國立臺東大學幼兒教育學系 碩士論文
指導教授：熊同鑫 博士
運用 STEM 教育與積木建構提升 幼兒科學探究能力之歷程
研 究 生： 陳品妤 撰
中 華 民 國 一 ○ 九 年 六 月
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國立臺東大學幼兒教育學系 碩士論文
運用 STEM 教育與積木建構提升 幼兒科學探究能力之歷程
研 究 生： 陳品妤 撰
指導教授： 熊同鑫 博士
中 華 民 國 一 ○ 九 年 六 月
致謝詞
一年半的碩士生涯即將畫上句點，歷經許多的日子，不斷找尋文獻，以及 與教授討論，並且身上無交通工具的我，藉由轉搭公車的方式，反覆不斷的入 園進行研究，此刻非常的感動。
首先，要感謝我的指導教授熊同鑫教授，願意擔任我的指導教授，除了教 導論文的撰寫外和提供建議，讓我逐漸瞭解研究的範圍與內容，順利的完成碩 士論文，同時也幫我注意到碩士生畢業門檻的一些規定，才得以順利畢業。
也特別感謝校內口委施淑娟教授與校外口委陳慧華教授，願意擔任我的口 試委員，給予我撰寫論文上的一些指導與建議，使這篇論文更具有嚴謹性。
也感謝我的家人，支持我就讀碩士班，對幼教領域有更深的一步瞭解，以 及碩士班的好夥伴芝伶、蓓羽、綵琳，謝謝你們這一年半的照顧，不論是課業 上、研究上、生活上，都給予我快樂的回憶，以及碩士班的同學們，平常給予 我的一些幫忙。
畢業即將來臨，我將邁入下一個人生階段，未來將所學的內容，回饋於幼 教現場，這一年半中，因為有你們的幫忙與協助，我才能順利的完成學業，在 此致上我由衷的感謝。
陳品妤 謹誌 2020 年 6 月
i
運用 STEM 教育與積木建構提升 幼兒科學探究能力之歷程
作者：陳品妤
國立臺東大學 幼兒教育學系所
摘要
本研究以 STEM 教育為理念，對應幼兒園教保活動課程大綱認知
領域的學習指標，以 KAPLA 積木為媒材，透過 5E 教學環，探討促
進幼兒科學探究能力及科學態度的成效。
本研究採個案研究法，以 4 名 5-6 歲的幼兒為研究對象，以觀察、
檔案紀錄與訪談等方法，資料蒐集包括：教學日誌、觀察紀錄表、師
生對話、幼兒繪圖紀錄、活動與作品影像紀錄等資料，分析在 5E 學
習環教學中，幼兒在個人活動和團體活動堆疊 KAPLA 積木的作品，
存有的 STEM 概念、科學探究能力、和科學態度。
幼兒堆疊積木存有的 STEM 概念，以技術(T)和工程(E)幼兒表現
次數最高。六項科學態度，以「喜歡探索」和「細心觀察」最高， 「客
觀且開放的心胸」和「正向且樂觀的態度」最低。四項幼兒科學探究
能力最強的是「觀察」和「推論」 ，較弱的是「實驗或預測」和「溝
通」。
幼兒園教師在實施認知領域的科學和數學活動時，可參考 STEM
教育理念，運用 KAPLA 積木為媒材，培養幼兒的科學探究能力和科
學態度。幼兒的 STEM 理念呈現可能與媒材有關；KAPLA 積木有利
於幼兒在技術(T)和工程(E)概念的展現，科學(S)和數學(M)的概念則 需教師專門設計，以能誘發幼兒在積木堆疊中連接科學與數學概念。
關鍵詞：STEM 教育、5E 學習環、幼兒科學態度、幼兒科學探究、積木
ii
iii
Use STEM Education and Building Blocks to Enhance Children's Scientific Inquires and Attitudes
Pin-Yu Chen
Abstract
The study intends to integrate STEM education and building block construction to enhance kid’s scientific inquiries and attitudes by through the 5E learning model.
Four kids, age from 5 to 6 years old, participated this case study.
Methods of observation, documentation, and interviews were used to collect the following data, teaching journeys, observation records, teacher- student discourse, children's drawing records, activities and worksheet.
Data were used to analyze subject’s concepts of STEM, scientific inquiry capabilities, and scientific attitudes in their individual works or group works while playing KAPLA building blocks.
Subjects have the highest performances in technology (T) and engineering (E) among the STEM concepts. Around the six scientific attitudes, frequencies of "like to explore" and "observe carefully" are the highest, "objective and open mind" and "positive and optimistic attitude"
are the lowest. The highest scientific inquiry abilities are the
"observation" and "inference", the lowest are "experiment or prediction"
and "communication".
Kindergarten teachers can refer to STEM education concepts and use
KAPLA building blocks as a medium when implementing scientific and
mathematical activities in the cognitive field to cultivate children's
scientific inquiry ability and scientific attitude. The presentation of
children ’s STEM concepts may be related to resources; KAPLA building
iv
blocks are beneficial to children ’s presentation of the concepts of technology (T) and engineering (E), and the concepts of science (S) and mathematics (M) require teachers to design specifically activities to induce kids connect scientific and mathematical concepts in the building blocks.
Keywords: STEM education, 5E Model, Scientific attitude, Scientific
inquiry, Building Blocks
v
目次
第一章 緒論………. 1
第一節 研究背景……….1
第二節 研究動機………. 3
第三節 研究目的與問題……… 5
第四節 研究範圍與限制……….5
第五節 名詞解釋……….7
第二章 文獻探討………..9
第一節 科學探究能力……….9
第二節 幼兒積木………...……….18
第三節 5E 學習環………..24
第四節 STEM……….28
第五節 相關研究總論………...33
第三章 研究方法與實施……….43
第一節 研究方法與內容………...43
第二節 研究歷程與架構………...45
第三節 研究場域與對象………...48
第四節 課程規劃教學策略………...50
第五節 資料蒐集與分析………...53
第六節 研究信實度與研究倫理………...58
第四章 研究結果與討論………61
