研究工具

本研究的研究工具，包括科學探究能力測驗、概念認知測驗、晤談。

一、科學探究能力測驗

(一) 探究能力測驗之搜尋

為研究實施CPS融入科學遊戲之教學活動及學生的科學探究能力表 現情形，研究者於國家圖書館全國博碩士論文網查詢有關探究能力測驗 的相關論文，整理蒐集到的十餘篇文獻，以評量工具分類，大致可分為 四類：1.學生探究能力知覺自我評量，採李克氏量表或開放式問題填答。

2.學生填答情境題組題，由老師評斷學生探究能力的評量。3.晤談式問卷 評量。4.概念圖評量。

第二類的「學生填答情境題組題，由老師評斷學生探究能力」評量，

是評量分析國小中、高年級學童有無達到科學探究能力指標之要求，由 高慧蓮教授的國科會計畫中設計的多元評量工具，由八位國小自然與生 活科技領域教師參與研究，透過科學探究相關之能力指標分析、教材分 析、學生經驗分析、文獻探討等方式共同開發設計，已應用於實際教學 情境中，評量工具的品質及使用性頗高。研究者欲研究學生的探究能力，

與此評量工具所評量的內容相符，和指導教授討論後，決定採用高慧蓮 (2005)和陳博文(2007)所設計之評量表，做為本研究了解學生探究能力的 工具。研究者考量學生能力及作答時間，挑選其中符合五大探究能力面

向的題目，延請專家及協同教師協助審閱，並與指導教授討論、修訂。

(二) 前後測

探究能力測驗前、後測試卷在教學活動前、後予以施測，本測驗工 具是參考高慧蓮（2005）的實作評量修訂而成。原評量是根據科學探究 研究群所界定出的五個探究能力所設計的「國小科學探究能力實作評量

─賣冰塊的爺爺」，將科學探究能力分為五項，再分為13個細項科學探 究能力。本研究考量學生作答時間，故從五個科學探究能力中，挑選1 到2題的細項科學探究能力，依此方式選擇7題編製成科學探究能力測驗

（參考表3-4-1）。其中，第一題原測驗是以開放性的作答方式讓學生填 答，研究者考量學生很少用探究的方式學習科學，遂改採封閉式的答案 選項，供學生作答時勾選。研究者以學生在此測驗中所得的測驗分數，

當作本研究的「科學探究能力」的成效。

表3-4-1科學探究能力測驗前、後測題目編號 五項科學探究能力 細項科學探究能力 配合的題號

一、界定問題的能力 察覺問題 1

形成假設 2

二、設計規劃的能力 實驗設計(步驟、器材、

變因掌控、記錄表格) 3 三、實作驗證的能力

多元思考以解決探究過

程所發生的問題 4

實驗操作 5

四、解釋分析的能力 比較、解釋與彚整資料的

能力 6

五、溝通辯證的能力 溝通探究過程與批判質

疑的能力 7

原評量表於編製後，已請學科專家、中小學教師，協助修正或重新

設計題目，確認測量內容與題意能正確吻合；為減少受試者對題目的誤 解與無法理解題意的情形，研究者再請一班未參與研究的學生(30人)進行 預測，修改無誤後才進行正式施測。研究者挑選七題後，亦請一名大學 教授、兩名具科學教育背景的專家、一名國小自然科學教師協助審定其 適切性後，在一個國小高年級的班級（30人）實施初探教學研究，再次 修改會讓受試者誤解的題目內容。

原評量表施測後，除了研究者給予評分外，另請一位國小自然科學 教師重新評分，以盡量減少研究者個人主觀的評分，增進客觀性。兩位 評分者對評量表所評的分數其Pearson相關係數，前測為 .89，P< .01；後 測為 .85，P< .01，顯示兩位評分者的評分相當一致性。

(三)延宕測

探究能力測驗延宕測試卷於後測結束兩個星期後實施，本測驗參考 陳博文（2007）之實作評量修訂而成，原始評量是根據高慧蓮(2005)編製，

內容為配合國小五上南一版自然第三單元「戴眼鏡為什麼可以矯正視 力」。本研究考量學生作答時間，故由五個科學探究能力中，挑選1到2 題的細項科學探究能力，以此方式選擇7題編製而成的科學探究能力測驗 (參考表3-4-2)。

表3-4-2科學探究能力測驗延宕測題目編號

五項科學探究能力 細項科學探究能力 配合的題號

一、界定問題的能力 察覺問題 1

形成假設 2

二、設計規劃的能力 實驗設計(步驟、器材、

變因掌控、記錄表格) 3 三、實作驗證的能力

多元思考以解決探究過

程所發生的問題 4

實驗操作 5

四、解釋分析的能力 比較、解釋與彚整資料的

能力 6

五、溝通辯證的能力 溝通探究過程與批判質

疑的能力 7

第五題原為了解學生進行實驗時的情形，但本研究並無設計讓學生 親手操作此實驗，因此參考高慧蓮(2005)的探究能力評量，將原題目修 改，如表3-4-3。

表3-4-3科學探究能力測驗延宕測題目修改對照表

原題目 修改後題目

根據你的實驗設計進行實驗的 實際情形為何?

