域中特別注重的焦點。 Deluca(1992)認為問題解決是人類重要的心智活動也是知識的重要泉源。 洪文東(2003)指出,科學教育的目的在於培養解決問題的人,其認為教育的 目的主要在訓練學生如何思考問題,運用所學解決問題,而學生的學習過程 其實可以說是一種解決問題的思考歷程。美國科技素養標準(International Technology and Engineering Education Association,ITEEA,2007)中,將設計與 製作列為中小學科技課程的重點。在九年一貫分段能力指標中,也強調設計 與製作能力,能夠運用個人與團體合作的創意來製作科技的產品。「動手操 作」的實作學習活動透過設計與製作的合作學習,帶給學習者善用材料與理 念,進而解決日常生活中的實務問題,強調學生在學習活動的過程中,將理 論與生活實務相結合(林坤誼、游光昭,2004)。因此,培養問題解決能力實 際上可從學生在專題中的設計與製作能力中培養。在動手操作的活動中,其 中呈現科學概念以及創造問題解決平台的,積木的關卡設計即是一種可行的 方式。. 二、動手做科學、學科學 中央研究院李遠哲院長在一次公開演講中提到,科學對小朋友而言,好 不好玩是第一個重點,因此科學教育一定要讓小朋友覺得好玩;一旦小朋友 覺得好玩,就是好的起點;其次應該教小朋友學習如何玩才能玩的好,然後 才教小朋友科學原理(蕭次融,2000)。王美芬與熊召弟(2005)指出對喜歡科 2.

(13) 學學習的學生,願意花時間去探索科學相關領域的知識,進行科學活動時, 也能表現出正面的科學態度。在科學學習動機與問題解決能力的相關研究中, 顯示學習動機和問題解決能力呈現正相關,當學生的科學學習動機高時,問 題解決能力也跟著提升(李文惠,2006;廖世奇,2011) 。Ramani and Siegler(2008) 研究中提到,用生動有趣的教學方式呈現課程,可以讓學生對課程感到興趣, 提高學習的內在動機。因此,透過有趣的學習方式可以引起學生學習動機, 並提升學生在問題解決能力的表現。 親子天下雜誌在 2012 年 6 月發表,九成四的國小高年級家長認為動手做 實驗對小孩的自然科學學習很有幫助,但過去半年內卻有近七成的家長不曾 讓小孩動手做實驗,有六成的家長覺得自己沒有信心指導孩子的自然科學學 習。此份問卷由台灣巴斯夫化學公司與臺北市立教育大學科學教育中心合作 進行,針對國小五、六年級學童家長,有效問卷數為 1668 份。而天下雜誌則 在 2010 年 10 月 29 日的「2010 年教育特刊調查」中,以台灣的國高中生為 對象,進行分層比率抽樣法的問卷調查分析。其問卷結果顯示,39%的學生都 「沒有做過」科學實驗,而「每週低於一次」的實驗比例有 37.1%。然而學 生在「希望每週做一到兩次實驗」的比例卻為 45.5%。由此可見無論以家長 或是學生的角度,動手實做以學習科學能力的想法是勢在必行的。 而相對於家長想要培養實驗機會卻苦無能力協助學生的問題,積木教學 的簡易上手和重複組合利用的便利性,是一種理想的教學媒介。積木的特性 是可以隨時拆裝、調整、重建。雖然零件是塑膠產品,仍然能符合綠色設計 的核心價值"3R",即減量化(Reduce) 、回收(Recycle) 、重複使用(Reuse)。 積木提供許多機會,讓學生表達與練習節奏性、圖形及設計等概念,透過積 木能不斷地重現過去的經驗,反覆練習。學生以積木為素材,不但取得容易 且節省許多購買專用零件經費與加工製造的時間;在實施生活科技教學時能 將有限的時間專注於主題的發想與探討,以及減少測試、調整、嘗試錯誤時 的無謂浪費。 3.

(14) 因此以積木組裝活動做為教授科學原理的媒介,從實作中帶入科學概念 與原理的應用,不僅是一種科學動手做的學習方式,也是增進學生學習動機, 深化問題解決能力教學策略的方法之一。. 貳、研究動機: 以增進問題解決能力為主題的教育思潮近年來興起於國際間,其原因不 外乎無論時代如何變遷,科技如何進步,人們仍必須因應生活中種種可能發 生的問題,並且設法解決。又以往中小學在升學主義壓力、聯考制度和社會 價值束縛下,產生學生基本能力不足,疲於應付考試,教師拙於選擇適當的 教學方式來教授問題解決的能力(何福田,2001)。而目前由於九年一貫教育 大力推行之下,課程教授方式已朝向統整的主軸靠攏。主題式、問題式的教 學模式可以提供學習者主動學習、發現問題、尋找解答、解決問題的學習歷 程。 研究者從事科學動手實作相關教學活動已將近十年,而近幾年開始利用 積木組裝設計關卡,並從事教學活動。在教學過程中,觀察到學生問題解決 能力在組裝積木的過程中,反覆歷經問題考驗,似乎漸漸地有所提升。前教 育部長曾志朗(2001)曾指出:九年一貫課程的改革,主要不在於課程如何改 變或修改,最重要的核心理念是教師的「創新教學」 。根據林智皓(2007);黃 期璟(2003)的研究中發現,積木教學因採動手做、做中學的教學模式,讓學 童經由嘗試錯誤對其學習動機、創造力以及問題解決能力之間有其正面的成 效。 因此研究者希冀能在教學過程中,嘗試找出最佳的教學模式與方法,發 展出合適高年級學生的積木機關設計教學方法進而促進學生問題解決能力的 提升。本研究想透過機關王積木教學活動,從學生的教學回饋與相關領域有 經驗之專業教師檢核,發展以問題解決能力導向的積木實作之行動研究。了 4.

