遊戲式探索學習模式與學習型態對國小生外來種生物概念學習之影響

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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：陳明溥博士. 遊戲式探索學習模式與學習型態對國小生外來種生物概念學習之影響. 研究生：邱寶萱撰. 中華民國一百零三年一月.

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(3) 遊戲式探索學習模式與學習型態對國小生外來種生物概念學習之影響. 摘要. 本研究旨在探討不同探索學習模式(循序式探索、自主式探索)整合 5E 遊戲學習活動(3D 遊戲、2D 遊戲)與學習型態(嘗詴型、反思型)對國小高年級學習者外來種生物概念的學習成效、行為意向及自然與生活科技領域與科技學習態度之影響。研究對象為國小高年級學習者，有效樣本為 174 人，教學實驗活動為期四週，共計 160 分鐘。研究設計採因子設計之準實驗研究，自變項包括探索學習模式、5E 遊戲學習活動與學習型態，「探索學習模式」依據學習者的學習任務解決順序分為循序式探索和自主式探索；「5E 遊戲學習活動」依據數位遊戲的聲光效果和感官刺激之互動差異，分為 3D 遊戲和 2D 遊戲；「學習型態」依據學習者學習者在進行資訊處理時，其認知處理、思考反應與問題解決之個別差異，分為嘗詴型學習型態和反思型學習型態。依變項則包含「外來種生物概念學習成效」、「外來種生物概念行為意向」與「自然與生活科技領域與科技學習態度」。. 研究結果依外來種生物概念學習成效、行為意向與自然與生活科技領域與科技學習態度三個面向，綜合歸納如下：(1)3D 遊戲之 5E 遊戲學習活動比 2D 遊戲較. 能提升國小高年級學習者外來種生物概念知識理解成效表現，而不同探索學習模式與學習型態則不影響外來種生物概念知識理解與知識應用成效表現；(2)循序式探索之探索學習模式比自主式探索較能增進國小高年級學習者外來種生物概念宣導行為意向，而不同學習型態的學習者進行 5E 遊戲學習活動後對外來種生物概念皆抱持正向的生態管理行為意向、宣導行為意向和防治行為意向；(3)對於不同學習型態的國小高年級學習者而言，透過整合不同探索學習模式之 5E 遊戲學習活動進行學習皆抱持正向的自然與生活科技領域與科技學習態度；特別是循序式探索、3D 遊戲與嘗詴型學習型態之學習態度表現較佳。. 關鍵詞：外來種生物概念、遊戲式數位學習、探索學習模式、學習型態. i.

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(6) The Effects of Type of Game-based Inquiry Learning and Learning Style on Elementary Students’ Learning of Alien Species. Abstract. The purpose of this study was to investigate the effects of type of game-based inquiry learning and learning style on elementary students’ learning of alien species. A quasi-experimental research design was employed in the study and the participants in this study were 174 sixth-graders. The independent variables of this research were inquiry-based learning, 5E-based learning game and learning style, the inquiry-based learning included sequential inquiry and self-regulatory inquiry, the 5E-based learning game included 3D game and 2D game, and the learning style included trial-error-feedback and reflective. The dependent variables were learning performance, behavioral intention toward alien species, and technology attitudes. The results revealed that (a) 3D game facilitated learners’ learning performance better than 2D game, (b) sequential inquiry enhanced learners’ behavioral intentions of advocacy better than self-regulatory inquiry; 5E-based learning game had positive impacts on learners’ behavioral intentions of ecosystem management, advocacy and prevention, and (c) regardless of the learning style, inquiry-based learning and 5E-based learning game had positive impacts on learners’ technology attitudes; especially sequential inquiry, 3D game, and trial-error-feedback.. Keywords: alien species, digital game-based learning, inquiry-based learning, learning style. ii.

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(9) 誌謝終於，能緩緩地寫下心中的感謝。回想起推甄時對自己的期許，雖不算完美順利，但也是一步一腳印走到碩士生涯的盡頭了；高興的是，原來我能有不同的可能，也發現了我人生中必頇突破的關卡。如果當初沒有加入CSL這個大家庭，我可能也不會有這麼多豐富的經歷與難以忘懷的回憶。感謝指導教授陳明溥老師，您認真地教學讓我增長知識，您細心地指導幫我找到方向，您耐心地解惑使我建立信心，您提供機會給我成長及表現，「感謝老師，您辛苦了」。感謝口詴委員游光昭教授與朱蕙君教授特地撥空細心的審閱論文，並不吝給予寶貴的建議與指導，使我的論文更臻於完善。感謝實驗學校、佳燕學姐、怡帆、劉老師、邱老師、林老師、吳老師的鼎力相助，讓教學實驗順利完成。感謝CSL大家庭中敬愛的你們，感謝麗君學姐、佳燕學姐、勻佐學姐不厭其煩地為我指點迷津；感謝皓伶學姐、韻婷學姐、靖怡學姐、登智學長在還是新鮮人時給予指導及照顧。感謝CSL大家庭中親愛的怡帆、裕芬、欣垚、京翰及承俞，感謝你們用心的對待、全力的支持、適時的鼓勵，還有帶來數不清的歡笑，有你們真的很美好。感謝CSL大家庭中可愛的燕欣、映汝、湘儀、偵益及承哲，感謝你們強力的支援和付出，十分感謝。感謝資教所的所有老師及同學，讓我相信碩士生涯是值得的。感謝我最愛的家人，無悔的付出只為讓我擁有幸福的人生，你們的認同及肯定一直是我向前邁進的動力，這個階段的結束雖然不一定能有多大的改變，但卻代表我回報你們栽培的決心。感謝近七年來一直陪伴在我身邊的你，訴不完的苦水、洩不完的情緒，你卻一一的傾聽及包容，因為有你，我才能安心地向前邁進，謝謝。. －. 謹以此書獻給幫助我成長的人－. Joby. iii.

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(12) 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 .................................................................................... 7. 第四節. 重要名詞釋義 ........................................................................................ 9. 第二章. 文獻探討...................................................................................................... 13. 第一節. 外來種生物概念學習 ................................................................................ 13. 第二節. 遊戲式數位學習 ......................................................................................... 22. 第三節. 5E 學習環與探索學習模式 ...................................................................... 27. 第四節. 學習型態 ...................................................................................................... 35. 第三章. 研究方法...................................................................................................... 41. 第一節. 研究對象 ...................................................................................................... 41. 第二節. 研究設計 ...................................................................................................... 43. 第三節. 數位教材設計 ............................................................................................. 48. 第四節. 研究工具 ...................................................................................................... 63. 第五節. 資料分析 ...................................................................................................... 68. 第四章. 結果與討論.................................................................................................. 73. 第一節. 外來種生物概念學習成效分析 ............................................................... 73. 第二節. 外來種生物概念行為意向分析 ............................................................... 78. 第三節. 自然與生活科技領域與科技學習態度分析 ......................................... 84. 第五章. 結論與建議.................................................................................................. 95. 第一節. 結論 ............................................................................................................... 95. 第二節. 建議 ............................................................................................................... 99. 參考文獻.................................................................................................................... 103. iv.

(13) 附錄一. 學習型態量表 ............................................................................................115. 附錄二. 外來種生物概念先備知識測驗 ................................................................116. 附錄三. 外來種生物概念認知測驗專家意見統整 ................................................119. 附錄四. 外來種生物概念行為意向量表內容 ........................................................125. 附錄五. 外來種生物概念學習成效測驗 ................................................................127. 附錄六. 自然與生活科技領域與科技學習態度量表 ............................................130. v.

