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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

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Academic year: 2021

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國立台中教育大學科學應用與推廣學系研究所碩士論文

指導教授:許良榮 博士

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

Action Research of Implementing Creative Problem Solving in

Science Game Teaching: An Example of Magnets

研究生:黃玉斯 撰

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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

摘 要

本研究以教師之行動研究,探討創造性問題解決(Creative Problem Solving, CPS)教學模式融入以「磁鐵」為主題的科學遊戲教學活動時,在 科學遊戲的教學活動設計及教學活動歷程兩方面,可能遇到的問題及其解 決方法,並探討教師在設計教學活動的過程中及實施教學的歷程中,所獲 得的教師專業成長。本研究以三階段進行試驗教學,第一階段試教對象為 平安國小(代稱)五年忠班的 31 名五年級學生,第二階段為平安國小五 年孝班的 31 名學生,第三階段為五年仁班共 31 名學生,每階段教學活動 皆為每週一次,每次兩節課,共三次六節課。研究者所蒐集的資料包括: 教學錄影、訪談記錄、協同教師教學觀察記錄、活動學習單、參與科學遊 戲意見心得單和教學札記等相關資料。經過統整分析獲得以下結果:(一) 創造性問題解決(CPS)可適當融入科學遊戲並設計教學活動;(二)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的影響而有所差異;(三)研 究者在教學活動設計能力、教學能力及教師研究能力等均獲得專業成長。 本研究最後針對科學遊戲課程設計、教學實施及未來研究發展提出建議, 以供教師及有意從事科學遊戲教學之研究者參考。 關鍵字:科學遊戲、創造性問題解決、磁鐵

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Action Research of Implementing Creative Problem Solving in

Science Game Teaching: An Example of Magnets

Abstract

This study used action research to explore the potential problems and solutions both in designing a science game and in the teaching practice when Creative Problem Solving (CPS) fusion into science magnetic game instruction. Furthermore, this study also focused on teacher’s professional development during designing and implementing science games in teaching activities. This study was carried out in three phases. The subjects included ninety-three students in the fifth grade in Ping-An Elementary School. The initial phase was conducted in Class Zhong, second phase was in Class Xiao, and final phase was in Class Ren. The teaching activities were conducted once per week for three weeks in each phase. The data were collected from recorded videotapes in the teaching process, interviews with the students and co-teachers, observations by cooperative teachers, activity worksheets, student questionnaires, and

teaching journals. The results in this study were (1) CPS could be suitably implemented in science games teaching; (2) the efficacy of science game instruction would be influenced by the cooperation with team members, the degree of difficulties of the game, the content of the teaching activities, and their learning interests in science; (3) the researcher acquired professional development in teaching design, teaching capability, and teachers’ research ability. Finally, researcher provided several suggestions on designing & implementing science games and future research for teachers and researchers who are interested in applying games in science education.

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第壹章 緒 論 第一節 研究背景與動機...1 第二節 研究目的與問題...4 第三節 名詞解釋...5 第四節 研究範圍與限制...6 第貳章 文獻探討 第一節 科學遊戲與教學...9 第二節 創造性問題解決(CPS)...13 第三節 磁鐵相關科學遊戲...21 第參章 研究方法 第一節 研究方法與架構...25 第二節 研究情境與研究對象...29 第三節 研究工具...31 第四節 研究流程...34 第五節 科學遊戲創造性問題解決教學活動設計歷程..36 第六節 資料整理與分析...38 第肆章 研究結果與討論 第一節 行動研究前期...43 第二節 第一階段教學行動...48

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第三節 第二階段教學行動...67 第四節 第三階段教學行動...76 第五節 教師專業成長...84 第伍章 結論與建議 第一節 結論...91 第二節 建議...95

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參考文獻

中文部分...99 英文部分...103

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附錄

附錄一 活動設計含有以「磁鐵」相關概念為原理的科學遊戲 書籍...105 附錄二 科學遊戲創造性問題解決教學活動設計...107 附錄三 參與科學遊戲意見心得單...149 附錄四 協同教師觀察記錄表...151 附錄五 訪談舉隅...161 附錄六 教學活動設計檢核表...165

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表 目 次

表 3-5-1 CPS 融入科學遊戲教學活動設計...38 表 3-6-1 資料代碼說明...40 表 4-1-1 科學遊戲創造性問題解決教學單元活動設計內容...45 表 4-1-2 檢核教學活動設計之專家背景...46 表 4-1-3 協同觀察教師之背景資料...47 表 4-2-1 單元目標檢核表-第一階段...49 表 4-2-2 九年一貫能力指標檢核表-第一階段...52 表 4-2-3 對科學遊戲教學活動內容的好惡與原因-第一階段....55 表 4-2-4 各單元之「問題解決任務」的喜好與挑戰性感受 -第一階段...56 表 4-2-5 修正教學活動時間分配...60 表 4-3-1 單元目標檢核表-第二階段...68 表 4-3-2 九年一貫能力指標檢核表-第二階段...70 表 4-3-3 對科學遊戲教學活動內容的好惡與原因-第二階段....72 表 4-3-4 各單元之「問題解決任務」的喜好與挑戰性感受 -第二階段...72

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表 4-4-1 單元目標檢核表-第三階段...77 表 4-4-2 九年一貫能力指標檢核表-第三階段...79 表 4-4-3 對科學遊戲教學活動內容的好惡與原因-第三階段....81 表 4-4-4 各單元之「問題解決任務」的喜好與挑戰性感受

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圖 目 次

圖 2-2-1 Osborn-Parnes 五階段 CPS 模式...14 圖 2-2-2 Isaksen和Treffinger 六階段CPS模式...15 圖 2-2-3 Isaksen和Treffinger 三成份六階段CPS模式...16 圖 2-2-4 Isaksen和Dorval 三成分彈性循環模式...17 圖 2-2-5 Isaksen、Dorval和Treffinger CPS系統化架構 模式...18 圖 2-3-1 吸引紙鈔...21 圖 2-3-2 創意繪圖(1)...22 圖 2-3-3 創意繪圖(2)...22 圖 2-3-4 飛舞的蝴蝶...22 圖 2-3-5 旋轉的蛇...23 圖 2-3-6 帆船大集合...23 圖 2-3-7 磁力軌道...23 圖 2-3-8 轉動的線圈...23 圖 2-3-9 電動鞦韆...24 圖 2-3-10 鐵釘大變身...24 圖 3-1-1 Kemmis & Taggart 行動研究螺旋圖...27 圖 3-1-2 研究架構圖...28

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圖 3-4-1 研究流程圖...35 圖 3-5-1 科學遊戲設計素材聚焦歷程...36 圖 4-1-1 飛舞的蝴蝶-操作裝置...44 圖 4-1-2 轉動的線圈-漆包線圈...44 圖 4-2-1 用磁鐵吸引魔帶形成臉譜...50 圖 4-2-2 用磁鐵移動魔帶創作臉譜...50 圖 4-2-3 未改裝的帆船...51 圖 4-2-4 改裝後的帆船...51 圖 4-2-5 學生參與科學遊戲活動情形...55 圖 4-2-6 創意繪圖 I-利用磁鐵吸引鐵粉形成頭髮...59 圖 4-2-7 創意繪圖 I-利用磁鐵吸引鐵粉形成頭髮和鬍子...59 圖 4-2-8 修正前的開關裝置...62 圖 4-2-9 修正後的開關裝置...62 圖 4-2-10 看誰載卡多學習單-修正前...63 圖 4-2-11 看誰載卡多學習單-修正後...63 圖 4-2-12 調整班級經營策略-加分制度...65

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第壹章 緒論

本章共分為四節,分別為研究背景與動機、研究目的與問題、名詞 解釋、研究限制,茲分述如下。

第一節 研究背景與動機

二十一世紀是個劇變的時代,隨著資訊科技的快速發展與流通,社 會也愈來愈多元化,人類正面臨「第三次產業革命」-一個以「腦力」 決定勝負的「知識經濟時代」。因此,創新思考、批判思考或解決問題之 能力,皆是未來世界公民所應該具備的重要基礎能力。創新可以被視為 一系列的知識生產、知識利用以及知識擴散的歷程,而創造力就是創新 的火苗。因此創造力與創新能力之培育,不僅是提昇國民素質之關鍵, 亦為發展知識經濟之前提,所以創造力教育也就成為未來教育工作之推 動重點(教育部,2002)。隨著科技資訊時代的來臨,世界各國都想在這 新世紀的舞台佔有一席之地,各國皆極力在提昇其國際競爭力。二十一 世紀最重要的人力資源就是培養創造力(曾志朗,1999)。由此可見,培 養國家未來主人翁創造力的重要性。 培養創造力有很多的方式,科學遊戲是可參考的資源之一。吳幸玲 (2003)認為遊戲是兒童所喜愛的,兒童會主動參與遊戲,並從中獲得 樂趣,且遊戲是一種學習、活動、適應、生活或工作,兒童能藉由遊戲 這個媒介自由地、無拘無束地徜徉在他們營造的世界裡,享受與人、玩 物之間的互動,它所帶來的樂趣,能促使兒童在各方面有更正面及積極 的發展。創造力就是遊戲與認知間最大的聯結(吳幸玲、郭靜晃譯, 2003),文獻中的研究則顯示遊戲對於創造力有正向的影響。例如,

