應用診斷測驗結合答題信心探究跨年級學生簡單暨串聯電路之理解及影響來源

(1)

林靜雯、吳育倫答題信心診斷電路理解﹒ 25

• 教育科學研究期刊第五十八卷第二期

體觀團

2013 年.

58 (2) • 25-56

置單單區盟

doi: 10.3966/2073753X20 13065802002

由1型揖酷迫聶

應用診斷測驗結合答題信心探究跨年級學生

簡單暨串聯電路之理解及影響來源

林靜雯

國立東華大學課程設計與潛能開發學系暨科學教育研究所

摘要

吳育倫

臺北市立教育大學應用物理暨化學系科學教育組本研究以量化調查輔以部分質性唔談，運用診斷測驗結合答題信心及影響概念來源之自評，診斷 331 位接受電路教學前之三年級生，與335 位教學後之五年級生於簡單暨串聯電路一主題中真正理解、猜答及知識缺乏、另有答題類型之情形，並進一步探究其中正確及典型另有答題額型的影響來源o 結果發現，整體學生之正確答案多屬真正理解，錯誤答案多屬另有答題類型。其中，跨年級學生皆有之另有答題類型，為較難因教學而概念改變者，包括「電池體積大小影響電流多寡與燈泡亮度」等三種。此外，影響三年級生典型另有答題類型的來源為「直覺J .而五年級生則為「實驗」及「直覺」。據此，研究者建議於教學時可考膚以認知衝突情境及電路系統化基模，重建學生的直覺推理o 關鏈字:答題信心、答題類型、電路、影響答題類型的來源

通訊作者，林靜雯.

E-mail: jingwenlin@mai

l.

ndhu.edu.tw

(2)

•

26

.答題信心診斷電路理解

壹、緒論

林靜雯、吳育倫許多研究指出，學生在接受教學前，對科學知識已有其獨特想法。這些想法大多與科學家所認同的概念不一致，且受到日常生活經驗、凰官直覺、社會文化、媒體等影響，因而根

深恆固，不易改變，進而影響學生對科學概念的學習(

Hammer

,

1996; Treagust

,

1988

)。有些學

者將此種想法稱為「另有概念 J

(alternative conception) (Thomaz

,

Malaqui肘，

Valente

, &

Antunes. 1995: Wandersee. Mintzes.

&

Novak. 1994)

.與另一個常用名詞「迷思概念」

(

misconception) 相較， r 另有概念」一詞，價值判斷的意味較少，較為尊重兒童的想法，而

研究者亦認同此理念，而以「另有」的精神，統稱學生與目前科學社群觀點不同，且不易概

念改變之各種答題類型。

許多教育工作者都致力於探查學生的另有概念，希冀奠基於學生的先備概念之上，設計適切的教學協助學生概念改變(例如:許瑛珀、謝惠珠 ·2004 ;盧秀琴、黃麗燕 ·2007

; Chiu

&

Lin

,

2005) 。幾種常用以診斷的方式，包括唔談、選擇題、二階層診斷測驗(

two-tier

diagnostic instrument) (Duit

,

Treagust

, &

Manfield

,

1996; Wandersee et a

I.,

1994

)及繪圖(

(::epni

&Kel旬， 2006 )等。其中，唔談最能深入得知學生的想法及理由，但因耗時費力而無法蒐集大

量樣本;而選擇題雖能於資料蒐集上達省時省力之效，卻無法獲知學生選擇某一選項背後的原因。目前，繪圖題與二階層診斷測驗是較有潛力運用於大樣本測驗中，又能獲知學生答題

理由的折衷方式。然而，這兩種方式亦有其限制。舉例而言，繪圖題較適合表現空間相關的

概念問題，例如:電流方向(

Azaiza

,

Bar

, &

Galili

,

2006; Magnusson

,

Boyle

, &

Templin

,

1997

)、原子結構(邱美虹、高淑芬. 1999) 等，因而欲測驗之主題便有所限制。而二階層診斷測驗，由於從選擇題變異而來，因此仍存有選擇題本質上的缺點，例如:難以區別學生的正確答案是起因於猜測還是真正理解?而錯誤答案是源於知識缺乏或是另有概念?由於不同的答案類型，在教學上的建議並不相同:真正理解意味著教師毋須在此概念上加強教學，但若學生是猜對的，則除了需要教學外，測驗設計可能也要修正，以降低猜答情形;知識缺乏可透過爾後的教學及學習彌補，而另有概念則可能需要設計認知衝突等概念改變教學(

Hasan

,

Bagayoko

,

&

Kell句， 1999) 。因此本研究認為，一份好的另有概念診斷工具，應能協助教師釐清學生各種答題類型的真正意義，方能「對症下藥 J .設計最有效的教學。據此，本研究參考心理學領域信心評估的研究 (Pugh

&

Brun品，

1975; Stankov

&

Crawford

,

1997)

.嘗試藉由學生後設認

知，將之融入繪圖題及二階層診斷試題，以改進過去國內常用以診斷跨年級學生簡單暨串聯電路之另有概念及心智模式的「簡單暨串聯電路診斷測驗J (林靜雯.

2006 . 2008

;林靜雯、

邱美虹.

2009

;林靜雯、吳育倫.

2011

;林靜雯、吳育倫、林燕青.

2011

)之信度，並依據研

(3)

•

恤另一方面，過去研究著重於探討在某特定主題中，形成另有概念的普遍來源，其所含括的尺度與範圍較大，鮮少針對該主題裡的某個特定另有概念的影響來源進行調查。 Lin 與 Chiu

(2007

,

2010

)曾採質性唔談方式進行，但礙於少數唔談資料而較難推論到大樣本，因而對教學設計之實質回饋有限。由於影響概念之來源極為多元，每個學生概念形成的經驗亦多所不同，質性唔談的確是獲得另有概念形成來源的最佳方法，然而，另有概念與一般概念有別，具有普遍性，因此，影響另有概念之來源，亦應具有某種程度的雷同性，莫基於這些共通性來設計教學，相信最能事半功倍地協助學生概念改變。因此，大規模概念來源之調查，實有

其必要。

有鑑於此，本研究以容易產生學習困難的簡單暨串聯電路概念為主題，分別以接受電路課程前之三年級學生與接受課程後之五年級學生(以下簡稱跨年級學生)為研究對象，進行跨年級調查，測驗之設計嘗試於繪圖題與二階層診斷試題中納入答題信心及概念影響的來源，以診斷跨年級學生於簡單暨串聯電路一主題中，真正理解、猜答或知識缺乏、另有答題類型的情形。此外，為深入獲得這些答題類型及影響來源比重背後的機制，研究以大樣本量化施測及較小樣本一對一唔談的方式同步進行，資料相互對照以歸納結論。綜上所述，本研究詳細研究問題如下: 一、跨年級學生於簡單暨串聯電路一主題中，各種答題類型與答題信心之表現為何? 二、影響跨年級學生於簡單暨串聯電路一主題中，正確答題(含真正理解與猜答)與典型另有答題類型的來源為何?

貳、文獻探討

一、二階層診斷測驗

關於如何獲得學生對某一事物或現象的概念或想法，過去研究大多採用個別唔談(

e.g.

,

Osborne &

Gilbe此， 1980) 或選擇題(

e.g.

