國立台東大學教育系（所）
教學科技碩士班 碩士論文
指導教授：陳嘉彌 博士
LEGO MINDSTORMS 提升國小學童問題解決 能力與科學態度之研究
研 究 生： 蔡錦豐 撰
中 華 民 國 九 十 八 年 七 月
國立台東大學教育系（所）
教學科技碩士班 碩士論文
LEGO MINDSTORMS 提升國小學童問題解決 能力與科學態度之研究
研 究 生：蔡錦豐 撰 指導教授：陳嘉彌 博士
中 華 民 國 九 十 八 年 七 月
誌 謝
我一直相信勤能補拙，所以我把論文完成了。
感謝我的論文指導老師陳嘉彌博士，這一年的指導期間，他常善用譬喻、
激勵、與啟發式的方法，指導學生從反覆辯正過程中，去思維如何寫出一篇好 論文。除此，他也給了學生向前進的力量，於是年近不惑的我，終於開始思索 更積極的人生目標。陳師具有真正學者的風範，有為者亦若是，我願以他為榜 樣，不管在學術或教學上，又或者為人處事方面，向他看齊。
口試委員師大王光復教授對於學生的論文建議一針見血，不過那是做學生 的福氣。校內口委郭達源、溫雅惠兩位主任，對論文內容細心的指導、建議和 鼓勵，亦令我獲益匪淺，擴大眼界，謹在此致上最深的謝意。而在修課期間，
同安國小蔡慶文校長與同事斐琳、自勇老師以過來人的身份給予本人勉勵與分 享心路歷程，由於你們的協助，使得個人在寫作期間擁有別人更為平坦的路，
謝謝你們。另外，本研究所需樂高積木套件是由同安國小退休的蔡明賢老師與 其弟聯發科蔡明介董事長贈予本校發展機器人特色教學，沒有你們賢昆仲的鼎 力贊助，我的研究無法開始，更別說完成。
這次口考得以順利進行得感謝教育系辦郁霖與同學士杰，郁霖以服務學生 為本位的想法，給予我行政上很大的方便，替我做了許多他不需做的事，祝福 你，我相信好心的人始終會有好報；而士杰夫婦除在口試前後真心熱忱協助令 人感動，且其專業的廣電傳播專業背景，使得這次前衛的視訊口試堪為典模。
感謝同學建長、可涵提供修課建議與協助，至少可以讓我少讀半年的研究 所，感謝智元在論文寫作行程上不厭其煩的回答我的疑難，也感謝富家在我初 次踏上台東時載我一程，讓我體會到他鄉人情的溫暖。感謝你們一路相伴，讓 我得以完成研究，企盼你們一生幸福快樂。
最後感謝父親在我修業期間盡心照顧生病的母親，讓我無後顧之憂；還有 沛禹、沛妮與孩子的媽，謝謝你們的體諒與付出，陪著我在房間一起寫功課時，
不時還得聽我語無倫次的自言自語，難為你們了。論文終於完成了，僅以此榮 耀獻給所有關心我的人，再次謝謝你們。
蔡錦豐 謹誌 2009/07
ii
摘 要
本研究主要目的在探討應用 Lego Mindstorms 主題探究活動後對國小學童 問題解決能力、科學態度的改變情形。研究的發現將有助於了解，在進行科學 教育時，應用 Lego Mindstorms 機器人套件於實際教學時對國小學生的影響，
並提供其他教學者應用此科技玩具教學時的參考與應用。
本研究以屏東縣同安國小五、六年級四十二位學童為對象，採準實驗研究 法，研究樣本分成實驗組與控制組，實驗組接受為期十五週的 Lego Mindstorms 主題探究活動，並將實驗組成員分為七組，每組三人，控制組則否。實驗結束 後同時對兩組進行「問題解決能力量表」與「科學態度量表」進行施測，並於 學期後取得學童自然與生活科技領域學業成就成績，將實驗活動前、後得分進 行單因子共變數分析來驗證。在活動結束後，亦透過學生填寫機器人教學意見 回饋表來瞭解實驗組學童的相關想法與感受，以做為研究結果之佐證與補充。
本研究發現如下：
一、 在問題解決能力其整體表現與問題解決過程分量表，實驗組學生顯著 優於控制組，但在科學解決情意分量表則無差異。
二、 在科學態度其整體表現與彈性、客觀、因果觀係與科學情意分量表，
實驗組學生顯著優於控制組；但實驗組與控制組學生在好奇心、批判精神、科 學認知與科學行為分量表上並無顯著差異。
三、 實驗組學生在自然與生活科技領域學業成就方面有顯著的提升，且實 驗組成績優於控制組，但兩組之間的學業成就並未達到顯著差異的效果。
四、 對於此次的教學活動，大多數學生無論對教師教學、自己學習與課程 內容均有正面的回應。
最後，研究者針對研究結果加以討論，並提出建議，以作為相關教學和未 來研究的參考。
關鍵詞：問題解決能力、科學態度、樂高機器人
iii
A Study of Applying Lego Mindstorms Learning Activities to Promote Problem Solving Ability
and Scientific Attitude for Elementary School Students
Chin-Feng Tsei
Abstract
The purpose of this research was to explore the change situation of
problem-solving ability and scientific attitude after applying Lego Mindstorms with Subject-Inquiry-Based Learning for elementary school students. The research findings will help to understand the application of the Lego Mindstorms robot kits at the time of the actual teaching elementary school students. The results of the research would provide information and suggestions for educators and researchers in the future.
The study used a quasi-experimental, pretest-posttest nonequivalent group design and aims to 42 5th and 6th grade students in Tong An elementary school of Ping Tong Country as an object. The research divided into 2 groups of experimental group and control group. The members of experimental group divided into 7 teams and have the theme exploration activities of Lego Mindstorms, 3 classes once every week, for 15 weeks but didn't apply it for the control team. After experiment, perform the scale test of "problem-solving ability" and "scientific attitude" for the 2 groups and acquired those students' score of Natural Science and Living
Technology then verify the score before and after of experiment activities by one-way ANCOVA. Meanwhile, through the robots teaching questionnaires to understand the related idea and opinions of experimental group as the evidence and supplement for the research findings.
The main findings of this research were as follows:
1. Problem-solving ability in the overall performance of their problem-solving process and sub-scales, the experimental group was significantly better than control group students. However, there was no difference in the weight table of complex problem-solving.
iv
2. In the scientific attitude and flexibility of its overall performance, objective and causal view of the Department of affective subscale and science, the experimental group was significantly better than control group students; but the experimental group and control group students in curiosity, critical spirit, scientific knowledge and scientific conduct weight didn’t have significantly difference.
3. The achievement of experimental group students got significantly improvement in the natural science and living technology and the experimental group was better than the control group, but there was no significantly difference in the results of academic achievement between the two groups.
4. With regard to teaching activities, most of the students had positive responses to the teacher's teaching, their own learning and the curriculum contents.
Finally, the researcher discussed the findings and had recommendations, as reference of teaching and future research.
