第三章 研究方法
第二節 研究設計與流程
本研究採用準實驗研究法，研究設計中變項間關係及研究架構如圖 3-2-1 所示。
自變項：
實驗組：
嵌入數位遊戲於 5E 學習環教學法 對照組：
傳統講述式教學法
→ 研究母群體 → 依變項：
光的反射定律與折 射定律概念測驗
↑ 外在變項：
• 樣本本身智能的差異
• 樣本自我期望
• 樣本家庭經濟狀況
• 樣本任課教師
• 樣本班級導師
• 樣本使用電腦的頻率
• 樣本平常玩數位遊戲的狀況
圖 3-2-1 變項間關係及研究架構圖
本研究之教學方法，實驗組為嵌入數位遊戲於 5E 學習環再導入光的反射與折射 課程學習中，對照組為傳統的講述式教學。光的反射與折射概念測驗，主要以南一書 局所出版的題目光碟再經過修改而得，此概念測驗用來測驗實驗組與對照組之學習 前、後測。實驗組在每個概念內容的學習前、後，另需完成該概念內容的學習單，概 念教學前以藍色筆完成學習單並說明理由，概念教學完成後以同一份學習單讓同學用 紅色筆修正之前所完成的部分，並說明修正的理由。
本研究採量化與質性的研究方式並行，探討嵌入數位遊戲於 5E 學習環教學法導 入學習對國八學生光的反射與折射學習成就之影響。本研究之研究流程，如圖 3-2-2。
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學生因為玩數位遊戲而荒廢學業，若能將學生對玩數位遊戲的主動積極性轉移至學 習，對於學生的學習成就是否有差異？在嵌入數位遊戲式學習的過程中，學生的科學 概念的學習上有何改變？
在許多的研究中指出遊戲融入教學中對於學生的學習興趣能有所提升，在與指導 教授-許瑛玿博士討論的過程中，指出學生玩數位遊戲後是否對於所要學習的概念能 得到學習成效及科學概念的學習如何改變，因此本研究試著以嵌入數位遊戲於 5E 學 習環教學法的教學過程中，檢測進行本研究的實驗教學前、後對於學生科學概念學習 成就及科學概念的學習改變之影響。
（二） 搜尋適合融入教學之數位遊戲並設計教學概念活動教案 1. 教科書之分析
研究者任教學校之自然與生活科技領域所用教科書版本為南一版，在此先分析南 一版教科書中有關光的反射定律與折射定律概念之課程內容。本單元安排在國八上學 期的課程內容第四章第 2 節及第 3 節，在介紹光的反射定律時輔以圖 3-2-3 教學，圖 中清楚指出有關反射定律中的名詞。在平面鏡成像的內容中，以人從平面鏡看到自己 的像及從平面鏡看到花的像，以上這兩個情況的成像圖來說明人如何看見鏡中的像，
如圖 3-2-4。並利用物體在鏡中的成像圖，介紹「虛像」的定義及成像的性質。
圖 3-2-3 光的反射定律（南一出版社，2012，p98）
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圖 3-2-4 物體在鏡中的成像（南一出版社，2012，p99）
凹面鏡與凸面鏡的內容中，包含介紹何謂凹面鏡與凸面鏡，並舉例說明生活中的 應用及其成像的性質，並以圖 3-2-5 說明「焦點」及「光的可逆性」。
圖 3-2-5 光的可逆性（南一出版社，2012，p101）
在介紹光的折射定律時，輔以圖 3-2-6 指出各名詞位置，並以「碗中硬幣」、「水 中筷子」的照片，讓學生看見生活中的折射現象。
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圖 3-2-6 光的反射與折射（南一出版社，2012，p104）
再利用光通過三稜鏡的特性，介紹凸透鏡與凹透鏡的定義，並以平行光通過凸透 鏡與凹透鏡所看到「光的發散」、「光的會聚」現象，介紹「焦點」、「虛焦點」及「焦 距」。如圖 3-2-7 及圖 3-2-8。
圖 3-2-7 光的發散現象（南一出版社，2012，p109）
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圖 3-2-8 光的會聚現象（南一出版社，2012，p108）
利用透鏡成像的實驗，讓學生觀察物體在透鏡的不同位置時，所成像的性質為 何？並輔以圖 3-2-9 及圖 3-2-10 呈現成像的性質。
圖 3-2-9 凸透鏡成像示意圖（南一出版社，2012，p111）
圖 3-2-10 凹透鏡成像示意圖（南一出版社，2012，p112）
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接著說明如何以作圖的方式得到物體經透鏡所成的像，並輔以圖 3-2-11 與圖 3-2-12 呈現。
圖 3-2-11 凸透鏡成像作圖（南一出版社，2012，p112）
圖 3-2-12 凹透鏡成像作圖（南一出版社，2012，p113）
2. 搜尋適合融入教學之數位遊戲
搜尋市面上現成的數位遊戲軟體及網路數位小遊戲，分析各遊戲所融入之科學概 念及遊戲本身操作方式、介面設計對於教學之評估，如表 3-2-2。融入之國中自然與 生活科技能力指標，如表 3-2-3。
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鏡面反彈(Labyrex) 國八上學期自然與 生活科技-反射定律
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34 u.edu.tw/
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練學生由入射線與反射面之角度去判斷反射線的角度，讓學生在遊戲中學習到入射角 度與反射角度之關係。學生只需具備反射定律的概念，即可進行遊戲，對於大多數的 學生而言是容易的遊戲。