,

Engelhardt & Beichner

,

2004

)方式。其中個別唔談耗

時、費力、不易推論，且繁瑣過程易使受試者鼠到不耐;而選擇題雖能克服唔談的不便，但卻無法深入暸解學生對概念的解釋或理由。針對上述限制，目前於科學概念研究裡較常使用的評量方式為Treagust

( 1988

)所發展的二階層診斷測驗。該測驗形式是一種雙層式選擇題。第一層評量學生對現象的描述或事實|生知識，第二層則探查學生對事實性知識的進一步解釋。二階層診斷測驗含括選擇題及唔談法的優點，提供大量施測的便利性，並協助教師瞭解學生可能的另有想法分布情形及這些想法

背後的理由(

Chu

,

Hwang

,

Tsai

,

& Tseng

,

2010 )

，有助於科學教育研究者進一步莫基於學生想

法，設計相應的課程與教材。

(4)

•

28

.答題信心診斷電路理解林靜雯、吳育倫

答或誤答的情形，而影響教師或研究者對學生概念之理解 (Caleon

&

Subramaniam

,

2010) 。因此，過去曾有研究者嘗試擬訂受試者於選擇題各題項分布的百分比，以評估「典型」的另有概念。如 Gilbert

( 1977

)曾指出，若該問題有四~五個選項，而有超過 25% 的受試者選擇某一錯誤答案，則顯示此選項為典型之另有概念; Peterson 、 Treagust 與 Garnett

( 1989

)則指出，若兩階層答題組合有超過 20%的受試者選擇，則可視為典型的男有概念;而 Tan 、 Goh 、 Chia 與 Treagust

(2002

)則認為，兩階層答題組合選項較一般選擇題多，若將每個答題組合選項的誘答力均視為一致，進而平分比例，則鮮少有選項可達到25%的標準，因此以 10%作為對另有概念的界定。雖然上述百分比的界定粗略解決了典型男有概念的判斷，然而，愈來愈多研究者質疑，二階層診斷測驗中的錯誤答案，即是所謂的「男有概念」嗎?如何區分學生的錯誤答案究竟是知識缺乏或男有概念呢?據此，二階層診斷測驗輔以答題信心的方式應運而生。

二、答題信心

答題信心的評估源自 1930 年代的心理學領域(Echternacht，

1972 )

，至 1970 年代末期開始伴隨典型智力測驗出現，並逐步系統化(

Stankov

&

Crawford

,

1997) 。基本上，答題信心是指個體對其內在自我信念程度的評估 (Renner

&

Renner

,

2001 )

，透過要求個體對認知任務表現的自評，得知量測與實際表現間的相關性(

Stankov

&

Crawford

,

1997) 。許多研究指出，此種方式與傳統測驗形式相較，除能反映出學生概念理解的強度，降低學生答題的不確定性，大幅提升試題的信度(黃國禎、朱蕙君、王榕輸， 2008;

Pugh

&

Brunza

,

1975; Stankov

&

Crawford

,

199 7)

，因而對於學生學習困難的診斷有所助益外(黃國禎等，

2008 ; Lo

,

Wang

, &

Yeh

,

2004)

,

亦可藉著後設認知能力的運用，增進學生的優勢，減少其弱勢，以發展學生較高層次的思考

技能(Jack， L凹， Ch凹，&

Tsai

,

2012) 。

因此，近年來，亦陸續有科學教育研究者將信心評估納入概念診斷測驗。舉例而言，三階層診斷測驗便是由二階層診斷測驗結合答題信心而來。學者們希望透過第三階層的信心評

估，區別學生的想法源自知識缺乏還是男有概念 (e.g. ，

Caleon

&

Subramaniam

,

2010; Kaltak<;i

&

Did吟，

2007; Lin

,

Wu

, &

Lin

,

2011;

Pe~man

&

Eryilmaz

,

2010

)。以 Caleon 與 Subramaniam

( 2010 )

波的概念研究為例，該研究調查 243 名十年級生的男有概念，結果發現，學生持有的二十一項男有概念，輔以信心評估後，區別出十一種「真正的」男有概念，而其餘的僅為知識缺乏，其中又以「空氣是聲波傳適的必要條件」、「當傳遍聲波的空氣介質被封住時，聲音也會被封住」及「增加或減少介質的密度能使聲波傳送更快」三種男有概念最為突出。關於信心的評估，部分研究採取李克特式評量，並以中數為男有概念判斷的基準(

e.g.

,

Caleon

&

Subramaniam

,

2010)

;亦有研究是以確定與不確定之二分法作為評量標準(e.g.， Pe~man

&

Eryilmaz

,

2010) 。

換言之，若將答案對錯與信心高低配對，可進而劃分為四個部分(如圖 1

)

:學生的答案正確且具高信心，可被視為真正理解，答案正確但低信心則應屬猜測;相反地，答案錯誤但其高信心，則歸為另有概念，而答案錯誤且低信心，則應屬知識缺乏。

(5)

林靜雯、吳育倫團1. 答題情形與答題信心答案正確

高信心|

真正理解

低信心|

猜測

答案錯誤另有概念知識缺乏答題信心診斷電路理解﹒ 29

•

綜上所述，本研究嘗試先從學生於概念診斷試題中答題百分比的分布，找出學生典型的答題類型，再輔以其對答題信心程度的反思，以中數作為判斷，小於等於中數的答題，研究者將之歸為知識缺乏，而高於中數者，則屬於根深抵固、難以改變的另有答題類型。

三、影響概念的來源

上述研究關心學生持有何種異於科學概念的想法，而影響這些另有概念形成的來源，近年來亦逐漸受到重視。回顧過去探討另有概念來源的相關文獻發現，另有概念形成的原因可歸納為日常經驗與觀察、類比產生混淆、隱喻使用、先備知識、正式教學與非正式教學、同

儕文化、媒體等 (Head，

1986; Wandersee et a

I.,

1994)

，但這些研究通常僅針對一般性概念加以

討論，鮮少針對特定概念的特定來源深究。盧秀琴 (2005 )與 Lin 和 Chiu

(2007

,

2010

)之研究是少數透過教科書分析、學生受概念來源影響自陳之勾選、唔談，以及教室觀察等多種研究方法來探討概念與影響概念來源關係之研究。這些研究共同的地方皆在於使用多種研究方法，進行小樣本的深入探討;不同的地方則在於前者僅著重於「教科書」此單一來源，而後者則以酸鹼為主題，廣泛探討各項可能影響概念來源之比重。後者由於是探討多樣化來源，作者便依據文獻探討及實際唔談結果，將可能影響學生心智模式來源歸納為正規教學、校外的教學、社會環境、日常生活的經驗與直覺五大類，以及自然課實驗、學校教科書的內容、學校老師的教學、電視媒體等十個次類別，據此分析影響不同心智模式之來源及其比重。根據研究結論， Lin 與 Chiu 分別針對特定心智模式的特定影響來源給予教學建議，以協助教師因勢利導。然而，上述研究僅唔談少數樣本，因此推論性較為有限。本研究認為，既然概念的來源與概念學習息息相關，便值得藉由跨年級大樣本之調查，確認形成學生另有概念之來源，尤其教師若能於教學前與教學後偵測出影響學生概念發展的來源，應更能瞭解教學在其中扮演的角色，進而發展更適當的教學策略輔助學生困難概念的學習，以提升教學效率。四、電學概念相關研究在科學教育領域裡，與電學相關的研究一直是重要的主題。根據 Pfundt 與 Duit

(2009)

(6)

•

30

對兒童科學概念文獻資料庫的整理發現，與電學相關的研究超過19% .僅次於力與運動一主題，顯示許多研究者對此概念無不投注相當心力。

回顧過去相關文獻，小學階段的電學概念常從簡單電路與串聯電路兩部分加以探討，並依據學生對簡單與串聯電路電流方向的解釋，分為單極、撞擊、交叉撞擊、衰減、共享與科

學六種模式(

Magnusson et

泣，

1997; Osborne & Freyberg

,

1985) 。此外. Chiu 與 Lin 則延續過去相關研究，對電流心智模式進行一系列詳盡研究(邱美虹、林靜雯.

2002 ; Chiu

&

Lin

,

2005)

.而將學生於簡單暨串聯電路的心智模式區分為六大類，包含A單極、 B.雙極(相當於撞擊)、 C.電流衰減、 D.電流不變的科學模式與過去文獻中並未發現的E燈泡本身有電及 O.不會發亮。在這六大類型之下，又可區分為十二種子類型。不同年級於上述各類型之心智模式的比例互有消長。大致而言，單極模式是學生的初始模式，雙極模式次之。而隨著年齡的增長及與教學的互動，持有雙極模式者，可能會困惑於此模式無法順利描述兩串聯燈泡間的電流，因而改變模式(林靜雯.

2000)

.但這對持有電流衰減模式的學生而言，卻影響不大

(邱美虹、林靜雯，

2002 ; Borges

&

Gilbe此，

1999; Osborne

&

Freyberg

,

1985; Shipstone

,

1984

,

1985

)。許多研究者認為，此乃學生持有「資源消耗模式」及「順序推理」的緣故。持有「資源消耗模式」的學生會認為電池是電或能量的儲存槽(

Ps

i11

os

,

Koumaras

,

&

Tiberghi凹，

1988) •

在封閉電路中傳送一定的電流，而非維持一定的電壓。而「順序推理」模式，受生活經驗及追蹤電流流動的教學活動影響甚深，持有此種推理模式的學生容易認為電離開電池後，經過元件再回到電池的過程就如同一連串發生的事件，然而，這卻妨礙了將電路視為完整系統的

想法(李賢哲、獎琳、張蘭友.

