第三節 物理解題測驗設計與呈現方式 一、 問題設計
本研究進行的測驗題目有研究者設計之物理試題，以及測驗學生空間能力之測驗。
其中研究者自行設計之物理試題主要依據 Teodorescu 等人（2013）之研究對試題層級之 定義。而試題來源主要有三類，第一，蒐集相關文獻中的範例題目；第二，在高中測驗 題庫中找出與文獻相似題型的問題，或是改變高中題庫的提問以符合不同的類型；第三，
參考大學物理或是坊間有關物理的書籍，同以改變提問方式符合不同層級，由以上三種 方式設計出兩層級的題目。本研究之物理測驗試題為計算題，測驗試題皆為開放式的作 答方式，有別於引導式測驗方式，引導式係逐題引導學生作答；學生在開放式計算題使 用解題的方式可較自由發揮。層級 1 與層級 2 試題涉及的物理情境並無太大的差異，如 表 3-3-1、3-3-2 所示。層級 1 與層級 2 試題中涉及到的物理情境例如：施力加速、下滑、
做功、摩擦力…等。然而層級 2 試題係將物理情境以較複雜的形式來描述，所需認知程
21
度較高，因此會有一前置問題提供給學生作答，以了解學生的物理知識結構。經研究者 篩選、改問等方式，本研究之物理測驗試題中，層級 1 試題 8 大題（10 小題），層級 2 試題為 6 大題（8 小題）共十四大題（18 小題）。這 14 題當中，特別在層級 1「運輸」
與「大樓」這兩題是屬於情境類似的試題，這兩題的類似在於題目情境與問法近似。同 以提供位移與末速，問當位移一半時，物體速度為何？但「運輸」屬於下滑類型；「大 樓」則為上拋類型。
表 3-3-1 層級 1 試題物理情境分析表
物理試題 涉及的物理情境或關鍵字
工人(2 小題) 做功、摩擦力 書(2 小題) 斜坡、施力加速
電梯 自由落體、施力加速
運輸 斜坡
球 上拋
熊 自由落體、摩擦力
箱子 施力加速、摩擦力
大樓 上拋
表 3-3-2 層級 2 試題物理情境分析表
物理試題 涉及的物理情境或關鍵字
阿特伍德機 自由落體、上拋
滑水道(兩小題) 斜坡、自由落體、摩擦力
斜坡 斜坡、摩擦力
溜滑梯(兩小題) 斜坡、外力加速、做功、自由滑落
火箭 上拋、外力加速、做功
滑雪 斜坡、外力加速、做功、自由滑落
22
二、 題本設計
本研究者選定數道物理試題後，依據 Wu 與 Puntambekar (2012)表徵研究中，使用 文字表徵與圖片表徵作為本研究之試題表徵。按照先前的題目類型，本研究選擇層級 1
「提取」中的「執行」（Executing）及層級 2「理解」中的「整合」（Integrating）作為分 析的主要類型，繼而在兩種類型的題目再各分為兩種表徵，分別是文字及圖片，例如：
文字版的「執行」，代號設為 TE（Text & Executing）、圖片版的「整合」，代號設為 DI
（Diagram & Integrating）。如表 3-3-3 所示，故每道物理測驗試題皆有兩種表徵之版本。
考量測驗試題的變化性，將同一層級中的不同表徵題目交叉使用。將 TE、DE 以及 TI、DI 兩兩交叉使用，在不同測驗卷上有不同的表徵，不會讓整張測驗卷皆為同一種表 徵。並將圖片版題目置於文字版題目後，共四種版本的題目，其命名為 A、B、C、D 題 本。因考量施測時間與題數分配，將 A、B 中的題目皆為層級 1「執行」類型的題目，
共 8 大題；C 及 D 皆為層級 2「整合」類型的試題，共 6 大題。例如 A 題本的題目表徵 與 B 題本的試題表徵為 TE 與 DE 混和。以「工人」試題為例，此題在 A 題本上為文字 的版本，在 B 題本上則為圖片的版本；同理，若「電梯」試題在 A 題本為圖片版，則
「電梯」試題在 B 題本為文字版。因此 A 題本有 4 大題文字版試題與 4 大題圖片版試 題，B 題本亦有 4 大題文字版題目與 4 大題圖片版題目，題目分佈與答題人數如表 3-3-4。同理 C 題本及 D 題本為 TI 與 DI 混和，C 題本及 D 題本文字版題目與圖片版題目各 3 大題，題目分佈與答題人數如表 3-3-5。
表 3-3-3 試題層級與表徵之代號
題目 執行(層級 1） 整合(層級 2）
文字 TE TI
圖片 DE DI
23
表 3-3-4 A、B 題本之試題與其表徵代號及答題人數
題目 A B
工人(2 小題) TE DE
書(2 小題) TE DE
電梯 TE DE
運輸 TE DE
球 DE TE
熊 DE TE
箱子 DE TE
大樓 DE TE
受測人數 43 40
表 3-3-5 C、D 題本之試題與其表徵及答題人數
題目 C D
阿特伍德機 TI DI
滑水道(兩小題) TI DI
斜坡 TI DI
溜滑梯(兩小題) DI TI
火箭 DI TI
滑雪 DI TI
受測人數 33 34
本研究依據 Teodorescu 等人（2013）的定義選用層級 1「提取」中的「執行」與層 級 2「理解」中的「整合」，將本研究的題目大多數設計為計算題。首先對於「執行」此 物理問題，係指給予學生一個需要解決的任務，期望學生可以套用公式以完成解題。例
24
25
本研究探討之另一層級試題「整合」的問題認知程度較高，情境較為複雜，且能測 驗學生的物理知識結構。故題目藉由一些方式確認作答學生的物理知識結構。層級 2 中 的物理問題與層級 1 的不同在於學生要知道自己的解題取向，無法照本宣科的解題，面 對問題須先了解自己將使用何種方式解題，所以此層級中的問題，將會有一前置問題，
此前置問題會問學生將如何解題？請學生先寫出解題方式。第一種方式如圖 3-3-2，在 問題中有個前置問題：請寫下您的解題策略；或者第二種方式如圖 3-3-3，藉由出題者 提供兩種解題方式，依學生自己的選擇，繼續完成解題。因本研究假設解題取向為「運 動學」與「能量守恆」此兩種，故提供的解題方式亦為運動學與能量守恆兩種選擇。前 置問題的種類有上述 2 種方式，而在層級 2 的題目 6 題中，有 4 題為前者，讓學生直接 寫出學生自己的解題取向；2 題為後者，題目提供 2 種解題取向，讓學生選擇後，繼續 解題。但此種子題的提問方式並非為引導式提問，而是為確認學生的物理知識結構而提 問。
在本研究中對於層級 2 試題的 C、D 題本，其試題表徵與 A、B 的試題表徵排列方 式相同，在 C 題本與 D 題本中同樣各自有文字版與圖片版，且兩表徵呈現的資訊量也 是相等的。以本研究試卷中「溜滑梯」為例，此題在 C 題本中的版本為文字版，如圖 3-3-2（a），在 D 題本則為圖片版如圖 3-3-2（b），試題表徵之差異在於題目描述的情境為 何種表徵，文字版藉由文字將題目情境盡可能描述出來，圖片版只用一張圖片表現出題 目情境，然而對於題目中的初始條件、或題目的提問，仍以文字作為主要表徵，在兩種 版本試題中仍無法將表徵完全獨立。
26
（a）文字版
（b）圖片版
圖 3-3-2 層級 2（a）文字版（b）圖片版的溜滑梯試題
27
圖 3-3-3 層級 2 的題目提供兩種解題取向供學生選擇