第一節 幼兒積木建構分析 ……… 61
第二節 幼兒在積木建構中的科學態度 ……… 81
第三節 幼兒在積木建構中的科學探究………104
vi
第五章 結論與建議 ………119
第一節 結論 ………...119
第二節 建議………...121
中文參考文獻………123
西文參考文獻………131
日文參考文獻………135
附錄一 家長同意書………..137
附錄二 家長同意書………..139
附錄三 幼兒科學程序觀察表………..141
附錄四 幼兒科學態度觀察表………..143
附錄五 教學日誌………..145
附錄六 5E 學習環與《幼兒教保活動課程大綱》之認知領域指標評量表… 147
vii
表次
表2-1-1 幼兒探究過程技能表………13
表2-1-2 幼兒科學態度表………15
表2-1-3 幼兒科學教育目標表………16
表2-2-1 積木遊戲教育功能表………18
表2-2-2 幼兒積木遊戲的建構階段表………20
表2-2-3 幼兒團體積木建構發展表………21
表2-2-4 幼兒與積木探究之特徵表………22
表2-2-5 積木種類表………....22
表2-3-1 5E 學習環階段評量之說明表………...27
表2-4-1 幼兒 STEM 教育之特徵與做法表………....31
表2-5-1 科學探究相關研究整理表………33
表2-5-2 STEM 教學相關研究整理表………35
表2-5-3 STEAM 教學相關研究整理表……….36
表2-5-4 5E 學習環相關研究整理表………..38
表2-5-5 積木建構相關研究整理表………39
表3-1-1 質性研究特性說明表………43
表3-3-1 幼兒基本資料表………49
表3-3-2 每日作息表………49
表3-4-1 幼兒 KAPLA 積木建構與 5E 學習環教學歷程架構表………..52
表3-5-1 幼兒科學程序觀察表………54
表3-5-2 幼兒科學態度觀察表………54
表3-5-3 5E 學習環與《幼兒教保活動課程大綱》認知領域之學習指標表…...56
表3-5-4 資料編碼方式表………57
表3-6-1 三角測量法的需求表………....58
viii
表4-1-1 STEM 教學歷程之個人建構分析表………62
表4-1-2 STEM 教學歷程之團體建構分析表………64
表4-1-3 5E 學習環教學歷程分析表-個人投入與探索階段……….67
表4-1-4 5E 學習環教學歷程分析表-團體投入與探索階段……….68
表4-1-5 5E 學習環教學歷程分析表-個人解釋與精緻化階段……….73
表4-1-6 5E 學習環教學歷程分析表-團體解釋與精緻化階段……….74
表4-1-7 5E 學習環教學歷程分析表-個人評量階段……….77
表4-1-8 5E 學習環教學歷程分析表-團體評量階段……….79
表4-2-1 幼兒科學態度能力次數表-個人「好奇心」的能力………..82
表4-2-2 幼兒科學態度能力次數表-團體「好奇心」的能力………..83
表4-2-3 幼兒科學態度能力次數表-個人「喜歡探索」的能力………. 85
表4-2-4 幼兒科學態度能力次數表-團體「喜歡探索」的能力………..86
表4-2-5 幼兒科學態度能力次數表-個人「發現的樂趣」的能力………..88
表4-2-6 幼兒科學態度能力次數表-團體「發現的樂趣」的能力………..90
表4-2-7 幼兒科學態度能力次數表-個人「細心觀察」的能力………..93
表4-2-8 幼兒科學態度能力次數表-團體「細心觀察」的能力………..95
表4-2-9 幼兒科學態度能力次數表-個人「客觀且開放的心胸」的能力……..97
表4-2-10 幼兒科學態度能力次數表-團體「客觀且開放的心胸」的能力……..98
表4-2-11 幼兒科學態度能力次數表-個人「正向且樂觀的態度」的能力……100
表4-2-12 幼兒科學態度能力次數表-團體「正向且樂觀的態度」的能力……101
表4-2-13 幼兒科學態度能力次數表……….103
表4-3-1 幼兒科學探究能力次數表-個人「觀察」的能力………....104
表4-3-2 幼兒科學探究能力次數表-團體「觀察」的能力………105
表4-3-3 幼兒科學探究能力次數表-個人「推論」的能力………108
表4-3-4 幼兒科學探究能力次數表-團體「推論」的能力………109
ix
表4-3-5 幼兒科學探究能力次數表-個人「實驗或預測」的能力………111
表4-3-6 幼兒科學探究能力次數表-團體「實驗或預測」的能力………112
表4-3-7 幼兒科學探究能力次數表-個「溝通」的能力………114
表4-3-8 幼兒科學探究能力次數表-團體「溝通」的能力………116
表4-3-9 幼兒科學探究能力次數表……….117
x
xi
圖次
圖3-2-1 研究歷程圖………45
圖3-2-2 研究架構圖………47
圖3-3-1 研究場域圖………48
圖3-4-1 STEM 教育與 KAPLA 積木課程架構……….51
圖4-1-1 STEM 教學歷程之個人建構分析圖………63
圖4-1-2 STEM 教學歷程之團體建構分析圖………65
圖4-1-3 幼兒觀察不同方向角度 1(活動照片 1090201)……… ..68
圖4-1-4 幼兒觀察不同方向角度 2(活動照片 1090201)………...68
圖4-1-5 幼兒有排列的型式 1(活動照片 1090201)………...68
圖4-1-6 幼兒有排列的型式 2(活動照片 1090201)………...68
圖4-1-7 數字 6、9、16、19(活動照片 1090422)……….70
圖4-1-8 鐵軌高架橋上積木的序列(活動照片 1090417)………..71
圖4-1-9 解決馬路與鐵軌的分布狀況(活動照片 10090422)………75
圖4-1-10 共同檢視建構火車頭與車廂間的距離(活動照片 1090501)…………..76
圖4-1-11 記錄圖 1090311C3………78
圖4-1-12 記錄圖 1090311C5………78
圖4-1-13 記錄圖 1090325C1………78
圖4-1-14 記錄圖 1090429C5………80
圖4-1-15 記錄圖 1090417C4………80
圖4-1-16 C3 後來實驗了 3 次才成功弄成鐵軌(記錄圖 1090417C1)…………..80
圖4-2-1 C5 與研究者討論火車廂的建構(活動照片 1090429)……….. .87
圖4-2-2 C3 與研究者討論 C5 蓋的火車廂(活動照片 1090429)……….87
圖4-2-3 C3 修正 C5 建構的火車廂，探索積木書進行建構(活動照片 1090429)87 圖4-2-4 C3 輪胎一直倒塌，探索倒塌的原因(活動照片 1090429)………87
xii
圖4-2-5 幼兒嘗試不同方式蓋牆壁(作品照片 1090320C3)………90
圖4-2-6 幼兒建構牆壁完成(作品照片 1090325C3)………90
圖4-2-7 C1 與 C3 發現鐵軌是歪的(活動照片 1090415)………92
圖4-2-8 C1 與 C3 發現到了可以對齊地板上的綠線(活動照片 1090415)……92
圖4-2-9 C1 與 C3 逐漸將積木架高(活動照片 1090417)………92
圖4-2-10 幼兒仔細觀察建構物的整齊(活動照片 1090318)………..94
圖4-2-11 觀察建構物的相似性(活動照片 1090401)………..96
圖4-2-12 記錄圖 1090311C3………98
圖4-2-13 幼兒運用積木書進行建構(活動照片 1090501)………..99
圖4-2-14 C1 與 C3 一起建構鐵軌(活動照片 1090415)………102
圖4-2-15 C4 與 C5 一起建構馬路(活動照片 1090415)………102
圖4-2-16 C1 與 C4 快建構好房屋(活動照片 1090513)………102
圖4-2-17 C1 與 C4 的房屋倒塌了(活動照片 1090513)………102
圖4-3-1 幼兒在建構時的觀察(活動照片 1090318)………105
圖4-3-2 C1 與 C3 觀察鐵軌的建構(活動照片 1090415)………106
圖4-3-3 C4 與 C5 觀察馬路的建構(活動照片 1090415)………106
圖4-3-4 幼兒一起一邊觀察一邊討論(活動照片 190422)………..107
圖4-3-5 C1 與 C3 探索軌道的建構(活動 1090415)………110
圖4-3-6 C4 與 C5 探索馬路的建構(活動 1090415)………110