Keywords: problem-solving ability, scientific attitudes, Lego Mindstorms
目 錄
誌 謝...i
摘 要...ii
Abstract ...iii
目 錄...i
表 目 次 ...iii
圖 目 次 ... v
第一章 緒論 ... 1
第一節 研究動機... 1
第二節 研究目的與待答問題 ... 4
第三節 名詞釋義... 4
第四節 研究限制... 6
第二章 文獻探討 ... 7
第一節 問題解決能力 ... 7
第二節 科學態度... 18
第三節 Lego Mindstorms 理論基礎與教學策略探討 ... 24
第四節 Lego Mindstorms 在兒童教育上的內涵 ... 31
第五節 Lego Mindstorms 相關研究 ... 34
第三章 研究方法 ... 39
第一節 研究設計與架構 ... 39
第二節 研究對象... 42
第三節 研究工具... 43
第四節 研究假設... 47
第五節 研究流程... 49
第六節 教學活動設計 ... 52
第七節 資料蒐集、分析與處理 ... 54
第四章 研究結果與討論... 56
第一節 Lego Mindstorms 對學童問題解決能力的影響 ... 56
第二節 Lego Mindstorms 對學童科學態度的影響 ... 63
第三節 Lego Mindstorms 對國小自然科技領域的影響 ... 77
ii
第四節 回饋與省思 ... 82
第五章 結論與建議 ... 91
第一節 結論 ... 91
第二節 建議 ... 92
參考書目 ... 95
一、中文部份 ... 95
二、西文部份 ... 100
附 錄... 102
附錄一、科學的態度成分一覽表... 102
附錄二、教學單元活動設計 ... 104
附錄三、Lego Mindstorms 主題教學活動實驗紀錄與學習單... 119
附錄四、Lego Mindstorms 機器人教學意見回饋問卷 ... 130
iii
表 目 次
表 2-1 國內常見問題解決評量工具 ... 14
表 2-2 問題解決能力與性別的關係 ... 17
表 2-3 不同教學策略或工具與問題解決能力的關係 ... 18
表 2-4 九年一貫「科學態度」素養與相對應的科學態度具體成分 ... 21
表 3-1 準實驗前後測設計... 41
表 3-2 研究樣本分配表 ... 42
表 3-3 不同組別在「問題解決能力」與「科學態度」前測 t 檢定摘要表 ... 43
表 3-4 問題解決能力量表向度與題目構念對照表 ... 44
表 3-5 分量表與題號之關係表 ... 45
表 3-6 科學態度量表給分示例 ... 46
表 3-7 教學活動單元課程表... 52
表 4-1 實驗組「問題解決能力」前後測 t 檢定摘要表 ... 56
表 4-2 控制組「問題解決能力」前後測 t 檢定摘要表 ... 57
表 4-3 不同組別在「問題解決能力」之前後測敘述統計表 ... 57
表 4-4 不同組別在「問題解決能力」之迴歸係數同質性考驗摘要表 ... 59
表 4-5 不同組別在「問題解決能力」總分之共變數分析 ... 59
表 4-6 不同組別在「問題解決能力」後測調節平均數摘要表... 59
表 4-7 不同組別在「問題解決過程」之共變數分析 ... 60
表 4-8 不同組別在「問題解決過程」後測調節平均數摘要表... 60
表 4-9 不同組別在「問題解決情意」之共變數分析 ... 61
表 4-10 待答問題一之虛無假設結果整理 ... 61
表 4-11 實驗組「科學態度量表」前後測 t 檢定摘要表 ... 64
表 4-12 控制組「科學態度量表」前後測 t 檢定摘要表 ... 65
表 4-13 不同組別在「科學態度量表」前後測之敘述統計表... 66
表 4-14 不同組別在「科學態度量表」前後測差異比較摘要表... 66
表 4-15 不同組別在「科學態度量表」之迴歸係數同質性考驗摘要表 ... 67
表 4-16 不同組別在「科學態度量表」總分之共變數分析 ... 68
表 4-17 不同組別在「科學態度量表」後測總分之調節平均數摘要表 ... 68
表 4-18 不同組別在「科學態度」彈性分量表之共變數分析... 69
表 4-19 不同組別在「科學態度」彈性分量表之調節平均數摘要表 ... 69
iv
表 4-20 不同組別在「科學態度」客觀性分量表之共變數分析... 69
表 4-21 不同組別在「科學態度」客觀性分量表之調節平均數摘要表 ... 70
表 4-22 不同組別在「科學態度」因果關係分量表之共變數分析 ... 70
表 4-23 不同組別在「科學態度」因果關係分量表之調節平均數摘要表 ... 70
表 4-24 不同組別在「科學態度」好奇心分量表之共變數分析... 71
表 4-25 不同組別在「科學態度」批判精神分量表之共變數分析 ... 71
表 4-26 不同組別在「科學態度」科學認知領域之共變數分析... 72
表 4-27 不同組別在「科學態度」科學情意領域之共變數分析... 72
表 4-28 不同組別在「科學態度」科學情意領域之調節平均數摘要表 ... 72
表 4-29 不同組別在「科學態度」科學行為領域之共變數分析... 73
表 4-30 待答問題二之虛無假設結果整理 ... 74
表 4-31 不同組別在自然與生活科技領域前後測 T 分數敘述統計表... 78
表 4-32 實驗組自然與生活科技領域前後測之相依樣本 t 檢定摘要表 ... 79
表 4-33 控制組自然與生活科技領域前後測之相依樣本 t 檢定摘要表 ... 80
表 4-34 不同組別在自然與生活科技領域之迴歸係數同質性考驗摘要表 ... 80
表 4-35 不同組別在自然與生活科技領域之共變數分析 ... 81
表 4-36 待答問題三之虛無假設結果整理 ... 81
表 4-37 學生對教師於課堂使用的教學方式滿意度之反應情形... 83
表 4-38 學生對教師於課堂讓自已動手做滿意度之反應情形... 83
表 4-39 學生對教師於課堂讓自已有更多思考機會滿意度之反應情形 ... 84
表 4-40 學生於課程中表達自已意見滿意度之反應情形 ... 84
表 4-41 學生使用程式設計完成任務滿意度之反應情形 ... 85
表 4-42 學生對合作學習教學模式滿意度之反應情形 ... 85
表 4-43 學生對上課主動思考之與尋求解答滿意度之反應情形... 86
表 4-44 學生在參與感滿意度之反應情形 ... 86
表 4-45 學生認同觀察、發現問題之教學內容滿意度之反應情形 ... 86
表 4-46 學生認同合作學習應用於其他課程滿意度之反應情形... 87
表 4-47 學生對科學上之知識與技能課程滿意度之反應情形... 87
表 4-48 學生對機器人課程期待滿意度之反應情形 ... 88
v
圖 目 次
圖 2-1 問題解決能力與推理、批判、創造思考力之關係 ... 13
圖 2-2 圖形化編輯化環境 NXT-G 程式界面示例 ... 25
圖 3-1 研究架構圖 ... 40
圖 3-2 研究流程圖 ... 51
圖 4-1 實驗組「問題解決能力」前後測差異圖... 58
圖 4-2 控制組「問題解決能力」前後測差異圖... 58
