1、1以創造性問題解決教學活動設計提升學生解決問題能力洪文東國立屏東教育大學自然科學教育學系（投稿日期： 95 年 1 月 19 日；修正日期：95 年 3 月 6 日；接受日期：94 年 3 月 20 日）摘要本文主要藉由文獻評述探討九年一貫課程綱要中所強調培養學生十大基本能力之解決問題能力之意涵及其因應之教學活動設計。論文首先闡述問題的結構與特性以及問題解決的定義,其次針對問題解決之歷程，由國內外文獻分析綜合歸納出問題解決的三大階段。然後進一步從問題解決的步驟說明創造性問題解決教學模式，最後本文提出以創造性問題解決教學活動設計培養學生解決問題能力是適切可行之方式。關鍵詞：教學活動設計、解決問題
2、能力一、前言科學與我們的生活息息相關，良好的解決問題能力與基本的科學素養也是國民終身學習與適應未來生活的利器。身處資訊爆炸的時代，面對新世紀科技快速的更新，知識以十倍速的方式成長。科技的進步，繁雜的計算可在轉瞬間完成，大量的資訊也可能在彈指之間取得，未來國民最重要的基本能力將不再只是知識累積的多寡及處理複雜計算的能力；而是必須進一步學會如何將所獲得的知識及資訊以科學的方法加以統整運用，並靈活化地應用於日常生活中的問題解決(problem solving）。Dewey(1933）在我們如何思考一書中表示：一切思考起源於疑難、困擾或問題。如果沒有遇到問題，我們思考便靜如止水，一點作用都不發生；唯有
3、在問題環生的情況下，我們思考才會波濤起伏，殫思竭慮，力謀問題之解決。(單繩武，1978)。教育部於2003年頒佈的九年一貫課程綱要中之基本能力強調主動探索與研究以及獨立思考與解決問題。在這兩個基本能力中分別明白地指出：希望學生能夠激發好奇心及觀察力，主動探索和發現問題，並積極運用所學的知能於生活中、養成獨立思考及反省的能力與習慣，有系統地研判問題，並能有效解決問題和衝突。(教育部，2003)。從這兩個基本能力的敘述之中，我們即可清楚瞭解到，解決問題能力亦是近年來國內教育改革的重點之一。學生的學習過程其實可說是一種解決問題的思考歷程。因此，一些教育學者乃將解決問題視為一種高級思考(High or
4、der thinking)，並主張透過問題解決等思考智能培養學生的科學素養(陳龍安，1995；邱美虹，1994；張玉成，1993； Parnes，1967； Sternberg 洪文東和李震甌，2001；張春興，1997)。在哲學上並非認為每一個疑問均可稱為問題，只有那些因其內在困難，而不易立刻解決的疑問，才可稱之為問題(項退結，1992)。問題解決已經有諸多國內外學者投入研究，因此問題的定義也眾說紛紜，而學者黃茂在和陳文典(2004)提出問題的結構，對於問題有較詳盡的剖析，茲引述說明如下：(一)宗旨：從事這些活動的基本信念、原則(如教育在於開展學生的潛能)(二)目的：處理此問題的原始動機、企
5、圖(如實驗課是要學生學習科學)(三)目標：以目前的狀態、在某些條件的限制下、利用某種運作，企圖要達成某些結果(如某單元教學在於期望學生學到什麼教材）(四)運作：利用某些策略及實地操作，促使狀態發生改變(如用實驗、講述、演示、討論等方法去教學)(五)限制條件：依現實狀況或自己設定之可使用的資源下處理問題(例如授課時間2 小時，課堂內每人一本教本、)(六)事前評估：尋求本問題在整體事件中的定位和價值，預估在此限制條件下，如此的運作可達到的目標(例如在整個課程進度的規劃中，本單元教學可能達成的教學目標)(七)即時評量：評量伴隨著運作來執行，隨時瞭解進行的狀況，以便做及時的調整(教學的時候作評量，正如