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分較高,在智力測驗上擴散思考能力也較好;Dansky 與 Silverman(1973, 1975)發現在遊戲中允許孩子自由玩玩具,小孩不以一定的玩法使用這些 玩具,而賦予更多創造性或非標準化的遊戲方法;此外,一系列的遊戲 訓練研究也支持遊戲可增強幼兒的創造力(Dansky,1980)。而科學遊戲 則不但具有遊戲的優點還包含了科學的教育的內涵(陳忠照,2003)。 研究者於大學求學期間,便接觸到與「科學遊戲」的相關課程,在 動手操作的過程中,發現自己逐漸修正以往的對於科學遊戲的錯誤觀 念,體會到「科學遊戲」並非只是玩玩,還富有其教育意義,並且在參 與科學遊戲的過程中,也感受到遊戲的快樂。正如同牟中原(2000)在 「動手玩科學」一書推薦序中闡述,科學遊戲即是把科學活動和遊戲結 合在一起,寓教於樂,讓學生在遊戲中體會科學原理。科學遊戲具有讓 學生感到學習的快樂、學習到科學概念及提升孩子創造力的潛力。因此, 如何將「科學遊戲」融入教學活動,讓孩子在科學遊戲教學的過程中, 感到學習的快樂、學習到科學概念及提昇創造力是值得探討的方向之一。 教育部在 2003 年所出版《九年一貫課程綱要》一書提到,獨立思考 與解決問題能力的培養應在教學中設計以「學生為活動主體」的形式, 經由探討問題、處理問題的過程中,養成學生遇到問題能主動且自主的 思考,尋求解決之道,並採取實際行動(教育部,2003)。陳忠照(2003) 認為科學遊戲創意教學乃以「學生為中心、活動為導向」的教學活動, 教師的鼓勵、輔導、諮詢、催化,或根據活動內容設計學習單,供孩子 探究記錄,甚至靜下來傾聽孩子的看法,或定下來等待孩子的回應,都 是重要的教學策略。國內學者也發現,將科學遊戲融入國小「自然與生 活科技」課程中,可以提升學童的學習興趣、成就、問題解決能力、科 學態度及科學過程技能等(王錦銘,2005;林義修,2006;張淑慧,2003; 蘇秀玲、謝秀月,2006)。由此顯示,科學遊戲融入教學具有提升學童多 項能力的潛能。

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此外,教育部在 2003 年所出版《九年一貫課程綱要》一書中列出「主 動探索與研究」以及「獨立思考與解決問題」兩項基本能力,並分別明 白指出:「希望學生能夠激發好奇心及觀察力,主動探索和發現問題,並 積極運用所學的知能於生活中。」、「養成獨立思考及反省的能力與習慣、 有系統地研判問題,並能有效解決問題和衝突。」(教育部,2003)由此 可知,解決問題的能力也是近年來國內教育改革的重點之一。而研究者 為在職教師,在真實教學情境中也有感於學生問題解決能力不足,希望 能透過教學活動提供學生問題解決的機會,從探究問題、處理問題的過 程中提昇其問題解決能力。學生的學習過程則可視為一種解決問題的歷 程。洪振方(1998)認為在科學教學活動歷程,提供適當的思考問題、 啟發學生對問題的敏感性、激發學生心智的變通性,協助學生對問題作 整體的考慮,以及鼓勵學生在學習過程中,集中全力去探索、發現、深 思、反思、討論來解決疑難獲得知識等,是可以增進學生科學創造力的 途徑之一。Davis(1986)認為創造性問題解決(CPS)教學模式是最佳 的解決問題教學設計,此模式不只是教學的過程,也可靈活運用解決實 際遭遇到的問題。分析國內與創造性問題解決(CPS)教學相關研究, 顯示 CPS 教學有助提升學生的創造力與問題解決能力(呂素雯,2002; 李金樹,2006;洪文東,2003a;洪文東,2003b;洪川富,2005;張振 松,2001;陳威龍,2005)。因此,發展結合科學遊戲與創造性問題解決 模式的教學活動是值得探討的問題。 在眾多的科學遊戲的書籍中,包含的科學概念相當多樣,令研究者 苦思應如何選定主題,所以研究者在閱覽 95 學年度國小自然與生活科技 教科書後,發現牛頓版有二個單元與磁鐵相關,南一版有三個單元,翰 林版有二個單元,康軒版有三個單元,可見得「磁鐵」在國小自然與生 活科技領域佔了一定的篇幅。除此之外,磁鐵也我們是日常生活中隨處

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可見的物品,而有許多生活中常用的物品也是利用磁鐵相關原理製作而 成,例如,冰箱門利用磁鐵吸引磁性物質的特性,馬達則是利用電磁鐵 的原理。林明軫(1994)發現國小四年級至六年級學童,對於磁鐵與磁 力性質仍存在著迷思概念,可見得學生對於「磁鐵」相關概念的認知仍 有待加強。綜合上述,所以研究者選定「磁鐵」為科學遊戲創造性問題 解決教學活動發展之主題。

第二節 研究目的與問題

壹、研究目的

目前坊間有很多與科學遊戲相關的書籍,但書籍的內容多以科學遊 戲的操作過程或示範如何做出成品為主,很少將科學探究(scientific inquiry)融入科學遊戲活動中,提供學生做更進一步發揮創造力與問題 解決能力的機會,未將教育意義含括之;所以坊間的書籍雖然可以當作 教師自編教材的參考資料來源,但並不適合直接拿來當作教學的內容, 故研究者必須將科學遊戲活動加以改編。本研究以坊間科學遊戲相關書 籍中與學生日常生活中常見的「磁鐵」相關遊戲為素材,結合「創造性 問題解決(CPS)」的教學模式,設計以「磁鐵」為主題的科學遊戲創造 性問題解決教學活動,期望能藉此提升學生創造性問題解決的能力。除 此之外,並期許研究者能從教學活動設計與教學歷程中,獲致個人教師 專業成長。

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貳、研究問題

基於上面所敘述的研究目的,本研究欲探討的問題如下: 一、如何將創造性問題解決(CPS)教學模式融入科學遊戲,設計 教學活動? 二、在科學遊戲創造性問題解決教學活動的過程中,影響學生教學 成效的因素為何? 三、研究者在設計與實施科學遊戲創造性問題解決教學活動歷程 中,在教學活動設計、教學能力及教師研究能力之專業成長為 何?

第三節 名詞解釋

為使本研究範圍與內容更加清晰明白,茲將本研究中所涉及之重要 名詞界定如下。

壹、科學遊戲

目前對於何謂「科學遊戲」沒有明確的界定,各個專家學者對於科 學遊戲的觀點也不盡相同(詳見第貳章第一節)。研究者歸納各專家學者 的對於科學遊戲的看法與林堂麗(2003)之科學遊戲定義並依據研究需 求,將本研究之科學遊戲界定如下: 一、科學遊戲的設計需要包含學生動手操作的歷程。

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二、科學遊戲需要包含科學概念,本研究以「磁鐵」為科學遊戲教 學設計的核心概念。 三、科學遊戲需要的操作素材是要容易從生活周遭中取得的。 四、科學遊戲的活動進行結合小組合作的形式。 五、科學遊戲具有學生主動操弄之傾向。

貳、創造性問題解決

本研究將創造性問題解決(Creative Problem Solving, CPS)教學模 式融入科學遊戲,其最初由 Osborn 在 1953 年提出,後經 Parnes 在 1966 年發展出有清楚描述的 CPS 五階段,分別為發現事實、發現問題、發現 點子、發現解答和尋求接納,此為目前世人所熟知的 CPS 解題法。之後, CPS 經 Treffinger、Isaksen、Dorval 等人持續努力修正 CPS,將原本只有 文字描述的各階段關係發展至水平、垂直發展的模式,最後形成循環的 模式(引自湯偉君、邱美虹,1999)。本研究以 Isaksen 和 Treffinger(1987) 所修正提出的三成分六階段的第四期 CPS 模式來設計教學活動,其中六 大階段為:發現困惑、發現資料、發現問題、發現點子、發現解答、尋 求接納。

第四節 研究範圍與限制

本節主要分為兩部分說明,一為本研究的研究範圍,另一為本研究 的研究限制,茲分述如下。

壹、研究範圍

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因限於人力、物力、時間等因素,本研究範圍只限於科學遊戲創造 性問題解決教學活動之發展歷程,至於實行科學遊戲創造性問題解決教 學活動後,學生的創造力及問題解決能力的影響程度則不包含在本研究 範圍內。

貳、研究限制

本研究為行動研究,以質性研究方式進行,研究者本身即為研究工 具之一,在蒐集教學活動設計素材、課程活動設計及進行教學等方面, 難免會受研究者本身能力、教學經驗、個人特質等因素所影響;在資料 的收集、分析、及詮釋過程中,研究者的主觀意識難免會影響到研究的 結果,造成本研究限制。另外,行動研究的目的在於解決研究者於實務 情境中的問題,進而獲致專業成長,所以不宜做過多的推論。