圖 4-3 自然與生活科技領域學業成就組間前後測比較圖 ... 78
圖 4-4 自然與生活科技領域學業成就組內前後測比較圖 ... 79
第一章 緒論
教育的主要目的之一就是要培養學生帶得走的能力，九年一貫課程正式綱要 裡，也明白指出要培養學生獨立思考、解決問題能力的課程目標，所以今日的科 學教師在教學上應該注重的是如何讓學生具備解決問題的能力、培養學生正確的 科學態度，使他們具有科學的素養。本研究旨在探討運用 Lego Mindstorms 對國小 兒童問題解決能力與科學態度影響之可能性。本章共分為四節，第一節說明研究 動機、第二節為研究目的與待答問題、第三節為名詞釋義、第四節為本研究的範 圍與限制，茲分述如下：
第一節 研究動機
二十一世紀是一個快速變動的年代，科技以驚人的速度改變人類的生活，進 而帶動整個社會結構與生活等各方面有如漩渦般加速地變化，變化之後所衍生的 問題日趨複雜程度與日俱增，生活中充滿了未知與挑戰。人類解決問題的方式大 部份來自於學習，而目前學校教育仍是個人獲得新知或更新所學的主要場所，然 而每個人在學的時間有限，只依賴學校將無法提供或更新知識變動的需求，只有 面臨被淘汰一途（楊朝祥，2001）。據此，對於問題解決能力已成為個人未來生存 與競爭力的重要指標，當今教育所面臨的問題之一就是如何有效的教導學生解決 問題的方法。
聯合國經濟合作發展組織在 2003 PISA 評量架構中將問題解決視為一獨立學 科領域，認為問題解決是未來學習、參與社會及進行個人活動的基礎，可見問題 解決的重要性逐漸為國際教育、評量組織所重視（OECD, 2003）。我國九年一貫課 程綱要實施要點中也強調，學生的學習應以培養其探究和實作能力，教學活動設 計應以解決問題為主，務求學生獲得獨立思考與解決問題之綜合能力。自中小學 實施九年一貫課程以來，學校教育為了培養學童帶著走的能力，故在課程內容及 其教學法有著顯著的改變，而觀其課程結構與課程內容的改變則以解題和推理為 主流（教育部，2007），因「問題解決」這主題，不論時間經歷多久，科技如何發 達，人們總是必須去面對種種問題，諸如職場上或生活上的問題等，而設法去解 決問題。又以往中小學在升學主義壓力、聯考制度與社會價值束縛之下，只得應 付考試，造成學生基本能力的培養不足，教師在教導解決問題相關的內容時，往
往未能採用適當的方法，以致於無法讓學童學到實際生活上所需的能力（何福田，
2001）。目前課程已朝統整方式改變，而主題式、問題式教學的模式更能提供學習 者主動學習、發現問題，進而尋找答案，解決問題。俗話說：「給孩子一條魚，不 如教他釣魚」，教導兒童「學習如何學習」和「有效解決問題」的重要性由此可見，
於是探討在教育上如何提升學童具有解決問題的能力也就成為刻不容緩的工作。
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」。何福田（2001）亦認 為，九年一貫新課程的精神強調「創新教學」，重視啟發兒童的創意與潛能，也反 映了二十一世紀邁向知識經濟、國際競爭的全球化趨勢。實施多年的九年一貫課 程已陸續在驗證其改革成效結果如何，其中對於兒童的問題解決能力部份，在九 年一貫的實施之下，教學方法已漸漸從由直接教學法轉成以兒童為中心、討論與 小組合作教學模式，有些研究者則嘗試採用各種不同的創新教學模式來探討對其 對學童問題解決能力的影響，也得到顯著的效果：如應用網路化問題解決教學模 式、電腦益智遊戲與電腦冒險遊戲等（李佳蓉，1995；許東華，2003）。觀其研究 結果發現，應用電腦或網路的創新教學模式對學生的問題解決能力雖有一定的正 面影響，然目前電腦遊戲或線上遊戲常因不當的使用使人沉迷於其中而無法自 拔，反而造成社會及教育上的另一隱憂，故使用時不可不甚。然而把遊戲或玩具 引進課堂做為輔具確實常能起學生的注意與學習興趣，引起動機在教學上是非常 重要的一環，國內許多研究（林智皓，2007；黃期璟，2003）曾引進傳統實體積 木於教學中，採動手做、做中學的教學模式讓學童經由嘗試錯誤來探討對學習者 的學習動機和創造力、問題解決的能力的影響，亦有正面的成效。
靜態的實體積木並不能自動化的去完成任務，對於高層次思考的培養有限，
而以往的 LOGO 軟體透過程式語言來實現學習者的想法，但終究無法透過實物來 思考與驗證，田耐青（1999）認為結合傳統積木與圖形化程式設計控制界面的樂 高機器人套件可成為一個「科技支援之建構學習環境」，若能透過將其融入課程教 學中，將有助於培養學童的獨立思考與解決問題的基本能力。
兒童在運用 Lego Mindstorms（即樂高機器人套件，國內學者常以「電腦樂高」
稱之）在解決一個實際的問題情境時，經由兒童對問題的思索、提出解決方案，
從積木組裝建構、圖形式界面程式設計、嘗試、修正到完成，反覆邏輯辯證，終 達到有意義的建構學習，這樣的一個問題解決步驟正符合了心理學家對問題解決 所詮釋的歷程（張春興，2005）。
研究者任教國小教職近十年，一方面競業於本身的任教班級的教學經營外，
也常為引起學生學習的動機與提供不同的學習方式而嘗試應用各種教學科技工具 於課堂中，如應用網路搜尋、部落格、WIKI、FLASH 動畫等教學媒體來引導學生 高層次的思考並培養利用科技來解決問題或創作，但反思教學結果常是教學者主 動去教而學習者處於被動的接受地位，學習效果不甚理想，直到研究者接觸 Lego Mindstorms 後，進一步閱讀相關文獻，嘗試讓學生在課堂上摸索、組合與操作，
發現 Lego Mindstorms 與培養學生高層次思考智能有一定的關連性。然而有關的實 徵研究文獻不多，如吳斯茜（2005）的研究結果指出「網路輔助電腦樂高課程」
能夠提昇學生問題解決的態度；吳志緯（2003）運用電腦樂高後發現其問題解決 的相關歷程；在高中（職）學習階段之研究較多，且集中在程式設計（許雅慧，
2005；黃世隆，2004；劉洲，2004）與專業實習課程（高惠玲，2007）。有鑑於九 年一貫課程同時強調「自然」與「生活科技」的重要性，在加上資訊電腦議題已 加入正式課程中，本研究欲透過 Lego Mindstorms 此科技創新工具來探討其對國小 學童問題解決能力之影響。
此外，九年一貫課程綱要在「自然與生活科技」學習領域中，對於科學學習 所要培養之國民科學素養，依其屬性和層次分成八項來陳述，即過程技能、科學 與技術認知、科學本質、科技的發展、科學態度、思考智能、科學應用與設計與 製作（教育部，2007）。可見在國中小學科學教育裡，科學知識與概念、科學過程 及科學態度是同等重要，尤其在小學啟蒙階段的學生，對科學的態度和興趣的維 持，是引發學習的動機與持續科學學習的動力，教育學者莫不重視如何引起學生 的學習動機與培養正確的科學態度。Lego Mindstorms 的操作植基於動手做與建構 理論的學習模式，符合九年一貫課程採學生為中心的建構學習理念，過去應用電 腦樂高積木融入自然與生活科技領域的研究，在科學創造力、科學過程技能與學 習動機等方面已有良好的效果（吳志緯，2003；吳斯茜，2005；李謀正，2005）。
另外，陳英豪等人（1991）調查研究發現，國小學生的自然科學習成就與科學態 度呈正相關，因此本研究欲進一步探討 Lego Mindstorms 對國小學童的科學態度與 自然與生活科技領域學業成就的影響，應可對國小科學與生活科技教育提供一些 建議與幫助。
由於本研究所引入的 Lego Mindstorms 機器人套件在 2006 年重新改版發行，
