第三章 研究方法
第五節 研究工具
本研究主要希望了解學生繳交的家庭作業在經過不同的回饋之後，對學生學 習成效的影響，而配合研究的章節為國三上第二單元牛頓三大運動定律，因此本 研究的研究工具中，包含測量牛頓三大運動定律概念的試題，藉以了解學生在經 過家庭作業的回饋後，是否有證據支持教師的回饋影響學生的學習成效。本節說 明研究者使用之工具，包含牛頓運動定律試題、學習動機問卷、牛頓三大運動定 律開放式試題、學生自我檢核表，以及情意問卷與訪談問題，以下將分別敘述之。
其中牛頓三大運動定律試題與學習動機問卷均各自包含前測與後測，為考量 學生作答的方便性，研究者將兩測驗合為一題本，兩題本施測時間皆為 40 分鐘；
另外，研究者為深入了解開放式作業回饋的差異對學生學習成效的影響，另設計 了一份開放式的後測試題，同樣為了學生作答的方便性將上述開放式後測試題與 學生學習檢核表合併為一題本，施測時間為 45 分鐘，詳見表 3-11。
表 3-11 試題題本架構
題本 試題內容 施測時間
前測試題題本 1.牛頓三大運動定律前測試題 2.學習動機前測
40 分鐘 封閉式後測題本 1.牛頓三大運動定律封閉式後測試題
2.學習動機後測
40 分鐘 開放式後測題本 1.牛頓三大運動定律開放式後測試題
2.學生自我檢核表
45 分鐘
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此外，為方便調查與閱讀，茲說明題目編碼原則:
第一碼:A 代表前測；B 代表封閉後測；C 代表開放式後測。
第二碼:試題題號；以 1、2、3…來表示 第三碼:子題號；以 1、2、3…來表示
第四碼:子題中第幾格，a 表示第一格；b 表示第二格 第五碼: 題目屬性；E:解釋原理；F:力圖繪製
編碼中，一般選擇性試題，例如前測、封閉式後測試題，若有子題則編至三 碼，而開放式後測試題因具有力圖繪製與原理解釋，若有子題、且子題有小格則 編至五碼。試各舉一例以資說明，代號「A-1-2」的編碼，即代表此題為前測試 題中，第一題的第二子題；「C-5-2a-F」的編碼，代表此題為開放式後測試題中 第五題第二子題中的第一格，需繪製力圖解釋。
一、 牛頓三大運動定律試題
本試題測驗學生對牛頓三大運動定律的認知理解情形，內容依照現行國中三 年級課本中，牛頓三大運動定律的概念命題。此外，考慮到測驗效應(testing effect) 之影響，此成就測驗的前、後測題目並不相同，分別於教學前、後一星期內實施。
關於題目的詳細內容，如附件五、附件六、附件七。
為了解前、後測工具的品質，因此本研究將進行相關的試題分析，以及題目 的信、效度分析，以下將依序報導試題設計理念、專家效度、內容效度與信度。
(一) 試題設計理念
本研究是想了解各組學生歷經相同的牛頓運動定律教學後，皆予以開放式家 庭作業，若教師給予不同的回饋，將對學生的牛頓運動定律學習效果造成什麼影
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響。故研究者在設計題本時，以現行國三上學期第二單元「力與運動」中，與牛 頓三大運動定律相關的課本內容做為命題的參考，關於牛頓三大運動定律所牽涉 到的概念，已列於表 3- 2，研究者依照概念表命題。
