壹、實驗一：實驗儀器學習測驗
在實驗一（儀器訓練實驗）結束後，進行課後學習測驗，學生必須在試卷中 的麵包板圖形畫出指定的電路圖。經由該項測驗可以瞭解學生是否知道如何在 ELVIS 平台的麵包版中連接電路及如何將 ELVIS 儀器與電路連接。測驗結果實驗 A 組答對率為 76％，實驗 B 組答對率為 74％，兩組皆有七成五的學生經由儀器學 習實驗習得相關技能，且兩組成效相當。
因為電路連接屬於過程性技能，如果只是聽助教講解，而無實際操作練習，
則效果將大打折扣。經由實際練習之後，學生將有較高的學習成效。
0 20 40 60 80 100
儀器學習測驗 答
對 率 (%)
實驗A組 實驗B組
表 4.1.1 儀器學習測驗答對率
答對率（％）
實驗A 組 76
實驗B 組 74
貳、學習成效測驗前後測 一、學習成效測驗前後測比較
分析兩組學生在前測分數的結果，實驗組A 組平均分數 4.94 分，實驗組 B 組 平均分數 3.50 分。使用獨立樣本 T 檢定分析（t(65)=1.719，p=.09＞.05）來看 則未達顯著差異。顯示兩組學生在前測分數上無明顯差異。
表 4.1.5 為兩組學生在前測與後測表現分佈。其中前測題目 1（1）題因無法 與後測題目對應，所以在本次比較的前測分數上不計入此題分數。A 組後測與前 測比較達顯著差異(t(16)=-9.872，p=.000＜.05），後測平均數（11.471）較前測
（3.94）為優。B 組後測與前測比較達顯著差異(t(49)=-20.675，p=.000＜.05），
後測平均數（11.770）較前測（2.70）為優。
表4.1.5 兩組學生前測後測相依樣本t檢定
平均數 標準差 t 自由度 顯著性 (雙尾)
實驗組A組 前測 3.94 3.010
後測 11.471 3.4932 -9.872 16 .000
實驗組B組 前測 2.70 2.270
後測 11.770 3.2233 -20.675 49 .000
表 4.1.6 為兩組在後測（與前測相對應題目）的表現，B 組較高於 A 組但未 達顯著差異(t(65)=-.324，p=.747＞.05）。
表4.1.6 兩組學生在後測的獨立樣本t檢定
變異數相等的
Levene 檢定 平均數相等的 t 檢定
F 檢定 顯著性 t 自由度
顯著性 (雙尾)
假設變異數相等 .131 .718 -.324 65 .747
後測
不假設變異數相等 -.311 25.896 .758
綜合以上結果，A 組的前後測比較，後測達顯著進步，B 組也是。兩組後測之間未 達顯著差異，顯示兩組在測驗相關概念上的學習皆有顯著成效，且效果相當。
二、學習成效測驗前後測答對率及進步幅度
（一）兩組在後測平均答對率
0 20 40 60 80 100
1 2 3 4 5 6 7 8 9 概念類型
平 均 答 對 率 (%)
實驗A組 實驗B組
圖 4.1.2 兩組在後測各概念類型平均答對率的分佈表現
兩組在概念 1 的答對率均超過九成（A 組 94％，B 組 98％），概念 1 為「以方 波進行充放電實驗時，電阻及電容的圖形」。兩組答對率均達八成的有概念 5（A 組 82％，B 組 84％），概念 5 為「電阻或電容越大，時間常數越大，充放電需要時 間越長，圖形有變化」。答對率超過六成的有概念 2、3 及 7。概念 2 為「電流曲線 可以電阻電壓曲線代表」，概念 3 為「電阻電壓+電容電壓＝電源電壓」，概念 7 為
「輸入頻率越高的訊號，電容電壓的峰值越小，電阻電壓的峰值越大」。其中在概 念 2 及 7，B 組的答對率接近八成（概念 2 為 76％，概念 7 為 80％）。兩組答對率 接近五成有概念 8 及 9，概念 8 為「以正弦波輸入RC 串聯電路時，電阻電壓曲線
（即電流曲線）與電容電壓曲線會有時間上的差異（相位差）」。概念 9 為「RC 電 路的濾波性質，高通濾波器與低通濾波器」。兩組答對率最低的為概念 4 及 6，概
