研究工具

本研究工具分成兩類，包含教學工具與測驗工具。教學工具為「月相盈虧 成因課程」，而評量工具包括「空間能力測驗」、「月相盈虧成因學習成效測驗」、

「認知負荷量表」，將上述研究工具之發展原則與流程詳述如下：

一、月相盈虧成因課程

（一）確認教學內容

教育部 100 學年度實施的九年一貫課程綱要（2008）中「自然與生活科技」

學習領域提到關於月相相關學習概念的科學與技術認知能力分段能力指標（表 3.3.1）與教材內容自然界的組成與特性課題，地球的環境主題中，次主題地球 和太空的要項與細目（表 3.3.2），要點如下：

表 3.3.1

九年一貫課程綱要（2008）「自然與生活科技」學習領域能力分段能力指標

階段 內容

第二階段

（國小三至四年級）

認識環境

2-2-4-2 觀察月亮東昇西落的情形，以及長期持續觀察 月相，發現月相盈虧，具有週期性。

第四階段

（國中一至三年級）

認識環境

2-4-3-1 由日、月、地模型瞭解晝夜、四季、日食、月 食及潮汐現象。

2-4-3-4 知道地球在宇宙中的相關地位。

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表 3.3.2

九年一貫課程綱要（2008）「自然與生活科技」學習領域教材內容要項與細目

要項 細目

月亮 2a.察覺月亮東昇西落。

2b.觀察並知道月亮有盈虧現象（月相變化）。

地、日、月系統 4a.利用模型描述地、日、月之間的相對運動，並解釋月 相變化、日食、月食的現象。

參考各版本教科書內容，月相盈虧成因概念分成三個單元進行學習，分別 為「月相盈虧成因」、「月相與農曆日期」、「月相與時間」三個單元，月相盈虧成 因內容包含月亮受光照形成亮暗面、月相變化的成因與週期、月亮同一面朝向地 球的原因；月相與農曆日期單元內容包含不同月相形狀的名稱，不同月相對應到 的農曆日期；月相與時間單元包含各月相的月出月末與月亮升到最高點的時間、

月相亮面方位。

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（二）多媒體課程設計

使用多種電腦軟體設計多媒體動畫教材（表 3.3.3），利用 3dsMax 軟體建立 3D 模型，使用 iClone 軟體製作日地月系統並依單元需求做成動畫，使用 Corel Video Studio 剪輯動畫影片搭配字幕，利用 Photoshop 編輯修改圖片，最後用 Flash 將所有教材單元所需的動畫、圖片包裝成一個完整的電腦多媒體動畫教 材。

表 3.3.3

設計軟體與工作內容

軟體工具 工作內容

3dsMax 製作擬真的太陽、月球、地球 3D 模型

iClone 將太陽、地球、月球 3D 模型佈置成日地月系統模型，利 用不同視角攝影機拍攝不同單元所需的日地月系統相對 運動的動畫及月相週期性盈虧變化的動畫

Corel Video Studio

將輸出的動畫剪輯，搭配上說明字幕，輸出成各單元內容 所使用的完整教學動畫

Photoshop 將動畫影片截圖修改成各單元所需的整合性圖片

Flash 將所有單元的內容、動畫與圖片包裝在一個檔案中，製作 成完整的電腦多媒體動畫教材。

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參考 Mayer（2001）多媒體教材設計原則與 Sweller（2008）認知負荷理論 的教學效應設計多媒體的月相盈虧成因課程教材課程設計完成後經由清華大學 天文領域教授與臺灣師範大學科教領域教授指導審查修改完成。將本研究設計使 用之多媒體設計原則（表 3.3.4）與認知負荷理論教學效應（表 3.3.5）整理如 下：