本試題中有兩題屬於先備知識概念題，首先，考慮到在牛頓三大運動定律的 內容中，常牽涉到合力的計算，所以在前測、封閉式後測試題中，第一題設計目 的為測知學生是否了解作用在同一物體上的兩力，其合力的計算為同向相加、反 向相減、若兩力垂直則需以畢氏定理計算。接著，在牛頓三大運動定律的內容當 中，常牽涉到等速度運動、加速度運動，這些與直線運動單元相關的名詞，因此 在前測、封閉式後測試題中，第二題的設計為讓學生辨識哪一個物體正在進行加 速度運動。
為了解學生經過牛頓三大運動定律作業回饋差異是如何影響學生的學習成 效，研究者設計開放式試題，目的為了解學生填答答案時，其對牛頓三大運動定 律的概念是否有融會貫通，是否確實了解物體具有各種運動狀態的原因。為了解 到學生在不同回饋方式下的學習情況，研究者設計與家庭作業格式相仿的開放式 問答題，同時為了解到不同回饋方式的學生在選擇一般選擇題的答案時，是否真 正了解選此答案背後的原因，還是只是運氣好而猜對。研究者傾向於將此份試題 設計為開放式的試題: 每一題先以一般常見的選擇題型式出現，再輔以開放式的 問答，也就是說研究者會在該題選擇題下方立即詢問學生對於如此選擇的解釋為 何。
在開放式後測的試題中，部分的題目來源為歷年基測試題，經稍微修改後成 為開放式試題；另外，為了解學生對於合力計算、力圖繪製的能力，題目中除會 要求學生計算合力大小，也會要求學生以力圖的方式來呈現合力為零或不為零的
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相關情形；合力計算與力圖的繪製是開放式家庭作業中，教師相當重視的一環，
因為一個運動現象的發生與作用在物體上的合力有關，故在學生的回答中，教師 將以力的三要素:力的大小、力的方向、力的施力點作為評分力圖繪製是否正確 的標準。
(二) 效度
1. 專家效度
本研究工具請兩位具有科學教育背景的國中現職教師進行審查，兩位教師的 學歷背景敘述如下:第一位為在國中任教超過十年的教師，該位教師畢業於師範 大學物理系，最高學歷為科學教育研究所；第二位教師為在國中任教僅兩年之教 師，畢業於師範大學物理系。研究者請上述兩位教師對題目進行審查，為針對試 題的合適性以及語意不清的部分進行修改，以建立專家效度，大幅度修改之試題 與其修改理由參見下方表 3-12、表 3- 13、表 3- 14。
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表 3-12 第 A-1、B-1 題修改過程
原題目 有大小相等的兩力，F1=F2=10gw，作用於同一物體時：
1-1 當其夾角為 0 度，合力？ gw。
1-2 當其夾角為 90 度，合力？ gw。
1-3 當其夾角為 180 度，合力？ gw。
修改後題目
修改原因 牛頓運動定律牽涉到合力的概念，在解題時經常需要使 用力圖以了解物體的受力情形，因此建議將文字敘述改 為力圖呈現。
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表 3- 13 第 A-8-1 題修改過程
原題目 20kgw 的憤怒鳥，在冰面上(可忽略摩擦力)以 100 牛頓 的力向前方丟出一顆 1kgw 的彈珠，請回答下列問題。
憤怒鳥所受的力與彈珠所受的力各為多少牛頓?
(A)(100，100) (B)(0，100) (C)(-100，100) (D)(0，0)
修改後題目 100kgw 的憤怒鳥，在冰面上(可忽略摩擦力)以 100 牛頓 的力向前方丟出一顆 1kgw 的彈珠，請回答下列問題。
(彈珠，憤怒鳥)所受的力大小與方向各為何?