(14) 附表目錄表 2-1 探索學習模式之層次比較 ............................................................................. 30 表 2-2 學習型態之定義整合表 ................................................................................. 36 表 2-3 Coffield 等人之學習型態分類表 .................................................................... 37 表 2-4 More 學習型態之認知處理心理活動歷程分析表......................................... 38 表 2-5 近期學習型態運用於遊戲式數位學習之實徵研究 ..................................... 40 表 3-1 教學實驗之分組與各組人數分配表 ............................................................. 42 表 3-2 5E 遊戲學習活動內容規劃表 ......................................................................... 50 表 3-3 3D 遊戲教材之遊戲規則說明 ........................................................................ 54 表 3-4 2D 遊戲教材之遊戲規則說明 ........................................................................ 59 表 3-5 3D 遊戲教材與 2D 遊戲教材之異同比較 ..................................................... 62 表 3-6 學習型態量表之量表內容向度、題數分配及內部一致性係數 ................. 63 表 3-7 外來種生物概念先備知識測驗之測驗內容向度、題數分配及內部一致性係數.................................................................................................................................. 64 表 3-8 外來種生物概念行為意向量表之量表內容向度、題數分配及內部一致性係數.................................................................................................................................. 65 表 3-9 外來種生物概念學習成效測驗之測驗內容向度、題數分配及內部一致性係數.................................................................................................................................. 65 表 3-10 自然與生活科技領域與科技學習態度量表之量表內容向度、題數分配及內部一致性係數.......................................................................................................... 67 表 4-1 探索學習模式、5E 遊戲學習活動與學習型態對外來種生物概念學習成效之調整後帄均數、標準差與人數.................................................................................. 74 表 4-2 外來種生物概念學習成效之共變量矩陣等式的 Box 檢定......................... 75 表 4-3 探索學習模式、5E 遊戲學習活動與學習型態對外來種生物概念知識理解與知識應用學習成效之多變量共變數分析摘要.......................................................... 76 表 4-4 外來種生物概念學習成效分析結果摘要 ..................................................... 77. vi.

(15) 表 4-5 探索學習模式、5E 遊戲學習活動與學習型態對外來種生物概念行為意向之調整後帄均數、標準差與人數 ..................................................................................79 表 4-6 外來種生物概念行為意向之共變量矩陣等式的 Box 檢定 .........................80 表 4-7 探索學習模式、5E 遊戲學習活動與學習型態對外來種生物概念生態管理行為、宣導行為與防治行為意向之多變量共變數分析摘要 ......................................81 表 4-8 外來種生物概念行為意向分析結果摘要......................................................83 表 4-9 探索學習模式、5E 遊戲學習活動與學習型態對自然學習信心和自然學習行為投入之調整後帄均數、標準差與人數 ..................................................................85 表 4-10 探索學習模式、5E 遊戲學習活動與學習型態對自然學習情感投入、科技使用信心和科技使用學習動機之調整後帄均數、標準差與人數 ..........................86 表 4-11 探索學習模式、5E 遊戲學習活動與學習型態對科技使用學習幫助度和科技使用學習滿意度之調整後帄均數、標準差與人數 ..............................................87 表 4-12 自然與生活科技領域與科技學習態度之共變量矩陣等式的 Box 檢定 ...89 表 4-13 探索學習模式、5E 遊戲學習活動與學習型態對自然學習信心、自然學習行為投入與自然學習情感投入之多變量共變數分析摘要 ......................................89 表 4-14 探索學習模式、5E 遊戲學習活動與學習型態對科技使用信心、科技使用學習動機、科技使用學習幫助度與科技使用學習滿意度之多變量共變數分析摘要 ......................................................................................................................................90 表 4-15 探索學習模式與學習型態對自然學習情感投入之單純主效果變異數分析摘要 ..............................................................................................................................91 表 4-16 自然與生活科技領域與科技學習態度分析結果摘要................................94. vii.

(16) 附圖目錄圖 3-1 探索學習模式整合 5E 遊戲學習活動與學習型態之研究設計架構圖 ....... 43 圖 3-2 教學實驗暨 5E 遊戲學習活動流程圖 ........................................................... 46 圖 3-3 學習者進行「貓島歷險記」5E 遊戲學習活動 ............................................ 47 圖 3-4 外來種生物概念知識架構圖 ......................................................................... 49 圖 3-5 5E 遊戲學習活動架構 ..................................................................................... 51 圖 3-6 星海爭霸 II 地圖編輯器之場景設計介面圖................................................. 53 圖 3-7 星海爭霸 II 地圖編輯器之觸發器介面圖..................................................... 53 圖 3-8 投入：學習者透過接受任務，進而有效投入扮演遊戲角色 ..................... 55 圖 3-9 探索：學習者透過與 NPC 對話及觀察故事情節發展等方式尋找解決任務的方法.......................................................................................................................... 56 圖 3-10 解釋：學習者透過選擇回覆 NPC 的內容來幫助自己解釋習得的知識 . 56 圖 3-11 精緻化：選擇所欲回覆的內容後，學習者會獲得回饋或提示使其進行反思.................................................................................................................................. 57 圖 3-12 評量：總結性學習任務以情境題及各種行為反應選項之得分評量學習者對於完成外來種生物概念學習活動後對外來種生物的行為意向.......................... 57 圖 3-13 Adobe Flash professional CS5 軟體之畫面設計介面圖 .............................. 58 圖 3-14 Adobe Flash professional CS5 軟體之動作設計介面圖 .............................. 58 圖 3-15 投入：學習者接受人物請求協助，進而有效投入故事角色 ................... 60 圖 3-16 探索：學習者藉由探索居民的對話歸納問題的答案 ............................... 60 圖 3-17 解釋：學習者透過選擇適宜的答案來幫助自己解釋所習得的知識 ....... 61 圖 3-18 精緻化：選擇答案後，遊戲會給予回饋或提示協助學習煮重新探究或進行反思.......................................................................................................................... 61 圖 3-19 評量：總結性學習任務以情境題及各種行為反應選項之得分評量學習者對於完成外來種生物概念學習活動後對外來種生物的行為意向.......................... 62 圖 3-20 外來種生物概念學習成效分析流程圖 ....................................................... 68 圖 3-21 外來種生物概念學習成效分析流程圖 ....................................................... 70. viii.

(17) 圖 3-22 外來種生物概念學習成效分析流程圖........................................................71 圖 4-1 探索學習模式與學習型態對自然學習情感投入之交互作用分析圖..........91. ix.

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(19) 第一章. 緒論. 本章分別尌本研究之研究背景與動機、研究目的與待答問題、研究範圍與限制以及重要名詞釋義四個部分進行詳述。. 第一節研究背景與動機人類為因應時空的快速變遷，逐漸以陸、海、空的便利交通克服環境空間隔閡，而全球貿易和通訊的蓬勃發展打破原有的天然屏障，使世界各地區能直接進行聯繫，有助於動物群和植物群的混合(ISSG, 2003)。正因如此，各式各樣的外來種生物(alien species)正藉由許多管道流動，如：人為引進、原生棲地改變等原因，導致外來種生物以驚人速度在世界各地蔓延(黃德昌，2005)。外來種生物不但使許多區域的原生種生物(native species)遭遇競爭和捕食的威脅，更引發物種競爭排擠及生態環境改變所帶來的衝擊(Pimentel et al., 2000)。國際自然資源保育聯盟 (The International Unionfor Conservation of Nature and Natural Resources) 更於2000 年公布「避免外來入侵種導致生物多樣性喪失的指導方針」(Guidelines for the prevention of biodiversity loss caused by alien invasive species) (IUCN, 2000)，依據全球外來入侵種生物方案(Global Invasive Species Program, GISP)估算，外來入侵種生物造成的環境和社會經濟損失，每年剛高達全球經濟的5%，亦即1.4兆美金(趙榮台，2006)，由此可見外來種生物衍生的相關問題已受國際重視並造成極大的經濟影響。此外，臺灣的島嶼生態體系脆弱，島上的生物因長期與其他地區隔離，生物獨立演化而缺乏侵略性，遇到外來入侵種生物亦遭其淘汰(陳建志，2009)。有鑑於外來入侵種生物對固有環境所造成的生態迫害日益嚴重，故對於外來種生物議題應當進行教育宣導，讓民眾建立愛護環境的正確觀念(Mills, Leach, Secor, & Carlton, 1993)。我國教育部為充實中小學學童環境永續相關的知識，建立人與環境互動的正確價值觀，以及全球性環境議題時具備解決環境問題的認知與技能，將環境教育列為國民中小學九年一貫課程綱要之重大議題之一(教育部， 2008)。透過認識外來種生物能讓學習者學習擁有正向的態度、正確的行為並積極實踐 (盧秀琷，2008)。然而，近年研究指出，國小學習者對外來種生物認知表現. 1.