(15) 解在此教學的活動過程中,所遭遇的困難與解決方法,實施教師最佳的教學 模式與反思研究者在研究歷程中的專業成長。. 第二節. 研究目的與待答問題. 壹、研究目的: 本研究最主要的目的是發展學生以實作活動為導向之積木關卡設計與應 用綠色能源套件的關卡製作教學,藉由了解學生問題解決能力改變的情形, 進行教學過程反思。最後依研究結果提出建議,做為日後進行實作導向的積 木關卡設計以及問題解決相關活動教學與教育相關人員參考。. 貳、待答問題: 依據本研究目的,所擬定探討的待答問題說明如下: 一、探討積木關卡設計教學過程及所遭遇的教學問題與解決方法。 二、探討以實作導向之積木關卡課程對高年級學生問題解決能力的影響。 三、在此教學與研究過程中,教師的省思與專業成長。. 第三節. 研究範圍與限制. 本研究之範圍與研究的各項限制分述如下:. 壹、研究範圍 本研究以研究者所任教的台中市某國小高年級學生為對象。研究將積木 關卡設計融入節能減碳綠色能源應用,進行實作式積木科學課程。依照研究 者所在學校之情境,與所蒐集之資料,進行課程之設計與修改,用來發展問 5.

(16) 題解決能力的教學活動,提供研究者在此領域之教學應用參考。. 貳、研究限制 本研究因活動、取樣及研究者等其他因素,會對研究結果產生影響或限 制。依研究對象、研究教材及研究方法說明如下:. 一、研究對象的限制: 本研究對象為參與研究者社團活動課程之學生,且該班課程進行時間乃 利用放學後之時間來實施課程與教學。在研究過程中,蒐集相關文獻、訪談、 相關活動學習單等資料,進行質性分析、研究歷程的省思與積木關卡設計的 教學編修。因此,研究取樣無法擴大到其它班級,只以研究者的社團班級為 考量。. 二、研究教具的限制: 本研究之教具為研究者擔任課後社團活動教學所使用之積木,其教學積 木零件包含 T082R 零件箱、T131 能源動力箱、T130 軌道組、木製底板,及 一系列的綠色能源套件與課程用積木套件(氣壓水動組、風力發電組、太陽能 進階組、可充電太陽能專業組、遙控機械組)等。故在教學活動實施上有教具 取得與使用等限制。. 三、研究方法的限制: 本研究係以行動研究的方式進行,實施透過積木設計課程教學,並從中 蒐集質性資料進行分析。由於研究情境、教學者學校狀況有所限制,故本研 究不宜做過多之推論,但可提供積木機關設計教學與課程設計實務上,提供 教師教學上的參考。 6.

(17) 第四節. 名詞釋義. 壹、問題解決能力 一個人在遇到問題時,能自主的、主動的謀求解決,能有規劃、有條理、 有方法、有步驟地處理問題,能適切地、合理地、有效地解決問題,為問題 解決的能力(黃茂在、陳文典,2004)。本研究所指的「問題解決能力」就是 學生在積木關卡設計的過程中,能發現問題、分析與確定問題、反覆的解決 問題之歷程。本研究所使用教師觀察學生的「問題解決能力觀察檢核紀錄表」 與學生自評的「問題解決能力自我檢核表」做為測量學生問題解決能力的工 具,探索學童在科學積木的機關王教學活動中問題解決能力之歷程。. 貳、GreenMech 機關王競賽 「GreenMech」機關王競賽是由智高公司主辦,為了培育國內高中職、國 中、國小學生對於科學與創造的態度與認識所特別舉辦之競賽。參賽學生利 用積木零件及綠色能源組件,應用科學原理知識,自行設計具有創意與深度 的各種機關。並透過競賽,培養學生在認知、思考、情意、技能四個面向的 相關能力。競賽整體流程包含作品關卡設計、機構設計、材料選擇、及現場 實作等部分(機關王官網,2012)。本研究所指機關王活動,乃是根據此一競 賽活動簡章規範所制定設計。. 參、積木關卡設計 本研究積木關卡設計為「全國中小學綠色能源應用創作機關王競賽」之 延伸。由研究者自行設計活動式科學課程,引導學生利用積木設計機關與應 用綠色能源套件完成關卡設計,並在關卡設計製作過程中培養學生問題解決 能力。 7.

(18) 本研究之積木關卡設計包含以下原則: 一、積木關卡設計包含動手實作的設計過程。 二、積木關卡設計必須包含科學原理,並在關卡發表時解說之。 三、積木關卡設計需遵守設計規則與評分項目。. 肆、積木與綠色能源套件 本研究所謂的積木與綠色能源套件為台灣智高公司所出產的積木產品 T082R 零件箱、T131 能源動力箱、T130 軌道組,以及一系列的綠色能源套 件,如氣壓水動能源、風力能源、手搖發電機、彈力動能、太陽能進階組等 套件。本研究採一組學生使用一套零件箱、能源動力箱與綠色能源套件,另 視問題情境所需要,準備其他積木零件給學生操作組裝。. 8.

(19) 第二章. 文獻探討. 本研究是以積木機關設計,融入節能減碳綠色能源應用,探討在教師行 動研究過程中教學設計與實施上所遇到的問題與修正,以及學生問題解決能 力改變之研究。因此本章依據此研究目的,蒐集相關研究文獻進行探討,並 加以歸納整理。本章針對問題解決能力、生活科技教育之內涵以及動手做、 學科學等三部分進行以下文獻探討。. 第一節. 問題解決能力. 本節首先釐清問題解決能力之定義與歷程,其次分析問題解決能力之內 涵,接著比較問題解決能力常見的評量工具,最後整理問題解決能力的相關 研究。. 壹、問題解決的定義與歷程 「問題解決」是「人們運用既有的知識、經驗、技能,藉各種思維及行 動來處理問題,使情況能變遷到預期達到的狀態,此種心智活動的歷程」 。 (黃 茂在、陳文典,2004) 。張春興(1993)以認知心理學角度觀之,問題解決就是 想辦法找到一條有效途徑來跨越這個障礙,所產生的思考心理歷程。以下表 2-1-1 整理各學者對「問題解決」的定義:. 9.

