第三章 研究方法
第三節 研究工具
本研究所採用之問卷包含「科學認識觀問卷」、「科學學習動機問卷」及「隨堂學習 單」此三種問卷，前兩份問卷為量性問卷，學習單為質性問卷。在判斷量性問卷(科學 認識觀問卷和科學學習動機問卷)是否可靠時，本研究參考各問卷之內部一致性信度，
常使用之內部一致性信度指標為Cronbach’s alpha 值，故本研究以 Cronbach’s alpha 值表 示各問卷之內部一致信信度。
一、科學認識觀問卷
本研究採取Conley 等(2004)的架構，使用其所發展的問卷，將測量學生在知識本質 和知曉的本質上的表現變化，此問卷經蔡今中教授翻譯成中文。問卷題目共有26 題，
採Likert 五分量表計分，每題均有五個選項「非常同意」、「同意」、「同意和不同意的程 度差不多」、「不同意」、「非常不同意」，若學生非常同意該題敘述，則選擇5，表示「非 常同意」，選擇1 則表示「非常不同意」，以此類推。1 到 5 題探測學生對「科學知識的 來源」的看法，6 到 11 題針對「知識的確定性」，12 到 17 題為「科學知識的發展」，18 到26 題則測量學生對「科學理論的驗證」的想法。各項目說明如下：
(1)科學知識的來源─檢驗關於「知識源於外在的權威」的信念，例如：「在科學中，
只有科學家們知道如何確定什麼是對的」、「科學家們所說的，每個人都要相信」。(2)知 識的確定性─檢驗關於「知識只有單一答案」的信念，例如「從事科學研究最重要的就 是要想出那一個唯一正確的答案」、「科學上的所有問題都有一個正確的答案」。(3)科學 知識的發展─檢驗關於「科學是會演化的且不斷改變」的信念，例如：「科學課本中的 想法有時候會改變」、「有時候科學家們會改變他們原來認為是對的想法」。(4)科學理論 的驗證─檢驗關於「實驗的角色和知識的驗證」的信念，例如：「做實驗是確定一個科 學想法對不對的好方法」、「對於科學的問題而言，一個好的答案通常是根據許多不同科 學實驗所得到的證據而來的」。那麼此份問卷是否可靠？本研究參考文獻中該問卷內部 一致性信度(Cronbach’s alpha 值)，以Conley 等(2004)和Liang 與 Tsai(2010)的研究為例，
各項度之內部一致性信度(Cronbach’s alpha 值)整理至表 3-4。
表3- 4 Conley 等(2004)和 Liang 與 Tsai(2010)使用科學本質問卷之內部一致性係數 Conely et al. (2004) Liang & Tsai(2010)
科學知識的來源 .81 .82 .69
知識的確定性 .78 .79 .76
科學知識的發展 .57 .66 .82
科學知識的確定性 .65 .76 .77
註：Liang & Tsai(2010)為國內之研究
二、學習動機問卷
為了測量學生在物理上的學習動機，研究者採Tuan, Chin, 與 Shieh (2005)發展的科 學學習動機問卷，用以探討學生科學學習動機，本研究所使用之問卷為第一位作者段曉 林老師所提供之中文版問卷。題目共有35 題，採 Likert 五分量表計分，其中有 9 題為 反向題，其餘26 題為正向題。1 到 7 題測量學生「自我效能」，8 到 15 題測量學生「主 動學習策略」，16 到 20 題測量學生「科學學習價值」，21 到 24 測量學生「表現目標導 向」，25 到 29 測量學生「成就目標」，30 到 35 測量學生「學習環境誘因」，各項說明如 下：
(1)自我效能─學生相信能在物理學習上表現良好，例如：「不論物理內容簡單或困 難，我都有把握能學會」、「我有信心在物理科的考試中取得好的成績」。(2)主動學習策 略─學生在使用不同策略下採取主動角色，例如：「當有一些物理觀念不懂時，我會找 相關資料來幫助理解」、「在學習過程中，我會企圖瞭解所學的知識之間的關聯性」。(3) 科學學習價值─學生能了解科學學習的價值在於增進問題解決能力、體驗探究活動、刺 激思考、找出和日常生活相關的科學，例如「我認為在物理課中學習解決問題的方法是 很重要的」、「我認為物理課中參與科學探究活動是很重要的」。(4)表現目標導向─學生 學習的目標在於和同學競爭和獲得老師注意，例如「我參與物理課的活動主要是為了表 現比同學好」、「我參與物理課的活動是為了能讓同學認為我很聰明」。(5)成就目標導向
─在科學課堂學習中，學生滿足於增進能力和成就，例如「在學習物理時，我覺得最有 成就感的時候是，當我對物理的課程或題目練習越做越有自信」、「在學習物理時，我覺 得最有成就感的時候是，當我解決一個難題時」。(6)學習環境誘因─影響學生學習動機