圖4-3-7 研究者與 C1、C3 討論火車輪胎(活動照片 1090501)……….113
圖4-3-8 C3 與 C5 建構物的疑問(活動照片 1090318)………115
圖4-3-9 C3 與 C1 建構物的疑問(活動照片 1090320)………115
圖4-3-10 幼兒藉由發現的問題進行溝通(活動照片 1090422)………117
1
第一章 緒論
本研究為探討幼兒於 KAPLA 積木建構的探究活動中，教師採用 STEM 教 育和5E 學習環教學，對於幼兒在科學態度與科學探究的影響。
本章共分五節，第一節為研究背景，第二節為研究動機，第三節為研究目的 與問題，第四節為研究範圍與限制，第五節為名詞解釋。
第一節 研究背景
由於近年來STEM 教育的盛行，讓學前教育的教育模式多了一種教學選擇，
期盼國家未來的主人翁能夠透過 STEM 教育模式進而增進學齡前的學習，使幼 兒在未來能跟上時代的進步，培養幼兒擁有解決問題、團隊合作的能力。
如果透過科學探究培養幼兒的科學興趣，幼兒則有了終身學習的動力，獲得 探究以及解決問題的方法，他就能不斷運用這些方法去獲得知識，解決各種問題 (幼兒教育百科網，2017)。
STEM 教育起源於 1986 年美國國家科學委員會提出，代表為 Science(科學)、
Technology(技術)、Engineering(工程)、Mathematics(數學)這四個領域架構，同 時也包含了七種核心精神分別為跨領域統整學習、動手做、生活探索、五感學習、
失敗再嘗試、解決問題、團隊合作(賓靜蓀、李京諭、程遠茜，2017)，透過 STEM 教育培養幼兒在團隊中一起動手建造及共同解決問題的能力，在這解決問題的過 程中，團隊必須對每一個問題提出假設的多重方案，去嘗試每一個問題所形成的 方案，並且在失敗的時候進行檢討與修正。
Bybee(2014)指出STEM教育之中需要一個完整的教學順序，採用美國生物 課程改進畫(Biological Sciences Curriculum Study；簡稱BSCS)的5E學習環會是最 適合的，而5E教學環的學習歷程依序為投入(Engagement)、探索(Exploration)、解 釋(Explanation)、精緻化(Elaboration)以及評鑑(Evaluation)。
據此，可以得知，幼兒科學探究能力對於幼兒的解決問題相當重要，並且透 過STEM教學培養幼兒團隊合作，以及完整的教學順序為5E學習環來進行教學。
2
目前我國所使用的《幼兒園教保活動課程大綱》的宗旨以「仁」為主的教育 觀，含有六大領域分別為：身體動作與健康、認知、語文、社會、情緒、美感。
在這六大領域之中認知領域的學習指標包含：「認-大-1-1-1覺知物體的形狀會因 觀察角度的不同而不同」、「認-大-1-1-2以自己為定點，辨識物體與自己位置間的 上下、前後、左右的關係」、「認-大2-1-2覺知物件間排列的型式」、「認-大-3-1-1與 同伴討論解決問題的方法，並與他人合作實際執行」、「認-大-3-1-2與他人共同檢 視問題解決的過程」、「認-大-1-3-2以圖像或符號紀錄生活物件的多項訊息」、「認 -大-1-1-6運用數字符號寄活環境中的訊息」以及「認-大2-1-5運用圖/表整理生活 環境中的數量訊息」(教育部，2017)。
據此，可以得知STEM教育核心精神在我國的《幼兒園教保活動課程大綱》
的核心素養上，與動手作、生活探索、五感學習、解決問題、團隊合作有相似的 共通點，而跨領域統整的部分，對於幼兒園來說，課程較傾向統整活動，而不建 議採用分科教學活動(教育部，2017)。
美國國家科學研究院(NRC)發表了NGSS(Next Generation Science Standards) 八項實踐科學標準，即科學教育需具有數學與科學技能，並且以探究和工程設計 進行實踐，是一種跨領域的統整教學，因此STEM是值得幼兒探索的教育模式(周 淑惠，2017)。
聯合國教科文組織在2015年發佈《教育2030行動架構》(Education 2030 Framework for Action)，而目標三其內容就是鼓勵學生儘早接觸科學(S)、技術(T)、
工程(E)和數學(M)領域，認為在幼兒STEM教育中有三個階段分別為：建立挑戰 性(Building Challenges）、具工程設計的挑戰性(Engineering Design Challenges)以 及具設計的競賽(Design Competition），使用的媒材可以是以單位積木或KAPLA 積木搭建高塔、彈珠軌道(林佩蓉，2017)。
近期美國表明，工程設計是可用於促進STEM整合和學習，研究顯示，當幼 兒體驗工程設計時，他們所表現的工程行為及完成活動的堅持度會明顯增加，以
3
及當幼兒參與這些基於工程設計的STEM經驗時，他們更加了解對科學家和工程 師的理解，而教師參與STEM教育課程時，會對知識和自我效能感的提高(趙一侖，
2019)。
目前愈來愈多幼兒園有KAPLA積木這項教具，大多放置在學習區的積木角 中，幼兒在學習區時間會自行建構一些建築，或者與其他幼兒共同建構，KAPLA 積木屬於建構性玩具，每一塊積木的規格為1:3:15的長方形，由於切割非常精準，
每一片積木重量都相同，一箱中有1000片的積木，積木的材質每一片都是原木，
在幼兒操作時不論是摸、咬，對於身體較無害，在建構的過程中靠重力與角度堆 疊和平衡，因此，也考驗了幼兒的耐心、細心和專注，只要地面屬於平整，即使 是幼兒也能完成驚人的作品，並且提升幼兒的數學與科學能力(奧村和則，2008)。
吳美姬、周俊良(2017)也指出，積木遊戲的教育功能分別為肢體動作、語言、
社會性、自我情緒以及認知，而認知涵蓋了科學中的探索、觀察、問題解決、因 果關係，以及數學的數字、深度、寬度、高度。
因此，可以得知KAPLA 積木本身可以提供給幼兒的能力包含到的有「科學 中的探索」、「觀察」、「問題解決」、「因果關係」，使用在STEM 教學中，是成為 幼兒學習中一項很好的教學媒材。
臺灣最先使用在幼兒園實施統整不分科、探究取向的主題教學的大庄國小 附幼，嘗試最夯的STEM 教育，以「風的運動場」作為主題，由幼兒園的老師帶 領，讓幼兒經歷科學探究與實作後，以小組運作的模式，從繪製設計圖到蒐集素 材，全由幼兒親自操作，成功製作出吹泡泡的工具，而家長對於課程的實施也相 對認同，同時也獲得新竹市教學卓越獎(新聞雲，2018)。
第二節 研究動機
我國自108 年實施的 12 年國教課綱，最為重要的是核心素養，強調目前重 要價值在於知識、能力與態度以及使個體從重要價值中獲得全人的發展，培養終
4
身學習的能力(國家教育研究院，2015)。
美國幼兒教育協會（NAEYC）在 2016 年，提倡 STEM 教育要從幼兒階段就 開始，希望幼兒透過心智和動手操作來學習，並主張這種幼兒時期進行的STEM 教育會形成幼兒的心智習慣，對孩子未來的成功至關重要(周育如，2018)。
由於STEM 的盛行，在坊間還有一種學習方式，則是使用 STEM 科學材料 包讓幼兒從材料包中所給予的素材進行組裝與操作，讓幼兒在過程中進行探究，
研究者曾在親子天下雜誌看到一個封面標題「STEAM 好玩具 100」，內容說明幼 兒自行建構KAPLA 積木能夠啟發幼兒對於 STEM 科學教育的概念，但研究者在 STEM 玩具特賣會發現，如果家長購買 KAPLA 積木放置在家中讓幼兒進行建構，
是比較無法達到STEM 核心素養中的團隊合作。
本研究根據上述所提STEM 科學材料包的學習方式，及幼兒自行 KAPLA 積 木，建構操作的方式，探討幼兒的 STEM 學習。目前我國對於 STEM 教育的相 關研究，幼兒教育較少，在博碩士論文中只搜尋到兩篇，大多都是以國小高年級 以上為研究對象較多，本研究選擇台東市某間國小附設幼兒園進行，幼兒的年齡 層為5-6 歲，以質性研究的個案研究法，進行 STEM 教育以及採用 5E 學習環教 學，帶入KAPLA 積木教學之中的歷程，提供未來想研究有關於 STEM 教育的學 者一個參考。
5
第三節 研究目的與問題
綜合以上所述，擬定研究目的如下：
一、運用5E 學習環教學於 KAPLA 積木探究活動，達成幼兒 STEM 課程的目 標。
二、運用STEM 課程與 5E 學習環於 KAPLA 積木教學發展探究活動，提升幼 兒科學態度以及科學探究能力。
基於上述研究目的，本研究的研究問題如下：
一、運用5E 學習環教學模式，幼兒積木建構使用 STEM 的情形為何？
