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研究生:蕭景隆
研究生(外文):Ching-Jung Hsiao
論文名稱:以情境式數位遊戲提升學生解釋科學現象及科學探究能力之研究
論文名稱(外文):Using Situational Computer Educational Game to Enhance Students' Scientific Explanations Ability and Scientific Inquiry
指導教授:盧玉玲博士
指導教授(外文):Yu-Ling Lu, Ph. D.
口試委員:周金城邱美虹
口試委員(外文):Chin-Cheng Chou, Ph. D.Chiu, M. H., Ph. D.
口試日期:2014-06-09
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北教育大學
系所名稱:自然科學教育學系
學門:教育學門
學類:普通科目教育學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:119
中文關鍵詞:數位遊戲學習科學能力科學素養科學解釋科學探究
外文關鍵詞:Computer Educational Game LearningScientific CompetenciesScientific LiteracyScientific explanationScientific Inquiry Abilities
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科學素養能力是學生面對未來的重要基礎,故其培養與評量,越來越受到重視。「國際學生能力評量計畫(PISA)」曾將科學素養能力定義為包括三個向度,一、科學地解釋科學現象,二、評估和設計科學探究,三、科學地詮釋數據與證據,PISA測驗並已導入線上情境評量。
本研究之研究目的,是使用本研究室自行開發之3D「遊易邦」數位遊戲開發平台發展適用於國小高年級學生之情境式數位遊戲學習內容,供學生使用,俾得以觀察數位遊戲學習在培養學生科學素養能力之成效。
本研究以新北市五股區某國小六年級學生共159位學生為研究對象,其中四個班級作為實驗組,另兩個班級作為對照組,為便利取樣,二組的教學活動皆為8節課,在實驗處理部分,數位遊戲教學節數為4節課,歷時三週。
本研究發展之研究工具包括,教學工具與評量工具兩部分。教學工具部分包括利用「遊易邦」3D數位發展平台所發展的「水溶液酸鹼性」教學模組的情境式數位遊戲。評量工具部分包括PISA的科學素養評量架構中之第一和第二向度內容自行發展之,一、「科學素養評量試卷-解釋科學現象量表」與二、「科學素養評量試卷-科學探究量表」等評估工具,以進行學習成效評估。
二份量表的前後測成績進行成對樣本t檢定之結果,發現數位遊戲教學與傳統一般教學,學童的後測成績皆顯著優於前測;為比較兩組之教學成效,研究進行兩組的單因子共變數分析,發現數位遊戲教學的學習成效顯著優於傳統一般教學。本研究並依據量表的能力指標,以無母數統計中的「曼-惠特尼U考驗」進行量表之各子項度的前後測進步量比較,發現數位遊戲教學在各子項度的進度情形皆優於傳統一般教學。其中,「解釋科學現象量表」中的「回憶與應用合適的科學知識」、「辨識、使用與產生解釋性的模型及表徵」及「提供解釋性的假說」等三個子項度達到顯著差異;另在,「科學探究量表」中的「辨識出科學研究中所探索的問題」、「提出一個能進行科學探索的方法」及「評估進行科學探索的方法」等三個子項度亦達到顯著差異,本研究結果顯示情境式數位遊戲學習方式對於學生之科學素養能力之培育具有顯著正向的成效。

Scientific literacy and competency have been regarded as an important foundation for students’ future development. How to prepare students with these competencies and how to evaluate their competencies have been a major issue in science education. The Programme for International Student Assessment (PISA) described the competency in three dimensions: 1. Explain Phenomena scientifically, 2. Evaluate and Design Scientific Enquiry and 3. Interpret Data and Evidence Scientifically. The PISA also adopted computerized testing and has tried to made the test more situated-oriented.
The purpose of this study is to developing situated computer educational game and learning materials for elementary students’ use, then to reveal the effectiveness of the game-learning on students’ learning of scientific literacy.
One hundred and fifty-night students in the sixth grade from an elementary school in New Taipei City, Taiwan, participated in the study, of which four classes are assigned as the experimental group and the other two classes as the control group. There were eight sessions for both of the groups, and in the experimental group, four of the eight sessions used educational game-learning. The instruction lasted for three weeks.
Research instruments developed for this study included teaching instrument and evaluation instruments. The teaching instrument is a 3D learning game, “The Acidic and Basic of Water Solution,” developed with a game developing engine-“Uebond." The evaluation instruments included two tests which focused on the competencies listed in PISA test. Those were: 1. "Scientific Literacy Assessment– 1. Explain Phenomena scientifically " and 2. "Scientific Literacy Assessment papers - Evaluate and Design Scientific Enquiry" to evaluate the effectiveness of learning.
T-test analysis, ANCOVA analysis, U-test and the Mann-Whitney U test are used to understand and explain the students’ scientific explanation and scientific inquiry abilities.
The results showed as follows:
1. Learning from computer educational games and traditional teaching, children's post-test scores were all significantly improved when compared with the pre-test scores.
2. The learning effectiveness of the experimental group was significantly better than those of control group.
3. There were significant differences among the "memorize and apply appropriate scientific knowledge", "identify, use and produce explanatory models and characterization" and "provide explanatory hypothesis" in the Scientific Explanation Scale.
4. There were significant differences among the "identify the scientific issues", "propose a method capable of scientific exploration" and "assess methods of scientific inquiry” in the Scientific Inquiry Scale.

中文摘要 i
英文摘要 iii
目  次 v
表 目 次 vii
圖 目 次 x
第一章 緒論 1
第一節 研究背景與動機 1
第二節 研究目的與研究問題 3
第三節 名詞釋義 4
第四節 研究範圍與限制 5
第二章 文獻探討 7
第一節 數位學習 7
第二節 數位遊戲學習 12
第三節 PISA簡介與評量架構 20
第四節 科學解釋能力與科學探究能力理論與評量 28
第三章 研究方法 41
第一節 研究設計與流程 41
第二節 研究對象 49
第三節 研究工具 49
第四節 資料收集與分析 58
第四章 研究結果與討論 61
第一節 兩組不同教學法學生在「解釋科學現象」的能力表現情形 61
第二節 兩組不同教學法學生在「評量及設計科學探究」的能力表 現情形 74
第五章 結論與建議 89
第一節 結論 89
第二節 建議 91
參考文獻 95
中文部分 95
英文部分 100
附錄:科學素養能力量表 105

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