I

摘 要

本研究依據遊戲式模擬軟體設計原則，實做設計科學教育的遊戲式模擬系

統，並且比較遊戲式模擬學習和傳統式模擬學習在國小六年級自然科槓桿學習的

影響。

研究對象為台北縣某國小六年級學生共 136 位，研究設計採因子設計之準實

驗研究法。自變項為不同的模擬方式，包含遊戲式模擬系統與傳統式模擬系統，

控制組有兩班，使用傳統式模擬系統學習；實驗組兩班，使用遊戲式模擬系統學

習。依變項為自然科學習成就、學習者的神馳經驗、和自然科學習態度。本研究

旨在探討不同模擬方式，對國小六年級學生自然科學習成就、學習者的神馳經

驗、和自然科學習態度的影響。

研究結果發現：(a)運用遊戲式模擬系統能提升學習成效；(b)運用遊戲式模擬

系統學習可達到較佳的神馳經驗；(c)運用遊戲式模擬系統學習，學習者有較佳的

學習態度；(d)學習者對於遊戲式模擬系統有較高的滿意度。

關鍵詞：遊戲式學習、模擬式學習、遊戲式模擬學習、神馳經驗、槓桿原理。

II

Abstract

Based on the principle of simulation game software, this research is to design

simulation game for scientific education and compare the effects of simulation game

with traditional simulation learning system for the sixth grade in lever principles of

scientific education in the elementary school.

The participants in this study were 136 sixth graders from four classes of an

elementary school in Taipei, Taiwan. The quasi-experimental design with factorial

design was employed in the study. The independent variables were two simulation

systems, including simulation game system and traditional simulation

system.Traditional simulation system was done in 2 classes as control group and the

simulation game was done in 2 classes as experimental group. The dependent variables

included learning achievements in scientific education, flow experience and scientific

attitudes. The purpose of this study was to investigate the effect of different simulation

on the sixth graders’ learning achievements, flow experience and scientific attitude.

The results showed that (a) the application of simulation game system promoted

the learning achievements in scientific education; (b) the application of simulation

game system promoted the flow experience; (c) the application of simulation game

system had the better scientific attitudes; (d) the application of simulation game had

the better system satisfaction.

Keyword: game-based learning, simulation learning, simulation game learning,

flow experience, lever principles.

III

致 謝

時光荏苒轉眼間已經是兩年的時光，我穿著碩士服在師大校園內拍照留念，

回首碩士學習過程，從學習中自我成長和豐富人生的歷練是難以抹滅的回憶，最

後完成了這本的論文，成功畫下此階段的句點，這過程中因為有許多貴人幫忙，

讓我的論文能夠順利的完成，因為有您們才能完成此本論文，並且能順利畢業。

首先要感謝我的指導教授，張國恩老師和宋曜廷老師。國恩老師平常對學生

總是和顏悅色，如慈母般的親切鼓勵，並給予研究的建議和論文改進的方向；曜

廷老師也常抽空和我討論研究的方向，並適時如嚴父般的叮嚀，深怕我們的研究

走火入魔，偏離了研究的架構。非常感謝我敬愛的兩位指導教授，總是在百忙之

中抽空和我一起討論我的研究，讓我的研究能夠順利完成。接著要感謝陳德懷教

授在口詴時對於我論文的肯定，並且給予我論文的方向和研究的建議，學生才能

夠順利畢業。實驗中，感謝書帆老師、美珠老師協助我並幫忙我完成實驗的處理

程序。最後感謝博班學長姐─惠澤學長、裕隆學長、玉如學姊，時時給予我研究

上寶貴的建議和幫忙。

古有云：「百年修得同船渡」。在碩士的生涯中，我認識了一群益友幫助我給

予我鼓勵。我同研究室 ITS LAB 的大家─宴晟、聖恩、佑彬、誼婷、霈榕、佩霞，

漢哲學長、致光學長、駿宏學長，謝謝您們和我一起創造歡樂 ITS LAB 的傳說；

而幫助我完順利成實驗的學弟妹─哲緯、佳諭、奕蒲、泰佑、奇霖；三樓實驗室

的娃娃、和秀敏，實驗過程一直麻煩到您們，謝謝您們。其他研究室的同學─千

佑、朝秋、陳明、秀如、榮廉、序文…等(師大資教碩士新生名單,2006)，也謝

謝您們對我研究的協助和幫忙。

最後感謝我最摰愛的家人，感謝您們的支持和鼓勵，讓我沒有後顧之憂，使

我能夠順利的完成此論文，僅將這本論文，獻給摰愛的家人。這兩年的學習和歷

練，如酸甜苦辣般的豐富了我的人生，謝謝您們的一路相陪，我會更加努力往前

邁進的。

IV

目 錄

附表目錄.......................................................................................................................VI

附圖目錄....................................................................................................................VIII

第一章 緒論................................................................................................................. 1

第一節 研究動機與目的..................................................................................... 1

第二節 研究目的................................................................................................. 4

第三節 名詞解釋................................................................................................. 5

第二章 文獻探討......................................................................................................... 7

第一節 遊戲式模擬設計..................................................................................... 7

第二節 神馳經驗理論....................................................................................... 17

第三節 槓桿原理的學習................................................................................... 20

第四節 結語....................................................................................................... 27

第三章 模擬軟體設計與發展................................................................................. 28

第一節 軟體發展的流程................................................................................... 28

第二節 系統架構............................................................................................... 32

第三節 系統內容說明....................................................................................... 34

第四章 研究方法....................................................................................................... 53

第一節 研究對象............................................................................................... 53

第二節 研究設計............................................................................................... 54

第三節 研究工具............................................................................................... 55

第四節 研究程序............................................................................................... 63

第五章 結果與討論................................................................................................... 64

第一節 槓桿原理學習成效分析....................................................................... 64

第二節 神馳經驗分析....................................................................................... 69

第三節 自然科學習態度結果........................................................................... 71

V

第四節 系統滿意度結果................................................................................... 73

第五節 討論....................................................................................................... 79

第六章 結論與未來研究........................................................................................... 82

第一節 結論....................................................................................................... 82

第二節 未來研究............................................................................................... 83

附錄一：自然科槓桿概念學習測驗卷(前測) ............................................................ 89

附錄二：自然科槓桿概念學習測驗卷(後測) ............................................................ 95

附錄三：神馳經驗量表(遊戲式) .............................................................................. 101

附錄四：自然科學習態度量表(遊戲式) .................................................................. 104

附錄五：系統滿意度問卷(遊戲式) .......................................................................... 106

VI

附表目錄

表 2-1 遊戲和模擬的比較 ........................................................................................ 15

表 2-2 槓桿相關概念所放置的年級與冊列表 ........................................................ 20

表 3-1 遊戲式模擬系統與傳統式模擬系統差異 .................................................... 28

表 3-2 遊戲式模擬系統特性對照說明 .................................................................... 29

表 4-1 槓桿原理成就測驗之詴題內容分析 ............................................................ 56

表 4-2 槓桿原理成就測驗之前後測詴題分配對照表 ............................................ 57

表 4-3 槓桿原理成就測驗前後測詴題預詴之複本信度 ........................................ 57

表 4-4 槓桿原理成就測驗預詴之前後詴測題內部一致性 .................................... 58

表 4-5 槓桿原理成就測驗正式施測之前後詴測題內部一致性 ............................ 58

表 4-6 神馳經驗量表之內容分析 ............................................................................ 59

表 4-7 神馳經驗量表預詴之向度、題目分配、及內部一致性 ............................ 60

表 4-8 神馳經驗量表正式施測之向度、題目分配、及內部一致性 .................... 60

表 4-9 自然科學習態度量表之內容分析 ................................................................ 61

表 4-10 自然科學習態度量表之向度、題數分配、及內部一致性 ...................... 61

表 4-11 系統滿意度問卷之內容分析 ...................................................................... 62

表 4-12 系統滿意度問卷之內部一致性摘要分析 .................................................. 62

表 5-1 槓桿原理成就測驗前後測之調整平均數、標準差及人數 ........................ 64

表 5-2 槓桿學習總分之同質性考驗摘要表 ............................................................ 65

表 5-3 槓桿學習總分之單因子共變數分析摘要表 ................................................ 65

表 5-4 簡單槓桿之同質性考驗摘要表 .................................................................... 66

表 5-5 簡單槓桿之單因子共變數分析摘要表 ........................................................ 66

表 5-6 衝突槓桿之同質性考驗摘要表 .................................................................... 67

表 5-7 衝突槓桿之單因子共變數分析摘要表 ........................................................ 67

表 5-8 槓桿應用之同質性考驗摘要表 .................................................................... 68

VII

表 5-9 槓桿應用之單因子共變數分析摘要表 ........................................................ 68

表 5-10 神馳經驗量表分析之平均數與標準差 ...................................................... 69

表 5-11 神馳經驗量表變異數同質性考驗摘要表 .................................................. 69

表 5-12 神馳經驗量表變異數分析摘要表 .............................................................. 70

表 5-13 自然科學習態度量表分析之平均數與標準差 .......................................... 71

表 5-14 自然科學習態度量表變異數同質性考驗摘要表 ...................................... 71

表 5-15 自然科學習態度量表變異數分析摘要表 .................................................. 72

表 5-16 系統滿意度問卷之平均數、標準差 .......................................................... 73