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第貳章 文獻探討

本章共分為三節,分別為科學遊戲與教學、創造性問題解決、磁鐵相 關科學遊戲,茲分述如下。

第一節 科學遊戲與教學

陳忠照(2000)認為喜愛「遊戲」是人類的天性,「科學」則能啟發 學生的智慧。研究者亦以自身的教學經驗發現「遊戲」能有效引發學生的 學習興趣,進而主動學習,強化教學成效。「科學遊戲」則具有遊戲引發 學生興趣的特質與學習科學概念的功能,本研究目的欲透過創造性問題解 決融入科學遊戲之教學活動提昇學生的學習興趣及提供學生發揮創造力 及解決問題的能力。本節將就科學遊戲與科學遊戲在教學上的應用做更詳 盡的說明。

壹、科學遊戲

科學遊戲活動不但包含了遊戲的特質還有科學概念學習之價值。 Bruner(1996)認為學習的動機,來自兒童喜歡學習、願意學習,之後教 學才能有效果。引發兒童主動學習的動機,透過遊戲是一個可行的方法之 一。郭文禎和張文華(1999)對國小六年級學生投入實驗活動的的方式之 研究中,便指出透過遊戲玩耍是形成有意義學習的可能途徑。吳幸玲 (2003)認為遊戲不但受兒童喜愛的,也是兒童的天性,遊戲也是一種學 習、活動、適應、生活或工作,以遊戲為媒介,能享受與人、玩物之間的 互動,其所帶來的樂趣,可以促使兒童在各方面有更正面及積極的發展。 在許多與兒童遊戲相關的書籍(江麗莉譯,1997;吳幸玲,2003;郭

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靜晃譯,2000;湯志民,2002)中,學者專家們對於「遊戲」仍然難有明 確的定義,並且眾說紛紜。雖然專家學者們對於遊戲難有明確的定義,但 其在教育上的功能卻是不容忽視的,遊戲對兒童而言,是在引入其進入教 學歷程的一個有效的媒介。 Daiute(1994)也認為遊戲是有效的學習策略,兒童用來增進他們的 技能並塑造其世界的意義。Bruce(1996)則對遊戲是發展學習策略網絡的 一部分,有詳細的說明,強調兒童和大人透過「第一手經驗(first-hand experiences)」來發展和學習,透過「規則遊戲(games)」發展和學習他們 的文化,並從繪畫、塑形、舞蹈、戲劇、與他人說話和所有事物的象徵(如 數字)中「展現(representation)」自己,而兒童則透過他們的「遊戲(play)」, 來界定所學的意義。鍾聖校(1995)認為透過遊戲進行的科學活動特別吸 引兒童,因為遊戲常能帶來活潑、快樂的氣氛,形成遵守規則的態度,並 且透過遊戲時的專注、思考訓練及較沒有壓力的想像空間,可提高創造活 力。 鄧文華(1995)曾對科學與遊戲間的的關係,下一個概略的定義:「科 學是一個提供人瞭解這個世界的遊戲。玩的時候,必須遵守一套稱之為科 學方法的遊戲規則。」也就是說,科學的遊戲通常是我們要先有一個想法, 並努力為這一個想法找出答案。牟中原(1999)在《動手玩科學》書中的 推薦序寫到,科學遊戲是科學活動與遊戲的結合,能夠寓教於樂,可以從 遊戲活動中體會到科學原理。陳忠照(2003)則認為科學遊戲是指利用周 遭環境的生活素材,進行的科學性遊戲,並認為科學遊戲需具有趣味性、 規律性、創造性及分享性四項特質。 郭騰元(2000)在自己一系列科學遊戲叢書著作中強調科學遊戲「好 玩」的特性並認為設計科學遊戲應掌握以下原則: 1. 能讓小朋友喜歡與驚訝。 2. 能用簡單的科學原理解釋。

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3. 製作的方法簡單。 4. 所用的材料很容易從家裡、超市、文具店或五金行中取得。 5. 容易改變或改進。 綜合以上,研究者發現各專家學者對於「科學遊戲」沒有明確的界定, 觀點也不盡相同,對於「科學遊戲」有不同的定義,而引用者也會依據自 己的觀點及所應用的環境背景,做出不盡相同的定義。研究者歸納專家學 者對於科學遊戲的看法及參考林堂麗(2003)之科學遊戲定義,並考量教 學的需求,將本研究的科學遊戲定義為如下: 一、科學遊戲應該包含科學概念,而本研究以「磁鐵」作為科學遊戲 教學設計的主題。 二、科學遊戲的設計應該包含讓學生動手操作的步驟。 三、科學遊戲所需要的素材應該是容易從生活周遭取得的。 四、以小組合作的形式進行科學遊戲的活動。 五、科學遊戲具有學生主動操弄之傾向。 研究者在進行本研究之初,參與由國立台中教育大學許良榮教授所 舉辦的「科學遊戲種子教師研習」,參與活動的過程中發現科學遊戲具有 吸引參與者主動學習的特質,但是此研習對象為國小教師,而本研究之研 究對象為國小學童,所以研究者需要再確認本研究所採用之科學遊戲是否 能有吸引國小學童主動學習之意願,於是研究者於正式進行行動研究前, 選擇研究者任教的班級中不是研究對象的班級進行調查,結果發現有八成 以上的學生對於本研究所採用的科學遊戲皆給與正面的評價,顯示本研究 所採用之科學遊戲具有學生主動操弄之傾向。

貳、科學遊戲在教學上的應用

科學遊戲廣泛運用於教學中,在民間有以推廣科學普及教育為宗旨的

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「遠哲科學教育基金會」,其主張應引導青少年從生活周遭的事物去發現 科學問題,並以日常生活素材,用生動有趣的方法動手玩科學,進而體驗 科學是可親的,學習到科學知識,建立正確的科學態度與精神,並於每年 舉辦「科學趣味競賽」。臺中市每年也會舉辦科學園遊會,由臺中市國中 小學設攤讓參加者可以親身體驗參與科學活動,並在其中感受玩科學的樂 趣。部分學校也在課後開設了科學育樂營的相關課程,希望藉由科學遊戲 引領學生進入科學的殿堂,並在其中獲得樂趣,培養其主動學習的精神。 科學遊戲的相關活動多樣,無形中影響到國內的科學教育,啟發了學生對 科學學習的興趣。在許多與科學遊戲相關研究也發現「科學遊戲」對學童 的學習有正面的影響。下一段對於相關研究有較詳細的說明。 林瓊音(2005)認為科學遊戲之所以能提高學童的學習興趣是源自於 遊戲本身具有學童能力可及的特質,如競賽帶來的挑戰性、成就感及動手 實作可獲得想法的立即回饋。由此可知,科學遊戲能提高學童學習興趣、 增加參與程度和提供實作的機會,有利於學童建構科學概念。蘇秀玲 (2004)認為對科學遊戲融入教學對學生的科學態度有正面的影響。學生 在活動中表現出主動、積極、樂於參與等正向態度。許順欽(2002)認為 以科學玩具輔助教學與結合創意思考教學的學習方式,可以促進學生創造 性問題解決能力,並提高學生對於自然的學習興趣,建立自信心及體會團 結力量大。許芳雪(2004)認為以科學童玩結合教學能吸引學童的注意力 及提昇學童的創造力。因此,科學遊戲能有助於提升學生的創造力及問題 解決能力,且在小組合作活動中體會到團結的重要性。李戊益(2001)曾 以低年級為研究對象,認為如果要將科學遊戲應用於國小低年級,應該要 考量到學童自備材料的能力不足、操作能力與態度不夠成熟、秩序難掌控 等不利條件。 可見科學遊戲融入教學對學生在學習科學的態度、創造力、解決問題 的能力皆有正向的幫助,且科學遊戲融入教學較不適合用於國小低年級學

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童,故研究者將研究對象設定為高年級學童。期望透過科學遊戲融入教學 能讓學生有發揮創造力、解決問題的能力的機會,並在小組合作中感到團 隊合作的重要性,並能體會學習科學的樂趣,藉此提升學生主動學科學的 意願。

第二節 創造性問題解決

本節將就創造性問題解決的起源、創造性問題解決的發展、創造性問 題解決的內涵和創造性問題解決的相關教學研究等四部分做進一步的說 明,茲分述如下。

壹、創造性問題解決的起源

創造性問題解決(Creative Problem Solving, CPS)是將創造思考 (Creative Thinking)和問題解決(Problem Solving)兩個領域結合在一起, 所形成的一個複雜的過程(Parnes, Noller, & Biondi, 1977)。Parnes(1987) 認為 Wallas 在 1926 年提出的創造性成就行動模式(準備期、醞釀期、閃 現期和驗證期)影響當代的教育學者,常認為創造力是天生的,而非後天 可以培養。在 1940 年前沒有一套良好的創造力培養方法,此時被稱為創 造力培養的前歷史時代。Osborn 和 Crawford 在 1948 年正式發展創造力提 昇計畫,認為透過一些方法與步驟可以刺激靈感並提高靈感的出現率。在 眾多提昇創造力的訓練及策略中,Parnes 所提出的創造性問題解決(CPS) ,則被認為具有相當良好的效果。CPS 的起源來自 Osborn 在 1953 年在《應 用想像力(Applied Imagination)》一書中提出具體的 CPS 歷程為開端,之 後經過 Parnes、Noller、Treffinger、Isaksen、Dorval 等人發展並修改,使