(20) 表 2-1-1 問題解決定義表 立論者. 問題解決定義 Guilford(1977) 問題解決是對新情況產生新的反應 「問題解決」是一種外顯或認知的行為歷程,從主體對問 Polya(1981) 題情境提出各種可能的有效反應 「問題解決」是從已知敘述到目標敘述的移動過程。而問 Mayer(1983) 題解決的思考是朝向某種目標的系列運作 「問題解決」是利用個體已知或學過的知識技能去滿足情 Kahney(1986) 境的需要,以獲至解答的過程 「問題解決」是發現一個適當的方法去跨越一個落差 Hayes(1989) 認為「問題解決」的目的即在於消除阻塞在通往「解答」 Sternberg(1999) 的路徑上的障礙 問題解決在心理學上的定義有二: 廣義的指有機體獲得對 問題情境的適當反應的過程。狹義的指有目的指向的活動 王文科(1989) 或思維的一種形式, 其中原有的知識、經驗和當前問題情 境的組成成分必須重新改組、轉換或聯合才能達到既定的 目標 「問題解決」是將個體先前有的知識與經驗重新整理與思 卲瑞珍 考, 找出適用於當前問題的要素, 並加以實行之。一旦 皮連生(1989) 問題被解決, 個體在知識、能力與經驗上必會有所得。因 此在問題解決的歷程中,個體認知的結構必有所增長 「問題解決」視為一個人克服了問題的障礙,而將起始狀 李詠吟(1993) 態逐漸推向目標狀態的過程 黃茂在 認為「問題解決」是當個體遇到問題時,能有規劃、有條 陳文典(2004) 理、有方法、有步驟地合理有效解決問題 「問題解決」是一項複雜的認知活動, 所需要的不只是直 接應用一般知識經驗而已, 還需要問題解決者從事一系列 張志豪(2000) 必要的認知活動, 而這些認知活動所需要的知識技巧, 則 是能夠有效的將問題解決的重要因素 「問題解決」是個體在面臨有別以往的情境下,運用先前 呂素雯(2002) 的舊經驗、概念、技巧等心智能力,選擇適合的方式去解 決所面臨的問題 問題解決的產生通常是指個體面臨問題情境,但一時不能 陳龍安(2006) 依照過去的習慣或經驗解決問題,有待發展或整合出新的 方法 資料來源:修改自張育禎(2008)。國中生之經驗學習歷程與科技問題解決能力之關係(未出 版之碩士論文)(頁 16-17)。國立臺灣師範大學,台北市。 10.

(21) 綜上所述,研究者認為當個體遭遇困頓情境,產生「問題」時,在目的 導向下,欲解決問題提出策略的一個心理歷程。在問題解決的活動中,產生 了許多的心理活動或行動表徵,學習者根據想要解決的問題,發展出一套解 決問題的步驟,進而解決問題。然而面對不同類型、情境的問題也會產生總 總差異,因此有關問題解決歷程,許多學者提出不同的解讀,以下整理相關 學者所提出的問題解決歷程之看法,如表 2-1-2 所示。 表 2-1-2 問題解決歷程表 立論者 問題解決歷程 1.遭遇疑難:產生一種懷疑、認知的困惑感,或對困難的意 識狀態。 2.界定問題:嘗試從問題的情境中識別出問題,這裡包括所 尋找目標的一般標記以及要達到的目的。 Dewey(1910) 3.提出假設:假設可能解決的方法,嘗試提出問題的可能解 決方案。 4.驗證假設:逐一檢驗解題的假設,以探究可行性。 5.選擇最佳假設:將成功的答案組合到認知結構中,然後把 它應用於平常的問題或其他同類的問題。 Sternberg (1977) (引自黃 茂在、陳文典,2004). 認為在問題解決的歷程中包括了:計畫、組織、適應、策略、 評估、重述要點等步驟。. 1.辨認問題:確定自己要解決什麼樣的問題。 2.將問題轉化成實驗探究的型式:學習者了解問題的意義之 後,將問題轉化為實驗的形式,找出實驗中的 變因及性質。 3.設計與規劃實驗的方法:規劃可以將問題付諸實現的實驗 王美芬、熊召 設計。 弟(1995) 4.實際執行實驗:將實驗實現,在過程中進行觀察、操弄變 因、確實記錄。 5.詮釋數據與訊息並下結論:經過實驗提出結論,學習其中 科學概念。 6.評鑑及檢討:評鑑實驗結果,決定是否需要進一步或是重 新做實驗。 發現問題、問題原因分析、根據問題做可能的對策、驗證對 洪榮昭(1998) 策、綜合整理提出新概念新問題。 11. 續下頁.

(22) 1.發現問題:○ 1 對於情勢的發展,能保持一個正向、積極、 求好的心態。○ 2 面對問題能先做合理評估,並具 有勇於承擔的態度。○ 3 藉由批判與想像,察覺依 現實情境尚有許多可開拓的空間。 2.確定問題:○ 1 由情境演變的脈絡中去確定「問題」的意義。 ○ 2 能準確評估問題的始態及擬設問題的末態。○ 3 能洞察問題各層次結構,並由結構中察覺解決問 題的關鍵。○ 4 能適切的評估可運用的資源和受到 的限制條件。○ 5 能妥善的表述問題。○ 6 養成一種 遇到問題時,先行考量、瞭解、規畫的習慣。 3.形成策略:○ 1 能藉推論、想像來開拓「問題」的發展空間。 ○ 2 能同時擬構多種的解題策略,也能決斷地選擇 黃茂在、陳文 其一。 典(2004) 4.執行實現:○ 1 能以行動來處理問題,具有動手實做的習慣。 ○ 2 具行動力,能控制變因做有條理的處理。○ 3能 隨機處理未如預料的情境變化,使工作持續沿主 軸推進。○ 4 養成能在過程中隨時做好欲達成的目 標、教學活動及評量的三角校正工作的習慣。○ 5 能與人分工合作完成工作。 5.整合成果:○ 1 對所獲得的資訊,能統整出成果及作合理評 價。○ 2 能由事件前因及後續發展中看出其意義並 作詮釋。○ 3 觀察到處理過程的瑕疵及改進空間。 6.推廣應用:○ 1 體會處理事件過程所產生的影響,並做合理 的調節。○ 2 發現事件後續的發展,並做合理的處 理。○ 3 獲得經驗,應用於解決其他的問題上。 1.發覺問題的存在:從教育心理學的觀點而言,要訓練學生 有尋找「有結構問題」及「無結構問題」的思維 能力。 2.瞭解問題的性質:進一步去瞭解問題的性質,瞭解此問題 有無結構,以及自身的知識經驗是否足以解決此 一問題。 張春興(2005) 3.搜集相關訊息:例如問題的已知條件為何、為何要求解等 種種訊息。 4.問題索解行動:即進行解決問題,此步驟亦可訓練思維能 力。 5.檢討與評價:問題解決後對於對或錯的答案都應重視,從 中吸取經驗以增進問題解決的能力。 資料來源:研究者自行整理。 12.