表 5-17 系統滿意度之系統設計題目、選答人數、與百分比摘要表 .................. 74

表 5-18 系統滿意度之學習內容題目、選答人數、與百分比摘要表 .................. 75

表 5-19 系統滿意度之使用意願題目、選答人數、與百分比摘要表 .................. 77

VIII

附圖目錄

圖 2-1 第一類型槓桿之抗力臂等於施力臂示意圖 ................................................ 24

圖 2-2 第一類型槓桿之抗力臂小於施力臂示意圖 ................................................ 24

圖 2-3 第一類型槓桿之抗力臂大於施力臂示意圖 ................................................ 25

圖 2-4 第二類型槓桿之抗力臂小於施力臂示意圖 ................................................ 25

圖 2-5 第三類型槓桿之抗力臂大於施力臂示意圖 ................................................ 25

圖 3-1 遊戲式模擬架構 ............................................................................................ 32

圖 3-2 傳統式模擬架構 ............................................................................................ 33

圖 3-3 遊戲式模擬之流程架構圖 ............................................................................ 34

圖 3-4 遊戲式模擬之說明畫面 ................................................................................ 35

圖 3-5 遊戲式模擬之登入畫面 ................................................................................ 35

圖 3-6 遊戲式模擬之外星人登入情境畫面 ............................................................ 36

圖 3-7 遊戲式模擬之引起動機情境畫面 ................................................................ 36

圖 3-8 遊戲式模擬之槓桿平衡實驗模擬畫面 ........................................................ 38

圖 3-9 遊戲式模擬之槓桿平衡實驗練習畫面 ........................................................ 38

圖 3-10 遊戲式模擬之生活中槓桿應用情境畫面 .................................................. 39

圖 3-11 遊戲式模擬之生活中槓桿應用槓桿原理模擬畫面 .................................. 40

圖 3-12 遊戲式模擬之生活中槓桿應用拔釘器模擬畫面 ...................................... 41

圖 3-13 遊戲式模擬之生活中槓桿應用遊戲式練習的房間畫面 .......................... 41

圖 3-14 遊戲式模擬之遊戲式總結性練習的挑戰畫面 .......................................... 42

圖 3-15 遊戲式模擬之遊戲式總結性練習的回饋畫面 .......................................... 43

圖 3-16 遊戲式模擬之全部過關情境畫面 .............................................................. 44

圖 3-17 遊戲式模擬之全部過關取得合格證書畫面 .............................................. 44

圖 3-18 傳統式模擬之流程架構圖 .......................................................................... 45

圖 3-19 傳統式模擬之槓桿問題引起動機畫面 ...................................................... 46

IX

圖 3-20 傳統式模擬之平衡實驗室的儀器模擬畫面 .............................................. 47

圖 3-21 傳統式模擬之平衡詴身手練習畫面 .......................................................... 48

圖 3-22 傳統式模擬之生活槓桿記的槓桿原理模擬畫面 ...................................... 49

圖 3-23 傳統式模擬之生活練功坊的槓桿類型模擬畫面 ...................................... 50

圖 3-24 傳統式模擬之密技實戰篇練習畫面 .......................................................... 51

圖 3-25 傳統式模擬之槓桿大挑戰總結性練習畫面 .............................................. 52

圖 4-1 實驗設計研究架構圖 .................................................................................... 54

圖 4-2 實驗處理流程圖 ............................................................................................ 63

