國立臺東大學幼兒教育學系 碩士論文

國立臺東大學幼兒教育學系 碩士論文

指導教授：陳淑芳 博士

五E學習環融入幼兒軌道積木遊戲 提升幼兒基本科學能力

研 究 生： 沈姿妤 撰

中 華 民 國 一 ○ 五 年 十 月

國立臺東大學幼兒教育學系 碩士論文

五E學習環融入幼兒軌道積木遊戲 提升幼兒基本科學能力

研 究 生： 沈姿妤 撰 指導教授： 陳淑芳 博士

中 華 民 國 一 ○ 五 年 十 月

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誌 謝 辭

終於走到了這一刻，心中有無限的感動。三年前選擇可以專心在暑假讀書，重 返單純的學生身份，進入東大研究所精進自己；跟著幼教好夥伴育慧，我們攜伴同 行。三個難忘的夏季，認識一群很棒的幼教姊妹，感謝時常互相關心給予鼓勵及幫 助的同學們:惠慧、桂枝、法雅、育慧、淑琇、鳳娥…等，在美麗的台東，有扎實的 課程、充實的報告相伴，成為共同且難忘的回憶。

研究所在學期間受到班導師簡馨瑩老師、陳淑芳老師、熊同鑫老師、熊召弟老 師、辛靜婷老師、黃愫芬老師、郭李宗文老師的教導與啟蒙，使我的幼教專業得以 更上一層樓。特別要感謝指導教授陳淑芳老師的悉心指導，讓我學會如何以搭磚塊 的方式，一步步的累積文獻，得以學會站在巨人的肩膀看世界；2014 年的平安夜，

您犧牲休息的時間，和學生探討論文方向，打開我有關科學教育的新思維，至今難 忘。雖然忙碌，但您總是溫柔有耐心的指導，時而的鼓勵話語總給學生很大前進的 動力。另外，感謝口試委員江淑卿教授、熊同鑫教授撥冗審查論文，提供寶貴的建 議，幫助我順利完成論文。

感謝潘愷老師、圓媛老師、慧蓮老師啟蒙我進入科學教育，謝謝金瑩學姊在這 一路上的陪伴與鼓勵，在我找不到方向時推我一把。謝謝秀瑜、兆芳願意擔任讀者，

讓我知道哪些地方描述不清，提供想法引導我思考，幫助我修改得更好。謝謝虱目 魚班的家長、學生及好同事，支持我的探究行動讓我得以順利收集資料。

在這條求學之路上，家人是我最大的支柱。謝謝父母、婆婆與先生支持我完成 理想，讓我無後顧之憂的在台東遊學。感謝學會的好夥伴，總以題目守護我，並讓 我可以專心的求學。謝謝老公在我心情煩躁、迷失方向時，提供好用的肩膀與大大 的擁抱陪我度過。

如今論文得以順利完成，要感謝好多好多的人，在此僅將完成論文的喜悅與所 有關心我、鼓勵我的家人及良師益友們分享。

沈姿妤 謹致 民國一百 O 五年十月

五 E 學習環融入幼兒軌道積木遊戲 提升幼兒基本科學能力

作 者 ： 沈 姿 妤

國 立 臺 東 大 學 幼 兒 教 育 學 系

摘 要

本研究旨在探討教師運用五 E 學習環之引導策略，於學習區的軌道積木遊戲探 究行動，以提升幼兒基本科學能力。研究對象為高雄市某公立國小附設幼兒園對探 究軌道積木遊戲感興趣的五名大班男生。研究方法採參與式觀察法，資料蒐集以幼 兒學習區探遊軌道積木時的觀察記錄、拍照或錄影等；資料類型包含：教學日誌、

觀察紀錄、幼兒圖畫表徵記錄圖、相關攝錄資料。經質性資料分析法分析幼兒科學 基本能力提升的具體成效。本研究發現如下：

一、運用五 E 學習環之｢E3 解釋｣、｢E4 精緻化｣階段，有助幼兒科學程序能力之展現，

尤其在｢觀察｣、｢記錄｣、｢溝通｣、｢預測｣、｢表達｣項目有明顯的進步。

二、運用五 E 學習環之｢E3 解釋｣、｢E4 精緻化｣階段，有助幼兒建立力學相關的物理 活動知識及科學認知能力之展現。

三、運用五 E 學習環之｢E1 投入｣、｢E2 探索｣階段，有助幼兒科學態度之展現，但五 位幼兒有其個別差異性。

四、運用五 E 學習環｢E3 解釋｣階段，透過科學對話及幼兒圖畫表徵記錄，有助教師 瞭解幼兒的想法，幫助幼兒觀察更深入，表達也更清楚。

五、教師於五Ｅ學習環之主要角色為觀察者、鼓勵者與引導者。

本文整理出五 E 學習環融入積木區創意軌道積木遊戲之科學探究歷程，透過省 思提出若干建議供教學者以及未來研究者之參考。

關 鍵 詞 ： 五 E 學習環、幼兒基本科學能力、軌道積木遊戲

Integrating the 5E Model into Track Building Block Playsets to boost Children’s basic scientific capacity

Abstract

The purpose of this study is to discuss the research concerning the application of the 5E Model teaching strategy applied by teachers on toddlers who engage in playing with and assembling Track Building Block Playsets. The study further focuses on the effect of increasing the children’s basic scientific capacity, and also reflects upon the teaching process itself. The study targets children interested in Track Building Block Playsets – in this case five boys from a preschool affiliated with one of the Kaohsiung public

elementary schools. The research method incorporates participant observation.

Information gathering is based on observation records, photographing and filming while the toddlers are exploring the playsets in the learning area. The data is sorted in the following forms: teaching journals, observation records, toddlers’ graphic representation records and the related filming information. Qualitative data analysis is utilized to analyze the specific results of enhancing the children’s basic scientific capacity.

The findings of the study are as follows:

1. Integrating the 5E Model- E3 Explain、E4 Elaborate phase, assists in the children’s scientific procedure capacity, especially in the fields of observation, recording, communication, prediction and expression. All these fields show notable levels of progress.

2. Integrating the 5E Model- E3 Explain 、 E4 Elaborate phase, children gain knowledge of physical activities related to mechanics, and in so doing show their scientific cognitive capacity.

3. Integrating the 5E Model- E1 Engage、E2 Explore phase, facilitates the basic scientific capacity, particularly the display of scientific approach capacity, yet 

the display of scientific approach capacity differs from toddler to toddler.

4. Integrating the 5E Model- E3 Explain phase, the scientific dialogue and the children’s graphic representation record to aid the teachers in understanding the thoughts of the children.

5. The main roles of the teacher who applies the 5E Model is as an observer, motivator and guide.

This study organizes the progress of the integration of the 5E Model into Track Building Block Playsets. Upon reflection, a few recommendations for instructors and a reference for future researchers are provided.

Key words: 5E Model, Children’s basic scientific capacity, Track Building Block Playsets