(23) 考量本研究對象為國小高年級學童,問題解決的步驟不宜過度複雜,在 研究者教學經驗中發現,機關王活動的製作過程常包括:設計問題、探究問 題、設計與規劃、組裝與執行、觀察記錄與再執行、評鑑與發表。本研究以 積木教學為著眼點,故參酌國內研究者的研究(吳志緯、黃萬居,2003;李謀 正,2005) ,規畫研究者在設計教學活動時所依循的問題解決歷程,如下所示: 1.發現問題:學生了解活動主題後,依據活動目標找出干擾機關運作的 原因為何。 2.釐清問題:結合舊經驗及教師給予的綠能動力科學原理概念,在問題 中辨識相關聯的科學知識。 3.蒐集資訊、產生對策:確認問題方向後,利用各種軟硬體蒐集可靠資 源並加以利用、轉化成不同的問題解決策略。 4.設計最佳策略、分配工作:歸納不同解決策略後,選擇最適合情境的 因應對策,思考並分配小組成員共同完成 工作。 5.組裝執行:包含積木的組裝與關卡設計的連動裝置,以解決目前的問 題情境。 6.測試:測試組裝完成的關卡設計,執行預設的問題解決計畫。 7.反省檢討:評估問題解決計畫執行的結果,反思討論須修正補強的地 方。. 貳、問題解決能力的內涵 九年一貫自然與生活科技課程中,國民科學與技術的基本能力之思考智 能提到,對事物能夠做推論與批判、解決問題等整合性的科學思維能力(教育 部,2007),其中就強調問題解決能力。Krulick 和 Rudnick(1980)就認為問題 解決能力是綜合已有知識,應用於新情境的能力(引自郭伯銓,2001)。對於 13.

(24) 問題解決能力,許多學者也有許多不同之見解,以下整理出各學者對問題解 決能力的看法,如表 2-1-3 所示。 表 2-1-3 問題解決能力內涵 立論者 問題解決能力的內涵 1.解釋推論的能力。 2.猜測原因的能力。 詹秀美、吳武典 3.逆向猜測原因的能力。 (1991) 4.決定解決方法的能力。 5.預防問題的能力。 1.問題解決能力是一種心理歷程。 2.問題解決能力必須具有先備的知識或經驗為基礎。 劉曜源(1999) 3.問題解決能力是運用思考來連結知識與經驗,進而解決 問題。 4.問題解決能力是一種學習的過程。 認為問題解決能力即是一個人在遇到問題時,能自主的、 黃茂在、陳文典 主動的謀求解決,能有規劃、有條理、有方法、有步驟地 (2004) 處理問題,能適切地、合理地、有效地解決問題。 1.養成動手做的習慣,察覺自己也可以處理很多事。 2.學習安排工作步驟。 3.學習如何分配工作,如何與人合作完成一件事。 4.養成主動參與工作的習慣。 九 年 一 貫 課 程 5.養成遇到問題時,先試著確定問題性質,再加以實地處 綱要(教育部, 理的習慣。 2007) 6.能規畫、組織探討的活動。 7.體會在執行的環節中,有許多關鍵性的因素需要考量。 8.能設計實驗來驗證假設。 9.處理問題時,能分工執掌,做流程規畫,有計畫的進行 操作。 資料來源:研究者自行整理。. 綜上所述,問題解決能力也就是在問題解決的步驟中能具有完備的能力 來經歷這些歷程。然而解決問題的歷程中包含許多行動表徵,而且問題解決 過程中所使用的策略也有所不同。因此,在問題解決的過程之中,運用先備 14.

(25) 知識,嘗試蒐集有效的資訊,透過思考技能,綜合判斷最好的解決策略,再 經由行動與實際操作,更進一步修正,最後達成解決問題之目標。. 參、問題解決能力相關評量工具 現今國內對於問題解決能力的研究為數不少,下表 2-1-4 為參考朱榮富 (2006)的研究及研究者蒐集相關文獻,對於問題解決評量工具所做的整理: 表 2-1-4 問題解決評量工具表 編製者 (年代). 簡真真 (1981). Zachman et al. (1984) 王萬清. 評量工具. 問題解決能力 測驗. 問題解決測驗 (Test of Problem Solving, TOPS) 問題解決能力. 適用對象. 國小 2-6 年級. 6 至 12 歲. 國小 3-6 年級 15. 問題解決能力向度 1.覺察問題的存在 2.確認所存在問題的性質 3.適切的發問 4.猜測原因 5.確認目標 6.決定解決某一問題時,是 否需要更多的資料 7.辨認問題情境中有關的因 素 8.界定舊物品的不尋常用途 9.預見行為後果 10.決定問題解決的下一步 驟 11.擇取最有效解決問題的 方法 12.擇取最好或最不尋常的 解決問題方法 1.解釋推論 2.猜測原因 3.逆向原因猜測 4.決定解決方法 5.預防問題 1.發現問題 續下頁.