1

第一章 緒論

本章分別就本研究的研究動機與、研究目的、研究問題、及名詞釋譯四個部

分進行說明。

第一節 研究動機與目的

資訊科技是一種問題解決工具，要發揮工具在教學上的最大應用，則是必頇

將其融入各科教學活動之中。資訊科技融入各科教學活動之中，並不會造成學習

的負擔，反而因資訊科技的應用，使學習更具多元化、個別化，使學習效果更為

提升 (王曉璿，1999)，電腦使教與學更加的有效率，並且可以應用在真實世界的

問題，使不同的學習者學習更加容易。資訊科技運用於教學中其範疇相當廣，例

如可將抽象化的教材具體呈現、提供實物演練的經驗，或是提供學校無法提供問

題解決的環境(江蕙茹，2002)，設計電腦輔助學習軟體應同時考慮學科知識、學

習理論與電腦科技三方面 (陳龍川，1998)。我們需要有別於傳統教學以教師為中

心的革新教學設計，將「資訊融入教學」帶到「資訊促進學習」的教育新典範（宋

曜廷、張國恩、侯惠澤，2005）。

Gredler (1996)指出貧乏的練習並沒有辦法有效的達成目標，但是模擬卻是最

適當的，因為使用模擬有助於學習者問題解決的能力。張國恩 (2002)，指出將抽

象化的概念以視覺化的方式表現出來有助於學習者觀念的理解，或利用模擬軟體

建立學習環境以協助學習者操作練習等都是 CAI 軟體的功用，並幫助老師教學或

學習者課後學習是融入教學的模式之一。

從科學教育相關之研究，指出電腦模擬已廣泛的應用於科學教室中，因為科

學實驗中常有經費較貴、實驗過程較費時或較危險的實驗操作，所以使用電腦模

擬設計好的軟體，模擬這些實驗狀況，經由這些模擬軟體，學習者有機會「操作」

並「觀察」實驗或現象過程 (陳龍川，1998)。虛擬實境技術支援建構教學的優勢

在於能將真實情境虛擬成學習者可理解的情境，有助於學習者進行有意義的思考

2

和問題解決 (許瑛昭，1998)。根據 McKenna 和 Agogino (1997)提出在模擬問題

解決的過程中，需要重新定義問題，調整一些參數值，模擬的目標是為了使學習

者能連結物理裝置和抽象的觀念。

傳統的模擬常以網頁的方式進行模擬的學習，李玉慶 (2000)則指出現有網頁

以文字內容呈現為主，教育意義不高，從其他研究發現，De Jong 和 van Joolingen

(1998) 指出沒有明確的結果顯示且支持模擬可以提升學習成效，並認為可能遇到

的困難為缺乏妥善設計的實驗。學習表現較差者，通常都是因為缺乏對於學科和

測驗的興趣 (Virvou, Katsionis, & Manos, 2005)。所以妥善的設計實驗系統，並有

效的提升學習的興趣，可能影響學習者學習成就的表現。

遊戲學習強調學習環境的建立，學習環境提供了各類學習工具讓學習者能操

弄學習活動，這些學習環境大多是開放式的，允許學習者有最大彈性的操作，而

且遊戲可以提高學習動機，遊戲式數位學習，在提升學習者學習的注意力、興趣、

創意…等的培養，具有相當大的發展潛能，遊戲式學習包含多媒體與聲光效果的

遊戲介面，將學習搬到一個虛擬的互動的互動式情境中，強化學習動機與興趣，

當遊戲是吸引人且有趣的，學習者將會主動參予。因此許多研究都將焦點放在遊

戲式軟體對於學習成效上 (張國恩，2002)。遊戲式學習元件包含：圖、聲音、故

事等元件，對於學習者記憶、想像和邏輯的技巧，都對學習有所影響，所以良好

的學習元件是必頇的 (Amony, Naicker, Vincent, & Adams, 1999)，好的遊戲設計可

以產生有意義的學習結果，遊戲式學習可以促進良好學習狀態 (FengFeng &

Barbara, 2006)。有很多研究顯示，電腦遊戲當教學工具有正向的效果，可用來加

強和支持學生的成就感、認知能力、學習動機、和注意力 (McFarlance,

Sparrowhawk, & Heald, 2002)。

模擬結合遊戲式的學習，嘗詴發展增加其複雜度和動態模擬的遊戲，可以激

勵感知的察覺和訓練真實世界的系統 (van Houten & Verbraeck, 2006)，遊戲的系

統包含了有趣的學習元件，使學習者的學習興趣能提升 (Jonnavithulal & Kinshunk,

2005)，透過遊戲來保持學習的動機和注意力，使教學軟體傳遞給學習者的知識和

3

技能，都能順利的進行學習遷移 (Virvou, Katsionis, & Manos, 2005)，因此，本研

究將模擬結合遊戲化學習軟體的優勢，開發有趣的遊戲式模擬系統，希望讓學習

者更有興趣、更有效率的學習，並探討此遊戲式模擬系統促進學生學習的成效。

學習系統也可做為學生課後自我學習的教材。

Webster、Trevino 和 Ryan 等人 (1993) 認為神馳經驗 (flow)是互動的經驗，

互動過程中具有遊戲性和探索的特質，使個人能感知到愉悅的感覺，而較佳的特

質可以具有正面的情緒，並引發個人進一步的探索與學習。因此有些研究也採用

神馳理論去探討電腦遊戲活動的情境，針對學習者心理特性探討遊戲式學習是否

可以達到較佳的神馳經驗，使學習者達到專注的學習，這個議題也是值得關注的。

到目前為止，遊戲式模擬應用在學習上的文獻十分有限，若是可以使用遊戲

式模擬軟體提升學習的動機、學習的興趣，使學生達到正面的情緒，達到神馳的

經驗，並在加上模擬操作實驗的過程，增加學生理解能力，應該可以提升學生學

習成就、神馳經驗、和學習的態度。

綜合上述，本研究設計遊戲式模擬軟體，以遊戲式的方式進行模擬的學習，

讓學習者在遊戲的情境中進行操作學習，並藉由遊戲的設計，提升學生的興趣，

並加入引導和回饋，強化學生的概念，和增進學習者的學習成效。本研究以國小

六年級自然科槓桿概念學習為例，考慮相關學科知識、學習理論應，應用有效的

遊戲式模擬策略提升學習者的學習的成效，促進達到神馳經驗的狀態和良好的自

然科學習的態度。，並比較遊戲式模擬軟體和一般傳統傳統式模擬軟體，對於學

習者的影響，更希望未來能提供電腦輔助軟體工具設計者，有良好的遊戲式模擬

軟體模組作為參考。

4

第二節 研究目的

本研究旨在探討不同的模擬方式(遊戲式模擬 v.s 傳統式模擬)，對國小學童學

習槓桿原理學習成效、神馳經驗、與學習態度之影響。本研究之研究目的分述如

下：

1. 依據槓桿相關理論架構、教學原則、遊戲式模擬的設計原則，實作自然科槓

桿原理「遊戲式模擬系統」及「傳統式模擬系統」。

2. 探討不同的模擬方式之教學後，在「槓桿原理學習成效」上表現之情形。

3. 探討不同的模擬方式之教學後，在「神馳經驗」上表現之情形。

4. 探討不同的模擬方式之教學後，在「自然科學習態度」上表現之情形。

5

第三節 名詞解釋

壹、模擬學習的方式

一、傳統式模擬

傳統式模擬是以模擬為基礎，進行網頁式的導覽與學習。網頁中明確指出單

元目標和明確的學習導引，讓學生可在網頁的環境中藉由不同的模擬操作學習槓

桿原理與概念，並讓學習者能在學習中自我調整認知歷程。

二、遊戲式模擬

遊戲式模擬是以模擬為基礎，進行遊戲式的模擬學習。依據文獻探討中關於

遊戲式、模擬式、遊戲式模擬軟體的設計的策略與方式，搭配能吸引學習者的圖

像、音效、動畫…等，並且依照腳本的脈落，配合模擬的方式，讓學習者進行闖

關冒險的遊戲，逐一的去學習槓桿原理的概念，並讓學習者能從中自我調整認知

歷程。

貳、槓桿原理學習成效

槓桿是由支點、施力點及抗力點所組成，依其相對位置不同，可以分為第一

類型槓桿、第二類型槓桿、和第三類型槓桿，可達到省力或費力、省時或費時的

簡單機械工具，日常生活中常用的剪刀、鉗子等，都是利用槓桿原理製作成的工

具。本研究槓桿原理學習成效用來探討學習者在實驗後槓桿原理學習的表現情

形，槓桿原理包含簡單槓桿、衝突槓桿、槓桿應用三個面向。

參、神馳經驗

神馳經驗 (flow)是指學習者全神貫注地投入不同模擬系統的學習中，周遭事

物對他而言都不重要，在學習的過程就是一種快樂，所以會全心投入其中。在本

6

研究中包含：「神馳前提」、「神馳特性」、「神馳結果」、和「神馳狀態」。

肆、自然科學習態度

本研究自然科學習態度是指學生在經由不同的模擬系統學習後在自然科學

習上「學習動機」、「科學價值」、和「自然科自我效能」的自我評估看法。「學習

動機」為學習者經由不同系統學習後，是否能提升學習的興趣與意願，進而能幫

助學習；「科學價值」是指學生經由不同系統學習後，是否對於自然科學的重視

程度有提升，進而願意應用在生活中；「自然科自我效能」是指學生經由不同系

統學習後，是否有信心能達到自我期許的表現，進而對自我產生效能。

伍、先備知識

自然科學習的先備知識是學習者在實驗活動之前，先進行前測當作學生以具

備的自然槓桿原理相關知識，分數越高表示先備知識越高，分數越低則表示先備

知識越低。

7

第二章 文獻探討

本研究從遊戲式模擬設計、神馳經驗、學習理論、自然科槓桿原理學習等文

獻進行探討，以作為本研究設計之理論基礎，文獻探討分別敘述如下：

第一節 遊戲式模擬設計

本節就遊戲式模擬的理論基礎、演變，和實作設計所依據的設計原則等相關

研究進行探討，其分述如下：

壹、 模擬式學習

一、模擬的定義

de Jong 和 van Joolingen (1998)認為，電腦模擬是一個包含系統模型或系統的

程式，可分為二大類：包含概念模型模擬及包含操作模型模擬。概念模型包含原

理、概念、和系統相關被模擬的事實；操作的模型包含認知或非認知操作程序的

模擬，概念模型例如：經濟學、物理學，操作模型例如：雷達操作等。

O’Neil、Wainess 和 Baker (2005)認為模擬的過程是隨著時間改變的，反映出

真實性的因果過程，其目標是發現因果關係，注重過程中的發現。美國國家科學

教育標準 (National Science Education Standards，簡稱 NSES) 中提及使用模擬的

原因，模擬應選取適當的科學內容，設計適用的教材，才能在教學中能提升學生

的興趣、增進理解以及強化學習的經驗，並透過模擬達到學生的學習需求。

有些教材在課堂上不易以學習者經驗可理解的方式表達出來。如果應用相關

軟體模擬這些知識，對老師上課將有助益。而有些課程需要學習者不斷練習以達

熟能生巧或觀念逐漸理解，例如物理與化學之實驗操作、電器之故障排除練習

等。若能設計軟體化之實驗平台，將有助於學習者的學習 (張國恩，2002)。

8

二、模擬學習的優點

Alessi 和 Trollip (2001)對使用電腦模擬教學取代學生在真實情境中的學習活

動，列舉了以下優點。

(一)學習過程更安全： 安全是電腦模擬教學的最大優點。

(二)提供真實情境中無法體驗的經驗：在經濟學課程，模擬軟體可以再創經濟大

蕭條時的情況，提供學生分析原因，這些都是在真實情境無法做到的。

(三)簡化真實情境的複雜度：實驗的模擬軟體可以保證零件品質，絶無不良品；

保證實驗器材都是可以運作的，如此一來使用者可全神貫注於操作時，無頇

為排除故障而分心耗時。

(四)節省金錢：模擬飛行絶對比實際飛行省錢，可以省下燃料的支出；因此，自

然科實驗的模擬軟體亦節省儀器實驗的費用。

三、模擬軟體的設計

設計電腦模擬軟體時，設計者應先考慮三個向度(Snir, Smith, & Grosslight,

1993)：

(一)決定有那些物件、物件屬性及物件間的關係要出現在電腦螢幕上。

(二)決定欲出現在螢幕上的這些物件、物件屬性及物件間的關係等之視覺表徵方