2005

;引自 Driver，

Squires

,

Rushworth

,

& Wood-Robinson

,

1994 )

目前國內小學電學的相關課程，主要安排於四年級與六年級。四年級著重電路教學，強調簡單電路與電池串聯的通路連接方式，以及串聯電路兩燈泡亮度的比較;而六年級則著重於能量形式的轉換及用電安全。林靜雯 (2008 )跨年級的調查曾指出三年級於串聯電路時，多持有電流雙極模式，而五年級則多持有電流衰減的子類型共享模式，究其原因，研究者推測是受到四年級串聯實驗影響，由於學生可直接觀察串聯電路中兩個燈泡一樣亮的現象，因此促使共享模式比例上升。這也顯示相關課程與教學的介入會影響學生電流概念的發展。因此，研究者選擇接受電路教學前之三年級與教學後之五年級學生為研究對象，以瞭解接受電學相關課程前、後，學生簡單暨串聯電路概念的理解情形，以及與教學或其他影響來源之間的互動。

參、研究方法

一、研究對象與流程

本研究為跨年級研究，目的在於瞭解接受相關教學前與教學後，學生答題類型的分布型

(7)

林靜雯、吳育倫 _{答題信心診斷電路理解﹒}

31

. 態，以及影響概念來源類型的差異。由於電路相關正式課程安排於四年級，因此本研究選擇三年級和五年級學生作為研究對象，詳細的研究對象及流程如圖 2 所示。首先，研究者選取臺北市與新北市各 l 所公立、大型小學三年級與五年級學生，共 666 人為研究對象。其中三年級學生尚未接受過任何電路相關正式課程，而五年級學生則已於四年級下學期時進行了相關課程。接著，研究者以大樣本問卷施測以及較小樣本一對一唔談兩種方式，分別對學生進行簡單暨串聯電路診斷測驗。在問卷方面，研究者隨機挑選兩校 270 名三年級學生 (II 班)

•

與兩校 273 名五年級學生( II 班) .而在唔談方面，研究者則另於 B 校隨機選擇 2 班三年級 61 名學生，與 2 班五年級 62 名學生。所有學生( 666 位)的量化資料分析用以獲得學生於診斷測驗中的答題類型、信心程度及影響答題類型之來源的分布及比例。但由於研究對象挑選並未完全隨機，讀者宜注意研究結果之詮釋有其限制。而 123 位學生的唔談口語則是希望能進一步瞭解學生答題類型、信心程度，以及來源之解釋與關聯的機制。

未

接

新北市A公立小學(三年級

116)

受電

新北市B公立小學(

154)

學相關

一年級

課

程

_{新北市B公立小學 (61}

)

(331 )

已

五年級

接受電

新北市A公立小學(

129)

新北市B公立小學 (144

)

學相關

五年級

課

程

新北市 B公立小學 (62

)

(335 )

圖2. 研究對象及流程

I

:>

I

:>

>

I

:>

簡單暨串聯電路診斷測驗

二、研究工具

本研究以跨年級「簡單暨串聯電路診斷測驗」為研究工真，原測驗用以測驗三~九年級

(8)

•

32

.答題信心診斷電路理解林靜雯、吳育倫跨年級學生的另有概念。此工具經歷發展與效化階段後(林靜雯.

2006 • 2008)

.業有多篇學術論文之發表(林靜雯、邱美虹.

2009

;林靜雯、吳育倫 ·2011 ;林靜雯等. 201 1)。惟此測驗之題目及題型較多，因此本研究依據研究目的，僅以其中繪圖題與二階層診斷試題兩部分進行深入研究。繪圖題及二階層診斷試題可測得包含多個概念的心智模式，亦可分離診斷出單一概念，為避免混淆，本研究以「答題類型」一詞，統稱研究中所出現之「模式」或「概念」。此外，因應研究目的，研究者另於各題之後，加上答題信心與影響來源的自評。測驗之組成包含. r 答題類型」、「答題信心」與「影響答題類型的來源」。茲詳述如下: (一)題目類型本研究測驗設計理念符合九年一貫課程綱要自然與生活科技領域之電學相關教材內容細目 r 222 電磁作用」中之 r 2a利用電線、電池或金屬物質接成通路，可使燈泡發光、馬達轉動J• 以及 r 4b探討電路中，電壓、電流與電阻的關係」。其中. 2a 為國小中年級程度，又可分為簡單與串聯電路的概念理解情形;而 4b 為國中程度，本研究之受試者皆末接觸此部分課程，雖然如此，但測驗題目可予以瞭解學生於尚末教學前的另有概念分布狀況，並可與其他國小相關之試題比較，作為本研究答題信心與概念來源答題結果之參照。若進一步與中年級教科書內容對應，其關係如表 l 所示。值得一提的是，有關表 l 的分析，本研究亦將之作為影響學生概念來源三角校正之參考。燈泡串聯之電路，通路與斷路的定義與連接，並比較兩顆燈泡亮度燈泡串聯之電路通路與斷路的定義與連接方式，觀察燈泡不會亮，但未述及斷路時電路中無電流的現象電池體積與數量對燈泡亮度的影響，但未提及電壓與電流的關係中年級教科書內容簡單電路通路與斷路的定義與連接燈泡串聯之電路，通路的定義與連接方式電路圖上標示電流方向，無文字描述

2224b

3. 電壓與電流的關係表 l 簡單暨串聯電路話斷測驗與現行中年級教科書內容對應題型題目內容簡述教材內容細目 1.簡單電路之通路

2222a

2. 串聯電路之通路

2222a

繪圖題 3. 簡單電路之電流模式

2222a

4. 串聯電路之電流模式

2222a

1.串聯電路之電流模式、

2222a

,

燈泡亮度及能量觀點

2224b

2. 串聯電路之斷路、燈泡 222 泊，二階層診斷亮度及能量觀點

2224b

試題 4 電流與電阻的關係

2224b

註: 表無相應之教科書內容。

(9)

林靜雯、吳育倫答題信心診斷電路理解﹒

33 •

1.繪圖題測驗內容包含簡單電路與串聯電路，各三個電路圖(附錄一)。主要欲測驗學生「通路」概念與「電流模式」。於「通路」概念上，學生須判斷每個電路圖上裝置的燈泡是否發亮。此步驟主要檢驗學生是否具備電路「封閉性」與電路元件正負相接之「元件雙極性」的概念; 於「電流模式」判斷上，學生須對每個電路圖是否形成電流進行判斷，若有電流，則須繪出電流方向。計分方式為燈泡是否發亮，每圖 2 分，電流是否形成與其方向，亦為每圖 2 分，共 24 分。 2. 二階層診斷試題測驗內容分別為: (1)串聯電路之電流模式、燈泡亮度及能量觀點; (2) 串聯電路之斷路、燈泡亮度及能量觀點; (3)電壓與電流的關係; (4)電流與電阻的關係。作答採網路測驗之跳答設計，學生必須先於第一階層選定某個「現象」後，第二階層才會出現與該現象相應之「理由 J (附錄二)。計分方式為現象與理由兩者皆答對者得 4 分，答對其一者得 2 分，皆錯者得 O 分，總計 16 分。整份問卷共 40 分，經臺北市某國小三年級 31 位學生及五年級 32 位學生預試後，三年級之 Cronbach'sα 係數為 .703 、五年級之 Cronbach'sα 係數為 .8 日。 (二)答題信心研究者參考李克特五等第量表，設計五顆愛心的圖形，學生若具有高度信心，最高可圈選五顆愛心，其次為四顆愛心，依此類推。經上述臺北市某國小三年級 31 位學生及五年級 32 位學生預試後，三年級之重測信度為 .901 、五年級則為 .852 。答對之信心數進一步與測驗總分進行預測性效標關聯，三年級之效度為 .887 .而五年級部分則為 .773 。 (三)影響答題類型的來源研究者請學生於每題答題後，從所提供的來源選項裡，選擇影響其想法最主要的一個來源。僅選擇其中一個來源報導最主要的原因乃由於多項來源之間另有比重的問題，未能同等視之，但學生並無法進一步給予這些來源適當比重。因此，研究者參考文獻與過去唔談(類

別歸類請見 Lin

&

Chiu

,

2007

,

2010

)所得，提供十項單一來源選項，分別為:1.自然課實驗、

2. 學校教科書的內容、 3. 學校老師的教學、 4. 電視媒體(如:下課花路米、探索頻道等)

,

5.

