研究工具設計

本研究運用的工具有電學單元成就測驗及主題推理測驗、科學推理測驗、電學概念 改變歷程測驗，以及個別訪談等方式，以國中電學單元的教材內容為主軸，根據建構主 義、科學學習、類比推理等理論進行教學內容的設計。研究工具設計詳述如下：

一、電學單元成就測驗

研究者依據課程內容劃分成四個主題，編製相關的認知測驗，共計六十九題，除了 主題二與三，在測驗中加入開放式問答題之外，其餘皆為四選一的選擇題，計分方式以

答對一題給一分，共計六十六分。其後並於九十四學年度上、下兩學期電學單元課程教 學前、後施測，以及教學後八週施以追蹤測驗。測驗題目編製，經由四位國中自然與生 活科技領域教師與兩位科學教育專家共同檢驗，以求其專家效度。且經由施測學校六個 班級於教學前、後施測，加以檢驗其再測信度。

在整體試卷信度的分析上，採用SPSS10.0 版，進行信度的計算，結果所列之 Cronbach’s α 值相當於庫李信度(KR 20)所計算出來的係數值，整體試卷前測信度 Cronbach’s α 值為 0.66，後測信度 Cronbach’s α 值為 0.92，追蹤測驗信度 Cronbach’s α 值為0.95，由此可知此份成就測驗信度達理想範圍。

二、電學單元主題相依推理測驗

為了診斷學生是否具備正確並完整的電學相關推理概念，研究者依據電學單元課程 內容，編製四個主題的相關測驗題目，每一主題約有10~15 題不等，共五十一題電學題 目，且各試題內容採用兩階段選擇題型式，受測者作答時，必需先選擇第一階段的選項，

接著在第二階段進行其理由選項之選擇。本試題計分方式採用兩階段都需答對，才給予 1 分，共計 51 分。此測驗亦在九十四學年度上、下兩學期電學單元課程教學前、後時施 測，以及教學後八週施以追蹤測驗。測驗編製經由四位國中自然與生活科技領域教師與 一位科學教育專家共同檢驗，以求其專家效度。經施測學校六個班級於教學前、後施測，

以檢驗其再測信度。

在整體試卷信度的分析上，採用 SPSS10.0 版，進行信度的計算，結果所列之 Cronbach’s α 值相當於庫李信度(KR 20)所計算出來的係數值，整體試卷前測信度 Cronbach’s α 值為 0.78，後測信度 Cronbach’s α 值為 0.95，追蹤測驗信度 Cronbach’s α 值為0.96，由此可知此份主題推理測驗信度達頗理想範圍。

三、科學推理測驗

研究者採用Anton E. Lawson 於 1978 年編製、且於 2000 年修訂完成的「Classroom Test of Scientific Reasoning」作為評量施測者的科學推理測驗，內容採選擇題型式並依據 六種推理層次：守恆(conservation)概念、比例思考(proportional thinking)、辨識與變數控 制(identification and control of variables)、機率思考(probabilistic thinking)、相關性思考 (correlative thinking)、假設演繹(hypothetic-deductive)等，科學推理題目共計 24 題，每一 題皆包括第一階段答案選項和第二階段理由選項。本測驗的計分方式同樣採取答案、理 由兩階段都答對才給予1 分，總分共 12 分，根據 Lawson(2003)認為測驗分數 0-4 分達

『具體運思期』(concrete)推理；而 5-8 分達『過渡期』(transitional)推理；9-12 分達『形 式運思期』(formal)推理。經由施測學校六個班級施測於教學前施測，整體試卷前測信

度alpha 值為 0.75，由此可知此份科學推理測驗信度達理想範圍。

四、電學概念改變歷程測驗-推理歷程

本研究在電學單元中，對於每個主題約設計二到三題的推理題目，讓受測者再進行 網路學習時，分別可以在教學事件前、後作答，並於每一題作答時，需先選擇第一層的 答案選項並key-in 其選答之理由；而後於第二層理由選項中選出與自己理由最接近的。