即由早期的 Lego RCX 改成 Lego NXT 版本，其特性、功能與操作性有相當改變，
且國內運用在教育現場仍屬少見，但其運用科技之創新教學方法早已引起國內學 者重視，並視為適合國小推動「科技支援之建構學習環境」的一大利器（田耐青，
1999）。是以本研究試圖探究 Lego Mindstorms 對國小學童的問題解決能力與科學
態度的影響，進而提供國小教師或家長利用此創新科技做為教學輔具時的參考。
第二節 研究目的與待答問題
一、研究目的
綜合上述研究動機，本研究的目的如下：
(一) 瞭解應用 Lego Mindstorms 主題探究教學對國小學童的問題解決能力的 改變情形。
(二) 瞭解應用 Lego Mindstorms 主題探究教學對國小學童的科學態度的改變 情形。
(三) 瞭解應用 Lego Mindstorms 主題探究教學對國小學童的自然與生活科技 領域學業成就的改變情形。
(四) 研究結果形成結論並提出建議，做為日後從事機器人教學與科學教育相 關人員參考。
二、待答問題
依據本研究動機與目的，本研究擬探討的待答問題陳述如下：
(一)國小學童參與和未參與 Lego Mindstorms 主題探究教學活動，在問題解決 能力上是否有差異？
(二)國小學童參與和未參與 Lego Mindstorms 主題探究教學活動，在科學態度 上是否有差異？
(三)國小學童參與和未參與 Lego Mindstorms 主題探究教學活動，在自然與生 活科技領域學業成就上是否有差異？
第三節 名詞釋義
一、問題解決能力
問題解決是指個人在面對問題之時，綜合運用知識技能，以其達到解決目的 的思維活動歷程。在本研究的「問題解決能力」所指的是以潘怡吟（2002）依據
九年一貫綱要中問題解決能力指標所設計的「問題解決能力量表」（Problem Solving Ability Scale, PSAS）的得分，其內容分為「問題解決過程」與「問題解決情意」
兩個層面，其中包含 13 個向度，即察覺自己也可以處理事情；主動參與；提出可 探討的問題；確定問題性質；處理問題、安排工作步驟；分配工作，完成合作；
創意思考能從事自由聯想和腦力激盪的創造活動；求真求善的精神；評估-合理、
有效；執行-設計實驗、驗証假設與操作；批評他人意見；執行-持續參與；反省；
應用。
二、科學態度
科學態度包括了「科學的態度」與「對科學的態度」兩個不同層次。本研究 科學態度是指「科學的態度」，指個人運用科學的方法探究科學知識，並應用到日 常生活行為上的意願、習慣及處置的方法總稱。本研究以陳英豪等人（1991）所 編製的「科學態度量表」之得分為主，本量表包含五個科學態度層面：彈性、客 觀性、因果關係、好奇心與批判精神。
三、Lego Mindstorms 機器人套件
本研究所採用的機器人套件是由丹麥樂高公司於 2006 年和美國麻省理工學院 共同開發的機器人組件型號 9797「教育用版本 Lego Mindstorms NXT」，其組件包 含各式傳統的樂高積木、齒輪、輪胎、與一個 NXT 智慧型積木，即微型電腦核心 NXT 主機，藉由 4 個 port 輸入感應裝置、3 個 port 輸出動作裝置，藉由圖形化程 式編輯環境 NXT-G 軟體設計程式來控制機器人。本實驗研究原則採一小組學生採 用一組 Lego Mindstorms 套件，惟仍須視問題情境之所需，另準備其他擴充零件給 學生使用來建構機器人。
四、圖形化程式編輯環境 NXT-G 軟體
本研究所指的圖形化程式編輯環境軟體是以美商國家儀器公司所開發的 LabVIEW（Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench 縮寫）為編繹 核心的程式界面平台 The NXT-G Programming Language（簡稱 NXT-G），透過人機 介面採圖形化的程式編寫方式可以更快、且容易地控制 Lego Mindstorms，工作原 理即使用者藉由連結一連串的簡單圖示而形成複雜的程式後下載至 NXT 智慧型 積木內進而控制輸入感應器或輸出伺服器馬達，而達成控制機器人的目的。
第四節 研究限制
一、基於教學現場的客觀事實，本研究無法採用隨機抽樣方式選取研究對象，
故採用準實驗研究，在研究結果上僅能代表研究者個人運用 Lego Mindstorms 教學 時對學生問題解決能力與科學態度影響之描述性解釋，並不適宜進一步做普遍性 的推論。
二、本研究課程係以 Lego Mindstorms 為操弄工具，配合問題解決歷程自編教 材內容，然因 Lego Mindstorms 應用範圍甚廣，無法一一列入課程設計考量，故課 程僅以能配合國小高年級的自然與生活科技領域學習指標為範圍，並限制在物 理、數學應用為原則，研究結果不宜推論至其他不同課程領域之教材上。
三、由於控制組於實驗教學活動期間未特意進行問題解決相關的教學，無法 給予操作 Lego Mindstorms 機器人套件或相關 Lego 積木，然考量到研究倫理且基 於受教公平性原則，故於實驗結束後，研究者將另安排時間給予控制組學生相同 的活動課程。
第二章 文獻探討
本研究主要在瞭解 Lego Mindstorms 對國小高年級學童問題解決能力與科學態 度的影響，因此本章將從文獻的回顧中，探討與本研究相關的主題。全章共分為 五節，第一節對問題解決能力做探討，第二節介紹科學態度，第三節則探討 Lego Mindstorms 的理論基礎與相關教學策略應用，第四節說明 Lego Mindstorms 在兒童 教育上的內涵為何，最後第五節對 Lego Mindstorms 近年相關實徵研究加以整理分 析。
第一節 問題解決能力
本節首先探討並釐清「問題」與「問題歷程」為何後，試圖界定本研究「問 題的範圍與性質，其次分析問題解決能力的內涵與其常見的評量工具，最後整理 近年來問題解決能力相關的實徵研究。
一、問題的定義與類型
生活中各式各樣的問題環繞在身邊，因此培養學生問題解決的能力與態度，
往往是世界各國重要的教育目標。在認知心理學上，問題則是指個體在有目的待 追求但尚未找到適當手段時所感到的心理困境（張春興，2005）。若以問題發生的 狀態來定義問題，則是指擬定的「目標」與「實際狀況」之間的差距（Treffinger &
Isaksen, 1992）。Mayer（1992）進一步指出，「問題」的定義雖有不同的表述，然 大部份的心理學家所同意的定義具有下列特徵：
1.指定（Givens）：問題的初始狀態，問題開始於一定條件之一種狀態。
2.目標（Goals）：問題想要達到之目標，即該問題所預期達的狀態。
3.障礙（Obstacles）：思考者以其某種方式改變問題的目前狀態，但未其正確 答案，亦即未能明顯獲得問題解決。
綜合以上學者的定義和界定，研究者認為問題的存在與否，是個人主觀的認 知與感受，當個人認定所遇到的情境造成本身的困擾或落差時，「問題」即出現，
而「欲問題解決」即是在改變現狀的過程中，藉由各種方式逐漸改變現狀以達到 預先設定的目標的心理歷程，此為一種高層次思考的心理活動。
由於在日常生活中充滿各式各樣的問題，且問題包羅萬象，有大有小、有複 雜有簡單，於是界定問題的範疇與理解問題的類型將有助於本研究問題的界定。
以下即整理出近年國內外各學者對「問題」的分類之看法。
(一) 葉重新（1999）將問題分為結構性的問題、重組的問題、 曲折問題與明 確或不明確的問題。