(26) (1987). 測驗. 羅芝芸 (1999). 兒童問題解決 能力量表. 國小 4-6 年級. 張志豪 (2000). 創造性 問題解決能力 問卷. 高中生. 潘怡吟 (2002). 問題解決測驗. 國小中高年級. 李震甌 (2002). 科學問題解決 能力測驗. 國小 5-6 年級. 林珮珍 (2003). 問題解決測驗. 國小 4 年級.. 李曉菁 (2003). 問題解決能力 自我檢核表. 國小 5-6 年級. 張文芬. 科學問題解決. 國小 5-6 年級 16. 2.界定問題 3.計畫實施步驟 4.產生合乎邏輯的分析 5.提出可行的方案 1.逐步解決問題的能力 2.設法解決問題的能力 3.預想後果的能力 4.覺察問題存在的能力 5.覺察行為動機的能力 1.問題察覺 2.問題再定義 3.原因推測 4.提出想法 5.尋求最佳方案 1.覺察問題之存在 2.確認所存在問題之性質 3.是否需要更多資料之能力 4.辨認問題情境中有關之因 素 5.決定解決方法 1.科學背景知識或概念 2.創造思考力 3.推理思考力 4.批判思考力 1.覺察問題的存在 2.猜測原因 3.辨認問題情境中的有關因 素 4.是否需要更多資料的能力 5.考慮可能的方法 6.選擇一個最恰當的方法 7.解釋推論 1.釐清問題 2.提出可能的解決策略 3.決定解決策略 4.按照策略採取行動 5.評鑑行動的效能 1.面對問題的態度 續下頁.

(27) (2005). 能力測驗. 詹秀美和 吳武典 (2007). 新編問題解決 測驗. 4-7 年級. 宗欣儀 (2007). 問題解決能力 自我檢核表. 國中二年級. 2.處理事情的方式 3.科學創造思考 4.科學批判思考 5.科學推理思考 1.界定原因 2.解決方法 3.預防問題 4.變通性 5.有效性 1.釐清問題 2.尋求資源 3.產生可能解決方案 4.決定最佳解決策略 5.採取行動 6.評鑑結果. 資料來源:修改自朱榮富(2006)。WebQuest 學習管理系統設計及對國小學生問題解決能力 與學習態度之影響(未出版之碩士論文)(頁 26-28)。臺北市立教育大學,臺北市。. 綜合上表,國內問題解決評量工具大致上分為三種類型:1.參考國外版 本修改,如:簡真真(1981) 、詹秀美和吳武典(2007)。2.編修他人問卷來切合 自身需求,如:張志豪(2000)、李震甌(2002) 。3.自編評量工具,如:李曉 菁(2003)、林珮珍(2004) 、潘怡吟(2001)、羅芝芸(1999) 。參酌以上評量工具, 研究者認為考量學生施測年齡及施測內容的代表性,並配合九年一貫能力指 標中「問題解決與獨立思考」的細目指標,決定參考改編李曉菁及潘怡吟所 編製的問題解決量表來作為本研究的評量工具。其他相關本研究的評量細項 說明,另於第三章研究工具中敘述之。. 肆、問題解決能力相關研究探討 國內針對問題解決能力之研究不在少數。以下參考蔡宗信(2007)對問題 解決能力的整理並加上近年來相關文獻所做的整理。茲就問題解決相關研究 整理如表 2-1-5 所示。 17.

(28) 表 2-1-5 問題解決能力相關研究 作者. 研究題目. 我國高一學生的 張俊彥 問題解決能力與 翁玉華 其科學過程技能 (2000) 之相關性研究. 應用全球資訊網 郭伯銓 培養國中學生問 (2001) 題解決能力之實 驗研究. STS 教學 對 國小 劉南坤 五年級學生問題 (2004) 解決能力和問題 解決態度之影響. 研究對象與方法. 研究結果與發現 1.問題解決能力與其科學 過程技能的表現達顯著 中度相關,且高、低問題 1.高一學生 153 位 解決能力不同者在解釋 2.準實驗研究法, 資料、觀察、及形成假設 輔以質性分析 等表現有顯著差異 2.問題解決高、低能力不同 者在問題解決的思考流 程上有顯著不同 應用全球資訊網於問題解 決教學較一般問題解決教 1.國一學生 2 個班 學,更有助於培養學生的問 2.實驗研究法 題解決能力,增進學生的問 題解決態度 1.能提升學生問題解決能 力 2.無法提升學生問題解決 1.五年級 2 個班 態度 2.準實驗研究法 3.對不同性別和不同能力 的學生問題解決能力影 響相同. 在設計製作歷程 中培養學生解決 1.四年級 3 個班 王鴻儒 問題能力並持續 2.行動研究法 (2005) 學習動機之行動 3.教學者敘說探究 研究 洪榮昭 改造建構式教學 林展立 1.國小學生 20 位 策略提昇學生問 林雅玲 2.實驗研究法 題解決思考能力 (2005) 科學遊戲融入國 蘇秀玲 1.四年級 2 個班 小自然科學童的 謝秀月 2.準實驗研究法, 問題解決能力之 (2006) 輔以質性分析 研究 18. 1.提高學生學習動機 2.提高學生發問能力 3.提高學生解決問題能力. 實施建構教學後,學生能靈 活運用先備知識,第二次解 答正確方法明顯增加 1. 學 生 在 察 覺 問 題 的 存 在、猜測原因、考慮可能 的方法、選擇一個最恰當 的方法達顯著差異 續下頁.

(29) LEGO 1.五六年級共 42 MINDSTORMS 蔡錦豐 提升國小學童問 位 (2009) 題解決能力與科 2.準實驗研究法 學態度之研究. 探索教育活動對 國小高年級學童 黃春金 1.六年級 2 個班 的問題解決能力 (2010) 2.準實驗研究法 與態度之影響研 究. 2.實驗組學生在問題解決 過程、問題解決情意向度 得分皆達顯著差異 3.質性資料顯示問題解決 特徵,包含簡單的解題歷 程與運用資源協助解決 問題 1.問題解決能力表現與問 題解決過程,實驗組優於 控制組,但在科學解決情 意則無差異 2.在好奇心、批判精神、科 學認知與科學行為上實 驗組與控制組無顯著差 異 1.能增進學童整體問題解 續下頁 決能力 2.學生整體問題解決態度 未達顯著差異 3.質性資料分析上,大部分 高年級學童問題解決能 力及態度上有正面的影 響. 資料來源:修改自蔡宗信(2007)。以科學遊戲增進學生問題解決能力之行動研究(未出版之 碩士論文)(頁 35)。國立台中教育大學,台中市。. 由上表 2-1-5 可得知,問題解決能力屬於多種能力之組合,而問題解決 能力的之研究也相當多元。除此之外,在問題解決研究中,尚未有透過實作 與設計積木等步驟,研究學生在此過程中的問題解決能力。因此,研究者運 用積木關卡設計並設計教學活動,從中探討學生問題解決能力的變化與教學 活動設計的編修與省思。. 19.