式。

(三)螢幕上出現的這些物件、物件屬性及物件間的關係，與使用者或電腦模擬程

式間如何互動。

綜合上述利用模擬教學比真實情境不具危險性，可以提供學習者不斷的嘗詴

實驗，簡化真實情境的複雜度，更可以降低所需要的時間及價值的成本，在模擬

環境中學習，學生可以隨時隨地，不受時間、地點等限制，使學習更加方面。

9

貳、遊戲式學習

一、遊戲的定義

根據 Lloyd 和 Rieber (1996)認為玩是很難去明確的定義，但是玩通常具有下

列的特質：(1)是自願性質的；(2)是內在動機，不是外在誘因控制的；(3)是主動

的；(4)和其他行為是有區別的。

休閒娛樂和工作是相對的，但是工作的過程中，卻能像玩遊戲一般越來越

好，遊戲包含以下四種特性：

(1).遊戲像進展：遊戲可以讓學習某些部份是有效的，並且可以提升或者是促

進心理上或者是社會上的需求，就遊戲來說，是一個重要的機制。

(2).遊戲是種權力：有輸和贏的關係是被宣告的。根據遊戲進展不同，遊戲是

種權力，比較適合成人的形式。

(3).遊戲是迷人的：可以讓人有創造力和充滿想像力。

(4).遊戲是自我的：是近來的一個主題，重視遊戲者的角色可以當成一個最理

想的學習的生活經驗，重視自我的經驗。

二、遊戲在教學上的意義

以遊戲方式學習通常會造成許多的誤解，如：遊戲被視為是簡單的；遊戲

用來完成正式或者非正式的學習，是不恰當的。這些誤解是不正確的，從人類學、

心理學、和教育的觀點來看，均指出玩遊戲是學習和適應社會化生活之重要媒材

(Lloyd & Rieber, 1996)。遊戲應用在教育上是否有成效仍有許多爭議，有些研究顯

式以遊戲的方式學習事沒有辦法促進學習成效的，然而這些問題實際上應該需要

更關注在於使用遊戲的品質上，對於提升學習者學習環境的重要性，而非使用遊

戲本身 (Alsagoff, 2005)。

從心理學角度來看，首先要先了解玩在學習與教育上，所扮演的重要角色。

從教育理論的實質性來看，教育的目的是要讓學習者能夠去適應環境，他們的經

驗也能因此而正向成長。從歷史的角度來看，隨著教育的改變，玩可能被視為一

10

個有能力的小孩的能力，可以用來解決問題。但從另外的歷史改變角度來看，玩

可能被視為引響學習者在學習方面的注意力，最重要的是玩是否可以達成教育的

目的 (Lloyd & Rieber, 1996)。遊戲最重要的是具有教育的意義，並且學習目標和

學習的結果是要有關聯性，課程中的遊戲必頇要有意義，並且讓學習者有學習動

機去玩這些遊戲 (Alsagoff, 2005)。

三、遊戲的設計

適當的遊戲設計對教學來說是重要的，遊戲必頇包含以下幾個元件：挑戰

性、明確、有意義和多樣的目標、可變、不可預測的關卡，和有回饋機制的。

要促成高的學習動機，吸引力和專注力都和「Fun 樂趣」有相關，所以有吸

引力的視覺化元件和可以促進認知的吸引力，對於學習者來說都是重要的。所以

這些都是在遊戲設計中所需要注意到的 (Rosas, Nussbaum, Cumsille, Marianov, &

Correa, 2003)。 遊戲對於學習正向影響並非十分充分的，遊戲的元素也可以促進

教學內容的活化，更可以提升學習的成效 (Garris, Ahlers, & Driskell, 2002)。

所以遊戲可以對遊戲世界設計提供許多好處，並且有可能包含許多內容。遊

戲會設計層級的困難度，並且回饋機制可以快速的讓他們進行評估，並且來達成

以建立的遊戲目標。回饋的機制，可以用文字的、視覺的、聽覺的方式來回饋，

且是非常重要的一個機制，可以讓使用者可以獲得資訊 (Lloyd & Rieber, 1996)。

電腦遊戲在設計時必頇注意一些必要的元素，Alessi 和 Trollip (1991)認為電

腦遊戲包含了七個特徵，以下分別說明：

(1)目標：每一個遊戲設計都會有目標，有的會先說明，有的需要玩家自己去

推想，目標都是為了讓玩家努力去達成。在達成目標、解決問題的同時，也受到

訓練。

(2)規則：每一個遊戲一定都要有規則。規則是讓玩家知道玩遊戲的限制，及

可以行動的準則，規則是事先訂定的，為了配合需要也可以做改變。

(3)競爭：遊戲也牽涉到競爭，競爭的對手可能是自己、某個人或一個機會，

11

也可能是與時間的競賽。

(4)挑戰：遊戲可以吸引人，最重要的因素就是提供挑戰性。挑戰是指學習者

過程中為了達成目標所必頇克服的困難。挑戰存在於達成目標過程中，個人等級

需求提高，挑戰也增加。

(5)幻想：遊戲常常靠幻想來引發動機，幻想的程度各有不同，範圍則可達任

何地方。

(6)安全：遊戲提供安全方式來表現具有危險的真實動作在遊戲中失敗了，只

不過是輸了一場遊戲，沒有真正後果會發生。

(7)娛樂：幾乎所有的遊戲都具有娛樂性，雖然娛樂未必是它主要的目的。教

育性遊戲最初的目的是在教學，但藉著娛樂性可以提高動機和加強學習效果。

四、遊戲的策略與方式

(一)遊戲的策略

O’Neil、Wainess 和 Baker (2005)提出遊戲是由許多規則組成的，允許使用者

移動，並且有許多機制和特定權限，當動作和條件不被允時，可能有懲罰的機制，

規則可能非有關於真實生活的事件規則，遊戲的主要的目標是贏得遊戲。

遊戲有以下設計原則，可以提高學習者玩遊戲的動機 (Prensk, 2001)：

(1)角色扮演(Try on a new self)：想像呈現角色扮演，例如：a prime minister, CEO,

doctor, lawyer, pilot, 或者是創造自己擁有自己個性的代理人，可以使我們更容易

在更視覺化的情境中探險。

(2)探索(Perform before Competence)：探索或者是嘗詴一些事情，在擁有能力

之前，也可以加強學習者的興趣在特別的學科或論題上面

(3)問題解決(Problem Solving)：可以在探索的過程中，幫助他們間接的提升問

題解決的能力，並且擁有創造的技巧，來達成遊戲中的目標

(4)挑戰與困難(Challenge/Conflict)：可以使學習者更佳的興奮，也可以間接的

處理一些可能壓力比較大的情境，或者是某些不明確的情境。

12

(5)結果與回饋(Outcomes and feedback)：輸了或贏了，是否繼續？學習的結果

和回饋在課程中可以確定學習是正在發生的。

(6)調適性(Adaptive & Student-centric Learning)：遊戲有困難的層級，通常建立

在連續挑戰任務的基礎上。

(7)發現探索經驗(Discovery, Exploration & Experimentation)：對於詢問式學習

非常有幫助

(8)允許錯誤(Make Mistakes Without Real-World Consequences)：遊戲允許我們

去完成一些在現實生活中可能的限制(例如：價值、能力、危險)

(9)多樣任務(Multi-Tasking)：需要學習者去處理多樣的挑戰，和提升多樣任務

的能力。

(10)玩和樂趣(Fun and Play) - 使學習者更加的有興趣和值得學習者去花費時

間的。

(二)遊戲的種類

現今的遊戲一般分類成以下八種：動作遊戲 (Action games)、冒險遊戲

(Adventuregames)、格鬥遊戲 (Fighting games)、益智遊戲 (Puzzle)、角色扮演

(Role-playing games, RPGs)、模擬遊戲(Simulation)、運動遊戲(Sports games)、策

略遊戲(Strategy)。

遊戲的方式也包含了許多種，例如:冒險的、模擬的、角色扮演的、射擊、和

策略式的遊戲，遊戲種類繁多，所以必頇要找出學習者有興趣的遊戲類型，一般

的學習者喜愛冒險類的遊戲或者是策略式的遊戲，比較不喜歡模擬類的遊戲，因

為冒險類遊戲包含漂亮且令人喜愛的圖像、故事主軸、遊戲、和影音，含有較多

學習元件，第一人稱的冒險中，遊戲者可以很快的進入虛擬世界的遊戲中，在冒

險類和策略類的遊戲，可以有較高的問題解決能力(Alan, Kevin, Jacky, & Claudia,

1999)。

綜合從以上的探討可知，遊戲不但具有豐富的聲光效果和遊戲元件，也具有

吸引玩家的諸多策略，例如明確的目標、規則、挑戰、控制、冒險、娛樂等，給

13

予玩家很大的樂趣；不同的遊戲進行的方式，例如冒險類。所以本研究的系統設

計，將設計冒險類的遊戲，並依據不同的遊戲策略方式，以提高學生對於本系統

的喜好。

14

參、遊戲式模擬

一、遊戲式模擬定義：

遊戲具有聲音和視覺上的效果，能模擬現實中複雜的問題。遊戲的的結構跟

模擬非常類似，很難把每個部份清楚的分開來看，不過 Alessi 和 Stanley (1991)

認為可以從下列的內容討論遊戲和模擬的差異性。

(1)腳本(Scenario)：遊戲的腳本，事先定義即發生的活動；模擬沒有腳本。

(2)真實性(Level of reality)：遊戲包含三個要素分別為真實、不真實和幻想，

這三個要素；模擬只有真實性。

(3)不確定性(The presence of uncertainty)：遊戲必是有挑戰性，目標的達成

必然不確定的，而且這是隨著困難程度、隱藏訊息、隨機性來的；模擬有明確的

目標。

(4)好奇心的存在(The presence of curiosity)：好奇心促使我們去學習、去探

險。挑戰性和好奇心是相關連的，挑戰性經常能使好奇心獲得滿足；模擬較無法

滿足好奇心。

(5)贏和輸(Wins and losses)：在遊戲中有贏或輸的回饋；模擬只真實呈現結果。

(6)動作型態(Types of action)：玩遊戲就包括多種不同的動作，通常是在螢幕

上操控移動、回答問題、做選擇，並尋找相關資訊等。模擬大多只侷限在操作模

擬、或者是視覺的模擬。

遊戲和模擬的比較如表 2-1 所示，模擬和遊戲之間有許多相似之處，模擬和

遊戲的差別在於遊戲包含競爭的成分、約束、權力、處罰、和有趣的內容，可以

提升學習者的學習興趣，並且增加系統的完善性，直線的目標結構，則可以使學

習更加有順序性，模擬又具有遊戲所沒有的特性，如真實可靠的因果關係、有定

義終止點 (Gredler, 1996)。O’Neil、Wainess 和 Baker (2005)將遊戲式模擬視為遊

戲和模擬的混合，所以經由妥善的設計，將使遊戲式模擬達到最好的成效。

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表 2-1 遊戲和模擬的比較

特性 遊戲 模擬

結合許多不同的步驟 Ｏ Ｏ

規則 遊戲發展者定義 由系統定義

目標 贏得遊戲 發現因果關係

包含競爭 對抗電腦或玩家 Ｘ

包含運氣 Ｏ Ｏ

有結果的呈現 Ｏ(贏 or 輸) Ｏ

系統的大小 全部 全部或部分

真實性和幻想的 兩者皆有 兩者皆有

特殊的情境 Ｏ Ｏ

呈現一些不可能的環境

(例如昂貴的、危險的環境) Ｏ Ｏ

需要策略完成目標 Ｏ Ｏ

代表真實可靠的因果關係 Ｘ Ｏ

需要使用者達到自己的推論 Ｏ Ｏ

沒有定義終止點 Ｘ Ｏ

包含約束、權力、和處罰 Ｏ Ｘ

直線的目標結構 Ｏ Ｘ

有趣的 Ｏ Ｘ

二、遊戲式模擬腳本設計

使用多樣的情境來達成學習目標是非常重要的，遊戲式模擬(Simulation Game)

