實驗組 PISA 科學素養學習能力之分析

一、實驗組 PISA 科學素養能力之學習表現分析

本研究將實驗組每次填寫學習單中的各項 PISA 科學素養指標依據評分判準加 以評分，並將各項指標的得分平均。

根據描述性統計，PISA 科學素養能力中的 1.1 回憶與應用合適的科學知識平 均數為 1.84；1.3 產生並證明(justify)合適的預測平均數為 1.88；2.1 辨識出科學研究 中所探索的問題平均數為 1.01；2.3 提出一個能進行科學探索的方法平均數為 1.70；

3.2 分析與詮釋數據，並產生合適的結論平均數為 1.93，將此資料繪製成圖 4-2-1。

圖 4-2-1 PISA 科學素養 5 個子面向之平均

根據上圖表示在 2.1 辨識出科學研究中所探索的問題能力得分較其他四項能力 低，主要因為本研究是在強調學生解釋科學與詮釋數據的能力，而辨識科學探究問 題的能力並未如其他四項那樣強調，又依據顓孫蕭芳(2014)的研究結果，低、中學

1.84 1.88

1.01

1.70

1.93

0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

1.1 1.3 2.1 2.3 3.2

平均

習成就學生較無法提出可探究的問題，加上在 2.1 辨識出科學研究中所探索的問題 在本研究中是採取開放式問答題的方式進行，因此學生大多無法完整填答，使得此 項得分偏低。。

二、實驗組PISA科學素養能力之各項學習表現分析

在實驗組的教學活動中，以 PISA 科學素養的 5 個子面向融入探究式教學法，

分別是 1.1 回憶與應用合適的科學知識、1.3 產生並證明(justify)合適的預測、2.1 辨 識出科學研究中所探索的問題、2.3 提出一個能進行科學探索的方法、3.2 分析與詮 釋數據，並產生合適的結論等。在五個面向的學習單均採同一種評分判準(參考表 3-3-3)的情況下，可以看出學生在 PISA 科學素養 5 個子面向能力的提升情形，並將 教學活動中學生在 PISA 科學素養 5 個子面向能力利用統計軟體 SPSS22.0 進行描述 性統計以及重複量數變異數分析如下：

(一)1.1回憶與應用合適的科學知識

在本研究依據PISA科學素養融入探究式教學流程設計的學習單中，符合「1.1 回憶與應用合適的科學知識」項目的活動共有五個，分別為食物受熱後的變化、熱 的傳播之傳導、熱的傳播之對流、熱的傳播之輻射，以及保溫的應用。

1. 以SPSS22.0統計軟體分析學習單各得分階層人數、百分比

利用統計軟體計算出PISA科學素養中「1.1回憶與應用合適的科學知識」的各 項得分人數及百分比，如下表4-2-1，以及將表4-2-1資料轉化成長條圖(圖4-2-2)。

表 4-2-1 「1.1 回憶與應用合適的科學知識」學習表現人數統計表

等

級 物質受熱 傳導 對流 輻射 保溫

人數 百分比 人數 百分比 人數 百分比 人數 百分比 人數 百分比

0分 0 0% 0 0% 2 8.7% 0 0% 0 0%

1分 1 4.3% 10 43.5% 3 13.0% 10 43.5% 0 0%

2分 22 95.7% 13 56.5% 18 78.3% 13 56.5% 23 100.0%

圖 4-2-2 「1.1 回憶與應用合適的科學知識」學習表現人數百分比圖

2. 針對「1.1回憶與應用合適的科學知識」進行RM-ANOVA分析

因同一批受試者是在不同時間點進行填寫PISA科學素養融入探究式教學學習 單，所以將在五個教學活動中提出有關「1.1回憶與應用合適的科學知識」利用 SPSS22.0統計軟體進行重複量數變異數分析。首先，Mauchly球形檢定出的顯著性 為 .000，不符合球型假定，應對所得的Ｆ值加以校正。因此應使用主旨內效果檢定 中的Greenhouse-Geisser校正效果，如表4-2-2。

0% 0%

表 4-2-2 受試者在「1.1 回憶與應用合適的科學知識」能力的檢定 為.20、.50、.80。從上表發現局部 Eta平方為.220，是小效果量且達顯著水準(以 Greenhouse-Geisser檢視)，p值為.001。

