第三節 第三節
第三節 研究工具 研究工具 研究工具 研究工具
本研究所使用之研究工具皆由研究者自行研發，包含『酸鹼概念診斷測驗』
和『酸鹼建模能力分析試題』。研究工具的設計要點如表 3-3-1 所示。
表 3-3-1 研究工具的設計要點
研究工具 內容 設計目的
酸鹼概念 診斷測驗
分為三個概念，共包含十個 命題陳述，各命題陳述設計 三題平行試題，共三十題。
每題1 分，總分 30 分。
探討不同教學模式對學生酸鹼概 念學習成效的影響。將試題中相關 概念的選項進行認知特徵編碼，以 統整出學生的心智模式。
酸鹼建模能 力分析試題
分為三個概念，依模型的選 擇、建立、效化、應用和調 度的建模歷程設計試題，共 二十四題。各歷程 6 分，總 分 30 分。
探討不同教學模式對提升學生建 模能力的影響。
研究工具內容詳述如下：
一、酸鹼概念診斷測驗(附錄八)
本研究將酸鹼概念分為『酸鹼的定義與通性』、『酸鹼濃度與 pH 值』和『酸 鹼中和與鹽類』三個學習主題，概念下共分十個命題陳述，學習內容之概念圖詳 見附錄一。各命題陳述設計酸鹼概念之平行試題三題，總題數為選擇題(單選)三 十題，命題陳述與題號對應表如表 3-3-2 所示。試題編製完成後由九年級一個班 的學生進行第一次預試，預試完成後從中挑選六名學生進行訪談，從中獲得相關 資訊作為試題修正之用。試題修正後由一名科教所教授、一名科教所博士後研究 助理和二名教學資歷十年以上之中學教師(亦為科教所博士班之在學生)進行專 家效度審查。專家就題目之題意表達、命題陳述與概念正確性惠予指教與修正，
試題修正完成後由同校九年級另三個班學生共 86 人進行第二次預試，其信度之 Cronbach’s Alpha＝.776。
表 3-3-2 酸鹼概念命題陳述與題號對應表
主題概念 命題陳述 對應題號
酸鹼的定 義與通性
1.酸類為溶於水(或與水作用)可產生氫離子(H＋) 的化合物，使水溶液可導電，為電解質。
與活性大金屬反應產生氫氣；與碳酸鹽類反應 產生二氧化碳。
2.鹼類為溶於水(或與水作用)可產生氫氧根離子 (OH－) 的化合物，使水溶液可導電，為電解 質。水溶液有滑膩感，可溶解油脂。
3.強酸(鹼)與弱酸(鹼)的區別在於解離度不同，強 酸(鹼)水溶液幾乎完全解離；弱酸(鹼) 水溶液 部分解離。
1，4，21
2，5，22
7，8，9
酸鹼濃度 與 pH 值
4.一公升溶液中所含溶質莫耳數，稱為（容積）
莫耳濃度，以 M 表示。
5. 25℃時，任何水溶液中〔H＋〕x〔OH－〕＝
10-14(M2)。酸性溶液中〔H＋〕和〔OH－〕同時存 在，且〔H＋〕＞〔OH－〕；鹼性溶液中〔H＋〕 和〔OH－〕同時存在，且〔H＋〕＜〔OH－〕；
中性溶液中〔H＋〕和〔OH－〕同時存在，且
〔H＋〕＝〔OH－〕。
6.可以用 pH 值表示溶液中〔H＋〕，例：〔H＋〕＝
10-xM，則 pH 值＝x，〔H＋〕愈大，pH 值愈小。
11，24，28
12，16，27
6，10，13
酸鹼中和
鹽類溶液的
Vosniadou 與 Brewer (1992)認為心智模式是為了回答、解決問題或是處理某 種狀況所產生的一種動態結構。Vosniadou 對心智模式的分析可區分為三大類：
基於日常生活經驗所產生的『初始模式』；在文化脈絡下相互作用所結合而成的
