本研究的研究工具，包括科學探究能力測驗、概念認知測驗及晤談。
一、科學探究能力測驗
此測驗與本研究之科學遊戲內容不同，但是探究能力偏向於方法、技巧方面 的能力，與特定內容無關（content free），因此本研究採用此測驗來測量探究能 力，仍屬可行。
實施前測與後測之間，學生接受了科學遊戲教學，因此使用同一份測驗可看 出學生探究能力的改變；但後測與延宕測之間並沒有做任何實驗處理，若仍使用 同一份考題，可能會造成反覆練習的效應，因此延宕測採用了與前後測內容性質 相同的評量──「凸透鏡與凹透鏡」──進行施測。
（一）前後測：賣冰塊的爺爺
探究能力測驗前後測試卷於教學活動前後施測，本測驗參考高慧蓮（2005）
之實作評量修訂而成。原評量是根據科學探究研究群所界定出之五個探究能力所 設計出的「國小科學探究能力實作評量─賣冰塊的爺爺」，將科學探究能力分為 五項，再分為13個細項科學探究能力。本研究考量學生作答時間，從五個科學探 究能力中，挑選1到2題的細項科學探究能力，以此方式選擇7題編製而成的科學 探究能力測驗（參考表3-5-1）。要特別說明的是第一題，原測驗以開放的方式讓 學生填答，研究者考量學生鮮少使用探究的方式學習科學，因此改以評分標準中 的例子編製封閉式答案的選項供學生勾選。學生在此測驗中所得到的測驗分數，
當作本研究所指之「科學探究能力」的成效。
表3-5-1 科學探究能力測驗前後測題目編號
五項科學探究能力 細項科學探究能力 配合的題號
察覺問題
1
一、界定問題的能力
形成假設
2
二、設計規劃的能力 實驗設計（步驟、器 材、變因掌控、記錄表 格 )
3
多元思考以解決探究 過程所發生的問題 三、實作驗證的能力
4
實驗操作
5
四、解釋分析的能力 比較、解釋與彚整資料 的能力
6
五、溝通辯證的能力 溝通探究過程與批判質疑的能力
7
原評量表在編製後，已延請學科專家、中小學教師，協助修正或重新設計題 目，確認測量內容與題意能正確吻合；為了減少受試者對題目的誤解與無法理解 題意的情形，再請一班未參與研究的學生（30人 )進行預測，修改無誤後才進行 正式實測。研究者在挑選七題後，亦請一名大學教授、一名具有科學教育背景的 專家、兩名國小自然科學教師協助審定其適切性後，在一個國小高年級的班級（28 人）實施初探教學，再次修改會讓受試者誤解的題目。
原評量表施測後，除了研究者評分外，另請兩位教師重新評分，以盡量減少 研究者主觀的觀點，增進客觀性。本研究所使用的七題評量表亦然，在預測時除 了研究者自行評分外，另請一位國小自然科教師評分，兩位評分者對評量表的評 分等級相關係數，前測為.932，P<.01；後測為.896 P<.01，顯示兩位評分者對28 份探究能力測驗卷的評分具有很高的一致性。
（二）延宕測：凸透鏡與凹透鏡
探究能力測驗延宕測試卷於後測測驗完畢兩個星期後實施，本測驗參考陳博 文（2007）之實作評量修訂而成，原評量是根據高慧蓮於2005年的實作評量編製 而成的，內容為配合國小五上南一版自然第三單元「戴眼鏡為什麼可以矯正視 力」。本研究考量學生作答時間，從五個科學探究能力中，挑選1到2題的細項科 學探究能力，以此方式選擇7題編製而成的科學探究能力測驗（如表3-5-1 )，並稍
微修改敘述語句，使其閱讀起來更加容易。
由於本研究使用科學探究能力測驗是為了測驗學生的探究能力，而非概念知 識，因此加入了「光線經過水晶體後聚焦於視網膜」的背景知識，讓學生不至於 因為不瞭解成像的原因而導致無法作答。加入的背景知識置放於第二題和第三題 之間。
第五題原為瞭解學生進行實驗時的情形為何，但因為本研究並沒有讓學生親 自動手操作此項實驗，因此參考高慧蓮（2005 )的探究能力評量，在不改變其配 合之五大科學探究能力──實作驗證的能力，以及細項科學探究能力──的前提 下，將原題目：
根據你的實驗設計進行實驗的實際情形為何？