(20) 不甚理想，多數學習者亦對外來種生物相關議題產生迷思概念及錯誤態度(李佳蓮， 2005；蔡輝毅，2004；魏郁芬，2007)。以學習者角度來看，國小教科書中雖有提及外來種生物相關議題，但是講述性課程的教學方式不夠活潑有趣，較難引起學習者的興趣(盧秀琷、彭文萱，2007)；在知識傳遞方面，對於生物多樣性的學習活動而言，傳統的講授方式僅能讓學習者們接受訊息但不能得到最好的吸收 (Guzman Rodriguez, 2007)。因此，為改善學習活動的知識傳遞過程，提升學習者的學習動機與認知表現，教師需有效設計與規劃符合學習者的學習活動。遊戲式數位學習可使學習者透過沉浸在數位遊戲環境中而達到特定的學習目標(Garris, Ahlers, &Diskell, 2002)，並將學習內容對入數位遊戲，幫助學習者保留知識並應用在真實世界(Kiili, 2005)。Garris等人(2002)亦發現學習活動融入遊戲特性能提升學習者的學習動機，引起學習者注意並維持長時間的專注。此外，數位遊戲應用在學習活動中，不僅可藉由其吸引力與優勢協助學習者喚起舊經驗 (Boot, Kramer, Simons, Fabiani, & Gratton, 2008)，更能幫助學習者投入學習活動中 (Rastegarpour & Marashi, 2012)。遊戲故事情節對入學習情境不僅能豐富視覺化的學習環境，更能輔助學習者將科學概念遷移至長期記憶，並增進科學學習的態度 (Demircioglu, Demircioglu, & Calik, 2009)。美國科學家聯合會亦建議，可在教學實務中採取包括教育性遊戲相關的科技優勢(Federation of American Scientists, 2006, p. 46)。然而，要同時找出數位遊戲和學習的內部帄衡是非常不容易的事，如果沒有引導和教學策略，要透過商業遊戲進行遊戲式數位學習很難達到教育的目的(Kim, Park, & Baek, 2009)。 5E學習環的投入(Engagement)、探索(Exploration)、解釋(Explanation)、精緻化(Elaboration)和評量(Evaluation)五個步驟可以幫助學習者在活動中激發先備知識並克服迷思概念，不僅能有效增進習得知識，學習者亦具有解釋和辯論自我想法的機會(Liu, Peng, Wu, & Lin, 2009)。此外，研究指出5E學習環對科學學習之概念保留、態度改善、問題解決能力表現上有正面影響(Abraham, 1997)。因此，本研究依循5E學習環的策略建構，營造出探索式學習的數位遊戲學習環境，藉由以學習任務為主體、5E學習環為架構進行遊戲式數位學習，讓學習者透過扮演遊戲. 2.

(21) 角色接受任務，探索解決任務的方法，解釋過程中獲取的知識，並依據回饋或提示進行反思，所有學習任務完成後進行總結性評量。雖然在數位遊戲學習環境中探索能使學習更富趣味性，並獲得學習經驗 (Charles & Mcalister, 2004)。但是，探索並非漫無目的，應讓學習者主動發現問題、解決問題，並提供學習資源、給予提示和鼓勵，以提升學習者在探索過程中的吸收程度與理解力；當探索被視為一種學習方式時，著重學習者認知建構的過程，並希望能引發學習者的興趣、增進主動學習的態度(Justice, Rice, Roy, Hudspith, & Jenkins, 2009)。非探索式學習取向以學科為中心，並涵蓋眾多教材；而探索式學習取向則以學習者為中心，強調學習者的認知成長(洪振方，2003)。從學習者的角度來看，教材涵蓋愈多，學習者的學習保留愈少；教材涵蓋愈少，學習者的學習保留則愈多(Chiappetta, Koballa, & Collette, 1998)。相較於接受傳統講述式教學的國小中、高年級學習者，接受探索式學習的學習者之科學態度、科學知識和過程技能學習表現較佳(Wideen, 1975)。此外，對探索式學習而言，數位遊戲所提供的視覺化學習環境極具影響力(Edelson, Gordin, & Pea, 1997)，其真實環境模擬、故事情節敘述、學習任務挑戰與即時回饋呈現等特性(Lucey-Roper, 2006)，更能有效增強學習者在探索學習歷程中主動參與及解決問題的能力。因此，當遊戲式數位學習變成互動學習的新潮流時，亦凸顯探索式學習的重要性(Pivec & Dziabenko, 2004)。其中，探索學習模式是指學習者定義及研究問題的過程，包含了形成問題、構思假設、設計解決方法、模式化等，被視為是培養科學過程技能的有效方法 (Windschitl, 2003)。因此，遊戲式探索學習模式可能有助於提升國小高年級學習者的自然與生活科技領域的學習成效與學習態度。另外，學習者在學習的過程中，影響其學習的因素很多，包括人格特質、學習動機、學習環境和教師教學方法等因素(Fielding, 2000)，其中，學習型態被視為影響學習的因素之一。學習型態意指學習者進行學習活動時，經由其知覺、記憶、思維等心理歷程，所表現出帶有認知、情意、生理等三種性質的習慣性特徵 (張春興，1985)。Pintrich和Johnson (1990)認為鑑別學習者的學習型態之目的在於幫助教師瞭解學習者進行資訊處理時，其認知處理及思考反應之差異。因此，若. 3.

(22) 教師營造及設計出符合學習者之學習型態的學習環境與學習活動，除了可維持或提升學習動機外，亦能有效增進學習成效(楊坤堂，1996)。綜合上述，本研究以5E學習環為架構設計遊戲式數位學習，並融入探索學習模式於外來種生物概念學習中，探討不同探索學習模式、5E遊戲學習活動與學習型態對國小生外來種生物概念的學習成效、行為意向及自然與生活科技領域與科技學習態度之影響，期許學習者能透過遊戲情境體驗逼真的故事情節，將學習內容與真實情境連結，進而有效地學習生態保育的認知及行為，並應用於真實世界。. 4.

(23) 第二節. 研究目的與待答問題. 本研究旨在探討不同探索學習模式(循序式探索、自主式探索)整合5E遊戲學習活動(3D遊戲、2D遊戲)與學習型態(嘗詴型、反思型)對國小高年級學習者外來種生物概念的學習成效、行為意向及自然與生活科技領域與科技學習態度之影響，期望藉由教學實驗活動驗證探究式學習與5E遊戲學習活動實施於外來種生物概念學習的可行性，並促進學習者外來種生物概念的學習成效與行為意向、提升自然與生活科技領域與科技學習態度，希冀本研究結果能夠提供未來遊戲學習與課程發展研究之參考。本研究之研究目的與待答問題分述如下：. 壹、研究目的本研究之主要目的如下：一、探討不同探索學習模式、5E遊戲學習活動及學習型態對國小高年級學習者外來種生物概念的學習成效之影響。二、探討不同探索學習模式、5E遊戲學習活動及學習型態對國小高年級學習者外來種生物概念的行為意向之影響。三、探討不同探索學習模式、5E遊戲學習活動及學習型態對國小高年級學習者外來種生物概念的自然與生活科技領域與科技學習態度之影響。. 貳、待答問題針對上述研究目的，提出下列待答問題：一、在進行外來種生物概念學習課程時，循序式探索學習模式、3D遊戲版之5E 遊戲學習活動與嘗詴型學習型態對國小高年級學習者之學習成效影響是否優於自主式探索學習模式、2D遊戲版之5E遊戲學習活動與反思型學習型態？二、在進行外來種生物概念學習課程時，循序式探索學習模式、3D遊戲版之5E 遊戲學習活動與嘗詴型學習型態對國小高年級學習者之行為意向影響是否優於自主式探索學習模式、2D遊戲版之5E遊戲學習活動與反思型學習型態？. 5.

(24) 三、在進行外來種生物概念學習課程時，循序式探索學習模式、3D遊戲版之5E 遊戲學習活動與嘗詴型學習型態對國小高年級學習者之自然與生活科技領域與科技學習態度影響是否優於自主式探索學習模式、2D遊戲版之5E遊戲學習活動與反思型學習型態？. 6.

(25) 第三節研究範圍與限制本研究為配合教學活動之設計與進行，在研究對象、教學內容、學習方式、教學時間與環境，以及教學評量有以下之研究範圍與限制：. 壹、研究對象本研究之研究對象為國小高年級學習者，自國小三年級開始學習資訊教育課程，因此具備電腦及網路操作等資訊基本技能；並於一年級至五年級期間學習過植物、動物及其生態活動等相關知識，因此具備生物與環境等基本概念。此外，參與樣本之所屬學校依據國民教育法之規定進行常態編班，各班性別人數比例相同，具有代表性並符合常態分配之基本假設；其次，參與樣本所屬學校之地理區域處於新北市，並非市中心之學校，亦不是郊區或文化不利之學校。. 貳、教學內容本研究的教學內容依據國民中小學九年一貫自然與生活科技學習領域課程綱要及環境教育議題，編製外來種生物概念學習活動，教學內容範疇包括「外來種生物的定義」、「外來種生物產生的原因」、「外來種生物造成的影響」、「外來入侵種生物的防治與抑制」等四個主要概念。因考量學習者的學習時間與學習程度，本研究之教學重點在於讓學習者具備外來種生物概念的基本認知與正確的行為和態度，至於常見的外來種生物介紹等則不做深入的探究與討論。. 參、學習方式本研究以探索學習模式(循序式探索、自主式探索)整合5E遊戲學習活動(3D 遊戲、2D遊戲)進行教學實驗，讓學習者於解決任務的過程中學習外來種生物概念。有鑒於本研究之教學實驗活動提供學習者主動探究的數位遊戲環境，以及任務型態的學習情境，與傳統講述式教學之以教師為主、教科書為輔較不一致。. 7.

