「科學想像力任務」之發展

「科學想像任務」(Scientific Imagination Tasks)主要用於了解受試者於閱讀完 實驗材料後，可否使用實驗材料內的科學概念完成任務，並且發揮其想像力。科 學想像任務分成三個任務，包含任務一「熱的傳播知識題」（動動腦～「熱」我知 多少）、任務二「科學想像力任務-語文活動」（發生什麼事？）與任務三「科學想 像力任務-圖形活動」（我的新發明），題本請參見附錄七。

一、研究對象

由於「熱的傳播」單元為高年級課程，因不同教科書版本編排之故，有部分 學校於 5 年級進行，另一部分學校會於 6 年級進行。本研究考量研究目的，是欲 了解學生接觸想像性教材後，其學習成效與想像力之變化，因此選定未學習此單 元且認知發展程度較為接近的樣本。研究參與者共有 165 位，為國小 4 年級與 5 年級學生（下學期），由於學校選擇的教科書版本之故，皆未在自然課當中學過「熱 的傳播」單元。扣除未填答、反應無效者、閱讀或身心障礙者，以及施測過程中 遇臨時狀況而致使作答無效等（例如：施測過程中因借橡皮擦而導致吵架），在實 際分析人數部分，完成「熱的傳播知識題」有 160 位，本研究也同時利用此批受 試者的答案建立「語文活動」的常模。此外，由於本研究使用「想像力測驗」

(Imagination Tests)（林偉文、朱采翎、王毓苓，2012）做為校標關聯的驗證工具，

扣除前測缺席請假、未填答、部分活動答案無效等樣本，各指標效度驗證人數介 於 131 人至 140 人之間。

二、「熱的傳播知識題」編製

「熱的傳播知識題」總共有 10 題單選題，主要是了解受試者閱讀完材料之後，

其對於「熱的傳播」概念的掌握程度。以下說明編製程序與題目分析：

（一）編製流程

1.列出重要概念與題目分布

在「熱的傳播」單元中，受試者需要掌握到的核心概念是「熱是由高溫處傳 向低溫處」，並且知道「傳導」、「對流」與「輻射」三種熱的傳播形式，以及生活 上的應用。研究者完成教材分析與實驗材料編製後，即進行題目編製。

由於實驗施測時間有所限制，並且顧及學生作答時的專注度，故編製完成後，

決定保留 10 題。題目分成兩種類型：第一類係採用科學語言陳述，主要是了解學 生對於熱的傳播基本概念的掌握，例如：第 1 題「『熱的傳播方式』下面哪一個是 正確的？」（答案為「藉由液體的流動，熱從高溫處傳向低溫處是『對流』」）。第 二類屬於應用類，透過生活例子的說明，請學生選出哪些答案有運用到熱的傳播 的概念，或是哪一些答案有正確運用此概念，例如：第 4 題「夏天去海邊玩，哪 一種方式最無法保護自己，而且可能越來越熱？」（答案為「帶上酷炫的黑色帽 子」）。

2.確認主要目的與條件設定

根據文獻的建議，若測驗目的是為了解學生是否已學會教材的基本內容，則 整份試題的難度可以設定為 0.8，但如果是為了區分學生在某科目的個別差異，則 試題平均難度可設在 0.5 左右（郭生玉，2004）。由於任務一的主要目的在於了解

受試者對於「熱的傳播」基本概念的掌握程度，以及不同組別在學習新概念之後 的差異情形，故包含了前述兩個目的。再者，考量受試者在實驗之前皆未正式學 習過此單元，且實驗過程中並無安排重述或回想等活動，故研究者將平均題目難 度設定為「中間偏易」，即難度值落在 0.5~0.8 之間。

3.專家審閱與作答時間確認

本研究邀請 3 位任教於臺北市的國小教師進行題目審閱，其中兩位為自然領 域教師，另一位則曾經擔任自然領域教師，專家們主要確認題目是否符合國小 4 至 5 年級學生的認知程度，以及題目描述方式的適切度，最後評估完成 10 題所需 的作答時間。三位教師審閱後，其中兩位教師認為題目內容與用字符合學生目前 的認知程度，不需要修改，另一位教師則建議微調第 10 題的題幹敘述。經審閱與 修改確定後，即形成正式的題本。

此外，就作答時間部分，三位教師皆認為完成時間應該會落在 5 至 7 分鐘之 間，故設定作答時間為 7 分鐘。不過，研究者在施測過程（正式研究的研究一）

中發現，所有的研究對象皆能於 6 分鐘內完成，而且提早完成者容易分心做其它 事（例如：先寫回家作業），因此在實驗二即修正為 6 分鐘。

（二）研究結果

1.難度與鑑別度

從表 3-2-1 可知，「熱的傳播知識題」當中，以科學語言作為主要題幹描述與 答案的有 4 題，其它 6 題則是生活應用的題目。所有題目的平均難度為.60，平均 鑑別度為.35，從此分析結果發現，此 10 題知識題符合本研究之需求。