(30) 第二節. 生活科技教育之內涵. 本節探討國小生活科技教育之內涵、設計與製作能力以及問題解決在生 活科技的應用探討,分述如下:. 壹、國小生活科技教育之內涵 九年一貫課程中自然與生活科技是基本課程之ㄧ,其中課程目標提到(教 育部,2007,頁 2): 一、培養探索科學的興趣與熱忱,並養成主動學習的習慣。 二、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。 三、培養愛護環境、珍惜資源及尊重生命的態度。 四、培養與人溝通表達、團隊合作及和諧相處的能力。 五、培養獨立思考、解決問題的能力,並激發開展潛能。 六、察覺和試探人與科技的互動關係。 基於以上課程目標,可以了解生活科技是除了科學內容知識以外,重視 的目標項目之ㄧ。除了解決問題的能力以外,了解人與科技之間的互動關係 亦是生活科技重視的內涵。自然與生活科技學習領域之中,培養國民科學與 技術的基本能力,依照屬性和層次分成了八個要項(教育部,2007,頁 3): 一、過程技能:增進科學探究過程之心智運作能力。 二、科學與技術認知:科學概念與技術的培養與訓練。 三、科學與技術本質:科學是可驗證的、技術是可操作的。 四、科技的發展:瞭解科學如何發現與技術如何發展的過程。 五、科學態度:處事求真求實、喜愛探究之科學精神與態度、感受科學之 美與影響力。 20.

(31) 六、思考智能:對事物能夠做推論與批判、解決問題等整合性的科學思維 能力,以及資訊統整能力。 七、科學應用:應用科學知識以及探究方法以處理問題的能力。 八、設計與製作:能夠運用個人與團體合作的創意來製作科技的產品。 其中「設計與製作」 ,是使學生瞭解如何運用個人與團體合作的創意來製 作科技的產品,且製作即具有實作與動手做的特性,透過生活科技教學活動 中的實作性技能的訓練,可以培養學生動手做的習慣,增進學生對科技研發 的能力(吳承瑋,2009)。而生活科技之教學目的,是為了建立學生解決生活 中所遭遇到的問題的能力,以便能適應科技高度發達且知識多元的社會(王景 祥,1999)。因此,透過生活科技中之設計與製作的實作、活動導向之課程, 可以培養學生問題解決能力,並強調創意之表達與科學概念的應用。. 貳、設計與製作能力 在九年一貫自然與生活科技領域課程中,設計與製作能力之分段能力指 標說明了國小、國中階段學生所需之目標(教育部,2007),如表 2-2-1 所示: 表 2-2-1 設計與製作能力分段能力指標 階段. 國小階段. 國中階段. 1.能運用聯想、腦力激盪、概念 圖等程序發展創意及表現自己 分段 能力 指標. 對產品改變的想法。. 1.閱讀組合圖及產品說明書。 2.利用口語、影像(如攝影、錄 影)、文字與圖案、繪圖或實物. 2.利用多種思考的方法,思索變 化事物的機能和形式。. 表達創意與構想。 3.瞭解設計的可用資源與分析工. 3.認識並設計基本的造型。. 作。. 4.瞭解製作原型的流程。. 4.設計解決問題的步驟。 21. 續下頁.

(32) 5.模擬大量生產過程。 6.執行製作過程中及完成後的機 能測試與調整。 資料來源:教育部(2007)。國民中小學九年一貫課程綱要(頁 15)。台北市:教育部。. 「設計與製作」中,就設計的過程而言,它也是一種藉由思考來解決問 題的歷程,同時它也需要解決問題的工具、方法,且設計的結果就是要改善 或美化人們的生活(陳辰洧,2005)。游光昭與林坤誼(2005)也提到「設計與 製作」最大目標是改善人類的生活與需求,並說明了設計與製作之程序應包 含六種步驟:(1)界定需求;(2)呈現初步設計構想;(3)選取最佳設計構想; (4)發展具體設計方案;(5)評鑑設計方案;及(6)依據設計方案製作,設計流 程如下圖 2-2-1 所示。. 界定需求. . 呈現初步設計構想. . 選取最佳設計構想. 發展具體設計方案. . 評鑑設計方案. . 依據設計方案製作. 圖 2-2-1. 設計與製作程序步驟圖. 資料來源:游光昭、林坤誼(2005)。設計與製作的能力。載於陳文典主編,科學素養的內 涵與解析(頁 5)。台北市:師大書苑。. Jones(1984)也認為設計流程是初步規劃構想,再綜合構思設計,最後確 定設計,如圖 2-2-2 所示。. 22.

(33) 設計方法. 分析. 綜合. 評估. 過程. 初步規劃 找出問題 問題分析. 可行性 構想草圖 設計發展. 提案 溝通修正 結論. 目標. 初步構想. 解決問題 的方法. 設計構想定案. 圖 2-2-2. Jones 設計流程圖. 資料來源:修改自陳辰洧(2005)。創意、設計與科技。生活科技教育月刊,38(8), 61。. 綜上所述,在設計與製作的過程中,必須在事前進行初步規劃,將問題 找出並提出初步構想,再來開始設計發展出具體的解決方案,最後經過溝通、 修正與評鑑產出最佳設計。. 參、問題解決在生活科技的應用 問題與實作為基礎的學習有助於提升「實作」與「問題解決」能力,且 「實作」與「問題解決」的過程是充滿創新與克服困難的歷程(吳承瑋,2009)。 洪榮昭、康鳳梅和林展立(2003)曾以問題解決歷程架構(如圖 2-2-3 所示), 分析參加科技創作機器人競賽學童的特質。. 發現問題. 問題原因分析. 根據原因做可能的對策. 問題解決 新問題 圖 2-2-3. 綜合概念. 驗證對策. 問題解決歷程的基本架構. 資料來源:洪榮昭(1998)。創意領先(頁 45)。台北市:張老師文化。 23.

