第參章 研究方法
第三節 研究工具
本研究工具可以分為兩類，分別為教學工具、測驗工具。教學工具即為「鷹 架式探究課程」，測驗工具則包括「開放式問題測驗」與「晤談單」。茲將上述 各研究工具的發展原則、流程與內容，詳細說明如下：
一、鷹架式探究課程
本研究所使用之課程，主要乃由臺北市立某高級中學地科教師設計主要架構，
之後再經由研究團隊討論後進行修改，把學習單中之文字提示，設計為兩種文字 提示詳細度不同之版本做為本課程教材。在修改課程之前，先針對國中與高中課 程中關於板塊構造學說相關內容進行分析（詳細內容參閱第貳章第七節之介紹）， 以做為本研究課程設計之參考。經歸納後發現，國內高中相關板塊構造學說的課 程重點包括何謂板塊、板塊運動動力來源、板塊邊界類型及臺灣附近的地殼變動 等，因其中何謂板塊、板塊運動動力來源、板塊邊界類型為板塊構造學說之相關 基本概念；臺灣附近的地殼變動則屬於應用的部分。因此本課程以探討臺灣附近 的地體構造為主題，希望藉此瞭解學生如何運用基本概念至另一情境，以形成新 的模式。
本課程設計原則主要採用「探究環（The Inquiry Cycle）」及「科學調查網
（The Investigation Web）」，再參考謝莉文（2006）整理所提出的科學探究過 程，包括：提出問題、計畫並進行研究、分析資料、形成模式及應用、溝通與合 作學習的課程設計架構，本研究所研究的課程主要著重於分析資料、形成解釋或 模式及溝通。課程內容與探究歷程的對應表參閱表 3-3.1。
另外，本課程進行時，不論使用何種版本的學習單，皆需搭配使用網際網路 上免費提供的「地震軟體 Seismic/Eruption」進行教學（如圖 3-3.1 地震軟體主畫 面）【下載網址 http://bingweb.binghamton.edu/~ajones/#Seismic-Eruptions】，作 為輔助學習的視覺性鷹架，並讓學生藉由軟體中繪製垂直剖面圖的功能（如圖 3-3.2 繪製垂直剖面圖功能及圖 3-3.3 呈現垂直剖面圖），瞭解並推論解釋臺灣附 近的地體構造。
圖 3-3.1 地震軟體主畫面
圖 3-3.2 繪製垂直剖面圖功能 圖 3-3.3 呈現垂直剖面圖
本研究所使用之課程內容，曾於 2006 年 9 月到 2007 年 3 月經過兩位相關領 域專家學者以及一位高中地科教師的內容效度審查與修正，並於 2007 年 4 月初 於臺北市立某高級中學進行前導性測詴（pilot study），參與學生為兩個班級共 80 人，並依據前導性測詴之結果再進行課程內容及實施程序的最後修訂，以做 為正式施測教學之用。
正式實施之課程共有二個單元，每個單元進行時間為各兩堂課 100 分鐘，課
程進行期間，藉由學生分組討論、操作地震軟體、填寫學習單及教師講述等方式，
讓學生在探究情境中，習得板塊構造學說相關重要概念。各單元內容對應表如表 3-3.1，詳述如下：
1. 單元一：請學生分享經歷地震的相關感受，並介紹地震與板塊間的因果關係。
再配合學習單（一）並使用地震軟體進行南美洲區域地震資料之分析，讓學 生探討地震分布情形及原因、地震軟體出現之圖示涵義、板塊運動的方向、
板塊邊界類型、其地震震源特性及班尼奧夫帶等，並填寫於學習單上。
2. 單元二：請學生運用上次課程所習得之知識與技能，及使用地震軟體來分析 臺灣地區的地震資料、進而判斷臺灣地區板塊邊界所在與類型及探討臺灣地 體構造之情形，並把結果填寫至學習單（二）。
表 3-3.1 95 暫綱與本研究之課程內容、學習目標與探究歷程之對應表
4. 能夠從台灣東南方向的
學習單上及思考其原因。
○3 班尼奧夫帶：讓學生自行繪製發現臺灣地區附近有兩條班尼奧夫帶，並詢 問其繪製與判斷的過程中是否遭遇困難，以及請學生描述此區板塊運動之 情形與板塊邊界類型和其原因為何。
2. 簡單鷹架版（學習單 B 版）：
其特色包括-未明確告知學生學習任務、採開放式直接提問、教師引導 之比例較高。
(1) 學習單（一）
○1 未明確告知學習單每一小部分之待完成任務
○2 探討南美洲兩處板塊邊界類型：不探討沿著板塊邊界做垂直剖面與垂直板 塊邊界做垂直剖面所得之兩種垂直剖面圖結果與判斷板塊邊界類型之關 係。以及不提示利用地震震源分布情形來推論板塊運動之方向，而是直接 讓學生依照板塊分布情形來判斷板塊邊界類型為何。
○3 班尼奧夫帶：不提供相關之閱讀資料，而是在教師講述相關內容後，要求 學生將其標示於垂直地震分布圖上。
(2) 學習單（二）
○1 未明確告知學習單每一小部分之待完成任務
○2 臺灣地區之板塊邊界所在與類型：只要求學生把結果及原因寫下。
○3 班尼奧夫帶：不讓學生自行繪製發現臺灣地區附近有兩條班尼奧夫帶，而 是直接告知學生臺灣地區附近有兩條班尼奧夫帶；此外，只讓學生描述說 明所見板塊運動之情形，並未讓學生再進一步判斷板塊邊界類型及其原 因。
表 3-3.2 版本差異內容與學習單之題號對應表
表 3-3.2 版本差異內容與學習單之題號對應表（續 1）
(Semismic Eruption) 去查 詢台灣地區的地震資料…
二、測驗工具
（一）開放式問題測驗（參閱附錄三）
為瞭解學生在本鷹架式探究課程前後，對板塊構造學說所形成的相關心智模 式與科學解釋的改變情形，依據高中 95 年暫行課程綱要有關內容，設計測驗題 目。題目內容包括科學解釋：說明主張、提出證據、推理解釋；還有課程相關的 心智模式，包含：地球內部結構、板塊運動動力來源、臺灣附近之地體構造，題 目形式為開放式問答題，學生可以用文字及畫圖來表達其想法。題目總數共 6 題，命題架構及題號如表 3-3.3 所示（詳細題目參閱附錄三）。
表 3-3.3 開放式問題測驗命題架構及題號
本測驗之內容效度採專家效度方式，經由兩位師大教授（分別為地球科學系 地質領域教授、地球科學教育領域教授）、一位中央研究院研究員（亦為師大兼 任教師，屬地球物理領域專長）、一位博士後研究員（科學教育領域）以及一位 高中地科教師共同指導修正完成，並於臺北市立某高級中學進行前導性測詴。
（二）晤談單（見附錄五）
本研究進行一次晤談，於後測結束後進行，採半結構性晤談方式，主要是想 更深入瞭解學生心智模式之類型。晤談對象選取自測驗中具不同心智模式類型之 學生，每班各 9 人，兩班共 18 人，每人晤談時間約 15 分鐘。此外，除研究者外，
設計依據 題號
科學解釋三要點
說明主張 1 提出證據 2 推理解釋 3
心智模式
地球內部結構 4 板塊運動動力來源 5 臺灣附近之地體構造 6
晤談者還包括研究團隊之研究生與助理共五人。為了提升晤談一致性，在附錄四 列舉出晤談細節（包括注意事項與細部提問內容等）。