目 次

第一章 緒論

第一節 研究背景與動機 ... 1

第二節 研究目的與研究問題 ... 4

第三節 名詞釋義 ... 5

第四節 研究範圍與限制 ... 5

第二章 文獻探討 ... 7 

第一節 幼兒基本科學能力 ... 7

第二節 五 E 學習環 ... 18

第三節 軌道積木遊戲之科學教育意涵 ... 23

第三章 研究方法 ... 31 

第一節 研究場域與對象 ... 31

第二節 研究者的角色 ... 33

第三節 資料蒐集的方法 ... 35

第四節 軌道積木遊戲之引導策略 ... 37

第五節 資料分析 ... 38

第六節 研究步驟 ... 42

第四章 研究結果與討論 ... 45

第一節 教師運用五 E 學習環融入積木遊戲之引導策略 ... 45

第二節 幼兒軌道積木遊戲與基本科學能力 ... 55

第三節 教師運用五 E 學習環融入軌道積木遊戲之反思 ... 85

第五章 結論與建議 ... 87

第一節 結論 ... 87

第二節 建議 ... 89

參考文獻 ... 93 

中文部份 ... 93

英文部分 ... 96

附錄 ... 97 

附錄一： 家長同意書 ... 97

表 次

表 2-1 幼兒基本科學能力相關研究 ... 8

表 2-2 幼兒科學程序能力與指標 ... 9

表 2-3 物理知識活動與一般科學活動之比較表 ... 13

表 2-4 物理活動知識以提升科學認知能力相關之研究 ... 15

表 2-5 幼兒科學態度與指標 ... 17

表 2-6 不同學者提出的五 E 學習環之學習階段 ... 21

表 3-1 幼兒基本資料表 ... 32

表 3-2 每日作息時間表 ... 33

表 3-3 幼兒建構遊戲歷程分析架構表 ... 37

表 3-4 資料編碼方式 ... 39

表 3-5 觀察內容轉譯符號表 ... 39

表 3-6 科學程序能力之分析實例表 ... 40

表 3-7 科學態度能力之分析實例表 ... 41

表 4-1 幼兒建構遊戲歷程分析表-投入階段 ... 46

表 4-2 幼兒建構遊戲歷程分析表-探索階段 ... 48

表 4-3 幼兒建構遊戲歷程分析表-探索階段(續) ... 48

表 4-4 幼兒建構遊戲歷程分析表-解釋階段 ... 50

表 4-5 幼兒建構遊戲歷程分析表-解釋階段(續) ... 50

表 4-6 幼兒建構遊戲歷程分析表-解釋階段(續) ... 51

表 4-7 幼兒建構遊戲歷程分析表-解釋階段(續) ... 52

表 4-8 幼兒建構遊戲歷程分析表-精緻化階段 ... 53

表 4-9 幼兒建構遊戲歷程分析表-精緻化階段(續) ... 54

表 4-10 幼兒科學程序能力分析表-觀察 ... 56

表 4-11 幼兒科學程序能力分析表-預測 ... 58

表 4-12 幼兒科學程序能力分析表-記錄 ... 59

表 4-13 幼兒科學程序能力分析表-表達 ... 60

表 4-14 幼兒對軌道遊戲的表徵圖-大右 ... 61

表 4-15 幼兒對軌道遊戲的表徵圖-小右 ... 62

表 4-16 幼兒對軌道遊戲的表徵圖-阿泓 ... 62

表 4-17 幼兒對軌道遊戲的表徵圖-小偉 ... 63

表 4-18 幼兒對軌道遊戲的表徵圖-小晉 ... 64

表 4-19 幼兒科學程序能力分析表-溝通 ... 65

表 4-20 幼兒科學程序能力展現之檢核表 ... 65

表 4-21 幼兒科學認知能力展現之檢核表 ... 70

表 4-22 幼兒科學態度能力分析表-好奇 ... 72

表 4-23 幼兒科學態度能力分析表-勇於嘗試 ... 73

表 4-24 幼兒科學態度能力分析表-感受發現的樂趣 ... 74

表 4-25 幼兒科學態度能力分析表-求證的精神 ... 76

表 4-26 幼兒科學態度能力分析表-堅持與耐心 ... 77

表 4-27 幼兒科學態度能力分析表-開放的心胸 ... 78

表 4-28 幼兒科學態度能力分析表-樂於與人合作 ... 79

表 4-29 幼兒科學態度能力分析表-勇敢面對失敗 ... 81

表 4-30 幼兒科學態度能力分析表-喜歡動手 ... 82

表 4-31 幼兒科學態度能力展現之檢核表 ... 84

圖 次

圖 3-1 研究場域圖 ... 30

圖 3-2 研究流程圖 ... 42

圖 4-1 積木可以蓋東西 ... 48

圖 4-2 有洞的積木可以接起來，可以做很長的軌道，讓球溜下去 ... 48

圖 4-3 幼兒用零件組合架高軌道 ... 56

圖 4-4 幼兒用零件組合架高軌道 ... 56

圖 4-5 嘗試用單位積木架高 ... 56

圖 4-6 自製擋板 ... 68

圖 4-7 齒輪當擋板 ... 68

圖 4-8 用積木固定擋板 ... 68

圖 4-9觀察球滾動 ... 69

圖 4-10圓棒架高 ... 69

圖 4-11不同方式架高 ... 69

圖 4-12 塑膠積木架高 ... 69

圖 4-13 櫃子架高 ... 69

圖 4-14 積木架高 ... 69

圖 4-15 環狀路線(1041124) ... 70

       圖 4-16 左右路線(1041208) ... 70

圖 4-17 上下路線(1050104) ... 70

圖 4-18 圖畫中展現心情 ... 75

圖 4-19 開心的與作品合照 ... 75

圖 4-20 歡喜的表情 ... 75

圖 4-21 幼兒習慣互助 ... 80

圖 4-22 不斷的修正軌道 ... 80

圖 4-23 感受合作的樂趣 ... 80

圖 4-24 喜歡動手並合作 ... 83

圖 4-25 專注的架高 ... 83

圖 4-26 組合積木 ... 83

圖 4-27 連接軌道 ... 83

第一章 緒論

本研究旨在探討幼兒於遊戲中使用軌道積木的探究行動歷程，教師運用五 E 學 習環是否有助幼兒對科學之探究，同時觀察幼兒在積木建構歷程中如何提升基本科 學能力。本章共分為四節，分別以第一節研究背景與動機；第二節為研究目的與問 題；第三節為名詞釋義；第四節為研究範圍與限制說明之。

第一節 研究背景與動機

充滿歡笑聲的遊戲場，時常見幼兒們反覆費盡力氣，攀爬到遊樂器材上只為享 受從高處往下一溜的刺激感；或有融入扮家家酒情境，假裝鯊魚追了過來，趕緊從 滑梯上迅速溜下以逃脫；有時甚至讓塑膠小球順著溜滑梯坡道滾動，這樣的畫面時 時出現在幼兒的自主性遊戲中；憶起兒時的自己，也熱愛嘗試生活中有關力與運動 的現象，對於科學上的專有名詞雖是一竅不通，但卻因為喜愛探究生活中有趣的現 象，主動收集物理活動的一手經驗、接觸科學，產生對科學的興趣；成為教師後，

亦時常思考如何在生活情境中引導幼兒探究科學。

教育部科學教育白皮書提到科學教育是全民共同努力的發展目標，且重視｢科學 素養｣的養成；強調生活中藉由探究性科學活動，讓幼兒獲得相關知識、習慣性的科 學思考，提升探究、創造力、批判思考能力以解決問題，並養成好奇心與良好科學 態度(科學教育白皮書，2003)。NRC（1996）國家科學教育標準提出｢學校必須為所 有學生提供科學活動以獲得高層次的科學素養，不該有年齡、性別、文化或種族背 景…等差異｣(引自 Duran, Duran, Haney& Scheuermann,2011)。科學教育的意涵強調 首重素養而非知識內容的傳遞。

然而，NSTA(2014)中聲明許多大人甚至是教育工作者往往低估幼兒的學習能力，

甚至低估幼兒能專注探索科學的時間。台灣當前幼兒科學教育遇到的問題，包含教 師使用坊間教材教學，卻不知道幼兒學習的重點，使幼兒在被安排下吸收知識，且 教科書上的科學知識僅是幾經驗證的「符號」、「專有名詞」和「原理定律」；應當強 調科學探究重於科學知識的傳遞(黃意舒，2014)。上述的現況反應出幼兒園教學現 場雖能提供幼兒五感體驗、動手實驗或結合主題教學的引導探究科學，卻忽略給幼

兒足夠主動探索的時間；或教師即使意識到科學教育的重要性，但習慣以主導性高 的傳統科學教育方法進行教學；解釋太多的科學現象，灌輸較多片段性的社會性知 識，無法完整評估科學活動對幼兒心智或基本科學能力的具體幫助。

如同幸曼玲(2003)在科學教育的迷失一文中提到幼兒科學教育無法普及的原因，

僅著重幼兒動手操作，未以科學程序的方法引發幼兒思考，也很少運用各種方法檢 驗其想法的合理性；點出當今台灣科學教育現場出現的普遍問題，教師只重視｢眼見 為憑｣與｢示範實驗｣卻低估幼兒的思考能力，忽略幼兒具有探究與組織的能力，因此，

教師學習｢等待｣成為幼兒科學教育的另一個策略；且動手操作只是建構知識的必要 條件而非充分條件，值得進一步探究更適合幼兒科學學習的方法。相關文獻剖析教 育現況，提醒教學者重新檢視科學教育的目標與方式，應轉為關注幼兒如何探究、

組織及如何思考歷程。

然而， Flannagan & Rockenbaugh (2010)提醒幼兒雖時常思考很多問題，但卻缺 乏尋求答案和解決問題的策略。幼兒雖具主動思考的特性，但亦需要成人適時引導，

才能發展出基本科學能力。陳淑芳等(2004)依其科學教育目標，研究出我國幼兒基 本科學能力指標，成為有效評估幼兒科學學習能力的具體方向；主張倘若能在教師 有計畫的安排下，透過科學程序能力引導幼兒動發現問題、尋找答案及解決問題，

體驗科學是嚴謹、有系統解決問題及尋找答案的歷程，有助瞭解幼兒具體科學學習 能力之表現。

不僅如此，文獻指出探究性科學教育能有效提升幼兒認知能力的發展，不論國 內外教育政策，皆強調認知能力與學習的重要性；美國全國幼兒教育協會(National Association for Education Young Children; NAEYC) 在 1987 年將認知列入幼兒適性 發展教學(developmentally appropriate practice; DAP)的領域中；而我國教育部在 2012 年頒布幼兒園暫行大綱中也強調幼兒帶得走的能力，其中的｢認知｣領域就是希望可 以培養幼兒探究學習任何事物的能力(黃意舒，2014)。教育部國民及學前教育署(2015) 在幼兒園教保活動手冊中說明｢認知｣領域的內涵，強調幼兒從｢生活環境中的數學｣、