「快打成像」遊戲（軟體介面圖，如圖 3-2-16、圖 3-2-17）可以訓練學生利用所 學之面鏡、透鏡成像原理，快速的判斷物體成像的位置，並可即時回饋學生正確性，
在遊戲中物體放在不同的面鏡、透鏡前，學生依面鏡、透鏡種類及其焦點，可看到成 像的位置、大小等性質。學生要進行此遊戲，必需具備物體在不同的面鏡、透鏡前，
所成像的性質之概念，才能順利進行遊戲，此遊戲易對學生有造成一定程度的認知負 荷，乃為學生會認為較困難的遊戲。
圖 3-2-13 雷射死光槍遊戲介面圖
圖 3-2-14 雷射死光槍遊戲介面圖
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圖 3-2-15 雷射死光槍遊戲介面圖
圖 3-2-16 快打成像遊戲介面圖
圖 3-2-17 快打成像遊戲介面圖
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3. 設計教學概念活動教案
教學概念活動教案的設計，以 5E 學習環理論為架構設計，其中參與（Engagement）
階段、探索（Exploration）階段、解釋（Explanation）階段、精緻化（Elaboration）
階段依教學活動設計進行兩次的循環，評價（Evaluation）階段在上面的教學活動循 環結束後進行。參與階段：以學生的日常生活經驗介紹進入教學活動，再導入設計之 數位遊戲故事的前言，引起學生學習的動機與興趣。探索階段：讓學生寫概念單元的 學習單（以藍筆書寫），再利用融入之闖關秘笈及執行數位遊戲，學習所要教授的概 念。解釋階段：讓學生發表遊戲成績或遊戲進行中所遭遇的困難，引導其他同學一起 討論與概念單元的關係。精緻化階段：讓學生再寫一次概念單元的學習單（以紅筆書 寫），完成後老師公布正確的答案。評價階段：請同學回想所學到有關反射與折射的 知識並分享給其他同學，其他同學給回饋，並進行概念測驗後測。
根據研究者任教學校的行事曆及期初所擬訂之教學進度表，在正式進行教學活動 前，先進行概念測驗前測。本研究規劃 4 堂課的時間進行數位遊戲融入教學的活動，
並在每個概念教學前先寫概念單元活動學習單，教學活動結束後再寫一次該學習單，
讓學生有機會重新檢視自己在學習前、後的概念有何不同，亦可讓研究者瞭解自身的 教學是否對學生有概念上的影響，再根據學習單回饋的質性資料修正教學方法，即時 的將學生錯誤的概念引導到正確的概念。本研究所設計的概念活動課程結束後，再進 行概念測驗後測。
4. 編寫概念單元活動學習單
依每個概念單元再細分成更小的概念單元去製作，每張學習單依物體所在位置去 做區分，分為平面鏡成像 1 張、凹面鏡成像 3 張、凸面鏡成像 3 張、凹透鏡成像 3 張、凸透鏡成像 3 張。
（三） 發展研究工具
本研究所用的概念測驗乃利用研究者任教學校自然與生活科技領域教科書版本 提供之題庫修改而得，先請 2 位分別教授國中理化科 5 年及高中物理科 10 年的老師 進行專家審查，針對題本中題目敘述不清、圖形表達不明進行修改，並針對學習概念
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內容題目及認知層次的雙向細目表進行審查，修改完成後再請 1 位國立大學物理系教 授進行專家審題後修改題目，以建立專家效度，完成後請研究者任教學校之國中九年 級 1 個班級（共 33 人）進行預測，然後進行試題分析。
本研究之概念測驗工具雙向細目表，如表 3-2-4。預試之試題分析，如表 3-2-5。
表 3-2-4 概念測驗工具雙向細目表
認知層次
學習概念
知識 理解 應用 分析
合計題數 文字 圖形 文字 圖形 文字 圖形 文字 圖形
光的反射定律 1 2 3 4、5 5
平面鏡成像原理 6 7 8、9 10 5
凸面鏡成像原理 11 12 13 3
凹面鏡成像原理 14 15、16 17 4
光的折射現象 18 19 20 21 29 22 23、24 8 凸透鏡成像原理 25 26 27、28 30 31、32 7
凹透鏡成像原理 33 34 2
文字、圖形
表徵題數 4 2 2 5 3 7 5 6 34
合計題數 6 7 10 11 34
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的種類，學生可由題目中得到鏡中的像為正立縮小像，利用此條件可知有可能的鏡片 為凹透鏡與凸面鏡，再由鏡中的像為鏡前的人所成的像，可得結果為凸面鏡。第 30 題為文字題，主要目的檢測學生對物體在凸透鏡前由遠至近的位置，所產生的像之性 質的統整性，本題為本研究希望能看到學生操作動態的數位遊戲與動畫，可增進在此 類型題目的學習成效。
二、 實驗進行階段
本研究實驗組利用研究者所任教之班級進行，共進行 4 節課，每節課 50 分鐘。
對照組為同校同年級之另一班級，任教教師為國立師範大學物理系畢業之合格教師，
目前身份為代課教師。
實驗組融入之數位遊戲與動畫為網路搜尋及書商所提供之教學資源光碟所得，學 生課後可利用網路再做練習。對照組為傳統的講述式教學。
實驗組教師與對照組教師於研究進行前，針對本研究的目的與資料收集流程進行 討論，在不影響學生學習進度與教師教學情形下進行概念測驗前測與後測的施測。
三、 資料分析與論文撰寫階段
研究根據所得「概念測驗」成績進行資料整理，再依研究之問題進行不同方面的 統計分析，所得的結果依研究目的編寫成討論與建議，最後彙整結論撰寫於論文中定
研究根據所得「概念測驗」成績進行資料整理，再依研究之問題進行不同方面的 統計分析，所得的結果依研究目的編寫成討論與建議，最後彙整結論撰寫於論文中定