6、開車的時候看路況一般)(八)事後評鑑：評量整個問題處理的得失，好做為規劃處理下一個問題的參考(例如察覺某教學方法成效不彰，或某次教學進度落後)(九)問題的動力性：藉由評量瞭解問題所處環境情況的改變對它的影響，或是問題因發展而本身發生的改變(例如因季節或颱風而更改教學內容，因學生學習興趣提昇而延伸這方面的教學)(十)問題的解析與組合：一個問題可以拆成好幾個小問題分開來處理。許多相關的問題可以組合成一個大問題。但不管是解析或組合，每個問題(不管大、小)的結構如圖二所示。始態 末態 運作(限制條件)宗旨 目的目標事後評鑑事前評估即時評量4圖二 問題的結構(引自黃茂在和陳文典，2004)對問題看法雖然
7、不同，但多數的心理學家皆同意問題有固定的特性(Mayer，1992）：(一)指定(Givens）：問題開始於一定條件之一種狀態。(二)目標(Goals）：問題想要達到之目標，須由思考將問題由現況轉化到目標狀態。(三)障礙(Obstacles）：思考者以其某種方式改變問題的目前狀態或目標狀態但其未知正確答案，亦即未能明顯獲得問題解決。換言之，問題事實上包括三個觀念：(1)問題以某種狀態呈現(2)它期望成為另一種狀態(3)沒有直接明顯的方式來完成此種改變。問題就個人而言有其主觀性，但仍可依問題的特性予以客觀的分類。一般心理學家慣於將問題分為：(1)有結構問題(well-structured pro
8、blem)(2)無結構問題(ill-structured problem）(3）爭論問題(issue）；有結構的問題可依一定程序思考求得解答，無結構的問題則因情境不明或因素不足不易找到答案，而爭論問題乃是一些既缺乏固定結構，又易於陷入情緒性立場(張春興，1997）。Wolfinger(1984)指出自然科學常見的問題主要有操作性問題(operational questions）與理論性問題(theorectical questions)兩類，前者重在如何(how)運用材料得到解答，後者通常以為什麼(why)開頭。Gega(1991)則將問題分成開放性(open）與閉鎖性(closed)來看，閉
9、鎖性問題之解答空間有限制，答案明確可以預測，而開放性問題較適合探索，操作，較不易於預測和評量。為引導兒童學習，在科學教學中兩種問題應相互配合運用才能發揮效果。對多數的老師而言，疑問、問題在教學上常被混合使用，其實二者在語意上就有不同層次的問題。疑問等待的是回答，性質較為簡單，學生只是單純的從舊有基模(schema)中尋找答案即可，像一般教室中師生之間一問一答的對答便是。而問題則需要的是解決，性質較為複雜，學生需要較長時間的思考歷程，舊有基模需重新同化(assimilation)或調適(accomodation)以產生解題所需的新基模(許育彰，1998；王美芬和熊召弟，2000; 2005；唐偉
10、成和江新合；1998)。對於問題內容之探討，目前的研究文獻主要以Bloom(1956)之認知性教育目標分類及Guilford(1967)的智力結構分類為依據，構成問題分類的兩大系統；台灣學者張玉成(1993）曾綜合各家之說，將問題歸納成：認知記憶性、推理性、創造性、批判性、常規管理性五類問題。尤其其中的創造性問題，學生在回答問題時，需將觀念重新組合，或探取新奇獨特的觀點做出異於平常之反應，尋求無單一標準的答案。而如同對於問題的定義不同，問題解決國內外各家各派的說法亦不相同，在台灣有學者強調問題解決所涵蓋的不同層面，如唐偉成和江新合(1998)提出引起解決問題的動機，運用問題解決的能力與策略；而
11、黃茂在和陳文典(2004）強調個人面對問題的態度、處理的方式及解決的成效，為方便比較茲彙整列舉如表一：5表一 各家學者對問題解決的定義學者 對問題解決的定義DZurilla和Goldfried(1971)問題解決乃係一種行為歷程，個體在此一歷程中尋求各種可用來處理問題的有效之反應，並在這些反應中選擇最有效的途徑，朝解決問題的推進。Hayes(1989) 問題解決是一個適當的方法去跨越一個落差。Mayer(1992) 問題解決是從已知敘述到目標敘述的移動過程。而問題解決的思考是朝向某種目標的系列運作。張春興(1997) 問題解決是指個體在面對問題時，綜合運用知識技能，企圖達到某一目標，以解決目的
