國中學生化學認知能力之研究

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國中學生化學認知能力之研究

閩中學生化學認知能力之研究

理學院化學系

董有蘭李培華一、研究之緣起企~ 宣7 、 }:]Ij 科學和技術的進步，幾乎是以落體加速度的步調日新月異。學者鎮儡於科技之快速發展、知識的爆發，深恐稍一鬆懈就有落伍之憾。對一般人而言，層出不窮的新奇產品，使人目不暇及。誠然，吾人之生活因而大為改善，比以前更舒適、便捷、愉快，更極盡聲色之娛。生活享受方面，雖往昔之帝王亦不能企及。 1957 年，蘇俄成功的發射了第一顆人造衛星，震驚了美國朝野。在太空競爭上，美國落伍了，科學教育顯然需要改革 o 於是，像雨後春筍似的出現了很多新的科學課程與以往的最大不同，乃依據心理學家對認知的研究成果，配合其發展階段編排敬材。在這一方面影響最抽但是瑞士心理學家皮亞傑(詮-)( Piaget )，其他各國的教育學家、心理學家所作之相關研究甚多，諸如科學才能之測量、分析;創造才能之衡量與鑑別等。我國師範大學教育研究所，自民國 57 年起，陸韻做了多項關於科學創造才能的實驗與調查研究，其中尤以民國 65 年至 67年所進行的「中學生科學創造才能之衡量與鑑別」之規模最大，所獲資料最多〈註二) 0 68年該研究所叉傲「園中學生科學才能之研究」。國外類似的研究更多。此類研究之主要工具乃問卷與測驗，但令人滿意，堪作標準者實不多見。事實上，問卷或測驗之緝製確實不易。有的科學能力測定中，包含三部份，即數學、理化及生物，而理化部份中之物理和化學試題叉不成比例，化學試題太少不易測出學生的化學認知能力。本篇研究以「國中學生化學認知能力之研究」為題經問卷調.u驗探究國中生對化學的認知能力。二、研究釣動機與目的 :" 669

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"-師夫發報第二十九期為使科學在國內生根，應即改進科學教育，充實研究設備，加強研究工作，以培養科學人才。人才之培養非一瞬可凹，須有週密妥善之計劃，經長期之努力，教之導之始可有成。對於資賦優異之學生，施以適切之特別教育，就其性之所近，發揮其所長，實有必要。經查文獻，以往所作之研究，多為「科學才能之測量 J (註三)、「科學能力之分析 J (註四)、「科學創造才能之衡量與鑑別 J( 註五)、「數學創造能力發展之實驗研究」、「數學創造能力及其相關能力發展之研究 J (註六)等，在認知方面，尚無單獨研究化學者。因此，本研究有其必要，其目的如下: 村研究園中學生對化學之認知能力，發現其困難所在，提供教師作為改進教學之參考。臼根攘施測結果，分析我國園中學生在化學認知能力方面的發展程度，並就其性別、年級和地區所造成的差異加以比較。臼歸納研究的結果，暸解學生認知能力，提供編撰教科書之參考。三、研究方法本研究之主要工具為測驗試題，故命題和選題為首要工作之一。若能述明命題與選題的原則與方法，題目在認知方面之分類等、則學術價值更高，只說經審慎選汰，再經精選，似欠妥當。選題遵循四項原則:(1)題意明確，文字簡捷易懂; (2)著重思考，深淺適度; (3)避免教科書上的題目及 (4) 陪襯答案與正確答案在型式上雷同。所選之題目分為五類:(1)辨認儀器之能力; (2) 觀察能力; (3) 操作之能力; (4)推理能力及的基本知識。初步命題 108 題，經審慎選汰，餘下六十多題，再經精選，最後選定四十題。於金華、永和及民族國中先行預試，再于修改、定稿，仍為四十題。將本省分為北、中、南與偏遠地區等四區，分別選定學校施測，共計卅一校。接受測驗的學校，均樂意協助，多方幫忙，使收岡率幾近百分之百，至以為感，謹誌謝意。貳、文獻之據討以考試選拔人才，創始於我國。考試在我園，行之已有數千年之久。即使在科學如此昌明的今天，考試仍在各國普遍進行著。考試是評量的一項主要工具，其對人類文明之進步，功不可沒，故古今中外學者，對有關考試評量之研究，與時俱進。中國測驗年刻，在台創辦已三十多年，佳作甚多，其涵蓋面極為廣闊(註七) Il 對我國教育之發展及改進，貢獻良多。師範大學科學教育中心創辦之科教月到(註 ,.." 670 ...

