本研究針對數位學習遊戲與問題解決策略兩方面結合之教學設計進行探討。研究中乃依據文獻所歸納之「問題解決導向數位學習遊戲（Digital problem-solving learning games, DPLG）」特性與設計流程，由配合之團隊開發一個實驗性遊戲「威廉歷險記」。並依據所歸納出之目標與任務、挑戰性、真實性、探索性、互動性、回饋、競爭與合作、與行動後學習等八項特性，以及分析問題解決歷程與Bloom認知教育目標分類之六大認知層次的關係，採用雙向細目表的方式，提出相關評估指標，做為實際施測之觀察工具。
其後透過專家評鑑，蒐集觀察指標與遊戲工具之修正意見。並針對遊戲預設之國小中、高年級學童，募集研究自願者，採取個人和同儕合作的方式，以訪談、觀察等質性研究方法，進行共兩次的使用者測試。透過學習路徑記錄、現場觀察與訪談記錄，架構出學習者與遊戲間的互動歷程，並與遊戲預設目標和專家評鑑遊戲工具之意見進行對照，來分析DPLG於學習者認知方面之教學功能，瞭解該實驗性遊戲的教學設計是否發揮其於學習上之功能，進而歸納與驗證DPLG之設計優缺。
研究發現：(一)注意力影響認知表現，而遊戲設計方式則影響學習者的注意力。(二)學習路徑反應學習者認知狀況，從其整體走向與各種角度可解讀其學習風格與意義。再者，內容呈現的順序影響學習者對學習順序的選擇。(三)學習者未展現高層次認知能力主要受遊戲設計缺失，以及學習者個人對學習困難所持之態度所影響。(四)舊有經驗影響學習者的認知表現，但影響程度會因對其應用層面之深淺而有不同。(五)同儕對學習者之認知能力有提升作用，但成長幅度乃由其合作的模式所決定。(六)關卡內容需呼應預設目標，以促成目標之達成。(七)更完善的遊戲提示將能成為好的學習鷹架，提升學習者的認知能力。
另外，在問題解決導向數位學習遊戲中，欲讓學習者之認知能力獲得運用與成長，遊戲的設計至關重要，包括：（一）順暢且正確的遊戲流程與操作介面；（二）教學目標、學習內容、與遊戲挑戰應環環相扣且具豐富性；（三）設計清楚的學習目標，以及適合學習者能力的挑戰；（四）在虛擬環境中提供充足且易用的提示與引導機制；（五）給予多元的互動與有意義的回饋；（六）故事情節是學習的鷹架；（七）學習進度的儲存與紀錄等。而研究亦發現，同儕對學習者認知成長有相當大的影響。透過適宜的合作技巧，學習者之認知層次將能有長足之進展。