網路、 6. 家人指導(如:父母或哥哥、姊姊等教過)、 7. 閱讀課外讀物(如:百科全書、〈小牛頓〉、〈國語日報》等)、 8. 補習班、安親班老師的教學、 9. 自己日常生活的經驗、 10. 直覺

(如:自己想的、我覺得就是這樣)。問卷設計經 2 位科學教育專家、 2 位自然科教師審閱，具有內容效度與表面效度。

(10)

•

34 三、資料分析

本研究以量化分析為主，質性分析為輔，根據研究目的，以下分就學生於研究工具之繪圖題與三階層診斷試題之答題情形進行「答題類型」、「答題信心」及「影響答題類型來源」之分析說明: (一)答題類型在繪圖題部分，研究者分別以三個簡單電路圖、三個串聯電路圖為一組，針對「通路」概念與「電流模式」來分析，其中通路概念可由學生對燈泡發亮與否的判斷，分為:1.具封閉性及元件雙極性; 2. 具封閉性但不具元件雙極性;3. 不具封閉性但具元件雙極性;4.不具封閉性及元件雙極性四種;而電流模式則依據林靜雯與吳育倫(

2011

)對簡單暨串聯電路電流模式之分類，將學生所繪的電流模式分為 A. 單極、 B. 雙極、 D. 科學、 E. 燈泡本身有電及 O. 不會亮等類別(表 2) 。若學生本身於三個簡單或串聯電路圖中持有不同標準判斷封閉性及元件雙極性，或所繪的電流模式不一致，例如:學生於第一個電路圖所繪之電流模式為 B. 雙極、第二個電路圖為 D. 科學，則歸於「混合」一類。若學生繪圖不清則以無法判別歸類之。此部分由 2 位研究者進行編碼，評分者信度為 .958 .而後再針對資料歸類不一致之處溝通至取得共識。編碼完成後，研究者再以百分比進行統計。表 2 簡單暨串聯電路電流模式特徵摘要及編碼表電流模式 A.單極 B.雙極 D. 科學 E 燈泡本身有電 O. 不會亮特價摘要不具封閉電路的概念，電流白電池的一端經由電線傳送到燈泡的底部電池從兩極發出兩股電流流向燈泡，經撞擊或會合使燈泡發出光亮具正確通路概念、電流方向燈泡中本來就有電，但是電流必須重回電池補充電流才能繼續發光學生認為連接燈泡的兩條電線都必須直接連接到電池，燈泡才會亮。持有此模式之學生尚未建立完整的通路概念，因此串聯電路的燈泡不會亮在二階層診斷試題部分，針對學生於四個題目中的各個答題選項進行百分比統計，每個選項代表一種另有答題類型(詳見表 3) 。由於該部分屬於跳答類型，在第一層現象與第二層理由已經過配對，而控制答題類型於七種以內，不若一般二階層測驗那麼多，因此研究者以 Peterson 等( 1989) 所提出的 20% 作為典型答題類型之判准。若該選項超過 20% 的受試者選擇，則視為典型的答題，教師應於教學時特別重視。

(11)

林靜雯、吳有倫 _{答題信心診斷電路理解﹒}

_{35 •}

表 3 跨年級學生於繪圖題之答題類型百分比與信心程度概念與答題類型簡述 =年級 (N=331

)

五年級 (N=335

)

答題(%

)

信/[;- 答題(%

)

f言/[;-具封閉性及元件雙極性*

45.3'

3.98

82. 7'

4.35 1.簡路單之電

通具封閉性但不具元件雙極性

40.2

a

3.65

14.9

a

3.64

路不具封閉性但具元件雙極性

2A

d

2.63

0.6

a

4.00

不具封閉性及元件雙極性

12.1

a

_3.80

1.

8

a

3.75

具封閉性及元件雙極性*

36. 6'

3 .4

5 75.2'

4.10

2. 串聯電具封閉性但不具元件雙極性 28. 戶

3.36

14.3

a

3.69

路之通不具封閉性但具元件雙極性

3.0

a

3.30

0.3

d

1.

00

路 _{不具封閉性及元件雙極性}

30.2

a

3.43

8.1

d

_2.83

混 A口

1.

5

a

3.80

2.1

a

3.57

科學* 36.σ

3.22

74. 9'

3.99

單極

14.5

d

2.96

3.9

d

2.62

3 簡單電雙極 34. 戶

3.06

16.7

a

3.08

路之電燈泡有電

6.9

a

3.78

2 .4

a

3.13

流模式不會亮

_0.9

d

2.33

0.3

a

3.00

混合

_3.6

a

₃

_.2

₅

_1.

₅

a

3.60

無法判別

3.3

a

3.36

0.3

d

0.00

科學*

32.9'

3.10 74.9'

3.77

單極

10.6

a

3 .2

0

2.1

a

3.14

4. 串聯電雙極

40.8

d

2.84

16.7

a

3.22

路之電燈泡有電

5.7

a

3 .4

2

2.1

a

3 .2

9

流模式不會亮

_1.

₂

a

_3.25

_0.6

a

_4.50

混合

_5.7

a

_3.26

_2A

d

2.75

無法判別

3.0

a

3.50

1.

2

d

2.50

註*表正確答案;斜體表典型答題類型(大於 20%)

;

r 表真正理解 (real

understanding) ;

g 表猜對 (guessi月)

;

a 表另有答題類型 (~ltemative

response) ;

d 表知識缺乏 (geficient) 。

(二)答題信心

研究者將學生於各題李克特五等第的畫記轉為分數形式，即五顆心記為 5 分，四顆心記為 4 分，以此類推，並計算每個答題類型的答題信心平均值。若錯誤選項之信心平均超過中數 3 '將之視為另有答題類型;反之，若小於或等於中數 3 '則推論此答題類型對此群受試者

(12)

•

36

·答題信心診斷電路理解林靜雯、吳育倫而言應屬知識缺乏。同理，若正確選項之信心平均超過 3 '視為真正理解;若小於或等於中數

3

'則推論為猜答正確。 (三)影響答題類型的來源此部分分為量化描述性統計之分析，以及質性唔談口語輔助概念來源情境具體化之歸納。在量化部分，研究者先統計所有受測學生於每個影響答題類型來源問卷中各概念來源被勾選的次數，計算影響其想法來源的百分比。而在質性部分，研究者先於唔談進行時，便分別針對受試者深入唔談口語的內容，與受試者勾選的類別初步比對，若遇到受試者勾選類別與唔談口語內容不相關或不一致時，研究者便會進一步詢問，藉以釐清類別。而有關不一致的情形，在唔談中出現的情形並不多。接著，所有唔談口語皆被轉錄成逐字稿。再者，由本研究 2 位作者共同挑選其中具代表性，可以具體化相關情境之口語。最後，基於答題類型之代表性及篇幅，本研究僅提出影響正確答案及典型另有答題類型之最重要來源的前 3 名，並僅針對重要的影響來源，輔以質性口語以具體化相關情境。值得注意的是，因受試者之記憶會隨時間模糊或有錯誤連結，故分析結果僅供參考，不宜直接作為概念類型與影響來源之間因果關係的推論。

肆、結果與討論

一、跨年級學生簡單暨串聯電路答題類型與信心為瞭解跨年級學生對簡單暨串聯電路相關概念的理解情形，研究者根據學生於「簡單暨串聯電路診斷測驗」繪圖題與二階層診斷試題兩部分之答題類型與信心進行分析，結果如表 3 、表 4 所示，茲說明如下:

(一)跨年級學生於繪圖題之答題類型與信心

1.通路根據表 3 '在「簡單電路」部分， 45.3%三年級生具備封閉性及元件雙極性的正確概念，信心平均值為 3.98 (為方便讀者閱讀，研究者以下為文，將以，.

(45

.3%,

3.98)

J 此種簡單註記方式相互為用。其中，括號內前者為某答題類型學生持有之百分比，後者則為答題信心平均)。五年級生則高達 82.7%持有正確概念，信心平均值為4.35 ;在「串聯電路」部分，36.6%三年級生具備封閉性及元件雙極性的正確概念，信心平均值為3 .45' 而五年級生則有75.2%持有正確概念，信心平均值為4 .1 0 。在錯誤答題類型上，於「簡單電路」部分，三年級生於「具封閉性但不其元件雙極性」

(40.2%

,

3.65) 的比例超過 20% '屬於典型的另有答題類型。而在「不具封閉性但具元件雙

(13)

林靜雯、吳有倫客題信心診斷電路理解﹒

37 •

概念與答題類型簡述表 4 跨年級學生於二階層診斷試題之答題類型百分比與信心程度三年級 (N=331) 答題(%) 信心五年級 (N=335) 答題(%) 信心

2.78

3.79

3.64

3.67

4.18

4.23

3.52

3.80

3.63

3.58

4.07

4.13

3.32

3.45

3.97

3.79

0.00 5.1 '

6.9

d

3.6"

7.5"

6.6"

12.8"

53 .7'

23.