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圈中學生化學認知能力之研究八) ，也有八年多的歷史了，在質與量上不斷改進及增加，對評量之研究甚為重視' ，有關評量之文獻巴集成專冊。教育及心理學家對行為科學及兒童心理之研究(註九) ，也多以問卷評量方式為基礎，加以統計分析，而著書立說。綜合專家們的意見，對評量之觀念如下: 一、評量椅意義對教育最直接之影響為教材，教法及評量。教材之改進，牽連大，化費巨，費時久。而評量與教法之收款，則可立竿見影(註十)。教育上的諸多問題，如教材之是否適合，教法是否能達到教學目標，學習者的智力，心態與學習成就之關聯等等問題，都有賴於評鑑之發現，改進及引導。評量有評鑑、診斷、評估、輔導及加強學習之功能(註十一) ，應該是教育的經常工作之一，評量在教學上有其重大的意義。二、評量的目的評量的對象並非人或事的本身，而是其某種或某些特質(註

十二)。例如，從眾所熟習的比西量表( Binet -Simon scale )所測量的智力商數

，代表的是被測者的智力特質。評量的目的也並非只是“判別優劣"。評量還有發掘問題，改進教學的積極意義(註十三)。評量之終極目的在培養“優良的學習風氣..使莘莘學子通過評暈獲得成就感，而能由“知之"、“樂之"而“好之"。優良的評量，不僅可以發掘人才，且可發揮潛力，提升學習成就。三、評量的方法評量方法甚多，問卷是其一。問卷是收集研究資料的一種重要工具，根據文獻所載，皮亞傑紙筆測驗對學業成就之預測力不亞於皮亞傑寶物測驗(註十四〉。故紙筆測驗仍有評量價值已優良的評量必須(註十五) (1)有明確的目的， (2) 有研究價值， (3) 所有試題與研究目的相符合， (4)問卷內容簡潔而完整， (5) 題意清楚正確， ((3)試題的安排有邏輯或心理順序， (1)試卷長短適中，印刷精美， (8) 施測所得資料可列表說明， (9) 問卷資料之處理必須科學化。丞、祈完之設計與實施一、測定目標、內容及形式之決定測驗目標除在緒論中述及之外，尚希了解學生對化學之愛憎及對其它科目之喜好，家庭背景，居住地區對學習化學能力之影響，以及各種化學能力，如觀察、思考、推理及操作實驗能力之分析比較 o 科學必須有實驗，十幾年來台灣中小學自然科教材(註十六) ，均以實驗為中心，故木測驗試題大多與實驗內容有關。試題之形式，是採四選一的選擇題，幾經修改及預試後的增滅，最後問卷題數為四十題，測試時間為四十分鐘，每題 2.5 分，以一百分為滿分。答案及基本資料如年級、性別、喜歡學科，家長職業等之設計，以便於建檔輸入電腦為基礎。 671

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--師大部總第二十九期二、樣本之選取

取樣的多少是頗為思慮的。取樣少，所得結果可能不足代表母群(全體)的性質，並可能產生偏差。取樣多，結果當然比較正確，但費時費錢。因有電腦之助，且得師大數學系概允協助，乃從偏佈於台灣全島及金澎外島的四百多所公立國中，