的學習環境因素，例如：「我願意參與物理課，因為物理(物理)課本內容生動」、「我願意 參與物理課，因為老師教學有變化」。Tuan, Chin, 與 Shieh(2005)的研究中各項度內部一 致性係數(Cronbach’s alpha 值)整理至表 3-5。
表3- 5 Tuan、Chin 與 Shieh(2005)使用科學學習動機問卷之內部一致性係數
個人 班級
自我效能 .82 .78
主動學習策略 .87 .84
科學學習價值 .70 .66
表現目標導向 .81 .79
成就目標導向 .80 .78
學習環境誘因 .75 .69
為了檢視學生對於「光電效應」單元的看法，研究者在後測中加了兩句陳述─「我 喜歡光電效應單元的上課方式」及「光電效應單元的上課方式能幫助我學習」，目的是 測量學生對光電效應單元上課方式的看法，依照Likert 五分量表形式，非常同意為 5 分，
非常不同意為1 分，並請學生回答理由。
三、隨堂學習單
參考Lederman et al. (2002)的 VNOS-C，由劉湘瑤教授翻譯之科學本質問卷（Liu &
Lederman, 2007），其評量項目包括科學知識的暫時性、經驗性、推論性、創造性、理論 蘊含性、社會文化影響層面，本研究依照光電效應發展史設計學習單問題時，評估科學 史教材和VNOS-C 題目的契合程度，參考其中之「恐龍大約在距今六千五百萬年前絕跡，
贈成恐龍滅絕的原因中說紛紜，最廣為接受的學說有兩個：一個認為在六千五百萬年前 有棵巨大的彗星撞擊地球，造成地球表面環境巨變，因而造成恐龍滅絕；另一種說法是 認為六千五百外年前地球表面有過劇烈的火山與板塊運動，因而造成恐龍滅絕。兩種學 說的支持者都以同樣的證據為依據，為什麼會得到兩種完全不同的結論？」，設計二元 對立的理論或假說請學生選擇何者較具說服力，此類型題目共三題分屬於兩份學習單，
學習單之其他題目則依照科學史料設計，製作成為學習單，科學史教材與學習單提問內 容另請歷史系教授指點後加以修正。在科學史教學中每階段均請學生思考問題並寫下想 法於學習單上，均為非封閉式問題，詳細提問內容見教學設計。
四、光電效應小考與段考題目
由合作教師設計出，目的為測量學生對於「光電效應」的理解程度，測驗目標為檢 驗：(1)學生對光電效應的了解─照射光頻率和光電子最大動能有關、照射光強度和光電 子數量有關、光子能量和頻率有關、照射光頻率必須高於低限頻率才能產生光電效應、
頻率不足的照射光不論照射多久或強度多高均無法產生光電效應；(2)光電方程式 (hν W eV)的了解─不同金屬其功函數均不同、截止電壓的概念。光電小考題目共 10 題，五題單選題，五題填充題，於學生進行完光電效應單元學習後施測。段考題目共 六題，是段考考卷中光電效應範圍的題目，題目及測驗目標見表3-6。
表3- 6 光電小考和段考題目內容及測驗目標
段考題目 測驗目標 1. γ 射線的波長甚短，頻率很大，頻率約在 1020赫茲以上。某γ 射
線的頻率為1022赫茲，其光子能量是多少？ (A)6.63 10-10焦耳 (B)6.63 10-12焦耳 (C)6.63 10-14焦耳 (D) 6.63 10-16焦耳。
對光子能量大小的理解 2. 在光電效應實驗中，發現 (A)光電子不帶電 (B)用以產生光電效
應的入射光之底限頻率對所有金屬的光電板均相同 (C)光電子的最 大動能與入射光的強度無關 (D)入射光強度低於某一大於零的定值 時，光電效應就不會發生。
對光電效應現象的理解
3. 用功率 500W 的黃光照射光電管，結果產生 0.1μA 的光電流，若 改用功率1000W 的紅光照射，則產生的光電流約為： (A) 0.1μA (B) 0.3μA (C)0.4μA (D)可能不會產生光電流。
產生光電效應的條件 4. 史特龍做光電效應實驗，發現當入射光波長大於 4000 埃時，他
所用之光電管金屬表面即停止放射光電子，若其改為2000 埃之光照 射該金屬表面，則放出光電子的最大動能約為多少電子伏特？
(A)4.2 (B)6.2 (C)3.9 (D)3.1。
對光電方程式的理解
5. 波長為 6 103埃的黃光設置一光電管，產生0.4 10-7安培的光電 流。若一個光子打出一個電子，試問引發此電流的光子數約有多少 個／秒？ (A)1.2 1011 (B) 2.5 1011 (C)1.2 (D)6.0 103。
對光強度和光電流大小 關係之理解 6. 將電子從金屬鋁表面移出需要 5.6 10-19焦耳的能量。若以波長為
200nm 的光照射鋁的表面，則釋出的光電子其最大動能約為多少焦 耳？ (A)9.9 10-19 (B) 6.4 10-19 (C) 4.3 10-19 (D) 3.2 10-19
對光電方程式的理解
第四節 教學設計