研究工具

本研究運用的研究工具有數位論證學習網、理化二階層概念測驗、主題相依論證能 力測驗、科學推理測驗，將於下面篇幅逐一說明。

一、數位論證學習網

為配合數位論證學習課程之概念建構教學，研究者參考Hirsch、Saeedi、Cornillon 和Litosseliti (2004) 的「論證學習體驗(Argumentative Learning Experience ，ALEX)」建 置了「數位論證學習網」。此學習網是以論證理論為依據設計的概念建構學習課程，設 計一系列的問題與論證討論。學習者在學習活動進行時透過網際網路連線至本學習網，

進行概念建構學習活動。

此 學 習 網 建 製 於 「 科 學 論 證 數 位 學 習 研 究(Research of On-Line Scientific Argumentation )」的伺服器下，Web Server 是使用Apache Serv，主要程式是使用PHP 語 言所撰寫的，再配合MySQL資料庫作為資料儲存系統。網頁內容的動畫及互動模擬道具 等功能是以Flash MX 2004及MAYA 程式所製作而成的。網站系統建製完成後，先找數 理資優社團的學生進行實驗教學，以測試系統速度與穩定性並找出相關缺失進行修正。

同時針對網站學習內容，由兩位資深國中理化教師與一位科學教育專家進行校對並給予 建議，以求教學內容之正確性。

學習網各項功能簡介如下：

1.學習網站登入首頁：學習者進入「科學論證數位學習研究」網站時，首先需

輸入個人帳號、密碼，以登入資料庫系統，記錄學習者的學習狀況。網站課程包含學生 課程與教師課程兩部分，學習者進入學生課程後必需根據課程學科點選化學或物理進入 學習單元。學習網站登入畫面請參考圖3-4-1。

圖 3-4-1 學習網站登入畫面

2. 學習事件：當學習者開始進行學習時，即進入網路論證學習的一連串學習事件中。學 習者必須依照畫面呈現的進度一一進行概念問題及論證學習活動。如圖3-4-2及圖 3-4-3。

圖 3-4-2 概念問題頁面

圖 3-4-3 論證學習頁面

3. 論證頁面:論證頁面分成三部分:題目、討論區、輸入區。頁面上面部分列出討論 題目，中間部分為小組討論區，呈現小組成員發言的記錄。頁面底部為個人輸 入區，輸入區上方是論證要素的定義，學習者必需根據定義判斷其發言的類型，

選擇要素種類（如圖3-4-4）再選擇範本(如圖 3-4-5)，或選擇自由輸入，系統就

會出現範本(如圖 3-4-6)，學生僅需填入空格後即可送出(如圖 3-4-7)，送出後發 言後(如圖 3-4-8)即會呈現在同組成員的討論區中(如圖 3-4-9)。論證要素範本是 根據Toulmin (1958；2003)的論證架構分類成:事實(D)、宣稱(C)、依據(W)、支 持(B)、反駁(R)，編製時經由三位國中自然與生活科技領域教師與一位科學教育 專家檢驗(詳見附錄一)。

圖 3-4-4 選擇論證要素頁面

圖 3-4-5 選擇論證要素範本頁面

圖 3-4-6 論證要素範本填入頁面

圖 3-4-7 論證要素範本輸出頁面

圖 3-4-8 發言輸出頁面

圖 3-4-9 小組論證輸出頁面 二、理化二階層概念測驗

本研究目的之一是探討經由不同的教學模式，國二學生在二年級下學期學習科學概 念上是否有顯著差異存在。由研究者依據課程內容編製相關的認知部分測驗進行紙本測 驗，測驗時間為四十五分鐘。題目共三十五題，共有七個主題，每一主題各有五題。各

題內容為二階選擇題型式，受測者在作答每一題時，必需先選擇第一階段答案的選項，

然後在第二階段選擇其理由的選項。範例如下:

第一階段:欲點燃同質量的煤塊或煤粉，哪一個較容易?

(A) 煤粉容易 (B) 煤塊容易 (C) 一樣容易 (D) 不一定 第二階段:你的理由是?

(A) 因為都是煤，有效碰撞一樣。

(B) 煤粉總表面積比較大，產生有效碰撞的機會較大。

(C) 煤粉濃度比較高，單位體積中所含粒子較多，所以易產生有效碰撞。

(D) 煤塊與空氣接觸面積較大，易產生有效碰撞。

計分方式必須兩階段都答對才給予一分，總分共三十五分。測驗編製時經由兩位 國中自然與生活科技領域教師與一位科學教育專家共同檢驗，以求其專家效度。為求構 念效度(construct vality)，則取二年級上學期自然與生活科技成績全班前 33%為高分組，

全班後33%為低分組，以前測成績進行檢定，結果顯示 alpha 值為 0.000，達顯著水準，

由此可之此份測驗構念效度達理想範圍。另經由施測學校四個班級於教學、後施測，其 整體試卷的前、後信度alpha 值分別為 0.86、0.92，由此可知此份測驗度達理想範圍(詳 見附錄二)。

