創造性解題模式(Creative Problem Solving)的教學法


教材設計理念簡介

地球無時無刻都受到太陽的照射,在太陽所散發出來的輻射中除了可見光之外,也包含了波長比可見光更短的紫外線。由於紫外線的能量較高,對於生態系有相當大的傷害。幸而大氣中的臭氧能夠吸收某些波段的紫外線,使得生物能夠倖免於難。然而由於1930年代氟氯碳化合物的開發與大量使用,使得保護地球生命的臭氧層逐年稀薄;在1985年,英國科學家法曼(Joseph Farman)發現每年八月底至十二月初,南極上空的臭氧有急劇減少的現象(也就是俗稱的「臭氧洞」),因而開始引起了全球的恐慌與關注。

國內近年內在有心人士的努力之下,也開始於八十六年七月一日在各種傳播媒體中加入「紫外線指數預報」,以提醒國人重視此一問題。為了使這種新的觀念能向下扎根,教育仍然是不可或缺的方法,也因此有了本教材的誕生。本教材除了提供國、中小學生認識紫外線的相關議題之外,也希望學生能以活潑、創意的方式思考紫外線所帶來的問題,因此在設計時融入了STSCPS的理念,以期學生在學習過本教材之後,能夠達成以下的教學目標:

1.      藉由創意教學模組,使學生認識紫外線的來源及認識紫外線對於生態系及人類所將造成的傷害。

2.      使學生能夠應用所學,發揮創意,避免紫外線所造成的傷害。

3.      使學生認識紫外線在科學與生活科技上的應用。

4.      體認臭氧洞的問題是一個切身、世界性的環境問題,並能由日常生活中力行環境保育的工作。

5.      經由蒐集資料的過程,培養利用各種社會教育資源的能力。

希望藉由政府機關、環保人士與教師的通力合作下,能讓我們的下一代更健康地迎向陽光!

創造性解題模式(Creative Problem Solving)的教學法

CPS 簡介

STS教學是以生活世界中的議題作為出發點,並根據此議題讓學生經由解決問題的過程中學習到相關的科學的概念、過程技能,並培養學生對於該議題的情意與態度。在學習過程中最重要的步驟則是做決定(decision making),這個階段除了要整理出作決定之前所得到的知識概念外,也要在小組中與同學作有效的溝通,並學習容忍他人的意見。而CPS的教學策略便相當適合培養學校中小組做決定的能力。

關於CPS的教學策略,許多學者都提出他們的建議,但是基本上卻是大同小異,本教材在此介紹Treffinger(1994)等人所提出的教學模式,如果各位教師對其他人的模式有興趣,可以參考所附的參考資料。

Treffinger將整個CPS的過程分為三個成分與六個階段(請參考下頁圖一),在進行這種教學時應注意以下幾點:

1.      每一個階段都是由發散性思考(可應用腦力激盪的方式)作為起點,盡量鼓勵學生產生點子,無論多麼稀奇古怪都好(很多了不起的點子不是都來自瘋狂的想法嗎?)。最重要的是:學生不可批評別人所提出的想法,這樣才能提供一個安全的環境,使學生願意提供想法。

2.      對於平時較為沉默、文靜的學生,可以改用書寫的方式,利用市面上很容易就可以買到的便利貼,鼓勵學生將想法寫在紙上,最後再將大家的意見貼在一起。

3.      各階段在進行發散性思考之後,接著便是聚斂性的思考。這個步驟的目的是建立公認的標準來評價先前所提出的點子或是進行歸納,以作為下一個階段的準備。

4.      各階段之間並不是一種單向、線性的關係,而是可以循環或是跳躍的,也不一定必須由階段一開始進行活動。例如在階段五,同學們接受了某一個提案之後,在實施之前,也許就必須再回到階段一去評估新的情境與新面臨的問題。

教學實例

以下就本教材中的一個單元作為教學實例

<單元四、紫外線的防護>新海灘遊俠(國小版43頁)