又根據描述性統計，PISA 科學素養能力中的 1.1 回憶與應用合適的科學知識 的五個教學活動裡，物質受熱後的變化平均數為 1.95、熱的傳播之傳導平均數為 1.55、熱的傳播之對流平均數為 1.68、熱的傳播之輻射平均數為 1.57，以及保溫的 應用平均數為 2.00，將此資料繪製成圖 4-2-3。

學生因為喜歡課堂活動，所以對其中的科學知識也就較理解、印象深刻，也因為學

(二) 1.3產生並證明(justify)合適的預測

在本研究依據探究式教學流程設計的學習單中，符合「1.3產生並證明(justify) 各項得分人數及百分比，如下表4-2-3，以及將表4-2-3資料轉化成長條圖(圖4-2-4)。

表 4-2-3「1.3 產生並證明(justify)合適的預測」學習表現人數統計表

得分等級

表 4-2-3「1.3 產生並證明(justify)合適的預測」學習表現人數統計表(續)

圖 4-2-4「1.3 產生並證明(justify)合適的預測」學習表現人數百分比圖

從上面圖表中得知，學生在「1.3產生並證明(justify)合適的預測」能力上表現 頗佳，得到2分的比率很高，這也因為在填寫學習單時，只要學生有進行預測並寫 出合理的答案就能獲得分數，不一定要是正確的科學知識或概念。會影響學生得分 的原因只有學生有沒有認真填答而已。

2. 針對「1.3產生並證明(justify)合適的預測」進行RM-ANOVA分析

因同一批受試者是在不同時間點進行填寫 PISA 科學素養融入探究式教學學習 單，所以將在八個教學活動中提出有關「1.3 產生並證明(justify)合適的預測」利用 SPSS22.0 統計軟體進行重複量數變異數分析。首先，Mauchly 球形檢定出的顯著性 為 .000，不符合球型假定，應對所得的Ｆ值加以校正。因此應使用主旨內效果檢定

中的 Greenhouse-Geisser 校正效果，如表 4-2-4。 為.20、.50、.80。從上表發現局部 Eta平方為.139，是低效果量且達顯著水準(以 Greenhouse-Geisser檢視)，p值為.018。

又根據描述性統計，PISA科學素養能力中的1.1回憶與應用合適的科學知識

會依據題目內容作出適當的預測，只是對於預測的理由解釋填答狀況就較不佳，低 成就學生明顯在於理由方面較無法填答，但隨著教學活動一步步地進行，逐漸提升 學生的能力，學生對於預測結果的理由，也都能依循科學知識、原理進行填答。因 此從表4-2-5中可以看出學生在此項能力是隨著教學活動的進行而逐步提升的。

對於在熱的傳播─水、空氣的對流教學活動中，學生的此項能力略有下降，是 因為覺得學生對流概念較抽象，由於水或空氣在日常生活中都是透明無色的，在實 驗之前學生無法依據其先備經驗判斷水與空氣的對流實驗結果，在實際實驗中也是 透過在水中加入胡椒粒，在空氣中加入線香的煙霧，讓學生藉由觀察胡椒粒與線香 的路徑變化，得以判斷水與空氣的對流情形，是由間接證據來證明，這一點對於低 成就學生而言，或許是因為他的發展還停留於Piget認知發展過程中的具體運思期，

尚需藉由對實際物體的操作來學習，需要眼見為憑。但之後幾個教學活動表現就又 有逐步的提升。整體而言，學生在「1.3產生並證明(justify)合適的預測」能力是有 進步的。