(34) 楊文金和熊召弟(1996)將問題定義為呈現情境與目的情境的差異和產生 的衝突。因此依據問題解決的四個要素:呈現情境、目的情境、解題限制與 解題規則,設計問題解決環(如圖 2-2-4 所示),讓教師來應用此問題解決環, 設計在教學活動上,訓練學生問題解決能力。. 問題解決. 1.重設問題. 重新確認問題. 7.評鑑結果:決 定是否需進一步. 2.將問題轉換成 可以探究的形式. 改 變 設 計. 6.詮釋數據 與訊息. 3.設計與規劃 實驗. 4.實際執行 實驗. 5.紀錄數據 與觀察. 圖 2-2-4. 問題解決環. 資料來源:楊文金、熊召弟(1996)。問題解決教學法。載於黃政傑主編,多元化的教 學方法。台北市︰師大書苑。. 綜上所述,可以發現問題解決過程中,進行許多流程與步驟,許多學者 也嘗試將問題解決流程融入教學之中。簡志雄(2001)提到問題解決流程綜合 表,並且說明了問題解決流程包含了解和定義問題、計劃、設計與和解決方 法以及驗證和報告其結果(如表 2-2-2 問題解決流程)。. 24.

(35) 表 2-2-2 問題解決流程 作者 Polay(1945& 1962) Johnson(1955) Kingsley & Garry(1957) Osborn & Parnes(1953& 1967) Simon(1960) Stepien,Gallagh er & Workman (1993) Etter(1995). 問題解決流程 瞭解問題 準備 界定 陳述問題 認清事實 發現問題 理解 分析問題 列出已知 發展問題 陳述、定義問 題,收集資訊. 設計計劃. 完成計劃. 檢討. 尋求線索 評估選擇. 接受 選擇方案. 評斷 驗證 解決方案. 尋求方法. 尋求解決. 尋求認同. 製作. 選擇 列出需求 列出可能 行動 發展與評估 可能的解決 方法. Meier,Hovde & Meier(1996). 定義問題 評估情況. 計劃策略. Hartman(1996). 確定 和定義問題. 圖解問題 找到滿意 選擇策略. 簡志雄(2001). 瞭解和定義 問題. 計劃. 設計完成 分析資訊. 報告結果. 推敲和評估 解決方案. 驗證 解決方案. 工具運用. 溝通結果. 滿足應用和 評估解決 策略,監視工 製作與過程 作流程 設計和解決 驗證和報告 方法 其結果. 資料來源:修改自簡志雄(2001)。國中生在生活科技科教學活動中問題解決歷程之研究(未 出版之碩士論文)(頁 26)。國立台灣師範大學,台北市。. 參考洪榮昭(1998)應用在生活科技教育上之問題解決歷程的基本架構以 及楊文金和熊召弟(1996)所設計應用在問題解決教學上之問題解決環,再根 據機關王課程所需之積木操作,將積木關卡設計教學流程設計為設計問題、 探究問題、設計與規劃、組裝與執行、觀察記錄與再執行、評鑑與發表等六 項教學流程,如圖 2-2-5 所示。. 25.

(36) 設計問題. 探究問題. 設計與規劃. 評鑑與發表. 觀察記錄與再執 行. 組裝與執行. 圖 2-2-5. 積木關卡設計教學流程. 如上圖所示,將洪榮昭(1998)問題解決歷程的基本架構中,根據機關王 積木教學所需,修改「根據原因做可能的對策」 、 「綜合概念」架構,加入「設 計與規劃」 、 「組裝與執行」 。將楊文金和熊召弟(1996)問題解決環中「將問題 轉換成可以探究的形式」修改為「探究問題」 ,以及「紀錄數據與觀察」 、 「詮 釋數據與訊息」修改為「觀察記錄與再執行」 ,以符合積木關卡設計之教學步 驟所需。. 26.

(37) 第三節. 動手做學科學. 美國在二十世紀提出一項以「動手做」為名的科學教育改革計劃,當時 科學教育提倡以學生為中心的教育思潮大為風行,各國競相以實驗教學,建 構式教學,探究教學等教學方式進行新一波的教學實驗。期待以學生為主體 的科學教學,可以均衡發展學生在科學方法、科學概念及科學態度的分項基 礎能力(魏明通,1997)。科學的學習應在真實世界的情境之下,由個人的好 奇心來引發問題和疑問。基於此一觀點,本節首先將從動手做、學科學的相 關理論開始探討,其次討論動手做、學科學的主要意涵,最後是積木教學實 際應用在動手做學科學的研究整理。. 壹、動手做學科學相關理論: 一、實用主義 教育的本質是生長、生活及經驗的改造,其意義即是為了培養學生解決 實際生活問題的能力,我們應用過去的經驗為根基,現在的生活為內涵,未 來的生活為目標(林佩蔘,2002)。只有問題才能引起探究,實用主義的課程 觀認為掌握知識的過程遠比結果來的重要,教師應該以激發者的角色引導學 生在活動中獲取知識和培養能力。知識應該和生活產生連結,並將書本的知 識與實際操作結合,學生在實地操作中運用各項感官,將運思活動和操作活 動緊密的結合(張從汝,2003) 。知識是具有行動性的,實驗主義主張從「做 中學」來獲取知識,從以書本為知識中心轉化為兒童生活為中心的學習。 「做中學」藉由體驗的方式,成長學生的經驗和能力,本研究根據此教 學理念設計營造適合學生實地操作的課程環境,在了解學生需求與個別差異 之下,善用積木教具,引發學生興趣,連結學生的科學知識與生活經驗,期 許達成提升學生問題解決能力的目標。 27.