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14 困惑或目 標 發現 事實 發現 問題 發現 點子 尋求 接納 發現 解答 問 題 敏 感 度 計 劃 新 挑 戰 行 動

圖 2-2-1 Osborn-Parnes 五階段 CPS 模式(引自 Isaksen & Treffinger, 2004) CPS 成為有效提昇創造力與問題解決能力的方法(Christie & Kaminski, 2002; Treffinger, 1995; Schack, 1993)。

貳、創造性問題解決的發展

創造性問題解決(CPS)模式的演進,可以區分為主要的六個時期, 分別說明如下(引自 Isaksen & Trenffinger, 2004)。

一、第一時期(1942~1967) 此階段發展的發展重點,是希望給予創造歷程一個較為明確的定義, Osborn 則在 1953 年於《應用想像力》一書中,首先提出七個階段的 CPS 歷程及腦力激盪的觀點,七階段的分別為:1.定位(Orientation)2.準備 (Preparation)3.分析(Analysis)4.假設(Hypothesis)5.醞釀(Incubation) 6.綜合(Synthesis)7.驗證(Verification)。Osborn 持續研究創造力並將 歷程策略及技巧應用在他的出版作品及教學上,於 1963 年再版的《應用 想像力》一書中,將原有的七個階段濃縮成較為廣泛的三個階段,分別為 發現事實(Fact-Finding)、發現點子(Idea-Finding)、發現解決方法 (Solution-Finding)。 二、第二時期(1963~1988) 此階段的發展重點在開發有效促進創造力的教學方法,此發展時期的 成果為產生了許多創造性問題解決的教學方案,而 Parnes 等人在水牛城州 立大學所運用的五階段的 CPS(如圖 2-2-1)歷程進行兩年的創造性研究計

畫(Creative Studies Project),是其中最能有效提昇創造思考能力的教學方

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三、第三時期(1981~1986)

此階段的發展重點為關注學習與應用CPS時,個體的差異性與情境相 關議題。1985年Isaksen和Treffinger提出六階段的CPS模式(如圖2-2-2), 在問題解決的歷程的第一步驟增加發現困惑(Mess-Finding),並強調擴 散思考與聚斂思考在問題解決時的均衡運用。在發現困惑時,個人對問題 的定位(Orientation)、對於情境的認知(Outlook)、產生的結果(Outcome)、 歷程中的阻礙(Obstacles)和解決問題的所有權(Ownership)的差異,皆 會影響不同解決問題的方式。 擴散思考 聚斂思考 新挑戰 New Challenges 整理、分析與歸納重要 的資料 決定一種挑戰,並建立 一般性的問題解決目標 選擇一特定問題並具體 且明確的陳述問題 選出最有可能解決問題的 構想 選擇一些標準評估解決問 題的構想 找到最適當的構想,擬定 計畫並加以執行 考量執行過程中可能的 助力與阻力 找出各種評估構想 的標準與方法 列出問題之所有可能 的解決構想 從已知的資料發現 所有可能的問題 收集不同的資料了解 事實的情境 從生活經驗與情境中尋找 各種問題解決的機會 聚斂面 Convergent Phase 擴散面 Divergent Phase 問題敏感度 Problem Sensitivity 發現困惑(MF) 發現資料(DF) 發現問題(PF) 發現點子(IF) 發現解答(SF) 尋求接納(AF) 圖 2-2-2 Isaksen和Treffinger 六階段CPS模式 (引自Isaksen & Treffinger, 2004)

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四、第四時期(1987~1992) 此階段的發展重點在於回應教學現場實務上的運用,所開發的一套有 效、適合各種教學情境運用的 CPS 教學模式,Isaksen 和 Treffinger(1987) 將原來的 CPS 六階段進一步歸納成瞭解問題、產生點子和計畫行動三成 分。瞭解問題包含了發現困惑、發現資料和發現問題,產生點子包含了發 現點子,計畫行動則包含了發現解決方法和尋求接納(如圖 2-2-3)。此時 期的 CPS 模式較能清楚的勾勒出問題解決的歷程,而此六階段的解決問題 的歷程也較符合一般人在解決問題的步驟,所以本研究以 Isaksen 和 Treffinger(1987)在此時期所修正的三成分六階段的 CPS 模式作為融入本 研究科學遊戲教學活動設計的依據。 擴散:考量執行過程中可能的助力與阻力 聚斂:找到最適當的構想,擬定計畫並加以執行 擴散:找出各種評估構想的標準與方法 聚斂:選擇一些標準評估解決問題的構想 擴散:列出問題之所有可能的解決構想 聚斂:選出最有可能解決問題的構想 擴散:從已知的資料發現所有可能的問題 聚斂:選擇一個特定問題並具體且明確的陳述問題 擴散:收集不同的資料了解事實的情境 聚斂:整理、分析與歸納重要的資料 擴散:從生活經驗與情境中尋找各種問題解決的機會 聚斂:決定一種挑戰,並建立一般性的問題解決目標 發現困惑(MF) 發現資料(DF) 發現問題(PF) 發現點子(IF) 發現解答(SF) 尋求接納(AF) 成分一:瞭解問題 成分二:產生點子 成分三:計劃行動 圖 2-2-3 Isaksen 和 Treffinger 三成份六階段 CPS 模式 (引自 Isaksen & Treffinger, 2004)

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圖 2-2-4 Isaksen和Dorval 三成分彈性循環模式 (引自Isaksen & Treffinger, 2004)

產生點子 計劃行動 瞭解問題 五、第五時期(1990~1994) 此階段 CPS 的發展受到建構主義及認知科學的影響,建構主義認為解 決問題時,會因為個體的差異而有不同的建構方式,認知科學的相關研究 則發現問題解決的歷程也會因為個體差異有所不同,因此 Isaksen 和 Dorval 在 1993 年將原本為直線的 CPS 流程修改為較為彈性的循環模式,讓教學 者能夠更加彈性應用(如圖 2-2-4)。 六、第六時期(1994~現在) 此階段的發展加入兩個重要的成分,一個是在 CPS 的架構中,更有效 地整合任務評估與歷程規劃兩個面向,另外一個是使用更自然、友善、詳 細的語言作說明。Isaksen、Dorval 和 Treffinger 在 2000 年時將 CPS 的三大 成分修改成瞭解挑戰(Understanding the Challenge)、產生點子(Generating

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架構問題 產生點子 建構機會 探究資料 建立接受 發展解答 設計流程 評估任務 瞭解挑戰 產生點子 準備行動 規劃方法 圖 2-2-5 Isaksen、Dorval和Treffinger CPS系統化架構模式 (引自Isaksen & Treffinger, 2004)

的說明(如圖 2-2-5)。

參、創造性問題解決的內涵

創造性問題解決是分階段的解題模式,解題的過程包含了擴散性思考 及聚斂性思考,在眾多可能的解答中尋求最佳的解決方法。本研究以 Isaksen 和 Treffinger(1987)所修正的三成分六階段的 CPS 模式融入本研究 科學遊戲教學活動設計,其內涵如下(Isaksen & Treffinger, 2004;湯君偉、 邱美虹,1999):

成分一:瞭解問題(Understanding the Problem) (一)發現困惑(Mess-Finding,MF):

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從各種經驗、情境中找出挑戰,並以有系統的方法來解釋問題。以擴 散性思考來說是從生活經驗或在情境中尋求解決問題的機會,以聚斂性思 考來說便是建立廣泛且概括的目標來解決問題。

(二)發現資料(Data-Finding,DF):

從各種不同的觀點去考量情境,可以利用 5W1H(Who, What, Where, When, Why, How)來自問自答,以這種方式找到蒐集資料的方向與獲得挑 戰的各種訊息。以擴散性思考來說是從各種觀點來審視各種細節和所看到 的困惑,以聚斂性思考來說則是決定最重要的資料來指引問題的發展。 (三)發現問題(Problem-Finding,PF): 當資料蒐集完畢後,問題的相關線索也已經呈現,便可以開始分析 問題,重新安排問題的陳述,並清楚的界定問題。以擴散性思考來說是考 慮各種問題可能的解決方法,以聚斂性思考來說則是建構或選擇一個特定 問題並具體且明確的陳述問題。 成分二:產生點子(Generating Ideas) (四)發現點子(Idea-Finding,IF): 在界定問題後,問題解決者可以先想像可能的解決問題的方法,並以 書面方式條列呈現。以擴散性思考來說,產生各種可能奇特的點子,以聚 斂性思考來說,則是選用看起來最有趣和最有可能的點子。