12、的思維活動歷程。鄭昭明(1993) 問題是指兩個狀態的衝突與差異，一個是現在狀態(presentedstate)，一個是我們想要達到的狀態，即目的狀態(goalstate)，而解決問題的思考歷程就是一個目的導向的歷程。鄭麗玉(1993) 問題解決就是想法將我們目前的狀態和我們所要的狀態所存有的距離去除，也就是想法要達到我們所要的目標。唐偉成和江新合(1998） 問題解決是解題者在進行解題活動的一切歷程。從問題到答案間，提取舊基模，進行類比、分類、組合、分析，以建立解題計畫。涵蓋引起解決問題的動機，運用問題解決的能力與策略。Sternberg和Lubart(1995）問題解決是要達到克服障礙以達
13、到解答的目標，在許多情境中，我們最可能使用知識來解決問題，或是使用創造洞察力。黃茂在和陳文典(2004） 一個人在遇到問題時，能自主的、主動的謀求解決，能有規劃、有條理、有方法、有步驟地處理問題，能適切地、合理有效地解決問題。綜合各家的資料，本文認為，問題是一種心理狀況，問題的存在是由於個體目前所處的狀態與想要達到的目標狀態之間存在差距，而無法立刻解決、需透過較長的時間來縕釀和構思，或者是說舊有的基模不足以解題，需要重新同化或調適，以產生解題所需要的新基模。而完整的問題，會包括問題的初始狀態、目標狀態、物件、操作程序、限制這五項要素。三、問題解決之歷程近年來，解決問題是國內許多研究者感興趣的領
14、域，因此國內外有許多的學者，皆根據其研究，提出解決問題的步驟。本文即針對解決問題領域有所貢獻的幾位著學者，其所提出的步驟，加以說明之：(一）Wallas(1926）的解決問題歷程Wallas由創造性心理歷程觀點提出問題的解決必須經四個歷程：61.準備期(preparation）：蒐集解決問題的相關資訊與對問題作試探性的解答。2.醞釀期(incubation）：解決問題者對所遭遇的問題，進行各方面的嘗試，以尋求解決的答案，對於問題作深層的思考，所經歷的一段醞釀解決問題方式的時期。3.豁朗期(illumination）：經歷的一段醞釀解決問題方式的時期後，問題解決者突然靈機一動，對於解決問題的關鍵
15、有所頓悟，悟得久而不得其解之答案。4.驗證期(verification)：豁朗期所得之答案，僅是問題解決者對於問題解決形成的一個初步觀念，尚須加以驗證，以確定其合理性或可行性。(二）Dewey的解決問題歷程Dewey(1933）在其思維術(How we think?）中提出了著名的解決問題五大步驟(吳坤銓，1997）：1.遭遇問題：對事物的情境產生認知上的失衡、疑惑、困惑的現象。2.界定問題：從疑難的情境中找出問題的癥結。3.提出假設：根據呈現的問題情境，嘗試提出問題的可能解決方案。4.驗證假設：對解題的假設逐一檢驗，以探究其可行性。5.選用最佳假設：在有效的解決方案中，選擇最佳者，並應用到實
16、際的情境。(三）Parnes與Osborn的解決問題歷程Osborn(1963）將解決問題整理為三個階段：1.發現問題；2.發現點子；3.尋求接受。而Parnes(1967）於Creative behavior guidebook一書中提出的解決問題模式，他認為有以下五個步驟：1.發現事實；2.發現問題；3.發現點子；4.發現解答；5.尋求接受。(四）Ausubel的解決問題歷程Ausubel(1969）提出的解決問題模式，有以下幾個步驟：1.呈現問題情境命題：從問題的情境中辨識出主要的問題，作潛在問題的陳述。2.確認問題的目標與已知條件：使問題情境命題與他的認知結構能夠連結起來，從而理解問題