0"

1

1.

6"

11.6"

19.7"

0.0

34. 6'

31.

9"

15.2"

22. 戶

20. 6"

3.61

3.70

3.68

3.46

3.35

3.78

3.50

3.76

3.03

3.67

3.57

3.82

3.63

4.00

3.77

3.97

3.36 3.0'

6.9"

9. 7"

0.6"

2.

7"

1

1.

2"

17.5"

11.8"

15.1 "

28 .7'

26.0"

34. 1"

20.2'

53. 8"

16.6"

16.0"

10.6"

點 1.串聯電路之電流模式、燈泡亮度及能量觀點 2. 串聯電路之斷路、燈泡亮度科學模式* 衰減模式，電流方向正確，但電流經過燈泡後會衰減燈泡本身有電，且流經電池後電流更充沛雙極模式，且兩燈泡間電流於電線中點反彈，電流沒有消耗雙極模式，且兩燈泡間的電流會相互傳輸，燈泡會吸收電流共享模式，電流方向正確，但電流被兩串聯的燈泡平分電流方向如交流電一樣形成交叉撞擊模式非上述答案因斷路不會形成電流* 電流方向正確，且會流到斷路~後才停止，有電流經過的燈泡會亮電流由電池兩端出發，分別流到斷路處停止，有電流經過的燈泡會亮電流流到斷路處停止，但因未形成通路，及能量觀故燈泡不亮電流如交流電一般流動，分別流到斷路處停止非上述答案電壓大小影響電流大小與燈泡亮度* 電池體積大小影響電流多寡與燈泡亮度 3. 電壓與電電池體積大小影響電流多寡與使用時間，流的關係但不影響燈泡亮度電線粗細會影響電流傳送量

15

.4"

3

.4

3 12.8"

3.79

燈泡個數與電流大小成反比*

5

.4g

2.78

5.7

g

3.00

電線長短影響電流大小

45. 9"

3.66 34.3"

3

.4

8

4. 電流與電燈泡會消耗電流

24.2"

3.54

29. 伊

3.63

阻的關係燈泡會平分電流

9. 7"

3.78

8

.4"

3.52

電線數量影響電流大小

12

.4"

3.22 20.(1

3.78

非上述答案

2

.4"

3.13

1.

8"

3.33

註*表正確答案;斜體表典型答題類型(大於 20%)

;

r 表真正理解 (real

understanding) ;

g 表猜對 (guessing)

;

a 表另有答題類型(且ltemative

response) ;

d 表知識缺乏 (4eficient) 。

(14)

•

38

.答題信心診斷電路理解林靜雯、吳有倫司極性 J

(2

.4%,

2.63

)上，則因信心平均未滿中數 3 .而歸屬為知識缺乏;五年級生雖無典型的另有答題類型，但於「具封閉性但不具元件雙極性 J (

14.9%

,

3.64) 仍是比例最高的另有答題類型。而「串聯電路」部分，三年級生在「具封閉性但不具元件雙極性 J (

28.7%

,

3 .3

6

)及「不具封閉性及元件雙極性 J

(30.2%

,

3 .43) 上，視為典型的另有答題類型;五年級生於此亦無典型的另有答題額型，但「具封閉性但不具元件雙極性 J (

14.3%

,

3.69) 則屬於比例最高之另有答題類型，且信心較三年級生 (3.36 )略微上升，因此仍須重視學生於此概念之發展。而「不具封閉性但具元件雙極性 J (0.3%， 1.00) 及「不具封閉性及元件雙極性 J (

8.1 %,

2.83

)兩者的比例偏低且信心亦低，屬於知識缺乏一類。 2. 電流模式根據表 3 .在「簡單電路」部分 ·36.0%三年級生持有科學模式，平均信心為 3.22 .而五年級生則高達 74.9% .平均信心為 3.99 ;在「串聯電路」部分. 32.9%三年級生持有科學模式，平均信心為 3.10 .而五年級生則有 74.9% .平均信心為 3.77 。在錯誤答題類型上，在「簡單電路」部分，三年級生持有「雙極 J

(34.7%

,

3.06) 比例最高，視為典型的另有答題類型，而「單極 J (

14.5%

,

2.96) 與「不會亮 J

(0.9%

,

2.33

)則歸於知識缺乏;五年級生仍以持有「雙極 J ( 16.7%， 3.08) 比例最高，而「單極 J

(3.9%

,

2.62)

.亦顯示為知識缺乏所致。與三年級生相較，持有「雙極」與「單極」的比例已大幅下降。在「串聯電路」部分，三年級生持有「雙極J

(40.8%

,

2.84) 比例最高，然因信心末超過中數 3 .應、歸羊毛知識缺乏，是較為特殊之處;五年級生持有「雙極 J (

16.7%

,

3.22) 比例雖大幅下降，但仍是其他錯誤答題額型裡最高，且信心上升至超過 3 。因此，串聯電路之電流雙極模式與教學的關係實值得重視。

(二)跨年級學生於二階層診斷試題之答題類型與信心

1.串聯電路之電流模式、燈泡亮度及能量觀點根據表 4· 三年級生(3 .0%， 3.70 )與五年級生 (5.1%， 4.18 )持有正確科學模式的比例並不高，但平均信心皆超過中數 3 .可知串聯電路之電流模式、燈泡亮度及能量觀點，無論是否經過教學，皆屬困難的概念，但從學生的答題信心觀之，卻反應這些答對的學生並非猜對。研究者認為，低答對率的主因在於該測驗題目除含括「電流方向」概念外，亦包含較困難的「能量」概念，因此，兩個年級的答對率皆遠低於繪圖題「串聯電路之電流模式」一題的表現，而五年級生雖於四年級時接受過電學課程的教學，但關於能量的概念，並末納入四年級課程，故學生對於能量概念的理解應是學習困難的主因。在錯誤答題類型上，三年級生於「衰減」所占比例最高 (34.1%， 3.67 )且超過 20% .為典型的另有答題類型;而五年級生於「共享 J (23.0%， 3.52) 及「交叉撞擊 J (22.7%， 3.63) 的表現可歸為典型。值得注意的是，五年級生在原本屬於三年級生的典型另有答題類型「衰減」

(15)

林靜雯、吳育倫答題信心診斷電路理解﹒

39 •

中，其比例雖下降到 20%以下 (19.7%， 3.79) ，但信心卻較三年級生高，且新增「共享」與「交丈撞擊」兩種三年級生未出現的典型另有答題類型。研究者認為，相關課程的教學可能強化學生「共享」與「交叉撞擊」的電流模式，此點與林靜雯 (2008 )之研究結果雷同。此外，若比例下降，但信心反增之答題類型仍需進一步瞭解教學於其中扮演的角色。 2. 串聯電路之斷路、燈泡亮度及能量觀點三年級生於正確科學概念「斷路時不會形成電流 J

(28.7%

,

3.82) 的表現，與五年級生相較 (53.7%， 4.13) ，發現五年級生不僅持有正確概念的比例提升，信心亦隨之上升。在錯誤答題類型上，三年級生於「電流方向正確，且會流到斷路處後才停止，有電流經過的燈泡會亮 J

(26.0%

,

3.57) 的表現可視為典型;五年級生則未有典型另有答題類型。根據表 4 可知，犬部分教學前會出現的另有答題類型在接受相關課程後，比例已大幅下降，但在「電流如交流電一般流動，分別流到斷路處停止」選項上，五年級生( 15.2%， 3.80) 與三年級生( 17.5%， 3.50) 相較，其比例僅略降，但信心卻反增，且在「電流流到斷路處停止，但因未形成通路，故燈泡不亮」選項之比例從 11.2%上升至 12.8% '信心亦從 3.76 增加至 4.07 。這顯示相關課程的教學可能未能協助學生澄清另有概念，而有增強這些概念之虞。 3. 電壓與電流的關係三年級生於「電壓犬小影響電流犬小與燈泡亮度 J

(20.2%

,

3.36) 正確科學概念的表現，與五年級生相較 (34.6%，

3.97)