根據分層隨機取樣法測 (Stratified random Sampling) (註十七) ，選取了卅

一手園中分為台灣北、中、南及偏遠地區等四區，每區取樣 6--9 所。每所園中取初二及初三各二班，即每校四班，卅一所國中共取一二三班;每班平均五十人，受測學生共約六二00 人。受測前均徵得各校岡意，並委託各校老師擔任監考及寄還資料等工作，各校均十分合作，測驗收罔率幾近 100% 。整理後，所得完整資料五七三五份，其中男生三O 七八人，女生二六五七人。三、預試正式測試之前，曾經過預試，作為選汰及修正試題之參考。承蒙台北民族、永和、金華園中之合作，得於七十一年十月中旬在三校進行預試，然後根據預試結果遲，進行試題分析，求得各個試題的難度和信度。四、實施過程關於國中學生化學認知能力的評暈，國內外的資料均不多見，美日等國將物理、化學、生物、天文及地球科學統整為一科，台灣雖至目前為止，園中物理與化學是分開為兩門學科( 73 年秋季將開始採用物理為化學合編的新教材) ，但對國中化學教育的研究資料很少，正式收集資料始於 71 年 6 月測驗試題的編製始於是年 9 月。預試於 10 月底完成。這段時間內，也進行取樣工作， 1明初分析試題的難度，鑑別率，信度及教度，並印製試題及答案紙 '11 月底開始寄發， 72 年元月底全部收罔聞卷工作全採郵寄方式(註十八)。 72 年 2--4 月將收岡之資料數碼化 (Coding )並輸入電腦， 5 月初開始電腦閱卷及初步統計工作 '6--8 月完成所有統計工作， 9 -- 11 月製作圖衰，變異數分析與事後比較， 12 月撰寫報告，研究工作告一段落。韓、研究資料處理問卷收岡後，即加以整理，審查建檔，求得受測 31 所學校的平均值及標準差。除全體受測學生的平均數及標準差以外，並求出年級、性別、地區，年級×性別，地區×性別，年級×地區各細格之平均數及標準差，文根據化學分數進行三項二因子變異數分析，即(1)年級與性別兩因于( 2 X2 )。但)地區與性別兩因子 (2X 2) 0 (3)年級與地區兩因子( 2 X 2 )之分析。若變異數分析結果組間有顯著差異 - 672 ,.:,

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國中學生化學露姐能力之研究

，則親情形需要進行單純主要效果的比較，及專後比較。

為了解測驗的信度和鑑別率，採庫德查遜 21 公式( K uder - Richardson f orm-ula 21 )與測量標準誤進行信度分析，並檢討各測驗的難度和鑑別度〈註十九)。表1.試題之難度，鑑別度及測驗之信度及教度題號 _難 _度 _鑑別度題號 _難 _度鑑別度 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 .- 673

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--師大學報第二十九鼎表1.試題之難度 d 鑑別度及測驗之信度及效度題號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 難度鑑別度 0.9348 0.1162 0.8815 0.1775 0.9406 0.1136 0.9496 0.0788 0.8728 0.02414 0.5881 0.6456 0.7192 0.5100 0.7050 0.5332 0.4151 0.6327 0.5881 0.4984 0.6159 0.4648 0.5797 0.6843 0.7337 0.4500 0.4768 0.5055 0.6898 . 0.3777 0.7163 0.4035 0.6691 0.5294 0.6611 0.5578 0.4655 0.6172 0.5355 0.6114 信度 =007879 抖

**

PC.Ol 題號 21 22 23、 24 ' 25 26 27 28 29 30 31 . 32 33 34 35 36 37 38 39 40 -- 674 ... 難度鑑別度 0.4371 0.5655 0.5152 0.4919 0.6049 0.5371 0.3221 0.3047 0.6572 0.4519 0.3141 0.3105 0.6185 0.3822 0.3819 0.3777 0.6057 0.3499 0.5006 0.4848 0.2550 0.0801 0.5213 0.5029 0..6404 0.4881 0.6788 0.5533 0.7301 0.4842 0.8612 0.2582 0.7763 0.3828 0.6872 0.5378 0.6691 0.5907 0.7824 0.4158 教度 =.0.621 抖

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國中學生化學認知能力之研究表 2 受測學生人數( N) 及成績平均數(玄)標準差(

s )

禱:

一 _年 _級一_一 _年 _級 J日L 計一 N 103 112 215 1 X 67.50 67.433 67.47 S 14.64 16.30 15.52 N 98 84 182 2 _X 72.14 83.21 77.25 S 11.50 9.85 12.10 N 9:i 84 177 3 _文 73.98 73.13 73.57 S 8.61 15.45 12.34 N 92 93 185 4