(A)(100，-100) (B)(100，0) (C)(100，-1) (D)(0，0)
修改原因 本題要考的概念為作用力與反作用力的關係，也就是作 用力與反作用力大小相等、方向相反。原題目中問「所 受的力各為多少牛頓」，僅包含力的大小，缺乏方向的概 念；故建議更改為「所受的力大小與方向各為何」，明確 表示題意為求力的大小與力的方向。
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表 3- 14 第 A-9 題修改過程
原題目 兩物體 A(3kgw)與 B(1kgw)綁在同一條繩上，如下圖，今 施以 30 牛頓的拉力，求 A、B 的加速度各為多少m/s2?(不 需考慮摩擦力與繩重)
(A)(10，30) (B)(10，0) (C)(0，30) (D)(7.5，7.5)
修改後題目 兩物體 A(3kgw)與 B(1kgw)置於地面上，如下圖，今施以 30 牛頓的推力，求 A、B 的加速度各為多少m/s2?(不需考 慮摩擦力)
(A)(10，30) (B)(10，0) (C)(0，30) (D)(7.5，7.5)
修改原因 本題要考的概念為牛頓第二定律中，合力、質量、加速 度間的關係。但原題目中，兩物體 A、B 之間尚有一繩作 用於其間，容易造成學生觀念的混淆，或導致學生並非 因為缺乏牛頓第二運動定律的概念而答錯，故建議將原 題目中之繩去除。
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作用力與反作用力關係 A-8-1、A-10-1、A-10-2、
A-10-3、A-10-4、A-10-5、
A-11-1、A11-3、A-12-2
10 題
兩力不可抵消 A-12-1
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作用力與反作用力關係 B-5-1、B-5-2、B-5-3、B-5-4、
B-5-5、B-8-1、B-11-1、B-13-2、 合力為零或不受外力 C-1-2E、C-4-2E、C-5-1a-E
牛頓第二 運動定律
合力不為零，沿力方向產 生一加速度
C-1-3、C-1-3E、C-2、C-2E、
C-3E、C-5-2a-E
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(三) 題目分析
本研究前、後測的題目分析皆採用古典測驗理論的方式進行，題目分析的目 的在於找出鑑別度不佳的題目，並將之在後續分析中刪除，以免干擾後續相關之 探討。前測試題鑑別度及難度報導於表 3- 18，封閉式後測試題鑑別度及難度報 導於表 3- 19，開放式後測試題鑑別度及難度報導於表 3- 20。
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由表 3-18 可見，A-5-2、A-11-1、A-12-2、A-12-4 等試題的鑑別度不足，因 此本研究在後續進行整體分析時，將不考慮這些題目在內。
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B-10、B-11-3 外，其餘試題鑑別度均大於 0.4，表示後測試題具有足夠鑑別度，
可以協助研究者在後續分析中進行相關討論。
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表 3- 20 牛頓三大運動定律測驗開放式後測試題鑑別度、難度
題號 鑑別度 難度
C-1-1 0.43 0.62
C-1-2 0.37 0.66
C-1-2E 0.42 0.34
C-1-3 0.30 0.87
C-1-3E 0.51 0.54
C-2 0.44 0.58
C-2E 0.43 0.48
C-3 0.32 0.73
C-3E 0.29 0.13
C-4-1 0.41 0.45
C-4-2E 0.47 0.40
C-4-3F 0.50 0.34
C-5-1a-F 0.58 0.29 C-5-1a-E 0.66 0.47
C-5-1b 0.46 0.67
C-5-1b-E 0.59 0.49 C-5-2a-F 0.57 0.29 C-5-2a-E 0.68 0.63 C-5-2b-F 0.67 0.55
由表 3-20 可知，開放式後測試題的點二系列相關係數皆大於 0.2，其中除 C-1-2、C-1-3、C-3、C-3E 的試題外，其餘試題的鑑別度皆大於 0.4，顯示此份試 題的良好鑑別度。
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(四) 信度
1. 內部一致性
本研究工具的目的在了解學生牛頓運動定律概念的理解情形，以 Cronbach’s α分析題本之內部一致性指標，得前測題本之 Cronbach’s α值為 0.71，後測題 本之 Cronbach’s α值為 0.72，開放式後測之 Cronbach’s α值為 0.74。
2. 評分者信度
本研究工具是由研究者訂出評分標準後(參見附件八)，另請一位評分者進行 開放式後測的評分，並檢驗研究者與評分者間的評分者一致性，評分者為具物理 背景之國中理化科教師，評分者於評分開始前會先與研究者充分討論過評分標準 後才進行評分，各題的評分者一致性如表 3- 21 所示。研究者與評分者有評分分 數不一致的題目為 C-4-2E、C-4-3F 兩題，經由討論後得到一致性的結果。
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二、 學習動機量表
「不憤不啟，不悱不發。」意指若還不到學生想瞭解而不得其解的時候，不 去開導他，不到學生想表達意見卻說不出來的時候，不去啟發他；這句話是至聖
「不憤不啟，不悱不發。」意指若還不到學生想瞭解而不得其解的時候，不 去開導他，不到學生想表達意見卻說不出來的時候，不去啟發他；這句話是至聖