(二) Sternberg（1996）將問題分為定義良好與定義不良問題兩種。
(三) Wolfinger（1984）認為在自然科學常見的問題有著重在「如何」運用材 料得到解答的操作性問題與以「為什麼」開頭的理論性問題。
(四) Gega（1991）將問題分為兩種，一種為較適合探索，操作的開放性問題，
此問題類型較不易於預測和評量。另一個為解答空間有一定限制，答案明確可以 預測的閉鎖性（closed）問題 （引自洪文東，2003）。
(五) Dillon（1982）將問題分為呈現式問題、待發現問題與待創造的問題。
(六) 張玉成（1998）則將問題歸納成五大類型，即認知記憶性、推理性、創 造性、批判性與常規管理性的問題。
(七) 張春興（2005）也指出心理學家常將問題分為 1.結構性問題：指可依一 定程序思維的方式求得解答的問題。2.無結構性問題：指因情境不明或因素不足不 易找到解答線索的問題。3.爭論性問題：指帶有情緒色彩的問題。
依上述對問題分類的理解，針對 Lego Mindstorms 的特性與學生學習操作的適 切性而言，研究者將「問題」限定在待發現、開放性問題或創造性問題，藉由主 題式探究教學活動來讓學生從多方面進行高層次的思考，發現問題並形成表徵，
提出有效的解決方法，以培養學生問題解決的能力。
二、問題解決的定義與歷程
問題解決是一種情境，源於現有目標與期望目標產生的差距。問題解決的產 生通常是指個體面臨題情境，但一時不能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（陳龍安，2004）。以認知的心理觀點來看，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（張春興，
1993）。然而在尋求這途徑的過程，學者們常有不同的內涵詮譯，有學者認為個體 將運用所學過的各種知識、經驗與技能，經思考、推理後而達到問題解決的目的
的過程（楊美雪，1994）或是主張個體將重組問題情境中的各項線索後，頓悟出 來的結果（林清山譯，1997）。以下整理各學者對「問題解決」的看法：
(一) Sternberg（1999）認為「問題解決」的目的即在於消除阻塞在通往「解答」
的路徑上的障礙。
(二) Polya（1957）認為「問題解決」是指：有意識地尋找某些恰能達到一項 已明確構想、但無法立即達到的目標之行動。找出如此的行動，即是解決問題。
(三) Gagn’e（岳修平譯，2000）認為「問題解決」是個體將已學過的概念與規 劃加以組合，應用來解決某一問題的過程。
(四) 黃茂在和陳文典（2004）認為「問題解決」是當個體遇到問題時，能有 規劃、有條理、有方法、有步驟地合理有效解決問題。
(五) 黃萬居（2004）從認知、過程、能力結構此三個觀點來看問題解決，在 認知觀點中，問題解決是一種訊息處理的過程。在過程觀點中，將問題解決的處 理過程步驟化。在能力結構的觀點中則分析問題解決時需具有的能力。綜合以上 觀點，「問題解決」是個人具有問題解決所需相關能力，在訊息處理的過程中，步 驟式的將所遭遇的問題解決。
問題解決的歷程就是一個目的導向的歷程，然各種問題的產生情境、性質、
範疇皆有所不同，問題解決的歷程也因問題的種類而有所差異，所以學者們各有 不同的解讀而提出不同的問題解決步驟，以下整理相關學者所提出的問題解決歷 程：
(一) Dewey（1910）指出問題解決的五個歷程，依序為
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。
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. 選選最佳假設：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。
(二) D'Zurilla 和 Goldfried（1971）所提的問題解決步驟則為：
1. 問題定向：包括心向或態度，如接受問題情境是生活中正常的一部份；
抑制衝動或放棄的傾向。
2. 界定問題與說明：說明問題情境中的條件，找出相關的資訊，確定主 要目標。
3. 產生可能的解題途徑：產生適合解題的可能方案。
4. 做決策：從所有解題方案中找出最佳者。
5. 驗證：評估解題方案的執行結果，以便自我修正。
(三) 王美芬和熊召弟（1995）針對國小課程，認為自然科的學習包含許多實 驗活動，學生經由操作實驗過程引發思考、學習科學方法並獲得科學概念。實驗 的問題解決過程包含下列步驟：
1. 辨認問題：確定自己要解決什麼樣的問題。
2. 將問題轉化為可以實驗探究的型式：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設計。
4. 實際執行實驗：將實驗實現，在過程中進行觀察、操弄變因、確實紀 錄。
5. 詮釋數據與訊息並下結論：經過實驗提出結論，學習其中包含的科學 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。
(四) 張春興（2005）參考國內外多位學者的看法，將問題解決歷程歸納為下 列五點：
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。
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：在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。
由前述可知，已有相當可觀研究與論述在探討問題解決的定義與歷程，問題
解決歷程究竟會歷經哪些程序，學者們的觀點各有所長、繁簡不一，然見解大同 小異。綜合以上學者觀點，研究者認為「問題解決」是一種認知的歷程，其運作 是為了尋找在某情境下個體察覺到現實狀況與假設目標之間的差距，且必須運用 既有的知識、已學的概念來跨越這個障礙或消弭這道鴻溝。
由於考量本研究的對象為國小學生，心智尚在發展階段，整個問題解決步驟 並不宜太過於複雜，電腦樂高的學習手冊中，呈現電腦樂高的操作過程通常包括：
1.設計與組裝機器人 2.在電腦上編寫程式 3.將程式下載至 RCX。4.測試與執行程 式。本研究以科學與科技教育為著眼點，故參酌國內研究者（吳志緯、黃萬居，
2003；李謀正，2005）在利用電腦樂高進行教學活動時，發現較適合電腦樂高之 問題解決歷程，研究者在設計教學活動時所依循的問題解決將採如下模式：
1. 發現問題：學生了解題目或競賽情境規則後，對於欲解決問題的發現問題 的所在或依據競賽的目標找出干擾得勝的原因為何。
2. 確定問題：結合學習舊經驗或教師給予的 Lego Mindstorms 新技術原理，在 發現的問題中辨識出相關的科學概念後將問題以轉化為實驗的形式。
3. 決定方法、分配工作：思考並討論競賽獲勝的策略，並決定問題解決的方 法後，決定小組成員的工作。
4. 組裝、設計：包含機器人設計與程式設計，以完成目前的問題情境。
5. 執行測試：啟動組裝完成的機器人，執行所決定的問題解決計畫。
6. 反省回顧：評估計畫的執行結果，反思是否修正或補強。
三、問題解決能力內涵與評量工具
日常生活中的問題包羅萬象，一切對個人難以理解之事物都將構成問題的來 源。「問題解決」則是運用思考能力去找出解題方法，以達解決問題目的之一段心 理活動歷程（黃茂在、陳文典，2004）。顯然，思考是一種內在認知活動的行動，