_X

69.19 67.82 68.50 S 15.56 15.96 15.76 N 84 102 186 5 _艾 _62.29 _65.37 63.98 S 16.73 24.32 21.29 N 93 94 187 6 _艾 _63.84 _61.46 62.65

s

15.47 19.71 17.77 N 84 101 185 7 X 56.24 65.64 60.92 S 16.95 14.88 16.68 N 96 94 190 8 _艾 65.57 60.90 63.26 S 9.15 18.42 14.69 N 100 94 194 9 _X _62.18 _68.32 _65.16 S 13.27 15.38 14.66 - 675

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-師大學報第二十九期表 Z 受測學生人數( N )及成績平均數(艾)標準差( S) (續)

世(

一 _年 _級 _三年 _級 J口L _計 N 88 85 173 10 文 60.63 53.79 57.27 J S 13.21 14.74 14.39 N 90 92 182 11 X 53.14 59.29 55.74 S 15.75 17.71 17.39 N 113 111 224 12 X 68.05 73.60 71.02 S 15.90 19. :;'9 17.57 N 94 88 182 13 主 59.57 58.67 59.14 S 15.53 18.49 19.03 N 94 94 188 14 艾 63.11 72.53 67.82 S 17.00 14.55 16.51 N 87 92 179 15 艾 60.14 66.11 63.21

s

14.63 15.84 15.56 N 90 87 177 16 X 56.33 65.09 60.64 S 14.46 18.66 17.22 N 95 91 186 17 艾 63.56 73.13 68.24 S 17.81 14.83 17. 10 N 99 99 198 18 文 75.61 84.85 79.89 S 7.83 8.30 10.44

,-

676

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--國中學生化學認知能力之研究表 Z 受測學生人數( N) 及成績平均數( X) 標準差( S) (續)

法(

一 _年 _級 _三年 _級 l日L 計 N 90 95 185 19 X 67.83 69.24 68.55 S 12.09 15.41 13.91 N 91 86 177 20 X 66.37 63.95 65.20 S 10.29 14.65 12.65 N 94 84 178 21 X 72.93 73.57 73.23 S 14.40 16.90 15.64 N 93 94 187 22 玄 53.68 76.62 65.21 S 15.88 14.74 19.14 N 90 92 182 23 文 55.31 59.16 57.40 S 16.98 21.53 19.49 N 95 94 189 24 艾 61. 34 66.57 63.94 S 18.01 22.08 20.30 N 99 80 179 25 艾 55.51 60.59 57.78 S 16.74 19.19 18.05 N 98 92 190 26 X 66.20 69. 是 6 67.42 S 13.37 13.19 13.81 N 88 97 185 27 艾 60.85 66.99 64.07 S 14.98 17.38 16.57 677

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--師大付 1在第二十九期表 2 受測學生人數( N) 及成績平均數( X) 標準差(

s )

(續) 類別數據 _二年 _級 _二年 _級 A日、計名稱 N 84 93 177 28 文 46.16 55.38 51.00 S 12.57 15.04 14.67 N 94 96 190 29 X 63.38 63.00 63.18 S 12.10 17.33 14.98 N ₉₀ 82 172 30 X 47.19 50.30 48.68 S 12.54 11.95 12.36 N 80 76 156 31 一艾 61.50 72.30 66.76 S 13.74 13.39 14.61 N 文 S N 1470 1595 3065 男生文 60.20 62.15 61.21 S 15.23 17.15 16.28 N 1378 1263 2641 女生文 64.85 72.69 68.58 S _16.53 18.06 17.71 N 2848 2858 5706 男生+女生艾 62.45 66.81 64.62

s

16.04 18.32 17.35 - 678

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F = 1.56 F = 14.23 ** F = 20.78 牢牢 F = 87.83 ** F = 30.62 **、 680 --F 值 3.68 ** 394.50 ** 12.55 ** 101.99 ** 111.37** 30.91 **

..