三、主題相依能力論證測驗

本研究目的之二是探討經由不同的教學模式，國二學生在二年級下學期學習主題相 依論證能力上是否有顯著差異存在。Sadler 與 Fowler (2006)在門檻模式理論(Threshold Model of Content Knowledge Transfer) 提出學科知識會影響論證能力，因此本測驗除了 測驗學生對論證要素的認知外亦強調知識內容的正確性。研究者依據數位論證學習課程 內容編製成五個主題的相關測驗題目進行紙本測驗，測驗時間為三十分鐘，每一主題各 有五題共設計了二十五題，且各題內容採兩階段選擇題型式。每個主題均包含十個敘 述，受試者在作答每一題時，第一階段必需根據題目要求選擇出正確的論證要素且科學 概念正確的選項，然後在第二階段選擇何以該敘述為事實(D)、宣稱(C)、依據(W)、支 持(B)或反駁(R)的理由。範例如下:

老師拿出一團鋼絲絨，放在室溫下，數天後，看到此鋼絲絨變成紅褐色。此時，再拿出另一團鋼 絲絨點火，迅速起火燃燒，燃燒後剩下一堆的紅褐色的粉末。

A:我看到老師加熱一下子鋼絲絨就燒起來了。

B:我看到靜置數天的鋼絲絨還是有著金屬光澤。

C:因為鋼絲絨起火燃燒後變成紅褐色粉末，而另一個則靜置室溫數天後 變紅褐色，所以我認為兩者的產物應該不一樣。

D:我看到兩邊所剩下的物質都是紅褐色的，所以我認為兩邊所剩下的物 質一樣。

第一階段:你認為哪句話是屬於正確的宣稱(claim)?

第二階段:你的理由是 (A) 能陳述現象、事實 (B) 能從所看到的現象提出自己的主張 (C) 能 提出原理為自己的主張辯護 (D) 能提出過去的經驗支持自己或別人的論點 (E) 能提出理由指 出別人的看法是不正確的

計分方式必須兩階段都答對才給予一分，總分共二十五分。測驗編製時經由兩位國 中自然與生活科技領域教師與一位科學教育專家共同檢驗，以求其專家效度。為求構念 效度(construct vality)，則取二年級上學期自然與生活科技成績全班前 33%為高分組，全 班後33%為低分組，以前測成績進行檢定，結果顯示 alpha 值為 0.000，達顯著水準，由 此可之此份測驗構念效度達理想範圍。另經由施測學校四個班級於教學、後施測，其整 體試卷的前、後信度alpha 值分別為 0.91、0.92，由此可知此份測驗度達理想範圍(詳見 附錄三)。

四、科學推理測驗

本研究目的之三是探討經過不同教學方法，國二學生的科學推理能力上是否有顯著 差異存在。研究者採用Lawson 於1978 年編製、且於2003 年修訂完成的「Classroom Test of Scientific Reasoning」作為評量施測者的科學推理測驗進行紙本測驗，測驗時間為二 十分鐘。內容為二階層選擇題，依據六種推理層次：守恆(conservation)概念、比例思考 (proportional thinking)、辨識與變數控制(identification and control of variables)、機率思考 (probabilistic thinking)、相關性思考(correlative thinking)、假設演繹(hypothetic-deductive) 等共設計成十二題兩階段科學推理題目，其中包括第一階段的答案選項和第二階段的理 由選項。範例如下:

第一階段:假設給你兩個相同形狀、重量與大小的黏土球。其中一個球將它壓平成薄煎餅形狀，下列 哪一個情況是對的？

A.薄餅形的黏土重量比另一個球狀黏土的重量還重。

B.兩個黏土不管形狀如何，它們的重量還是相同。

C.球狀黏土的重量比薄煎餅狀的黏土重量還要重。

第二階段:你所根據的理由是：

A.因為薄煎餅狀的黏土面積比較大。

B.因為同一點往下壓，壓的越平，其重量就會越大。

C.因為當物體弄成薄餅狀時，會失去一些重量。

D.因為黏土沒有增加或減少。

E.因為當物體被弄成平版狀的時候，重量會增加。

計分方式同樣採取答案、理由兩階段都答對才給予一分，總分共十二分。將測驗原 文經由四位國中自然與生活科技領域教師編製成中文，再經兩位科學教育專家翻譯成英 文與原試題進行效化檢驗。。為求構念效度(construct vality)，則取二年級上學期自然與 生活科技成績全班前33%為高分組，全班後33%為低分組，以前測成績進行檢定，結果 顯示alpha值為0.000，達顯著水準，由此可之此份測驗構念效度達理想範圍。另經由施 測學校四個班級於教學、後施測，其整體試卷的前、後信度alpha值分別為0.69、0.74，

由此可知此份測驗度達理想範圍 (詳見附錄四)。