二、運用5E 學習環教學模式於積木建構融入 STEM 教育對於提升幼兒科學態 度成效為何？
三、運用5E 學習環教學模式於積木建構融入 STEM 教育對於提升幼兒科學探 究能力成效為何？
第四節 研究範圍與限制
一、 研究範圍 (一) 研究區域
研究區域為臺東市某間國小附設幼兒園中大班。
(二) 研究對象
本研究對象以年齡介於5-6 歲的 4 位幼兒為研究對象。
(三) 研究內容
第一階段的課程進行方式，是以5E 學習環的教學模式帶入研究中，先 進行投入階段(E1)，讓幼兒們討論所要建構的物體與主題內容，進而達成共 識，接著探索階段(E2)讓幼兒個人建構主題所需的建築物，並且藉由 KAPLA 積木工具書輔助幼兒將所想建構的建築物更具體化，再進行解釋階段(E3)，
幼兒在探索階段一定會遇到建構積木的狀況，因此幼兒須將遇到的問題提出
6
解決策略與想法，進而到了精緻化階段(E4)幼兒將建構的建築物，建構的更 穩固和完整，而最後評量活動(E5)為幼兒以繪圖的方式記錄，分享從建構活 動中所獲得的問題是如何解決而形成概念，成為在團隊中各幼兒的學習歷程。
第二階段的課程進行方式為，幼兒成為一個團隊模式，將已經個人建構 好的建築物，再進行周圍的細節建構，作為建構的統整以達到 STEM 核心 精神中的「跨領域學習」、「動手做」、「失敗再嘗試」、「解決問題」、「五感學 習」、「生活探索」、「團隊合作」。
(四) 研究時間
將資料整理、分析後，並與指導老師討論，於109 年 2 月至 109 年 5 月 進行16 次上課，每次 50 分鐘之課程時間。
二、 研究限制 (一) 研究區域
因研究者所就讀的碩士班在台東地區，並且因研究所需，找尋的園所需 要有KAPLA 積木並且場地大小適合，讓幼兒進行 KAPLA 積木建構。
(二) 研究人數
因班級教室的教學模式為學習區萌發，每個學習區以4 人為限，因此選 定幼兒人之教學。
(三) 研究對象
根據本研究的研究題目為「運用STEM 教育與積木建構提升幼兒科學探 究能力之歷程」搭配幼兒發展，以及《幼兒園教保活動課程設計大綱》中的 學習指標，認為5-6 歲的幼兒適合成為本研究的研究對象。
7
第五節 名詞解釋 一、 幼兒園
我國過去幼兒教育機構可分為幼稚園及托兒所，惟因應幼托整合政策及幼兒 教育及照顧法公布，自101 年 1 月起幼稚園及托兒所陸續改制為「幼兒園」，其 英譯為「Preschool」(教育部，2016)。
二、 幼兒
我國對於幼兒的定義則在2015 年發布的「幼兒教育及照顧法」中則明確定 義「幼兒：指二歲以上至入國民小學前之人。」，本研究所指之幼兒，主要年齡 為5-6 歲。
三、 幼兒科學探究
本研究因研究對象為幼兒，而根據周淑惠(1988)指出對幼兒來說，科學探究 技能指在觀察、推論、預測或實驗、溝通四方面。
四、 KAPLA 積木
KAPLA 積木名稱來自於荷蘭文 Kabouter Plankjes 的縮寫，意唯《小精靈的 木片》。在1980 年代，KAPLA 的發明者為了建構他童年夢想中的城堡，經歷無 數次的設計與測試，創造了單一尺寸 1：3：15 比例的 KAPLA 積木，最後在法 國南部完成了他的夢想城堡，並為世人帶來這款獨特的玩具，如今，KAPLA 積 木在歐洲已是家家必備的玩具，而這風氣也逐漸在美國和日本成形，更開始在臺 灣的許多家庭和學校創造奇蹟(閱讀童年親子教育用品社，2018)。
五、 5E 教學法
自1980 年代後期以來，美國生物課程改進畫(Biological Sciences Curriculum Study；簡稱 BSCS)開發中新的一種教學模型，該模型通常稱為 BSCS 5E 學習環 教 學 ， 由 以 下 五 個 階 段 組 成 ： 投 入(Engagement) 、 探 索 (Exploration) 、 解 釋
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(Explanation)、精緻化(Elaboration)以及評鑑(Evaluation)，每個階段都有一個特定 的發揮功能並有助於教師的連貫教學以及使學習者更好地了解科學技術知識、態 度和技能(Bybee et al , 2006)。
六、 STEM 教育
STEM 為四個領域的縮寫，分別是科學(Science)、科技(Technology)工程 (Engineering)、數學(Mathmatics)，目的在於培養學生能夠運用科學思維來進行學 習，並且習慣動手進行創作，讓學生對於科技與工程的領域產生興趣(吳湘湄，
2019)，本研究因研究目的為提升幼兒科學探究能力，以及了解幼兒科學態度，因 此，選擇STEM 教育作為研究，而非 STEAM 教育。
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第二章 文獻探討
本研究為探討5-6 歲幼兒於 KAPLA 積木建構的探究活動中，教師採用 STEM 教育和5E 學習環教學對於幼兒科學態度與科學探究之教學情形，採用質性研究 的個案研究進行資料蒐集與分析，本章共分成五節，第一節為幼兒科學探究能力，
第二節為幼兒積木與科學探究能力，第三節為5E 學習環與科學探究能力，第四 節為STEM 與科學探究能力，第五節為相關研究總論。
第一節 幼兒科學探究能力
本節為探討科學探究能力的相關文獻，包含科學探究定義、幼兒科學概念發 展、幼兒科學探究技能與幼兒科學態度培養以及幼兒科學教學指標與幼兒園教保 活動課程大綱的關係，茲分別說明如下：
一、科學探究定義
《美國國家科學教育標準》對「科學探究」一詞為科學家在研究自然領域過 程中將獲得的證據提出多種並且不同的解釋，以及學生以科學家的研究方式來研 究自然領域，並且進行活動，來獲取知識、領悟科學觀念 (NRC，1996)。
Llewellyn（2001）將其定義為「積極探索的科學過程，我們使用批判性，
邏輯性和創造性思維提出和解決個人興趣的技巧」。美國國家科學標準《下一代 科學標準》（NGSS Lead States）在 2013 年定義為「科學家獲取知識的各種方式 並包括評估證據，分析數據、解釋以及交流發現，據說這些做法對於學生取得更 大的成功和學習，欣賞和堅持科學的動力」。
White 與 Frederiksen(1998)認為透過觀察或實驗，形成數據資料，並且進 行資料的評估，提出可被探討的研究問題，並能根據先前經驗與科學知識進行 預測，進而獲得結論。
綜觀上述，各位學者對於科學探究下的定義，本研究的科學探究定義為，
透過觀察以及實驗，進而分析數據、解釋和交流，討論問題所產生的原因，再進 行預測，找出答案(White＆Frederiksen，1998)。
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二、幼兒科學概念發展
皮亞傑認為幼兒是利用他的感官去操作來認識周圍事物，因此教師在進行幼 兒科學教育時，要記得讓幼兒使用他視覺、聽覺及嗅覺等，同時動手操作這都是 不可或缺的方式之一(辛靜婷，2003)。
Lind(1998)認為幼兒需要有機會提問和回答問題，進行調查並學會解決問題 的能力，而積極、動手，以幼兒為中心的探究是良好的科學教育核心。
賴羿蓉、王為國(2005)則指出 4-5 歲的幼兒會透過角色扮演或其他方式，去 學習和理解有關這個世界的相關訊息，但常常獲得的概念會與事實及想像交織一 起，也開始具備基礎的科學過程技能並且與其他幼兒一起工作，像是瞭解實驗、
探索、規劃和依據經驗提出假設等，來表現、溝通想法與分享，但說話的速度可 能會跟不上思考的速度；5-6 歲的幼兒開始會喜歡各類型的實驗，還可以自己設 計實驗，對有興趣的實驗有較長的專注力，但有時需要一些協助，以確保他們能 聆聽彼此的想法和分享領導權，因此老師則成為引導者，實驗過程中嘗試學習抽 象的概念，但仍需要有具體的經驗以及喜歡利用畫圖和寫字來記錄自己的經驗。
Kinzi 等(2014)指出，學齡前兒童具有科學的推理能力，像是他們能夠推斷 出誤導性證據中，可能會形成錯誤的觀念，幼兒在6 歲時已可以區分假設和真實 證據，因此，年幼的孩子不是只能學習數學和科學思維，他們也擁有大量的非正 式理解，可以作為正式數學和科學的基礎知識和技能。
綜觀上述，在5-6 歲的幼兒進行科學教育時，是使用感官去探索，對於科學 概念發展已具有基礎的科學探究技能，並且與同儕共同進行科學活動，也有推論 的概念，但因發展上的關係，幼兒在科學活動中的表達與分享並不會相當的完整，
因此老師則是在科學教育活動中的引導者，協助幼兒引導口語表達。