提供一個探索多變化的環境和做決定的過程。遊戲式模擬腳本通常用來描述遊戲

內容的部分，是複雜未來狀態的描述，並希望在遊戲過程中能實施，部分的事件

發生在遊戲過程可以提升學習的成效。以目標為主的腳本(goal-based scenario)有

非常清楚、具體的目標，學習者可以達成目標，對於遊戲式模擬是非常重要的。

藉由反覆的決策可以發現決策的影響，並且改進這些決策，決策發展成一種直覺

從系統如何調查的方法，並學會如何診斷並且有效的應用在真實世界的系統上。

在這當中，遊戲助益可以幫助解決衝突，並且藉由遊戲產生的規則來幫助滿足他

們 (van Houten & Verbraeck, 2006)。

16

腳本設計為先前定義的因果關係可以在遊戲的過程中發生，通常被使用在創

造一個正確的模組狀態，在正確的時間和正確的狀態之下才能達成目標，腳本設

計也包含在模擬模式上，關於電腦控制上變數設定的部分，分析遊戲式模擬輸入

結果，輸入結果可能可以調整或保持某些狀態數值，當預設的狀態在模擬遊戲中

沒有發生，則遊戲的引導通常會介入並且詴圖做某些的動作來引導學習。

綜合上述利用遊戲式模擬學習，可以結合遊戲式和模擬式的特色，並經由妥

善的設計，可以使遊戲式模擬達到最好的成效。所以本研究依據遊戲和模擬設

計的原則來設計系統，以期對學習者學習有良好的成效。

17

第二節 神馳經驗理論

壹、神馳經驗理論

Csikzentmihalyi 於 1975 年提出神馳理論，而神馳理論曾被廣泛應用在許多

研究上，例如運動、遊戲、藝術、嗜好等，都發現會產生神馳的經驗。Csikzentmihalyi

(1990)指出神馳是我們覺得活動在控制中，感覺一種非常愉快的享受。那種狀態，

為個人完全投入在活動中，其他的事都不重要，過程的經驗本身就是目的，是如

此愉悅的，因此人們為了獲得這種感覺，會更加願意去做此活動。

Hoffman 和 Novak (1996)定義在網路瀏覽的行為上產生神馳的狀態當(1)與電

腦互動的很順暢； (2)喜悅的感覺 ； (3) 失去自我知覺；和 (4)自我 強化

(self-reinforcing)。而要在活動中產生神馳經驗，使用者必頇要在他們所擁有的能

力與所參與活動的挑戰性中取得平衡，並且在技能和挑戰性上都必頇要達到某一

個水準之上。使用者產生神馳之後有一些正面的效益，例如可以增加使用者的學

習、增加探索的行為與產生正面的效果。

Chan 和 Ahern (1999)將神馳理論應用在教學設計上，過去很少有研究對於如

何透過教學工具來增加學生的學習動機的文獻，因此缺乏理論的支持，讓許多教

學工具的設計專家認為只要有好的教學工具，就能增加學生的學習動機。教學設

計與神馳理論有許多不同的面向：教學設計著重在學生學習目標的達成，而神馳

則考慮到學生的情緒和態度。要促進學生達成神馳經驗，設計者在設計教學系統

時應注意的方面有：(1)適當的挑戰性；(2)設定具體目標；(3)幫助學生專心；(4)

結構化的控制；(5)清楚的回饋。

貳、神馳經驗定義

Csikszentmihalyi 將神馳定義成九個向度：挑戰與技能的平衡(challenge-skill

balance)、行動與自覺的結合(action-awareness merging)、清楚的目標(clear goal)、

18

清楚的回饋(clear feedback)、專注於任務上(concentration on task)、認知控制的感

覺(sense of control)、失去個人的知覺(loss of self-consciousness)、時間的扭曲(time

distortion)、獎賞的經驗(Autotelic experience)，以下就各向度分別說明。

(1). 挑戰與技能的平衡：在神馳的狀態裡，個人認知所面臨的挑戰性與個人的技

能皆必頇要是高水準與相當程度的平衡。這是因為個人的能力恰好可以應付

所面臨問題的難易程度。

(2). 行動與自覺的結合：當個人涉入在活動產生神馳經驗，那是一種深沉的、自

發性的或自動產生的感受。個人會不自覺將活動自我結合在一起。

(3). 清楚的目標：為了要產生神馳經驗，活動的目標必頇要清楚的定義。假設他

無法清楚知道為什麼，或者是該完成什麼目標，將無法沉浸在所參與的活動

裡。

(4). 清楚的回饋：個人所參與的活動必頇要提供即時的或幾近即時的回饋，讓參

與活動的人可以很清楚的知道自己現在的。

(5). 專注於任務上：當個人產生神馳經驗時，會全然的專注在所執行的任務。全

神的專注在任務上是神馳裡最常被提及的。

(6). 認知控制的感覺：當產生神馳經驗時，個人會認知道全然的控制之感。

(7). 失去個人的知覺：在神馳經驗狀態裡，個人的感受會消失，是指會專注在活

動上。

(8). 時間的扭曲：個人會感受到時間不是變慢了就是便快了。

(9). 獎賞的經驗：神馳經驗本身就是一種報酬與獎賞，一個活動是一種獎賞，而

僅僅只是喜歡做這個活動，而不是因為外在的報酬或利益。

除了挑戰與技能兩項因素之外，尚有下列幾點會直接影響神馳的產生

(Hoffman, Novak, & Yung, 1998)：

(1). 控制感(Control)：不論發生什麼事情，都在自己可以掌控的範圍中，並不需要

擔心失去控制的突發狀況，除此之外，對於自己的任務及完成任務的方法都

19

有很清楚的知道。

(2). 激勵(Arousal)：在過程中感到新鮮與刺激，並能發現許多意想不到充滿驚奇感

的事物。

(3). 玩(Play)：有玩和休閒的感覺，並發現充滿想像力的新奇世界。

(4). 臨場感(Telepresence)：全心全意的投入了虛擬的世界之中，幾乎忽略了現實世

界的動靜。

(5). 時間扭曲(Time Distortion)：專心的投入其中而忽略了現實世界時間的流逝。

(6). 互動(Interaction)：和系統進行互動。

(7). 專注(Focus Attention)：注意力集中於系統上的各種資訊，而忽略現實中外在

事件的干擾。

Hoffman、Novak 和 Yung (1999) 將 Csikzentmihalyi (1993)提出的神馳面向歸

納為三個面向：神馳的前提、神馳的特性和神馳經驗的結果。

(1). 神馳的前提(Antecedent conditions)：包含「清楚的目標」、「立即性的回饋」

和「挑戰的適度技巧」的因素。引起神馳的一些條件，包括挑戰，技能，激

勵。

(2). 神馳的特性(Characteristics)：包含「行動和意識結合」、「全神貫注」、 「操

控的感覺」的因素。與神馳類似愉悅感體驗，例如快樂。

(3). 神馳經驗的結果(Consequences of experience)：包含「自覺的喪失」、「時間感

的消失」、「本身具有目的經驗」的因素，有了神馳體驗之後，使用者會產生

進一步進行探索的行為。

由以上文獻敘述，可歸納出神馳有幾個特質：個人必頇全心投入，且挑戰和

技巧相當時，才可能觸發神馳，而神馳的感受會讓使用者更加肯定自我。本研究

依據 Hoffman、Novak 和 Yung (1999) 所歸納的神馳面向分析，來評估學習者在

學習時的神馳經驗。

20

第三節 槓桿原理的學習

壹、 槓桿原理教材現況

一、教材內容分析

McKenna 和 Agogino (1997) 指出學生喜歡簡單機械的經驗，因為他們普遍

存在每一天的生活中。槓桿原理是一種簡單的機械反應，在我們日常生活中很容

易看見其原理的應用。李田英 (1995) 則指出槓桿平衡的問題看似簡單，但學童

可能對力的概念有困擾，造成對槓桿平衡的問題更不容易理解，造成學習困難，

因此有需要重新調整教材及教法。

分析九年一貫自然與生活科技領域中的能力指標分析，槓桿原理運用能力指

標為編號 2-3-5-4： 藉簡單機械的運用知道力可由槓桿、皮帶、齒輪、流體(壓力)