成分三:計畫行動(Planning the Action) (五)發現解答(Solution-Finding,SF):

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以擴散性思考來說,發展規準來分析並純化最有可能的解決方法,以 聚斂性思考來說則是選擇規準並將之運用來選擇、強化並支持最有可能的 解決方法。 (六)尋求接納(Acceptance-Finding,AF): 以擴散性思考來說,考量執行過程中所有可能的助力與阻力,以聚斂 性思考來說則是找到最適當的構想,擬定特定的計畫並執行。

肆、創造性問題解決的相關教學研究

Torrance分別分析1972年142篇和1983年166篇與創造思考教學策略相 關研究,發現Parnes的創造性問題解決策略在1972的成功率達到92%,在 1983年也有88%的成功率(引自Schack, 1993),所以在其分析的三百多篇 的研究文獻顯示,CPS教學模式是一種有效提昇學生問題解決能力的教學 模式。呂素雯(2002)以六年級學生為對象,實施自然科創造性問題解決 教學,發現透過CPS教學能顯著增進學生的問題解決能力及協助學生知 識,達到預期的學習成效。洪文東(2003a)以五年級學生為研究對象,在 實施創造性問題解決化學單元教學活動後,發現學童的創造力與問題解決 能力有顯著進步。洪川富(2005)以五年級學童為對象在自然與生活科技 領域實施創造性問題解決教學,發現實驗組問題解決之能力顯著優於對照 組。綜合以上,在自然與生活科技領域實施創造性問題解決教學是可行 的,並且相關研究也顯示對於學生之問題解決能力也有正面的影響。 廖仁年(2003)認為動手操作及相互合作,可以讓學生表現得更加積 極且學習動機更高,並能樂於學習。楊訪屏(2004)以動手操作的科學遊 戲方式進行教學,學生在活動中展現出創造性問題解決能力。因此,研究 者以 CPS 融入動手操作的科學遊戲設計教學活動,並以小組的方式進行活

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動,藉此提昇學生學習興趣與問題解決能力。 除了以小組形式實施 CPS 教學外,還必須要考量到學生本身的能力, 以四年級學生來說,在蒐集資料、小組討論及發表等能力較為不足,會有 影響課程的進度及成效的擔憂,學生在思考力也較為不足,可能會遭遇到 挫折,並影響學習的意願(吳麗珍,2005;廖仁年,2003;劉誌文;1993)。 故研究者欲以高年級學童為研究對象,避免因為學生能力不足的干擾而影 響本研究之結果。

第三節 磁鐵相關科學遊戲

研究者蒐集坊間與科學遊戲相關書籍(蒐集歷程詳述於第三章第五 節),其中共有 23 本書(見附錄一)中的科學遊戲活動與「磁鐵」相關。 研究者先將所運用的原理相似或者是操作的程序相似的科學遊戲分為一 類,並為了與國小自然與生活科技領域課程做區別,去除與國小自然與生 活科技領域教科書相同之操作活動,除此之外,並考量學生認知發展,將 運用過於困難的科學原理之科學遊戲刪除,如渦電流等。最後,將收集到 的與磁鐵相關的科學遊戲聚焦在九個類別,將這九個遊戲分別命名,其操 作方法說明如下: 壹、吸引紙鈔:將牙籤插在一塊橡皮擦上,將一百元紙 鈔對折放在牙籤上,並使其保持平衡,當拿強力 磁鐵在紙鈔附近輕輕移動,紙鈔會隨著磁鐵產生 對應的運動(王蘊潔譯,2001;聯廣圖書編輯部 譯,1991)。 圖 2-3-1 吸引紙鈔

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貳、創意繪圖: 1.先在卡紙上畫一張臉型,在臉型上畫上眼睛、 鼻子和嘴巴,但是不要畫頭髮和鬍子。再將鐵 粉倒在卡紙上,把磁鐵放在卡紙下方並逐次移 動磁鐵讓鐵粉分佈在圖畫上,使其逐漸形成頭 髮、眉毛和鬍子,最後將磁鐵移開,完成一張 有趣的臉譜(陳雅茜譯,2004;鄒紀萬,1990 )。 2.將剪碎的魔帶倒在卡紙上,把長條磁鐵放在 卡紙下,長條磁鐵的磁力會穿透卡紙,吸引 魔帶,魔帶會豎起來,像火花般排列,兩極 間的魔帶會連接成圓弧形(聯廣圖書編輯部 ,1991)。 參、飛舞的蝴蝶:將紙做成蝴蝶的樣子,將蝴蝶別上 迴紋針,用細線綁住蝴蝶,在鞋盒的上方黏上強 力磁鐵,在下方黏住細線調整細線的長度,讓蝴 蝶可以飄在空中。在磁鐵中間放置剪刀蝴蝶會掉 落,如果放置紙張、塑膠片,蝴蝶不會掉落(王 國銓譯,1990;李佳東,2006;陳雅茜譯,2004; 黃佩俐譯,2007;鄒紀萬,1990;聯廣圖書編輯 部,1991)。 圖 2-3-2 創意繪圖(1) 圖 2-3-3 創意繪圖(2) 圖 2-3-4 飛舞的蝴蝶

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肆、旋轉的蛇:利用厚紙板做成一個高架,在高架的 底部黏上一個磁鐵,再利用雲彩紙做成一條蛇懸 掛在高架上。將鐵絲黏在蛇的身體上,並在鐵絲 的末端黏上一塊磁鐵。懸掛的蛇因為上下磁鐵的 相斥作用而在空中不停打轉(鄒紀萬,1990;王 蘊潔譯,1993)。 伍、帆船大集合:用磁鐵的同一極在珠仔針摩擦,以磁 化珠仔針。將珠仔針穿過紙片並將其豎立在保麗龍 上以做成帆船的樣子。如果用磁鐵棒的一端向臉盆 中一指,帆船會全部靠攏過來。換另外一極,帆船 會被彈開(鄒紀萬,1990;吳家元譯,2001;Ruth , 2001)。 陸、磁力軌道:將軟磁鐵條黏在塑膠盒上,將圓磁鐵一 半在軌道內一半在外,手放開,圓磁鐵會自動跑進 去,在放另外一個圓磁鐵進去,兩個磁鐵會相斥, 在裡面互推。放入另一塊磁鐵,兩個磁鐵會相斥, 在裡面互推。等磁鐵都不動了,可以將塑膠盒的一 端略為提高,它們又會開始跑了(郭騰元,2000)。 柒、轉動的線圈:用漆包線在圓柱筒纏繞 5 圈,取出纏 繞的漆包線圈用膠帶固定使不散開。兩端留下約 5 公分的漆包線。一端用磨砂紙完全磨去外皮的漆, 另一邊則平放桌上後只磨去上半部的外漆,再拿 2 圖 2-3-5 旋轉的蛇 圖 2-3-6 帆船大集合 圖 2-3-7 磁力軌道

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個迴紋針彎曲成架子,黏貼在紙杯上。並在紙杯上 放置磁鐵,以強力磁鐵效果為佳。將電池連接在迴 紋針上。將纏繞好的漆包線圈放置在支架上,線圈 會開始轉動,如果沒有開始轉動可以輕推(王蘊潔譯 ,1993;鄒紀萬,1990)。 捌、電動鞦韆:用木條製作鞦韆架及底盤,用鐵絲穿過 鞦韆其中一個支架。漆包線纏繞火柴盒做成鞦韆, 在鞦韆的下方擺放強力磁鐵,調整磁鐵使得通電後 鞦韆會與磁鐵相斥而擺動,當擺動時便斷路,失去 磁力盪回來,又再一次通電,如此循環(鄒紀萬, 1990)。 玖、鐵釘大變身:將漆包線或電線纏繞在鐵釘上,通電 後,鐵釘變成電磁鐵可以吸引磁性物質。並利用迴 紋針及西卡紙製作開關,控制鐵釘的磁性(王蘊潔 譯,1993;陳雅茜譯,2004;黃佩俐譯,2007)。 圖 2-3-9 電動鞦韆 圖 2-3-10 鐵釘大變身

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第參章 研究方法

本章共分為六節,分別為研究方法與架構、研究情境與研究對象、研 究工具、研究流程、科學遊戲創造性問題解決教學活動設計歷程及資料整 理與分析,茲分述如下。

第一節 研究方法與架構

壹、研究方法

本研究採用的研究方法為行動研究法。行動研究是理論與實務結合的 研究,使用研究的結果,再透過實際的行動,嘗試解決實務工作情境中所 遭遇到的問題。行動研究能縮短實務與理論的差距,或是減少行動與研究 間的差異,使實務工作者和研究者合而為一。林生傳(2003)認為行動研 究是為行動而進行的研究,研究者本身即為行動者,研究在行動中進行, 成為行動的一部分,而研究的實施則有助於行動逐步修正與改善,行動與 研究不斷進行對話與辯證,研究的結果提供行動的檢正與回饋。王文科 (1995)認為行動研究的焦點,不強調理論的發展,也不著重普遍的應用, 而是注重即時的應用,是針對目前的情境中的問題而為的。蔡清田(2000) 則指出行動研究的主要特徵包括: 1.行動研究以實務問題為主要導向。 2.重視實務工作者的研究參與。 3.從事行動研究的人員就是應用研究結果的人員。 4.行動研究的情境就是實務工作情境。 5.行動研究的過程重視協同合作。 6.強調問題解決的立即性。

