正式施測階段的研究工具分為：問卷一為槓桿原理之理解問卷，為半開放式 紙筆測驗；問卷二為槓桿之判定問卷，為半開放式紙筆測驗；問卷三為半結構式 晤談。茲介紹如下：
一、問卷一：槓桿原理之理解問卷
問卷一的主要目的在於檢測學生對於對槓桿原理的分層概念的理解，研究者 將槓桿原理的概念內容區分為五大題型，分別為「槓桿定義」、「轉動概念」、「轉 動條件」、「名詞理解」、「效果判定」。其中「槓桿定義」為開放式問題，其他四 大題型皆為單一選擇題。
「槓桿定義」題型僅有第 1 題，主要是為了理解學生對「何謂槓桿？」的想 法，以開放式問題檢測學生對槓桿的內在真實想法，請小朋友寫下心目中對「槓 桿」這一專有名詞的理解，用話語表達的方式將其敘述出來。
「轉動概念」題型包含第 2、3 題，共有兩題，藉由轉動或移動現象的圖形 判別，來理解學生是否能做出物體運動時，移動和轉動的正確判別，其中第 2 題為轉動現象之判別，第 3 題為移動現象之判別。
「轉動條件」題型包含第 4 到第 7 題，共有四題，主要在於瞭解學生以下概 念：是否需要施力和力臂，物體才可以產生轉動？亦即判定物體轉動時，施力和 力臂存在的必要性，並檢測施力和力臂的角度關係，理解學生是否可以正確找出 物體產生轉動時，施力和力臂的角度關係為何，方可有效達成物體轉動的目標。
並透過此題，理解學生對於轉動時所具備的方向性判別是否正確。其中第 4 題檢 測學生對於物體產生轉動時，施力是否必須存在的看法；第 5 題檢測學生對於物 體產生轉動時，力臂是否必須存在的看法；第 6 題檢測學生對於施力和力臂的角 度關係；第 7 題檢測學生對於物體產生轉動時之方向性判別。
「名詞理解」題型包含第 8 到第 16 題，共有九題，主要在於理解學生對於 槓桿原理之專有名詞的判定或其他想法，檢測學生對支點、施力點、施力臂、抗 力點、抗力臂的名詞判定及施力和抗力方向的判別。其中第 8、9、10 題為支點 概念，第 11、12、13 題為施力方向、施力點、施力臂概念，第 14、15、16 題為 抗力方向、抗力點、抗力臂概念。
「效果判定」題型包含第 17 到第 20 題，共有四題，主要在於理解槓桿運用 時，所產生的效果，是為省力、費力、不省力不費力，或是都有可能。其中第 17 題為檢視槓桿所帶來的可能效應，第 18 題為第一類槓桿的效果判定，第 19 題為第二類槓桿的效果判定，第 20 題為第三類槓桿的效果判定。
此問卷的給分標準，採用 0 分和 1 分來計算，0 分為表示該題答錯，1 分表 示該題答對，整份問卷總計滿分 20 分。依照槓桿原理之概念內容五大類型-槓桿 定義、轉動概念、轉動條件、名詞理解、效果判定以及教學目標中的認知領域的 六大層次-知識、理解、應用、分析、綜合、評鑑，配合題目所屬的概念，編制 成為雙向細目表，整份問卷之雙向細目表如下表所示（表 3-1-2）：
表 3-3-1 「槓桿原理之理解問卷」雙向細目表
二、問卷二：槓桿之判定問卷
問卷二的主要目的在於檢測學生是否能正確判定不同情境下的物體是否為 槓桿並說出其判定的理由。研究者將槓桿判定題型分為四大運動種類，包含了「不 移動，不轉動」、「只移動，不轉動」、「不移動，只轉動」、「邊移動，邊轉動」， 說明如表（表 3-3-2）。在每個運動種類當中，尚有不同情境的設計，總計有十 二種情境問題。
表 3-3-2 物體的運動種類及槓桿判定標準表（＂＋＂代表產生，＂- ＂代表不產生）
物體的運動種類 移動 轉動 槓桿判定
第一類 - - 非槓桿
第二類 ＋ - 非槓桿
第三類 - ＋ 槓桿
第四類 ＋ ＋ 槓桿
教學目標
題號 概念內容
知 識 理 解 應 用 分 析 綜 合 評 鑑
槓桿定義 1
轉動判定 2、3
轉動條件 4、5