｢自然現象｣、｢文化產物｣中，藉著觀察、分類、蒐集資料、整理資料、解決問題等 進行｢訊息處理的思考歷程｣，並非只有知識性的學習。領域目標是為培養幼兒習慣 性主動探索、有系統化的思考方式、喜愛和他人溝通且能合作解決問題的能力。再 再驗證科學性探究活動對幼兒思考能力與認知發展有極大的幫助；而且，幼兒科學

基本能力與幼兒園教保活動課程暫行大綱皆重視幼兒在學習歷程中培養探究能力的 共通性，因此，有其推廣的必要性。

NSTA(2014)提到科學教育可以幫助幼兒在一個有意義、安全、豐富且積極的生 活情境中，運用探究方法來實踐科學；雖然生活與科學密不可分，但強調以科學程 序的方式應用科學，才是真正將科學與生活結合(黃意舒，2014)。科學與生活看似 距離遙遠卻有很大的關聯，杜威｢生活即教育｣的理念，加上過去曾參與幼兒科學相 關活動的經驗，影響我帶領幼兒透過動手操作的方式來接觸生活中與科學相關的議 題(好玩的風、和光影玩遊戲…等)，雖能透過科學融入主題課程、學習區設置探索 區等方式引導幼兒接觸科學，但對於科學活動的教學策略是否能幫助幼兒學習，一 直存在著不確定性。

因此，教學者應積極尋找有效引導幼兒科學探究的教學方法，來鷹架幼兒科學 探究歷程，並瞭解幼兒展現那些基本科學能力。閱讀文獻後，發現五 E 學習環是適 合幼兒探究科學的有效的策略。不論國內外的研究，皆支持五階段教育程序對學生 學習的幫助，包含：引發主動提問與思考、幫助學習經驗連結並建立知識、探索概 念、結合溝通與創造力的作用，幫助教師了解學生如何理解概念等(王美芬、熊召弟，

1997；洪藝芬，2005；Orgill& Thomas,2007;Flannagan&Rockenbaugh,2010; 王秀雯，

2010；黃育美，2011；Song&Schwenz,2013;Bybee,2014)。五 E 學習環能將科學與生 活連結進行課程，提供幼兒科學探究之有效教學策略，因此想進一步了運用在幼兒 科學教育上。

著名科學家伽利略以斜面實驗提出力與運動的發現，為著名慣性定律；教育學 家Piaget卻觀察到幼兒將彈珠放在斜面上滾動，就能從經驗建構出物理知識的因果關 係。驗證幼兒擁有運作的心智能力，能運用與生俱來的好奇心，像科學家或工程師 般，進行自主的科學探索與知識建構。Seeds et al.(2015)提出幼兒最喜歡可以體驗的 課程，若將動手操作與身體動作活動結合，不僅能保持幼兒的參與度，還能使操作 的經驗形成概念。

班級中的幼兒時常喜歡在積木區中運用軌道積木，時想各種方式讓球可以滾動，

但這之前卻沒認真思考幼兒建構遊戲對概念發展與科學能力的幫助。因此，物理知 識的學習觀點，提醒教學者應重視幼兒探究軌道積木遊戲的歷程，透過觀察與引導 來發現對幼兒基本科學能力的幫助為何。近年來與軌道積木遊戲相關之研究，發現

積木遊戲能引導幼兒透過簡單的零件變化，發現力與運動的關係，幫助幼兒發展思 考與探究等能力(莊月泙，2010；黃文昌，2012；陳苡任、謝明德，2012；馬祖琳，

2014)。顯示創意軌道積木為引導幼兒展現基本科學能力之媒材。

此外，目前研究少見運用五 E 學習環於學習區教學中，周淑惠(2003)提出幼兒 科學概念及思維方面的研究太少，應擴增相關研究。唯有積極推動幼兒科學教育的 研究，才能將具體成果運用幼兒園現場，以改善幼兒科學教育無法有效推動的狀況。

所以，改變當前多以社會知識傳授科學內容的學習方式；順應幼兒學習特徵，透過 創意軌道積木引發幼兒探究科學現象之興趣並建構知識，以瞭解幼兒如何展現基本 科學能力乃是本研究想探究之動機。期能藉此探討教師如何以五 E 學習環之引導策 略運用於學習區，觀察幼兒參與創意軌道積木的遊戲，對基本科學能力之影響，以 提供教育工作者在幼教現場進行科學教育等方面的參考。

第二節 研究目的與研究問題

綜合以上所述，擬定研究目的如下：

一、探討幼兒於軌道積木遊戲的探究行動，如何展現幼兒基本科學能力。

二、瞭解教師運用五 E 學習環於幼兒軌道積木遊戲之教學應用與省思。

依據上述研究目的，本研究擬探討的問題如下：

一、教師運用五 E 學習環於幼兒建構遊戲之教學應用？

二、幼兒操作軌道積木遊戲，展現哪些科學程序能力、科學認知、科學態度？

三、教師運用五 E 學習環於幼兒建構遊戲之教學反思？

第三節 名詞釋義

一、創意軌道積木 (Creative Track Toys)

本研究所採用的軌道積木是採用｢台灣某實業股份有限公司｣所開發的”Gigo”

積木，創意軌道積木的特色強調每個積木可以多樣組合。本研究主要以基本款軌道 組積木作為幼兒參與建構遊戲之媒材，包含：直道、彎道、斜坡等軌道及三種球體，

讓幼兒可以任意建構軌道並製造滾動的物理現象。

二、幼兒基本科學能力 (Children Basic scientific capacity)

本研究所指的幼兒基本科學能力，乃指幼兒在參與軌道積木遊戲的探究活動中，

透過操弄物體的歷程，從中發現既有科學現象，並建構與力學運動的物理知識，所 展現的基本科學能力，包含：科學程序能力、科學認知、科學態度(陳淑芳等，2004)。

三、五 E 學習環 (5E Model)

指的是強調以幼兒為主體，於創意軌道積木遊戲中，教師透過五個步驟：｢投 入｣、｢探索｣、｢解釋｣、｢精緻化｣、｢評量｣，引導幼兒思考、合作、提問等展開科學 探究的歷程，且能有效鷹架幼兒學習之教學法。

第四節 研究範圍與限制

本研旨在探討教師運用五 E 學習環之教學策略於幼兒參與創意軌道積木遊戲 的探究行動，以提升幼兒基本科學能力及教學省思。研究的場域於研究者所任教的 班級中，研究對象僅以任教班級中最常進入積木區，且能持續參與創意軌道積木遊 戲的 5 位 5~6 歲男生，研究樣本數較少；且教師本身參與研究又是觀察者，可能受 行為取樣影響；故研究所做的結論僅作為教學研究或教學之參考，不宜過度推論。

第二章 文獻探討

依據研究動機與研究目的，進行資料蒐集與文獻探討與分析以發展本研究之創 意軌道積木遊戲，藉此探究創意軌道積木遊戲對幼兒基本科學能力之改變。本章節 將分為三節來闡述。第一節在於瞭解幼兒基本科學能力的意涵；第二節探討五 E 學 習環與相關研究；第三節介紹積木遊戲對科學教育的幫助。

第一節 幼兒基本科學能力

美國國家科學教師協會(NSTA，2004)針對幼兒科學教育提出的立場聲明，強調 幼兒具基本科學能力，包含：主動觀察、探索生活的能力與特質，若提供幼兒專注 在探究內容與科學作法上的經驗，可以幫助在下一階段學習科學的理解。

幼兒科學教育必須以全人教育為目的，其科學概念可從平時生活經驗累積堆疊 而來(周淑惠，2002)。科學課程強調探究的歷程，教育者應探討教學方法如何幫助 學生發現學科之間的關係，提供多樣的學習機會以幫助幼兒建立他們與環境事物的 連結；因此，課程應統整不分化，以科學為核心連結不同領域；幫助幼兒建立他們 與環境事物的連結，使幼兒獲得「科學認知、技能及情意能力」的學習(科學教育白 皮書，2003; Zan, B., Geiken, R. ,2010；黃意舒，2014；Seeds et al.,2015)。

人們生活的世界和社會文化結構密不可分，教師應為幼兒的合作夥伴。師生共 同探討策略，激發幼兒的思考，運用探索和解釋現象，營造具有調查氣氛的教室能 促使幼兒發展科學能力(Kirch, S. A.,2014)。環境與個體學習密不可分，物理知識活動 存在社會互動的情境；以社會建構觀點看待物理知識活動，除了能觀察到幼兒透過 操作物體展現建構知識的歷程外，也了解幼兒如何以經驗跟同儕、教師互動來建構 知識，獲得科學程序能力、科學認知與科學態度的基本科學能力。