This research aims to investigate the instructional design of digital games with problem-solving strategies. Based on related literatures, we induce the characteristics of “Digital problem-solving learning games, DPLG” and the instructional design principles and process. With a group of game development team, we create an experimental game called William Adventure. Eight learning characteristics of digital problem-solving games are found at the end, which include objectives and tasks, challenge, reality, exploration, interactive, feedback, competition and cooperation, and after action review. The characteristics are cross-analyzed with the six cognitive objectives in Bloom’s taxonomy, from which we generate a table of heuristics for evaluation.
Then, expert evaluation on the criteria of game was conducted. Researcher invited elementary school children to participate two task analysis sessions, individual and collaborate gaming. Following with observations and interviews, qualitative data were collected which include gaming paths, behaviors and cognitive activities of learner-and-game interaction. Comparing the results with game’s objectives, the game’s effects on learners’ cognitive abilities are concluded to induce the DPLG design principles. 
The research found: (1) Learners’ attention affects their cognitive performance, and the design of game affects learner's attention. (2) The learning paths present learner's cognitive status and the analysis of their overall tendencies as well as from various angles can provide further information about learner’s learning style and significances. Furthermore, the order of task presentation can affect the learner’s choice on gaming paths. (3) The learners can not reach high level cognitive capacity is mainly because the flaw of game designs and learners’ attitudes toward difficult tasks. (4) Learners’ old experiences can affect their cognitive performance but are only limited to the depth of application. (5) Peers can help learners to elevate their cognitive abilities, but its level of growth depends on their cooperation pattern. (6) The tasks and content should echo the objectives of the tame so the completion of the tasks can be achieved. (7) Better cues in the game can become good learning scaffolds that can help to elevate learners’ cognitive performances.
Moreover, the design of the digital problem-solving learning games is the key of learners’ cognitive performances. The principles include: (1) Smooth and correct game flow and operation interface. (2) The instructional goal, learning content, challenges should be meaningful and closely link to each other. (3) Design clearly-stated learning goals, as well as level-appropriate challenges. (4) Provide sufficient and easy to use prompt and guiding mechanism in the virtual leanring enviroenment. (5) Give diverse interaction and meaningful feedbacks. (6) The plot is the scaffolds for learning. (7) Learning progress record and documentation functions. 
The research concluds that peers are important factors to the success of learning. With appropriate collaboration skills, learners’ cognitive level can have considerable progress.

第一章 緒論 1
第一節  研究背景與動機 1
一、數位遊戲時代的來臨 1
二、問題解決能力培養的重要性 3
三、數位學習遊戲的學習成效評估困難 5
第二節  研究目的與研究問題 7
一、研究目的 7
二、研究問題 8
第三節  名詞解釋 8
一、數位學習遊戲 8
二、問題解決導向數位學習遊戲 8
三、學習任務分析 9
四、認知層次 9
第四節  範圍與限制 10
一、研究範圍 10
二、研究限制 10
第二章 文獻探討 13
第一節  數位遊戲與學習 13
一、數位遊戲的定義與特性 13
二、數位遊戲的學習功能 16
三、數位遊戲與問題解決的關係 21
第二節  數位學習遊戲的設計基礎 23
一、數位遊戲設計 23
二、問題解決教學的設計 27
三、問題解決導向數位學習遊戲的設計 37
第三節  數位學習遊戲的評鑑 49
一、問題解決能力的評鑑向度與指標 49
二、問題解決導向數位學習遊戲的評鑑 53
三、任務分析 60
第三章  研究方法 63
第一節  研究方法與設計 63
一、採用質性取向研究方法的理由 63
二、研究架構與程序 64
三、研究對象的選取 67
四、研究工具 68
第二節  研究資料整理與分析 70
一、資料的整理 70
二、資料的分析 72
第三節  研究的信效度檢核 72
一、信度 73
二、效度 74
三、三角檢測法 74
第四章 DPLG遊戲工具介紹與專家評鑑 76
第一節  「威廉歷險記」數位遊戲介紹 76
第二節  「威廉歷險記」專家評鑑意見 85
第五章 研究結果分析 89
第一節  學習者遊戲歷程認知表現分析 89
一、第一次接觸 89
二、再度闖關 114
第二節  學習者表現與遊戲目標的呼應 130
一、參與者達成預設目標的情形 130
二、遊戲關卡與各項特性的呼應 133
第六章 結論與建議 141
第一節  研究結論 141
一、影響學習者認知表現的因素 141
二、問題解決導向數位學習遊戲的設計 144
第二節  研究建議 148
一、教學方面 148
二、研究方面 149
參考文獻 151
一、中文部分 151
二、英文部分 160
附    錄 167
【附件一】國內外數位遊戲相關研究的遊戲分類 167
【附件二】與問題解決相關之各類數位遊戲的設計特色比較 178
【附件三】問題解決歷程模式 181
【附件四】DPLG學習任務分析參與者基本資料表 184
【附件五】DPLG學習任務分析觀察紀錄表 185
【附件六】DPLG學習任務分析訪談大綱 187
【附件七】專家審核意見表 191
【附件八】專家審核意見：DPLG學習任務觀察指標檢核 193
【附件九】專家審核意見：DPLG遊戲工具評鑑 194