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7.行動研究的問題或對象具有情境特定性。 8.行動研究的計劃是屬於發展性的反省彈性計劃。 9.行動研究所獲得的結論只適用於特定實務工作情境的解放,其目 的不在於做理論的一般推論。 10.行動研究的結果除了實務工作情境獲得改進之外,同時也使實際 工作人員自身獲得研究解決問題的經驗,可以促成專業成長。 研究者本身為現職教師,本研究目的即為解決教學實務的問題及提昇 自身的專業成長,此與上述行動研究的特徵相符合。 不少專家學者對於行動研究的實施步驟有不同的見解(朱仲謀, 2004;蔡清田,2000;陳惠邦,2001;夏林清等譯,1997),但行動研 究皆包含了循環的部分。為了說明本研究進行方式,本研究參考Kemmis 和Taggart(引自楊訪屏,2004)於1988年提出之螺旋狀行動研究模式(見 圖3-1-1)。先理解與界定在教學情境中遇到的問題,之後設計科學遊戲 創造性問題解決教學活動,並在真實教學情境中付諸行動,藉由觀察研 究者的教學與學生學習反應,進而發現並反省在教學中所遭遇到的問題 與困難,針對問題與困難修正教學設計,再重新進行教學,在一次又一 次的行動反省中,確認科學遊戲創造性問題解決教學活動的可行性。

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貳、研究架構

本研究目的主要在設計「科學遊戲創造性問題解決」教學活動,並探 討在實施科學遊戲創造性問題解決教學活動的過程中可能遇到的問題及 解決方法,除此之外,還期望能獲致個人之教師專業成長。依據本研究目 的,研究架構(見圖 3-1-2)主要分為兩部分,第一部分為科學遊戲創造性 問題解決教學設計歷程,第二部分為實施科學遊戲創造性問題解決教學, 茲將內容分述如下。 一、科學遊戲創造性問題解決教學設計歷程 先蒐集相關文獻並分析探討其內容,以確認研究方向及理論基礎,且 蒐集科學遊戲相關書籍以作為科學遊戲之設計素材,並結合創造性問題解 決(CPS)教學模式,設計科學遊戲創造性問題解決教學活動,活動設計 並配合九年一貫「自然與生活科技」分段能力指標以對應學生的學習成

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效,並利用學習單配合教學活動,讓學生記錄其學習歷程。 二、實施科學遊戲創造性問題解決教學 進行「科學遊戲創造性問題解決」教學行動並在教學中發現問題與困 難,再根據協同教師的觀察記錄回饋與學生教學成效修正教學活動設計。 協同教師的觀察記錄包含了「學生表現」及「教師表現」兩部分,學生教 學成效則包含了「學習成效」、「學習興趣」、「難易意見」三部分。在教學 行動與修正教學的過程中,期望研究者也能獲得教師專業成長。 圖 3-1-2 研究架構圖 科學遊戲 創造性問題解決 教學活動設計 文獻 分析與探討 坊間科學遊戲 書籍(設計素材) 創造性問題解決 (CPS)模式 自然與生活科技 分段能力指標 教師專業成長 教學行動 學習 興趣 難易 意見 科學遊戲創造性問題解決教學設計歷程 實施科學遊戲創造性問題解決教學 修正 促進 配合 提供 理論依據 融入 學生學習 反應 協同教師 觀察記錄 學習 成效 學生 表現 教師 表現 促進

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第二節 研究情境與研究對象

行動研究為特定情境下所進行的研究,所以對研究情境與研究對象的 認識將有助於研究的進行與資料分析。本節將就研究情境與研究對象加以 說明。

壹、研究情境

本研究以研究者所任教的台中市某國小(以平安國小代稱)為試驗教 學學校,本校成立於民國 42 年,成立至今已有 55 年的歷史,學校位於台 中市的屯區。近年來台中市屯區發展快速,人口快速湧進,學生人數激增, 在近十年內,由十三班增班至現今的五十班,在過去四年中,學校的教室 不足,所以沒有自然科任教室,直到今年增設新校舍後,才有自然科任教 室;以往自然課皆在班級教室中進行教學,操作實驗不易,並礙於班級空 間的限制,學生討論合作的機會較為受限,現今已有自然科任教室,情況 改善不少。平安國小全校學生人數約 1700 人,教職員工約 100 人,以學 校編制來說,算是中型小學,但校地狹小,學生活動空間不夠。平安國小 地處屯區,多為雙薪家庭。由研究者四年的帶班經驗,家長大多讓孩子上 安親班,孩子的學習意願較為低落且被動,但是也有少數家長對於孩子的 教育會投注較多的心力,孩子在學習上也較為積極主動,在一個班級中, 學生的學習態度差異頗大。 本校在「自然與生活科技」領域的教師任用標準,以配課方便為主要 導向,多以教師兼任組長,或是教師兼任主任的行政教師擔任之,雖有一 位自然科專任教師,但該教師為非科學相關科系畢業。擔任自然與生活科 技領域教師大多為非本身的專長及興趣,再加上學校課程進度壓力,上課 方式大多是依照課本及教學指引所編排的內容進行。就研究者觀察及與其 他自然與生活科技教師討論發現,學生喜歡實驗操作課程,在實驗操作的

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過程中,能夠與同儕分享及體會科學學習的樂趣。

貳、研究對象

本研究試教對象採立意取樣,為研究者所任教自然科的平安國小五年 級學生,研究者共任教四個班級,但其中一班學生人數未達 30 人,所以 研究者選擇其中全班人數為 31 人的三個班級為試教對象,試驗教學採三 階段進行,在每次階段進行教學行動的歷程中,研究者修正教學活動設計 及改善教學,此符合行動研究的行動循環歷程。以下就各階段參與試驗教 學對象加以說明。 一、第一階段 教學對象為平安國小五年忠班,該班有男生 16 人,女生 15 人,共 31 人,該班學生素質較齊,以上學期的兩次月考來說,該班的自然科成績皆 領先其他七個班級,以研究者本身擔任該班自然科教師的經驗來說,相較 於其他班級,該班學生普遍來說學習意願較高,且學習較為主動配合。 二、第二階段 教學對象為平安國小五年孝班,該班有男生 17 人,女生 14 人,共 31 人,該班學生素質落差較大,部分學習成就較佳的學生學習意願較高且主 動,常舉手發問希望老師能做更深入的解說,並能主動提出疑惑,但也有 部分學生對於課程是漠不關心,參與度低。 三、第三階段 教學對象為平安國小五年仁班,該班有男生 16 人,女生 15 人,共 31 人,該班學生普遍來說對於學習較為被動,唯有少數學生較主動舉手發 問,上課時大多是老師在台上講解課程,學生在台下聽,師生之間的互動 較少。

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第三節 研究工具

本研究為教師之行動研究,除了研究者本身即是研究工具,還使用活 動學習單、參與科學遊戲意見心得單等學生文件、協同觀察記錄表及訪談 收集資料。各項研究工具詳細說明如下。

壹、研究者

研究者具有本研究教學活動設計者及教學者的雙重角色,在研究歷程 中持續蒐集教師教學與學生學習之相關資料,包含教學錄影、活動學習 單、參與科學遊戲意見心得單、教學札記、協同教師教學觀察記錄、訪談 記錄等,透過資料的蒐集與分析整理,修正科學遊戲創造性問題解決教學 活動設計,並在此歷程中,不斷的修正研究者的教學,期望從中獲致教師 專業成長。 研究者在民國 91 年畢業於國立台北師範學院自然科學教育學系,在 大學期間便接觸到與科學遊戲的相關課程,也曾至台中縣某國小舉辦為期 五天的科學育樂營,自編科學遊戲教材並進行教學。研究者對於科學遊戲 並不陌生,且有濃厚的興趣。在帶領科學育樂營時,發現科學遊戲能引發 孩子的學習興趣,孩子在參與科學遊戲的過程中,體會到科學學習的樂 趣,能夠主動提問且主動參與活動。研究者民國 91 年畢業後至台北市某 國小擔任實習教師,在實習期間,擔任校內課後照顧班「小小科學玩家」 的臨時講師,也帶領學生進行科學遊戲,在帶領學生科學遊戲活動及進行 國小正式課程教學的同時,研究者也開始思考該如何將科學遊戲融入國小 課程中,達到寓教於樂的效果。 民國 92 年實習結束後到台中市平安國小任教,至今教學資歷 5 年。 在真實的教學情境中,感受到所學不足,希望能透過進修提升自我的教學 知能,因此選擇到台中教育大學科學教育與推廣學系進修,期許自己在進