陳淑芳等（2004）長時間研討並參考國內外科學教育目標，透過科學語言的收 集，包含：錄音、錄影等方式窺探幼兒科學相關概念。以自編的幼兒科學能力作業 活動為主要研究工具，包含生命科學、物理科學、和地球科學三組作業活動，研究 對象為四至六歲幼兒；研究出我國幼兒基本科學能力指標，其中包含科學教育目標 及內容範疇做參照，近年來受教育研究者使用；茲將其相關研究整理之，如表 2-1。

表 2-1

幼兒基本科學能力相關研究

研究者 研究主題 研究對象/方法 研究結果 洪藝芬

(2007)

科學圖畫書導 入沙石土探究 教學之研究

台北市某公幼 8 名大班幼兒/準 實驗單組前後 測設計

透過科學圖畫書融入五 E 探究教學 法，運用科學能力指標瞭解幼兒學習成 效發現，能提升幼兒科學知識在科學程 序能力、科學態度達顯著差異，具體評 估出幼兒基本科學能力之成效。

林佳儒 (2008)

幼兒進行科學 學習歷程之探 究-以彈珠軌道 為例

公幼 5~6 歲幼兒 /參與式觀察、質 性分析

研究發現幼兒具科學家特質、自由探索 活動有助幼兒擴展探索知能、教師鷹架 能有效建立幼兒基本科學能力。

許鈞 (2004)

以金門地方本 位課程培養幼 兒科學能力之 教學研究

金門縣某公幼 大班 26 名幼兒/

準實驗單組前 後測設計

以 STS 教學模式整合在地文化資源，發 展科學活動，在學習成效方面，幼兒科 學程序與科學態度能力皆有提升。

呂美琴 (2010)

排灣族小米文 化科學課程在 幼兒園實施之 研究

質性與量化分 析

以排灣族小米文科學課程設計，增進原 住民幼兒科學態度之能力。

綜合以上的研究可知，｢幼兒基本科學能力指標｣對於評估幼兒在科學學習的成 效均有增進的效果，不論是運用何種教學模式或研究方法，都能做為幼兒科學課程 規畫之依據。以下就陳淑芳等(2004)提出的幼兒基本科學能力之指標，包含：｢科學 程序能力｣、｢科學認知能力｣與｢科學態度｣三部份進行探討：

一、科學程序能力

近年來政府積極推動幼托整合，在 101 年公布幼兒園教保活動課程暫行大綱，

其中教育署(2015)在幼兒園教保活動手冊中說明｢認知｣領域的概念非只知識概念，

而是訊息處裡的思考歷程；強調幼兒在生活環境中取材，透過有系統｢蒐集訊息｣、｢

整理訊息｣、及｢解決問題｣做為教學方法，以習得｢解決問題的認知能力｣。而其關注 之能力與陳淑芳等(2004)認為｢科學程序能力｣強調教師有計畫的安排下，引發幼兒 主動發現問題、尋找答案及解決問題，體驗科學是嚴謹、有系統解決問題及尋找答 案的歷程，從中習得學習科學探究的精神和方法；透過自身探索經歷，習得科學探 究的方法和精神一致。

幼兒園教保活動課程暫行大綱強調培養幼兒帶得走的能力，其學習指標提供教 保人員依循的引導方向。陳淑芳等（2004）具體提出科學程序能力包含：｢觀察｣、｢

比較｣、｢分類｣、｢記錄｣、｢測量｣、｢實驗｣、｢溝通｣、｢預測｣、｢表達｣、｢探索｣及其 能力指標，教學者可在幼兒園教保活動課程暫行大綱的趨勢下結合幼兒基本科學能 力，透過教師鷹架協助幼兒遇到困境後解決問題的歷程。茲將整理幼兒科學能力與 指標，如表 2-2。

表 2-2

幼兒科學程序能力與指標

項目 能力指標

觀察  運用五官觀察自然現象和物體的特性

 察覺現象的變化及狀態的改變

比較  比較現象或物體特性之相同和相異處

分類  依物體特性將其分類（單一屬性多重屬性）

 能指出分類的基準或(屬性)

紀錄  運用圖畫、圖表或各種方式記錄觀察或測量的結果

測量  運用工具測量物體的特性(長短、輕重…等)(自製或現成的) 實驗  依照指示或示範進行簡單的實驗

 設計實驗求證先前的預測 溝通  傾聽他人並給予回應

 與別人交換意見與想法

預測  運用既有經驗預測事件或現象的變化或結果

表達  運用口語、圖表、實物或模型表達科學活動之過程、想法(idea) 或結果

探索  探索及上述基本能力之綜合應用

陳淑芳等(2004)研究指出，幼兒科學程序能力隨年齡增加而發展，智力優秀等 級的幼兒在幼兒科學程序能力優於智商中等和中下等級幼兒。科學程序能力不會受 性別、父母親職業、居住地影響；父母親教育程度以母親較具影響力，主要與陪伴 及照顧時間長短相關；不同幼兒園有部分差異，則有待進一步確認。許多幼兒科學 相關研究皆強調科學程序能力的重要性(吳淑美、魏淑君，2013；曾慧蓮，2006；洪 藝芬，2005；林佳儒，2008；朱韻芬，2003；莊月泙，2010)。

二、科學認知能力

幼兒園教保活動手冊中提到｢認知｣領域強調幼兒透過思考與解決問題的歷程來

獲得與數學、科學等知識概念(教育署，2015)。陳淑芳等(2004)亦將認知能力範疇融 入科學態度與基本程序能力中探討。認知能力之範疇包含：｢物理科學｣、｢生命科學

｣、｢地球科學｣。而物理科學與Kamii 和 DeVires(1999)提出物理知識活動有相符之 處。

Kamii 和 DeVires 的《幼兒物理知識活動》一書，說明物理知識活動強調幼兒 親自操作物體的探索，從中建構物理及數學的邏輯知識；教師應為扮演協助者的角 色(Kamii& DeVires ,陳燕珍譯，2003)。同時，王美芬、熊召弟等(2000)提出｢科學探 究｣是幼兒尋找問題與解決問題的思考歷程，提醒教學者應重視幼兒探究的歷程。

此外，許多相關文獻亦支持「探究」的重要性，像是朱韻芬(2003)為期兩年探 究物理知識活動於科學角的行動研究中，覺察到科學存在於生活，｢探究｣就是科學 活動，教師若能掌握幼兒學習的重點，科學學習將處處發生。洪文東、李長燦(2008) 也提到科學的目的是引發幼兒思考，透過觀察事件與物體的相關性，分享出異同並 自己產生結論；幼兒能在成人刻意安排的環境與活動中，產生質疑、探究、調查來 建構科學知識；不論國內外研究皆指出，即早提供學前科學教育對往後學習的影響，

對終生學習科學有重要的基礎(陳淑芳等，2004；吳淑美、魏淑君，2013；NSTA,2014)。

以及，黃意舒(2014)提醒生活中的科學應用，需要以「偵測、觀察、預估、實驗」

的方式覺察事實現象，引導學生注意現象的過程並解釋現象發生的因果關係。因此，

在生活情境下，應透過｢探究｣活動來引發幼兒思考；並進一步驗證探究歷程可以引 發幼兒思考的觀點。

學者 Vygotsky 提出幼兒在日常生活中以經驗及觀察發展成｢自發性的概念｣，用 以表示現階段發展的層次；即是｢另有概念｣、｢迷思概念｣(引自周淑惠，2002)。幼 兒若對科學議題產生探究的興趣，在科學概念與思考上有幾個特性，包含：以直觀 方式提出另類的想法、概念不穩定缺乏一致性、雖受專注力與思考力的限制，但仍 主動建構知識、具有個別差異性，幼兒易從經驗發展出別於正式科學的概念(周淑惠，

2003b)。且幼兒受感官知覺及生活經驗影響，對物理現象的認知提出有似是而非的 天真理論。幼兒積極的推理思考用以克服認知衝突的不安感；若將自發概念融進科 學概念的歷程中，幼兒會依自己的經驗在具體及抽象的概念中反覆思考，最後發展 成穩定的概念系統。可以瞭解到幼兒獨特的思考特性，對於科學概念的建立有具體 的幫助，因此教學者不該忽略幼兒的想法(周淑惠，2003)。

教師取捨幼兒科學學習的內容判準，需考量：和幼兒生活相關、能觀察、能操 弄、是幼兒興趣或感到好奇、生活中可使用或需要的、學習經驗要能延伸到未來、

符合發展(陳淑芳等，2004)。本研究為｢物理科學｣之｢力與運動｣範疇，選用的創意軌 道積木考量幼兒學習內容之判準，關注幼兒如何探究物體的運動方式；且符合Kamii

& DeVires(1999)以Piaget觀點所提出的物理知識活動中關注｢物體的力學運動｣的範 疇(引自陳燕珍譯，2003)，以下從物理知識觀點探討科學認知能力： 