，顯示接受過相關課程的五年級生，其答對率與答題信心皆較三年級生高。在錯誤答題類型上，三年級生(

53.8%

,

3.97

)與五年級生(31. 9%， 3.79 )於「電池體積犬小影響電流多寡與燈泡亮度」的表現，可視為典型的另有答題類型;此外，有頗犬比例之五年級生雖已瞭解電池體積大小與燈泡亮度無關，但仍認為「電池體積犬小影響電流多寡與使用時間，但不影響燈泡亮度 J (

20.6%

,

4.23

)。研究者推論此間比例之消長，可能是因為四年級自然課實驗電路觀察與動手操作的過程中，學生已有燈泡亮度的觀察經驗，但由於尚未正式進行電壓教學，亦無電池內部構造及化學物質之概念，因此學生對電壓與電流關係的推論，仍會有電池體積犬，故電流儲存多、電流犬、用的時間長之直覺。 4. 電流與電阻的關係僅 5 .4%三年級生及 5.7%五年級生持有「燈泡個數與電流犬小成反比」的正確科學概念，且信心平均值皆小於等於 3 。由於國小階段並無電流與電阻關係之課程，結合低比例、低答題信心及課程內容，研究者推論答對之學生以猜對之可能性較高。在錯誤答題類型上，三年級生於「電線長短影響電流大小 J

(45.9%

,

3.66) 及「燈泡會消耗電流 J

(24.2%

,

3.54

)的表現，可歸為典型的另有答題類型;五年級生的典型另有答題類型，亦包括這兩項，只是於前者 (34.3%，

3 .4

8

)的比例及信心略降，但於後者 (29.9%， 3.63 )的比

(16)

•

40

.答題信心診斷電路理解林靜雯、吳育倫例及信心皆略增。此外，五年級生在接受過相關課程後，新增「電線數量影響電流大小」

(20.0%

,

3.78

)一典型男有答題類型，且其信心亦較三年級生 (3.22 )高，究竟有何因素影響，值得進一步探究。

二、跨年級學生簡單暨串聯電路正確答案及典型另有答題類型之影響來源

釐清學生的答題表現，獲知學生哪些答題為猜對，便可進一步改進問卷，而瞭解學生在哪些地方知識缺乏，亦可就此補充相應知識;至於那些導致學生答題正確的因素則應重視，因勢利導;而造成學生男有答題類型成為難以根除的因素，研究者與教學者得進一步根據其影響來源，思考概念改變的教學以協助學生克服。由於導致學生正確答案以及造成男有答題類型者與教學設計最為相關，因此，研究者以下僅針對這兩者的影響來源加以討論。

(一)跨年級學生於繪圖題之影響來源

1.通路根據表 5 '在「簡單電路」部分，三年級生於「具封閉性及元件雙極性」正確概念的影響來源主要為直覺 (43.8% )、課外讀物(1 2.8% )及生活經驗 (8.8%) ;五年級生則為自然課實驗 (47 .3%)、教師教學( 14.9%) 與直覺( 12 .4%)。在「串聯電路」部分，三年級生持有正確概念的影響來源之前兩個排序與「簡單電路」相同，但第 3 名則為家人指導(7 .9%) ;五年級生之影響來源前 3 名則全與「簡單電路」相同，但教師教學(1 6.7% )與直覺 (20.1%) 的排序互換。在典型男有答題類型上，在「簡單電路」部分，三年級生於「具封閉性但不真元件雙極性」之影響來源主要為直覺( 42.3%) 、家人指導( 1 1. 7%) 及生活經驗 (9.6%) ;五年級生的部分則已經沒有典型的男有答題類型。在「串聯電路」部分，三年級生持有「具封閉性但不真元件雙極性」及「不具封閉性及元件雙極性」兩種典型男有答題類型。「具封閉性但不具元件雙極性」主要受直覺( 50.1%) 影響，其次為課外讀物 (9.8%) 與補習班 (9.2%) ，其中關於課外讀物的例子，研究者認為並不一定是課外讀物編寫錯誤，事實上，學生亦多無法憶起當初閱讀的具體內容，因此，推論此種現象有可能是相關內容並非依照個別閱讀學生的先備概念撰寫，導致學生很自然地以其原有之錯誤推理解釋相關內容而未辨明所致。例如學生 A307 曾提及: 圖 (6) 兩個燈泡(附錄一)都會亮是因為電線都要接在燈泡底部，平平的，電流才可以(流)過去...

(A307-1-2-0

I)

我在學校的圖書館常常借課外書，書上看過這種(串聯電路的)圖(的連接方孟l' 但是忘記內容(是在說什麼)了...

(A307-1-2-02)

(17)

林靜雯、吳育倫 _{答題信心診斷電路理解﹒ 41}

•

表 5 跨年級學生於繪圖題中正確答案及典型另有答題類型之影響來源

\影\響來\品(\

%)

三年級 (N=331

)

五年級 (N=335

)

概念類型 _{排序 l} _排序2 _排序3 _{排序 l} _排序2 _排序3 具封閉性及元件直覺 _{課外讀物生活經驗自然課實驗教師教學} 直覺雙極性*

_43.8

_12.8

_8.8

₄₇

_.3

_14.9

₁₂

_.4

1.簡單電路

(45.3%

,

82.7% )

之通路具封閉性但不具直覺 _{家人指導生活經驗} 元件雙極性

42.3

1

1.

7

9.6 (40

.2%,

14.9%)

具封閉性及元件直覺 _{課外讀物家人指導自然課實驗} 直覺 _教師教學雙極性*

_55.5

10.2

7.9

40.8

20.1

16.7 (36.3%

,

75.2%)

2. 串聯電路具封閉性但不具直覺 _課外讀物補習班之通路元件雙極性

50 .1

9.8

9.2 (28.7%

,

14 .3%)

不具封閉性及元直覺生活經驗課外讀物件雙極性

_48.5

₁

1.7

9.8 (30.2%

,

8.1% )

科學* 直覺補習班 _{課外讀物自然課實驗} 直覺教師教學 3. 簡單電路

(36.0%

,

74.9%)

5

1.

4

9.7

8.7

40.7

19.1

16.9

之電流模雙極直覺 _{生活經驗家人指導} 式

(3

4.7%

,

16.7%)

47.9

12.3

8.9

4. 串聯電路 _科學* 直覺 _課外讀物補習班 _{自然課實驗} 直覺教師教學之電流模

_(32.9%

_,

_74.9%)

_48.1

_9.7

_7.7

₃₈

_.4

₁₉

_.4

_15.5

式註: (1)*表正確答案;一表另一年級非為典型另有答題類型，不顯示其影響來源。 (2)概念類型項下之百分比，前為三年紋，後為五年紋。但上述口語，研究者並末自我推論而將之歸類於「直覺」的類別，主要是因為相關歸類只要學生口語的內容能夠具體且清楚的符合勾選的類別，研究者便會以學生勾選的類別為主，而不會以研究者自己的推論計數。另一方面，回答豈有「直覺」影響的學生，則多數只會呈現答題或推理的過程，而腦海中無具體影像，因此當被問及概念來源時，常會簡短地回答: 「我覺得」、「直覺」、「自己想的」。例如:

(18)

.

42 B308

:因為電線的接法(具封閉性但不具元件雙極性的接法)所以會亮。不曉得為什麼，只是覺得這樣接會亮。

I

:那影響你想法的來源你會選什麼?