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三、幼兒科學探究技能與幼兒科學態度培養
所謂科學探究技能就是科學方法(王美芬、熊召弟，2005)，過去人們習慣將 科學探究過程中所運用之方法和步驟等統稱為科學方法，以完成問題解決的歷程 (楊龍立，2000)。
美國國家研究委員會(National Research Council；簡稱 NRC)(1996)指出，科 學就是探究，從幼稚園到四年級學生都應具有進行科學探究技能的科學活動，
1967 年美國科學促進會的科學教育委員會(Comission on Science Education of the American Association for the Advancement of Science)所發展出來的「科學過程取 向」(Science A Process Approach, SAPA)課程即是根據這一個理念，強調兒童學習 科學必須先學習科學家如何探討科學問題的方法，該課程認為科學即是一種探討 的 過 程 ， 兒 童 必 須 習 得 探 討 的 要 領 ， 才 能 具 有 發 掘 知 識 的 能 力(Olivia &
Bernard,2013)，首先有系統地將探究過程的技能分為兩大部分有基本過程技能和 統整的過程技能，在基本的過程技能則有觀察、分類、測量、傳達、預測、推理、
應用時間空間之關係、應用數字；在統整的過程技能有鑑認變因、解釋資料、實 驗、下操作型定義、實驗(Shimaa, Khlood, Stuart, Esme, Yager,2015)。
林顯輝(2006)指出，如果想提升學生的科學探究能力是需要完整的練習，
以及分段的培養，並非一蹴可幾，而學生學習科學不只學習知識而已，也要學 習過程或方法。
Emen 和 Aslan (2018)指出，學齡前兒童的科學意味著探索，探索為孩子透 過五種感官來「做」事情，幼兒時期的科學教育的主要目的是使孩子觀察，以及 發展對科學的積極態度，在這一時期，科學教育的目的，不是直接傳播科學觀念，
因此，應該提供孩子他們可以觀察，測量和解釋的經驗。
Charlesworth 和 Lind(2003)指出，幼兒的科學和數學的知識建構，是具有關 係到此兩項中的技能，概念的產生是知識透過技能發展的，數學探究過程的基本 技能為比較、分類和測量，包含在科學探究過程中，科學既是知識也是過程，對
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於解決科學和數學問題相當的重要，過程技能為幼兒在進行科學行為的方式，適 合幼兒的科學探究過程技能為觀察、比較、測量、分類和溝通，這些技能需要幼 兒親自實踐與體會，有了具體的經驗，有利於往後學習到較為困難的科學過程技 能。
Geard、Schachter 以及 Wasik(2013)認為科學探究提供數學概念和科學技能 發展機會，例如：兒童進行比較、分類和歸類物體，反映出孩子在分析數學數據 的能力，孩子們可以培養各種測量概念，例如：數量、長度，科學過程中，幼兒 用科學方法進行思考，科學方法是一個詢問和回答的過程，使用科學步驟進行科 學探究，去支持兒童建構概念的相關知識。
American Association for the Advancement of Science( 美 國 科 學 促 進 協 會)(1999)指出，通常稱為「科學基本技能」的方法，則適用於幼兒在沒有完全理 解科學概念的思想所學習，而幼兒經常練習到正確的科學概念，則是獲取科學知 識的關鍵，不斷的演練是幼兒理解某些概念而奠定的基礎，同時也是學習解決問 題的過程。
Gallenstein 和 Johnson(1998)指出，幼兒的科學活動可以採用合作學習小組 的學習方式，小組成員可以分享想法以及互相幫助，培養幼兒的社交技能，在幼 兒討論間，有同儕產生不同意的想法時，更能激發幼兒的想法，進而討論各種策 略的方式。
周淑惠(1998)認為對幼兒來說，實驗可以是簡單的操作活動，只要驗證其想 法是否正確，而不涉及統整的正式科學程序能力，並且歸納幼兒的科學探究能力 在觀察、推論、預測或實驗和溝通具有重要性，因此認為這四大項的科學探究能 力為幼兒科學教育之重要指標，下表為周淑惠(1988)幼兒科學探究能力說明，如 表2-1-1。
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表2-1-1
幼兒探究過程技能表 探究過程技能 說明
觀察 運用感官所獲得的資料，可分質的觀察和量的觀察。
推論 將所觀察到的現象，推想原因並做出解釋。
預測或實驗 將觀察的現象以及藉由舊經驗思考未來可能會產生的狀態，
稱謂預測，之後進行實際操作或驗證預測的狀態是否正確，
稱為實驗。進行實驗中，會運用到操作、比較、分類、測 量、使用數字以及時空關係等其他程序能力。
溝通 以繪畫、文字等進行表達或記錄對科學概念的理解或探究心 得。
資料來源：整理自周淑惠(1998)。幼兒自然科學經驗—教材教法(頁 41-44)。臺北 市：心理。
綜觀上述，學齡前兒童的科學在於「探索」，孩子透過五感進行觀察，親自 實踐與操作，學習科學家如何探討科學問題的方法，並且採用科學過程技能進行 學習，幼兒的科學探究過程技能為觀察、比較、測量、分類和溝通，用以解決科 學和數學的問題，不斷的演練技能，是幼兒理解某些概念而奠定的基礎，同時也 是學習解決問題的過程，本研究以幼兒為對象，以及所使用的積木媒材為KAPLA 積木，其特性為每一塊積木的大小與重量和顏色都相同，因此採用周淑惠(1998) 提出幼兒探究過程技能作為觀察的項目，分別為觀察、推論、預測或實驗、溝通 四大項，是較符合本研究所要提升幼兒科學探究能力的技能，因此會以這四大項 作為本研究幼兒科學探究能力觀察表的觀察項目。
王美芬和熊召弟(2005)指出探究自然的要件需要有積極的態度和意願，是可 以從學生在探究活動中培養的，讓幼兒以「做中學」的方式運用科學探究技能以 及親身體驗科學探究精神而獲得科學知識(白碧香，2002)。學生學習科學探究若 無科學方法以及科學態度則無法產生科學知識，因為適切的科學態度是將科學知 識和方法，轉變成行為的驅策力(王美芬、熊召弟，2005；周淑惠，1998；洪文東，
2007)。
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Novak(1977)認為探究是一種涉及活動的學生行為和技能，但重點是在積極 尋求知識或理解，藉以滿足好奇心，教師可以透過解決問題來提問，解決問題背 後的動力是好奇心和尋求發現的興趣，問題解決不是一種教學策略，而是一種兒 童行為的挑戰，教師要創造一個可以解決問題的環境(引自 Lind，1998)。
Baruch、Spektor-Levy 以及 Mashal(2016)認為幼兒科學態度中的好奇心最為 重要，幼兒在學習時對特定內容更感興趣的，他們堅持學習的時間更長，進而更 深入地處理信息，記住更多信息，因此，探索和尋求信息的行為可能更適合作為 好奇心的衡量標準，在幼兒自發探索中，對於新穎性和複雜性的探索過程都被提 議為衡量幼兒好奇心的方法，女生比男生更有可能表現出科學的好奇心和積極態 度，可藉由口頭和行為表現來觀察幼兒科學態度的狀況。
Gallenstein(2005)指出，當老師幫助孩子學習時，透過動手操作的活動，可 以加強幼兒天生的興趣和好奇心，以及增強孩子的推理能力，對幼兒來說會感到 有樂趣。
Charlesworth 和 Lind(2003)認為，幼兒在進行科學活動時，也需培養幼兒的 科學態度，例如：好奇心、樂觀面對失敗以及客觀接納自然界中科學的變化。
黃意舒(2014)認為幼兒科學態度包含十項為：「好問」，幼兒展現好奇心；「注 意及專注」，幼兒啟動五感關注某一焦點；「喜歡探索」，幼兒運用感官蒐集各種 刺激；「想證實他的想法」，幼兒反覆操作發現行為與因果的關係；「愛現」，幼兒 表達自己的感受；「自動遵守生活中的儀式與規則行為」，幼兒發現因果關係並遵 守規範；「重複的興趣及嗜好」，幼兒反覆表現行動，直到滿足好奇；「善於想像 及創意」；「解決問題的毅力」，幼兒反覆嘗試不輕言放棄；「喜歡和人互動」。
Simsar(2018) 研究結果顯示，在科學教育中的動手活動與幼兒對科學的態度 具有相關，也與教師的教學經歷和一周的教學頻率之間存在統計學上的顯著關係
。
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賴羿蓉(2008)認為，幼兒的科學態度具有好奇心、喜歡探索、發現的樂趣、