本研究期望藉由受測者教學前後的回答，了解學生每個概念建構與改變的歷程，並由兩 次答案相異之比較，對其答案改變提出合理的解釋，藉以此方式來觀察學生推理的過 程。問題型式舉例如表3.4.1：

表3.4.1：電學概念改變歷程測驗例題 2-2-1

左圖的電池改用兩個相同的電池串聯後，燈泡的亮暗會有什麼變化呢？（註：一個電 池電壓1.5 伏特）

你的答案是：

(A)不變 (B)變亮 (C)變暗

你的理由是：

2-2-2 你的理由與下面哪一個選項較接近？

(A)因為燈泡兩端只能承受 1.5V 的電位差，燈泡亮度不變。

(B)因為燈泡亮度與電池的接法無關。

(C)因為電池串聯，燈泡兩端的電位差會小於 1.5V，燈泡變暗了。

(D)因為電池串聯，燈泡兩端的電位差變為 3V，燈泡變亮了 若前後答案不同

(1)你第一次的答案是：_______ ；你第一次的理由是：__________

(2)你第二次的答案是：_______ ；你第二次的理由是：__________

你原來和後來的答案不同，你的解釋是______________________

五、個別訪談

本研究除了進行量化之研究之外，更輔以質化資料來檢視電學單元網路教學之成 效，為進一步深入了解學生學習電學概念的情形，以及認知結構所呈現的改變，研究者 根據文獻探討後，選出國中生在電學單元內，可能會持有的迷思概念，設計相關的概念 性問題，其中有21 個訪談題目(包括靜電 6 題、電壓 6 題、電流 6 題，以及電阻 5 題)，

共十一個概念電學主要概念，並於訪談過程中，除了回答問題之答案外，更追問其回答 所根據的理由，以期可以對學生概念的建構進行深入的探討。

受訪學生分成對照組與實驗組各三個班，每一班依據學業成就分成高、中、低三組，

每一組男、女生各一位，實驗組共18 位學生，對照組共 17 個學生，總共三十五位同學 (其中對照組低學業成就組的學生有一位中輟，資料無法繼續追蹤)，分別於九十四學年 度上、下兩學期教學前、後，及於教學後一個月，分別進行四個主題的前測、後測與追 蹤測訪談，訪談過程中全程錄音，並事後轉錄成逐字稿。

針對訪談逐字稿，對二十一個問題進行的統整與歸納，轉錄成十一個電學概念的語 意流程圖，然後再以語意流程圖分析探討學生在教學前、後與追蹤訪談期間，其概念正 確數、推理層級與概念改量的差異情形。

在本研究所使用的語意流程圖，主要目的是用以分析訪談內容中，學生的概念正確 數、推理層級(G, EL, J, EX)，以及概念改變量，故無法呈現語意流程圖中概念的豐富性，

實為本研究之限制。

以下就概念正確數、推理層級(G, EL, J, EX)與與概念改變進行說明：

1.正確概念分數：

為了分析學生回答內容的正確性，回答內容一個正確概念即給一分，兩個正確 即給兩分，以此類推，分數越高，表示學生的答案越正確，且相關概念越豐富，例 如學生在回答『為何導體可以導電』的問題，若回答『因為有自由移動(1)的電子(1)』， 此回答中涵蓋兩個正確的概念，因此學生在此得兩分。

2.運用的推理層級：

推理層級分析的標準則修改Hogan 等人(2000)對推理型態的層級分類，分成概 述(Generativity, G)、Elaboration, EL、判斷(Justification, J)、解釋(Explanation, EX)四 級。

(1)概述(Generativity, G)：對自然現象作直觀的描述或以質樸概念來回答。G 又可細 分為G0、G1 和 G2。G0 則表示學生的回答中完全不包含任何和問題相關的論述，