青山國小在暑假的時候將舉辦一次校外活動,活動地點是在海邊。於是五年六班的老師配合本單元,進行了一次CPS的教學活動。

由於本活動的活動目的較為明確,因此林老師直接由階段三開始進行。

階段三、釐清問題

林老師首先將故事內容陳述一次:

你有沒有看過電視影集「海灘遊俠」呢?看了那些身材健美、見義勇為的帥哥與酷妹之後,小明小華決定星期天一起騎腳踏車到海邊去遊玩,他們在前一天晚上看了天氣預報。氣象報告說明天他們要去的海邊天氣狀況如下:
「晴天,氣溫25-30度,紫外線指數9
小明小華並不想帶太多的東西出門,否則東西會太重。如果你是他們,你會挑選哪些物品帶去呢?你的理由是什麼?請和你的同學分享你聰明的想法吧!

說完故事之後,老師問學生「這一個故事要問的問題是什麼?」
經由簡短的討論後,決定這個問題的目的是

「列出一張到海邊遊玩前所要準備的物品清單,而且不要超過十五樣,以作為大家的參考」。

階段四、腦力激盪,激發點子

問題與目標明確之後,林老師接著問「當你們要去海邊遊玩的時候,可能會準備哪些東西呢?」然後先請學生將想法寫在紙上,五分鐘後開始請同學舉手回答。在討論時並將學生所提出的答案寫在黑板上。
學生提出的答案有:

泳帽、泳褲、吹風機、電玩、海灘球、帽子、隨身聽、游泳圈、錢、相機、釣竿、望遠鏡、可樂、草帽、零食、鏟子、報紙、烤肉架……等等

當學生提完意見之後,林老師接著進行統整的步驟,他問「那麼這些東西是否可以將它們作分類呢?」
學生七嘴八舌的討論後,產生了以下的分類

服裝類──泳帽、泳裝、草帽、帽子…
娛樂器材──電玩、隨身聽、相機、釣竿、望遠鏡、烤肉架…
安全器材──游泳圈、浮板
飲食──零食、可樂、烤肉
其他──零錢、吹風機、地圖、健保卡、電話卡、記事本…

階段五、建立評估標準

接下來林老師問「但是我們不可能帶這麼多東西出門,如果在作決定的時候,是不是能夠有一些判斷的標準呢?」
同學提出了以下標準:

安全第一、當場可以買到的東西不用帶、太貴的東西不要帶、好玩、太重太大的東西不要帶…

接下來林老師便引導同學為這些標準排序。
經過討論與表決之後,大家決定的重要順序是

1.安全
2.
服裝要適合場地
3.
太貴的東西不要帶
4.
太重的東西不要帶
5.
好玩

林老師提示大家按照這個標準,票選出了前十五項應該攜帶的物品

錢、泳圈、健保卡、泳衣、毛巾、拖鞋、眼藥水、零食、相機、帽子、釣竿、記事本、風箏、海灘球、隨身聽

檢查答案與問題之間的配合程度(重回階段四、五)

到此步驟,林老師請同學再回頭檢查故事的內容,是不是遺漏了什麼東西。於是有同學發現大家沒有考慮到防曬的工作。因此林老師引導學生再回到階段四「如果考慮到防曬,那麼應該準備哪些東西呢?」學生提出防曬油、太陽眼鏡…等物品。之後又進行階段五,重新安排物品的重要順序而選出了十五項最重要的攜帶物品。

階段六、依據解答,具體實踐

在此階段,全班已經做出了決定。林老師建議大家將這一份清單寫在筆記本上,等到要出去校外參觀的時候,就可以按照這一份清單來準備攜帶物品了。最後林老師並利用五分鐘的時間告訴學生可以在哪些地方獲得關於天氣的資訊,以及氣象報導中的每項資訊的意義,作為這堂課的結束。