表 3.3.4

參考使用 Mayer 的多媒體教材設計原則項目 設計原則 設計內容

多媒體原則 動畫+圖片+文字呈現。

圖片+文字呈現。

空間接近原則 動畫／圖片和相關文字同時呈現時彼此排列緊密，方便閱讀。

時間接近原則 動畫／圖片和相關文字敘述同時呈現。

連貫原則 去除無關的教學素材，保留與課程內容相關的資訊。

分割原則 將課程分成三個學習單元段落，學習者可以自由控制學習速度。

標記原則 標題、大綱提供重點標記，文字敘述重點以紅色字體標記。

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表 3.3.5

參考使用 Sweller 的認知負荷理論教學效應項目 教學效應 設計內容

演練效應 使用動畫呈現，模擬演示日地月系統模型的相對運動過程。

分散注意力效應 將教材內容的動畫／圖片與說明的文字敘述同時呈現並排 列緊密，可以避免學生在閱讀上產生困擾。

專家逆轉效應 本研究之對象皆為新手學習者，故本研究設計之多媒體動畫 教材不會產生專家逆轉效應。

想像效應 在課程開始之初，教材內容提供簡單的問題，要求學習者先 針對月相盈虧概念進行相關的思考活動，試著想像日地月系 統的運作並回答問題，有助於提升學習效果。

元素互動效應 元素太多、互動性太高會增加學習者的內在認知負荷，在動 畫中只呈現相關的地球、月球、太陽模型，並在動畫中非必 要時不呈現地球自轉、地球公轉、太陽自轉等元素間互動內 容，避免元素互動性過高導致畫面過於複雜混亂。

獨立互動性元素 效應

依各單元的內容提供需要的元素與元素間的互動呈現，例如 在月相盈虧單元時獨立呈現月球公轉與自轉；在月相與時間 單元時獨立呈現地球自轉的內容。

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二、評量工具

（一）空間能力測驗

為了瞭解學生在使用多媒體月相盈虧成因課程時，空間能力對學生學習成 效與認知負荷的影響，因此在課程進行前，先讓學生進行空間能力測驗，並以此 測驗分數代表學生的空間能力程度進行分析。由於研究對象為國中九年級的學生，

因此本研究引用梁勇能（2001）針對國中學生發展的空間能力測驗，測驗內容包 含「空間方位測驗」與「空間視覺測驗」。「空間方位測驗」有 25 題單選題，限 制時間為 8 分鐘；「空間視覺測驗」有 25 題單選題，限制時間為 12 分鐘，總分 數為五十分。每份測驗前會先進行測驗說明與範例講解，然後才開始計時進行測 驗。

根據正式施測結果，空間能力測驗的 KR-20 信度值為 0.89；空間方位測驗 的 KR-20 信度值為 0.83；空間視覺測驗的 KR-20 信度值為 0.82。

（二）月相盈虧成因學習成效測驗

為了瞭解學生使用月相盈虧成因課程後的學習成效，因此設計月相盈虧成 因學習成效測驗來評估學生的學習成效。試題設計參考民國 90 年至 100 年間國 民中學基本能力測驗中與月相概念相關之試題，並根據各版本教科書與教師手冊 課程內容設計可以評估學生學習成效的題目，題目參閱附錄二。

題目總數 20 題，列出月相盈虧成因學習成效測驗雙向細目表（表 3.3.6）， 此研究工具內容效度採用專家效度，經由清華大學天文研究所教授與國中地球科 學教師指導審查修正。根據正式施測結果，月相盈虧成因學習成效測驗的 KR-20 信度值為 0.84。

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（三）認知負荷量表

為了瞭解學生使用月相盈虧成因課程的認知負荷，因此設計認知負荷量表 來評估學生的認知負荷程度。測量方法採用 Sweller（1998）提出的主觀測量法，

此測量法是基於受試者有能力回顧及反思其學習過程中的認知歷程，並將自己感 知的負荷量化。由於主觀測量法不需使用大量儀器輔助進行測驗，且採用學生自 評的方式，最為方便且快速，普遍受到研究者使用（e.g., Paas, 1992; Paas &

van Merrie¨nboer, 1993; Sweller et al., 1998; Tuovinen & Paas, 2004; van Merrie¨nboer & Sweller, 2005），故本研究之認知負荷量表以主觀測量法的形 式進行。針對課程單元內容與整體教材設計 4 題問題，題目請參閱附錄三。本量 表設計以李克特氏七分量表（Likert Scale）的形式，以 1-7 的數值代表學習者 自評耗費心力的程度，數字越高代表越耗費心力，認知負荷越高。

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