B308

:主盆里!因為是主主盤盤。 (B308-1-1-02

)

而「不其封閉性及元件雙極性」的影響來源依序為直覺 (48.5% )、生活經驗( 1 1. 7%) 與課外讀物 (9.8%) ;五年級生經教學後，已無典型另有答題類型存在。 2. 電流模式在「簡單電路」部分，三年級生持有科學模式的影響來源為直覺 (5 1.4% )、補習班教學

(9.7%

)及課外讀物 (8.7%) ;五年級生則主要為自然課實驗(40.7%) ，但直覺(19.1%) 的影響仍不低，再次之為教師教學(16.9%) 。在「串聯電路」部分，三年級生持有科學模式的影響來源依序為直覺 (48.1% )、課外讀物 (9.7% )與補習班 (7.7%) ，而五年級生的主要影響來源之排序與其在「簡單電路」一致。在典型另有答題類型上，在「簡單電路」部分，三年級生持有「雙極」的影響來源主要為直覺 (47.9%) ，其次為生活經驗 (12.3%) ;五年級生雖在「雙極」的比例最高(16.7%)

,

但不屬於典型另有答題類型。在「串聯電路」部分，三年級生與五年級生皆於「雙極」所持比例最高，但前者(

40.8%

,

2.84

)屬於知識缺乏一類，而後者(

16.7%

,

3.22) 則非屬典型另有答題類型。

(二)跨年級學生於二階層診斷試題之影響來源

1.串聯電路之電流模式、燈泡亮度及能量觀點根據表 6 ，三年級生持有正確科學模式的主要影響來源為直覺 (40.0%) ，其次為家人指導

(20.0%)

;而五年級生的主要影響來源亦為直覺(4 1.2%) ，且比例大致與三年級生相當，其次為自然課實驗(18.6%) 。在典型另有答題類型上，三年級生為「衰減模式J '且主要影響來源為直覺(54.4% )、生活經驗( 9.7%) 與課外讀物(7.8%) ;五年級生已無「衰減模式J '但另持有「共享」與「交叉撞擊」兩種典型另有答題類型。其中，前者主要影響來源為直覺(34.2%) ，次之為自然課實驗 (29.3% )。有關實驗部分，部分學生反應觀察串聯電路中兩個燈泡一樣亮，可能會加強其共享模式的直覺。例如: 老師有說過電線要接到燈泡底和旁邊，因為兩顆都有接到，所以都會亮。電池如果很多電的話，傳到第一個燈泡的時候會亮，所以傳到第二個燈泡應該也是一樣亮

..

我認為應詩是會公平分配給兩個燈泡...

(B525-2-1-01)

(19)

•

科學模式*

(3.0%

,

5.1% )

概念類型表 6 跨年級學生於二階層診斷試題中正確答案及典型另有答題顛型之影響來源影響來源(%

)

三年級 (N=331) 五年級 (N=335

)

排序 l 排序2 排序3 排序 l 排序2 排序3 直覺家人指導課外讀物直覺自然課實驗補習班

40.0

20.0

10.0

41.2

18.6

12.8

教科書

10.0

1.串聯電路之電流模式、燈泡亮度及能量觀點 2 串聯電路之斷路、燈泡亮度及能量觀點 3. 電壓與電流的關係衰減模式

(3

4.1%

,

19.7%)

共享模式

( 11.8%

,

23.0%)

交叉撞擊模式

( 16.6%

,

22.7%)

因斷路不會形成電流*

(28.7%

,

53.7% )

電流方向正確，且會流到斷路處後才停止，有電流經過的燈泡會亮

(26.0%

,

11.6%)

電壓大小影響電流大小與燈泡亮度*

( 20.2%

,

34.6% )

電池體積大小影響電流多寡與燈泡亮度

( 53.8%

,

3

1.

9% )

電池體積大小影響電流多寡與使用時間，但不影響燈泡亮度

( 10.6%

,

20.6% )

媒體

10.0

直覺生活經驗課外讀物

54 .4

9.7

7.8

直覺自然課實驗教師教學

34.2

29.3

14 .4

自然課實驗直覺教師教學

29.8

28.6

14 .4

直覺生活經驗家人指導自然課實驗直覺教師教學

54 .4

9.8

9.5

33 .4

25.9

17 .2

直覺家人指導課外讀物

44.0

12.7

12 .4

直覺課外讀物生活經驗直覺自然課實驗教師教學

6

1.

9

10.1

6.0

35.7

23.0

15.9

直覺生活經驗課外讀物直覺自然課實驗課外讀物

52.0

8.9

7 .4

27.1

23.6

10 .4

自然課實驗直覺教師教學

38.8

20.2

16.0

(續)

(20)

•

44

·答題信心診斷電路理解林靜雯、吳育倫表 6 跨年級學生於二階層診斷試題中正確答案及典型另有答題類型之影響來源(續) 影響來源(%) 三年級 (N=331

)

五年級 (N=335

)

排序 1 排序2 排序3 排序 l 排序2 排序3 直覺網路教師教學直覺自然課實驗媒體

7

1.

5

8.6

7.6

47 .4

26.1

6.2

概念、類型 4. 電流與電阻的關係直覺生活經驗課外讀物

53.9

8.9

6.9

補習班

6.9

燈泡會消耗電流直覺家人指導生活經驗

(24.2%

,

29.9%)

70.0

6.1

5.7

燈泡個數與電流

大小成反比*

(5

.4%,

5.7% )

電線長短影響電

流大小

( 45.9%

,

34.3% )

覺

2 直到

自然課實驗教師教學

19.3

1

1.

8

直覺

37 .4

自然課實驗課外讀物

29.6

6 .4

課外讀物

5.7

電線數量影響電直覺自然課實驗教師教學

流大小

32 .4

25 .4

13.6 ( 12

.4%,

20.0%)

註*表正確答案;一表另一年級非為典型另有答題類型，不顯示其影響來源;概念類型項下之百分比，前為三年紋，後為五年紋。影響的因素，嗯，燈關掉，老師會發電池座，然後給燈泡和電線自己試試看，試過記得好像一樣亮...

(B525-2-1-02)

而後者的影響來源依序為自然課實驗(29.8% )、直覺 (28.6% )與教師教學(14.4%)。但很可惜的是在本研究的質性資料中，並沒有進一步的口語能提供自然課實驗與教師教學會加強學生此典型另有答題類型的具體情境，而有待進一步探究。 2. 串聯電路之斷路、燈泡亮度及能量觀點三年級生持有「斷路時不會形成電流」正確概念的影響來源主要為直覺(54.4%) ，而生活經驗 (9.8% )與家人指導(9.5%) 兩者比例差異不大;五年級生的主要影響來源為自然課實驗(33 .4%) ，而直覺 (25.9%) 次之;進一步比較兩個年級學生正確概念來源的分布，在接受相關課程後，主要影響來源由直覺轉為自然課實驗。在典型另有答題類型上，三年級生持有「電流方向正確，且會流到斷路處後才停止，有電流經過的燈泡會亮」的典型另有答題類型，而其影響來源主要為直覺(44.0% )、家人指導

(

12.7%) 及課外讀物( 12 .4%)。在家人指導方面，學生 B346 提到. r 因為媽媽有教過類似的

(21)

林靜雯、吳育倫 _{答題信心診斷電路理解﹒ 45}

•

題目 J '而在課外讀物上，學生的 06 表示曾在《小牛頓〉上看過相關資訊: (燈泡串聯電路中的)乙(燈泡)不會亮，甲(燈泡)會亮，因為(連接)乙燈泡的電線斷掉，甲(燈泡)有接底部應該是會亮。 (B346-2-2-01

)

.

<小牛頓》有說若將中間的電線被剪掉，有一顆不會亮...但是哪一顆不會亮有點忘記了。 (B306-2-2-0

1)

而五年級生則未有典型另有答題類型出現。 3. 電壓與電流的關係三年級生持有「電壓大小影響電流大小與燈泡亮度」正確概念的主要影響來源為直覺

(6

1. 9%)

.其次為課外讀物 (10.1%) ;五年級生的主要影響來源為直覺(35.7%) ，次之為自然課實驗 (23.0% )。在典型另有答題類型上，三年級生持有「電池體積大小影響電流多寡與燈泡亮度」典型另有答題類型的主要影響來源為直覺(52.0%) ，其次為生活經驗 (8.9% )造成的錯誤連結，如學生 B348 提到自己使用 Wii 的經驗: 因為體積大，可能比較多電，所以1 號比較亮， 3 號比較小比較暗...(B348-2-3-01) Wii 都用小電池常常斷，有時候有電有時候沒電，用超過l 小時、常常玩會沒電。

(B348-2-3-02 )

五年級生持有「電池體積大小影響電流多寡與燈泡亮度」典型另有答題類型的主要來源為直覺 (27.1%) ，其次為自然課實驗 (23.6%) ，但另一典型另有答題類型「電池體積大小影響電流多寡與使用時間，但不影響燈泡亮度」之主要來源則改為自然課實驗(3 8.8%) ，其次為直覺 (20.2%) 。事實上，此陳述中「電池體積大小影響電流多寡」為另有概念，但電池體積大小的確影響使用時間、不影響燈泡亮度，且這些特質的確可能從自然課實驗中觀察所得，因而加強學生選擇此答案的比例，如學生 B535 提及曾在自然課從事相關實驗: 圖五(大電池. )容量比較大...因為一樣三伏特...燈泡亮度一樣，但是用比較久...

(B535-2-3-0 1)

自然課做過實驗...用一個比較大的電池，跟一個比較小的電池， j然後觀察亮度... 看誰的亮度比較大...