表  次
表1-1-1  問題解決相關遊戲類型之共通元素 15
表1-2-1  數位遊戲於學習上的效果 19
表2-3-1  遊戲目標與學習策略的關係 38
表2-3-2  36個好的學習原則 42
表2-3-3  整合學習與數位遊戲的設計原則 42
表3-1-1  問題解決與認知層次、教學法之關係 53
表3-1-2  問題解決歷程的認知層次 53
表3-2-1  國內外數位學習之評鑑指標 55
表4-1-1  遊戲工具評鑑之專家基本資料 68
表4-2-1  資料編碼方式 71
表4-3-1  遊戲工具教學目標分析 77
表4-3-2  各遊戲關卡內容說明 78
表4-3-3  遊戲雛型測試之調查分析 83
表4-4-1  「威廉歷險記」專家評鑑之意見 85
表5-1-1  「威廉歷險記」遊戲關卡策略分析 96
表5-1-2  參與者S01與S02遊戲策略之比較 106
表5-1-3  參與者S01與S02第一次施測之認知表現 113
表5-1-4  參與者S01與S02第二次施測前半段時間之認知表現 122
表5-1-5  S01與S02在同儕加入後之認知表現 128
表5-1-6  S01與S02兩次測試之認知表現 128
表5-2-1  DPLG遊戲工具各關卡之認知教學目標 130
表5-2-2  各遊戲關卡之遊戲特性在認知歷程的功能 131
表5-2-3  參與者達成遊戲認知教學目標之實際狀況 132
表5-2-4  各關卡認知教學目標與參與者之認知狀況 138
表5-2-5  使用者測試與專家評鑑結果匯整 140

圖  次
圖2-1-1  遊戲的一般性架構與流程 23
圖2-2-1  問題解決之流程 30
圖2-2-2  問題解決的教學設計模式 35
圖2-2-3  問題解決教學設計之流程 37
圖2-3-1  教學遊戲學習模式 39
圖2-3-2  故事線的結構 46
圖2-3-3  故事的曲折 46
圖2-3-4  DPLG的學習歷程 47
圖3-1-1  加州大學CRESST的學習模式 51
圖3-2-1  數位遊戲優使性評估的面向 58
圖4-1-1  研究架構圖 64
圖4-1-2  研究流程圖 66
圖4-3-1  遊戲架構設計 82
圖5-1-1  隱藏在畫面下方的工具箱與左上角的地圖 92
圖5-1-2  未開啟之玻璃彩窗 92
圖5-1-3  已開啟之玻璃彩窗 93
圖5-1-4  誤置答案的修正方式 94
圖5-1-5  本研究建議之遊戲較佳解題路徑 98
圖5-1-8  遊戲說明畫面 100
圖5-1-6  第一次施測S01的遊戲路徑 101
圖5-1-7  第一次施測S02的遊戲路徑 102
圖5-1-9  遊戲關卡目標示例 107
圖5-1-10  與解題無關的線索 108
圖5-1-11  在隱藏物件上游標的變化 110
圖5-1-12  遊戲所給予的線索與提示 112
圖5-1-13  學習者先前輸入的答案未清除 113
圖5-1-14  過長的故事情節分散學習者注意力 116
圖5-1-15  第二次施測S01第一次闖關的遊戲路徑 118
圖5-1-16  第二次施測S02的遊戲路徑 119
圖5-1-17  S01與S03的互動 124
圖5-1-18  S02與S04的互動 125
圖5-1-19  第二次施測S01第二次闖關的遊戲路徑 126
圖5-2-1  遊戲關卡1的任務說明畫面 134
圖5-2-2  遊戲關卡4的任務說明畫面 137

一、中文部分
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