表 3-2-1

「熱的傳播知識題」難度與鑑別度列表

題號 類型 難度 鑑別度 題目品質

1 科學語言 .50 .52 難度「中等」，鑑別度「中等」

2 科學語言 .75 .47 難度「低」，鑑別度「中等」

3 生活應用 .60 .45 難度「低」，鑑別度「中等」

4 生活應用 .81 .30 難度「低」，鑑別度「低」

5 生活應用 .88 .16 難度「低」，鑑別度「低」

6 生活應用 .84 .23 難度「低」，鑑別度「低」

7 科學語言 .51 .54 難度「中等」，鑑別度「中等」

8 生活應用 .35 .21 難度「高」，鑑別度「低」

9 生活應用 .44 .21 難度「中等」，鑑別度「低」

10 科學語言 .28 .39 難度「高」，鑑別度「低」

不過，本研究從各題的難度與鑑別度發現，第 8 題與第 10 題的難度較高，而 鑑別度較低，也就是說，對於全體受試者而言，這是較為困難的題目。第 8 題是

「消防人員的服裝使他們不會被火給燙到，是依照哪種原理設計的？」，正確答案 為「傳導」，但受試者容易選成「輻射」。研究者重新審視實驗材料，認為此題會 有較高的錯誤率可能是因為學生推估「火在燃燒時會產生輻射」，此外，文章或故 事中也無提到類似的概念運用，所以學生較無參照的內容或推論的依據。第 10 題 是「如果你是一位廚師，要讓你的客人快速享受到美味的食物，又不被燙傷，你 會選擇下面哪一種鍋子？」正確答案為「金屬材質的鍋子，底部塗成黑色，旁邊 有塑膠的把手」，此題係結合了「傳導」與「輻射」的概念，也就是說，受試者必 須知道不同材質的導熱速度，還要知道「顏色」在接收熱能速度上的差異，所以，

若其中有一部分概念較不清楚，就較難選出正確的答案。

三、「語文活動」與「圖形活動」編製

本研究透過文獻回顧，並參考想像力與創造力相關測量工具之編製(Caroff &

Besancon, 2008; Hu & Adey, 2002; Mouchiroud & Lubart, 2001;Torrance, 1996a, 1996b, 1974, 1990; 林偉文、朱采翎、王毓苓，2012)，建製科學想像力任務，並分 成語文與圖形兩類任務，以下說明之：

（一）理論基礎

「科學想像力任務」的語文任務採用「擴散思考測驗」形式（Divergent Thinking），

請受試者針對題目之陳述與要求，盡可能地想出答案。圖形測驗部分，則是延續 語文任務的問題，請受試者根據科學概念設計一個產品。藉由文獻探討與評估實 驗材料的對應性，研究者歸納出三項原則以編製語文任務：

1.發現問題與形成假設

在語文測驗當中，希望藉由不尋常情境的描述，引發學生的認知衝突與好奇 心，使其想像可能的原因，並進一步形成假設。因此，此活動主要測量學生發現 問題與形成假設的想像力。

2.具有想像性

研究者從想像力相關之教學與測驗工具中發現，一個適於測量學生想像力的 測驗，其任務描述與內容需先引發學生的想像，也就是說，學生要能夠先想像題 目的場景或狀態，並且了解問題的核心，才能進一步想像可能的答案。故研究者

將「具有想像性」的題目特性陳述如下：

(1)不存在於當下或違反常理

即個人不在該場景或情境當中，需要透過想像方能在腦中建構全貌。此外，

雖然在腦中可以建構場景全貌，但其中有一些違反常理之處，或是導致其認知衝 突，因此他們需要再透過想像找出可能的原因。

(2)有多種可能性

在此，可能性可分成兩個部分。第一，想像任務場景或詮釋問題。任務所設 定的場景與細節需基於受試者的經驗，但這個經驗不一定需要完全相同(Vygotsky, 2004)。例如：在本測驗所描述到的「一個裝著水的容器」，本研究使用「容器」一 詞而非杯子或水壺，即是考量到學生知道容器的意思（主要拿來裝液體），但他們 可以根據自己的想像決定這個容器在腦中會是什麼樣子。此外，任務中給予一些 跟熱有關的線索，但卻不強調單一線索的影響力。例如：任務中描述到「容器」、

「水」、「窗戶」，這些都可能跟熱的傳播有關，如何詮釋這些線索之間的關係，以 及如何從這些線索中找到屋主被燙傷的原因，則交由受試者根據對於熱的傳播的 理解而建構。

第二，對於相同任務卻能產生不同答案。也就是說，題目在設定時即要能夠 激發學生的想像，不會將答案限縮在某些範圍當中（即沒有標準答案）。

(3)能引發感官影像

即任務的陳述需注意到所使用的字詞，有些字詞不能過於具體，這樣容易限 縮想像空間（例如：「容器」一詞就比「杯子」更有想像空間），但是某些字詞又

要能夠在短時間內引發學生腦中相關的經驗（例如：利用「在房子裡有個窗戶」

的描述就可讓學生很快在腦中形成畫面）。甚至在，情節的鋪陳上，也需要使用到 一些連結性較強的字詞，讓其情節的建構更加完整（例如：「突然驚呼了一聲，原 來是被燙傷了……」。意即透過文字與字句間的連結，產生一種虛實交錯的想像空 間，將會使得學生之間腦中的產生的意象更有差異或多元化。

3.包含知識運用

由於此任務之主要目的為了解學生閱讀完實驗材料之後，其對於「熱的傳播」

概念之運用，因此任務描述中包含了幾個與「熱的傳播」相關的重要字詞，即「水」、

「容器」、「窗戶」、「桌子」、「房子」，再以「燙傷」暗示受試者溫度的變化，最後 以「從早到晚這個容器始終放在同一個地方」置入變動的因素，提示受試者這中 間可能發生許多事情，以鼓勵他們從不同的角度思考這個問題。

「容器」、「窗戶」、「桌子」、「房子」，再以「燙傷」暗示受試者溫度的變化，最後 以「從早到晚這個容器始終放在同一個地方」置入變動的因素，提示受試者這中 間可能發生許多事情，以鼓勵他們從不同的角度思考這個問題。