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修的過程中,透過師長的指導、同學的相互切磋與自我的省思,在教學能 力方面有更進一步的成長。在國小任教的五年中,曾擔任過中、低年級導 師,但由於學校行政考量、配課因素,只接觸過低年級生活領域課程,至 於自然科的部分,則一直未能有機會發揮所學。直至今年擔任自然科任兼 任行政工作,為五年級中四個班級之自然科教師。在自然科教學的過程 中,感受到學生對於自然課程中動手操作的相關課程,大多抱持濃厚的興 趣,但就研究者觀察發現,學生在操作的過程中,較缺乏思考及問題解決 的能力,遇到問題,往往不先經過思考或利用學過的相關知識解決問題, 大多傾向於詢問老師,期望老師給一個明確的答案。在與指導教授討論 時,強化了研究者將科學遊戲融入教學的動機,並希望能透過科學遊戲結 合創造性問題解決(CPS)教學模式發展教學活動,除了透過科學遊戲提 供孩子發揮創造性問題解決能力的機會,也希望能在研究的歷程中,能獲 致教師個人專業成長。

貳、學生文件

一、活動學習單 配合每單元教學活動設計內容編制,讓學生在課程中配合教學書寫, 目的除了在記錄學生學習歷程外,還能當做單元目標評量的參考依據(見 附錄二)。 二、參與科學遊戲意見心得單 參與科學遊戲意見心得單於每階段共三個教學活動結束後,讓學生填 寫,內容包含學生對於科學遊戲活動的學習興趣與難易接受度,與科學遊 戲之學習心得(見附錄三)。 以上兩項學生文件,可以讓研究者藉此瞭解學生學習狀況,並藉此修

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正教學設計及教學方法。

參、協同教師觀察記錄表

(見附錄四) 研究者共設計三個科學遊戲創造性問題解決教學活動,在每次教學活 動進行時,研究者為了更瞭解教學活動中,單元目標和九年一貫能力指標 之達成情形及研究者教學之情形,研究者設計協同觀察記錄表,提供協同 觀察教師檢核教學歷程中,單元目標和九年一貫能力的達成情形,及記錄 研究者教學情形,以供研究者修正教學活動設計及教學方法的參考依據。

肆、訪談大綱

研究者於每一次的教學活動結束後,採立意取樣挑選男生 3 名女生 3 名共 6 名學生進行半結構性的訪談,以求更深入瞭解學生對本研究所設計 的科學遊戲問題解決教學活動的學習情形,並作為研究者修正教學設計及 改進教學方法的參考依據。訪談大綱是以學生對於科學遊戲創造性問題解 決教學活動的學習成效、學習興趣及難易意見為主要內容編製而成,訪談 大綱如下: 一、在這次的科學遊戲活動中,你得到了哪些收穫? 二、你喜歡這次的科學遊戲活動嗎?為什麼? 三、你覺得這次科學遊戲活動的任務會不會很困難?為什麼? 四、你們這組是否有達成這次科學遊戲活動的任務?是如何達成的? 五、在參與這次科學遊戲活動的過程中,你或是你的組員是否遭遇到 困難?你們是如何解決的? 六、你覺得你們小組在科學遊戲活動中有團結合作嗎?為什麼?

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七、你覺得這次的學習單會不會太難?為什麼? 八、你會期待下一次的科學遊戲活動嗎?為什麼?

第四節 研究流程

本研究流程以科學遊戲設計素材的取得、教學活動設計和教學行動三 部分為主。研究者計畫以科學遊戲教學活動提升創造力及提供發揮學生問 題解決能力的機會,翻閱國小自然與生活科技領域課本及參考相關文獻, 選定設計主題與研究方法,之後便著手開始蒐集坊間的科學遊戲相關書 籍,從中取得設計素材,之後選定創造性問題解決(CPS)模式融入科學 遊戲進行教學活動設計,所設計的教案由專家協助審查,提供修訂意見, 並參考專家之意見修正教學活動設計。 修正教學活動設計後,進行共三階段的教學行動,試教對象為研究者 任教的平安國小五年級學生。研究者在每一階段的教學行動中,利用教學 錄影、教學札記、協同教師觀察記錄表、參與科學遊戲意見心得單及訪談 記錄收集資料,之後進行資料整理與分析以瞭解學生的教學成效及發現教 學上的困難與問題。研究者依據資料整理與分析的結果再次修正教學活動 設計,並撰寫論文,詳細研究流程見圖 3-4-1。

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資料收集 z 教學錄影 z 教學札記 z 協同教師觀察記錄表 z 參與科學遊戲意見心得單 z 訪談記錄 資料整理與分析 研究結果 修 正 教 學 活 動 確定設計主題與研究方法 蒐集坊間科學遊戲書籍 (設計素材取得) 科學遊戲 創造性問題解決 教學活動設計 進行教學行動 專家審查及修正 文 獻 分 析 與 探 討 創造性問題解決 (CPS)模式 圖 3-4-1 研究流程圖

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第五節 科學遊戲創造性問題解決教學活動設計歷程

壹、科學遊戲設計素材來源

目前坊間與科學遊戲相關書籍琳瑯滿目,探討的科學概念相當多樣, 在主題的選擇上很難取捨,研究者在翻閱國小自然科與生活科技領域相關 教材後,發現「磁鐵」在國小教材中佔了有一定的篇幅,故研究者查閱相 關文獻並與指導教授討論後,選定「磁鐵」為本研究之設計主題。選定主 題後,研究者利用台中教育大學圖書館搜尋與科學遊戲相關書籍,其中有 23 本科學遊戲相關書籍內容包含「磁鐵」相關概念,共有 125 個活動。125 個活動中有很多是原理相似和操作步驟雷同,故先將原理相似或是操作步 驟雷同的科學遊戲歸納在同一類,再將與國小自然與生活科技領域操作課 程相同的,及超出國小自然與生活科技內容範圍的科學遊戲刪除,將 125 個科學活動聚焦至 9 個遊戲類別,並賦予名稱,分別為:吸引紙鈔、創意 繪圖、飛舞的蝴蝶、旋轉的蛇、帆船大集合、磁浮軌道、轉動的線圈、電 動鞦韆、鐵釘大變身(各遊戲操作方法敘述於第二章第三節)。科學遊戲 設計素材聚焦歷程如圖 3-5-1。 圖 3-5-1 科學遊戲設計素材聚焦歷程 確認主題(磁鐵) 搜尋科學遊戲書籍 (41 本) 含有與磁鐵相關 科學遊戲的書籍 (23 本) 磁鐵相關科學活動 (125 個) 9 個科學遊戲類別 取得書籍

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貳、CPS 融入科學遊戲教學活動設計

本研究以 Isaksen 和 Treffinger(1987)所修正提出的三成分六階段的 第四期 CPS 模式融入科學遊戲來設計教學活動。CPS 的流程包含六大階 段:發現困惑、發現資料、發現問題、發現點子、發現解答、尋求接納。 以研究者自身的教學經驗來說,研究者認為在真實的教學情境中,以有限 的教學時間引導學生主動解決問題較為困難,因此,為了掌握有限的教學 時間及提高學生的解決問題的動機,研究者將由坊間的科學遊戲相關書籍 聚焦出的科學遊戲當作基本素材,將其作為教案中的「基礎遊戲」的部分, 並設計明確的「問題解決任務」,藉此提高學生解決問題的動機。CPS 具 有提昇學生創造力與問題解決能力之正面價值,本研究設計之問題解決任 務為開放性問題,使學生能以多方面且不同的角度思考解決問題的方法, 而非單一的解題方法。 首先,讓學生觀看研究者示範的基礎遊戲,並經由提問引導學生「發 現困惑」;再讓學生親自動手操作基礎遊戲,在操作的過程中發現可能的 科學原理,再由研究者協助學生歸納基礎遊戲所運用的科學原理,並從中 「發現資料」;問題解決任務則是「發現問題」的開端,教學者給學生一 個問題解決任務,先讓學生發現問題,並鼓勵全班集思廣益討論可能的解 決辦法,學生可在討論中「發現點子」,並經由小組合作做更進一步的討 論與動手操作試驗,評估解決問題的想法「發現解答」,最後以小組競賽 的方式完成挑戰任務,學生在競賽的過程中考量執行過程中可能的助力與 阻力,或是找到適當的構想加以執行,此為「尋求接納」。 研究者以上述的 CPS 六階段對應所設計的教學活動(詳見表 3-5-1), 除了教學活動流程設計對應 CPS 六大階段外,並配合九年一貫「自然與生 活科技」的分段能力指標,初步設計科學遊戲創造性問題解決教學活動, 並委請兩位專家協助教案審查,提供教學活動設計之修訂意見。

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表 3-5-1 CPS 融入科學遊戲教學活動設計 CPS 六階段 科學遊戲教學活動 一、發現困惑 基礎遊戲 二、發現資料 動手玩遊戲 原理探究 三、發現問題 問題解決任務 四、發現點子 動動腦 五、發現解答 小組合作 六、尋求接納 競賽活動

