研究工具

本研究使用的研究工具包含有對照組和實驗組的教材（講述法課程和動手做 實驗），以及希望量表和二階層診斷試題，以下說明各項：

一、 對照組和實驗組教材

教材內容由研究者改編自劉家成（2002）。對照組和實驗組的教材是講述法課 程和動手做實驗，內容都是相同的，但教學順序不同。

講述法課程的教材為浮力概念，由教師主導，將浮力的科學概念主要以講述 輔以簡單的實驗演示傳達給學生。講述法的教材有四份：第一份講述浮力、重量 和支撐力之間的力平衡；第二份講述相同的物體沒入水中的體積越大，物體所受 浮力越大；第三份講述相同的物體浸入的液體密度越大，物體所受浮力越大；第 四份講述判斷沉浮，最後統整浮力單元的概念內容，其詳細內容整理於表 3-3-1。

表 3-3-1

講述法教材與課程內容對應表

教材 課程內容

教材一：重力與浮力、支 撐力的力平衡

物體靜止不動，所受合力為零。

1.浮體所受的力：重力和浮力，大小相同方向相反

2.沉體所受的力：

向下的力：重力

向上的力：浮力和支撐力的總和

向下的力等於向下的力：重力＝浮力＋支撐力

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教材二：物體所受浮力與 其沒入液體體積的關係

物體所受浮力和物體沒入液體體積有關

1.相同液體中，物體若沒入該液體體積越多，所受浮 力越大

2.相同液體中，物體若沒入該液體體積固定，所受浮 力不變

教材三：物體所受浮力與 液體密度的關係

物體所受浮力和液體密度有關

1.物體沒入不同液體體積相同時，液體密度越大，物 體所受浮力越大

2.物體沒入不同液體體積相同時，液體密度越小，物 體所受浮力越小

教材四：影響物體所受浮 力大小的因素與判斷物 體沉浮的原則

1.由物體密度和液體密度判斷沉浮 2.統整

動手做實驗的部分由學生操作，學生依照學習單上的指示依序完成實驗前的 預測和觀察實驗結果，若學生實驗前的預測和觀察的結果不符合，則順利的引起 學生認知衝突，和不滿足（Posner et al., 1982），也就是設置停止標誌（Potvin, 2013）。

實驗一的部分，學習單上僅提供兩物體的重量和實驗步驟，並要求學生在做 實驗之前先進行預測，判斷將僅知重量的兩物體放在水中的沉浮情況，預測結束 後再進行實驗並觀察實驗結果，若預測和實驗結果不符合，則產生認知衝突。

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實驗二的學習單裡的實驗步驟為將兩體積相同但重量不同的保麗龍球放入水 中，並比較兩顆保麗龍球沒入液體中的體積和所受浮力，學生先看過實驗步驟做 預測再動手做實驗觀察結果，若實驗結果和預測不同，則有認知衝突。

實驗三則是依照實驗步驟預測同一顆雞蛋在水、鹽水、鹽水和酒精的混合溶 液中的沉浮情況，最後再觀察實驗結果，預測如果和觀察到的實驗結果有所出入，

則有認知衝突。

在此課程中，學生有機會在實驗完成後能自己拼湊線索而解釋出正確的科學，

也有可能只是發覺自己原先的預測是錯誤的，但不確定錯在哪裡，不管是哪一種 情況，教師均不給予直接的回應。教材與課程內容如表 3-3-2。

表 3-3-2

實驗教材與課程內容對應表

教材 課程內容

實驗一：浮力與重量的關係 動手做實驗

認知衝突：不能只用重量判斷物體的沉浮 實驗二：物體所受浮力與其

沒入液體體積的關係

動手做實驗

認知衝突：浮力和沒入體積有關 沒入體積越大，物體所受浮力越大 實驗三：物體所受浮力與液

體密度的關係

動手做實驗

認知衝突：浮力和液體密度有關 液體密度越大，物體所受浮力越大 液體密度越小，物體所受浮力越小

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在動手做實驗中所使用的實驗器材如圖 3-3-1：

物體 A 物體 B

保麗龍球 C 保麗龍球 D

塑膠杯 彈簧秤

圖 3-3-1 實驗器材圖

對照組依照 Classical Model（Posner et al., 1982; Nussbaum & Novick, 1982），

先給予學生認知衝突再傳達正確的科學概念，所以教學流程為先動手做實驗再講 述法課程。

實驗組則依照 Prevalence Model（Potvin, 2013），要先確認新概念的有效性，

再設置停止標誌，讓學生放棄舊有概念，接受新的科學概念，如同在爬樹時，先

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確認有另一支可靠樹枝可以攀爬，才會抓住新樹枝（新概念）而放棄舊樹枝（舊 概念）。故教學流程為先講述法課程再進行動手做實驗。