(38) 二、建構主義 建構主義認為人類為了適應周遭環境因而創造出知識,此為經驗累積的 成果。而認知則是學習者經過實際體驗後再組織、賦與意義進而轉化為知識 的一種認知主義的建構(林生傳,1998)。學習者主動建構知識從做中學、談 中懂、寫中通等多元互動的教學方式中習得知識,而非聆聽、練習等單元單 向的任意建構(張靜嚳 ,1996)。動手做可以使學生透過思考解決問題,免除 機械式背誦的陷阱,讓學生在情境的營造下,能以輕鬆的方式,清晰的理解 科學的概念(范麗玉,1999)。而在培養問題解決能力方面,Wheatley(1991) 提出問題解決的教學模式,其中包含三個程序:工作、協同及合作群分享。 其精神也是從實作、學生合作、群體討論來建構解決問題的能力。 在建構主義學者提出的教學模式中 Driver and Oldham(1986)提出五階段 教學,包括確定探討的方向、引出學生想法、學生想法的重組、應用新的想 法、回顧想法的改變等教學流程。在教學上,也需注意以下事項:(一)重視 學習情境的設計;(二)調整教學中師生的角色;(三)強調探究學習;(四)運 用同儕力量,進行合作學習;(五)採用多元評量(周崇儒,2000)。建構主義 的教學著重於情境的營造和教師的逐步建構引導,在本研究中研究者也營造 學生積木實作的教學場域,設計學生的關卡設計單,透過學生小組的討論引 出以學生為主體的思考脈絡,教師只扮演從旁協助巡視的輔助角色。學生在 組織關卡活動時,運用小組集體腦力激盪、共同除錯,用異質化的分組方式 來提升小組成員的個別能力的差異。 三、遊戲導向學習 「遊戲」這個行為伴隨個體出現在其成長過程中,兒童為了遊戲而遊戲, 而遊戲有以下三點特徵:是一種複雜的行為,是一種兒童表達內心想法的方 式,是讓兒童藉由遊戲探索、學習、形成經驗後,做為未來生活的預習(林智 皓,2007)。Timberlake 提供建議在教師實施創造思考教學時,鼓勵學生從做 中學,嘗試ㄧ些以前所沒有做過的事,以一種遊戲的心態,來引起學生的興 28.

(39) 趣。提供孩子不同的材料,使他們有遊戲的機會,以輕鬆的態度邊玩邊操作 這些材料(陳龍安,2006)。而在教具的準備上,教師要用實事、實物或直接 近於兒童的觀念去教,不要只用形式或符號。讓學生主動的對於事物自行觀 察、賞玩、選擇與處理(林進材,2005)。綜上所述, 「遊戲」因容易被兒童所 接受,且容易維持較高的學習動機,十分符合動手做、學科學的理論概念基 礎,也適宜本研究以實作為導向所設計的教學課程。 遊戲導向教學能建構學生認知系統中各項概念的關連性,其原則有三: (1)教師建構引導遊戲教學;(2)教師需刻意的布置遊戲來引導學生;(3)沒有 強迫性學習目標,不易看到學習成果,但堅持才會成功(蘇育任,1993)。且 遊戲教學應從教學方法、課程內容和運用教具等三方面著手:(1)教法遊戲化: 學生經由合作學習實際參與、小組討論、角色扮演及分組競賽等方始啟蒙對 學習的樂趣;(2)教材遊戲化:教材要貼近學生,讓學生有親身體驗的機會; (3)教具玩具化:教師的教具是學生的玩具,在課程進行的過程當中,應讓學 生直接操作教具,直接從實作中習取經驗(陳杭生,1993)。 在本研究中的教案設計,由於以積木當作主要的教具,加上機關王的關 卡本有其趣味性切合遊戲教學導向所強調的重點,而實際上的教學運作,則 應考慮學生本身的個別差異,主動給予引導,並設計小型活動關卡,用動態 的教學型態釐清學生在製作關卡時會產生的迷思概念。. 貳、動手做學科學主要意涵 在設計科學教學活動時,除了解釋操作程序之外,實際的動手操作是非 常重要的,實際操作有助於學生先發展動作表徵,進而發展影像表徵或形式 化的符號表徵(王貞惠,2001)。為了釐清「動手做」歷程中所產生的學習機 制,根據杜威的學習觀點與實際觀察學生行為,歸納「動手做」的學習意涵 與準則可包括五點,分別為經驗取得、經驗連續與統整、內在需求與外在環 29.

(40) 境的互動、問題解決與邏輯思考的練習、與學習動力的提供(朱耀明,2011)。 一、「經驗」的取得 取得「經驗」在杜威的教育哲學中是相當關鍵的一個過程。杜威認為「經 驗是所有生物在存活的過程和環境不斷的交互作用中自然產生」(Dewey, 1934)。其認為在生活中利用感官操作所取得的內容,都是經驗的材料。「動 手做」透過各項感官實地操作,捕捉人與環境互動中的直觀經驗,透過多元 感官的功能,接收感官器官所接收的各種資訊,以利大腦進行資訊的統整, 或作為提供綜合判斷的基礎。動手操作讓學習者透過觸覺感受「質感」、「溫 度」、「力」等各種直接感受,與一般講授式的上課方式相較,這些多元的 感官經驗,會更加深刻的綜合對於實體或環境的了解,可以增進學習者對工 具的運用控制、材料的氣味或硬度、加工的程序或技巧等的綜合經驗的累積。 而經驗分為初級和次級經驗,初級經驗乃是屬於直接感受經歷,次級經驗則 是運用較高級的分析歸納能力省思經驗的內容。 二、經驗間的連接與統整 杜威認為經驗之間的相互連結才是學習的重點,若每次的經驗缺乏新的 刺激,只是一些動作的重複,有可能會對類似的事件產生麻木或者輕忽的態 度,失去可塑性與原創力(Dewey,1934)。此代表動手做取得的經驗也有其標 準,他提出經驗的規準(criteria)之一為繼續性(continuity),繼續性主要強調 經驗之間的連接和統整,每一新的經驗都奠基於過去的經驗,並對未來的新 經驗產生影響與改變,經驗就是從舊有的經驗中連結統整並且加深加廣。 三、內在需求與外在環境的互動歷程 杜威認為經驗的另一個準則是互動性(interaction)。他認為經驗是人與環 境互動的產品(Dewey,1938)。經驗由人與環境的互動產生變化,互動的結果 影響經驗的品質,個體的內在需求與外在環境條件間的適應(accommodation) 與調適(adjustment)關乎經驗的建構產生,這樣的調適過程就是互動。個體在 有規範的外在條件下,考量內在需求與本身的知識經驗能力,不斷思索、尋 30.

參考文獻

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