一、診斷測驗的發展：
在教學現場中常可以看到，同樣的一個知識或想法，經由教師傳授給學 生之後，容易產生不同的結果，出現相當大的落差。這種學生在學習數學與 科學課題時，透過其本身的思維方式所建構出與教師教學不一樣的概念的現 象，就稱為迷思概念(misconceptions) (Helm, 1980)、先有概念(preconceptions) (Novak, 1977)、另有架構(alternative frameworks) (Driver, 1981)、孩童的科學 (children’ science) (Gilbert, 1982)。
張惠博(1999)指出，想要瞭解迷思概念的成因，主要有以下六種診斷方 法：
1.診斷式傳統測驗題：常用來大量施測，其缺點是難以詮釋學生的想法。
2.概念圖法：由 Novak (1977)所提出，最常用來表現概念關係的測量方式。
3.晤談法：對於個案進行事例或事件訪談，用於了解個案想法或作法。
4.關係圖法：如單字聯想、樹狀圖、圖形建構、網狀圖、語意分析等，表示 彼此之間的關係。
5.Vee 圖：利用集合關係圖來推論根據何種觀念、原理、理論來支持其想法。
6.雙層式測驗：Treagust (1988)所提出的雙層式(two-tier)診斷測驗，此種診斷 測驗試題的結構分為兩層：第一層用選擇題診斷學生對概念的理解，第二 層再以問題來根據學生之說明來探究學生對概念的真正想法。
在這些方法中，比較常被使用的有診斷式傳統測驗題、晤談法與概念圖 法。診斷式傳統測驗題可以普遍性施測，取得大量的樣本資料，但是取得資 料後，卻無法從中了解學生作答的真正原因為何。晤談法則是需要耗費相當 大的人力與時間。而概念圖對於學生來說也需要花費很長的時間來回答，甚 至需要對教師進行專門訓練(Odom & Barrow, 1995)，因此這些方式並不適合
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用於大規模的實施來探究學生的科學概念。
針對這些診斷評量工具的缺點，Treagust & Haslam (1986；1987)提出雙 層式評量診斷(Two-tier diagnostic assessment)工具，來診斷學生概念，並幫助 教師了解學生在概念學習的狀態。也就是將將學習診斷分為兩層，第一層是 核心概念的內容，題目提供了一個情境脈絡讓學生做二選一或三選一的回 答。第二層是探索第一層做答的理由，題目提供了幾個理由選項讓學生選 擇，主要是用來瞭解學生所選擇的理由敘述是否為正確概念，進而瞭解學生 在第一層回答的理由正確性。5 個理由選項中的最後一個選項為「其他，我 的理由是_______________」，也就是當學生的理由有別於前四個理由選項 時，還可以將自己的理由自由地表達出來。雙層式評量試題的形態如圖 2-1 所示：
圖 2-1
雙層式評量試題的型態
題目： ………
………
□是 □否
理由：(A) ………
(B) ………
(C) ………
(D) ………
(E) 其他，我的理由是
二、雙層式評量工具的編製：
依據 Treagust (1988)的研究，雙層式評量工具的編製程序可以分成：定 義內容、獲得學生概念之相關證據，以及發展診斷工具等三大部分。根據此 三大部分可再細分成十個步驟，說明如下：
第一層
第二層
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(一)定義內容(Defining the content)
前四個步驟是定義主題的概念範圍和相關內容知識的敘述，並發展 概念圖。
步驟 1：確立命題知識敘述
就研究主題內容，找出包含在此領域內的知識，並將其中的概念逐 項條列出來，以確定命題的範圍。確定命題知識的敘述，在課程發展及 教學上具有很重要的地位。
步驟 2：發展概念圖
對研究主題相關之概念，畫出階層式的概念圖，研究者可利用概念 之間彼此的關聯性，仔細思考所選擇的教學內容之本質及範圍。而步驟 1 和步驟 2 可說是同時發展出來的，當命題敘述確立時，所對應的概念 圖也已成形，或是當概念圖確定時，所對應之命題敘述也已成形，兩者 是相輔相成的。
步驟 3：將命題知識敘述與概念圖連結比對
每個命題知識的敘述皆要與概念圖中所對應之概念直接相關，確保 被檢測的內容具有其內部一致性，且彼此要能涵蓋整個主題。這一種信 度檢核，看兩者是否真正能檢測和覆蓋於相同主題區域。
步驟 4：將試題內容效度化
命題敘述和概念圖是由學科學者、學科教師和學科專家檢核進行內 容效度化，並經由這些專家、學者針對命題的敘述和概念圖之中有任何 矛盾或不適當之內容進行刪除或修訂。當命題敘述及概念圖都確定之 後，在發展診斷工具的題幹時就會更加明確。
(二)獲得學生概念之相關證據(Obtaining information about students’
conceptions)
第二部分是發展診斷式的評量工具來偵測出學生的迷思概念，首先 透過對先前研究文獻的檢視，以及利用紙筆測驗一些開放性的問題後，