CPS的評量

關於創造力的評量,有一些測驗可以用來施測的工具(如威廉氏創造力測驗),但是對於本教材可能並不適用。本教材強調學生能應用舊經驗、科學知識來解決面臨的實際問題,並希望能培養學生欣賞及尊重他人的態度,因此可以用下列的評量表進行記錄、自評與互評。

小組(班級)發言紀錄表

討論題目

日期:

提出的順序

發言人

提出的點子

1

 

 

2

 

 

3

 

 

4

 

 

5

 

 

6

 

 

7

 

 

8

 

 

9

 

 

10

 

 

自評與互評表

討論題目

 

我今天發言的次數約

0 ~ 5
6 ~ 10

11
以上

我提出的點子有

 

我覺得這些人的點子很不錯

 

別人提出的點子有

 

最後的討論結果是

 

為自己的表現打個分數吧

沒有努力 再加油 有進步 不錯 太棒了

STS課程簡介

前言

近幾年來,科技文明的發展一日千里,人類活動對於自然環境變遷所造成的影響,實在不容忽視。自60年代開始,世界各地的環境污染問題即日趨嚴重,到了80年代的後半,地球環境的危機更加明顯:工業發展造成空氣污染及酸雨;雨林的破壞導致地球溫室效應的問題,釀成全球氣候的失常;接著就是在1985年發現的臭氧層破洞,造成紫外線對生物的傷害……。
面對這些問題,最好的應對方法,便是經由科學教育的進行,來培養具有高度智慧的科學家,與具備有科學素養、能做明智決擇的國民,彼此通力合作,來解決這些難題。但以往偏重在科學知識傳授的科學課程,似乎已無法應付這些新產生的問題。因而,Yager1992年時曾指出,60年代所發展的科學課程,已無法適合現代社會的需求;生活於現代社會的國民,必須能夠明智地思考與科技有關的社會問題,並妥善地利用科學及技學,來增進社會的福祉。很多科學教育學者提出了這種科學、技學、社會三者相關聯的科學學習方法,此即所謂之STS課程的新理念。

STS的起源與發展

1.      起源:英國自1975年開始注重科學和社會關聯的重要性;英國科學教育協會(The Association for Science EducationASE)於1981年出版"社會中的科學”(Science in SocietySIS),1983年出版"社會脈絡中的科學”(Science in a Social ContextSISCDN)已提出STS的教育理念;而關於STS這個字,則是由Ziman1980)首先於"科學與社會的教學"Teaching and learning about science and society)一書中提出。Mothe1983)則指出STS乃是一種重要的社會教育運動。

2.      發展:美國國家科學基金會(National Science FoundationNSF):於1977年起將STS列為研究計畫重點,主張以經濟、政治層面來看科學;並對科學本身的歷史、社會、哲學部分來作探討。美國科學教師協會(National Science Teacher AssociationNSTA)則將STS視為是最好的科學教育課程。

 

STS教育的目標

NSTASTS教育的定義為“STS是人類經驗範疇內的教與學“而在中小學教育的總目標,則是培養學生發展知識、技能及情意三方面的素養,使其在面對STS議題時,能作出明智抉擇,並採取適切的行動,以解決問題。RrbbaWiesenmayer1988),從課程及教學的觀點,對STS教育提出了四個目標階層的建議(引自邱美虹,1998):

階層一、 STS的基礎階層

在此階段,提供學生有關科學、技學及社會的背景知識。

階層二、 STS議題的覺知階層

要了解科學、技學及社會三者間之相互關係,並了解議題發生之原因及錯縱關係,必須由各方面來加以檢視以窺全貌。

階層三、 STS議題的調查階層

此階段主要發展學生調查STS議題的知識及技能,使學生能夠獨立自主,或共同合作完成STS議題的調查研究,並能從多種不同的向度來評估各種解決方案。

階層四、 STS的行動技能發展階層

教導學生一些行動策略,使其面對STS議題,不但能作出明智抉擇,更能獨自或群體合作,將決策付諸行動,解決STS議題。

 