細心觀察、客觀且開放的心胸、正向且樂觀的態度，本文採用賴羿蓉(2008)指出 六項幼兒科學態度，如表2-1-2 為幼兒科學態度。
表2-1-2
幼兒科學態度表 項目 說明
好奇心 好奇心和疑惑為科學探究的起始點，有了此態度才能質疑、思 考以及求證，是探究的核心。
喜歡探索 會主動探索科學現象，並且喜歡將自己的構想，實作動手操 作，以完成品表現。
發現的樂趣 將會感受到發現的樂趣以及願意參加科學相關活動，並且操作 材料或器具。
細心觀察 相信細心的觀察以及周密的思考，才能獲得真實的知識。
客觀且開放 的心胸
認同在進行科學活動的過程中所產生的結果跟改變，並且具有 正向態度，不會盲從。
正向且樂觀 的態度
在探索活動中獲得科學概念，進而產生信心，樂觀地面對科學 活動過程中可能會失敗的結果，仍保有正向態度。
資料來源：整理自賴羿蓉(2008)。幼兒科學教育的理論與實踐(頁 1-6)。臺北市：
禾楓。
Rochel 和 Kimberly(2004)指出，「幼兒科學途徑」是幼兒的科學和數學教學 計劃，由發展心理學家組成的團隊與學前班主任，老師和其他員工進行全面合作 並且開發，此教學計劃特別注意科學探究過程技能的重要性，使用概念連接體驗，
以及學習科學中會運用到的一些數學，和讀寫能力的學習方法，幼兒在過程中所 學習到的詞彙僅用於思考和交談，是科學學習過程的一項工具，而「觀察」、「預 測」和「探索」是基本的科學技能，有時會採用「紀錄」，讓幼兒以繪圖的方式 進行科學活動中的紀錄「觀察」、「預測」與「發現」，科學過程與科學內容是隨 著過程螺旋式的發展，將技能運用於熟悉的內容，以建構新知識，其中也包含了 科學態度，透過「鼓勵」的方式，使幼兒參與科學概念的建構。
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綜觀上述，科學探究技能是進行科學活動的方法，探究與解決問題成為了重 要的核心，但若要進行一項科學活動前，首先需要對這一項科學活動的內容有興 趣，引出幼兒的好奇心，而科學態度則是提升科學探究能力的第一步驟，才能使 幼兒有專注力和動力在活動中，而獲得一個完整的科學經驗或知識，因此以賴羿 蓉(2008)指出六大項幼兒科學態度，作為本研究幼兒科學態度觀察表的觀察項目
。
四、幼兒科學教學指標與幼兒園教保活動課程大綱的關係
幼兒對科學的理解源於幼兒時期的基本概念，關於到建構主義學者皮亞傑
（Piaget）和維高斯基(Vygotsky)的概念發展理論，而建構主義方法的主要觀點是 強調各個孩子作為智力探索者，經由自己的發現並建設知識。在科學中，則是以 觀念上的改變進行教學或理解，需要許多不同的環境或策略，鼓勵學生不要只記 住科學知識，而是要實驗與探究其中的過程(Lind，1998)。
國外學者Bredekamp 與 Rosegrant(1995)指出，幼兒科學學習目標應該以「發 展幼兒對世界的好奇心」以及「擴展幼兒探究世界、解決問題、做決策之程序與 思考技能」和「增加幼兒對自然世界的知識」為主軸，表2-1-3 即是幼兒科學學 習之目標敘述(引自賴羿蓉、王為國，2005)。
表2-1-3
幼兒科學教學目標表
幼兒科學學習目標 說明 發展幼兒對世界的好
奇心
對不熟悉的事物能表現出興趣與探究調查的意願以及 對生命的尊重。
擴展幼兒探究世界、
解決問題、做決策之 程序與思考技能
主動參與科學活動，並適使用感官學習不熟悉的事 物，能將觀察結果數量化以及定義、分類、紀錄、運 用科學方法、分享。
增加幼兒對自然世界 的知識
積極參與不同類型的科學活動，而獲得相關經驗，進 而表達或溝通各種想法。
資料來源：引自賴羿蓉、王為國(2005)。幼兒科學課程設計：多元智能與學習環 取向(頁1-3)。台北市：高等。
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國內學者盧美貴(2003)則以指出五歲幼兒科學學習目標以培養探索科學的 興趣與熱忱，並養成主動學習的習慣，和學習科學探究的方法及基本知能，並能 運用所學於生活中，和培養愛護環境、珍惜資源及尊重生命的態度，與培養與人 溝通表達及和諧相處的能力，以及培養獨立思考、解決問題的能力，並激發創造 潛能這五點為主要目標。
我國在2016 年，公布的《幼兒園教保活動課程大綱》的認知領域課程目標，
則強調問題解決思考歷程能力的培養，也包話蒐集訊息、整理訊息及解決問題。
陳淑敏(2018)則指出科學探究歷程則有提出問題、做出假設、蒐集訊息、整理訊 息，以及結論與解釋，並且也都強調提供學生主動參與、動手操作(hands-on)、用 心思考(minds-on)的學習經驗。
綜觀上述，不論是國內學者盧美貴(2003)的五歲幼兒科學學習課程目標和國 外學者 Bredekamp 與 Rosegrant(1995)的幼兒科學目標皆強調科學學習課程以探 究、解決問題最為重要性，並且《幼兒園教保活動課程大綱》認知領域中的蒐集 訊息、整理訊息及解決問題，與陳淑敏(2018)所指出的科學探究歷程為提出問題、
做出假設、蒐集訊息、整理訊息，以及結論與解釋，具有相關性，《幼兒園教保 活動課程大綱》同樣也提出幼兒需有解決問題的思考歷程，與幼兒科學教育目標 相符合。
五、小結
科學探究定義一詞，本研究的定義為「透過觀察以及實驗，進而分析數據、
解釋和交流，討論問題所產生的原因，再進行預測，找出答案」，對於 5-6 歲的 幼兒是採用感官的方式去探索科學教育，並且有基礎的科學探究技能與同儕共同 進行科學活動，教師為科學活動中的引導者，鷹架協助幼兒的口語表達。
幼兒透過感官進行探索，並運用科學探究過程技能，學習科學家探討科學 問題的產生，周淑惠(1998)認為，認為幼兒科學探究能力在觀察、推論、預測或 實驗、溝通為幼兒科學教育之重要指標，科學態度則是提升科學探究能力的第一
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步驟，賴羿蓉(2008)指出科學態度則具有好奇心、喜歡探索、發現的樂趣、細心 觀察、客觀且開放的心胸、正向且樂觀的態度，才能使幼兒獲得完整的科學經驗 或概念。
第二節 幼兒積木
本節為探討幼兒積木與科學探究能力的相關文獻，包含幼兒積木教育與建構 論、幼兒積木建構發展、積木與科學探究能力之關係以及積木的總類，茲分別說 明如下：
一
、
幼兒積木教育與建構論積木源自於德國，而大多數學者所公認積木玩具遊戲理論和積木玩具規格的 始祖為福祿貝爾(Friedrich Froebel)，他將幼兒教育與遊戲、玩具之間的相互關係 與理論加以明訂(台灣創意積木發展協會，2013；吳雅玲、許惠欣，2008)。
馬祖琳(2009)結合了維高司基的社會建構論以及皮亞傑的動態均衡論，對各 學者的啟發為：「我們需要體會學習是自動的、有目的、需親身體驗，以及學習 是具有個人差異的」，幼兒的學習是來自於遊戲過程，因此各種教材、玩具更是 幼兒成長過程中重要的媒材，吳美姬、周俊良(2017)指出，積木的建構活動為結 構性的遊戲，會因年齡的增長、身心靈發展而漸趨繁複，教師可多善用引導的方 式，可促進幼兒身心各項技能的提昇，表2-2-1 為積木遊戲教育功能表。
表2-2-1
積木遊戲教育功能表 教育功能 說明
肢體動作 包含大肌肉(彎曲、空間移動)與小肌肉(手指控制、手眼協調、
手部操作控制)以及身體知覺、蹲坐、提起、放置、平衡。
語言 指專有名詞的掌握、符號表徵能力、溝通與傾聽等。
(續下頁)
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教育功能 說明
社會性 接受與尊重團體常規、樂於分享、分工合作、尊重他人、利他行 為等。
自我情緒 自主性與自信心的培養、挫折忍受度，樂於嘗試等。
認知 包含到了科學中的質量、重量、系統、探索、交互作用、力、計 畫、平衡、變化、穩定、觀察、問題解決、因果關係；數學中的 空間、形狀、大小、次序、數字、分數、重量、長、深度、寬 度、高度、繪圖、對稱、數量、數數、相等或不相等、認識集合 或群組、長短、高矮、估計、異同、分類、測量、體積、面積、
製表、一對一的對應、部份與整體關係等。
資料來源：整理自馬祖琳(2009)。幼兒創造性思考的表徵經驗：臺中愛彌兒幼兒 園積木活動紀實(頁 13-17)。台北市：心理。
Sarama 和 Clements(2009)認為幼兒的數學包含了分類、大小、計數、圖案和 形狀、空間關係，在分類的部分，幼兒以屬性進行分類；在大小的部分，幼兒以 描述或比較積木的大小；在計數的部分為，幼兒對物體進行點數；在圖案和形狀 的部分，幼兒識別或創建圖案或形狀或探索幾何特性；在空間關係的部分，幼兒 以描述或繪製位置或方向來表達。