( )根據實驗設計，而且正確進行實驗操作。
( )根據實驗設計，但是沒有完全正確進行實驗操作。
( )沒有完全根據實驗設計進行實驗操作。
( )完全沒有根據實驗設計進行實驗操作。
修改為：
如果有下面幾種物品，你要怎麼利用其中的幾項材料來分辨「近視眼鏡和老 花眼鏡屬於哪一種」呢？
凸透鏡、凹透鏡、膠帶、記錄表、報紙、白紙、課本、碼表、紙箱、尺、塑 膠袋、棉花、蠟燭、手電筒、打火機、近視眼鏡、老花眼鏡
5. 請詳細說明你如何設計這個實驗。（以文字敘述為主，可畫圖輔助）
學生在此測驗中所得到的測驗分數，當作本研究所指之「科學探究能力」保 留之成效。
原評量表（陳博文，2007）經大學教授指導，三位國科會計畫研究團隊中的 研究員、一位數理教育研究生、一位國小自然科任教老師提供改進意見，並以高 慧蓮（2005 )之評量所得之成績總分做為效標，再令同一群學生填答元平量表的
成績與效標求其相關，在α=.05 的水準下，求得之Pearson相關係數為.74。本研 究修改後之評量表經一名大學教授審定，一名具有科學教育背景的專家、兩位國 小自然科教師再次審閱，參考多位科學教育研究者的意見編製而成，因此本測驗 應具有效度。
原評量（陳博文，2007）選定31位學生進行預試，由兩位老師評分，求取兩 者評分的相關性，得到相關係數為.86，p=.000 達到.05 的顯著水準（α=.05 )。
本研究修改後之測驗，選定一個國小高年級的班級（28人）實施初探教學後，除 了研究者評分以外，另請一位國小自然科教師評分，兩位評分者對評量表的評分 等級相關係數為.957， p<.01，顯示兩位評分者對28份探究能力延宕測驗卷的評 分具有很高的一致性。
二、概念認知測驗
依研究需要，研究者自編概念認知測驗，以調查學生在接受教學活動前後，
對教學活動所要傳達的概念瞭解的程度，在每個教學活動之前、之後及後測結束 之後兩個星期實施。本測驗經台中教育大學許良榮教授指導，並請研究者任教學 校兩位高年級自然科任教老師提供改進意見編製而成，並以Bloom的教學目標分 類建立雙向細目表，因此本測驗應具有效度。Bloom將學習類別分為認知、動作 技能、情意三個領域，可分別再細分成六個不同層次，由簡單到複雜，依序為：
知識（Knowledge )、理解（Comprehension )、應用（Application )、分析（Analysis )、
綜合（Synthesis )、評鑑（Evaluation )。研究者參照其中的認知領域來撰擬試題，
由於學生初次接觸此類教學活動，與過往的學習方式差異甚大，故以知識、理解、
應用三個層次的目標來設計，本測驗的雙向細目表整理如表3-5-2。
表3-5-2 概念認知測驗之雙向細目表
和.76，顯示測驗工具應具有穩定性。
三、晤談
包含協同教師訪談及學生晤談。初探教學時進行三次協同教師訪談，目的在 於瞭解協同教師對於教學流程及教學內容的看法，提出需要改進之處，並藉由協 同教師的觀察，更加清楚學生的學習狀況，以作為正式教學時的教學修正之參考。
學生晤談在初探及正式教學時皆需實施。前者的目的在於瞭解學生在進行課 程後的學習心得和教學潛在問題，以作為正式教學時修正教學的依據，晤談的內 容包含學生從科學遊戲教學活動中學到什麼、科學遊戲教學和傳統的自然課不同 之處、三個科學遊戲教學以及活動學習單、探究能力測驗需要修改的地方等等。
後者的目的主要在於瞭解學生進行課程後的學習狀況，進一步確認科學遊戲教學 的提昇探究能力的效果及可行性，晤談的內容與初探教學大致相同，但扣除對於 活動學習單及探究能力測驗的修訂方向。所有教學活動及測驗結束後，隨機選擇 三組學生進行晤談，每組由組有高、中、低學業成就各一人所組成，由於研究對 象的班級中，男女比例約為2：1，因此選擇二位男學生和一位女學生。
所有的晤談紀錄皆以錄音方式留下資料，並轉錄成文字資料，並加以編碼，
方便研究者日後做更進一步的比對。