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再和學生進行訪談，得到學生作答情形的資料，來瞭解學生對該研究之 學科內容的理解，如此該主題的學生概念之典型範例就可以被確定。
步驟 5：探索相關研究文獻
在開始定義相關的學科問題或是探討學生的某種學科概念時，必須 對於一些研究學生之學科概念的相關文獻進行探討，以便獲得學生的迷 思概念，以及學習時若發現有困難的概念時，可以適時藉此用來發展診 斷工具。
步驟 6：與學生進行非結構性訪談
利用非結構性開放式的問題與學生進行訪談，在訪談過程中可以廣 泛地獲得學生的知識結構或迷思概念，並藉此瞭解學生對此概念理解的 程度。
步驟 7：發展開放性試題，讓學生可以自由回答
每一個選擇題的設計都是依照命題的敘述而來，而且每一題選擇題 的選項都是用來偵測學生的迷思概念。每一題選擇題的最後選項都包括 了一個空白位置，讓學生可以自由填答他所選擇此答案的理由，藉此來 蒐集學生的潛在概念。
(三)發展診斷工具(Developing a diagnostic instrument)
第三部分診斷工具的建構包含了雙層式題目的發展，第一層要求學 生對核心概念的內容進行作答，第二層則在探索學生在第一層作答的理 由為何。根據步驟 5、6、7 來發展題目的第二層—理由選項。
步驟 8：發展雙層式的診斷工具
每一道測驗題中的第一層選擇的是內容問題，且通常設計有二到三 個選項；第二層是選擇第一層的理由，通常包含四個可能的理由選項，
選項為綜合上述文獻、訪談和開放性紙筆測驗所獲得學生該題作答的理 由、想法，其中包含了迷思概念、正確概念或是完全錯誤的答案。然而
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學生必須兩層都答對，那麼此題才算答對。
步驟 9：設計雙向細目表
將所有題目的命題敘述整理成雙向細目表，以此表來檢視診斷性試 題的題目可公平地包含主題上的命題知識和概念圖上的概念。
步驟 10：持續精鍊
透過不同的班級或是不同群的學生來進行施測，透過不斷地修正診 斷工具，來確保該診斷工具可以有效地偵測出學生的迷思概念。
三、雙層式評量工具的優點：
以 Treagust (1988)所提出的雙層式評量診斷工具來診斷學生的錯誤概 念，其優點如下：
(一)兼具晤談法之質性的優點與傳統測驗法之量化的優點：
晤談法或概念圖法，雖然也可以得知學生的概念，但是卻必須花費 相當多的時間，在有限的教學時間中並不適宜。而傳統測驗法雖然可以 大量施測，但只能單純了解是否有達到某一個層次，並沒有辦法找出學 生的概念和原理的學習發展層級，也無法診斷出學生的迷思概念。
雙層式評量診斷工具的理由選項，是透過文獻探討、開放性試題施 測，以及學生晤談的結果歸納編製而成，因此雙層式診斷工具結合了學 生選擇答案的推理過程。再加上這兩層都是以選擇題的形式呈現，可以 很順利的在短時間內大規模探究學生的概念。
(二)可以降低學生猜對的機率，提高題目評量的效果：
在含有四個選項的典型選擇題測驗中，亂猜而猜對答案的機率是 25%，而在雙層式評量中，學生必須要先對題目的第一層－核心概念內 容(內容知識的部份)進行選答，之後再從第二層－理由選項中進行選 答，兩個階段都需要答對，才算學生對於該題有正確的認知。由於第一 層有 2 個選項，第二層有 5 個選項，兩層都同時猜對的機率就只剩下 10%
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了。因此可見雙層式的評量工具可以減低猜對之機率，相對的也提高了 本研究題目評量的效果。
(三)改良傳統選擇題的僵化模式，引導學生改變只重視死背知識而不求理解 的嚴重缺點：
在考試領導教學與傳統選擇題的考試模式之下，學生在學習時很常 見的現象就是只想追求最後的答案，認為只要將答案記下來就好，問題 背後的真正重要的概念往往容易被忽略。而雙層式評量試題的設計強調 概念的理解，重視以學生的理由及包括已知的另有概念為基礎而設計的 雙層式試題，近幾年來已成為許多研究學者所認同的研究工具，學生本 身可以在作答的過程中學習、澄清自我概念並幫助原有概念間的連結(林 鴻成，2009)。因此雙層式評量試題對本研究來說，除了可以幫助教師瞭 解學生在學習上的困難，還可以進一步解決教學中的盲點，提升學生的 學習效果。
(四)可以偵測出學生的錯誤概念，並提供教師作為擬定教學策略或補救教學 的重要依據：
張賴妙理與鄭湧涇(2000)指出，雙層式作答方式的概念診斷工具確 實能夠偵測出學生的錯誤概念。柳賢(2000)針對高一學生進行開放式雙 層式評量測驗之後提出，經由這種開放式雙層式評量的方式，教師可以 瞭解學生是否真正理解所學的知識而非一知半解。因此，設計成紙筆式、
選擇題型的雙層式診斷評量能診斷出學生的錯誤概念，幫助教師對學生 學習情況能更進一步的深層瞭解其內涵，同時教師能針對學生的錯誤概
選擇題型的雙層式診斷評量能診斷出學生的錯誤概念，幫助教師對學生 學習情況能更進一步的深層瞭解其內涵，同時教師能針對學生的錯誤概