也是解決問題的心理活動歷程，個體在問題解決的歷程中，必須運用如分析、綜 合、推理等各種思考能力，才能達到解決問題的目的。以下整理出各學者對問題 解決能力的見解：
(一) Bloom, B. S.（1956）以「問題」的認知層次將解決問題所運用的思考能 力分成六大類（引自林顯輝，1990）：
1. 知識（Knowledge）層次：學生只需要記憶、背誦，包括名詞定義、記 憶事實、原理原則、觀察現象等。
2. 理解（Comprehension）層次：學生能瞭解所學過的知識或概念，並能 組織、重组、解釋之。
3. 應用（Application）層次：學生能夠將所其學到的原理原則、方法、步 驟、規則和運用到新情境的能力，並能應用這些原理等概念知識去解答問題。
4. 分析（Analysis）層次：學生能將其所學到的概念、原理原則，分析成 為各個構成的部分，或找出部分之間的相互關係，可分析化合物中組成元素或分 析內容的主要主題和次要主題。
5. 綜合（Synthesis）層次：指在評量學生的創造能力，讓學生設計自己 的產物，型態模式和想法。學生須分析現象、形成假設並提出解釋學生設計出他 們的實驗方法及測試假設。
6. 評鑑（Evaluation）層次：屬於思考性的複雜高層次，沒有標準答案，
需要學生就他所知的知識，去做價值判斷，提出解答問題的方法。學生須對問題 提出判斷及評鑑，並說明支持此評鑑的理由。
(二) 詹秀美與吳武典（2007）認為問題解決的能力包括以下五項，且這五項 能力需運用運用邏輯思考與擴散思考，來解決日常生活所遇到之問題：
1. 解釋推論的能力。
2. 猜測原因的能力。
3. 逆向猜測原因的能力。
4. 決定解決方法的能力。
5. 預防問題的能力。
(三) 黃茂在與陳文典（2004）認為廣泛的問題解決能力即是「所有的能力」， 如在察覺問題階段有些問題需要想像力、批判思考；確定問題階段有些需要推理 能力，當要執行計畫時有些則需要耐心和創造力。
(四) 洪文東（2003）即認為傳統問題解決較重視分析與量化的能力，即注重
推理思考的能力，而忽略了創造思考能力，甚至將批判思考當成對立的思考方式，
於是依據 CPS（Creative Problem Solving）學者的論點（Treffinger & Isaksen, 1992）
進一步提出問題解決能力所需具備的三種思考智能為創造思考力、批判思考力與 推理思考力，其關係如圖 2-1 所示。
圖 2-1 問題解決能力與推理、批判、創造思考力之關係 資料來源：洪文東（2003）。
(五) 國民教育九年一貫課程綱要（教育部，2007）在自然與生活科技領域之 分段能力指標中，列出問題解決能力如下：
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。
5. 養成遇到問題時，先試著確定問題性質，再加以實地處理的習慣。
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。
依上述，問題解決能力顧名思義就是擁有解決問題的能力，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，解決問題的歷程中包含許多步 驟，然而問題解決能力包含了各式各樣的能力且各階段所運用的策略也有不同，
研究者認為問題解決能力是一種多向度的高層次思考能力，個體在問題解決的過 程中，必須運用自己的知識、經驗和技能，蒐集有用的資訊，透過不斷的創造與 思考過程，分析判斷出最合適的解決方法，再經過嘗試錯誤和修正，以達到解決 問題的最終目的。
國內研究問題解決能力的研究頗多，但評量工具相對而言實屬少數。以下參 P
C1 R C2
P：問題解決能力 C1：批判思考力 R：推理思考力 C2：創造思考力
考朱榮富（2006）對問題解決能力評量工具的整理並加上研究者搜尋近年來相關 文獻所做的整理：
表 2-1 國內常見問題解決評量工具
編製者(年代) 評量工具 適用對象 問題解決能力向度
羅芝芸（1999） 兒童問題解決能 力量表
4-6 年級 主要測量兒童日常生活之問題解決能力。
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.察覺問題存在的能力 5.察覺行為動機的能力 張志豪（2000） 創造性問題解決
能力問卷
高中生 主要測量受試者創造性問題解決的能力。
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 詹秀美和吳武典
（2007）
新編問題解決測 驗
4-7 年級 測量兒童運用思考及推理能力，解決日常 生活問題的能力。
1.界定原因 2.解決方法 3.預防問題 4.變通性 5.有效性 潘怡吟（2001） 問題解決能力量
表
5-6 年級 1.察覺自己也可以處理事情 2.主動參與
3.提出可探討的問題 4.確定問題性質
5.處理問題、安排工作步驟 6.分配工作合作完成
7.創意思考、能從事自由聯想 8.腦力激盪的創造活動 9.求真求善的精神 10.評估－合理、有效
11.執行－設計實驗、驗證、假設操作 12.批判他人意見
13.執行－持續參與 14 反省
15.應用 李震甌（2002） 問題解決能力測
驗
3-6 年級 改編王萬清（1987）編製的「問題解決能 力測驗」A 卷
(續後頁)
表 2-1 (接前頁)
編製者(年代) 評量工具 適用對象 問題解決能力向度
李震甌（2002） 科學問題解決能力 測驗
5-6 年級 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 王萬清（1987） 問題解決能力測驗 3-6 年級 1.發現問題
2.界定問題 3.計劃實施步驟 4.產生合乎邏輯的分析 5.提出可行的方案 潘怡吟（2002） 問題解決測驗 5-6 年級 1.察覺問題之存在
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
李曉菁（2004） 問題解決能力自我 檢核表
5-6 年級 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 林珮珍（2004） 問題解決測驗 4 年級 1.察覺問題的存在
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
張文芬（2004） 科學問題解決能力 測驗
5-6 年級 1.面對問題的態度 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
由上表 2-1 整理可知，國內問題解決評量工具，有些參酌國外版本後修改，
如詹秀美和吳武典（2007），有些則參考他人而編修成符合自身研究的需求，如張 志豪（2000）、李震甌（2002）等人，依問題解決理論而自編工具者，如李曉菁
（2004）、林珮珍（2004）與潘怡吟（2002）等人。參考以上工具，有的年代過久，
無法符合學生目前的生活狀況，有的不符合本研究對象年齡，有的實驗背景情境 不同與過於偏向領域特定範圍。另外，問題解決能力的評量工具，大致分為「自 評」的「量表」與「他評」的「測驗」，研究者考量到學童的書寫表達能力與施測 內容代表性的效度疑慮，決定使用潘怡吟所發展出的問題解決能力量表為本研究 的施測工具，量表係依據九年一貫課程綱要的能力指標中「問題解決與獨立思考」