等方法來傳動。分段指標 2 為「科學與技術認知」，3 為國小五、六年級階段學

習，5 為能力指標之次目標序號，內容為「交互作用的認識」，4 為流水號。所

以槓桿原理之運用應以國小五、六年級階段為主，而研究學童也應以國小五、六

年級學生為對象。九年一貫自然與生活科技學習領域之教材內容分析，簡單機械

所在課題為生活與環境，主題為生活科技，而次主題為編號 412 機械應用，在簡

單機械項目中可以知道其指標為 412-3a 知道日常生活中常利用簡單機械(例如槓

桿、滑輪、鏈條、皮帶、齒輪、輪軸等)來做事。另在簡單機械的原理項中 412-3b

知道鏈條、皮帶、齒輪等裝置可以傳送動力。由以上可知有關簡單機械原理運用

是高年級學生學習的重點之一。而分析九年一貫課程中各種版本中，槓桿相關概

念所放置的年級與冊列，如表 2-2 所示。

表 2-2 槓桿相關概念所放置的年級與冊列表

版本 年級 冊 別 單 元 單 元 名 稱

牛頓 六下 12 第一單元 簡單機械

南一 六下 12 第一單元 巧妙的施力工具

康軒 六下 12 第一單元 簡單機械

翰林 六下 12 第二單元 簡單機械

21

二、各版本槓桿原理教學目標

牛頓版：

(1)認識槓桿的支點、施力點、和抗力點。

(2)槓桿施力臂越長，抗力臂越短越省力。

(3)生活中應用槓桿、輪軸、滑輪等簡單機械工具。

南一版：

(1) 經由實際操作活動，體會不同施力位置的差異性。

(2) 認識槓桿原理。

(3) 經由槓桿實驗器，了解施力臂長短與施力的關係。

(4) 認識生活中應用槓桿原理的工具。

康軒版：

(1) 感覺槓桿可以傳送動力，幫我們做事。

(2) 探討利用槓桿省力的方法。

翰林版：

(1) 由翹翹板遊戲的原理規則找出槓桿原理。

(2) 設計以實驗數據顯式槓桿原理中省力漢費力的解釋。

(3) 藉由施力工具的了解和操作，知悉自己生涯發展可以突破性別的限制。

經由分析各版本的單元目標，可以歸納出以下幾點共通的單元目標。

(1) 認識槓桿原理。

(2) 認識槓桿的支點、施力點、和抗力點。

(3) 經由槓桿實驗器，了解施力臂長短與施力的關係。

(4) 認識生活中應用槓桿原理的工具。

貳、 槓桿原理與生活應用

一、槓桿的定義

McKenna 和 Agogino(1997)指出簡單機械是一種機械的利益，簡單機械發展

使人們能在個別的狀態下執行某部分困難完成的功能。槓桿是簡單機械的一種，

22

只要是可以繞著一個固定點轉動的棍子，都可以說是槓桿。槓桿上固定的點稱為

支點，在棍上用力的點稱為施力點，放置重物或者是反應的點稱為抗力點。(南一，

2007)。在任何一種槓桿都可以找到三個力點：支點、施力點和抗力點。從施力點

到支點的距離，稱為施力臂，從抗力點到支點的距離，稱為抗力臂，任何槓桿中

必定具有支點、施力點、抗力點、施力臂和抗力臂，依施力臂和抗力臂的大小來

作省力或費力的作用。而在槓桿中，物體的重量，用力的大小、抗力臂和施力臂

之間，存在下列的物理公式：用力大小Ｘ施力臂 ＝ 物品重量Ｘ抗力臂。

二、槓桿平衡類型與規則

學童槓桿平衡問題的概念發展有兩個基本假設：第一，孩童在推理能力的本

質上是可以發展的，具有規則性，且逐步改進所使用的規則之正確性；第二，規

則可以由一系列問題正確與錯誤答案具體的型式被描述。

槓桿概念發展最高階層的使用規則，是使用重量與從支點到兩端距離的交乘

積以決定槓桿是否平衡、右邊向下傾斜或左邊向下傾斜，這個規則被稱為力矩乘

積。

Siegler 運用六種槓桿類型以便分析出學生判斷槓桿平衡問題的規則，使用的

六種槓桿類型分別為(Seigler, 1983)：

1.簡單平衡題—槓桿兩邊重量和距離相等。

2.簡單重量題—槓桿兩邊距離相等，但重量不相等。

3.簡單距離題—槓桿兩邊重量相等，但距離不相等。

4.衝突重量題—槓桿一邊重量較重、距離較短，另一邊重量較輕、距離較長；重

而短的一邊會下垂。

5.衝突距離題—槓桿一邊重量較重、距離較短，另一邊重量較輕、距離較長；輕

而長的一邊會下垂。

6.衝突平衡題—槓桿一邊重量較重、距離較短，另一邊重量較輕、距離較長，兩

邊會平衡。

23

Siegler (1976)所分析出學習者的四種判斷規則，用來解決天平橫桿問題的策

略如下列所示：

(1) 規則 1 ：預測砝碼較多的一邊會下降，如兩邊砝碼一樣多時橫桿會平衡。這

個策略在兩邊的砝碼與支點的距離都一樣時可預測正確。

(2) 規則 2 ：預測砝碼較多的一邊會下降，但兩邊砝碼數一樣多時，會選擇距離

支點較長那一邊會下降。

(3) 規則 3 ：預測砝碼較多的一邊會下降，但兩邊砝碼數一樣多時，會選擇距離

支點較長那一邊會下降。但若一邊砝碼數較多又靠近支點，又另一邊砝碼數

較少又遠離支點，就會猜測答案。

(4) 規則 4 ：兩邊會都計算重量與距離的乘積，決定那一邊會下降。

Siegler (1976) 將上述規則視為一種獲得愈來愈複雜的解題原則的歷程。獲得

複雜解題原則的一個重點是要有從問題中收錄愈來愈多的變因之能力。規則 1

中，學習者只收錄一個訊息，讓學生判別哪一邊的重量比較重；然後學習者加入

第二個變因在規則 2 ，那邊一邊距離支點較遠，最後在規則 4 則有四個變因，

即左邊的砝碼數，左邊的距離，右邊的砝碼數，右邊的距離(林清山，1997)。

歐陽鍾仁 (1987) 在探討形式運思期(11 歲以上)的各種能力中指出，此時的

學習者具有比例的推理能力，其利用一個槓桿平衡器，將兩個砝碼分別掛在槓桿

的兩邊，來探討槓桿平衡問題。

陳義勳(1996)在研究國小高年級學童對於自然科學中力學單元迷思概念之研

究結果指出槓桿平衡條件的概念除了課本提到外，宜讓課程再分辨力，與力 × 力

臂的活動，才不致使學生混淆不清。張志銘(2003)至於「力矩與重量混淆的想法」

及「力臂與重量互補的想法」等兩項迷思概念方面，建議在進行槓桿實驗操作前，

教師事先設計六類槓桿題型(簡單平衡題、簡單重量題、簡單距離題、衝突重量題、

衝突距離題和衝突平衡題)，讓學生分組實際操作，並由學童自行歸納或討論出槓

桿平衡的條件及規則，再由教師引出力矩的公式加以說明。

24

三、生活中槓桿應用

不同的的工具，其施力點、支點和抗力點位置可能都不同，依據支點的不同，

可以分為三類(牛頓，2007；南一，2007)：

1. 第一類型槓桿，支點在中間。

支點在中間時，可能省力或不省力，也可能既不省力也不費力。因這時候施

力臂和抗力臂的長短不一定。

(1)當支點正好位於槓桿的中點上時，施力臂和抗力臂相等，不省力也不費力、

不省時也不費時。例如：托盤天平，當指針指在平衡點時，由托盤上砝碼的重量

就可以得知物體的重量，如圖 2-1 所示。

圖 2-1 第一類型槓桿之抗力臂等於施力臂示意圖

(2)當支點較靠近抗力點時，抗力臂較短，施力小於抗力，省力費時。例如：

拔釘、鉗子、枝剪(刀刃較短)等，如圖 2-2 所示。

圖 2-2 第一類型槓桿之抗力臂小於施力臂示意圖

抗力點

點

支點

施力點

點

抗力點

點

支點

施力點

點

25

(3)當支點較靠近施力點時，施力臂較短，施力大於抗力，費力省時。例如：

洋裁剪刀(刀刃較長)等，如圖 2-3 所示。

圖 2-3 第一類型槓桿之抗力臂大於施力臂示意圖

2. 第二類型槓桿，抗力點在中間。

抗力點在中間時，一定會省力費時，因這施力臂＞抗力臂。例如：開瓶器、

裁紙刀、榨汁器等，如圖 2-4 所示。

圖 2-4 第二類型槓桿之抗力臂小於施力臂示意圖

3. 第三類型槓桿，施力點在中間。

施力點在中間時，一定費力省時，因這時候施力臂＜抗力臂。例如：鑷子、

烤肉夾子等，如圖 2-5 所示。

圖 2-5 第三類型槓桿之抗力臂大於施力臂示意圖

抗力點

點

支點

施力點

點

抗力點

點

支點

施力點

點

抗力點

點

支點

施力點

點

26

陳義勳(1996)指出簡單機械原理，省時必費力，費時必省力的概念，在高年

級自然科中宜再增加活動，幫助學生學習，所以在這部分可以多舉例一些在生活

中常用的槓桿工具，讓小朋友進行學習。張志銘(2003)則指出在「日常生活中運

用槓桿原理的簡單機械工具」方面，除了讓學生實際操作這些簡單機械工具的實

物外，並讓學生討論支點、施力點和抗力點相對位置，和所屬的槓桿類型，並比

較施力臂與抗力臂的長短，做為判斷省力或費力的依據。

綜合以上槓桿相關研究之文獻探討，得知學習者判斷槓桿平衡問題，是一種

比例推理的能力，本軟體參考 Siegler (1976)運用六種槓桿題型，與學習者在解決

槓桿平衡問題的四種歷程規則，設計以槓桿概念為基礎的教材，並對於學習者的

迷思概念進行教學的設計和改善，使學習者能評估重量和距離兩者影響平衡的比

例關係。生活中運用槓桿原理的簡單機械工具，則依據不同類型槓桿的差異，讓

學生學會判斷支點、施力點、與抗力點，並比較施力臂與抗力臂的長短，判斷省

力或費力。

27

第四節 結語

遊戲運用在學習上，必頇要綜合多樣的遊戲特色，在遊戲的設計和系統設計

上面，也要包含使學習者學習的動機，和完善的介面，良好的遊戲目標和策略方

式，更是促進學習動機的元件之一。所以文獻探討，從遊戲式模擬設計的機制方

面，探討了關於遊戲式模擬學習設計的重要性，更可以知道如何去設計遊戲式模

擬的學習系統；從神馳的角度，分析了學習者學習的神馳狀況，進而設計良好的

學習環境；再從教材設計，設計良好的教材內容。

本研究將針對學習者系統設計原則、神馳狀況、和學習者的角度來研究探

討，設計遊戲式模擬學習的系統，以期達到促進學習者達到良好的學習成效。

28

第三章 模擬軟體設計與發展

第一節 軟體發展的流程

壹、軟體發展原則

本研究將實做遊戲式模擬系統與傳統式模擬系統，在系統設計部分，依據文

獻探討的內容，就遊戲式模擬系統和傳統式模擬系統設計的差異性進行說明，如

表 3-1 所示。在規則與目標方面，遊戲是為了贏得比賽，而傳統式則是為了發現

因果的關係；遊戲式模擬在競爭方面、幻想方面、約束方面、有趣方面、腳本方

面，都是傳統式模擬所沒有的。

表 3-1 遊戲式模擬系統與傳統式模擬系統差異

特性 遊戲式模擬 傳統式模擬

規則&目標 贏得遊戲 發現因果關係

有結果的呈現 Ｏ(贏 or 輸) Ｏ

包含競爭 對抗電腦 Ｘ

幻想的 Ｏ Ｘ

包含約束、權力、和處罰 Ｏ Ｘ

直線的目標結構 Ｏ Ｘ

