研究工具

本研究所使用的研究工具有「視覺成像概念網路類比學習網」、「視覺成像概念建構 測驗」、「視覺成像概念主題相依類比推理測驗」、「科學推理測驗」、「視覺成像概念訪 談」，以及「視覺成像概念類比學習歷程測驗」。蒐集資料所採用的研究工具，分別詳細 說明如下：

一、視覺成像概念網路類比學習網：

為了配合視覺成像概念網路類比學習課程之概念建構教學，此學習網是以純粹比對 類比與傳達屬性類比的類比架構理論為基礎設計的概念建構學習課程，並設計一系列的 問題與類比推理討論。學習者在進行視覺成像概念學習活動時，於該受試學校的電腦教 室，透過網際網路連線至本學習網，以進行概念建構的學習活動。

視覺成像概念網路類比學習網是建製於「科學概念的建構與重建數位學習研究 (Research of Scientific Concept Construction and Reconstruction Digital Learning)」的伺服 器下，Web Server 是使用 Apache Server，其主要的程式是使用 PHP 語言所撰寫的，再 搭配MySQL 資料庫來當作資料儲存系統。網頁內容上所呈現的動畫與互動模擬道具等 功能，乃是使用Flash MX 2008 程式所製作而成。網站內容建製完成後，先找尋受試學 校的一個班級，進行網路學習的教學測試，目的在於測試系統遠端連線速度與系統穩定 性，並找出相關的缺失以進行修正。同時針對網站上的學習內容，經由兩位資深自然與 生活科技教師與一位科學教育專家，共同進行校對並給予建議，以確保教學內容的正確 性與完整性。視覺成像概念學習各項功能簡介如下：

1.申請帳號：在學習者第一次登入此學習網站前，需先申請使用者帳號，待經過註冊之 後，即完成帳號之申請作業。

2.學習網站登入首頁：學習者通過註冊資格審核後，學習者即可透過網際網路連線，進 入科學概念的建構與重建數位學習研究網站時，點選「會員中心」，接下來輸入個人 帳號與密碼，就可登入資料庫系統。研究者可以經由此資料庫系統監測學生的學習狀 況，最後學習者再點選光學進入學習課程。學習網站登入首頁畫面，如圖3-4-1 所示。

圖3-4-1 學習網站登入首頁畫面

3.學習事件：當學習者登入網站開始進行課程學習時，即可進入視覺成像概念網路互動 式類比學習環境，開始進行一系列的學習事件。學習者依照網頁畫面呈現的步驟，逐 頁的進行概念學習與問題回答的活動。其中課程學習的內容，由靜態與動態的文字敘 述與圖片、表格、動畫影片與動畫模擬、實際拍攝的教學影片等多媒體組成。

4.離開系統：學習者在完成課程學習之後，點選登出，即可離開視覺成像概念學習系統。

二、視覺成像概念建構測驗：

由研究者依據課程內容編製相關的概念測驗，內容採取二階層選擇題紙筆測驗的形 式，測驗時間為三十分鐘。測驗題目分為兩個主題（主題一：光與眼睛；主題二：近視 眼、老花眼與矯正），每個主題各包含十題，共計二十題。每一個題目都包含一個概念 問題及三個另有概念的選項。答案的選項分成兩個階層，第一階層是詢問學生對於概念 的問題的答案，包含四個選項，其中僅有一個適合的答案；第二階層則進一步詢問學生，

在第一層次所選擇的答案的理由，包含四個選項，其中三個為學生常有的另有概念，僅 有一個適當的概念。學生在做答每題時，需要先選擇第一階層的選項，然後在第二階層 選擇其理由的選項。

測驗的記分方式必須兩個階層都答對才給一分，只答對其中一個階層則不給分，總 分共二十分。測驗題目編製過程，經由兩位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。測驗編製完成後，經由施測學校六個班級於教學前、後、

追蹤施測，加以檢驗其測驗題目信度(詳見附錄一)。在整份測驗卷的信度分析上，採用 SPSS 12.0 版，進行信度的計算。前測信度 Cronbach’s α 值為 0.69，後測信度 Cronbach’s α 值為 0.80，追蹤測信度 Cronbach’s α 值為 0.81，試卷之內容細目表如表 3-4-1 所示。

表3-4-1 視覺成像概念建構測驗內容細目表

視覺成像概念 題目

主題一 光與眼睛 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1.發光物與反光物概念 ˇ ˇ

2.透鏡折射光線概念 ˇ ˇ ˇ ˇ

3.透鏡成像的概念 ˇ

4.眼睛構造 ˇ ˇ ˇ

5.眼睛成像概念 ˇ ˇ ˇ ˇ

主題二 近視眼、老花眼與矯正 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

1.眼睛近視概念 ˇ ˇ ˇ

2.近視眼成像概念 ˇ ˇ ˇ ˇ

3.近視眼矯正概念 ˇ

4.眼睛老花概念 ˇ ˇ ˇ

5.老花眼成像概念 ˇ ˇ ˇ ˇ

6.老花眼矯正概念 ˇ

三、視覺成像概念主題相依類比推理測驗：

為了瞭解學生是否具備正確而完整的視覺成像相關類比推理概念，由研究者依據課 程內容編製相關的類比推理測驗題目，內容採取二階層選擇題紙筆測驗的形式，測驗時 間為三十分鐘。測驗題目有十三題，每一個題目都包含一個概念問題及三個另有概念的 選項。答案的選項分成兩個階層，第一階層是詢問學生對於類比推理的問題的答案，包 含四個選項，其中僅有一個適合的答案；第二階層則進一步詢問學生，在第一層次所選 擇的答案的理由，包含四個選項，其中三個為學生常有的另有概念，僅有一個適當的概 念。學生在做答每題時，需要先選擇第一階層的選項，然後在第二階層選擇其理由的選 項。