STS的特色

Yager等人(1981)在Project Synthesis認為:科學教學必須與生活結合,注重科學的應用;而教學的內容、綱要及教材則必須以問題為中心,與地方議題相結合。Cheek1994)指出,關於STS教育的特質,有六項是大家觀點一致的(引自蘇宏仁,1996):

 

1.      STS教育強調科學、技學與社會間的交互作用。

2.      STS教育能提升學生對於STS議題的覺知。

3.      STS教育包括倫理及價值內涵的考量。

4.      STS教育能培養學生作決策的能力及技巧。

5.      STS教育能增強學生對於科技應用的了解。

6.      STS教育能促使學生參與社區活動、與地方結合。

 

STS的教學模式

有關STS的教學模式有許多種,在此就一些較為普遍者概略介紹如下:

1.      Solomon19891993)認為,在STS教學進行時,可將學生分成若干小組,以小組討論的方式,研究科學相關的社會議題。

2.      Byrne & Johnstone1988)建議,可以引導學生進行:(a)角色扮演(b)小組討論(c)分析、評量歷史個案等方式的活動。

3.      Graham1986)認為:教學組成應包括社會問題及議題科技的過程與發明科學概念及原理問題的解決及決策下達等四項。教學活動可開始於社會議題及問題、科技的過程及發明,或基本科學概念任一者,然此活動最後應能解決問題及下達決策。

目前最常見的STS教學方式,是把問題當作是"STS活動中心",稱之為"問題導向"的學習單元;因此,STS的教學,應著重於讓學生去蒐集和分析所得到的資訊,然後用於解釋社會問題,培養如何做決策、解決具體問題的能力;為此,Merryfield1991)將STS主題分為七大類:1.環境問題;2.健康與人口問題;3.經濟問題;4.交通與傳送的問題;5.食物與飢餓的問題;6.能源問題;7.軍事問題(林梅芳,1995)。

STS內容融入學校課程

1.      STS課程引入的策略:

STS課程的引入,被認為替現今的科學教育提供了新的方向,並足以彌補傳統科學教學上的缺失;Heath1988)及Hickman1987)等人提出三種不同的策略,可將STS的內容帶入學校課程中。三種策略分別是:

a.   STS融入現有的單元中;即現有課程的結構仍然維持,而僅在正規課程中適當單元內,引入關於STS的相關議題。這種融入的方式最大的好處在於,STS議題能夠強化現有課程的整體性及凝聚性,因而易被學校接受。

b.   )延伸現有課程單元;即是收集、修正或創造一些新的單元,將STS議題併入現有課程中,以供教學使用。

c.    創立一個全新的課程;以科際整合或多學科合科為目標的全新課程。

2.      教師的準備:

STS的教育與以往的傳統科學課程教學及評量模式有很大的不同,唯有教師的想法能與STS教學的理念相契合時,才能發展出一套合適的STS教學模式。在STS學習過程中,教師需引導學生思考下列四點(引自王澄霞,1995):

a.   這個是不是一種議題?

b.   如何將議題變成一個問題?

c.    有多少解決方法?

d.   這些解決的方法對個人、對社會的本質上有什麼影響?

 

而教師在開發學習單元時則要考慮:

e.   需要學習什麼?

f.      為什麼要學?

g.   如何促進學習?

h.    學習對象的經驗背景等因素。

STS活動的實際進行

在我們進行STS教學活動時,大多是具有價值澄清、學生自發性的、以解決問題為核心的議題(如:環境、生態等社會議題)(林明瑞,1997)。整個教學過程是以學生為中心,進行討論、任務分工、資料搜集調查、綜合報告及討論等;教師則是居於輔導的地位,適時引導、修正學生的觀念及發展方向。