或無法分辨其含義，G1 是學生僅運用一個簡單概述，G2 是同時運用了二個以上 概述。

例如在『什麼是靜電？』的問題當中，回答的理由與所屬的推理層級：

a. 不知道、我忘記了。(G0)

b. 墊板摩擦之後可以吸引頭髮。(G1)

c. 坐在塑膠椅上、或是電視開關的時候，手去靠近就有吸引的感覺。(G2) (2)精緻化(Elaboration , EL)：學生能以正確科學術語辭彙、或科學方法如運用測量、

估計、數字關係等，對問題相關的現象進行說明。EL 可細分為 EL1 和 EL2。 EL1 是學生僅運用一個精緻化的說明，EL2 是運用二個以上精緻化的說明。

例如在『電池如何使燈泡發光』的問題中，回答的理由與所屬的推理層級：

a. 電池能使燈泡發光，是因為他有能量。(EL1)

b. 電池有能量，也可以說它有電壓，因此可以使燈泡發光。(EL2)

(3)判斷(Justification , J)：在「證據取向」方面，學生能利用實驗變因和結果之間的 關係來說明現象；在「推論取向」方面，學生能利用簡單的線性因果關係演繹推論 來解釋現象，分為J1 和 J2。J1 是學生運用了一個判斷的說明，J2 是二個以上判斷 的說明。

例如在『下列各圖中，何者的燈泡最亮？』問題中，回答的理由與所屬的推理層級：

a. B 燈泡比較亮，是因為電池串聯，能量加倍，因此比只有一個電池的燈泡 還要亮。(J1)

b. B 燈泡比較亮，是因為電池串聯，能量加倍，而此電路只有一個燈泡消耗 能量，因此能比其他電路圖中的燈泡還要亮。(J2)

(4)解釋(Explanation, EX)：學生以類似科學模型或理化作用機制，做為推理的依據，

來說明待解答的現象。分為EX1 和 EX2，EX1 是學生運用了一個解釋來說明，EX2 是運用二個以上解釋來說明。

例如在『下列各圖中，何者的燈泡最亮？』問題中，回答的理由與所屬的推理層級：

a. 燈泡 B 電流最大，因為電壓變成兩倍，電流就變成兩倍。(EX1)

b. 燈泡 B 電流最大，是因為有兩顆電池串聯，電壓變成兩倍，而此電路中只 有一個燈泡，因此電阻較兩個燈泡串聯還要小，根據歐姆定律可知電流是 燈泡A(電池一顆、燈泡一顆)的兩倍。(EX2)

3.推理層級計分：根據學生在各主題中所使用的推理層級，計算學生在主題一到四 中，所獲得的推理分數，如若學生在主題中使用G0 兩次，G1 一次，G2 兩次，則 該生在概述(G)的分數為 0×2＋1×1＋2×2＝5，依此類推可以計算出學生在精緻化 (EL)、辯證(J)與解釋(EX)的分數。

4.概念改變量：分析晤談內容時，針對學生在「教學前、後訪談」之間，或「教學後、

追蹤訪談」之間，所具有的相關概念以直線加以連結，並以概念的對錯情形分類 為「進步」、「維持正確」、「維持錯誤」、「維持部分正確」和「退步」五種類型加 以討論。

其中概念數與概念推理層級概述(G)、精緻化(EL)、辯證(J)與解釋(EX)的評分者間 一致性分別為0.81、0.86、0.84、0.82、0.83。

以下根據學生回答實例，呈現電學訪談語意流程圖分析範例，如圖3.4.1：

模式的概念改變教學理論為基礎，運用推理與類比推理設計了一系列的概念診斷問題、

學習情境事件及挑戰情境事件等等。學習者在電學概念學習活動進行時，於受試學校之 電腦教室，透過網際網路連線至本學習網，進行一系列的概念改變學習活動。

學習情境事件及挑戰情境事件等等。學習者在電學概念學習活動進行時，於受試學校之 電腦教室，透過網際網路連線至本學習網，進行一系列的概念改變學習活動。