A 組答對率較優於 B 組的有概念 8（A 組 56％，B 組 49％）。B 組答對率較優 於A 組的有概念 2（A 組 68％，B 組 76％）、概念 7（A 組 68％，B 組 80％）。兩 組答對率接近的有概念 1（A 組 94％，B 組 98％）、概念 3（A 組 68％，B 組 69
％）、概念 4（A 組 47％，B 組 43％）、概念 5（A 組 62％，B 組 67％）、概念 6（A 組 44％，B 組 40％）及概念 9（A 組 47％，B 組 50％）。
（二）A 組的前後測平均答對率
0 20 40 60 80 100
1 2 3 4 5 6 7 8 9
概念類型 平
均 答 對 率 (%)
前測 後測
圖 4.1.3 實驗A 組前測後測平均答對率
由圖 4.1.3 中可知實驗A 組除概念 3 為前測優於後測，其餘概念部分均為後 測優於前測。在後測中答對率大於 80％的有概念 1 及概念 5，答對率大於 60％的 有概念 2、概念 3 及概念 7。各概念的分析將於後面說明。
（三）B 組的前後測平均答對率
兩組學生在概念 1 的進步幅度達 80％。進步幅度大於 40％的有概念 2、概念
有近 4 成在普通物理課程中習得充放電曲線圖形概念，但對於以方波進行充放電
的電壓會有負電壓的情形出現，即在每個充放電過程的前段電容實際上是先與方
兩個部分，因此分成兩個題目進行討論。在後測 1（3）題中，A 組答對率為 88％，
B 組答對率為 90％，兩組均有接近九成學生答對此題，顯示經由整合式實驗教學 後，兩組學生在概念 2 的此一部分學習具有顯著效果，且兩組效果相當。討論其 原因可能為在實驗中多次進行以電阻的電壓圖形觀察電流圖形的步驟，所以學生 對此產生深刻印象。
在後測 1（4）題中，學生瞭解電流最大值等於電阻峰值電壓除以電阻值，但 是因第 1（2）題中電阻峰值電壓錯誤而導致 1（4）題回答錯誤者，A 組比例為 47
％，B 組比例為 54％，由此可知概念 2 平均答對率主要受 1（4）題影響而下降。
綜合上述討論，在此部分的教學中，藉由實驗教學學生對於圖形有較佳的學 習成效，而在引入新的概念（例如以方波進行充放電）及定量分析中，教師可以 在教學時引導學生進行討論或提供課後討論問題供學生思考及練習，將可以提升 學生的學習成效。
（四）概念 4：瞭解電容器（電感器）在充、放電瞬間在電路中可視為短路（斷路）、 斷路（短路），並知道其原理
20 40 60 80 100 平 均 答 對 率
（％）
前測 後測 表 4.1.13 概念 4 前測後測平均答對率
前測（％） 後測（％）
實驗A 組 18 47 實驗B 組 4 43
概念 4 為「瞭解電容器（電感器）在充、放電瞬間在電路中可視為短路（斷 路）、斷路（短路），並知道其原理」。學生需從電路元件的充放電曲線判斷其在電 路中扮演的角色。在後測中，為了能瞭解學生是否真的知道相關原理，而不是死 背知識，故將元件換成學生以前未接觸的電感，並輔以電壓圖形供學生判斷，因 此在題目的層次上提昇為應用層次。前測中，A 組答對率為 18％，B 組答對率為 4
％，顯示兩組學生在實驗前對此概念的瞭解程度偏低。在後測中，A 組答對率為 47％，B 組答對率為 43％，進步幅度 A 組為 29％，B 組為 40％，顯示兩組在此概 念的學習皆有進步，且B 組優於 A 組。
進一步針對學生作答情形分析，在A 組未答對的學生中，有 3 位只寫「斷路」
未寫解釋；有 1 位同學寫「斷路」，但解釋為電流被電感吸收；另外有 2 位同學注 意到電感電壓一開始與電源電壓相同的現象，但因觀念錯誤，而認為是短路。
B 組學生作答內容方面，有 2 位是以電感電壓為零時作答；有 5 位注意到電感 電壓一開始與電源電壓相同的現象，但因觀念錯誤，而認為是短路；只寫「斷路」，