綜觀上述，本研究最主要為探討幼兒科學探究能力的提升，而積木建構的媒 材為KAPLA 積木特性，為每一塊大小、重量都相同，因此根據上表積木遊戲教 育功能表中，認知部分的科學在本研究幼兒建構時，會學習到的有重量、探索、
計畫、平衡、變化、穩定、觀察、問題解決、因果關係。而科學與數學是具有關 聯性的，因此幼兒也會學習到數學的部分則有空間、長、深度、寬度、高度、對 稱、數量、數數、估計、體積以及面積(馬祖琳，2009)。
二、幼兒積木建構發展
建構遊戲的年齡階段則在 2 歲以後都可以操作，而幼兒在建構遊戲中所操 弄的媒材則有積木、黏土、沙堆等，其中積木建構則在積木區進行(潘慧玲，1992)，
而馬祖琳(2009)又將幼兒積木的階段又更清楚的細分為認識積木、重複性排列、
堆疊與象徵行為、架橋、圍堵與對稱圖形以及實質建構期，如表2-2-2。
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表2-2-2
幼兒積木遊戲的建構階段表
階段 年齡 說明
認識積木(階段一) 1.5 歲 在這個階段，並不會有建構行為，認為積 木和其他玩具或物品並沒有不同之處。
重複性排列、堆疊與 象徵行為(階段二)
2 歲 這階段會開始將積木疊高或排成長條的建 構，開始發展比較的觀念，是學習測量以 及象徵式行為的開始。
架橋、圍堵與對稱圖 形(階段三)
3 歲 積木建構作品逐漸的具像，幼兒開始注意 積木的形狀，同時也邁入「平行遊戲期」， 建構積木時會開始與同儕互動並共同建構 作品，但也常會與同儕發生衝突。
實質建構期(階段四) 4.5 歲 建構技巧達到熟念時，會開始有計畫性的 建構積木，是朝向複雜的大型建構作品，
含有幼兒所建構的內涵與細節存在，也會 與他人合作建構積木。
資料來源：整理至馬祖琳(2009)。幼兒創造性思考的表徵經驗：臺中愛彌兒幼兒 園積木活動紀實(頁 13-17)。台北市：心理。
綜觀上述，因本研究的研究對象為 5-6 歲的幼兒，而根據上表在實質建構 期(階段四)所指出，幼兒在建構技巧熟練後，會與同儕合作建構積木以及與同儕 一起計畫積木建構的方式，符合STEM 核心精神中的「團隊合作」精神。
王真瑤譯(1997)指出教學者若想讓幼兒能與同儕一起建構積木，則必須將幼 兒形成一個團隊，團隊中的每一位幼兒都對於所要建構的作品有共識，而幼兒要 在團隊中一起建構積木，通常也是根據人際互動的程度，以下分為三個階段，如 表2-2-3。
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表2-2-3
幼兒團體積木建構發展表
階段 說明
開始想和玩伴一起玩 幼兒一開始會先有一個建構積木的想法，依據 積木的特徵，去思考積木不同的建構方式，並 且在過程中也將自己對於建構想法去改變同儕 的想法，再訂遊戲規則，以建構好的作品進行 遊戲。
在團體中，朝共同目地展開 遊戲
幼兒有了團隊合作建構積木的概念，但在協調 與其他同儕共識的過程中，幼兒也會將自己擅 長的技術加以運用，並且與同儕共同解決問題 以及增加建構作品的細緻度。
能在團體中發揮個人所長且 可以朝著共同目的進行遊戲
幼兒有團隊的共識後，會以建構好的積木作品 進行組合，再綜合團隊中所有幼兒的意見加上 細部的建構，並且分配工作，以實現為主要目 標再進行遊戲。
資料來源：整理至王真瑤(譯)(1997)。積木遊戲與活動計劃(原作者：溪久保禮造、
野村木子)(頁 43-51)。臺北市：成長基金會。
三、積木與科學探究能力
積木建構活動對幼兒來說，在數學概念以及科學概念的學習是非常明顯，發 展概念則有：形狀、大小、配對、測量、體積、面積、深、寬、高、長、排列、
數字、分數、分類、比較、空間等 (張曄、黎培莉、關珊，2014) 。
王真瑤譯(1997)指出幼兒接觸積木，有探索的階段、有意圖的階段和以達成 遊戲為目的的階段三個階段，其中個人跟同儕一起玩積木的方式是不相同的，因 發展的關係，玩法會根據發展而改變，如表2-2-4。
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表2-2-4
幼兒與積木探究之特徵表
階段 說明
探索 此階段的幼兒對於積木的探索動作為摸、敲、抬、移 動、改變方向、組合、排、堆，並且嘗試錯誤。
有意圖 幼兒能進行一部分的預測，有「積木建構後的結果」以 及「知道積木建構如何動手操作的想法」，但還無法將 整個因素串連起來。
以達成遊戲為目的 幼兒能進行完整的預測，思考著下一個建構方式，並且 將積木建構完成，過程中仍然會採取探索和有意圖的行 動，也開始注意細節的部分，有了預想積木建構完成後 的狀態，建構的動力則會更專注。
資料來源：整理至王真瑤(譯)(1997)。積木遊戲與活動計劃(原作者：溪久保禮造、
野村木子)(頁 43-51)。臺北市：成長基金會。
綜觀上述，本研究的目的之一為提升幼兒科學探究能力，根據上表中的「探 索」、「有意圖」以及「以達成遊戲為目的」成為本研究在觀察幼兒進行科學探究 時的方向。
四、積木的種類
林佩蓉(2012)指出積木區所包含的積木可以有大、中、小型箱積木、空心積 木、泡綿積木、單位積木(吳雅玲、許惠欣，2008；王意嵐，2008)、樂高(劉素妹，
2008；楊秀惠，2008；曾頌真，2008)、LASY 積木(王心筠，2010)等，以下為針 對國內積木相關研究所採用的積木媒材做為介紹，如表2-2-5。
表2-2-5 積木種類表
積木名稱 說明
樂高積木 屬於塑膠積木，在組合時具有卡榫，因此比較不易脫落，要拆 除也需要多一點力量，對幼兒而言是很好的手部練習玩具。
(續下頁)
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積木名稱 說明
LASY 積木 屬於塑膠積木，強調三度空間的結構讓幼兒能有立體的概念，結 合了科學與技巧的運用，有物理與機械工程的原理。
單位積木 實木材質相較其他種類積木(如：塑膠、泡棉等)穩定性高，不易 傾倒，大尺寸設計，易於孩子操作，每塊積木厚度均一，成倍數 的長度設計，但積木塊數少，幼兒只能小型建構，因建構作品簡 單，比較沒有結構力學上的問題，相對地就較少有解決問題、發 展高層認知次思考的機會。
KAPLA 積木
為實木材質、體積小、片數多，利於幼兒解決問題，能提供幼兒 在建構中有完整解決問題的能力。
資料來源：研究者自行整理。
綜觀上述，目前國內在碩博士論文以及相關研究的幼兒階段中，尚未有研究 者採用 KAPLA 積木做為媒材進行研究，而本研究所採用的積木媒材為 KAPLA 積木，與單位積木的材質相同為木質質地，但相異點在於單位積木體積較大，因 此積木塊數少，對幼兒的建構具有限制，進而對於培養幼兒擁有解決問題的能力 較少，而KAPLA 積木體積雖小，但積木塊數多，因此幼兒在建構時比較不受限 制，也比較能讓幼兒在建構中有完整學習解決問題的能力，塑膠積木中為樂高積 木與 LASY 積木，而兩項積木並未提到，能提供幼兒解決問題的功能，而根據 STEM 核心精神，其中一項為培養幼兒解決問題的能力，因此，本研究選擇 KAPLA 積木做為研究活動中的媒材。
五、小結
積木的教育功能具有「肢體動作」、「語言」、「社會性」、「自我情緒」以及「認 知」，其中「認知」包含了數學和科學，藉由積木建構是有助於提升幼兒科學概 念，而幼兒在4.5 歲時，對於積木開始有實質上的建構，在團體積木建構發展中 的依序則為「開始想和玩伴一起玩」、「在團體中，朝共同目地展開遊戲」以及「能 在團體中發揮個人所長且可以朝著共同目的進行遊戲」，幼兒對於積木的探究則 先探索積木的外觀，再進行預測將整個建構方式串連起來。
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第三節 5E 學習環
本節針對5E 學習環的相關文獻進行探討，包含建構理論、5E 學習環的意涵 以及5E 學習環教學與科學探究能力的關係，茲分別說明如下：
一、建構理論
建構主義的學習觀點包含了皮亞傑、奧蘇貝爾、布魯納、維高思基等人重要 的學習理論，其中維高斯基認為個人知識的來源分為自發知識(spontaneous)：「兒 童從他們與環境的交互作用中，自然獲得知識」；正式知識(formal knowledge)：
「兒童以正式的方式經由學校的介入而獲得知識」，建構主義的學習觀則強調學 習者須主動參與建構知識，並且考慮學生對於這一項科學活動的先備知識、學習 的意義和建構的歷程(高慧蓮、蘇明洲、許茂聰，2003)。