(一) 以建構理論為基礎

Piaget理論關注｢幼兒如何思考?｣物理知識活動不以教導科學知識為主要目 的，強調幼兒自己建構知識(引自陳燕珍譯，2003)。卡蜜與狄弗瑞斯的方案推崇 認知建構論對幼兒的影響，強調幼兒內在建構知識的能力；鼓勵幼兒自發性遊 戲、自行決定遊戲玩法與規則，在不斷的探索中建構出自己知識(簡淑真，1998)。

建構式課程以 Piaget 的認知建構論及強調社會文化和語言中介的 Vygotsky 社會建構論觀點為基礎，對幼兒教育影響甚大；在教學上的應用以數學及科學 教育方面最被廣為探討，Piaget 強調個體主動建構的歷程，忽略社會文化的價 值引發一些批判；Vygotsky 強調社會文化的觀點，試圖彌補同時補充認知發展 機制的內容(簡淑真，1998)。社會建構論強調幼兒不僅從同化到調適的歷程，

還在與環境互動中建構知識，更將經驗與他人互動、協商最後理解意義(周淑惠，

2002）。

然而，以 Piaget 理論談論幼兒認知發展的內涵，聚焦在幼兒的學習、記憶、

問題解決、邏輯推理、概念發展與因果推理的發展，可瞭解幼兒建構知識的歷 程。Piaget 提出著名的認知發展階段，從零歲開始至十二歲以上分成：感覺動 作期、前運思期、具體運思期、形式運思期四階段。Piaget 將｢認知｣放在感覺 動作動作最後一個次階段才出現最受爭議，Meltzoff & Moore(1983)以研究推翻 Piaget 觀點，反證抽象思考能力並非在十八個月大左右出現，認為新生嬰兒因 具備認知能力造就模仿能力。Piaget 認為二到七歲幼兒對物體與其關係的思考 方式屬自我中心的前運思階段，幼兒以自己的角度來理解並解釋現象，較乏可 逆性與邏輯。後 Piaget 時期學者以研究證明七歲以下幼兒已具有邏輯思考的能 力 (引自羅雅芬譯，2004)。因此，建構論強調幼兒具有思考與建構知識的能力。

Forman(1993)讚許卡蜜與狄弗瑞斯以 Piaget 觀點為基礎撰寫有關物理知識 活動一書是優良理論與實務的結合。卡蜜(1997)強調幼兒內在建構知識的能力，

是外界無法給予的，幼兒將自主性發揮就能探索、發現並發明自己的知識(引自 簡淑真，1998)。Piaget 認為個體因成熟而主動發展出建構知識的能力，以此觀 念設計課程與教學；Vygotsky 則認為學習能影響發展，教師從學生的探索歷程，

浮現鷹架幼兒的方法，可延續幼兒的學習願意(Kirch,2014)；Vygotsky 以｢鷹架 理論｣強調好的教學應該在幼兒發展前就引導它，是教師引導及協助幼兒發展 科學概念的重要角色。

然而，對教育的貢獻而言，Vygotsky 提出幼兒在日常生活中以經驗及觀察 發展成｢自發性的概念｣，與 Piaget 強調個體的成熟度與準備度有所差異，在科 學概念卻都符合｢近側發展區｣的概念，以表示現階段發展的層次；又稱｢另有 概念｣、｢迷思概念｣。幼兒將自發概念融進科學概念的歷程中，會以自己的經 驗在具體及抽象中反覆思考，最後發展成穩定的概念系統（引自周淑惠，2002）。

Roth et al.(2007)描述課程的規劃方式，科學課程需要由幼兒從生活環境中觀察 到的、主題對幼兒是有意義的、意識到須透過集體的努力，目標是與幼兒真實 的對話。個體除了有建構知識的能力外，同儕、教師鷹架的功能得以幫助幼兒 提升能力(引自 Kirch, S. A.,2014)。

社會建構論強調幼兒不僅從同化到調適的歷程，還在與環境互動中建構知 識，更將經驗與他人互動、協商最後理解意義(周淑惠，2002）。因此，建構理 論應用在教學上的觀點是，主張個體能主動建構知識；認知衝突能促成認知結 構改變，有助認知能力的成長；除了動手操作還要有心智運作，才有助認知結 構的改變；強調以較長時間對較小範圍的內容作深入的探究；重視對先備經驗 的了解；強調情境脈絡與社會文化對獲得知識的重要性；語言具有中介功能，

重視師生談話；教師及有能力之同儕發揮鷹架作用(簡淑真，1998)。

(二)與科學教育之差異

Kamii 和 DeVires(1999)提出物理知識活動與科學教育的差異，物理知識活 動的重點在幼兒操弄物體，從中建構與物理及數學的邏輯知識；科學教育只強 調科學知識的內涵及重點，未強調探索物理知識並發展數學-邏輯知識的層面

(引自陳燕珍譯，2003)。物理知識活動強調從既存在的科學現象做探究，以 Piaget 建構理論為基礎，認為幼兒是透過對物體的親自操作，運用數學-邏輯建構科學 關係、理論的知識。傳統科學教育重視社會知識的灌輸，以經驗主義為理論基 礎，認為幼兒透過五項感官知覺及教師向學生解釋現象獲得科學知識，大人設 定是事實、建立概念與法則讓幼兒發現(引自陳燕珍譯，2003)。茲將 Kamii 和 DeVires(1999)提出物理知識活動與一般科學活動差異整理之，如表 2-3。

表 2-3

物理知識活動與一般科學活動之比較表 科學活動

比較項目

物理知識活動 一般科學活動

理論基礎 Piaget 建構理論 經驗主義 教學目標 物理知識的發現 社會知識灌輸

教師角色 協助者 主導者

教學方式 幼兒親自操作物體，從中建 構與物理及數學的邏輯知識

透過五項感官知覺及教師向學生解 釋現象，建立概念與法則

(三)物理知識活動教學之運用

物理知識活動強調發現既有科學現象的探究，教師營造實驗的氣氛，刺激 幼兒思索不同的問題，鼓勵幼兒操弄物體，觀察物體的變化。類型分為：｢物體 的運動-力學｣、｢物體的變化｣、｢中間型活動｣。以創意軌道積木的素材而言，

屬於 Kamii & DeVires(1999)物理知識活動類型中的關注物體的力學運動，物體 移動的四項重點符合：1.幼兒要想辦法讓東西動 2.能區分操弄行為以建立規準 3.物體的運動能可明確觀察 4.幼兒能覺察操弄行為與物體反應的關係(引自陳燕 珍譯，2003)。

Kamii 和 DeVries (1978) 提出「不同發展層次的操作活動原則」包含：鼓 勵幼兒先預測、行動產生期望、覺知自己如何產生預期的結果，最後解釋活動 的原因對學前幼兒有相當的困難。教學原則包括：如何引發幼兒自發性活動、

觀察、預測幼兒認知理解的能力，並以符合認知層次的語詞回應幼兒、有效提 問幫助幼兒形成高層次的觀察與思考、鼓勵與同儕互動等(引自簡淑真，1998)。

Harrison 與 Treagust 在 1993 年提到類推是將一個熟悉的類似觀念與不熟 悉想要了解的目標概念作連結，屬於建構主義的教學策略(引自 Orgill &

Thomas ,2007)。 Kamii 和 DeVires(1999)亦運用類推的概念建議教師設計一項

活動後，再延伸多項活動，最後整理成觀察紀錄的書面報告，幫助了解幼兒對 物體活動產生反應。以下為教學活動的開始、延續與結束的教學原則(引自陳燕 珍譯，2003) ：

開始活動：最好從平行遊戲開始，不需要堅持一定要輪流；教材是四、五 位幼兒可以玩的。盡量由孩子主動引導活動，教師直接展示幼兒可以自然投入 的教材，以問話鼓勵思考玩法如：「你們覺得這些東西可以怎麼玩?」用特地開 放性問題引導孩子自由探索如：「能不能找到可以將球送到旗子的方法?」

延續活動：教師要用心、仔細的觀察孩子，抓住他們的想法來延續活動，

清楚介入的時機與方法。以適當的提問或示範作為鷹架幼兒的方式，激勵幼兒 延續活動並將物體與事件整合。動手協助幼兒實踐想法、克服問題能使實驗及 觀察更流暢；提供教材讓幼兒做比較；如果幼兒重複同樣的玩法，教師可示範 新玩法。過程中，促使孩子間有良性的合作學習，教師鼓勵交換想法和觀察結 果，非強調找出正確答案或大家一樣的想法；運用「預測」鼓勵孩子間交換意 見、製造「你會不會…?」鼓勵幼兒間比較模仿、分享成功經驗「你是怎麼做出 來的?」、用「為什麼…?」問句鼓勵說明物體行動的原因，可引發討論與回應。