第六節 資料整理與分析

壹、資料整理

一、資料類型 (一)教學錄影 每次進行教學,研究者皆架設錄影機進行教學現場的全程錄影,記錄 教學實際狀況,研究者將錄影內容轉成文字資料,並將文字資料內容進行 編碼,以利於呈現教師教學歷程、學生教學成效和研究歷程遭遇的問題。 (二)教學札記: 研究者將教學及整個研究歷程中的觀察、反思與心得感受等,利用文 字記錄下來,並時時審視與檢討,除了可當作教學設計與實施教學的改進 外,也可當作日後研究的參考依據。

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(三)協同觀察記錄表 協同觀察教師全程參與研究者每一階段的試驗教學過程,並於每一單 元教學完畢後,書寫教學觀察記錄,就教學目標是否達成、學生教學成效 及觀察心得,三方面作詳細的說明,提供研究者修正教學活動與教學方法 改進的意見。 (四)學生文件 學生文件包含活動學習單和參與科學遊戲意見心得單。研究者配合單 元教學活動設計該單元活動學習單,讓學生在學習歷程中配合教學進行書 寫,除了留下學生的學習記錄外,還能提供教師評量的參考。在每次階段 教學完後,為了解學生對於科學遊戲活動的想法,設計參與科學遊戲意見 心得單,藉此瞭解學生對於科學遊戲的學習興趣及活動的難易度,做為研 究者修正活動設計及教學方法的參考依據之一。 (五)訪談記錄 研究者於教學後,研究者在教學活動後進行學生訪談,以更進一步瞭 解學習情況。本研究採立意取樣,選擇在活動中較為主動參與和較為被動 的學生當作訪談對象,且挑選語言表達能力較佳的學生,以求更深入瞭解 科學遊戲創造性問題解決教學對學生的影響。而研究者也在教學後與協同 觀察教師進一步討論教學,並針對教學的內容進行訪談。研究者將所有訪 談記錄錄音下來,並轉成文字資料(見附錄五),方便於研究者日後要做 更進一步的文字資料比對。 二、資料代碼 為了方便研究者分析資料,將資料依據收集的時間和類別編上代碼, 代碼方式如表 3-6-1。

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表 3-6-1 資料代碼說明 資料類型 類別代碼 資料代碼舉例 代碼說明 教 學 錄 影 錄影 錄影 970314-1-2 民國 97 年 3 月 14 日第 一階段第二單元的教 學錄影。 教 學 札 記 札記 札記 970314 民國 97 年 3 月 14 日的 教學札記。 協同觀察記錄表 觀察 觀察 970314-1-2-乙 民國 97 年 3 月 14 日第 一階段第二單元乙教 師的觀察記錄。 學 生 文 件 學習單 學習 學習 970314-1-3-26 民國 97 年 3 月 14 日第 一階段第三單元編號 26 號學生的學習單。 參與科學遊戲意 見心得單 心得 心得 970314-1-26 民國 97 年 3 月 14 日第 一階段編號 26 號學生 的參與科學遊戲意見 心得單。 訪 談 記 錄 學生訪談記錄 生訪談 生訪談 970317-1-3-26 民國 97 年 3 月 17 日第 一階段第三單元編號 26 號學生的訪談記 錄。 協同觀察教師 訪談記錄 師訪談 師訪談 970314-甲 民國 97 年 3 月 14 日甲 教師的訪談記錄。

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貳、資料分析

研究者在研究歷程中,持續收集多樣的資料並進行分析,形成初步的 結論,並修正教學活動設計及教學方法,再繼續蒐集資料、進行分析比對, 形成更進一步的結論。本研究使用了持續比較及三角校正來分析資料。 研究者在不同階段不同面向,有不同的資料,均按照資料的屬性分 類,資料來源包含了「教學錄影」、「教學札記」、「協同教師觀察記錄表」、 「學生文件」、「訪談記錄」共五種類型,其中學生文件又分為「學習單」 及「參與科學遊戲意見心得單」,訪談記錄則又分為「學生訪談記錄」及 「協同觀察教師訪談記錄」,研究者將所收集到的資料分類完後,再依照 時間先後順序排列編上代碼,每一筆資料都是下一次行動的參考依據,在 如此的持續比較的過程中,瞭解研究者在設計創造性問題解決融入科學遊 戲之教學活動與教學上面臨的問題及解決問題的方法。 三角校正則是用於比較資料以決定是否有證據存在,亦即是在共同的 發現或概念上找尋資訊的交集,廣泛的說,三角校正法便是在評估所收集 的資料是否充分(王文科,1995)。研究者在研究的歷程中用不同的方法 收集不同種類的資料,有教學錄影、教學札記、協同觀察記錄表、學生文 件、訪談記錄等,利用多種不同類型的的資料來分析相互驗證,以提高本 研究的信度。

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第肆章 研究結果與討論

本章共分為五節,第一節為行動研究前期,第二節為第一階段教學行 動,第三節為第二階段教學行動,第四節為第三階段教學行動,第五節為 教師專業成長。

第一節 行動研究前期

科學遊戲活動及創造性問題解決教學模式為本研究教學活動設計之 兩大主軸,而科學遊戲的種類繁多,要如何選擇是研究者面臨到的第一個 挑戰。在教學活動設計後,仍需請相關領域的專家協助檢核提供研究者修 正之意見,以建立教學活動設計之專家效度,是研究者的第二個挑戰。修 正教學活動設計後,尋求合適的協同觀察教師,請協同觀察教師在空堂時 能參與研究者之行動研究,觀察研究者及學生在教學活動中的表現,並提 供研究者修正教學之意見,是研究者的第三個挑戰。研究者在本節將對這 三個挑戰做更詳盡的說明。

壹、選擇合適的科學遊戲活動

研究者與指導教授討論,指導教授建議翻閱國小自然與生活科技領域 相關教材,採用國小教材中既有的主題來當作本研究之科學遊戲主題。研 究者發現與「磁鐵」主題相關之教學活動在國小自然與生活科技領域佔有 一定的篇幅,在牛頓版有二個單元與磁鐵相關、南一版有三個單元、翰林 版有二個單元、康軒版有三個單元,所以研究者以「磁鐵」當作本研究科 學遊戲活動之主題,蒐集坊間與科學遊戲相關之書籍,共有 125 個相關活 動。而在蒐集的 125 個活動中,有許多是操作方式雷同或是原理相同,所 以研究者再將之彙整。再者,雖然主題是以國小現有教材中「磁鐵」,但

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如果讓學生操作相同的活動恐怕會影響到學生的學習成效與興趣,所以研 究者將彙整後的教學活動與國小教材相互比較,為了不與正式課程重疊, 故將與教科書相同之活動剔除,最後濃縮彙整出 9 個科學遊戲類別。在 9 個科學遊戲中,要如何將之串連,並設計問題解決任務,是研究者面臨到 的第一個挑戰。 在本研究中,研究者將教學的重點放在引導學生在參與科學遊戲活動 的過程中發現困惑、發現資料、發現問題和解決問題等。 研究者反覆思考,認為教學是個需要詳細計畫的工作,需要考慮到教 學時間的限制,而部分遊戲裝置的製作十分耗時,因此會使得教學時間不 足。 ...還要考慮到教學時間,真的是很令人傷腦筋,不知道該如何是 好。 (札記970113) 如果讓學生自己動手做「飛舞的蝴蝶」的裝置...這樣教學時間會 不足...。 (札記970219) 所以研究者將基礎遊戲中部分操作裝置由研究者先行製作完畢,以免 佔去太多的教學時間。如:飛舞的蝴蝶的紙蝴蝶的製作及細線的捆綁等由 研究者先製作(如圖 4-1-1),轉動的線圈中的漆包線圈先由研究者準備好 (如圖 4-1-2)。 圖 4-1-1 飛舞的蝴蝶 -操作裝置 圖 4-1-2 轉動的線圈 -漆包線圈

數據

表 4-4-1  單元目標檢核表-第三階段.........................77  表 4-4-2  九年一貫能力指標檢核表-第三階段................79  表 4-4-3  對科學遊戲教學活動內容的好惡與原因-第三階段....81  表 4-4-4  各單元之「問題解決任務」的喜好與挑戰性感受
圖 2-2-1 Osborn-Parnes  五階段 CPS 模式(引自 Isaksen & Treffinger, 2004) CPS 成為有效提昇創造力與問題解決能力的方法(Christie & Kaminski, 2002; Treffinger, 1995; Schack, 1993)。
圖 2-2-4 Isaksen和Dorval 三成分彈性循環模式          (引自Isaksen & Treffinger, 2004)
表 3-5-1 CPS 融入科學遊戲教學活動設計  CPS 六階段 科學遊戲教學活動 一、發現困惑  基礎遊戲  二、發現資料  動手玩遊戲  原理探究  三、發現問題  問題解決任務  四、發現點子  動動腦  五、發現解答  小組合作  六、尋求接納  競賽活動  第六節 資料整理與分析  壹、資料整理  一、資料類型  (一)教學錄影  每次進行教學,研究者皆架設錄影機進行教學現場的全程錄影,記錄 教學實際狀況,研究者將錄影內容轉成文字資料,並將文字資料內容進行 編碼,以利於呈現教師教學歷程、學生教學
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