所列出的細目而定，本研究擬於第三章之研究工具中詳細論述。
四、問題解決能力相關實徵研究
問題解決能力近年來已受到教育學者重視，各國也將之列為重要教育目標之 一，九年一貫課程亦將獨立思考與解決問題的能力列為十大基本能力指標之一，
國內學者對問題解決能力與態度的培養均投以關愛眼神，相關研究為數不少，茲 分析整理如下：
(一) 問題解決能力與學習風格的關係
張文芬（2004）以高雄市四所國小之 250 位高年級學童為研究樣本，比較不 同學習風格國小高年級學童在科學的問題解決能力之表現。其問題解決能力的內 涵包含面對問題的態度、處理事情的方式、科學創造思考、科學批判思考與科學 推理思考等五個向度，研究發現：學習風格變項在科學問題解決能力之無顯著差 異，但「思考者」、「理論者」類型之學童在科學問題解決能力測驗的得分顯著高 於「行動者」之學童。
(二) 問題解決能力與學習能力的關係
李震甌（2002）比較目前國小高年級 218 位高年級學童之自然科高、低學習 成就學童在科學問題解決能力表現。與本研究的相關發現為：不同性別在科學問 題解決能力有顯著差異。
(三) 問題解決能力與性別的關係
問題解決能力與性別的許多研究發現存在著性別差異，但男、女何者為佳則 無定論。若依上述問題解決能力的內涵探討，研究者認為這應與問題的類型有關。
以下整理國內問題解決能力與性別相關的研究，如表 2-2：
就傳統的觀念而言，一般人認為在科學上的議題上，男性的表現應優於女性，
但李震甌（2002）的研究並不支持這種看法，而柳秀蘭（1994）的研究更是女生 優於男生。究其因，研究者認為與測驗工具內容之各向度內涵及問題解決歷程的 界定有關。本研究因樣本數少，惟恐統計效力不足而無法進一步去探討。
(四) 問題解決能力與年級的關係
柳秀蘭（1994）以國小四至六年級學生為研究對象，研究顯示不同年級之問 題解決能力存在顯著性差異，且隨著年級的升高而提升。王萬清（1987）以國小 三至六年級學生為研究對象，進行以 LOGO 為思考環境的電腦輔導問題解決課 程，結果發現學生的問題解決能力，在不同年級、性別、及組別間未具有交互作 用。
(五) 不同教學策略對問題解決能力的關係
影響問題解決能力的因素，除了研究對象本身的生理因素外，許多研究亦試 圖操弄教學策略與工具來探討其對問題解決能力的影響，表 2-3 僅整理近年出實驗
表 2-2 問題解決能力與性別的關係
研究者（年代） 研究對象 相關研究結果
李震甌（2002） 五、六年級學生（218 名） 1.不同性別學童在科學問題解決能 力的表現上並沒有明顯的差異。
2.不同性別學童在科學問題解決不 同階段中各思考特性的表現沒有 差異。
劉淑雲（2003） 四、六年級學生（663 名） 男女生之問題解決能力在整體層面 及其他各分層面上皆未達顯著差 異。
柳秀蘭（1994） 四、五、六年級學生（國小資優 班學生 150 名；普通學生 140 名。
山地學生 119 名）
三組學生除「解釋推論」無性別差 異外，在其餘的四項基本能力及總 分間，均有性別的差異存在，且女 生優於男生。
吳坤銓（1996） 四、六年級學生（764 名） 男生之問題解決能力顯著優於女 生。
王琇葉（2006） 一年級學生（33 名） 不同性別學生的問題解決能力並沒 有顯著差異。
對象為國小學童之國內的相關研究：
由以上相關研究探討發現，除了生天或生理成長的特性會對學童問題解決能 力有影響外，後天的環境，如適當的教學策略或工具的操弄，亦可能有顯著的改 變 。 目 前 國 小 的 自 然 與 生 活 科 技 領 域 中 的 生 活 科 技 教 學 即 強 調 學 童 由 實 作
（hands-on）中去主動學習，研究者認為若能使用 Lego Mindstorms 此創新科技融 入於教學中，應可培養主動探究與解決問題的能力。
第二節 科學態度
九年一貫自然與生活科技學習領域分段能力指標指出自然與生活領域的學習 主要目標，在於提升國民的科學素養。科學素養分別為過程技能、科學與技術認 知、科學本質、科技的發展、科學態度、思考智能、科學應用、設計與製作，而 科學態度是培養具有科學素養的重要一環（教育部，2007）。可見態度是科學教育 研究領域當中一個重要的主題，國小學童對自然科學的態度可以說是學習科學的
表 2-3 不同教學策略或工具與問題解決能力的關係
研究者(年代) 教學策略或工具 研究對象 相關研究結果
劉南坤（2004） STS 教學 五年級 123 人 1.STS 教學能提升五年級學生的問 題解決能力。
2.STS 教學對不同性別學生的問題 解決能力影響相同。
3.STS 教學對不同能力學生的問題 解決能力影響相同。
蘇秀玲（2004） 科學遊戲 四年級 58 人 問題解決能力量表中的問題解決過 程、問題解決情意向度實驗組皆優 於控制組學生。
林文賢（2007） 黑白棋數位學習 五年級 136 人 實驗教學未能提升學童之問題解決 能力。
朱柏州（2002） 網路上的合作學 習教學
六年級 63 人 合作學習策略在網路教學上對學生 問題解決能力的沒有顯著的成效與 影響
朱榮富（2006） WebQuest 學習管 理系統
五年級 65 人 利用 WebQuest 學習管理系統進行 學習能提升學生問題解決能力。
原動力。
本研究試圖運用 Lego Mindstorms 為學習工具，使學童接觸科學領域的問題與 探索知識過程時，探討兒童的科學技巧、思考與行為傾向，學生對自然科學領域 之科學態度是否改變，是本研究探討的重點，故以下就針對態度與科學態度的意 義、科學態度的內涵一一探討：
一、態度與科學態度的界定
(一)態度的意義
「態度」是指個人對人、事、物以及周遭世界，憑其認知及好惡所表現的一種 相當持久一致的行為傾向（張春興，1993）。陳英豪等人（1990）則定義態度為「一 個人關於特定主題的傾向、感覺、評價、認定與行動的總合」。Shrigley（1990）進 一步將態度分成認知、情感及行為三種成份：
1.認知成份－指對態度對象的瞭解或所持有的看法；
2.情意成份－指對態度對象的感覺或喜好；
3.行為成份－指對態度對象對刺激物發動某種反應或行動傾向。
由上知，三個成份結合後即有態度的反應，而態度的形成有一特定之對象，
包括人、事物或情境，個體對此做出持久、一致性的行為傾向。而態度是可經由 教育而改變的，因為教育本身亦含有知、情、意的成份，學生可透過後天的學習 而產生新經驗，進而調整原有的認知基模而改變態度。
(二)科學態度（scientific attitudes）的內涵
九年一貫對科學能度的定義是指：處事求真求實、感受科學之美與威力及喜 愛探究等之科學精神與態度（教育部，2007）。然而因研究的層面過廣，科學態度 常有所混淆。一般而言，在科學研究領域上與科學有關的態度可分為「科學的態 度」（scientific attitudes）與「對科學的態度」（attitudes toward science）兩個不同範 圍，即科學的態度（scientific attitudes）：假定科學家在做科學研究時，所應表現出 的思考風格，如開放的心胸、誠實等傾向；對科學的態度（attitudes toward science）： 對個別不同的對象，如科學、科學家等，反映出偏好、喜歡與否的傾向。
前者偏向認知部份，例如：懷疑、誠實、好奇心、客觀等，強調態度不是天生 的，是可以經由學習而獲得，因此常被視為學習科學的要素之一。後者「對科學