最後，整合其他領域的知識，把握幼兒在物理知識活動中整合其他相關訊息的 機會。

活動結束：運用簡潔的談話，在活動後留有時間討論幼兒如何操弄、有什 麼發現、怎麼做到特定效應等。

陳淑敏（2002）建議教師引導幼兒建構知識前，需要先依據教學內容構思 問題；教學中要隨時觀察幼兒學習，適時提出問題引發思考。教師不斷反省並 思考問題是否能引發幼兒思考觀察到的現象，使幼兒能發現自己迷思概念，進 而嘗試修正觀點，獲得科學概念。

(四)物理活動知識與幼兒認知能力之關聯性

Zan 和 Geiken (2010)觀察幼兒如何建造坡道、軌道，嘗試讓彈珠滾進容器 中。讓幼兒觀察並比較尺寸、材質不同的彈珠如何滾動；實驗有無障礙物或用 不同物體進行滾動；觀察幼兒用木製材料來建造軌道和坡道，從幼兒的行動發 現他們如何思考、如何連結事件與學習。

Seeds, Pollom, & Burton (2015)以跨學科課程的方式，讓學生運用身體動作 體驗物理科學，物理科學活動將力學、運動及簡單的機器整合，提供良好的科 學話題；設計互動站，透過運動和簡單器材的操作，引發探索活動中蘊藏的物 理知識。包含：和身體肌肉相關的知識、推力的探索、力量與肌肉的關係等。

研究結果顯示身體動作的活動與物理知識活動結合，有助於科學概念的形成。

近年來越來越多研究者以建構教學理論為基礎，運用物理知識活動進行相 關研究，驗證物理知識活動能提高幼兒探究的興趣，幫助幼兒思考物體行動，

在幼兒基本科學能力上都有效的提升(曾秋華，2003；朱韻芬，2004；洪文東、

李長燦，2008；莊月泙，2010；陳瑞玟，2011；吳淑美、魏淑君，2012)。茲將 近年來與物理活動知識相關之研究整理如表 2-4。

表 2-4

物理活動知識以提升科學認知能力相關之研究

研究者 研究對象 研究方法 主要發現 曾秋華

(2003)

三～六歲 幼兒 6 名

質性研究 以自行設計的物理知識課程，｢水｣、｢空氣｣、｢

磁鐵｣進行主題教學，發現：

1. 五歲幼兒建構出較多水的物理知識。

2. 幼兒透過實際操作與觀察，能建構出空氣的 物理知識。

3. 幼兒無法透過自行操作獲得磁力的概念 4. 有適當的環境及充分的引導，幼兒能漸進式 建構出多項物理知識，尤其在表達能力佳時，可 教育性高。

朱韻芬 (2004)

任教班級 教育行動 研究法

於科學角中實施物理知識活動發現自己在教學 上的轉變有：重視｢幼兒探究行為｣、與｢科學程 序能力｣的培養，提供｢操弄｣與｢活動目標明確的 問題情境｣的探究活動，教師轉為｢協助與支持｣

的角色。

洪文東、

李長燦 (2008)

大班 43 位

協同行動 研究方式

在統整性的主題課程中實施「物理知識活動」遇 到的問題並分析。讓幼兒思考如何對物體行動，

就產生預期的反應，並正確描述觀察到的現象。

林佳儒 (2008)

公幼五、

六歲幼兒

參與式觀 察、質性 分析

在滾彈珠的歷程幼兒依自行探索的方式而經驗 到概念有：彈珠的重力 vs.離心力、摩擦力及反 作用力。而幼兒運用的問題解決策略包含：調整 軌道相對位差、更換素材或改造原有素材、重新 建構、改變原有施力大小及類化他人的經驗等。

莊月泙 (2010)

任教班級 行動研究 以主題教學-奇妙的力帶領幼兒探究力與運動，

分析引導式探究教學，對於幼兒科學學習及科學 教學能力之影響；在引導的歷程提供軌道積木引

導幼兒探究斜面概念。

陳瑞玟 (2011)

五歲幼兒 6 位

行動研究 幼兒在親自動手操作中能探究出「斜面運動」的 科學概念，發現科學教育中探究能力啟發勝過科 學概念的傳遞。教師本身教學信念的改變，也使 得自己專業上有所成長。

吳淑美、

魏淑君 (2012)

五到六歲 20 位中班 幼兒

資料分析 幼兒滾動物理知識探究的歷程為知道滾動的原 理、認識滾動的由來、瞭解影響物體滾動距離的 因素以及設計滾動的路徑，而教師可以透過提 問、刻意的引導、提供豐富的探索教具做為科學 教育的方法。

三、科學態度

幼兒天生是小小科學家、探險者，憑藉著強烈的好奇心，時時準備探索這個世 界，且習慣透過動手操作來探索。而且，諸多研究(周淑惠，2002；陳淑芳，2002；

Flannagan & Rockenbaugh, 2010; NSTA, 2014)都發現好奇心能趨動學習動機，進而產 生學習興趣，惝若適時引導便能啟動幼兒科學探究的興趣與方法，幫助思考概念的 發展，父母或教育者應重視幼兒好奇心的價值與重要性。據此，若順應幼兒具有好 奇且喜歡動手的學習特性，便能幫助幼兒發展科學探究的興趣與學習。

黃意舒(2014)提出十個幼兒與生俱來的科學探索的態度，包含：｢好問｣展現好 奇、｢注意及專注｣啟動五感關注某一焦點、｢喜歡探索｣運用感官以蒐集各種刺激、｢

想證實他的想法｣反覆操作發現行為與因果的關係、｢愛現｣以表達自己的感受、｢自 動遵守生活中的儀式與規則行為｣發現因果關係並遵守規範、｢重複的興趣及嗜好｣

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｣反覆嘗試不 輕言放棄、｢喜歡和人互動｣。周淑惠(2006)強調運用探究的態度來發現問題，進一 步運用探究能力尋找解決問題的歷程。許多研究皆正視幼兒科學態度的養成有助科 學探究能力的提升(許鈞，2004；洪藝芬，2005；曾慧蓮，2006；林佳儒，2008；吳 淑美、魏淑君，2013)。

本研究以陳淑芳等(2004)綜合文獻討論出重要的科學態度，從｢觀察、比較、分 類、紀錄、測量、 實驗、溝通、預測、資料搜尋、表達、探索、歸納、序列、發現 pattern、估算、參考、資料解釋、應用（應用數字、應用時空或時間關係）、推論

（推理） 、（形成）假設、證實、分析、指證、使用科學語彙等｣，考量幼兒特性

與實際運用之情形提出幼兒階段須養成的科學態度選出：｢好奇｣、｢勇於嘗試｣、｢

感受發現的樂趣｣、｢求證的精神｣、｢堅持與耐心｣、｢開放的心胸｣、｢樂於與人合作｣、

｢勇敢面對失敗｣、｢喜歡動手｣做為科學態度之項目。其中幼兒階段之意涵與其他階 段可能有差異，如何以有意義的文字陳述幼兒科學態度的表現，則有待努力。而洪 藝芬等(2005)依陳淑芳等(2004)所編之「幼兒科學基本能力科學態度評量標準」為架 構，所發展的「幼兒科學態度量表」，如表2-5。做為了解幼兒科學態度改變情形之 依據。