二、 評量工具

1. 希望感量表

本研究使用的希望感量表為「中學生希望感量表（課業學習）」（敬世龍，

2010），該份量表研擬過程中先選定專家進行兩回合的德懷術（Delphi）之專家內 容效度，依據專家建議完成預試量表後對 360 位學生施測，收回 339 份有效問卷，

再依施測結果進行資料分析編製正式量表。正式量表施測於全國四種規模類型的 學校共 40 所，收回有效問卷 1052 份。中學生希望感量表共有五個分量表：個人、

課業、同儕、家庭和休閒，總題目為 36 題，其整體量表的信度為.94，中學學業學 習部分的信度係數為.89。該份希望感量表擁有良好的信度、聚合效度和區別效度。

中學生希望感量表特定目標面向（課業學習部分）有 8 題，其中第 1、3、4、

5 題的構念為路徑，剩下的 2、6、7、8 為意志力。每題有五個項目可以選擇：「非 常符合」、「大部分符合」、「無意見」、「大部分不符合」和「非常不符合」，依序給 分 5 到 1 分，最高分為 40 分，最低分為 5 分。分數越高則希望感越高，反之分數 越低代表希望感越低。此份希望感量表（課業學習）對 1052 位國一到高三中學生 施測的結果其平均值為 3.47，標準差為.88（敬世龍，2010）。

該量表曾施測於 24 位國三學生，希望感平均值則為 3.3073，標準差.6736，進 行文本討論課程中的希望感平均為 3.5729，標準差為.6415，完成文本討論課程後 的希望感平均為 3.7448，標準差為.6411（日惠季，2012）。

由於敬世龍（2010）的施測範圍遍及全國且施測人數上千人，較具有代表性，

故本研究以 3.47 作為高低希望感的界定標準，課業學習希望感若高於 3.47（含）

為高希望感者，若低於 3.47 則界定為低希望感。

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重量（Camacho &

Cazares, 1998）

物體重量大，便會沉浮

（Rowell & Dawson，

1977；許嘉玲，1997）

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3. 評量工具的檢測 (1) 專家審查

浮力二階層診斷試題由研究者改編自劉家成（2002）後，先由一位科學教育 專家檢視，再由一位國中五年年資的理化科教師與另位曾有國中理化科八年年資 現為科學教育的專家進行專家審查，於審查過程中採納各專家的建議修改評量工 具。

(2) 預試

預試人數的決定原則建議以量表中最多題數的 3~5 倍（吳明隆，2008），本研 究中使用的浮力二階層試題共 18 題（第一階 9 題第二階 9 題，二階都答對才計分），

最少預試人數應為 54 人；希望感量表共 8 題，最少預試人數應為 24 人。

浮力二階層診斷試題的部分，預試於臺北市某高中的高一學生與高雄市某國 中的九年級學生施測，參與預試的學生均學習過浮力單元，共 65 人，將其作答結 果進行 KR20 信度的檢測，結果為.860，表 3-3-4 顯示各題刪除更改後的信度，改 進的幅度不大，故維持此試題內容於正式施測時使用。

液體體積相同，物體所

受浮力相同 14-C、16-A 公式（江新合、許

榮 富 、 林 寶 山 ， 1992）

無 法 區 別 重 量 和 密 度 的 差 異

（ Smith, Snir, &

Grosslight, 1992）

不會計算密度 2-A、2-D、8-A、8-E、

12-D、18-B

公式迷思

不會計算重量 4-B、4-D

其他 浮體所受浮力大 6-B

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表 3-3-4

浮力二階層診斷試題項目分析結果一覽表

題號 刪除該題後 KR20 保留

1、2 .842 留

3、4 .826 留

5、6 .844 留

7、8 .848 留

9、10 .848 留

11、12

.835 留

13、14

.843 留

15、16 .890 留

17、18 .825 留

而希望感量表的部分，於基隆市某高職的兩個體育班進行預測，收回有效問 卷共 39 份，進行內部一致性信度檢定，其 Cronbach’s α值為.866，與敬世龍（2010）

的施測結果.89 接近。量表項目分析結果如表 3-3-5，刪除任一題的 Cronbach’s α 均無提升，故維持原量表的內容。

表 3-3-5

希望感量表項目分析結果一覽表

題號 刪除該題後 Cronbach’s α 保留

1 .851 留

2 .850 留

3 .852 留

4 .860 留

5 .862 留

6 .846 留

7 .840 留

8 .838 留

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