研究工具

在此研究中所使用的工具主要可分為三大類：簡諧運動概念測驗、教材素材及學習 單，將一一說明如下：

一、簡諧運動概念測驗：

本研究的研究工具為：簡諧運動概念測驗，此測驗是依照簡諧運動單元中的重要概 念，以及近年來大學入學指定科目考試試題自行編撰、修訂而成，主要用於前測、後測 及延宕測驗的使用。測驗的目的是在於檢驗學生對於簡諧運動的概念，並進而分析其學 習成效，從中歸納出學生簡諧運動的概念架構。

在設計概念測驗之前，先訂定出本研究所檢測之目標概念，共有四個：(一)簡諧運 動的定義、(二)簡諧運動的位置-時間關係、(三)簡諧運動的位置-速度關係、(四)簡諧運 動的位置-加速度關係，主要以概念理解為出發點，儘量避免公式化的計算題型，所以 設計出與目標概念直接相關之題目以及延伸概念相關之題目。測驗的形式為參考近年來 指定科目考試的題型所設計之選擇題，包含有與簡諧運動性質有關的問題，共 24 題，

詳見附錄三。各概念所對應之題號如下表 3-4-1 所示。

本概念測驗的效度是經由四位高中物理教師進行專家審查，針對題意敘述或圖形呈 現不清楚的部分進行修改，完成學習概念內容題目及認知層次的雙向細目表審查，可參 閱表 3-4-1，共經過多次討論而建立的專家校度。完成後由研究者任教學校之高中三年 級 1 個班級(N=40)進行預試，根據作答狀況進行試題分析，如表 3-4-2。

表 3-4-1：概念測驗工具雙向明細表

二、課程教材及學習單

兩所學校所採用的教科書版本皆為龍騰版，故課程教材內容以龍騰版教科書為主，

動態表徵呈現的多媒體動畫經由多次討論後及模擬操作演練後，共挑選 2 組合適的多媒 體動畫。靜態表徵呈現的圖片，則以教科書內容附圖為主。雖靜態表徵的圖片並非由多 媒體動畫截圖，然而不論動態表徵或是靜態表徵的呈現皆以彈簧振盪圖示來呈現，並無 造成圖示上的明顯差異。

(一)動態表徵：

至於多媒體動畫的挑選，兩位老師則達到一致的共識，挑選出由龍騰文化 提供的多媒體動畫共有 2 組。這兩組動畫的優點在於可以個別展示出簡諧運動 質點的位置-時間關係、位置-速度關係、位置-加速度關係，當然也可以同時將 所有對時間連續變化的物理量同時呈現。(如圖 3-4-1、圖 3-4-2、圖 3-4-3、圖 3-4-4、圖 3-4-5、圖 3-4-6、圖 3-4-7、圖 3-4-8、圖 3-4-9)

1.「水平簡諧運動&鉛直簡諧運動」(龍騰文化)

圖 3-4-1 水平簡諧運動&鉛直簡諧運動

圖 3-4-2 水平簡諧運動的位置變化

圖 3-4-3 水平簡諧運動的速度變化

圖 3-4-4 水平簡諧運動的加速度變化

圖 3-4-5 鉛直簡諧運動的位置變化

2.「2D 等速率圓周運動的投影」(龍騰文化)

圖 3-4-6 2D 等速率圓周運動與投影的關係圖

圖 3-4-7 圓周運動與簡諧運動的關係圖

圖 3-4-8 投影位置與時間的關係圖

圖 3-4-9 投影位置與時間的函數關係圖

(二)靜態表徵：

至於靜態表徵所採用的文字及圖片的使用，因兩所學校高二上學期的教科 書皆採用龍騰文化，故同樣以課本內靜態圖片呈現。(如圖 3-4-10、圖 3-4-11、

圖 3-4-12、圖 3-4-13、圖 3-4-14)

這些圖片仍可以個別展示出簡諧運動質點的位置-時間關係、位置-速度關 係、位置-加速度關係，與動態表徵之動畫的差異為：無法同時將所有對時間 連續變化的物理量同時呈現。

圖 3-4-10 簡諧運動的生活實例(龍騰文化，2012，p158)

圖 3-4-11 物體作簡諧運動所受的彈性力(龍騰文化，2012，p159)

圖 3-4-12 等速率圓周運動在直徑方向的投影是簡諧運動(龍騰文化，2012，p160)

圖 3-4-13 圓周運動在 x 軸上的投影(龍騰文化，2012，p161)

圖 3-4-14 簡諧運動的位置、速度、加速度變化的情形(龍騰文化，2012，p162)

三、學習單：

本研究之學習單是依照簡諧運動單元中的教學目標及學習概念所規劃，透過 5E 學 習環模式引導學生進行探索、解釋、精緻整理歸納出學習重點及內容。學習單的目的除 了可使教師方便檢視學生學習吸收情形、訓練學生整理歸納重點將所學的簡諧運動概念 內化，也能夠從中分析學習成效，掌握學生簡諧運動的概念架構。圖 3-4-1 為學生撰寫 的學習單，原始學習單格式可參閱附錄四。

圖 3-4-15 學生的學習單紀錄(1)

圖 3-4-16 學生的學習單紀錄(2)

圖 3-4-17 學生的學習單紀錄(3)