實驗教材設計

本研究是以國中九年級上學期靜電為教材設計的範圍，簡報教材的製作軟體是使用 PowerPoint2003 為平台，輔以由交通大學陳明璋博士領導的 Informath 團隊所發展的 PowerPoint 外掛軟體「MathPS」。

(一)教學內容

教材內容共為「摩擦起電」、「靜電感應」、「感應起電」與「接觸起電」四部份，分 兩堂課進行教學。

第一堂課教授「摩擦起電」與「靜電感應」兩部份，先舉生活中因摩擦而產生靜電常見

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的例子來引起學生學習動機，並透過不同實驗製造學生認知衝突，讓學生重新思考靜電的本 質並藉此引進「摩擦起電」的概念;透過實驗讓學生觀察導體與絕緣體在摩擦起電實驗中的差 別，讓學生認識導體與絕緣體導電性不同的原因，並進而介紹導體所具有之「靜電感應」現 象。

第二堂課教授「感應起電」與「接觸起電」兩部份，本堂課主要是要學生認識讓導體帶 電的方法，透過生活情境問題的問答，引入讓導體帶電的方式有兩種，第一種是利用靜電感 應原理使導體帶電的方式--「感應起電」;第二種則是直接將導體與帶電體經由碰觸而使導體 帶電的方式--「接觸起電」。

(二)教材設計

實驗組（A-1 班、A-2 班）施予驟化動態呈現的靜電教材，對照組（B-1 班、B-2 班）施 予非步驟化動態呈現的靜電教材。

學習者在學習過程中本來就具有主動學習、有限能力的性質，一個好的多媒體教材，應 具有幫助學生選取訊息、組織訊息、綜合訊息的功能，在教材設計上應考量當訊息進入時能 相互為用，而並非不相關。因此本研究透過激發式動態呈現、注意力引導的方式來讓訊息有 引導性、溝通性、建立關聯來達到降低認知負荷量，以期幫助學生學習。

而運用多媒體教學時所湧入大量的訊息，易照成學生認知負荷量增加。為減少學生學習 過程中之認知負荷，本研究實驗組教材中，主要採取下列多媒體設計原則(以下僅以「靜電感 應」單元中部分教材為例)：

1. 分割原則（Segmenting Principle）：

(1) 將靜電感應連續變化的過程分割成四個步驟，如下圖所示。

圖 3-3-2 靜電感應步驟圖

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(2) 步驟與步驟間採用動態呈現的方式銜接，讓學生能清楚的觀察到物體中電子的分佈變 化過程，如下圖所示，當帶正電體接近導體時，以動態呈現的方式描述導體中電子的 分佈變化。

2. 連貫原則（Coherence Principle）：訊息一旦切割，會增加學生在搜尋及關連上的負荷，

切的太小(有效的學習中訊息必須整體呈現)會缺乏整體性與關聯性，必需透過訊息的區 塊化及結構化建立關聯。

(1) 如圖 3-3-2 所示，在介紹靜電感應主題時，會先呈現此主題所含的主要四個步驟，把 此主題的步驟大綱先呈現出來。

(2) 如上圖 3-3-3 所示，在介紹靜電感應步驟化過程中，仍將步驟大剛保留在左側區塊以 維持教材整體性，透過逐步引導的方式使學生獲得整體的概念。

3. 時間接近原則（Temporal Contiguity Principle）：步驟間配合老師授課說明的進度作 同步的切換。

4. 空間接近原則（Spatial Contiguity Principle）：投影片畫面上物件的編排依將相關 的文字圖片置於相近位置。如下圖 3-3-4 所示，當欲比較導體近端(右端)正負電荷數量多 寡以判斷其帶電性時，相關的文字則設計在靠近導體右端的區域附近，以便學生比對訊 息。

圖 3-3-3 帶正電體靠近導體變化圖

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5. 多餘原則（Redundancy Principle）：減少投影片上文字的描述，教學訊息多以圖片與 口語傳達。

6. 信號原則（Signaling Principle）：運用不同的信號凸顯出教學的重點，以便於引導學 生的注意力。

(1) 特殊顏色：為讓學生能將注意力放在正負電荷的變化上，因此除了正負電荷的顏色較 深外，其餘物件則採用較柔較淡的顏色，避免干擾學生的注意力。

(2) 指示手勢：如下圖 3-3-5，欲讓學生比對導體右端的正負電荷數量時，則用一個紅色 的框框指示右邊區域，讓學生知道現在教學的重點區塊。

(3) 淡化：如下圖 3-3-6 所示，欲讓學生細數導體右端區域內正電荷數目時，除了區域內 的正電荷之外，導體中其餘的正副電荷都採淡化的方式處理，如此便可讓學生將注意 力放在區域內的正電荷上。

圖 3-3-4 導體近端帶電性之比較

圖 3-3-5 比較導體右端帶電性

圖 3-3-6 比較導體右端正電荷數目

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因此本研究實驗組的教材設計便是透過上述激發式動態呈現、注意力引導的方式來引導 學生選取訊息、建立訊息間的關聯性，以降低認知負荷量，提升學生的學習成效。

而對照組的教材設計方面，原先曾考慮過以坊間書商所提供的教材作比較，但比對後發 現兩者在教學內容與課程進度編排上有很大的出入，兩者間並沒有具備比較的基礎，坊間教 材無法真正凸顯出本研究設計的功效，因此最後對照組則修改自實驗組的教材設計，去除部 分的多媒體設計原則而成，如下圖 3-3-7 所示：

在介紹靜電感應單元時，保留分割原則下大綱步驟的處理，在信號原則方面則保留正負 電荷以較深顏色表示外，其餘動態步驟化過程則全部捨去，步驟間的轉換、電子的分佈變化 則依靠老師課堂上口述說明，學生僅能依老師的解說，自行建構導體中的電子變化的過程。

