學生對數學或科學學習的過程以及可能遇到的問題，一直以來都是科學教育 研究者、認知心理學家和科學教師所關心的課題。其中，學生在學習數學與科學 課題時，透過其本身的思維方式所建構出與教師教學不一樣的概念的現象，且這 些 學 生 的 概 念 有 別 於 一 般 科 學 所 能 接 受 的 ， 就 稱 之 為 「 迷 思 概 念 (misconceptions)」(Helm, 1980)、「先有概念 (preconceptions)」(Novak, 1977)、「另 有架構 (alternative frameworks)」(Driver, 1981)、「孩童的科學 (children’ science)」
(Gilbert, 1982)。為了瞭解迷思概念的成因，張惠博 (1999) 共歸納了六種常用的 迷思概念診斷方法：(1) 診斷式傳統測驗題，其優點為可用於大量施測；(2) 概 念圖法，為Novak 於 1970 年代末期所發展出來的辦法，目前最常被使用來展現 概念關係的測量方法；(3) 晤談法，對個案學童進行事例或事件晤談；(4) 關係 圖法，如單字聯想、樹狀圖、圖形建構、網狀圖、語意分析等；(5) Vee 圖，利 用集合關係圖來推論根據何種觀念、原理、理論來支持其想法；(6) 二階段式測 驗，Treagust (1988) 利用二階段的選擇題來診斷學生在特定領域內的科學概念之 理解。題目的第一階段用選擇題診斷學生對概念的理解，第二階段再以問題來根 據學生之說明來探究學生對概念的真正想法。
上述的方式中，以診斷式傳統測驗題、概念圖法和晤談法較常被使用。其中，
傳統測驗題方式雖然可以收集到大量的樣本資料，但卻無法瞭解到學生填答背後 真正的原因，也無法瞭解學生的迷思概念 (Duncan & Johnstone, 1973)。另外，晤 談要和學生做面對面的談話，並且要將資料做轉錄的工作，相當耗費人力和時
間；概念圖對於學生來說也要花費很長的時間來回答，教師方面對於學生概念的 解釋也容易流於主觀，因此未達客觀標準，甚至需要對於教師進行專門訓練 (Odom & Barrow, 1995)，因此這兩種方式並不適合用於大規模的實施來探究學生 的科學概念。
為了改進傳統的診斷評量工具無法有效判讀學生學習成效的問題，也就是緊 之到學生答對或錯，而非瞭解其「不知道的程度」。Treagust & Haslam (1986;
1987)、Odom & Barrow (1995)，與 Rollnick & Mahooana (1999) 建議使用二階段 式 (Two-tier) 評量診斷工具，來診斷學生的科學概念，幫助教師瞭解學生在概念 學習的狀態。也就是將學習診斷分為二，第一階段是核心概念的內容，題目提供 一個情境脈絡讓學生做二選一或三選一的回答。第二階段是探索第一階段做答的 理由，題目提供了幾個理由選項讓學生選擇，以瞭解學生在第一階段回答的理 由。Treagust (1988) 認為此種診斷評量方式不但適合教學現場且容易被教師接納 使用，並可以確實增進教師觀察學生在概念學習上的各種反應與結果，甚至可以 使用在團體討論上。換言之，二階段評量診斷可作為課程修訂時有用的資訊，也 提供實際研究者一個便捷的方法 (Odom & Barrow, 1995; Rollnick & Mahooana, 1999; Treagust, 1986; Treagust, 1988; Treagust & Haslam, 1986; Treagust & Haslam, 1987)。二階段評量試題的型態，如下圖 2-1 所示：第一層為是非題。第二層為 敘述選項，每一題都有 5 個選項，其中最後一個選項為「其他，我的理由 是： 。」，當學生的理由有別於前四個理由選項時，可以將自己的 理由自由地表達出來。
圖 2-1
二階段評量試題的型態
二、二階段評量工具實務與優劣
依據Treagust (1988) 的研究，二階段評量工具設計的編製過程可分為：定 義內容、獲得學生概念之相關證據，以及發展診斷工具等三大部分，根據此三大 部分可在細分成十個步驟，說明如下：
（一）定義內容 (Defining the content)：可分為四個步驟來定義研究主題的概念 範圍和相關內容知識的敘述，並建構概念圖。
步驟1：確立命題知識敘述。根據研究主題內容，找出包含在此領域內的知識，
並將其中的概念逐項條列出來，以確定命題之範圍。然而，確立命題知 識的敘述，在課程發展及教學上具有很重要的地位。
步驟2：發展概念圖。對研究主題相關之概念，畫出階層式的概念圖，研究者可 利用概念之間彼此的關聯性，仔細思考所選擇的教學內容之本質及範 圍。而步驟1和步驟2可以說是同時發展出來的，當命題敘述確立時，所 對應的概念圖也已成形，或是當概念圖確定時，所對應的命題敘述也已 成形，兩者是相輔相成的。