(B535-2-3-02)

(22)

•

46

.答題信心診斷電路理解林靜雯、吳育倫 4. 電流與電阻的關係三年級生持有「燈泡個數與電流大小成反比」科學概念的主要影響來源為直覺 (7 1. 5%)

.

其次是較少被提及的網路 (8.6%) ;五年級生的主要影響來源亦為直覺 (47 .4%) .其次為自然課實驗 (26.1 %)。在典型另有答題類型上，三年級生持有「電線長短影響電流大小」及「燈泡會消耗電流」兩種典型的另有答題類型，其主要影響來源皆為直覺(依序為 53.9% 、 70.0%) ;五年級生持有「電線長短影響電流大小」、「燈泡會消耗電流」及「電線數量影響電流大小」三種典型另有答題類型，其主要來源亦皆為直覺(依序為 39 .2%、 37 .4%、 32 .4%) .其次亦皆為自然課實驗 (依序為 19.3%、 29.6% 、 25 .4% )。其中「電線數量影響電流大小」為五年級生新增的典型另有答題類型，影響來源除直覺外，次之為自然課實驗，研究者欲進一步從相關質性口語中獲得支持，發現未能找到直接證據，故留待之後繼續研究。

伍、結論與建議

本研究之特點在於以量化調查輔以部分質性唔談，運用診斷測驗結合答題信心及影響概念來源自評，診斷 666 位跨年級學生於簡單暨串聯電路一主題中真正理解、猜答及知識缺乏、另有答題類型之情形，並進一步探究其中答題正確及典型另有答題類型之影響來源的比重。研究結論與建議如下: 一、典型答題類型結合信心協助瞭解跨年級學生真實的答題表現

(一)除「燈泡個數與電流大小成反比」之選答屬猜對外，其餘答對屬真正理解

在正確科學概念表現，無論學過電路相關課程與否，跨年級學生於繪圖題中之簡單暨串聯電路的「具封閉性及元件雙極性」皆為最高的答對率，但在二階層診斷試題中之串聯電路之電流模式、燈泡亮度及能量觀點的答對率最低。而除了電流與電阻關係中，學生於燈泡個數與電流大小成反比之正確選答信心程度偏低(三年級生為 2.78 、五年級生為 3.00) .被研究者歸於猜對以外，所有答題正確者都其有高信心，屬於真正理解。但兩個年級於此選項之選答比例皆極低(三年級生為 5 .4%、五年級生為 5.7%) .並非典型答題類型。值得一提的是，由於國小階段並無電流與電阻關係之課程，結合低比例、低答題信心及課程內容，研究者推論答對之學生以猜對之可能性較高。此題之設計，亦正間接佐證答題信心之設計可用以提升

研究之信度(

Pugh & Brunza

,

1975; Stankov & Crawford

,

1997) 。此外，無論哪一題，五年級生

(23)

•

(二)除三年級生對「串聯電路之電流為雙極模式」屬知識缺乏外，其餘典型錯誤答題類型為另有答題類型三年級生於「簡單通路不具封閉性但具元件雙極性」、「簡單電路之電流為單極模式 J '以及「串聯電路之電流為雙極模式」屬於知識缺乏，其中較值得注意的是學生於「串聯電路之電流為雙極模式」一答題類型為「典型的」知識缺乏 (40.8% )。有關三年級生持有高雙極模式為典型，在許多文獻中皆有支持(例如:林靜雯，

2008)

，但本研究進一步澄清其非屬另有概念而是知識缺乏，此為文獻首見。研究者由文獻(林靜雯，2000) 推論主因乃無論原來學生持有單極或雙極的電流方向，都沒有相關知識可以推理兩串聯燈泡間的電流如何流動，因此信心不足。而其餘典型另有答題類型中，我們又可將之區分為僅三年級生有、僅五年級生有，以及跨年級皆有之類型。其中僅三年級生有，表示較容易因教學即改變者，而跨年級皆有者，則屬於較難因教學而概念改變者，應考慮、認知衝突或結合多樣化概念改變教學策略以協助學生概念改變。至於原本三年級生沒有，但經過四年級相關電路課程後才出現者，此現象建議教育工作者需特別檢視相關課程與教學的設計。雖然這部分，尚未討論影響答題類型來源的結果，但藉由跨年級比較，己可略窺課程與教學在其中扮演的角色。僅三年級生有的類型有五:簡單暨串聯電路「具封閉性但不具元件雙極性」、串聯電路「不具封閉性及元件雙極性」、簡單暨串聯電路之電流為「雙極模式」、「衰減模式，電流方向正確，但電流經過燈泡後會衰減J '以及「電流方向正確，且會流到斷路處後才停止，有電流經過的燈泡會亮」。僅五年級生有的類型則有四.，-共享模式，電流方向正確，但電流被兩串聯的燈泡平分」、「電流方向如交流電一樣形成交叉撞擊模式」、「電池體積大小影響電流多寡與使用時間，但不影響燈泡亮度J '以及「電線數量影響電流大小」。而跨年級皆有之類型則有「電池體積大小影響電流多寡與燈泡亮度」、「電線長短影響電流大小」、「燈泡會消耗電流」三種。此外，值得一提的是過去的測驗較為注重答題類型的比例分布，而忽略答題信心所蘊含的資訊。舉例而言，在本研究中，五年級生對「衰減模式，電流方向正確，但電流經過燈泡後會衰減 J '以及「電流如交流電一般流動，分別流到斷路處停止」兩答題類型都非典型的另有答題類型，而三年級生與五年級生相較，卻有受試者另有答題類型持有比例皆下降，但答題信心增加的特殊情形。若忽略答題信心的資訊，我們可能誤以為教學成功，但結合答題比例與信心兩指標，便較能有效偵測出教學可能不自覺引發的特殊另有答題類型。就上述兩例而言，研究者推論，追蹤電流方向的教學，可能會在不知不覺中加強學生的信心(司|白Driver

et a

I.,

1994

)。綜上所述，結合受試者答題比例與信心，能較為有效地診斷學生真實的答題表現，並提醒我們教學應增加知識或改採概念改變教學方法。此外，從跨年級學生於簡單暨串聯電路診斷測驗上的表現來看，鮮少出現所謂的「知識缺乏」或是「猜題」情形，而多為「另有概念J' 這顯示本研究所採取的測驗工具為診斷學生簡單暨串聯電路的另有概念或另有心智模式的良

(24)

•

48

.答題信心診斷電路理解好工具。林靜雯、吳育倫

二、三年級生正確答案及典型另有答題類型之影響來源主要為直覺，五年級

生則為自然課實驗與直覺

造成上述重要的典型另有答題類型的來源，根據量化調查結果可知，影響三年級生簡單暨串聯電路典型另有答題類型的來源皆以「直覺」占最高比例，其次則是「生活經驗」與「課外讀物 J '而影響五年級生典型另有答題類型的來源則多以「自然課實驗」與「直覺」居多。由於結合答題信心的診斷，因此我們瞭解以直覺作答並非猜答，由文獻探討可知，其乃因受另有答題類型之直覺式的推理方式，例如:資源消耗模式(

Psillos et a

I.,

1988) 、順序推理模式

( Driver et a

I.,

_{1994) 、電流經燈泡後消耗之物質觀點(例如:邱美虹、林靜雯，}

2002 ; Borges

&

Gilbe肘， 1999) 等之影響。這些直覺常與教師的教學設計及安排相互影響，而成為學生電學概念形成的最大來源。尤其是自然課實驗，學生容易因動手操作而加深印象，使其在面對問題情境時，能迅速與過去經驗產生連結，進而提取相關資訊以解決問題。但有關抽象的電流方向或電壓、能量的問題，卻很難從具體的動手做實驗中理解，因此教學的內容便和直覺式推理交互作用，形成各種錯誤推理的支持。本研究建議科學教師應瞭解這些直覺式推理的內涵及適用情境，在教學設計時，製造認知衝突情境，讓學生瞭解這些直覺式推理的限制，輔以電路系統化基模的建立，相信應能協助學生修正這些直覺式推理於電路主題的不當應用。值得一提的是，本研究雖進行質性唔談，但目的僅在於嘗試將各種影響概念來源之情境具體化，而非推論概念類型與來源之間的因果關係，此外，考量特定情境及特殊來源後，能具體描述情境之口語並不多，因此有部分量化具特殊意義的來源，未能有質性口語支持，實為本研究之限制。然本研究唔談人數已超過百人，期待未來繼續投入研究，思考如何在多方檢證(例如:盧秀琴，