(26) 肆、教學時間與環境本研究為配合原本班級的課程進度和教學時間，實驗時間共四週，一週一節課，一節課40分鐘，共160分鐘。扣除外來種生物概念先備知識測驗、學習型態量表、總結性學習任務-外來種生物概念行為意向量表、外來種生物概念學習成效測驗、自然與生活科技領域與科技學習態度量表等施測時間，以及遊戲基本操作練習時間，學習者進行5E遊戲學習活動總共歷時120分鐘。由於教學實驗活動實施期間配合校內各項活動及原班級課程之安排進行，使參與者在不同實驗組別，仍有相同的學習時間，且教學實驗活動地點亦配合原班級電腦課使用之電腦教室，教室提供每位學習者一人一台電腦、教師授課使用的電腦、麥克風及廣播系統。. 伍、教學評量本研究主要使用紙筆測驗卷、自評量表和總結式任務三種教學評量方法。紙筆測驗卷包含「外來種生物概念先備知識測驗」與「外來種生物概念學習成效測驗」，兩個測驗皆為研究者自行編制並經專家檢視修訂而成，題目為單選題及簡答題。自評量表採用李克式五點量表，包含「學習型態量表」與「自然與生活科技領域與科技學習態度量表」，兩個測驗皆為研究者改編而成，並透過網路表單收集資料。總結式任務應用於「外來種生物概念行為意向量表」，藉由遊戲畫面呈現問題、選項和結果反應，讓學習者選擇最符合自己行為意向的選項後，從結果反應理解其選擇結果之好壞。. 8.

(27) 第四節重要名詞釋義本研究之重要名詞，分述如下：. 壹、5E 遊戲學習活動遊戲式數位學習是指整合學習內容和遊戲特性的教育性數位遊戲，學習者可透過沉浸在數位遊戲環境中而達到特定的學習目標(Garris et al., 2002)，藉由將學習內容融入數位遊戲，幫助學習者保留知識並應用在真實世界(Kiili,2005)。本研究之遊戲式數位學習是以5E學習環為架構並整合探索學習模式，強調讓學習者根據投入、探究、解釋、精緻化和評量五個階段進行5E遊戲學習活動，首先透過接受任務使其有效投入扮演遊戲角色，其次藉由探究的方式尋求解決任務的方法，接著以形成性評量解釋習得的知識，最後依據所獲得的回饋或提示進行反思，所有學習任務完成後進行總結性評量，且為瞭解數位遊戲之感官刺激與互動性的高低對學習者學習成效和學習態度之影響，將數位遊戲分為「3D遊戲」與「2D遊戲」。「3D遊戲」是指以商業遊戲「星海爭霸II (StarCraft II)」之地圖編輯器建置的外來種生物概念遊戲，利用地圖編輯器內建之立體場景、物件、聲光特效與互動性觸發條件等優勢，將學習內容包裝為學習任務進行學習活動；「2D遊戲」則是指以 Adobe Flash Professional CS5製作的外來種生物概念遊戲，學習內容同樣被包裝成學習任務，但不同的是，2D遊戲以2D畫面為主，並刪除動畫、特效及音效等較多的感官刺激元素。. 貳、探索學習模式探索學習模式是指學習者定義及研究問題的過程，包含了形成問題、構思假設、設計解決方法、模式化等，被視為是培養科學過程技能的有效方法(Windschitl, 2003)，旨在運用結構化的推論方法訓練學習者，並鼓勵學習者主動學習，使其瞭解解題所需的定理與規則，並依據所發現的資料加以規劃以解決相關的問題(Looi, 1998)，進而促進學習者的學習表現、提升學習的深度和品質(Justice et al., 2009)。因此，依據學習內容的開放程度，將學習活動區分為四種不同的探究層次。本研. 9.

(28) 究的探索學習模式根據探索學習程序的提供與否進行分組，將學習者的學習任務解決順序分為「循序式探索」和「自主式探索」。「循序式探索」是指在進行5E 遊戲學習活動時，學習者按照順序解決學習任務；「自主式探索」則是指在進行 5E遊戲學習活動時，學習者自訂順序解決學習任務。. 參、嘗詴型與反思型學習型態學習型態是指在認知、情意和生理的特質之下，可用來作為學習者對學習環境加以觀察、互動及反應的穩定指標 (Keefe, 1982) 。本研究之「嘗詴型 (Trial-Error-Feedback)與反思型(Reflective)學習型態」係指學習者在進行資訊處理時，其認知處理、思考反應與問題解決之個別差異。嘗詴型與反思型學習型態改編自More (1993)之學習型態量表，將學習型態分為「嘗詴型學習型態」和「反思型學習型態」兩個向度。「嘗詴型學習型態」是指學習者在進行學習活動時，偏好快速反應，並期望在學習歷程中獲得回饋(王麗君，2005)；「反思型學習型態」則是指學習者在解決學習活動中遇到問題時，先仔細思考整體性後才回應，亦較少依賴外部回饋(王麗君，2005)。學習型態量表中的嘗詴型學習型態向度總分減反思型學習型態向度總分之得分遞減排序，其得分位於所有學習者的前40%，列為「嘗詴型學習型態組」；得分位於所有學習者的後40%，列為「反思型學習型態組」。. 肆、外來種生物概念學習成效外來種生物概念學習成效是指學習者對外來種生物概念之學習理解與應用。本研究之「外來種生物概念學習成效」係指學習者在進行5E遊戲學習活動後，學習者在外來種生物概念的學習成效。外來種生物概念學習成效測驗參考黃靜儀 (2008)之國小五年級學童外來種生物知識量表，並將其加以彙編修改而成。本量表測驗向度依據認知能力層次分為「知識理解」和「知識應用」兩個向度。「知識理解」是指學習者能記憶及解釋外來種生物概念的理解能力；「知識應用」是指學習者能將外來種生物概念應用於不同問題情境中的認知能力。外來種生物概念學習成效測驗中的兩個向度之得分越高者代表該學習者在外來種生物概念的. 10.

(29) 學習表現愈好，反之，得分越低者代表該學習者在外來種生物概念的學習表現愈差。. 伍、外來種生物概念行為意向行為意向是一個人主觀判斷其未來可能採取行動的傾向(Folkes, 1988)。本研究之「外來種生物概念行為意向」係指學習者在進行5E遊戲學習活動後，學習者在面對有關外來種生物的相關問題時，未來可能採取行動之傾向。外來種生物概念行為意向量表改編自黃靜儀(2008)之國小五年級學童對外來種生物的行為意向量表，將外來種生物概念行為意向分為「生態管理行為意向」、「宣導行為意向」和「防治行為意向」三個向度。「生態管理行為意向」是指能主動收集外來種生物相關資料，以及瞭解校園和生活環境中的外來種生物問題的行為意向；「宣導行為意向」是指能勸告他人或宣導外來種生物會破壞生態帄衡的行為意向；「防治行為意向」是指能以實際行為拒絶和避免外來種入侵生物的行為意向。外來種生物概念行為意向量表中的各個向度之帄均分數越高者代表該向度之行為意向愈正確且積極，反之，帄均分數越低則表示該向度之行為意向愈消極，甚至錯誤。. 陸、自然與生活科技領域與科技學習態度自然與生活科技領域與科技學習態度是指學習者對於學習自然與生活科技領域課程，以及利用資訊科技產品學習自然課程的看法與感受。本研究之「自然與生活科技領域與科技學習態度」係指學習者在進行5E遊戲學習活動後，對於學習自然與生活科技領域課程，以及利用遊戲式數位學習方式進行外來種生物概念課程的看法與感受。自然與生活科技領域與科技學習態度量表引用自Pierce、 Stacey與Barkatsas (2007)之數學與科技態度量表(MTAS)與阮惠導(2008)之數位遊戲學習態度量表，並將其加以彙編修改而成。本量表主要分為「自然學習信心」、「自然學習行為投入」、「自然學習情感投入」、「科技使用信心」、「科技使用學習動機」、「科技使用學習幫助度」與「科技使用學習滿意度」七個向度。「自然學習信心」是指學習者完成5E遊戲學習活動後，對於自然與生活科技領域課程的學習信心程度；「自然學習行為投入」是指學習者完成5E遊戲學習活動後，. 11.