1.      決定議題:首先,教師可以規劃幾個想要研究的議題,由教師引言,讓學生就議題的個人想法表達意見。經全班學生表決,以確定所要進行的研討議題。

2.      學生分組:教師輔導全班學生分為數組,每組約5~8人,並由各組同學選定議題內容,開始活動。

3.      活動方式:(a)文獻搜集:鼓勵同學前往圖書館或經由其它管道,去蒐集相關資料;資料的來源可以是報紙、期刊文章、雜誌或電腦網路……等。(b)學者訪談:同學們可針對所涉及的特定議題,尋訪專家及或相關的行政主管單位官員進行訪談。(c)現場訪視:在事故現場蒐集一些直接的資料,可以為議題內容,增加很大的說服力。(d)組內研討:組內同學可先對所收集到的資料先加以研究,研討方法可以採正反兩方辯論的方式,或採各種不同角色扮演,公開辯論的方式(有如2100全民開講!)。

4.      教師輔導學生方式:教師輔導各組學生,可先由組內進行多次研討,擬定解決問題策略和方法,最後由各組同學採取行動。

5.      發表研究成果:所有的準備活動結束後,由組內各個同學分工完成報告中所需的資料;可將組內人員大致分為撰寫、美工美編、電腦打字或媒體製作等人員。最後,各組派代表上台報告,與教師及全班同學進行討論,並交出各組期末報告。

6.      其它:為使研究成果能供其他師生作參考,可考慮將各組的研究報告及全班的綜合成果,以海報的方式,在適當的地點展出一段時間,以增加研究同學的興趣與榮譽感;另外,也可利用近來普及的電腦網路,將成果公布於電腦的學術網站上,供大家觀摩、學習與利用(林明瑞,1997)。

7.      評量:教師對學生的評量部分,可分別就學生在整個活動過程的參與程度、與他人合作的精神、認真負責的態度、報告的內容是否完整、是否適當的運用科學的方法和技能……等項目來進行評量。

STS活動及評量實例列舉

由於STS的教學目標除了希望學生學習到科學概念外,還希望能學習到包括科學本質、態度、技能、應用、創造力等;因此,教學常以問題解決、角色扮演等方式來進行;而評量的部分,除了傳統紙筆測驗的方式之外,也能透過其他的方式來進行;例如:實作評量或歷程檔案評量等,都是很符合STS理念的評量方式 (邱美虹、湯偉君、林孟慧、施志宜、藍雅齡,1998)

  

高速公路要如何興建,才能對環境造成最少的傷害??

 

活動實例

活動名稱

小組討論

教師先依學生意願,安排學生加入不同主張之小組

資料收集

各小組依照所分配之議題,進行資料收集(如高速公路興建的條件,高速公路興建的經濟、環境、人文等因素的考量)

角色扮演

各小組可以依照議題之不同,將不同的觀點及衝突,以不同的角色呈現出來(如交通部、經濟部、各縣市官員,居民,工商企業界人士等)

正反議題辯論

安排具有衝突性的議題,進行小組間的辯論

撰寫研究報告或心得報告

將前面各項活動進行後,所得到的心得,及各小組成員所收集到的資料,一一彙整後,寫成研究報告

  

STS評量實例

 

1.      問題解決(Kubiszyn and Borich,1996;引自陳李綢,1997):

學生表現

分數

瞭解問題

沒有企圖

完全錯誤解釋問題

錯誤解釋問題的主要部分

錯誤解釋問題的一小部分

完全瞭解問題

解決問題

沒有企圖

完全不適當的計畫

部分正確的程序,但有一些大錯

大體上程序正確,但有大遺漏或程序的錯誤

可以設計一個正確的解決計畫

回答問題

沒有答案或以不適當計畫為基礎的錯誤答案

沒有答案的陳述

正確的解決

2.      小組討論:

在學生分組討論的過程中,可以讓學生互評其他組別同學的表現;評量表如下所示(互動過程技能評量表): 第ˍˍˍˍˍ組

 

第一位

第二位

第三位

第四位

第五位

第六位

主動傾聽他人

 

 

 

 

 

 

專注於作業

 