表 2-5

幼兒科學態度與指標

項目 態度指標 給分標準

好奇  對週遭事物和現象 變化具敏感性

 熱衷於提問和探討

3.敏覺事物的變化，能以五官去觀察或探索並 會思考可能的原因或提問

2.會以五官去觀察或探索事物的變化 1.不易覺察到事物的變化

勇於嘗試  會嘗試各項科學活 動

3.主動積極的嘗試各項科學活動

2.需老師的鼓勵或同儕的帶領才願意嘗試科 學活動

1.不願意嘗試科學活動 感受發現

的樂趣

 在科學探究的活動 中感受到發現的樂 趣

3.可以從科學探究活動中獲得發現或新的認 知，並感到欣喜 或有成就感，更增加其探究 的興趣

2.可以從科學探究活動中獲得發現或新的認 知，但未感到其中的樂趣 1.沒興趣或草率的參與科學活動

求證的精 神

 樂於親自動手或多 方尋求資訊以驗證 答案

3.對於提問或疑慮會主動思索各種方法，自己 尋求驗證解答

2.會詢問老師或跟隨著同儕尋求驗證答案的 方法

1.對於提問或疑慮不會動手去尋求資源以求 驗證

堅持與耐 心

 遇到困難或繁瑣的 狀況不輕易放棄

3.科學活動中，遇到困難或繁瑣狀況時，仍有 耐心的獨立完成

2.科學活動中，遇到困難或繁瑣狀況時，會請 求老師或同儕協助完成

1.科學活動中，遇到困難或繁瑣狀況時即放棄 開放的心

胸

 能接納不同的觀點

 願意嘗試不同的方 法進行科學活動。

3.在科學活動中，能完全接受別人不同的意見 或方法

2.在科學活動中，偶爾或選擇性的接受別人的 意見或方法

1.在科學活動中，堅持於自己的意見或方法

樂於與人 合作

 樂於與人共同進行 科學活動。

3.喜歡與別人共同進行科學活動且能和諧的 討論或溝通

2.能與別人共同進行科學活動，但偶爾會有爭 執的情形發生

1.喜歡自己從事科學活動 勇於面對

失敗

 能接受科學實驗的 失敗

3.接受實驗的失敗，並能尋求原因，再次嘗試 2.面對科學實驗失敗時，會有負面的情緒出現 如：丟東西、罵人等

1.面對科學實驗失敗時，即放棄離開 喜歡動手  喜歡自己動手從事

科學活動

3.總是喜歡自己動手從事探究活動

2.有時站在一旁觀看，有時動手從事探索活動 1.對於探索活動只喜歡站在一旁以眼睛觀看

第二節 五 E 學習環

一、五 E 學習環基本理念與介紹

在幼兒主動建構知識的歷程中，教師扮演重要鷹架的角色(周淑惠，2002；陳淑 敏，2002)。NRC在1996年宣稱五E學習環使傳統以教師為中心的教學模式轉變成以 學生為本位的探究式學習模式（引自Orgill & Thomas ,2007)；因意識到建構主義重視 學生學習經驗的觀點，以提供充足的時間和活動促使學生改變想法和能力；幫助學 生探究科學概念，考驗學生既有迷思概念，協助教師鷹架學生(Duran, Duran, Haney&

Scheuermann,2011)。王美芬、熊召弟(1997)提到五E學習環是以皮亞傑的心理學理論 結合建構教學理念，是一種有效提升科學學習成效的模式(引自賴羿蓉、王為國，

2005）。

美國 BSCS（Biological Sciences Curriculum Study）課程研究計畫，於 1980 年 代提出探究式教學法的典型代表之一的五Ｅ教學模式（林曉雯，2000；張世忠，2003；

引自洪藝芬，2005）。Bybee et al.(2006)提出五 E 學習環作為研究型教學的工具，幫 助學生探究科學的概念，協助教師鷹架學生，很多經驗證明五 E 教學模式能具體掌 握主題的重點，在有計畫且有意義的幫助學生建立科學推理、訊息和科學態度的能 力(引自 Duran, Duran, Haney& Scheuermann,2011)。大量的證據支持五階段教育程序 對學生學習的幫助，包含：引發主動提問與思考、幫助學習經驗連結並建立知識、

探索概念、結合溝通與創造力的作用，幫助教師了解學生如何理解概念(Orgill&

Thomas,2007;Flannagan&Rockenbaugh,2010;Song&Schwenz,2013;Bybee,2014)。

Bybee(2014)探討五 E 教學模式對教學者與對當代教育的重要影響。五 E 學習環 在二十幾年前由 Bybee 學者所開發，一開始是為建立小學生科學基礎的科學程序，

很多證據支持五階段學習程序，能具體掌握主題重點，有計畫且有意義的幫助學生 建立科學推理、訊息和科學態度的能力；完整階段能使學習經驗連結並建立知識，

因此被廣為推廣。

二、不同模式的五 E 學習環

Duran, Duran, Haney& Scheuermann(2011)修正 Bybee et al.(2006)提出的五 E 學 習環教學的模式是提供教師一個參考，應有效適當調整的模式；提醒教師五 E 學習 環能適時地做修正，非固定不變的模式，這些年間模式不斷被修改。

如同 Duran, Duran, Haney& Scheuermann(2011)看見不同學生的個別差異性，改 變教學策略修正 5E 模式，在｢解釋｣與｢精緻化｣階段中間，加入新的形成性評量-｢

表達｣階段，目的是希望每位學生都有機會獲得科學能力，不受讀寫能力影響。強調 重視以學生為中心的方法的教學策略。符合個別差異，表達的歷程，學生表現出他 們目前的認知程度；藉此將學生分成三層次，分別選擇最優的學習方式，進入到精 緻化階段；教師也能做為自我教學成效的評估。

再者，Orgill&Thomas (2007)建議教師在 5E 模式的每一個階段運用｢類推｣，以 幫助學生連結日常經驗，將抽象的概念變得容易理解；運用｢類推｣來結合溝通與創 造力的作用。幫助了解學生如何理解概念，使教師更了解學生，成為有效的教學工 具。

然而，Bybee (2014)提出適當修改五 E 學習環的教學模式：建議良好的教學時 間是二~三週；每個階段需要有固定的序列以幫助學習者更有效的學習，原因是學 習者需要的時間和機會來重建概念和能力，且一個階段為另一階段的基礎。不要忽 略每一個階段，或改變程序；完整階段的總合能使學習經驗連結並建立知識，研究 顯示程序改變亦會降低學習效果。增加或減少階段時，總階段三到五之間是最佳的 數量；時間可視學生狀況調整，經驗探索是重複的；解釋階段有時在前或後是可彈 性調整的，因為學生透過解釋階段表達想法，可幫助教師判斷學生是否建立概念的

評量方式。

三、五 E 學習環在科學教學之運用

五E學習環強調先瞭解幼兒先備經驗或概念，引導幼兒主動探索，思考相關問題 後，接著發、澄清並建構新概念，最後運用所學運用到不同情境或日常生活中。教 師則以多元評量的方式，紀錄與分析幼兒學習情形，以規畫下一階段學習內容的參 考依據(賴羿蓉、王為國，2005）。

Song 和 Schwenz (2013)將五 E 學習環運用在一群職前教師使用全球定位系統，

探究地球形狀與大小的歷程，引導職前教師發現科學學習的本質；科學理論會隨時 間演變，應以培養科學家的方式，運用質疑、提問、多方面方式去收集資訊做實驗，

以更精準的工具推翻舊有科學理論的態度引導學生進行科學探究，不只是教簿本上 的理論。

近年來實證研究方面，洪藝芬(2005)透過沙、十、土科學圖畫書結合五 E 學習 環進行教學，幼兒在教學後對沙石土的相關概念皆有顯著成長。王秀雯(2010)將五 E 學習環運用在國小五年級地球運用課程內容中，並做為數位教材開發的研究，幫助 低成就之學童對日月運動的知識有效提升。黃育美(2011) 參考五 E 學習環教學模式 結合與烹飪科學圖畫書與體驗活動，提升幼兒科學探究的興趣與科學程序能力。周 麗莉(2012)以行動研究方式針對國小一年級學生進行光為主題的課程，運用五 E 學 習環的架構發展教學活動，研究結果顯示五 E 教學環有效提升一年級學生對自然課 程的參與度，投入階段有助學生體驗科學現象、小組成員互動有助探索階段的推動、

解釋與評量階段需特別注意專有名詞表達的部分，以免阻礙學童回應影響學習成效。

從研究結果顯示，五 E 學習環教學法對幼兒學習科學概念有顯著的成效，唯較少以 建構遊戲進行研究。

強調以學生為主體，從生活中的物品中取材，透過五個步驟，引導學生思考、

合作、提問等展開科學探究的歷程，且能有效評估學生學習成效的教學模式。茲將 不同學者提出的五E學習環之學習階段整理，如表2-6：

表 2-6

不同學者提出的五 E 學習環之學習階段

E1：投入 Engage

學者(年份) 引導重點

Flannagan &

Rockenbaugh (2010)

選擇貼近幼兒生活經驗的物品為觀察對象。引發學生舊經 驗，鼓勵提出看法。

Duran, Duran, Haney&

Scheuermann(2011)

透過訪問學生了解先備知識。提供小活動激發好奇心幫助連 結新舊經驗，以建立新概念。

Orgill &

Thomas(2007)

用新穎的方式(如：兒歌、故事)、視覺化或與學生日常經驗 相關的經驗，吸引注意力；幫助提取舊知識，發現迷思概念 以促發繼續學習。

Bybee(2014) 吸引學生注意力和興趣，使學生產生疑問促發學習動機。

教師以非正式的方式評估學生如何思考。

Bybee &

Landes(1988)引自賴 羿蓉、王為國(2005)

吸引幼兒注意力。教學活動可為示範、相關書籍、繪圖顯示、

自由寫作、腦力激盪等。

林曉雯，2000；張世 忠，2003，引自洪藝 芬，2005

運用活動或問題吸引學生參與學習，引發學習興趣和好奇心 並評估學生先備知識與能力。

E2：探索 Explore Flannagan &

Rockenbaugh (2010)

以學生分組引導合作觀察。要求學生透過口語表達描述觀察 的對象。教師為聆聽者。

Duran, Duran, Haney&

Scheuermann(2011)

先備知識為基礎，發現過程中產生的迷思概念。

提供實驗活動，使學生用先備知識產生新的想法，設計並進 行初步調查。

Orgill &

Thomas(2007)