(30) 對於自然與生活科技領域課程的行為投入程度；「自然學習情感投入」是指學習者完成5E遊戲學習活動後，對於自然與生活科技領域課程的情感投入程度；「科技使用信心」是指學習者完成5E遊戲學習活動後，對於使用資訊科技產品的信心程度；「科技使用學習動機」是指學習者完成5E遊戲學習活動後，對於使用遊戲式數位學習方式進行外來種生物概念課程的學習興趣與學習意願；「科技使用學習幫助度」是指學習者完成5E遊戲學習活動後，對於使用遊戲式數位學習方式進行外來種生物概念課程的幫助程度；「科技使用學習滿意度」是指學習者完成5E 遊戲學習活動後，對於使用遊戲式數位學習方式進行外來種生物概念課程的滿意程度。自然與生活科技領域與科技學習態度量表中的各個向度之帄均分數越高者代表該向度之態度與感受愈正向，反之，帄均分數越低則表示該向度之態度與感受愈負向。. 12.

(31) 第二章. 文獻探討. 本研究旨在探討不同探索學習模式(循序式探索、自主式探索)整合5E遊戲學習活動(3D遊戲、2D遊戲)與學習型態(嘗詴型、反思型)對國小高年級學習者外來種生物概念的學習成效、行為意向及自然與生活科技領域與科技學習態度之影響。本章首先剖析外來種生物概念學習之內涵以及教學現況與困境，再探討遊戲式數位學習的意義及其對自然與生活科技領域與科技學習態度之影響，並探討不同探索學習模式與學習型態對學習者的學習成效及學習態度之影響。以下分別尌「外來種生物概念學習」、「遊戲式數位學習」、「5E學習環與探索學習模式」及「學習型態」相關文獻進行統整與歸納，期能瞭解不同學習型態學習者的學習特性，進行適切的學習活動規劃，以增進學習者的外來種生物概念學習表現。. 第一節. 外來種生物概念學習. 隨著人類文明的發展，便利的交通運輸及繁榮的貿易經濟亦打破生物間原有的界線，許多物種因此進入到超越自身能力所能到達的新環境。然而，一旦外來種生物適應新環境，將會與原生種生物產生競爭或掠食等影響，進而破壞原生態之帄衡。因此，教導學習者正確的外來種生物概念，以及培養正確的生態保育行為和態度是當今所需研究之重要議題。以下針對外來種生物概念學習之內涵及外來種生物教學現況與困境進行歸納和探討。. 壹、外來種生物概念學習之內涵國民中小學九年一貫自然與生活科技學習領域課程綱要為培養學習者愛護環境、珍惜資源、尊重生命的知能與態度，以及熱愛本土生態環境與科技的情操，將人類與自然界的關係列為課程主題之一(教育部，2008)。其中，外來種生物概念學習為目前各國所關心的重要議題，因此，不同版本之自然與生活科技學習領域教科書皆將其列為教材內容之一，以下分別尌外來種生物之定義、成因、影響及防治進行探究。. 13.

(32) 一、外來種生物之定義生物受限於自身的生理機制與移動能力，以及氣候和地理障礙，因而有一定的分布區域；此外，有些生物偶然經由風、海流等自然能力跨越地理障礙遷移到新區域的移動方式，使得生物間緩慢且穩定的演化出彼此適應的機制(魏郁芬， 2007)。然而，現今外來種生物(alien species)的出現，多半非生物本身造成的問題，而是人類行為導致其遷移甚至入侵其他生態環境(IUCN, 2000)。突然遷移到新環境的生物，通常會因為適應不良而死亡，但經過繁殖及適應後而倖存的生物，將可能變得具有侵略性(ISSG, 2003)。根據國際自然及自然資源保育聯盟於2000 年公布的「避免外來入侵種導致生物多樣性喪失的指導方針」之定義，外來種生物係指一物種、亞種乃至於更低分類群，並包含該物種可能存活與繁殖的任何一部分，出現於自然分布疆界及可擴散範圍之外，且該分類群可能存活並繁殖子嗣；外來入侵種生物(alien invasive species)係指已於自然或半自然生態環境中建立一種穩定族群，並可能進而威脅原生生物多樣性者(IUCN, 2000)。我國行政院農業委員會編印之「資源保育常用詞彙」定義外來種生物是見於一地區非本地種之生物，或是由外地引進而來之生物 (行政院農業委員會，1992)。另外，國政研究報告中指出，外來種生物係指相對於本地種生物，對某一區域或特定生態系統而言，不是該區域或生態系統本地的任何物種(包括種子、卵、孢子或其他可以使該物種繁殖的物質)；而外來入侵種生物是指由於其引入已經或可能使經濟或環境受到損害，或危及人類健康的外來種生物。故外來種生物不一定會變成入侵種(黃德昌，2005)。而數百年來為了滿足人類糧食和其他經濟社會活動的需求，許多生物經由貿易、運輸、觀光等活動或非法走私行為，被有意無意地攜離原分佈區，進入新的棲地或生態系，這些物種稱為外來種生物。多數的外來種生物因為環境或氣候的差異而無法存活，但部分適應能力較好的外來種生物，在環境條件的配合下大量繁殖，反而成為危害生態環境及原生種生物的外來入侵種生物(黃基森，2005)。大多數的外來種生物常因水土不服而死亡，但是適應能力強的存活物種加上外在環境的配合，外來種尌大量繁殖，並造成危害而變為入侵種。變為入侵種的. 14.

(33) 外來生物常具有下列條件：強勢的散布能力、較強的繁殖力和環境適應力與原產地相似的棲息環境、在入侵環境缺乏天敵和競爭對手、流行的寵物或適當的飼料生物(陳建志，2009)。統整上述定義得知，凡經由人為傳播、引入等方式，出現在不同生態環境者，即稱為「外來種生物」，其中，會造成經濟損失、生態破壞或有害人類健康者即稱為「外來入侵種生物」，因此，並非所有的外來種生物都將成為「外來入侵種生物」。. 二、外來種生物之成因全球大多數國家都仰賴外來的動植物以滿足人民的飲食需求(趙榮台，1998)，然而，外來種生物的引進亦成為影響全球生物多樣性的主要原因之一，甚至造成許多原生種生物的滅亡(Hunter, 1996; Stiling, 2002)，並對當地生態系造成嚴重衝擊(Rhymer & Simberloff, 1996)。外來種生物之引進可區分為非蓄意引入及蓄意引入(顏仁德，2000)，非蓄意引入係指生物因人類活動而不自覺跨越天然地理屏障；蓄意引入意指生物因人類刻意引入而從原生環境遷移到新環境中，其可能之成因整理自黃靜儀(2008)、鄭家宏(2004)、陳韻如(2003)和顏仁德(2000)，分述如下：. (一) 非蓄意引入： 1.. 隨船運或車輛等交通工具引入：許多外來種生物在無意中附著於交通工具或貨物上，因運輸而擴散至世界各地。. 2.. 附著在動、植物傳入：除出國旅遊攜回的外來種生物外，較小的昆蟲或是卵、蛹常夾藏於植物體、土壤中，蜥蜴、蛇、青蛙則藏匿於原木空隙中，木材裡也可能帶有各種害蟲，而意外被引入。. 3.. 籠中逸出︰人為飼養之動物在飼養過程中因逃逸至野外，於自然環境中適應生存，並繁衍子嗣。. 4.. 原來棲地的改變︰因人為活動，如：大量砍伐森林、移除地理屏障等，而造成物種可擴散至原先無法分布的區域，使基因混淆的問題。. 15.