步驟3：將命題知識敘述與概念圖連結比對。每個命題知識的敘述皆要與概念圖 中其對應之概念直接相關，確保被檢測的內容是具有其內部一致性，且 彼此要能涵蓋整個主題。這是一種信度檢核，看兩者是否真正能檢測和 覆蓋於相同主題區域。
步驟4：將試題內容效度化。命題敘述和概念圖是由學科學者、學科教師和學科 專家檢核進行內容效度化，並由這些專家針對命題敘述和概念圖有任何 矛盾或不恰當之處進行刪除或修正。當命題敘述及概念圖確定之後，在 發展診斷工具的題幹時就會更加明確。
（二）獲得學生概念之相關證據 (Obtaining information about students’
conceptions)，利用三個步驟來發展診斷式的工具，來獲得學生可能的迷 思概念來源。首先透過對先前研究文獻的檢視，再和學生進行晤談以及利 用紙筆測驗ㄧ些開放性的問題後，得到學生的自由反應資料，來瞭解學生
對該研究之學科內容的理解，如此該主題的學生概念之典型範例就可以被 確定。
步驟5：探索相關研究文獻。在開始定義相關的學科問題或是探討學生的某種學 科概念時，必須對於ㄧ些研究學生學科概念的相關文獻進行探討，來獲 得學生的迷思概念以及學習時有困難的概念，藉此用來發展診斷工具。
步驟6：與學生進行非結構性晤談。利用非結構性開放式的問題與學生進行晤談，
來廣泛地獲得學生的知識結構或迷思概念，並且藉此瞭解學生對此概念 理解的程度。
步驟7：發展開放性試題，讓學生可以自由回答。每一個選擇題的設計都是依照 命題的敘述而來，而且每一題的選擇題都是用來發現學生的迷思概念。
每一個選擇題的後面都包括了一個空白空間，讓學生可以填答他所選擇 此答案的理由，藉此來收集學生的概念。
（三）發展診斷工具 (Developing a diagnostic instrument)，最後三個步驟為建構 包含了二階段診斷題目，第一階段要求學生對核心概念的內容進行做答，
第二階段是在探索學生第一階段做答的理由為何。根據步驟5、6、7來發 展題目的第二階段─理由選項。
步驟8：發展兩階段式的診斷工具。每一測驗題中的第一階段選擇的是內容問題，
通常有2至3個選項；第二階段是選擇第一階段的理由，通常包含4個可能 的理由選項，選項為綜合上述文獻、晤談、和開放式紙筆測驗所獲得的 該題作答之理由，其中包含了迷思概念、正確概念或是完全錯誤的答案。
然而學生必須兩階段都答對，此題才算答對。
步驟9：設計一個特定的表格（雙向細目表）。設計一個特定的表格（雙向細目 表）是為了確保所有題目的皆能問到所列出的命題敘述，且概念圖中的 概念皆涵蓋在主題範圍之下。
步驟10：持續精鍊。透過不同的班級或不同群的學生進行施測，不斷的修正診斷 工具，來確保該診斷工具可以診斷出學生的迷思概念。
由以上介紹，可以瞭解二階段評量工具的設計綜合定性以及定量的分析，來 探討各種學生可能產生的迷思概念，並有機會針對個迷思概念的成因進行探討，
與傳統對於學生學習方式的評量方法有相當的不同。Treagust (1988) 提及此診斷 方法可能優點如下：
（一）兼具了晤談法之質性的優點與測驗法之量化的優點。在傳統施測瞭解學生 答題的量化結果外，另外的第二階段為開放答題的質性資料收集。
（二）提供教師快速並便捷的發法來發現學生的學習迷思。二階段評量診斷工具 的第二階段－理由選項，是透過文獻探討、開放性紙筆測驗，以及與學生 晤談的結果，收集歸納編製而成，因此二階段評量診斷工具結合了學生選 擇答案的推理過程，再加上二階段評量診斷工具的兩個階段都是選擇題的 形式，所以要在短時間大規模探究學生的概念不成問題。
（三）可以減低學生猜對的機率，來提高題目評量的效果。診斷過程分成兩階段，
第一階段－核心概念內容（內容知識的部分）進行選答，與第二階段－理 由選項（另有概念的部分）進行選答。學生兩階段都必需要答對，才表示 學生對於該題有正確的認知。二階段評量診斷工具可以減低學生作答的猜 對率，提高題目評量的效果 (蕭志芳, 2003)。根據Odom & Barrow (1995) 指 出：在一個含有四個選項的典型選擇題測驗中，猜對答案的機率是25%。
所以就本研究所使用的二階段評量診斷工具來說：第一階段是含有兩個選 項的選擇題，第二階段是含有五個選項的選擇題，兩階段能做正確聯結而 猜對者，其機率只有10%。可見在兩階段的評量工具可以減低猜對之機率，
相對的也提高本研究題目評量的效果。
（四）改良傳統選擇題的僵化模式，也可以引導學生改變只重視死背知識而不求 理解的嚴重缺點。二階段評量的試題設計方式，也就是強調概念的理解，
重視以學生的理由及包括已知的另有概念為基礎等，近幾年來已成為許多 研究學者所認同的研究工具，學生本身可以在作答的過程中學習、澄清自 我概念並幫助原有概念間的連結（林鴻成，民 98）。因此二階段評量試題
對本研究來說，除了可以幫助教師瞭解學生在學習上的困難，並可以進一 步解決教學中的盲點，提升學生的學習效果。
（五）可以偵測出學生的錯誤概念，並提供教師作為擬定教學策略或補救教學的
（五）可以偵測出學生的錯誤概念，並提供教師作為擬定教學策略或補救教學的