未寫原因有 5 位；有 1 位提到電路中沒有電流，但答案卻寫短路。
從以上分析中可知，整合式實驗教學對學生在概念 4 的學習是有幫助的，部 分學生則未看清楚題目就作答；另一部份學生在短路及斷路的觀念是不清楚的，
而此部分的先備知識即影響學生的學習成效。因此教師在進行實驗教學時，若能 更進一步瞭解及澄清學生在電學相關的先備知識，將有助於實驗教學的成效。
（五）概念 6：知道時間常數（τ＝RC）及當 t＞5τ，視為充放電完全。
表 4.1.14 概念 6 前測後測平均答對率 前測（％） 後測（％）
實驗A 組 12 44 實驗B 組 9 40
0 20 40 60 80 100
實驗A組 實驗B組
平 均 答 對 率
（％）
前測 後測
圖 4.1.10 概念 6 前測後測平均答對率
概念 6 為「知道時間常數（τ＝RC）及當 t＞5τ，視為充放電完全。」學生 必須知道時間常數的意義，及當充放電時間等於五倍時間常數時，充放電過程達 99.3％，視為完全充放電在。在後測中並加入方波頻率概念，瞭解學生是否能定 量的計算相對應的方波頻率。前測中，A 組答對率為 12％，B 組答對率為 9％，顯 示兩組各約一成學生瞭解此概念。在後測中，A 組答對率為 44％，B 組為 40％。
進步幅度，A 組 32％，B 組 31％。顯示兩組學生經由整合式實驗教學後，對時間 常數概念的學習皆有進步，且兩組效果相當。
接著分析個別題目學生作答情形。在前測中，學生知道時間常數（τ＝RC）
的答對率，在A 組為 24％，B 組為 18％；後測中，學生知道時間常數意義的答對 率，A 組為 71％，B 組為 76％，進步幅度 A 組（47％）及 B 組（58％）。顯示經 由整合式實驗教學後，學生在時間常數的瞭解上皆有近五成的學生進步，且B 組 優於A 組。
在前測中，學生知道「t＞5τ，視為充放電完全」，A 及 B 兩組的答對率均為 0。在後測對應題目（第 4（2）題）的答對率，A 組為 18％，B 組為 4％，兩組學 生在此題答對率均偏低。再針對此題未答對學生作答內容分析，瞭解時間達到 5
影響因素，對於完全充放電需要 5 倍時間常數的部分在實驗中沒有定量的測量分
進步幅度A 組為 53％，B 組為 66％。顯示兩組學生經由整合式實驗教學後，學習
在前測中，A 組與 B 組答對率均為 0，兩組學生對此概念均不瞭解。在後測中，A
概念 8 為「以正弦波輸入RC 串聯電路時，電阻電壓曲線（即電流曲線）與電 容電壓曲線會有時間上的差異（相位差）」。在前測中，A 組答對率為 0，B 組答對 率為 6％，顯示兩組學生在實驗前對此概念的瞭解程度接近零。在後測中，A 組答 對率為 56％，B 組答對率為 49％，進步幅度為 A 組（56％）及 B 組（43％），顯 示兩組學生經由整合式實驗教學後，對概念 8 的學習有顯著成效，且A 組優於 B 組。
在實驗中，因為從儀器測量電容電壓與電流的相位差會有些許誤差，A 組在 實驗前即由教學者說明相位差關係，而B 組則是在實驗後由教師在引導討論時由 學生的結果予以說明。因此部分B 組學生的答案會有不確定的語句出現，例如：「不 一定」或「以我們測試的例子，約為π/5」。另一方面，學生對於兩波之間相位差 的概念會影響學生的學習成效，若能在實驗前讓學生先預習相關的先備知識，應 可提昇學習成效。
（九）概念 9：RC 電路的濾波性質，高通濾波器與低通濾波器
20 40 60 80 平 100 均 答 對 率
（％）
前測 後測 表 4.1.19 概念 9 前測後測平均答對率
前測（％） 後測（％）
實驗A 組 0 47
實驗B 組 0 50
概念 9 為「RC 電路的濾波性質，高通濾波器與低通濾波器」。學生需瞭解當
概念 9 為「RC 電路的濾波性質，高通濾波器與低通濾波器」。學生需瞭解當