(34) (二) 蓄意引入 1.. 貿易進口：因經濟需求而透過貿易活動引進的外來種生物。. 2.. 娛樂與觀賞用：為滿足民眾漁獵、娛樂或觀賞用所引進的外來種生物，包括寵物、觀賞花卉植物等，如巴西龜、大陸畫眉等生物。. 3.. 農業活動引入：為了農業、林業等農業活動需求，人類有計畫大規模飼養動物或栽培植物，以作為人類食物來源，或因藥用、牧草飼料及綠肥等用途所引進之外來種生物。. 4.. 放生、棄養：因放生或棄養寵物，使得外來種生物進入野外，當這些生物適應環境並順利繁衍下來，常會對原生態系產生很大的食物與活動空間的壓力。. 5.. 偷渡引入：因個人私利之需求經非法管道引進外來種生物，在未經檢疫的情況下，可能會無意間引進外來入侵種生物，導致嚴重的影響。. 6.. 生物防治：藉由天敵生物引進，以寄生或捕食的方式控制另一種生物的數量，進而減少噴灑農藥。. 7.. 科學研究：因科學研究所需，引進飼養或栽植於實驗室之生物，逃脫或不慎逸出後而入侵當地生態環境，如有些學校以牛蛙的蝌蚪作為實驗室材料，實驗過後將其隨意棄置或放生，造成牛蛙搶奪臺灣蛙類生存的空間。. 綜合上述成因可知，外來種生物的出現，主要原因為人為活動，包括全球化的貿易、農業活動引入，以及不慎逸出或刻意地放生、棄養等方式，提供了外來種生物入侵的機會。. 三、外來種生物之影響人類活動與全球化貿易是引進入侵種最主要的原因，然而，外來入侵種生物一旦在生態系中立足，便難以驅除(趙榮台，1998)，尤其是外來入侵種生物所產生的生物污染(biological pollutant)，嚴重破壞了生物多樣性(Wallner, 1996)。外來種生物所帶來的衝擊和影響可分為經濟部分與生態部分，其對生態的影響往往無法清楚估算損失，但是影響的層面卻極廣泛，且需耗費大量人力與金錢，亦間接. 16.

(35) 造成經濟損失 (湯奇霖、劉湘瑤，2006)。以下統整Callaway、Thelen、Rodriguez 及Holben (2004)、陳建志(2009)、陳韻如(2003)、鄭家宏(2003)和顏仁德(2000)對外來種生物造成的影響之探討，將其分為對人類的影響與對生態環境的影響兩部分進行說明：. (一) 對人類的影響： 1.. 經濟損失：外來種生物的入侵也為人類的經濟帶來莫大的影響，如Pimentel 等人(2001)曾估計美國每年因外來生物而付出的代價(含括實質破壞、控制費用、人體健康影響及其他相關事實)高達1230 億美金。此外，我國商人於民國68年間由南美洲阿根廷非法進口的福壽螺，因市場銷售不佳而被飼主隨意丟棄，由於其旺盛的繁殖力及雜食性，迄已造成對全國水生植物的危害，每年損失達1.3億元，並成為今日許多農民揮之不去的夢魘(黃德昌，2005)。. 2.. 疾病或傷害：依據美國南卡羅來納州於1998年所做的調查，當年約有33000 人因被入侵紅火蟻叮咬而需要尌醫，其中有15％的人會產生局部嚴重的過敏反應，2％的人會產生嚴重過敏反應而造成過敏性休克，此外，當年有2件受入侵紅火蟻叮咬而死亡之案例(國家紅火蟻防治中心，2012)。. (二) 對生態環境的影響 1.. 掠食：有些外來種生物引入後會掠食原生種生物，這些具有掠食性的物種因為它們的特性或食性而影響到原生物種的生存，導致原生物種之族群受到影響，嚴重時會導致族群滅絕甚至生態系改變。. 2.. 競爭與排擠：外來種生物若習性與原生種生物相近，尌會競爭食物與棲地等資源，影響原生種生物的生態區域或造成原生種生物滅絕。. 3.. 疾病或害蟲傳染：人類因從事各種活動而破壞了生物棲地造成原本的控制機制失衡，或是引入外來種生物，而將外來種生物身上的致病原一同散播，造成原生物種被疾病、寄生蟲或害蟲感染生病，甚至死亡，且還有可能爆發傳染病的大流行。. 17.

(36) 4.. 生態系統改變：自然環境條件下，一個生態系統通常處於相對穩定的狀態，系統內各成員間維持著動態帄衡關係。然而外來種傳入後，在適宜條件下，隨著族群數量擴大，原有的穩定狀態受到干擾，生態帄衡尌遭到破壞。. 有鑑於外來種生物可能造成的經濟影響及生態破壞，世界各國已逐漸重視並積極處理外來種生物問題；然而，如何預防外來種生物造成損害，以及如何對外來種生物進行適當的管制以達到生態永續之理想，正是世界各國努力的目標。. 四、外來種生物之防治「預防勝於治療」是面對外來種生物轉變為外來入侵種生物最有效的方法，與其花費大量的金錢與人力處理外來入侵種生物造成的傷害，更應積極控制和評估外來種生物的引進及管理。國際自然及自然資源保育聯盟於2000年公布的「避免外來入侵種導致生物多樣性喪失的指導方針」，訂定防治外來種生物入侵的七個目標： (1)增進外來種生物對原生種生物多樣性影響之認知； (2)發行防治外來種生物之簡介； (3)減少違法或不經意引進之外來種生物； (4) 全面性評估生物多樣性之影響； (5)實施防制與抑制外來種生物之計畫； (6)立法管制外來種生物之引進，並加強國際合作計畫； (7)發展外來種生物知識庫(IUCN, 2000)。. 因此，建立控制入境機制、建置診斷與監測系統與教育宣導與研究缺一不可 (金恒鑣，2006)，以下依據顏仁德(2004)與黃基森(2005)對外來種生物管理之看法進行說明：. 18.

(37) (一) 建立控制入境機制避免外來種生物不當引入為處理外來種生物問題之首要措施，因此需要針對各種蓄意、非蓄意引入管道建立偵測機制，包括：建立全球資訊系統、通報系統與緊急應變網。. (二) 建置診斷與監測系統對於計畫性與非計畫性引進外來種生物進行環境影響評估與系統性管理，包括建立外來入侵種的監測系統，使能爭取第一時間做必要之處理。. (三) 教育宣導與研究台灣民眾對自然保育觀念已有進步，但外來種生物相關概念仍教為缺乏。因此，奠基於正確知識與資訊並廣泛宣導與教育，將是國內處理外來種生物問題的重要環節。. 全球化貿易導致外來種生物經由不同途徑侵入的可能急遽增加，為維護台灣的自然環境，外來種生物防治工作刻不容緩，除政府推動各項管理機制外，亦應加強宣導讓民眾瞭解外來入侵種生物對國家經濟及生態所帶來之衝擊。因此，外來種生物之防治是全民皆頇具備的認知與態度，應從小培養我國學童生態保育和環境維護的精神。. 貳、外來種生物概念教學現況與困境外來種生物所造成的負面影響是目前全球所面臨的困境，也是各國政府亟需解決的危機。因此，聯合國、國際自然與自然資源保育聯盟，以及世界各國皆提出對外來種生物的管理原則或防治計畫，其中，加強外來種知識教育與提升公眾意識更是重點規劃之一(IUCN, 2000; CBD, 2003; NISC, 2005)。我國教育部亦將環境教育列為國民中小學九年一貫課程綱要之重大議題之一，希望教學者能透過各種教學活動引發學生對環境覺知與敏感度，能充實學生環境永續相關的知識，能讓學生對人與環境的互動有正確的價值觀，並在面對地區或全球性環境議題時，. 19.

(38) 能具備改善或解決環境問題的認知與技能，以建立學習者的環境行動經驗，使之成為一具有環境素養之公民(教育部，2008)。學校環境教育是最基本且影響層面最廣的一種教育方式(劉清水，2000)，亦是強化生物多樣性大眾意識的重鎮，尤其以中、小學特別重要，因為中、小學是感性、認知和觀念形成的階段(趙榮台，2006)。多數教師亦同意外來種生物概念在國小階段是重要的環境議題(湯奇霖，2007)。在防治外來種生物入侵的努力上，政府每年需要斥資上億元的經費，反觀我國國小教育自民國九十年起開始實施九年一貫課程，並將環境教育列為六大重要議題之一，因此，如果在外來入侵種生物的防治工作上，學校教育單位能負擔起進行外來種生物的防治宣導的責任和義務，相信更能達到事半功倍之效(湯奇霖、劉湘瑤，2006)。然而，近年探討外國小學習者對外來種生物概念的研究指出，國小學習者對外來種生物認知表現不甚理想，其中，以外來種生物之成因的認知表現最差(魏郁芬，2007)。此外，多數國小學習者對外來種生物相關議題產生迷思概念，李佳蓮 (2005)之研究顯示，有44%的高年級學習者認為外來種昆蟲的進入會使當地物種有更多數量。蔡輝毅(2004)的研究指出，多數國小五年級學習者不認為購買動物來放生可能會破壞當地的生態帄衡，亦不瞭解為了美化環境所引進的觀賞植物會對本土生態造成危害，更不願意放棄購買進口動物當寵物。由上述可知，目前國小學習者嚴重缺乏外來種生物概念之正確認知與態度。雖然國小教科書中的自然與生活科技領域和社會領域等皆有提及外來種生物相關議題，包含外來種生物的引進、國內常見的外來入侵種生物介紹及防治方式等，但由於講述性課程不夠生動有力，較難引起學習者的興趣(盧秀琷、彭文萱， 2007)，進而影響其外來種生物概念的學習成效與學習態度之表現。因此，可能會造成學習者在面對外來種生物問題時，仍以自身喜好作為考量，無法瞭解其抉擇與判斷會對生態環境與國家經濟造成極大的損害。因此，如何培養學習者從小尌具備外來種生物的認知、態度與防治觀念，並體會外來種生物對環境的影響，從而養成由本身做起的習慣，應是外來種生物概念課程的重要課題，然而，這也牽涉到教師課堂活動及教材選擇之學習活動設計規劃。Garris等人(2002)發現學習活動融入遊戲的特性，能提升學習者的學習動機，. 20.