Lawson(2010)指出培養具有科學知識的個人則需要有效的科學和技術教學，
教育科學家建議，探究是第一層的科學學習方法，學習者透過提出問題並在知識 建構過程中進行研究，利用他們的創造力來獲取數據，從而掌握學習(引自 Sever,2014)
，洪文東(2007)指出近年來科學教育普遍受到「建構主義取向」(constructivism approach)的影響，強調學生是一個能主動由本身經驗建構出意義的有機體，而形 成知識。
二、5E 學習環的意涵
在 1980 年代後期建構論學者的觀念，認為學習是去建構的(to construct)，
目前有許多科學教育研究學者則用來分析科學知識的發現，說明科學知識的建構 性質(鍾聖校，1999)。而周淑惠(2002)指出維高斯基認為幼兒科學概念是根據幼 兒的經驗和觀察達到一定程度時，才能瞭解一個相關的科學概念，因此許多學者 採用維高斯基的「社會建構論」中提出的「鷹架」理論來說明進行科學教育活動 時，教師如何引導並且協助幼兒學習科學概念。
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5E 學習環教學模式是探究式教學法的典型代表之一，也是建構取向教學法 的代表(洪文東，2007)，Karplus 和 Their 在 1967 年首先提出，為探索(Exploration)、
發明(Invention)和發現(discovery)三個階段，經過多次修改，形成五個階段，被稱 作 5E 學習環(引自洪文東，2007)，而 Volkmann 和 Abell 在 2003 年進一步發展 出5E 評量模式，讓 5E 學習環更加完整（引自林曉雯，2003）。
三、5E 學習環教學與科學探究能力
在2004 年，美國國家科學教師協會(Nation Science Teachers As-Sociation , NSTA)發表，認為美國生物課程改進畫(Biological Sciences Curriculum Study；簡 稱BSCS)團隊所提出的 5E 學習環，是適合科學探究的教學模式(NSTA,2004)。
Bybee (2014)指出 BSCS 團隊意識到建構主義的學習觀需要經驗，以挑戰學 生的先備觀念，進而促進重建活動的想法和能力，因此提倡5E 學習環教學，這 五項階段內容依序如下：
(一)投入(Engagement)，簡稱 E1：教師應先呈現過去的學習經驗，揭示先前 的觀念，以及組織學生對學習成果的思考活動。
(二)探索(Exploration)，簡稱 E2：將學生目前所誤解的概念，透過流程和技能 的操作，而在觀念上有所改變。
(三)解釋(Explanation)，簡稱 E3：將學生的注意力集中在他們所探索的主題 上，並提供機會讓他們表達對概念的理解以及探究技能，在這個階段的教 師可以直接介紹一個概念、過程或技巧，而老師的解釋或其他資源則可以 引導學習者加深理解，是此階段的關鍵部分。
(四)精緻化(Elaboration)，簡稱 E4：教師挑戰並擴展學生的觀念理解和技能，
透過新的經驗，學生會更深入地了解訊息和足夠的技能。
(五)評鑑(Evaluation)，簡稱 E5：鼓勵學生評估他們的理解力和能力，並允許 教師進行評估學生在實現學習成果方面的進步。
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此教學特性是能讓學生感到困惑的學習情境中，透過動手操作，探討相關問 題，並且做澄清和建構有意義的解釋，將獲得的知識應用於日常生活中(林曉雯，
2008)。
而Bybee (2014)針對現代各學者應用 5E 教學環於教學中的注意和提醒事項，
以下有三點：
(一)5E 學習環的最佳使用是兩到三週的單元，其中每個階段應做一個或多個 課程的基礎，如果作為單節課的基礎，則會縮短挑戰的時間和機會，另 一方面，將5E 學習環的某個階段用於過多的時間，會使學習失去了有 效性，例如，教師可能分配了過多的探索時間。
(二)盡量在5E 學習環教學時，不改變各項階段的順序以及省略某些階段，
這會使教學過程不完整，而形成失效。
(三)5E 學習環階段可以視教學情況所需而再重複一個階段，但仍需要注意學 習環的順序性和可行性，例如：探索階段不一定要在評估階段之前進行 探索。
林曉雯(2003)指出，評量是教學的一部分，為嵌入式或形成性評量理念，藉 以瞭解學生學習狀況，改進教師的教學，洪文東(2007)指出美國國家科學標準與 5E 學習環教學模式再加上 5E 學習環評量模式，則有完整的培育科學探究能力之 教學模式與評量模式，對於學生科學探究能力的訓練，應具有正面的影響，是一 個相當適合的探究教學模式，下表為5E 學習環評量說明，如表 2-3-1。
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表2-3-1
5E 學習環階段評量之說明表
學習環階段 評量 說明 E1，投入 前置性評量
診斷性評量
評量也可以在課程之前被使用，而這階段的評量 通常採取前測或先備知識的測量，並且具診斷的 功能，可得知有些學生可能需要補救教學或額外 的練習，在改善教育和學生的學習都很有幫助。
E2，探索 E3，解釋 E4，精緻化
形成性評量 目的是測學生的進步狀況，用以評量此部份的重 要學習結果，以及評量學生對於學習上的精熟 度，並提供回饋讓學生了解自己學習的情形，包 括已達精熟與尚未達精熟程度的地方。
E5，評鑑 總結性評量 此階段評量最常決定學生在單元或課程上的學 習成就上目的，在於評量學生是否預期的學習結 果，用來評定已精熟教學目標所預期之行為。
資料來源：整理自林曉雯(2003)。科學探究評量之理論與實務(頁 35-36)。屏東縣：
國立屏東大學。
綜觀上述，本研究將採用5E 學習環作為教學歷程架構表以及結合《幼兒教 保活動課程大綱》認知領域之評量做為幼兒在科學探究的活動中的學習狀況，有 助於研究者了解幼兒在學習過程中的歷程，以及研究者的引導與做法。
四、小結
探究是最基礎的科學學習方法，學習者透過問題的產生以及在知識構建過 程中進行研究，對於幼兒來說，幼兒的科學概念是藉由經驗和觀察而形成，而探 究式教學法，最適合的學習模式為5E 學習環，分別有五個順序為：投入、探索、
解釋、精緻化、評量。
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第四節 STEM 教學
本節為針對 STEM 的相關文獻進行探討，分別探討 STEM 意涵、STEM 教 學、幼兒STEM 與科學探究能力之關係，茲分別說明如下：
一、 STEM 意涵
STEM 起源於 1986 年美國國家科學委員會所提出，分別有四個領域為 Science(科學)、Technology(科技)、Engineering(工程)以及 Math(數學)主要目的 為在這四個領域中的專業中培養國家人才，以利提升國家的競爭力(李宛瑜，
2019)，美國國家科學研究委員會(United States National Research Council)在 2014 年STEM 學科的定義，分敘如下(Bybee,2019)：
(一) 科學(Science)：是對自然世界中現象的研究，包括物理學、化學、生物 學、地球和太空科學，科學既是知識的主體，也是知識的主體產生新知 識的過程（科學探究），科學知識可指導工程設計過程。
(二) 技術(Technology)：包括人員和組織的系統、創造以及操作技術，許多 現代技術是科學的產物工程和技術工具。
(三) 工程(Engineering)：有關於設計的知識體系，也是創造產品以及產生問 題解決的過程，常使用科學和數學中的概念以及技術工具。
(四) 數學(Math)：研究數量和空間，與科學並不相同，科學是憑經驗證據來 支持，數學中則主張用邏輯論證來確認假設。
美國之所以開始提倡STEM 以提升國家人才的原因在於，在世界 PISA 競賽 落後以及在經濟環境上對於人才培育上的需求，並且在業界方面也開始重視問題 解決能力，因此請求政府委託美國國家科學院(United States National Academy of Sciences[NAS]) 並且在 2015 和 2016 年進行 STEM 的推廣(張仁家、林癸妙，
2019)。
Bybee(2010)指出，通常 STEM 素養包括概念的理解和科學探究程序能力，
並且解決科學、科技、工程、數學的問題，Sanders 和 Wells(2006)對 STEM 的定