『綜合模式』以及與科學觀點一致的『科學模式』。研究者依酸鹼中和的認知特 徵組合歸納出學生所具有的六種心智模式，其中『初始模式』包含現象模式和直 覺濃度模式；『綜合模式』包含定義錯置模式和通性錯置模式；『科學模式』再 區分為類科學模式和完整的科學模式。類別關係如表 3-3-5 所示。
表 3-3-5 酸鹼中和概念心智模式
心智模式類別 心智模式 認知特徵 題號及選項
現象模式 1-b，2-b 15(B)，29(D)，23(A)，26(D) 初始模式
直覺濃度模式 1-e，2-e 15(C)，20(A)，25(D)，26(C) 定義錯置模式 1-c，2-c 20(D)，29(B)，23(B)，26(B) 綜合模式
通性錯置模式 1-d，2-d 15(A)，29(A)，23(D)，25(B) 類科學模式 1-a，2-a
科學模式
科學模式 1-a，2-a
15(D)，20(C)，29(C) 23(C)，25(A)，26(A)
茲將各心智模式的認知內容分述如下：
1.現象模式：以生活經驗中的巨觀現象和素樸的強度觀念判斷酸鹼中和。例如：
學生認為酸鹼中和是因為酸和鹼強度相同抵銷，所產生的鹽類有鹹味。
2.直覺濃度模式：直覺式地認為酸鹼中和必須濃度相同，但缺乏數量與計算的觀 念。例如：學生認為酸鹼中和是因為酸性和鹼性物質濃度相同，所產生鹽類的 酸鹼性由酸和鹼的濃度決定。
3.定義錯置模式：學習後誤將酸、鹼或鹽類溶液中所含的離子錯置。例如：學生 認為酸鹼中和是因為酸中的 OH－和鹼中的 H＋數量相等，所產生鹽類水溶液中 只含有其解離之離子，不含 H＋和 OH－。
4.通性錯置模式：學習後認為酸鹼中和所產生鹽類的性質與食鹽相同。例如：學 生誤認為酸鹼中和所產生的鹽類為食鹽或鹽類水溶液必為中性。
5.類科學模式：學生學習後擁有大部分正確的酸鹼中和科學概念。例如：酸鹼中 和為酸中的 H＋和鹼中的 OH－數量相等，所產生鹽類的水溶液可能為中性、弱 酸性或弱鹼性。
6.科學模式：學生學習後擁有完整正確的酸鹼中和科學概念。
前四種心智模式的判斷依據為學生在表 3-3-5 中各模式所對應之 4 種題號及 選項中選答其中 3 種以上；若學生的答案中最多只對應到某一心智模式的 2 種題 號及選項歸類為混合模式；若學生的答案中同時對應到某二種心智模式的 2 種題 號及選項歸類為競爭模式；若學生答案所對應之心智模式的題號及選項都只有一 種，則歸類為競爭模式；類科學模式的判斷依據為學生在 6 種相對應的題號及 選項中選答其中 4 或 5 種，而科學模式則必須 6 題相對應的題號及選項完全符合。
二、酸鹼建模能力分析試題(附錄九)
為探討建模教學對學生建模能力提升的成效，研究者參考張志康與邱美虹 (2009)所發展之建模能力分析指標(MAAI)設計一份『酸鹼建模能力分析試題』。
試題設計選定 MAAI 建模歷程中的模型選擇、模型建立、模型效化、模型應用和 模型調度等五個歷程，各歷程至少出三題以上之試題，試題類型主要為開放式問 答題，各歷程總分 6 分，五個歷程共 30 分，以量化的形式作為學生建模能力的 判斷依據，其計分標準參照附錄十。試題內容同樣由一名科教所教授、一名科教 所博士後研究助理和二名教學資歷十年以上之中學教師協助進行專家效度審查。