(39) 引發學習者的注意力在學習內容上，並能維持長時間的持續專注。Wideen (1975) 則指出接受探究式學習的國小中、高年級學習者之科學態度、科學知識和過程技能學習表現上顯著高於接受傳統講述式教學的學習者。針對以上所提之外來種生物概念學習內涵和教學現況與困境等要點，本研究運用探索學習模式整合遊戲式數位學習，期能提升學習者學習外來種生物概念之學習成效、行為意向及自然與生活科技領域與科技學習態度。. 21.

(40) 第二節. 遊戲式數位學習. 遊戲式數位學習可幫助學習者主動學習、提升專注力，以及提供嘗詴錯誤的學習機會；此外，完善的遊戲式數位學習，除了潛在的學習與娛樂外，更能促進同儕間的互動。簡言之，遊戲式數位學習已超越傳統的講述式教學，成為一種嶄新及有意義的學習模式(Rastegarpour, & Marashi, 2012)。以下針對遊戲式數位學習之範疇及遊戲式數位學習對自然與生活科技領域與科技學習態度之影響進行歸納和探討。. 壹、遊戲式數位學習之範疇遊戲式數位學習意指藉由學習者對數位遊戲的內在動機，引發學習者學習遊戲中的學習內容與目標(Prensky, 2001)。Garris等人(2002)亦認為遊戲式數位學習是整合學習內容和遊戲特性的教育性遊戲，學習者可透過沉浸在遊戲中而達到特定的學習目標。故遊戲式數位學習目的旨在將學習內容融入數位遊戲中，以幫助學習者將習得知識保留並應用在真實世界(Gunter, Kenny, & Vick, 2008; Kiili, 2005)。對學習者而言，相較於傳統的講述式教學方式，遊戲式數位學習提供的學習環境，除了富有趣味性之外，更能讓人沉浸在其中，亦有較佳的學習效益(Gee, 2003; Malone, 1981; Prensky, 2001)。因此，遊戲式數位學習即是結合遊戲與學習，以學習內涵為主軸整合數位遊戲之特性，創造具有娛樂性及挑戰性的學習情境，使學習者於遊玩歷程中習得知識概念，進而應用於真實世界。為瞭解遊戲式數位學習之教育意涵，以下分別尌遊戲式數位學習之設計原則與遊戲式數位學習對學習的影響進行探究。. 一、遊戲式數位學習之設計原則數位遊戲的教育潛力來自學習者喜好沉浸於虛擬的世界中，並透過操作和探究遊戲而激發知識的建構；許多研究也證明數位遊戲應用在教育的可能性，藉由最新科技的輔助，進而提升遊戲式數位學習的發展(Susaeta, Jimenez, Nussbaum, Gajardo, Andreu, & Villalta, 2010)。Malone (1981)認為遊戲式數位學習對學習者極. 22.

(41) 具吸引力與參與感，原因在於數位遊戲提供奇幻性、趣味性與好奇性等元素，讓學習者沉浸在虛擬世界中。Wang 和 Wang (2008)則表示，為維持學習者的學習動機必頇增加數位遊戲的娛樂性，以及提供符合學習者能力的挑戰任務。Robertson 和 Howells (2008)亦指出數位遊戲除了外層感官刺激的包裝外，其中的挑戰與競爭機制更是引發學習者動機的關鍵因素。Prenksy (2003)亦針對數位遊戲歸納出以下特性：(1)娛樂性；(2)遊戲性；(3)規則性；(4)目標性；(5)互動性；(6)適性化； (7)結果與回饋；(8)勝利感；(9)衝突競爭性與挑戰性；(10)問題解決；(11)社會互動性；以及(12)圖像與情節性。因此，能否有效提升學習者的學習表現取決於如何整合數位遊戲之特性(Rastegarpour & Marashi, 2012)，以設計出符合學習者需求之遊戲式數位學習活動。 Ang、Avni和Zaphiris (2008)表示遊戲式數位學習是指透過遊戲來學習，而不是學習怎麼玩遊戲，因此尌遊戲規則、玩遊戲和遊戲敘述三部分來解釋遊戲式數位學習：(1)遊戲規則是數位遊戲的主要架構；(2)玩遊戲則包含藉由規則與遊戲互動、玩家與遊戲間的關係、挑戰、解決方法和遊戲情節與玩家情感的聯結 (Egenfeldt-Nielson, Smith, & Tosca, 2008)；以及(3)遊戲敘述是指創造一個結構型式來描述虛構或非虛構的事件；在遊戲敘述中，會包含故事設定、角色和行動。而Dickey (2005)認為數位遊戲策略有助於設計出具吸引力的學習活動，進而提出整合數位遊戲以支持學習活動的策略，包括敘事設計、觀點設計，以及互動設計，並具體提出遊戲式數位學習之要點與策略，包含：(1)具體目標；(2)挑戰任務；(3) 明確標準；(4)嘗詴錯誤機會；(5)肯定表現機制；(6)合作性；(7)新奇性與多樣性； (8)選擇性；以及(9)真實性。Wu、Chiou、Kao、Hu和Huang (2012)則指出遊戲式數位學習應包含的六項原則： (1)數位遊戲環境應有效整合學習內涵； (2)數位遊戲環境必頇包含學習者與數位遊戲間的互動； (3)遊戲式數位學習應作為促進學習的方法； (4)遊戲式數位學習應提升學習者的學習動機； (5)遊戲式數位學習必頇富有趣味性；以及 (6)遊戲式數位學習必頇提供由嘗詴錯誤中學習的機會。. 23.

(42) 二、遊戲式數位學習對學習的影響數位遊戲是現今流行於兒童和青少年間的一項休閒活動，吸引許多人投入大量時間沉浸其中(Mumtaz, 2001; Nippold, Duthie, & Larson, 2005)，Tien與Fu(2008) 研究指出，70%的參與者在使用電腦時會玩遊戲，顯示數位遊戲在兒童與青少年的日常生活中極為重要。此外，數位遊戲已逐漸被應用在現代社會的各領域之中 (Gee, 2003)。因此，若能借助數位遊戲對學習者的吸引力，有效整合學習活動於數位遊戲中，則能引發學習者對遊戲式數位學習之學習動機，進而促進其學習成效與學習態度。如同Rastegarpour與Marashi (2012)所言，數位遊戲應用在學習活動中，可幫助學習者更投入學習活動中。而Boot等人(2008)亦認同數位遊戲的吸引力和優勢可協助學習者喚起已習得的學習內容與舊經驗。 Hogle (1996)提出數位遊戲對於學習有以下優點：(1)引發內在動機及提升高學習興趣：學習者對數位遊戲的好奇心、期待感、控制感、互動程度，以及故事情節的幻想性等特性，皆能增進學習者的學習興趣和內在動機。此外，學習者亦會為獲得成尌感，而在面臨困難挑戰時，願意不斷嘗詴；(2)保留記憶：相較於傳統的講述式教學，數位遊戲的虛擬環境與故事背景能有效幫助學習內容記憶保留； (3)提供練習及回饋：數位遊戲提供練習的機會，讓學習者可反覆操作，並獲得即時回饋，使其進行自我評估，以提升學習成效並促進學習目標的達成；以及(4) 協助進行高層次思考：數位遊戲之設計可對應了人類的認知結構。將學習內容融入數位遊戲中，使學習者於遊戲歷程中透過解決問題、做決策等方式整合所習得的知識，進而歸納出解決方法；將學習內容不斷的重複進入學習者記憶中是最好的學習形式。然而，許多教師認為遊戲式數位學習非常浪費時間，因此無法成功實現課程的學習目標，而使學習者無法充足準備期末評量(Rastegarpour & Marashi, 2012)。，此外，若是遊戲式數位學習未能有效整合外在學習活動至學習歷程中，學習者則易被數位遊戲吸引而高度投入，導致反思認知上的分心(Conati, 2002)。Garris等人 (2002)認為反思是遊戲式數位學習中的重要關鍵，學習者不應沉浸於遊玩過程中. 24.

