續表 3-4-1 研究工具與使用目的說明
研究一：化學電池的成份與關係
預試之概念問卷結果 Cronbach’s 為。
圖 3-4-1 化學電池的成份與關係概念圖
表 3-4-2 化學電池概念試題(Ⅰ)雙向細目表
二、建模能力評鑑表
化學電池概念試題(Ⅰ)的設計包含了建模歷程相對應的試題內容，試題有相 對應的建模歷程見表 3-4-4，因此，對於學生的建模能力評量方式即是透過此份 問卷搭配上表 3-4-5 的評鑑表，即可得知學生的建模能力。
研究一的建模能力評鑑表是修改張志康和邱美虹(2009)所提出的建模能力 分析指標方式，本研究將搭配邱美虹 2015 國科會計畫提出的建模歷程指標，縱 向則為：模型選擇、模型建立、模型效化、模型應用與模型調度等五部份。由於，
研究主題課程屬性的限制，在此並不將模型分析、模型修正與模型轉換列為評量 的類別；橫向為學生答題的反應階層，其標示如下：前結構、單一結構、多重結 構、相關結構、延伸抽象結構以及科學理論等六個層次(見表 3-4-5)。此建模能力 評鑑表皆由一位科學教育博士背景的高中化學老師進行專家效度，給予建議之後 進行修改。
表 3-4-4 研究一 建模歷程相對應試題舉例說明 鑑模
歷程
試題舉例 試題說明
模型 選擇
下圖裝置為一鋅棒(Zn)浸放在 1M 的 A 水溶液中，另一銅棒 (Cu)浸放在 1M 的 B 水溶液中，另以導線連接兩金屬棒與 D 裝 置，並且以裝有 C 溶液(1M)的鹽橋插入 A、B 溶液之中。
Cu2+(aq) ＋ 2e- → Cu(s) E0= ＋0.34 V Zn2+(aq) ＋ 2e- → Zn(s) E0= －0.76 V
請圈選出上圖電極裝置的功能名稱、並標示出 A、B、C 水溶 液名稱與寫出 D 裝置的名稱
學 生 在 組 裝 化 學 電池電池時，必須 選 擇 正 確 的 物 件 進行組裝。
續表 3-4-4 研究一 建模歷程相對應試題舉例說明
表 3-4-5 研究一 建模能力評鑑
續表 3-4-5 研究一 建模能力評鑑
三、心智模式評鑑表
邱美虹(2008)提到化學電池的心智模式依據化學電池的成份、關係與抽象延 伸關係的完備程度可分成以下七種心智模式，分別為電池雛型模式、電池電解混 淆模式、電極混淆模式、電路雛型模式、電路進階模式、類科學模式與科學模式。
因此，尋找研究一學生對於化學電池的心智模式時，從化學電池概念試題(Ⅰ)的 試題當中，抽取關於成份、關係與抽象延伸關係的試題組合(見表 3-4-6)，完成學 生心智模式評鑑表(表 3-4-7)，並根據學生三大分類的完備程度以及特性，確認每 位學生對於化學電池的心智模式。
本研究對象為國中學生，僅接觸過日常生活中的電池，尚未對於化學電有任 何的先被經驗，因此，在上述提到的七個心智模式中再添加入「電池概念不完整」
的心智模式(表 3-4-7)。研究一的課程內容中，並未談論化學電池交互作用的因 素，因此在抽象思考的層次上會少了化學平衡的內容。在評量的設計上，尚未檢 測學生對於化學電池電壓的變化是否擁有利用化學平衡此抽象敘述的心智模 式，為了維持研究一與研究二學生心智模型評鑑項目的一致性，因此，研究一學 生的心智模是最高僅達「類科學模式」；研究二的學生心智模式則有「科學模型」。 表 3-4-6 研究一 化學電池心智模式試題組合
分類 主要概念 題號 題數
成份 電極 E1 1
電解液 EA、EB 2
鹽橋 EC 1
外電路 ED、25 2
關係 電極-電解液關係 E2、03 2
電極-鹽橋關係 01 1
電極-外電路關係 02、09 2
電解液-鹽橋關係 21 1
抽象思考 原理 12、10、11 3 粒子移動方向 E3、E4 2
總題數 17
表 3-4-7 研究一 化學電池心智模式類型與心智模式評鑑表
研究二：化學電池的交互作用 Cronbach’s 為 0.79。
圖 3-4-2 化學電池的交互作用概念圖
表 3-4-8 化學電池概念試題(Ⅱ)雙向細目表
二、化學電池建模能力評量問卷