有趣的 Ｏ Ｘ

腳本 Ｏ Ｘ

而遊戲式模擬的設計，更重要的是它包含了遊戲的成分如表 3-2 所示，包含

了充滿樂趣、幻想、競爭挑戰、清楚的目標、回饋、良好的互動性、多樣任務、

解決問題，並採用冒險遊戲的特色，讓學習者角色扮演故事中的人物，幫助學習

者能很快的進入遊戲的情境中。

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表 3-2 遊戲式模擬系統特性對照說明

特性 遊戲內容說明

充滿樂趣 遊戲藉由聲音、動畫、效果、和故事腳本的設計而有不同的劇情變化。

充滿幻想 遊戲式的幻想，有外星人的劇情是生活中不可能發生的劇情。

競爭挑戰 挑戰電腦遊戲中的怪物，把魔王打敗即可以得到通往下一關的關鍵物。

清楚目標 先進行學習，最後進行挑戰魔王的關卡，將魔王打敗即可往下一關卡。

清楚回饋 遊戲進行過程中博士會適時給予學習者回饋。

互動性 藉由電腦中角色對話的互動，並藉由操作電腦達到良好互動性。

解決問題 過程中要幫助博士解決槓桿的問題。

多樣任務 學習者有多樣的直線型任務要逐一去達成，最後才能完成整各遊戲。

角色扮演 學習者扮演著博士的小幫手，幫助博士打敗外星來的魔王。

冒險遊戲 挑戰外星來的魔王，幫助博士搶回被奪走的一切。

介面設計 對話的方式來呈現，學習的介面簡單、清楚，不干擾學習者的學習畫面。

貳、系統教學目標

本研究之教學目標依據各版本教材的教學目標和 McKenna 與 Agogino

(1997)所提出槓桿的認知目標，槓桿學習的目標如下：

(1)發展簡單機械的觀念：發展槓桿原理觀念，因為每一天的許多操作都基於

簡單機械的原則中，所以學習建立在學習者現行的經驗知識上，學會解決生活中

的槓桿問題。

(2)經由槓桿實驗器，了解施力臂長短與施力的關係，並了解槓桿的支點、施

力點、和抗力點的差異，和生活中不同槓桿原理工具的差異性。

(3)發展和練習問題解決技能：激起學習者的興趣，學習者將在已經設計好的

簡單機械活動中嘗詴去操作和解決問題。

(4)能將物理設備和數學，和特殊科學原則中做連結：目標是使學習者能連結

物理裝置和抽象的觀念。簡單機械是一種機械的利益，簡單機械發展使人們能在

個別的狀態下執行某部分困難完成的工作。

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參、系統設計的主要知識架構

依據 Siegler (1976)所提出的槓桿平衡規則、張志銘(2003)、陳義勳(1996)對

於生活中槓桿應用的研究，將槓桿學習系統的知識分成以下的架構。

一、槓桿平衡儀器的操作

陳義勳 (1996)指出槓桿平衡條件的概念除了課本提到外，宜讓學生有力×力

臂的活動，所以藉由系統的設計，讓小朋友能藉由歸納推論，最後了解力矩乘積

的意義。張志銘 (2003)則建議在進行槓桿實驗操作前，教師事先設計六類槓桿題

型(簡單平衡題、簡單重量題、簡單距離題、衝突重量題、衝突距離題和衝突平衡

題)，讓學生操作。所以本系統讓學生藉由讓學生藉由系統實驗操作，歸納力矩乘

積的意義。

(1). 規則一：相同重量、相同距離槓桿達平衡狀態。

(2). 規則二：相同重量、不同距離模擬，往距離長的那邊傾斜。

(3). 規則三：不同重量、相同距離模擬，往重量重的那邊傾斜。

(4). 規則四：不同重量、不同距離模擬，使用力矩乘機判斷。

二、槓桿原理的概念

張志銘 (2003)指出，讓學生討論支點、施力點和抗力點相對位置，並比較施

力臂與抗力臂的長短，做為判斷省力或費力的依據。本系統會讓學生藉由模擬的

方式，清楚知道槓桿的基本原理。

(1). 概念一：點的判斷，支點、施力點、抗力點的判斷。

(2). 概念二：力的判斷，省力、費力、不省力不費力，施力臂和抗力臂比較的依

據。

(3). 概念三：時的判斷，省時、費時、不省時不費時，施力臂和抗力臂比較的依

據。

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三、生活中槓桿的應用

張志銘 (2003)指出在，讓學生操作這些簡單機械工具外和所屬的槓桿類型。

並依據槓桿原理的概念，比較施力臂與抗力臂的長短，做為判斷省力或費力的依

據。所以本系統使用操作模擬的方式，先讓學生決定支點、施力點、抗力點的關

係，並藉由操作型模擬讓學生知道不同工作的差異性。

(1). 類型一：支點在中間，不一定省力或費力；不一定省時或費時。

(2). 類型二：抗力點在中間，一定省力費時。

(3). 類型三：施力點在中間，一定費力省時。

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第二節 系統架構

本設計原則與理念為不同的模擬方式，遊戲式模擬方式依據遊戲式學習理論

的設計方式來進行設計，並藉由遊戲式導引的方式，來進行模擬模擬學習，模擬

的元件則包含模擬式學習的設計原則；傳統式模擬的方式，則依據一般模擬學習

的設計原則進行設計，藉由網頁導引的方式進行學習。

壹、遊戲式模擬架構

遊戲式模擬架構如圖 3-1 所示，使用者在遊戲的情境中進行學習為直線性的

過程，遊戲式模擬的系統中包含遊戲的成分，例如：聲光、音樂、效果、及遊戲

情境設計。流程為情境動畫引起動機，進行學習的內容並操作模擬，再藉由遊戲

的方式歸納其學習的結果，最後經由練習與回饋。重複此過程兩次，學習者無法

自行選擇其學習的內容，而是依據情境的內容依序學習。

圖 3-1 遊戲式模擬架構

貳、傳統式模擬架構

傳統式模擬架構如圖 3-2 所示，使用者在網頁呈現中進行學習為階層式的過

程，傳統式模擬的系統中包含文字、圖片、還有模擬的元件。流程文字與圖片引

起動機，進行學習的內容並操作模擬，再藉由網頁測驗的方練習與回饋的學習的

內容，學習者可以自行選擇其學習的內容。

遊戲式

情情境

引起

動機

概念

模擬

概念

學習

歸納

結果

自我

練習 模擬

33

圖 3-2 傳統式模擬架構

學習

目標

網站式 學習一

學習二

概念

模擬

歸納

結果

練習

概念

模擬

歸納

結果

練習

模擬

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第三節 系統內容說明

壹、遊戲式模擬說明

遊戲式模擬的過程，依據第二節所述之遊戲模擬架構，及 Alessi 和 Stanley

(1991)的範疇與 Prensky (2001)遊戲設計特色和遊戲式模擬系統的設計方式，以角

色扮演的冒險類遊戲方式，進行腳本設計與系統的開發，使用者在遊戲的情境中

進行學習為直線性的過程，其系統的流程如圖 3-3 所示，先登入個別的帳號和選

擇不同的主角，如圖 3-5 所示。接著進行遊戲式模擬情境的畫面，如圖 3-6 所示。

圖 3-3 遊戲式模擬之流程架構圖

遊戲情境：阿基米德博士受到來自外太空的外星人攻擊，所以遺失了許多槓桿的

工具和槓桿的記憶，例如：螞蟻為什麼可以舉起西瓜，阿基米德博士可以舉起地

球，如圖 3-7 所示。阿基米德博士都忘記了。所以學習者必頇跟博士一起到博士

的專屬實驗室：謎樣 T 實驗室進行學習，並操作實驗室的儀器增加自己的經驗值，

才可以幫助博士對抗外星人。

槓桿學習

引起動機

第一階段：

槓桿平衡實驗

第二階段：

生活槓桿應用

第三階段：

總結遊戲練習

過關畫面

點的判斷、力的判

斷、時的判斷

規則一、規則二、

規則三、規則四 練習挑戰

練習挑戰

模擬

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圖 3-4 遊戲式模擬之說明畫面

圖 3-5 遊戲式模擬之登入畫面

36

圖 3-6 遊戲式模擬之外星人登入情境畫面

圖 3-7 遊戲式模擬之引起動機情境畫面

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第一階段：槓桿平衡實驗

活動目標：操作槓桿儀器，進行槓桿平衡規則的推論。

遊戲介紹：

如圖 3-8 所示，學習者可以自行操作桌上各種不同的槓桿平衡器，當操作達

到平衡的時候，博士會提醒達到平衡狀態，最後學習者可以做出歸納，並用填數

據的模擬方式進行推論。

實驗一：相同重量、相同距離模擬。當左右兩邊距支點相同距離時，放置相

同重量的砝碼，這時槓桿平衡器會怎麼樣呢？

實驗二：相同重量、不同距離模擬。當左右兩邊距支點相同距離時，左右邊

放置不同重量的砝碼，這時槓桿平衡器會怎麼樣呢？

實驗三：不同重量、相同距離模擬。當左右兩邊的砝碼重量一樣多，但離支

點的距離不一樣長，這時槓桿平衡器會怎麼樣呢？

實驗四：不同重量、不同距離模擬。當左右兩邊的砝碼重量及距支點的距離

接不一樣時，槓桿平衡器要怎麼樣才會平衡呢？

使用者全部操作學習後，就要挑戰外太空的機器人，搶回外星人從博士實驗

詴奪走的實驗室的鑰匙，這鑰匙可以開啟博士的另一個實驗室。

遊戲式練習：如圖 3-9 所示，進行槓桿儀器的操作實驗的練習。讓小朋友複

習之前藉由模擬操作所學習到的知識內容。過關以後可以得到通往下一關的實驗

室鑰匙。

38

圖 3-8 遊戲式模擬之槓桿平衡實驗模擬畫面

圖 3-9 遊戲式模擬之槓桿平衡實驗練習畫面

39

第二階段：生活中槓桿應用

一、槓桿原理的學習

活動目標：學會點的判斷、力的判斷、和時的判斷。

遊戲介紹：槓桿原理學習的情境如圖 3-10 所示。生活中槓桿工具被外星人偷到外

太空去了，沒有了這些工具人類將無法完成許多事，外星人將這些工具封印在外

太空的一座城堡內，我這邊只剩下模型。要解開這些封印？必頇非常清楚這些工

具的特性，回答外太空機器人的問題才能解除封印。藉由博士所留下的筆記，使

學習者跟博士一起學習，再去擊倒可惡的外星人。

實驗模擬的畫面如圖 3-11 所示。實驗一：藉由視覺的模擬，判斷不同的點。

生活中槓桿首先要先判斷什麼是支點、施力點、抗力點。實驗二：藉由視覺的模

擬，學會判斷生活中的工具是省力、費力，或者是不省力不費力。實驗三：藉由

視覺的模擬，學會判斷生活中的工具是省時、費時，或者是不省時不費時。

圖 3-10 遊戲式模擬之生活中槓桿應用情境畫面

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圖 3-11 遊戲式模擬之生活中槓桿應用槓桿原理模擬畫面

