本研究具有兩個測驗工具，分別為「視覺表徵能力測驗」及「分子概念理解 測驗」，兩者所涉及的化學概念，以八年級學習的原子、分子及部分的化學反應 概念為主要內容。「視覺表徵能力測驗」以呈現教科書中常見的視覺表徵為主，
測驗學生透過視覺表徵理解化學概念的能力；「分子概念理解測驗」以過去研究 所指出的分子相關迷思概念(Cokelez, Dumon, & Taber, 2008; Griffiths & Preston, 1992; Novick & Nussbaum, 1978; Peterson, Treagust & Garnett, 1986; Teichert et al., 2008; Wu & Shah, 2004)以及教科書中提及的重要概念為依據，測驗學生對原子、
分子相關概念的理解。
一、視覺表徵能力測驗
視覺表徵能力測驗是為了回答研究問題一，試題架構以本研究發展之「視覺 表徵能力指標(VRAI)」的四大成分（知覺、詮釋、轉換和連結、選擇和評估）為 命題的主要依據，每種成分皆有其對應的試題。
第一個成分「知覺(Perception)」，用以指涉學習者對表徵做表面性描述的能 力，「知覺」具有四個次成分，即巨觀、次微觀、部分符號、及符號。「巨觀」用 以指涉學習者描述巨觀表徵的能力，例如，能藉由表徵中的資訊，描述兩的不同 的容器裝入等量的液體時，液體的形狀會隨容器而改變；「次微觀」用以指涉學 習者描述次微觀表徵的能力，例如，能藉由表徵中的資訊，描述水分子的形狀；
「部分符號」用以指涉學習者描述部分符號表徵的能力，Kozma & Russell (2005) 以非正式符號(nonstandard symbols)指稱用以表達化學反應中動態及時間本質的 符號，例如箭頭，但在化學反應方程式中，箭頭屬於正式的科學符號，因此本研 究將指稱此類符號的名詞，修改為「部分符號」；「符號」用以指涉學習者描述符 號表徵的能力，例如，能描述 H O 分子是由 H 和 O 原子所組成的。上述「知覺」
的四個次成分，皆有對應的試題 1 至 2 題，共計 7 題。
第二個成分「詮釋(Interpretation)」，用以指涉學習者詮釋表徵意義的程度，「詮 釋」具有兩個次成分，即語法規則(syntactic rules)及語意(semantic meaning)的詮 釋。「語法規則」的詮釋，用以指涉學習者依據表徵提供的語法規則詮釋表徵的 能力，例如，能詮釋表徵中描述的化學式命名規則、能詮釋化學反應式相關表徵 中描述的分子數量比；「語意」的詮釋，用以指涉學習者詮釋表徵背後意義的能 力，例如，能詮釋 H2O 分子並不具有 H2的化學特性。上述「詮釋」的兩個次成 分，皆有對應的試題 3 至 4 題，共計 7 題。
第三個成分「轉換和連結(Transformation and connection)」，用以指涉學習者 連結不同概念，並在不同表徵間做轉換的能力，「轉換和連結」具有兩個次成分，
即語法規則(syntactic rules)及語意(semantic meaning)的轉換。「語法規則」的轉換 和連結，用以指涉學習者依據表徵的表面特性，連結不同表徵的能力，例如，將 同為填充式模型的表徵歸類為同一種類型；「語意」的轉換和連結，用以指涉學 習者依據表徵的背後意義，連結不同表徵的能力，例如，能將表達甲烷化合物的 立體結構式、球棒式、及填充式模型，歸類為通一種化合物。上述「轉換和連結」
的兩個次成分，在試題設計時包含於同一個題目中，換句話說，同一試題同時具 有語法規則及語意的選項，共計 2 題。
第四個成分「選擇和評估」，用以指涉學習者選擇合適表徵的能力，「選擇和 評估」不具有次成分，學習者在選擇表徵的同時，即對表徵進行評估，例如，能 選擇電子密度分布圖，以表達分子中電子分布的概念。「選擇和評估」的題目共 計 5 題。
為了使研究結果的陳述能區分視覺表徵能力測驗與分子概念理解測驗，視覺 表徵能力測驗的題號設定為 16 到 36 題，共計 21 題（如表 3-3-1）。本測驗工具 商請具有化學背景之科學教育領域教授 1 人、具有科學教育碩士背景之國中教師 3 人、以及指導教授，共計 5 人進行專家審查，試題信度 Cronbach’s Alpha 為 0.88。
表 3-3-1 視覺表徵能力判準與表徵能力試題對應
人進行專家審查，試題信度 Cronbach’s Alpha 為 0.84。
表 3-3-2 分子概念理解測驗雙向細目表
層級 概念 題號與概念
巨觀 物質的三態 01 液體的狀態
02 物質三態的特徵 03 物質狀態的判斷 物質的性質 04 溶解與沸點
05 純物質的判斷 06 純物質與混合物
微觀 物質的粒子觀 07 粒子的堆積
08 氣體粒子 09 粒子的本質 原子與分子觀 10 水分子的形狀
11 水分子的組成 12 分子的大小 化學反應的原子分子觀 13 原子與化學反應
14 分子與化學反應 15 蠟燭的燃燒
共計 15 題