研究二的樣本來自於研究一的建模文本教學組，學生已經接受過建模教學，
為了評量學生的建模能力，必須使用更為精準的建模能力評量問卷，因此，選擇 張志康與邱美虹(2009)所開發的建模能力評量試題，作為本研究二的建模能力問 卷(見附錄七)。此份建模能力評量問卷試題形式皆為問答題，為了防止學生不知 道如何回答問題，因此在問題後方加入引導語，透過引導語的提示回答的方向，
可幫助學生答出較為正確的內容，例如：第二題：「在這些知識架構下，你會準 備哪物件？分別敘述這些物件的功能是什麼呢？」學生在做答時通常僅寫下物件 名稱，而忽略寫下物件的功能，進行建模能力評鑑時易造成誤差，為了防止這樣 的情形，在後方會加入引導語「導線 ：是用來做為 … …的 …」，使學生得知，
不僅要將物件內容寫出來，更要對於物件的功能加以說明；第十題：「請畫出一 個電壓更強的組裝池 」，學生僅繪製出裝置圖，對於內容並不會再進一步解釋，
因此，在引導語的內容為：「(A) 標示出新電池的物件名稱 (B)說明元件之間明 元件之間的關係又為何？ (C) 試說明有什麼理論可以支持你的想法？」，透過此 方式更能夠貼近國中學生的回答習慣。
三、建模能力評鑑表
研究二的建模能力是使用張志康與邱美虹(2009)開發的「建模能力評量試題
─電化學篇」，因此編碼表與編碼記分表亦是參照此份試題所設定的架構進行編 碼與評分。由於配合學生回答的情形，在模型調度的建模能力的編碼表與編碼記 分依據原先設定的方式進行些許更動，可更符合本研究學生所回答的情境(見表 3-4-10 與表 3-4-11)。
建模歷程的評分方式依照學生回答內容的「因素量」、「關係量」與「延伸關 係量」等數值大小進行評斷(張志康、邱美虹,2009)，可分成 Level 0~ Level 5。與 其它建模歷程評分內容不同的是模型調度，因為此歷程評分並未計算「微觀」因 素的數目，而是計算「影響化學電池電壓」因素的數目，有此改變是因為，在模 型調度的試題中，明確提及學生必須說明元件名稱、元件之間的關係與說明理 論。學生會提及如：電極活性大小、電解液濃度與系統溫度等變因，因此，此變 因內容取代「微觀」的編碼(見表 3-4-10)。
四、心智模式評鑑表
研究二的課程內容主要探討「影響化學電池電壓的因素」，透過學習希望學
表 3-4-13 研究二 心智模式編碼表
分類 次分類 碼
成份 電極 舉例 銅電極、鋅電極
功能 產生氧化還原的地方、電子交換的場所 電解液 舉例 硫酸銅、硫酸鋅
功能 提供反應所需的離子 鹽橋 舉例 硝酸鉀
功能 中性的鹽類、電解質水溶液、形成通路 外電路 舉例 三用電表、燈泡、導線
功能 形成通路
關係 電極-電解液 機制 1.電解液與電極要互相配合
2.硫酸銅的銅離子提供反應所需的反應物 3.硫酸鋅的鋅離子不反應
限制 電解液為酸性，會使電極產生氫氣
電解液-鹽橋 機制 鹽橋為了維持電中性，使鹽橋內離子移動 (例：陽離子朝陰極移動；陰離子朝陽極移動) 限制 鹽橋加鹼使得電解液產生沉澱
(例：氫氧化鋅、氫氧化銅)
電極-鹽橋 限制 1.鹽橋為酸性時，使得電極產生氫氣 2.鹽橋為鹼性時，使得電極產生沉澱
電極-外電路 機制 1.導線連接兩電極，使得電子(或電流)在導線中流動 2.導線將電子由正極(陽極)傳遞至負極(陰極)
抽象 描述
原理 1.氧化還原反應 2.兩電極的活性差
3.電子：由鋅電極流向電器再流向銅電極；
離子：鹽橋陽離子流向陰極；鹽橋陰離子流向陽極 化學平衡 電解液濃度 現象 1.陽極電解液濃度提高，電壓下降
2.陰極電解液濃度提高，電壓上升
解釋 1.陽極電解液濃度提高，逆反應大於正反應，
總反應朝左
2.陰極電解液濃度提高，正反應大於逆反應，
總反應朝右
表 3-4-14 研究二 心智模式評鑑表
層次 類型 心智模式特徵 試題組合 評鑑規準
科學模式 科學模式 電池的組成成分完整且有電池的反應、通路 的概念，也建立完整的成分之間的關係，以 及完整的抽象延伸關係。
()：12(C)、13(C) 、16(B)、
17(B)、19(C)、20(C)