(三) 2.1辨識出科學研究中所探索的問題

在本研究依據PISA科學素養融入探究式教學流程設計的學習單中，符合「2.1 辨識出科學研究中所探索的問題」項目的活動共有三個，分別為物質受熱後的變化、

熱的傳播，以及保溫的應用。

1. 以SPSS22.0統計軟體分析學習單各得分階層人數、百分比

利用統計軟體計算出PISA科學素養中「2.1辨識出科學研究中所探索的問題」

的各項得分人數及百分比，如下表4-2-5，以及將表4-2-5資料轉化成長條圖(圖4-2-6)。

表 4-2-5 「2.1 辨識出科學研究中所探索的問題」學習表現人數統計表

項目 得分等級

物質受熱後的變化 熱的傳播 保溫

次數 百分比 次數 百分比 次數 百分比

0分 13 56.5% 11 47.8% 2 8.7%

1分 10 43.5% 6 26.1% 0 0%

2分 0 0% 6 26.1% 21 91.3%

圖 4-2-6「2.1 辨識出科學研究中所探索的問題」學習表現人數百分比圖

利用 SPSS22.0 統計軟體進行重複量數變異數分析。首先，Mauchly 球形檢定出的 顯著性為 .687，代表同質，符合球型假定，接著進行主旨內效果檢定，如表 4-2-6。

本 研 究 根 據 Cohen(1988) 的 經 驗 法 則 ， 將 效 果 量 的 小 、 中 、 大 值 分 別 為.20、.50、.80。從上表發現局部 Eta平方為.544，是中效果量且達顯著水準(以 Greenhouse-Geisser檢視)，p值為.000(p<.001)。

又根據描述性統計，PISA 科學素養能力中的 1.1 回憶與應用合適的科學知識 的三個教學活動裡，物質受熱後的變化平均數為 0.43、熱的傳播平均數為 0.79，

以及保溫的應用平均數為 1.82，將此資料繪製成圖 4-2-7。

圖 4-2-7 「2.1 辨識出科學研究中所探索的問題」教學活動平均得分長條圖

3. 學生作答情形的分析

此項能力在受試者四年級時有四分之三學生即進行培養，當時只有口頭表述，

測驗也是利用選擇題並未進行紙本書寫，也未強調要學生說明完整句子，且經過一 段時間未進行此項能力培養後，當第一次教學活動需要學生書寫出答案時，許多學 生並未能將答案說明清楚，一開始都是給予名詞性的答案，例如：瓶蓋跳動、溫度、

熱脹冷縮……等，待教學過程中一再強調要學生以完整的句子說明清楚，學生才慢 慢將句子加長，以疑問句的方式將自己的想法表達出來，未來此項能力必須持續加 強，否則學生必然又逐漸淡忘，使得能力又下滑。

在教學過程中也發現學生一開始答不出合適的答案，經過小組與全班討論後，

讓大家逐漸清楚答題方向，由高成就學生帶領中低成就學生學習，加上小組競賽的

0.43

0.79

1.82

0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00

物質受熱後的變化 熱的傳播 保溫的應用

平均數

鼓勵，因為學生間的次文化與次語言，使得學生在找尋探究問題的能力能快速被培

圖 4-2-8「2.3 提出一個能進行科學探索的方法」學習表現人數百分比圖

利用 SPSS22.0 統計軟體進行重複量數變異數分析。首先，Mauchly 球形檢定出的 顯著性為 .011，不符合球型假定，應對所得的Ｆ值加以校正。因此應使用主旨內 效果檢定中的 Greenhouse-Geisser 校正效果，如表 4-2-8。

56.50%

表 4-2-8 受試者在「2.3 提出一個能進行科學探索的方法」能力的檢定 為.20、.50、.80。從上表發現局部 Eta平方為.156，是低效果量且達顯著水準(以 Greenhouse-Geisser檢視)，p值為.005。

又根據描述性統計，PISA科學素養能力中的2.3提出一個能進行科學探索的方 法的七個教學活動裡，液體受熱後體積的變化平均數為1.29、氣體受熱後體積的變 化平均數為1.51、固體受熱後體積的變化平均數為1.55、熱的傳播之傳導平均數為 1.55、熱的傳播之對流平均數為1.59、熱的傳播之輻射平均數為1.68，以及保溫的

又根據描述性統計，PISA科學素養能力中的2.3提出一個能進行科學探索的方 法的七個教學活動裡，液體受熱後體積的變化平均數為1.29、氣體受熱後體積的變 化平均數為1.51、固體受熱後體積的變化平均數為1.55、熱的傳播之傳導平均數為 1.55、熱的傳播之對流平均數為1.59、熱的傳播之輻射平均數為1.68，以及保溫的