測驗的記分方式必須兩個階層都答對才給一分，只答對其中一個階層則不給分，總 分共十三分。測驗題目編製過程，經由兩位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。測驗編製完成後，經由施測學校六個班級於教學前、後、

追蹤施測，加以檢驗其測驗題目信度(詳見附錄二)。在整份測驗卷的信度分析上，採用 SPSS 12.0 版，進行信度的計算。前測信度 Cronbach’s α 值為 0.72，後測信度 Cronbach’s α 值為 0.80，追蹤測信度 Cronbach’s α 值為 0.78。

四、科學推理測驗：

本實驗是採用 She & Lee（2008）參考 Lawson（1978）所編製、且於 2000 年修訂 完成的科學推理測驗，經翻譯重新編寫修訂而成的「科學推理測驗國小版」，作為評量 受試者的科學推理能力的紙筆測驗題目，測驗時間為二十分鐘。測驗題型採取二階層紙 筆測驗選擇題形式，第一階層依題意回答可能的現象或觀察結果；第二階層回答推理的 依據為何，題目總共十二題。依科學推理能力的發展，題目主題依序為：1.質量守恆 (conservation of weight)、2.置換體積守恆(conservation of displaced volume)、3.比例 (proportional thinking)、4.進階比例(advanced proportional thinking)、5.辨識並控制變因 (identification and control of variables)、6.辨識並控制變因與機率(identification and control of variables and probabilistic thinking)、7.辨識並控制變因與機率(identification and control

of variables and probabilistic thinking)、8.機率(probabilistic thinking)、9.進階機率(advanced probabilistic thinking) 、 10. 關 聯 性 思 考 ， 比 例 和 機 率 (correlative thinking includes proportions and probability)、11.假設演繹思考(hypothetic-deductive thinking)、12.假設演 繹推理(hypothetic-deductive reasoning)。測驗的記分方式必須兩個階層都答對才給一 分，只答對其中一個階層則不給分，總分共十二分，其整體試卷前測信度Cronbach’s α 值為0.71，後測信度 Cronbach’s α 值為 0.61，追蹤測信度 Cronbach’s α 值為 0.76(詳見附 錄三)。

五、視覺成像概念訪談：

本研究除了進行量化研究外，同時也採取質化資料來輔助，檢驗學生在視覺成像概 念網路類比學習的成效。由研究者依據課程內容編製相關的訪談問題，其中包含8 個訪 談題目，皆採用半結構式訪談的方式來進行。在訪談過程中，除了讓學生回答問題的答 案之外，再進一步追問其回答所根據的理由，以期能對學生視覺成像概念的建構進行更 深入的分析與探討(詳見附錄四)。

受訪的學生分成純粹比對類比組與傳達屬性類比組各兩個班，每個班級再依據學生 的學業成績分成高、中、低分三組，每組男、女學生各兩位，純粹比對類比組共24 位、

傳達屬性類比組共24 位學生，總共 48 位學生。分別在學習前先對受試者進行概念前測 訪談，以得知學生具有的先備概念；於學習後，再針對受試者進行概念後測訪談；於教 學後六週，再針對受試者進行概念追蹤測訪談，以了解學生概念建構的情況。訪談過程 中，皆進行全程錄音，並於事後再轉錄成逐字稿。

針對訪談的逐字稿，對八個問題進行統整，以歸納成四個視覺成像概念，然後再分 析與探討學生於教學前、後、追蹤測訪談時，其視覺成像正確概念分數、科學推理層級 (N、G、EL、J)與類比推理層級(N、SAS、SAD、SRS、SRD)的差異情況。以下就正確 概念分數、科學推理層級與類比推理層級進行說明：

1. 正確概念分數：分析學生在訪談問題回答內容的正確性，每回答出一個正確概念即 給一分，兩個正確概念則給兩分，依此類推。當累積分數越高，表示學生回答的答 案越正確，且相關的概念越豐富。

2. 科 學 推 理 層 級 ： 分 析 學 生 的 科 學 推 理 層 級 標 準 ， 則 修 改 Hogan, Nastasi, &

Pressley(2000)的科學推理層級分類，將科學推理層級區分成不相關(None, N)、概述 (Generativity, G)、精緻化(Elaboration, EL)、辯證(Justification, J)四個等級。同時，

在進行科學推理層級分析時，僅針對學生在視覺成像概念訪談中，所回答的正確概 念來評定其所屬的科學推理層級。

(1) 不相關(N)：學生的回答中完全不包含任何與問題相關的論述。

例如『我們的眼睛是如何看見東西的呢？』的問題中，學生回答的理由如下：

回答：『我不知道、我忘記了。』

(2) 概述(G)：學生對自然現象做直觀的描述或以質樸概念來回答。

例如『我們的眼睛是如何看見東西的呢？』的問題中，學生回答的理由如下：

回答：『有光線進入眼睛，眼睛就可以看得到。』

(3) 精緻化(EL)：學生能以正確科學術語辭彙或科學方法，如運用測量、估計、數字關 係等，對問題相關的現象進行說明。

例如『我們的眼睛是如何看見東西的呢？』的問題中，學生回答的理由如下：

回答：『物體的光線經過眼睛水晶體後，會聚集在一起，使影像落在視網膜上。』

(4) 辯證(J)：在「證據取向」方面，學生能利用實驗變因和結果之間的關係來說明現象；

(4) 辯證(J)：在「證據取向」方面，學生能利用實驗變因和結果之間的關係來說明現象；