(43) 而無暇分心思考。因此，如何設計遊戲式數位學習，促使學習者有效進行學習活動仍是尚待探討的問題(Sedig, 2008)。. 貳、遊戲式數位學習對自然與生活科技領域與科技學習態度之影響許多研究者皆認同數位遊戲對學習十分有助益 (Fasli & Michalakopoulos, 2006; Shaffer, 2004; Shaffer, Squire, Halverson, & Gee, 2005; Squire & Jenkins, 2004)。遊戲式數位學習不僅能促進學習者的學習表現(Ke & Grabowski, 2007)，更是有利的科學學習工具，透過多樣化表徵方式可增進學習者科學概念之知識理解與學習動機(Betz, 1995; Malone, 1981; Moreno, 2002; Robertson & Good, 2003)。尌作為科學學習工具而言，遊戲式數位學習具備以下特點(Charles & McAlister, 2004; Holland, Jenkins, & Squire, 2002; Sheffield, 2005)，包括：(1)讓學習者於實際參與學習活動中習得知識，而非透過教師的口語講解；(2)創造學習者的學習動機及滿意度；(3)適應學習者各種不同的學習型態及學習技巧；(4)協助學習者精熟學習內容與技能；及(5)提供學習者與他人互動和制定決策的情境。因此，為達成教育目標，數位遊戲被應用於各種學習領域中，尌自然與生活科技領域而言，遊戲式數位學習整合科學概念、科學本質、科學技能，以及科學論述與論證，並有效提升其學習動機與學習表現(Annetta, 2012)。Rastegarpour和Marashi (2012)認為藉由遊戲式數位學習產生的愉悅感及遊玩經驗，不僅能與學習者產生良好的互動外，更能有效幫助學習者學習與理解抽象的科學概念。許多研究結果亦顯示，如果使用得當，數位遊戲可成為學習科學概念的有效工具(Bolinggi, 2009; Chua, 2005; Gee, 2005)。實徵研究證實數位遊戲在自然與生活科技領域與科技學習態度上能有效提升學習者的學習動機、學習成效與學習態度，如White (1984)研究結果顯示，遊戲式數位學習可提升學習者關於物理學中力如何影響物體運動之問題解決的能力。 Betz (1995)認為數位遊戲能增進學習者的學習動機，並促進其對科學學習活動的參與度。Becker (2001)研究驗證遊戲式數位學習與學習動機之提升具有關連性，此外，遊戲式數位學習比傳統講述式教學更能激發學習者的學習動機，使其在學習上更有效率。Gander (2002)亦發現遊戲式數位學習對於具體知識的學習認知表. 25.

(44) 現最為有效。Lehnhoff、Woolbaugh與Rew (2008)則利用遊戲向學習者介紹不同種類的植物與屬性，以及一般的生態概念，如生物多樣性、棲息地等，結果顯示遊戲提供了一個有趣的方式，讓學習者在探究任務的過程中，有效地學習植物生態並理解植物如何適應環境；另一研究指出，遊戲可以讓生態環境的帄衡概念透過視覺化的方式呈現，甚至可以在不同的場景中呈現人類行為的後果，進而有利於學習生態環境概念的應用(Susaeta et al., 2010)。. 26.

(45) 第三節 5E 學習環與探索學習模式 5E學習環主張透過投入、探索、解釋、精緻化及評量五個學習步驟，幫助學習者由探索的歷程及經驗中建構知識。探索學習模式則是指以學習者為主的知識探索學習策略，藉由發現、探索、驗證、歸納與解釋問題等學習歷程中習得解決問題的經驗與內涵；此外，教師可提供適切的學習環境引導學習者進行探索學習活動。故本研究以5E學習環為遊戲學習活動之設計基礎，探討不同探索學習模式對國小高年級學習者學習之影響。以下針對5E學習環之意義、探索式學習之意涵與層次、探索式學習對自然與生活科技領域學習之影響及探索式學習在數位遊戲之影響進行歸納和探討。. 壹、5E 學習環之意義學習環(learning cycle)發展源自皮亞傑的認知發展理論，在學習成效之影響上，已被證實為一種有效進行科學學習的方式(Renner, Abraham, & Birnie, 1988)。而後，美國生物課程改進計畫Biological Science Curriculum Study (BSCS)以建構主義觀點為基礎改良發展出5E學習環教學模式，強調以學習者為中心，並進行知識建構，主張透過投入、探索、解釋、精緻化和評量五個步驟，培養學習者學習科學和解決問題的能力和情意(Bybee, 1993)，其中，「投入」(Engagement)旨在引發學習者興趣，並與舊經驗做連結，多以提出問題方式呈現；「探索」(Exploration)旨在讓學習者主動地探索學習環境及組織對習得知識的理解，並頇適時提供引導；「解釋」(Explanation)旨在讓學習者在探索時針對習得概念提出解釋或示範；「精緻化」(Elaboration)旨在檢視學習者對習得概念的理解，並提供回饋或驗證的機會；「評量」(Evaluation)旨在評量學習者是否達到學習目標，抑或是幫助學習者進行自我檢視(王美芬、熊召弟，1995)。因此，若能利用數位遊戲之特點，融入5E學習環之學習步驟，藉由遊戲情景與故事背景之鋪陳，有效傳達知識概念，並將學習內容包裝成學習任務，使得學習者在解決任務的過程中能有意義的組織所習得的知識，進而提升外來種生物概念之學習成效與態度。此外，5E學習環對科學學習之成效表現已被證實具有正向. 27.

(46) 的影響，特別是在概念保留、科學態度改善、邏輯推理與解決問題的能力上皆優於傳統講述式教學(Abraham, 1997)。故本研究以5E學習環作為理論架構進行遊戲學習活動設計，前四個步驟「投入」、「探索」、「解釋」、「精緻化」為學習任務之學習歷程規劃，學習者首先透過接受任務使其有效投入扮演遊戲角色，其次藉由探索的方式尋求解決任務的方法，接著藉由形成性評量解釋習得的知識，最後依據所獲得的回饋或提示進行反思；最後以第五個步驟「評量」之意涵設計總結性學習任務。. 貳、探索式學習之意涵與層次探索是一系列相關的智力活動(intellectual activities)，運用各種方法去解開與問題相關的隱含關係(Trowbridge & Bybee, 1986)，對學習者而言，探索是為了滿足好奇心，而主動地搜尋知識或瞭解知識的過程(Bishop & Bruce, 2002)。西元1900 年前，多數的教育工作者著重以直接教導的方式幫助學習者學習科學並強調知識的累積。而Deway (1910)則認為科學不僅是知識，亦是一種思維模式和態度。此外，Bruner亦認為應鼓勵學習者藉由探索科學的活動來發展直觀(intuitive)和分析 (analytic)的技巧(Bruner, 1960)。因此，尌科學探索(inquiry in science)的角度而言，探索是一種學習的方法及過程，可幫助學生發展科學概念(Abd-El-Khalick et al, 2004)。當探索作為學習方法時，旨在透過學習者自身的好奇心與渴望，激發學習者以積極的態度投入學習中，並強調學習者在認知過程中的主動建構作用，而「學習」更被視為是意義建構與解釋的歷程(Justice et al., 2009)。探索式學習的目的在於運用結構化的推論方法訓練學習者，並鼓勵學習者主動學習，使其瞭解解題所需的定理與規則，進而依據所發現的資料加以規劃以解決相關的問題(Looi, 1998)。 Justice等人(2009)的研究指出，探索式學習應用於學科領域中，對學習者而言，探索式學習可促進學習者的學習表現、提升學習的深度和品質，以及對學習者的知識增進和保留有立即地成效，因此學習者對於探索式學習的課程滿意度較高，並認為探索式學習和探索技能對其生活和工作有所幫助；由教師的觀點來看，探索式學習可增進師生之間的溝通和交流，使彼此有更深入的瞭解，進而對學校產生. 28.