因此實驗組與對照組最大的區別，便在於實驗組步驟間採用激發式動態呈現的方式銜 接，並輔以多媒體原則以引導學生注意力、掌握教材重點，並協助學生建立訊息間的關連性，

以期能增進學生學習。

二、 學習成就前後測試卷

依教材內容設計出前、後測試卷。前測試卷目的在了解其對預計實驗的教材認識程度；

後測試卷，則是收集受測學生在接受教學後的學習成效，試題分為記憶、理解、應用與分析 四類；前後測試卷題目依教材內容設計，題型、內容皆相同，但後測試題中，題號順序會變 動。

選定相關題目後，採邏輯分析法，先經過三位任教國中數學的教師（任教年資從 3~20 年）

依教授的內容和受測的試題的吻合程度，建議後保留 17 題，故有基本的專家效度。為確保試 題的信度，找了三個九年級的班級做試題預試，在回收的 106 份試卷中，內部一致性信度 Cronbach’s α 值為 0.76，顯示有良好的信度。最後分析題目的鑑別度及難度，過程說明

圖 3-3-7 靜電感應步驟圖(帶負電體靠近情況下)

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如下：

(一)難度分析採高分組及低分組通過率之平均值，數值介於 0~1 之間，數值愈高表示題目難 度愈低，高於 0.8 則太簡單，低於 0.2 則太難。

(二)鑑別度為高分組的難度減去高分組的難度所得之值，鑑別度數值介於-1~1 之間，數值為 負值為不具鑑別度，相關試題應刪去，數值在 0.2 以上即有參考價值，一般來說，鑑別 度達 0.3 或較高一點，即可被接受（王文科、王智弘，2006）。

(三)編製成就測驗的方法，依據古典測驗理埨，需考慮試題的內容和特徵（如：難度和鑑別 度），就當成是選擇試題的依據；例如：先挑選出鑑別度較高（如：大於 0.25）的試題，

再依據實施測驗的目的和考生的能力分配情況，挑選出難度較適中的試題，編成整份測 驗（郭生玉，1990）。

(四)故本研究受測題目選擇以先選出鑑別度高於 0.25~的題目，再從中選出難度指數較適合

（0.2~0.8 之間）的題目依實際應用做部分修改。最後由分析後的試題中選出十七題，

依實際教學教材的內容分析，有 3 個題目為記憶題、有 7 個題目為理解題、有 4 個題目 為應用題、有 3 個題目為分析題，每題得分皆為 1 分，除了分析學生在不同的理化簡報 教材的教學成效外，也可在記憶、理解、應用、分析等不同題型的表現作分析。此十七 個試題在學生受測後的信度分析，在內部一致性信度 Cronbach’s α 值達 0.76，顯示也 具良好的信度。

(五)其中第一題的題目鑑別度只有 0.20，而難度只有 0.90，顯示該題目的難度太低，學生很 容易回答，本來應予刪除該題，但因為該題是屬於基本概念定義題，所以本來難度就不 高，但卻與教材有相關性，所以與其它專家找討論後，予於保留。

(六)在題目的分類方面，依據 2001 年版布魯姆認知領域教育目標之認知歷程向度分類，認知 歷程共分為六個向度(葉連祺、林淑萍，2003)：

1.記憶(remember)：從長期記憶取回有關知識。

2.了解(understand)：從口述、書寫和圖像溝通形式的教學資訊中建構意義。

3.應用(apply)：面對某情境執行或使用某一個程序。

4.分析(analyze)：分析整體為許多部份，並決定各部份彼此和整體結構或目的關係。

5.評鑑(evaluate)：根據規準和標準下判斷。

6.創造(create)：集合要素以組合成一個具協調性或功能性的整體，重組要素為一個新的 模型或結構。

施測題目之難度、鑑別度與題型分類，今簡述如下所示：

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表 3-4-2

測驗題目雙項細目表

教學內容 記憶 了解 應用 分析

電中性 1 12 16、17

導體 2 14

絕緣體 3 14

摩擦起電 4、5、14 15

靜電感應 9 10、12、13 16

感應起電 6、7、14 11、12、13 17

接觸起電 8、14 12、13

表 3-4-3

前後測驗題目難度與鑑別度表

題目 題型分類 難度 鑑別度

1 記憶 0.90 0.20

2 記憶 0.80 0.40

3 記憶 0.66 0.44

4 了解 0.58 0.76

5 了解 0.72 0.56

6 了解 0.70 0.44

7 了解 0.72 0.56

8 了解 0.50 0.76

9 了解 0.70 0.60

10 應用 0.58 0.60

11 應用 0.48 0.40

12 應用 0.60 0.64

13 應用 0.60 0.72

14 了解 0.72 0.48

15 分析 0.74 0.44

16 分析 0.50 0.36

17 分析 0.56 0.40

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第五節 活動設計

本研究受測的四個班級，在與導師及該班理化任課老師的溝通後，先由理化老師與學生 進行溝通協調，要求學生認真參與研究，於正式進行教學前一天先請導師利用早修時間進行 前測，進行前測時由該班導師協助發卷施測，研究者則隨旁巡視，觀察學生施測情形，回答 學生的疑問。

在進行完前測的隔天即配合學生課表，以不影響學生學習為原則下，進行教學及後測。

施測班級教學時間如表 3-5-1﹕

表 3-5-1

施測班級教學時間表

星期一 星期二 星期三 星期四 星期五

早修 前測

第一節 808

第二節 821 807

第三節 819

第四節 午 休

第五節 807

第六節 808

第六節 808