運用辯論的方式幫助學生澄清想法，也確認學生的迷思概念。

Bybee(2014) 學生投入活動參與，以觀察引導學生探索調查為主。

Bybee &

Landes(1988)引自賴 羿蓉、王為國(2005)

給學生足夠時間思考、計畫、調查並整理蒐集到的資料，活 動中強調開放性思考與對話，針對解決問題的策略、計畫或 實驗提出想法。

林曉雯，2000；張世 忠，2003，引自洪藝 芬，2005

強調提供機會使學生運用手到與心到，進行調查、探究某一 概念，老師主要引導澄清概念和技能。

E3：解釋 Explain Flannagan &

Rockenbaugh (2010)

鼓勵學生提問，發表想法；不立即告知答案，引導學生提出 行動策略。使用圖表並釐清主要探究問題，整理學生想法、

概念。

Duran, Duran, 使學生有機會表達的想法或概念，彙整學生體驗中重點探究

Haney&

Scheuermann(2011)

的問題，透過科學的解釋，介紹重要的詞彙，或討論澄清誤 解。

Orgill &

Thomas(2007)

類推的教學技巧讓學生更直觀的表達新概念亦幫助記憶。教 師向學生介紹科學語言，引導做正確的推論，學生用寫作幫 助教師觀察學生理解狀況。

Bybee(2014) 學生能解釋所理解的科學現象時；教師介紹與科學概念相關

詞彙；網路也可提供很好的解釋。

Bybee &

Landes(1988)引自賴 羿蓉、王為國(2005)

透過溝通分享彼此想法，以澄清上一階段的理解

林曉雯，2000；張世 忠，2003，引自洪藝 芬，2005

鼓勵學生解釋運用先備知識與探究經驗結合後的想法，教師 進一歩澄清主要概念。

表達 Express Duran,E., Duran,L.,

Haney,J.&

Scheuermann,A.

(2011).

積極性的學習評估，引導更多在精緻化階段的差異化教學。

E4：精緻化 Elaborate Flannagan &

Rockenbaugh (2010)

討論如何再改變策略。

請學生合作用句子來描繪觀察對象如何改變。

尋找機會教育的時機(如：運用嗅覺觀察的方法) Duran, Duran,

Haney&

Scheuermann(2011)

將學生分成三層進行差異化教學模式，幫助深入探究、更廣 泛的理解，並用詳細訊息及足夠的技能來學習。

Orgill &

Thomas(2007)

要求學生運用比喻的方式來說明自己獲得的概念；提供教師 大量的資訊，了解學生對目標概念的理解。

Bybee(2014) 學生將學習經驗延伸，教師鼓勵學生之間互動，產出新的作

品。

Bybee &

Landes(1988)引自賴 羿蓉、王為國(2005)

給予學生應用新概念的機會，以解決真實情境中的問題

林曉雯，2000；張世 忠，2003，引自洪藝 芬，2005

學生運用他們獲得的概念應用或轉移到不同情境中，從新的 學習經驗中獲得更多相關資料，並發展更高層次的技巧。

E5： 評量 Evaluate Flannagan &

Rockenbaugh (2010)

不急著在的第一個單元就花大量時間評估學生的學習；到下 一個單元，尋找學生下一個尋求解決問題歷程才做學習評量。

Duran, Duran, Haney&

Scheuermann(2011)

評估學生理解能力，並為教師評量學生的進步，以實現教育 目標。

Orgill & 可以出現在五 E 的每一個階段中，或在一個單元結束時。

Thomas(2007) 可用簡單的問題來做進行總結性的評量。

Bybee(2014) 以非正式且持續的形成性評量為主，將最初的狀況到最後的

階段做總結性的報告，評估學生是否解決了問題。

Bybee &

Landes(1988)引自賴 羿蓉、王為國(2005)

以用多元評量的方式瞭解學生學習情形

林曉雯，2000；張世 忠，2003，引自洪藝 芬，2005

鼓勵學生分享學到的概念或能力，同時提供老師評鑑學生進 步情形的機會。

茲將整理不同學者提出的五E學習環之五階段歷程。｢投入｣階段強調教師如何引 發學生學習興趣並喚起舊經驗、｢探索｣階段以先備經驗為基礎，提供材料引導學生 觀察與探究、｢解釋｣階段鼓勵學生提出想法以澄清概念、｢精緻化｣階段強調如何運 用習得概念或技巧，思考如何再改變策略以發展更高層次的學習、｢評量｣階段為完 整性的評量，透過簡單的提問或發表評估學生是否解決問題的形成性評量。

第三節 軌道積木遊戲之科學教育意涵

一、積木遊戲與科學學習

幼兒喜歡透過遊戲的型態來學習，因此幼兒遊戲成為幼兒教育中不可或缺的教 學方式；回溯至盧梭於十八世紀肯定遊戲的價值，之後不同學派的學者也紛紛提出 遊戲對幼兒的論述，如：福祿貝爾與蒙特梭利都深受其影響；Piaget 認知發展學派 將｢遊戲視為同化作用｣，透過在遊戲反覆練習獲得行為或技巧，能以不同方式表徵，

有利於認知發展(Rubin et al.,1983；引自周淑惠，2013）；而有後皮亞傑之稱的 Vygotsky 提出，遊戲能增進幼兒思考與情緒的發展，透過想像創造或虛構的情境，

幫助發展最近發展區，以增進抽象思考能力的發展(陳淑敏，2005)。當代理論在科 學實證下皆支持以遊戲方式引導學習，有利於幼兒的認知與情緒發展。

然而，遊戲與科學如何做結合呢?馬祖琳(2014)將遊戲理論應用在科學學習上，

觀察到幼兒因為想玩滾彈珠遊戲而搭建積木溜滑梯，在搭建積木的歷程發現力學的 結構問題，而提出想法解決並實驗的思考過程。Ellen Booth Church 亦認為問題解決 是幼兒真實思考的方式，是遊戲時常會運用上的能力。因此，以『怎麼玩』引發問 題與解決問題的動機，是幼兒遊戲中常見的思考歷程。其過程中會運用創造力和批

判性思考，批判性思考包含：幼兒對生活中不合理的事物提出的疑問或將問題切成 部分，運用分類、分析、比較異同等方式來解決問題(黃世毅譯，2002)。

積木遊戲是幼兒常見的遊戲類型，創意軌道積木屬於物理知識關注物體力學運 動的類型，符合陳淑芳(2004)提出科學認知物理科學的範疇及科學教育學習內容之 判準。積木遊戲對幼兒｢肢體動作｣、｢語言｣、｢社會性｣、｢自我情緒｣、｢認知｣等方 面有幫助，且能統整幼兒於幼兒園教保活動課程暫行大綱中六大領域的發展 (戴文 青，2014；許惠欣，2014)；透過積木引發幼兒遊戲行為，符應 Vygotsky｢社會建構 論｣與 Piaget｢動態均衡論｣的精神，教育者應重視幼兒具有學習的主動性、探索學習 的目的性、給予做中學的機會，經過有循序漸進的階段、尊重個別差異，能讓積木 產生教育價值 (戴文青，2014) 。

因此，積木遊戲對幼兒基本科學能力提升有具體的幫助，以下分別就陳淑芳等 (2004)提出幼兒基本科學能力，包含：｢科學程序能力｣、｢科學認知｣、｢科學態度｣

說明如下：

(一)積木建構中的科學程序能力

科學程序能力強調教師有計畫的引導幼兒主動發現問題、尋找答案及解決 問題，習得科學探究的方法和精神(陳淑芳等，2004)。幼兒因為想玩滾彈珠遊 戲而搭建積木溜滑梯，在搭建積木的歷程發現有關力學的結構問題，提出想法 解決並實驗、思考的過程(馬祖琳，2014)，呈現幼兒系統解決問題及尋找答案 的歷程，與幼兒科學程序能力。教師給予幼兒遊戲行為正向的回饋與支持，讓 幼兒感受到認可與支持，有助幼兒專注在遊戲中 (陳淑敏，2005；吳幸玲，2011)。

然而，成人介入建構遊戲如以開放性的提問刺激幼兒擴散性思考，能引導幼兒 創造出不同解決問題的方法(Johnson et al.,1987;Rogers & Sawyers,1988；引自陳 淑敏，2005)。

雖有學者提出遊戲與探索的差異，但遊戲卻是引導幼兒探索學習的重要方 式(Johnson,Christie&Yawkey,1987;Hughes,1991;引自陳淑敏，2005)。馬祖琳(2014) 在《幼兒創造性思考的表徵經驗》一書，紀錄幼兒運用單位積木搭建溜滑梯的 歷程，發現幼兒透過感官經驗形成物質心智模式，不需要知道重力加速度的科 學名詞，卻因為經驗洞察到高度與速度的關係。幼兒以觀察到的物理現象形成｢