( )根據實驗設計，而且正確進 行實驗操作。

( )根據實驗設計，但是沒有完 全正確進行實驗操作。

( )沒有完全根據實驗設計進行 實驗操作。

( )完全沒有根據實驗設計進行 實驗操作。

如果有下面幾種物品，你要怎麼利用其 中的幾項材料來分辨「近視眼鏡和老花 眼鏡屬於哪一種呢?」

請詳細說明你如何設計這個實驗。(以 文字敘述為主，可畫圖輔助)

研究者以學生於此測驗所得測驗分數，當作本研究的「科學探究能 力」保留的成效。

本研究修改後的測驗評量經一名大學教授、兩名具科學教育背景專 家、一名國小自然科教師審閱後，本測驗應具有效度。本修改後之測驗，

選定一個國小高年級的班級（30人）實施初探教學研究，除研究者給予 評分外，另請一位國小自然科學教師重新評分，以盡量減少研究者個人 主觀的評分，增加客觀性。兩位評分者對評量表所評的分數其Pearson相 關係數為 .92，P< .01，顯示兩位評分者的評分相當有一致性。

凸透鏡、凹透鏡、膠帶、記錄表、

報紙、白紙、課本、碼表、紙箱、

尺、塑膠袋、棉花、蠟燭、手電筒、

打火機、近視眼鏡、老花眼鏡

二、概念認知測驗

研究者依研究需要，自編概念認知測驗，以調查學生在接受教學活動前 後，對教學活動所要傳達的概念了解的程度，於每個教學活動前、後及後測 結束之後兩個星期實施。本測驗經臺中教育大學許良榮教授指導，並請兩位 臺中教育大學自然科學教育研究所畢業，兼任國教輔導團自然與生活科技輔 導員審查、提供改進意見編製而成。以Bloom的教學目標分類建立雙項細目 表，Bloom將學習分為認知、動作技能、情意三領域，又細分成六個層次，

從簡單到複雜為：知識(Knowledge)、理解(Comprehension)、應用

(Application)、分析(Analysis)、綜合(Synthesis)、評鑑(Evaluation)。研究者以 其中的認知領域來設計試題，由於研究對象初次接觸此類型的教學活動，與 以前的學習方式差異頗大，故研究者以知識、理解、應用三個層次來設計，

本測驗雙項細目表如表3-4-4。

表3-4-4概念認知測驗的雙項細目表 教學

活動

認知層次 概念內容 題號

知識 理解 應用 合計題數

(一) 吹箭

吹箭射遠的原理 ○⁶ ○⁷ ○² ○³ ○⁸ ○¹⁰ 6 力與作用物體上表面積間的關係 ○⁵ ○¹ ○⁴ ○⁹ 4

合計 3 3 4 10

(二) 啄木鳥

啄木鳥移動的原理 ○¹ ○¹⁰ ○⁸ ○³ 4 影響啄木鳥移動的因素 ○⁴ ○⁹ ○² ○⁵ ○⁶ ○⁷ 6

合計 4 3 3 10

(三) 爬升蜘

蛛人

摩擦力對物體運動的影響 ○⁴ ○¹ ○¹⁰ ○² ○⁷ 5 影響蜘蛛人爬升速度的原因 ○⁹ ○³ ○⁶ ○⁵ ○⁸ 5

合計 2 4 4 10

專家效度確定之後，研究者以專家審查修訂後之概念認知測驗，於初探 教學班級—快樂國小五年A班30人，實施概念認知前測、後測、延宕測，其 結果以統計軟體SPSS 12.0做內部一致性(KR-20)考驗，前測為 .36，後測 為 .68，延宕測為 .50。前測信度係數較低的原因可能因為學生在接受教學之 前對於內容不熟悉，以致答題穩定性不佳。預試的問卷或測驗(Predictor tests) 信度在 .50至 .60已足夠(吳明隆，2006)。因此本測驗工具應具有穩定性。

另將快樂國小五年A班30人的概念認知前測、後測、延宕測結果以統計 軟體SPSS 12.0做相關考驗，其Pearson相關係數如表3-4-5，前測、後測成績

及後測、延宕測成績達顯著相關，前測、延宕測成績雖未達P< .05的顯著相關，

但也有P= .06的水準，因此本測驗工具應具有穩定性。

表3-4-5概念認知測驗的Pearson相關係數表 個數 Pearson相關 顯著性(雙尾) 前測、後測 30 .46* .01 後測、延宕測 30 .66** .00 前測、延宕測 30 .35 .06

三、晤談

研究者於初探教學時進行三次協同教師訪談，目的在了解協同教師對於 教學內容、教學流程及教學活動的觀察與看法，並提供研究者改進之參考。

藉由協同教師的教學活動觀察，讓研究者更了解學生的學習情形，以做為正 式教學時的教學修正之參考。

學生晤談於初探教學、正式教學皆實施。初探教學後的學生晤談，其目 的在了解學生於教學活動後的學習心得和教師教學問題，做為正式教學時的 修正依據，晤談內容包括：

(一) 學生認為科學遊戲教學活動與一般的自然與生活科技課程的差異。

(二) 學生由科學遊戲教學活動中學到的收穫。

(三) 科學遊戲教學活動及學習單與探究能力測驗待修改之處。

正式教學後的學生晤談，其目的在了解學生於教學活動後的學習情形，

以及科學遊戲教學提升探究能力的情形，晤談內容與初探教學相似，包括：

學生認為科學遊戲教學活動與一般的自然與生活科技課程的差異、學生由科 學遊戲教學活動中學到的收穫。所有教學活動及測驗結束後，隨機選擇三組

學生進行晤談，每組皆由一名高、中、低學業成就學生組成。

協同教師訪談及學生晤談以錄音方式記錄，再轉錄成文字資料，編碼後

協同教師訪談及學生晤談以錄音方式記錄，再轉錄成文字資料，編碼後