二、槓桿應用的學習

活動目標：學習生活中三種不同類型的槓桿。

遊戲介紹：槓桿應用學習情境如圖 3-12 所示。打開槓桿工具模型的實驗室後，學

習者將依序學習三種不同類型的槓桿，結合前面所學到的槓桿原理，藉由操作模

擬的方式，選擇生活中不同槓桿的工具的支點並操作模擬。

實驗一：第一類型槓桿模擬。模擬工具包含：剪刀、拔釘器、和取炭夾。其

支點在中間，可能省力也可能省時。實驗二：第二類型槓桿模擬。模擬工具包含：

裁紙器和開罐器，其抗力點在中間，省力且費時。實驗三：第三類型槓桿模擬。

模擬工具包含：掃把和小型釘書機，其施力點在中間，費力且省時。使用者全部

操作學習後，就要挑戰城堡裡的紅魔王，如圖 3-13 所示。

遊戲式練習：挑戰紅魔王，搶回外星人從博士實驗詴奪走生活中的槓桿，從

城堡裡的房間和廚房發現所有槓桿的工具，並回答所有問題，打敗紅魔王。

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圖 3-12 遊戲式模擬之生活中槓桿應用拔釘器模擬畫面

圖 3-13 遊戲式模擬之生活中槓桿應用遊戲式練習的房間畫面

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第三階段：遊戲式總結性練習

活動目標：

總結性的練習槓桿平衡器的實驗結論，和判斷生活中槓桿的工具的問題。

遊戲介紹：

如圖 3-14 所示，最後一關的魔王，是最厲害的藍魔王，打敗他就可以把所有

博士被奪走的工具拿回來。在遊戲練習的過程中，答對或答錯的時候，遊戲中不

同的角色會作出高興或難過的表情，答完每一題後博士會給予回饋，如圖 3-15 所

示，使學習者能自我調整學習的狀態。

圖 3-14 遊戲式模擬之遊戲式總結性練習的挑戰畫面

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圖 3-15 遊戲式模擬之遊戲式總結性練習的回饋畫面

第四階段：全部過關畫面

活動目標：

完成所有的學習後。學習者可以得到遊戲的總結回饋。

遊戲介紹：

情境的畫面如圖 3-16 所示，博士會謝謝學習者的幫忙！因為學習者的幫忙，

使得博士對於槓桿的記憶終於恢復了，地球上所有的工具也都拿回來了，學習者

成功的完成此次的搶救槓桿大作戰，博士將會頒發給學習者一張合格證書，如圖

3-17 所示，這張證書是學習者在不同關卡表現的總分，和代表學習者成功過關的

證明。

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圖 3-16 遊戲式模擬之全部過關情境畫面

圖 3-17 遊戲式模擬之全部過關取得合格證書畫面

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貳、傳統式模擬說明

傳統式模擬系統，學習為階層式的過程，依據本章第二節所述傳統式模擬架

構設計，內容以網頁方式呈現，讓學生自由去操作學習。其系統的流程架構如所

圖 3-18 所示：

圖 3-18 傳統式模擬之流程架構圖

槓桿學習

這

是

槓

桿

嗎

平

衡

實

驗

室

平

衡

詴

身

手

生

活

槓

桿

記

生

活

練

功

坊

密

技

實

戰

篇

槓

桿

大

挑

戰

槓

桿

實

驗

平

衡

練

習

槓

桿

原

理

生

活

實

驗

應

用

練

習

總

結

練

習

引

起

動

機 模擬

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一、這是槓桿嗎？

學習目標：

1.簡單機械的槓桿原理

2.槓桿平衡器的推理與歸納

3.生活中槓桿的認識

網頁介紹：

如圖 3-19 所示。網頁先由簡單的問題，讓小朋友思考這些問題，並與自己所

學過的知識做連結。螞蟻如何舉起西瓜？阿基米德如何用一根棍子舉起地球？要

知道這些問題答案之前，要先學會槓桿原理。

圖 3-19 傳統式模擬之槓桿問題引起動機畫面

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二、平衡實驗室！

學習目標：

了解槓桿的基本規則。並且使用槓桿平衡器來做歸納討論。槓桿平衡實驗只

和距離與重量有關係，和物體體積的大小和懸掛高低無關。

網頁介紹：

網頁的學習畫面如圖 3-20 所示。學習者必頇先操作在簡單平衡實驗室會學到

的知識內容，並作出各個不同單元的簡單歸納描述，在進行操作實驗。例如：實

驗一的模擬，學生將先進行拖拉的實驗，將砝碼拖到槓桿上面，並觀察其結果記

錄於學習單上，最後由學習單上記錄的結果進行推論，在進行填入數據的模擬方

式進行模擬，最後網頁中會呈現正確的推論。

有下列四種不同實驗狀態，學生會經過操作式的模擬，接著進行推論最後進

行驗證。實驗一：相同長度、相同重量。操作時槓桿會怎樣變化？實驗二：相同

長度、不同重量。操作時槓桿會如何變化？ 實驗三：不同長度、相同重量。操

作時槓桿會如何變化？ 實驗四：不同長度、不同重量。操作時槓桿會如何變化？

圖 3-20 傳統式模擬之平衡實驗室的儀器模擬畫面

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三、平衡詴身手！

學習目標：

學生做出的判斷，判斷槓桿平衡器的正確狀態。

網頁介紹：

網頁的練習畫面如圖 3-21 所示。學生將所到的推論結果應用到平衡詴身手的

網頁式測驗中，學習者的作答情形將得到回饋，答對就往下一題，答錯的話則會

給予學生再次嘗詴的機會，當連續答錯兩次則會給予學生正確答案的回饋，答完

所有的題目學生將得到一個總分的分數，學生在過程中可以重複進行練習。

圖 3-21 傳統式模擬之平衡詴身手練習畫面

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四、生活槓桿記？

學習目標：點的判斷、力的判斷、時間的判斷。

網頁介紹：

首先必先要學會槓桿的基本原理。包含：點的判斷、力的判斷、時間的判斷。

什麼是支點、施力點、抗力點？槓桿的工具，首先需要判斷各種不同的點，。

支點(如圖 3-22 所示)、施力點、抗力點。

什麼是省力、費力、不省力不費力？當在操作生活中槓桿工具的時候，要如

何判斷工具是省力、費力、不省力不費力？這時候就要作力的判斷。

什麼是省時、費時、不省時不費時？

當在操作生活中槓桿工具的時候，要如何判斷槓桿工具是省時、費時、不省時不

費時？這就要去分辨省時、費時。

圖 3-22 傳統式模擬之生活槓桿記的槓桿原理模擬畫面

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五、生活練功坊！

學習目標：

可以學會第一類型槓桿、第二類型槓桿、第三類型槓桿。應用不同類型槓桿

的"點"的判斷、"力"的判斷，和"時"的判斷不同類型的槓桿的關係。

網頁介紹：

藉由選擇不同類型槓桿的工具，如圖 3-23 所示，進行選擇支點的操作模擬，

最後統整不同類型省力費時、費力省時的槓桿規則。第一類型槓桿，為生活中支

點在中間的槓桿工具。第二類型槓桿，為生活中抗力點在中間的槓桿工具。第三

類型槓桿，為生活中施力點在中間的槓桿工具。

圖 3-23 傳統式模擬之生活練功坊的槓桿類型模擬畫面

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六、密技實戰篇！

學習目標：

練習不同的生活工具的"點"的判斷、"力"的判斷、"時"的判斷！

網頁介紹：

挑戰生活中不同類型的槓桿，如圖 3-24 所示。判斷支點、施力點、抗力點；

判斷省力、費力、或不省力不費力；判斷省時、費時、或不省時不費時。

圖 3-24 傳統式模擬之密技實戰篇練習畫面

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七、槓桿大挑戰？

學習目標：

總結性的練習槓桿平衡器的實驗結論，和判斷生活中槓桿的工具的問題。

網頁介紹：

讓小朋友藉由總結性的練習，如圖 3-25 所示。練習之前所學過的所有知識概

念，並且從練習中可以得到回饋。

圖 3-25 傳統式模擬之槓桿大挑戰總結性練習畫面

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第四章 研究方法

本研究旨在探討不同模擬方式在國小自然科槓桿學習對學習者學習成就與

神馳經驗、學習態度的影響。

第一節 研究對象

本研究之研究對象為台北縣某國小六年級學生，學習者平均年齡為 12 歲，

本實驗的自然科科任教師任課班級為五個班，隨機抽取四個班，以班級為單位分

派為實驗組與控制組各兩班，全部的學生人數為 136 人，扣除未能全程參與的 14

人，以及極端值 6 人刪除，總計有效樣本數為 116 人，實驗組 60 人，控制組 56

人，實驗組使用遊戲式模擬系統進行學習；控制組使用傳統式模擬系統進行學

習。本實驗學習者皆具有基礎的電腦課程基礎，並且正式學習過基本的自然科學

槓桿知識。

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第二節 研究設計

本實驗設計採用單因子共變數設計分析，以槓桿原理前測當共變量，探討不

同的模擬系統介入對自然科槓桿學習成效，並探討自然科學習態