本研究所使用的研究資源與工具逐一說明如下：
一、工具設計理念
本研究主要是想了解國三學生在面對浮力情境的問題時，是否具備對液體中的 物體所受作用力的辨識能力,接著探討學生在面對不同情境的浮力問題時，能否應 用力平衡的概念處理問題。因此本研究將透過自行開發的紙筆測驗，藉由學生繪製 不同浮力情境中物體的力圖，以瞭解學生辨識物體作用力的能力。其次探討學生是 否能進一步應用力平衡概念，來判斷不同浮沉情形時，物體所受作用力之間的關 係。最後藉由晤談方式，來深入探究學生在面對不同浮力情境時，所掌握的力學概 念。
二、評量工具開發流程
表 3-3-1 評量工具開發流程
試題版本 題本設計過程 時間
最初版本 參考相關文獻，決定試題 99.02 修正版本 經由研究小組討論，修正試題 99.04 二次修正版本 經過試寫後，和研究小組討論修正 99.04 預試版本 專家審題，完成預試題本 99.05 正式施測版本 經過預試，分析題本信度及效度 99.06
三、紙筆測驗評量工具的設計
（一）參考相關文獻
夏秋蘋（2008）在「從力的比較觀點探討九年級學生理解浮力概念困難之研究」
的研究中，認為能夠掌握力平衡概念的學生，無論在理解浮體的浮力、沉體的浮力、
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判斷物體浮沉、判斷液體密度改變後浮體的浮力及判斷液體密度改變後沉體的浮 力，表現皆高於未能掌握力平衡概念的學生。然而在利用力平衡觀點判斷物體浮力 時，應該先具備辨識液體中的物體所受作用力的能力，否則是無法以力的平衡作為 判斷浮力大小的一個方法。
在夏秋蘋的研究中，僅有一題提到辨識液體中物體所受的作用力。敘述如下：
5.將一個重量 500 公克重的木塊放入水中，木塊部份露出水面（如圖五）。請問：
（1）此木塊受到哪些力的作用？
（2）這些力的大小之間的大小關係為何？
研究結果指出，約有 64%的受測學生能說明物體受到浮力與重力的作用，並能 指出浮力和重力大小相等。其餘學生則無法判斷出木塊所受作用力或無法判斷重力 與浮力的關係。然而在其研究中，並未提到當物體沉於液體時，學生是否能辨識物 體所受作用力的種類。因此，針對學生是否能辨識作用力，來判斷物體所受浮力的 大小，設計了第一題、第二題及第三題的試題
第一題、將一個體積：100cm3、質量：80g 的木球放入水中（水的密度：1g/cm3），
發現木球浮於水面（如圖一）
1.請於下圖中畫出木球在液面所受作用力，
並標示作用力的名稱或代號。
2.在水中，木球所受的浮力大小為多少？
我的答案： gw；我的理由：
第二題、若將木球改放入食鹽水中（食鹽水的密度：1.2g/cm3），發現木球仍浮於液 面（如圖二）
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1.請於下圖中畫出木球在食鹽水中所受作用力，
並標示作用力的名稱或代號。
2.將木球從水中改放入食鹽水中之後，木球所受到的浮力會如何改變？
（A）增加（B）不變（C）減小（D）資料不足無法判斷 我的答案： ；我的理由：
第三題、若將木球改放入油中（油的密度：0.6g/cm3），發現木球沉於液體底部（如 圖三）
1.請於下圖中畫出木球在油中所受作用力，
並標示作用力的名稱或代號。
2.將木球從水中改放入油中之後，木球所受到的浮力會如何改變？
（A）增加（B）不變（C）減小（D）資料不足無法判斷 我的答案： ；我的理由：
（二）由教科書內容改編
因作用力無法直接觀察，國內教科書在說明浮力時，會利用懸掛於彈簧的物 體，在液體中所減輕的重量，來說明浮力為液體給予物體的一向上作用力。
圖 3-3-1 教科書說明浮力之示意圖
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問題與討論
1. 圖中的物體，無論沒入水中或食鹽水中，重量都減少，表示物體在液體中受到什 麼作用力的作用？
2. 如乙裝置，當物體一半沒入水中，其所受浮力為多少？
3. 如丙裝置，當物體完全沒入水中，其所受浮力為多少？
因此，編製第四題、第五題及第六題，以了解學生對懸掛於彈簧的物體，沒入 水中時，其辨識物體重力、浮力與彈簧彈力的能力及其力平衡的概念。題目如下：
第四題、在已經歸零的彈簧秤下方，掛上一個鐵塊，彈簧秤讀數為 80gw。若將鐵塊完全沒入水中（如圖四），彈簧秤讀數變為 70gw 1.請於下圖中畫出鐵塊在水中所受作用力，
並標示作用力的名稱或代號。
2.鐵塊在水中所受的浮力大小為多少？
我的答案： gw；我的理由：
第五題、若將鐵塊繼續沉入水中（如圖五，但未接觸容器底部）
1.請於下圖中畫出鐵塊在水中所受作用力，
並標示作用力的名稱或代號。
2.當鐵塊在水中較深的位置，鐵塊所受的浮力有何改變？
（A）增加（B）不變（C）減小（D）資料不足無法判斷 我的答案： ；我的理由：
第六題、若將鐵塊一半體積沒入水中（如圖六）
1.請於下圖中畫出鐵塊在水中所受作用力，
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並標示作用力的名稱或代號。
2.相較於完全沉入水中，當鐵塊一半體積沒入水中時，鐵塊在水中所受的浮力有何 改變？
（A）增加（B）不變（C）減小（D）資料不足無法判斷 我的答案： ；我的理由：