17、的性質和條件。3.填補空隙的過程：解題認清了已知條件與目標之間的空隙或差距。解題者運用背景命題(background propositions）、推理規則(rules of reference）、問題解決的策略等方式來填補已知條件與目標之差距。4.解答後的檢驗：解決問題後需實行檢驗，查明推理有無錯誤，或是填補已知條件與目標之間空隙的途徑是否為最簡短、最便利的途徑。(五）DZurilla和Goldfried的解決問題歷程DZurilla與Goldfried(1971）提出的問題解決模式如下：1.問題定向：指解決問題對於問題的心向或態度，問題解決者必須接受問題情境是日常生活的一部份，而去抑制放棄的
18、傾向。2.界定與說明問題：說明問題中情境的條件，找出相關的資訊，確定主要的目標。3.產生可能解題途徑：產生合適解題的可能方案。4.作決策：從所有的解題方式中找出最佳的。5.驗證：評估解題方案的執行結果，以便自我修正。7然後(六）Glass 和Holyoak的解決問題歷程Glass 和Holyoak(1986）認為雖然解決問題的模式，會因問題形式的不同而有所差別，但其之間還是有一些共同的步驟。其解決問題的歷程圖示如圖三：如果失敗突破障礙(七）Hayes的解決問題歷程Hayes(1989）提出了更清楚的解決問題歷程，簡述如下：1.發現問題：問題解決者發現一個待解決問題。2.表徵問題：解題者瞭解問題
19、的起始狀態至問題的目標狀態之差異。3.解題者對問題的解決作一個計畫。4.執行解決問題的計畫。5.評鑑解決問題方式的優劣。6.解題者可以由解決問題的過程中得到經驗。(八）Treffinger與Isaksen的創造性問題解決歷程Treffinger 和 Isaksen修正了Parnes的理論，在1992年提出對創造式問題解決(creative problem solving，簡稱CPS）的模式。他們認為創造性問題解決的歷程有六大步驟(湯偉君，1999）：1. 發現困惑(objective finding）：從各種經驗、角色、情境中找出挑戰(challenge）找到一挑戰，以有系統的方法解決。2.
20、發現事實(fact finding）：收集資料，從許多不同的觀點、印象、感覺去考量情境找出及分析最重要的資料。3. 發現問題(problem finding）：激盪出各種可能的問題與次問題篩選出一個可運作問題的敘述。4. 發現構想(idea finding）：針對問題，發展出各種可能的點子選出看起來最如果可行3.試著重新組織問題2.嘗試計畫可能性的解決方案障礙( 若突破障礙則再回到步驟3）完成1.建構初步問題表徵4.執行計畫和檢查結果如果失敗果失敗果失敗 如果成功如果計畫失敗圖三Glass 和 Holyoak(1986）的解決問題歷程模式如果成功8有趣與最有希望的點子。5. 發現解答(solu
21、tion finding）：找出各種可能的評量標準選用一些重要的標準來評價點子好壞。6. 尋求接受(acceptance finding）：考量可能的助力以及阻力來源，找出可能的執行步驟，找出最有希望的解決方案，形成計劃以執行並驗證之。本文根據以上專家學者針對解決問題所提出的步驟歷程，將之歸納整理如表二：表二 問題解決歷程年代 學者 問題解決歷程1926 Wallas 準備 醞釀 豁朗 驗證1933 Dewey 遭遇問題 界定問題 提出假設 驗證假設 選用最佳假設1963 Osborn 發現問題 發現點子 尋求接受1967 Parnes 發現事實 發現問題 發現點子 發現解答 尋求接受1969 Ausubel 呈現問題情境命題確認問題目標與已知條件 填補空隙 解答後驗證1971 DZurillaGoldfried 問題定向界定與說明問題產生可能解題途徑 做決策 驗證1986 Glass 访问 null 的对象时会引发NullPointerException。另一种情况就是 JAVA 允许程序员扩展这种语义检查，程序员可以创建自己的异常，并自由选择在何时用 throw 关推动了 Web 的迅速发展，常用的浏览器现在均支持