 

 

 

 

 

提出問題

 

 

 

 

 

 

貢獻自己的想法

 

 

 

 

 

 

負責評分學生:ˍˍˍˍˍˍˍ

使用建議

本教材作為國、中小學生認識紫外線之輔助教材,教師可依實際需要進行教學,編者對於各位教師使用本教材提供以下使用建議:

1.      本教學手冊與學生版各頁內容皆相互對應,以方便老師上課時使用,補充資料均以淺綠色方框標示(如右圖)。

2.      本教材活動相當多,教師可以酌量選擇適當主題配合學校課程進行教學。

3.      各單元之活動另附有「建議活動時間」與「活動目的」,供教師參考。

4.      本教材最末附有參考資料(包括書籍、報紙與網站),教師可以藉此蒐集更為豐富的資訊,並指導學生練習蒐集資料。

5.      單元活動多採小組活動形式,以使學生在學習過程中能夠相互觀摩學習、激發創意。

6.      部分單元內容深度可讓學生自行閱讀、填答,若時間不夠,可以建議學生自行閱讀。

7.      學生所創造的各類資料皆可作為教師的評量依據。建議教師可指導學生自行蒐集這些資料,以回顧自己的學習狀況與進步情形。

8.      最後更希望教師也創作自己的教材,豐富學生的學習。

非常謝謝您的使用,本教材若有不足之處,還請各位先進指正並提供建議!!

「活動時間」與「活動目的」一覽表

 

下表整理了本教材中十八個挑戰活動和三個小實驗的活動建議時數、實施方法,以及主要內容,作為教師選擇時的參考:

單元

活動名稱

建議活動時間

實施方式

主要目的

頁碼

UV小實驗

課後作業

個人

觀察報紙受陽光照射後所產生的變化

6

挑戰活動一超級特蒐任務

課後作業

個人/小組

讓學生練習蒐集「紫外線傷害」的相關資料

8

挑戰活動二疊金磚

25

小組

以活動或遊戲的方式強化學生對「紫外線傷害」的認識

10

挑戰活動三 UV 賓果

25

小組

11

挑戰活動四看圖說故事!

40

個人/小組

13

挑戰活動五貓捉老鼠

25

全班遊戲

16

挑戰活動六透視陽光一族

20

個人

觀察可見光光譜

21

挑戰活動七哇!我的同學是主播!

課後作業+12

個人/小組

學習收看氣象報告

26

挑戰活動八紅色警戒

20

個人/小組

應用各種因素判斷紫外線強度的分布

28

挑戰活動九誰來找碴

25

個人

可作為學習後的單元評量

29

挑戰活動十名偵探拯救地球

10

個人

由謎題引起動機

32

挑戰活動十一紫外線大披薩

課後作業+20

小組

蒐集紫外線用在科技產品的相關資料

33

科學小實驗殺菌光

長期(7)觀察

個人/小組

以簡單的實驗觀察陽光的殺菌效果

38

挑戰活動十二大考驗─比手劃腳

45

全班遊戲

以遊戲的方式對「紫外線的用途」作回顧

42

挑戰活動十三新海灘遊俠

30-45

個人/小組

學習由氣象資料判斷外出應攜帶物品

49

挑戰活動十四火焰大對抗

30

個人

以畫圖的方式讓學生發揮創意,設計出防曬物品

54

科學小實驗─ 穿什麼才適當?

45

小組

比較不同顏色的布料吸收輻射的能力

61

挑戰活動十五臭氧大戰氟氯碳化物

30

全班遊戲

藉由遊戲的方式了解「臭氧洞」的成因

73

挑戰活動十六誰是破壞臭氧層的禍首?

25

個人

自我檢核,看自己是不是破壞臭氧層的幫兇

77

挑戰活動十七搶救臭氧大兵

課後作業+20

個人

宣示「拯救臭氧層」並提出具體行動

81

挑戰活動十八課後單元評量

10

個人

單元評量

83