（三）經由研究小組討論後編製
將修正過後的第二版題本，至桃園縣某鄉鎮圖書館，選擇 6 名國中三年級的學 生進行試寫後。針對學生反應題意不清楚進行題幹修正，並將測驗結果和研究小組 與指導教授進行討論，最後決定刪除情境三的試題，並將情境一中的第四題，即物 體在兩種互不相溶的液體中，發展成另一情境的問題。即液體密度改變時，物體的 浮沉情形也會產生變化。因此原先在液體中的物體，再加入另一種液體之後，可能 會有不同的浮沉情形出現。所以編製了第七、八、九、十共 4 題，以探討學生對物 體在兩種液體中形成不同的浮沉情況時，辨識物體所受作用力與判斷浮力變化的情 形。題目如下：
第七題、將 A 物體放入水中，發現 A 物體浮於水面，
若在容器中加入與水互不相溶的甲液體（密 度：0.6g/cm3），所得情形如(圖七)
1.請於下圖中畫出 A 物體在水和甲液體中所受作用力，並標示作用力的名稱或代號。
2.在加入甲液體之後，A 物體所受到的浮力會如何改變？
（A）增加（B）不變（C）減小（D）資料不足無法判斷
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我的答案： ；我的理由：
第八題、將 A 物體放入水中，發現 A 物體浮於水面，
若在容器中加入與水互不相溶的乙液體（密 度：1.4g/cm3），所得情形如(圖八)
1.請於下圖中畫出 A 物體在水和乙液體中所受作用 力，並標示作用力的名稱或代號。
2.在加入乙液體之後，A 物體所受到的浮力會如何改變？
（A）增加（B）不變（C）減小（D）資料不足無法判斷 我的答案： ；我的理由：
第九題、將 B 物體放入水中，發現 B 物體沉於水底，
若在容器中加入與水互不相溶的丙液體（密 度：0.6g/cm3），所得情形如(圖九)
1.請於下圖中畫出 B 物體在水和丙液體中所受作用力，並標示作用力的名稱或代號。
2.在加入丙液體之後，B 物體所受到的浮力會如何改變？
（A）增加（B）不變（C）減小（D）資料不足無法判斷 我的答案： ；我的理由：
十、將 B 物體放入水中，發現 B 物體沉於水底，若在 容器中加入與水互不相溶的丁液體（密度：
1.4g/cm3），所得情形如(圖十)
1.請於下圖中畫出 B 物體在水和丁液體中所受作用力，並標示作用力的名稱或代號。
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2.在加入丁液體之後，B 物體所受到的浮力會如何改變？
（A）增加（B）不變（C）減小（D）資料不足無法判斷 我的答案： ；我的理由：
最後，當物體受到其他外力的作用時（如其他物體重力），學生是否能了解液 體中物體所受到的作用力，並以力平衡的角度判斷浮力的變化。因此編製第十一、
十二題，題目如下：
第十一題、將一木塊放入水中，發現木塊浮於水面，若在 木塊上方放置一砝碼後，木塊仍浮於水面（如圖十 一）
1.請於下圖中畫出放置砝碼後，木塊在水中所受作用力，並標示作用力的名稱或代 號。
2.在放置砝碼之後，木塊所受的浮力有何改變？
（A）增加（B）不變（C）減小（D）資料不足無法判斷 我的答案： ；我的理由：
第十二題、將一鋁塊放入水中，發現鋁塊沉於水底，若在 鋁塊上方放置一砝碼後，鋁塊仍沉於水底（如圖十 二）
1.請於下圖中畫出放置砝碼後，鋁塊在水中所受作用力，並標示作用力的名稱或代 號。
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2.在放置砝碼之後，鋁塊所受的浮力有何改變？
（A）增加（B）不變（C）減小（D）資料不足無法判斷 我的答案： ；我的理由：
四、研究工具的效度與信度
（一）效度 1.專家效度
研究者編製「浮力情境的作用力辨識與力平衡測驗」預試題本，先請任教年資 超過十年的國中理化教師審查，針對題本中語意不清和圖形不符的地方進行修改。
再請任教年資超過八年的國中國文科教師，針對文意不流暢之處進行潤飾。最後再 請一位國立大學物理系教授進行審核，以建立專家效度。
2.內容效度
根據研究的主要目的，本研究主要探討在不同浮沉情形時，學生辨識物體所受 作用力的種類。以及能以力平衡的觀點，判斷液體中物體作用力之間的關係。因而 設計了四部份共 12 題，每一大題包含題幹敘述和 2 小題，第 1 小題需畫出物體受 力的力圖並標示作用力的名稱或符號，第 2 小題則需回答物體所受浮力的大小或變 化，並說明理由。其題本雙向細目表如表 3-3-2。
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在因素的萃取上採用主軸分析法（Principal Axis Factor Analysis），轉軸
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方法則採用 Harris－Kaiser 轉軸法，以方便因素的詮釋。由因素樣式矩陣可反應 各題對因素的相對重要性，由表 3-3-4 的因素負荷量（factor loading）可知，1-1、
2-1、3-1、4-1、5-1、6-1、7-1、8-1、9-1、10-1、11-1、12-1 題屬於因素一，原
2-1、3-1、4-1、5-1、6-1、7-1、8-1、9-1、10-1、11-1、12-1 題屬於因素一，原