本研究所使用的研究工具有「形成實驗問題學習單」、「單元學習 成就測驗」及「形成實驗問題能力測驗」。分別詳細說明如下：
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一、形成實驗問題學習單
本學習單主要目的是作為進行開放式實驗探究的學習鷹架。在形 成實驗問題的寫作內容設計是根據教學內容及文獻探討歸納整理出 來，以Mumford等人(1994)的問題建構形成歷程為基礎，並加入創造 力的創造思考教學模式的要素(Treffinger, Isaksen, & Dorval, 2000)將 形成實驗探究問題過程分為：選取變因、分辨變因及組合變因。配合 教學內容，針對每一個單元設計一張形成實驗問題學習單共二張(附 錄一)，每張學習單的內容都涵蓋了形成實驗問題的主要過程，並於 開放式探究實驗組的學生在進行實驗使用。考量學生的短期記憶負荷 量，所以將學習單寫作活動的進行分為三階段：
第一階段是由老師依據教材內容提問核心問題的學習情境，引發 學生思考。
第二階段則提供擴散性思考寫作引導，讓學生能從問題情境中去 思考與單元核心問題相關的元素，並以問題表徵去產生相關的變因。
第三階段則引導學生考量包括研究器材及時間等，將變因組合成 探究問題，並為抽象的變因下操作型定義成具體可量測的項目，讓學 生篩選適當的變因而組合成適合的實驗問題。此外，學生亦必須根據 問題畫出設計圖以將其想法具體化。整體而言，在本研究中三個寫作 階段因屬性目標的不同分別是概念鷹架、策略鷹架及後設認知鷹架 (表3-4-1)。
表3-4-1 形成實驗問題學習單的設計與鷹架說明
階段 寫作內容 鷹架目標 鷹架種類
第一階段 建立概念 建立線索 概念
第二階段
尋找相關變因 並加以組合
辨識變因 組合變因
策略
第三階段 實驗設計 概念轉具體化 後設認知
二、單元學習成就測驗
(一) 編擬試題
本研究單元學習成就試題的編製上是強調認知方面的教學目標。
試題內容及範圍是以自然科第九冊(五上)的「植物世界面面觀」及「力 與運動」兩單元的教材內容為主。研究者分析教材的具體教學目標，
依照教學單元的內容、份量及相對重要性，設計涵蓋二個單元的科學 概念知識的選擇題共33題(附錄二)。此外，並請指導教授、一位國小 自然與生活科技資深教師，就題目與課程內容、目的的符合情形及題 目用語的明確性及流暢度加以審查，進行內容效度檢核。研究者並依 據專家之建議修正題目。
(二) 試題預試分析與確立正式測驗
預試試題確立後，從研究者前一年度所任教的的五年級班級四個 班級共100名學生作為預試對象。依據學生試題作答情形，以SPSS統 計軟體進行試題分析。預試分析結果如附錄三。
單元學習成就測驗內部的一致性信度Cronbach α值為.762，符合 測驗信度的要求。經由研究者與一位國小自然教師針對不同看法之認 知向度題目進行討論，以釐清並確定每個命題之認知向度，試題之雙 向細目表如表3-4-2。研依據分析結果修正預試問題並確立正式的單 元學習成就測驗題目共有20題，如附錄四。
表3-4-2 單元學習成就測驗題目雙向細目表
單元 知識 理解 應用 分析 合計
植物世界 面面觀
1, 8 2, 6, 7 9, 10 3, 4, 5 10
力與 運動
11, 16
12, 16, 18, 19, 20
13, 17 14, 18 10
合計 4 8 4 5 20
(三) 實施與計分方式
本測驗以團體測驗方式實施，測驗試題為20題的選擇題，測驗時 間為25分鐘。計分方式為答對一題得1分，最多可得20分。學生在本 測驗中的得分情形代表學生的學習成就學習情形。分數越高代表受試 者的單元學習成就越佳。
三、形成實驗問題能力測驗
(一) 編擬試題
研究試題的編製是研究者依據文獻探討中所歸納出的形成實驗 問題能力的三個向度：選取變因、分辨變因及組合變因等進行擬題。
測驗試題內容完成後請指導教授、一位科教博士研究生，就題目與測 驗內容、目的的符合情形及題目用語的明確度、流暢度加以審查，進 行內容效度檢核，並依據專家之建議修正題目。題目修正完成後，為 了瞭解題目的可行性，因此，研究者以所任教過的5名六年級學生進 行試讀，以確定試題題意之修正方向(附錄五)。
(二) 試題預試分析與確立正式測驗
修正完成的試題再以前一年度的五年級四個班級的學生共100 人進行預試並進行試題分析。
預試評分方面，研究者請一位研究生，依據研究者所擬定的評分 標準(表 3-4-3)對 26 份答案卷進行文字題答題的評分，再與研究者所 評定的結果進行皮爾森積差相關作為測驗信度指標，結果評分者信度 達.91，表示根據評分標準所評出的一致性很高。
表3-4-3 形成實驗問題能力測驗預試評分標準說明
表3-4-4 形成實驗問題能力測驗預試試題項目分析結果 原題號 高分組 低分組 難度 鑑別度 點二系
列相關 處理方式 新題號 1.1 1.00 .69 .85 .31 .65** 修改 1.1 1.2 1.00 .52 .76 .48 .69** 保留 1.2
2 .67 .38 .53 .29 .21* 刪除
3 .96 .35 .66 .61 .60** 保留 2 4.1 1.00 .35 .68 .65 .61** 保留 3.1 4.2 .96 .36 .66 .60 .71** 保留 3.2 5 .81 .38 .63 .49 .74** 保留 4 6.1 .88 .54 .71 .34 .52** 修改 5.1 6.2 .82 .34 .58 .48 .65** 保留 5.2 7 .87 .10 .49 .77 .55** 保留 6
依據分析結果，原第2題鑑別度偏低，故予以刪除，修訂後的測 驗共有6題，並重新更改題號，以供學生正式施測之用，如附錄六。
分析試題信度分析，整體量表的內部一致性 Cronbach 值為.85，可知 本測驗內部的一致性頗高，而在選取變因、分辨變因及組合變因的各 分量表則分別為.71、.73及.81。
(四) 實施方式及計分方式
本測驗以團體測驗方式實施，測驗時間為40分鐘。以表3-4-5的 評分標準計分。試題評分則請一位研究生與研究者分開評分二十份試 卷，並討論建立內部一致性後，再進行後續試卷的評分工作。學生在 本測驗中的得分情形作為學生形成實驗問題能力的高低。分數越高代 表受試者形成實驗問題能力越高。
表3-4-5 形成實驗問題能力正式測驗評分標準說明