的態度」則較偏向情緒方面，且會在學生學習科學或接觸有關科學的活動時，影 響學生的學習意願，也影響著學生的學習成就。如鄭湧涇和楊坤原（1995）認為
「對科學的態度」指對科學這門學科的態度、對科學的興趣、對科學家的態度等，
這種「對……的態度」通常均包括了態度的對象（attitude object）在內；如王美芬 和熊召弟（2005）認為「對科學的態度」意指對科學家的態度、對科學課程的態 度、對科學本質的了解，甚至是對科學老師與其教法的態度等。
本研究是針對 Lego Mindstorms 進行科學領域教學活動，使學童運用科學的方 法過程，從中影響如好奇心、實驗證實、獨立思考等科學態度，另避免研究範圍 過於廣泛，故以「科學的態度」（scientific attitudes）做為本研究之界定，又國內的 學者習慣將「科學的態度」稱為「科學態度」，因此以下所敘述的「科學態度」係 指「科學的態度（scientific attitudes）」而言。
二、科學態度的內涵
國外內學者都曾嘗試描述科學態度的具體成分，然也因各學者不同科學態度 的定義而對科學態度的涵義有不同的見解，附錄一即為國內許多學者（林福貹，
2003；莊嘉坤，1995）整理國內外學者科學態度的具體成分列表。以下僅國內常 見學者與研究相關之詳細論述：
(一) 莊嘉坤（1995）從數十年來各學者對科學態度成分的看法，彙整幾十位 學者所列出的成分並依出現頻率排序，其中共同成份與出現順序如下：
1. 小心謹慎。
2. 好奇、客觀、求證據。
3. 具有開朗的心胸、批判的精神。
4. 誠實。
5. 常具有信心及懷疑。
6. 尊重他意見、願意改變自已的意見。
(二) 九年一貫最新課程綱要（2007），在各階段的能力指標中，科學態度有「喜 歡探討」、「發現樂趣」、「細心切實」及「求真求實」。郭琪瑩（2004）和林義修（2005）
分析上述四項內涵後，發現出可對映到其他學者們常見的科學態度的具體成分，
整理郭琪瑩和林義修的見解，列於下表 2-4：
(三) 劉德明（1999）綜合各專家的看法，並且為了分析上的方便，將科學態 度初步分為四類：
1. 過程技巧傾向（Process skill predisposition）：與從事科學活動或使用科 學方法有關的科學態度，包括利用科學方法、數學、邏輯推理、歸納、演繹等的 傾向。
表 2-4 九年一貫「科學態度」素養與相對應的科學態度具體成分
科學態度與學習階段 內涵 科學態度具體成份
1.喜歡探討，感受發現的樂趣。 好奇 喜歡探討
第一階段
（國小一至二年級）
2.喜歡將自己的構想，動手實作出 來，以成品來表現。
好奇
1. 相 信 細 心 的 觀 察 和 多 一 層 的 詢 問，常會有許多的新發現。
細心、好奇、小心謹慎
2.能由探討活動獲得發現和新的認 知，培養出信心及樂趣。
發現樂趣 信心 第二階段
（國小三至四年級）
3.對科學及科學學習的價值，持正向 態度。
信心
1.能依據自己所理解的知識，做最佳 抉擇。
批判性思考
2.知道經由細心、切實的探討，獲得 的資料才可信。
細心、切實、小心謹慎、
精確的步驟 細心切實
第三階段
（國小五至六年級）
3.相信現象的變化有其原因，要獲得 什麼結果，須營造什麼變因。
因果關係、慎思前提
1. 知 道 細 心 的 觀 察 以 及 嚴 謹 的 思 辨，才能獲得可信的知識。
嚴 謹 的 思 辯 、 謙 虛 謹 慎、批判性思考 2.養成求真求實的處事態度，不偏頗
採證，持平審視爭議。
求真求實、客觀、不偏 見
求真求實 第四階段
（國中一至三年級）
3. 瞭解科學探索，就是一種心智開 發的活動。
創造性思考
2. 知性思考傾向（Intellectual thinking predisposition）：除了第 1 項以外 的科學家的知性或理性思考特徵，科學家共通的理性素質。例如：批判性思考、
部分創造性思考、和科學知識等傾向。
3. 情緒傾向（Emotional predisposition）：包括感受、心情、性情等類別。
4. 社會傾向（Social predisposition）：包括在做科學時，與人際、社會關 係有關的傾向。
(四) 陳英豪等人（1991）對「科學態度」的定義：個人運用科學的方法探究 科學知識，並應用於日常生活行為上的意願、習慣及處置的方法總稱；包含五個 層面：彈性、客觀、因果關係、好奇心、判斷精神；及三個領域：科學認知、科 學情意、科學行為。其內容說明如下：
1. 彈性：思想新穎，思考性的工作，對於疑問追根究底，常保懷疑的態 度；學生是否有新奇的想法，並嘗試著新的結論，或以不同的方法使用器材或設 計新實驗進行新思量。
2. 客觀性：對於問題要考慮正、反面可能的解釋及可利用的數據，對於 實驗結果或別人的意見、批評，能開朗的接受及評估，承認現實知識有不同面向 的態度，並有實事求是的表現。
3. 因果關係：將不完整的科學知識統一整合成為較完整的知識理論體 系，並探詢其間關係的成因及解釋，並用各種方法嘗試用各種資料的收集或詢問 來闡明因果關係。
4. 好奇心：對於新的觀念不馬上拒絕，探究其對現象解釋的可行性，對 各種實驗結果感到興趣，並願意探詢，常用不同的感官來探索周圍世界，並常發 問。
5. 批判精神：是否能根據決定下結論？能區辨假說與解釋。有對未知的 事物有大膽假設小心求證的習慣，能指出結論矛盾不相符合處。
6. 科學認知：學生對特定對象（科學家、科學本質、科學方法、其他人 物）或其有直接或間接關係的事物，在舊經驗之上所產生的認識與信念，使得影 響學生行為表現的知識系統結構和在從事科學活動中所表現對科學態度的了解。
7. 科學情意：學生對特定對象（科學家、科學本質、科學方法、其他人 物）或其有直接或間接關係的事物，在感官之學習經驗上所產生的喜好與價值化
的判斷，使得影響學生行為表現的價值系統的統稱。
8. 科學行為：學生對於特定對象（科學家、科學本質、科學方法、其他 人物）或其有直接或間接關係的事物，由以上兩者因素影響而表現在科學活動的 實際行動。
綜合以上，本研究使學生親自動手組裝 Lego Mindstorms 機器人套件，並經由 模仿、實驗、創作、合作學習與小組討論等方法，來逐漸提升學生的科學態度，
符合了陳英豪等人（1990）界定的科學態度內涵，基於研究的對象、範圍適用性，
所以採用陳英豪等人所下的定義，亦可涵蓋國小階段所訂之目標，並以此量表作 為本研究科學態度之檢核工具。
三、科學態度相關研究
(一) 科學態度與學習年級的關係
吳英豪（2000）進行國小學生對養動物與種植物之科學態度調查研究，發現：
二年級學生與四年級學生態度表現比六年級學生佳。陳英豪等人（1991）則指出 年級愈高，科學態度愈佳。
(二) 科學態度與性別的關係
近幾年許多研究指出，男、女生在科學態度上並無顯著差異（楊詩潔，2005；
林義修，2005；林美菊，2007）。然而吳英豪（2000）在研究中發現國小女生的態 度表現比國小男生好。陳英豪等人（1991）則指出女生的科學態度除科學行為外，
其餘皆顯著優於男生。
(三) 科學態度與學習能力的關係
楊詩潔（2005）和林美菊（2007）的研究指出，能力水準並不影響不同教學 法下的科學態度。吳英豪（2000）的研究則指出，高分組與中間組的學生高於低 分組。
(四) 科學態度與家庭背景因素
吳英豪（2000）發現家長學歷高的學生其科學態度之整體態度得分高於另外 兩組家長學歷較低者。陳英豪等人（1991）指出家庭教養方式與科學態度有顯著