6、7
名詞理解
8、 9 10、11 12、13 14、15 16
效果判定 17、18
19、20 合計題數 1 6 13
「不移動，不轉動」的題目狀況為：一個物體具有一個或兩個固定的點，但 卻不能發生移動或轉動，包含情境一的椅子、情境二的手把，兩者均不是槓桿物 體。
「只移動，不轉動」的題目狀況為：一個物體只發生移動現象，改變其原來 位置，卻無轉動現象，包含情境三的刀子、情境四的摩天輪的箱座，兩者均不是 槓桿物體。
「不移動，只轉動」的題目狀況為：一個物體只發生轉動現象，卻無移動現 象，包含了情境五的蹺蹺板、情境六的筆、情境七的木棍、情境八的木板、情境 九的釣竿、情境十麵包夾，情境五和六為第一類槓桿工具，情境七和八為第二類 槓桿工具，情境九和十為第三類槓桿工具。其中情境五、七、九的支點、施力點、
抗力點都會出現；情境六出現兩支點；情境八需自行找出支點；情境十只出現支 點和施力點。
「邊移動，邊轉動」的題目狀況為：一個物體同時產生移動和轉動的現象，
即物體改變原有位置且發生轉動，包含了情境十一的車輪、情境十二的鋼圈，兩 者皆為輪軸，屬於第一類槓桿工具。情境十一為以軸帶輪的費力工具；而情境十 二為以輪帶軸的省力工具。
此問卷的每一個情境問題均包含兩個子題，第一子題為該物體是否為槓桿的 判定，第二子題為判定的理由。第一子題回答正確得 2 分，回答錯誤得 0 分；第 二子題有 0 分、1 分、2 分的計分方式，以物體能繞支點（或固定點）做轉動為 主要判斷槓桿的依據，為完全正確，得 2 分；而以施力、支撐、擺動、省力、類 蹺蹺板或三點共存的想法做為判定依據，但並非正確的槓桿判斷依據，則為部分 正確，僅得 1 分；以外觀或是未提及任何正確的槓桿概念，為全部錯誤，不予以 給分。以此為給分標準的原因在於，學生對於槓桿的判定不全然是使用正確的概 念，例如：有些學生會以支撐點的存在與否作為槓桿判定的依據，但在某些情境 下或許可以判斷，但在某些情境卻無法解釋，因此只能列為具備部分槓桿轉動時 的概念，但並非為全部正確的概念。
若只回答第一子題，卻沒在第二子題寫出理由（亦即此一子題為空白的學
三、半結構式晤談（卡片晤談）：
針對問卷二中出現的十二種情境問題，設計情境問題之晤談大綱，以此做為 研究者對每個情境問題的訪談。此部分學生的深度晤談，其目的在於希望藉由訪 談，請學生說出自己心中的想法，並於訪談前給予學生口頭鼓勵，說明由於學生 在之前問卷施測表現良好，研究者想對其有更深入了解的話語，引發學生能對所 理解的部分盡量做進一步說明，有助於將學生對該情境的看法更加表露無遺。在 晤談過程中，呈現每一情境之圖形，並請學生拿筆，隨時在每個情境出現的圖形 上畫下自己的想法。以下為晤談大綱的內容及目的，分述如下：
主要在於探討學生對於十二種情境圖形的槓桿判定，學生將心中的想法配合 口說方式，使用原子筆畫在圖形上，讓其內在想法更佳清晰可見。當學生有提及 槓桿之專有名詞時，再請學生將專有名詞用原子筆畫在圖形上；若學生沒有提到 專有名詞，也可以把自己的想法在圖形上標註出來。此外，在晤談的過程中，訪 談者並不去強調或問到運用該物體所能達到省力或費力的狀況為何，原因在於很 有可能因為研究者把省力或是費力的問題拋出，會導致學生改變其判別槓桿的依 據，而沒有說出學生內心判別槓桿的原始方式。每一個情境，研究者均重複描述 該情境的真實狀況，並重複發問問題 1 和問題 2，並依學生回答的內容再做深入 訪談。
問題 1：小朋友，在這種情況下，這個物體是不是一個槓桿？
問題 2：為什麼你覺得它是槓桿？或者它不是槓桿？請你具體說明一下，也可以 把想法寫出來或畫在紙上。
問題 3. 綜合情境一到情境十二，請問你，你判別物體是不是槓桿的判別方法是 什麼？