少 5= 文A

₂

& 一艾A

₂

B.. 時，

少 6= 玄A2Ba 一艾A

₂

B.. 時， **P < . 01 F = 12.98 ** F = 13.77 ** F = 29.63 ** F = 48.18 ** F = 3.86 F = 72.71 ** -- 682 ...

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園中學生化學認知能力之研究

f五、，ltJf究結果之分析

甲、本同性別與地區學生之比較: 一、由表 4--2 可知國中化學能力就全體而言 ←)女生顯然優於男生。臼各地區之間有顯著的不同。臼性別與地區之間，有著交五作用，不可一概而論。二、由表 4"'3 可知卜)在北區，男生和女生並無顯著不同。已在中區、南區、邊區，女生都顯然優於男生。臼在男生中，各地區有顯著不同。倒在女生中，各地區也有顯著不同。三、由表 4"'4 可知 ←)在男生中，北區顯然優於中區。臼在男生中，北區與南區並無顯著不同。臼在男生中，北區顯然優於邊區。徊在男生中，南區顯然、優於中區。丘吉在男生中，南區顯然優於邊區。故就男生而言，北區與南區優於中區及邊區 o 而北區與南區無顯著差異。中區與邊區亦無差異。四、由表 4---5 可知 (寸在女生中，中區顯然、優於北區。已在女生中，北區與南區並無不同。臼在女生中，北區優於邊區。徊在女生中，中區優於南區。倒在女生中，中區優於邊區。們在女生中，南區優於邊區。故就女生而言，中區優於北區，南區優於邊區。而北區與南區無顯著差異。乙、本同年級與地區學立之比較: 一、由表 5'" 2 可知，就全體而言 ←)三年級優於二年級。 -- 683 ;-..

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師大學報第二十九期臼各地有顯著不同。目年級與地區有交互作用，不可一概而論。二、由表 5--3 可知村在北區，二年級與三年級並無顯著差異。已在中區、南區及邊區，二年級與三年級閑之差異，皆達顯著差異(三年級優於二年級)。目在二年級中各地有顯著差異。徊在三年級中，各地有同樣顯著差異。三、由表 5"'4 可知就三年級而言，北區與南區無顯著差異，而北區與南區優於中區，更優於邊區。四、由表 5...5 可知就三年級而言，南區優於北區，北區優於中區，而中區與邊區無顯著差異。陸、結論與建議甲、結論一、根攘前面分析結果，各校平均成績多在六十分以上。根據信度及妓度之顯示，測驗成績相當可靠，由此可知台灣化學教育尚有積殼。二、就全體而言，女生成績優於男生，此一結果與若平專家研究之發現有異有同，因為圈中階段女生智力比較成熟，且圈中女生大多比男生用劫。所以有此結果。四、地區有顯著差異。偏遠地區顯然落後。成認為好學生、好老師集中於北部地區，尤其是台北，以致形成地區差異。這是我們教育上的缺失之一。 L 、建議一、根擺上述一、二兩項結論可知我國化學教育成果相當不錯，而且還算正常。唯處於知識與科技爆發時代，不僅不進則退，而且進步較慢也學退步。評量是評鑑與比較的最佳途徑，應藉正確的評量，改進教學，提升學習敷果。二、目前我國教育最遭物議的是升學考試對正常教育所造的的阻礙，幾乎一致認為是教育上無法突破的瓶頸，然而如果試題活潑生動，著重邏輯推理，考試確能刺激學生之批劍思考。如此考試領導教學便成好事，將可激勵學 ,.., 684

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--國中學生化學認知能力之研究

Bulletin of National Taiwan Normal University Vo1. XXIX

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--師大學報第二十九期這主解註1. _{中文參 9} 註 2 _{中文參 1}

_{' 4}

註 3. _{中文參 2}

_{' 3 ' 13}

註 4. 中文參 20

' 16

註 E _{中文參 21} 註 6. 中文參 21 註: _{中文參 3}

_{' 4 ' 5 ' 6 ' 12 ' 13 ' 14}

註 a _{中文參 8} 註旦 _{中文參 7}

_{' 9}

註 10. _{中文參 8}

_{' PP .1- 9}

註11. _{中文參 7}

_'

_{10 英參 10} 註 12. 中參 6 註 13. 英參 5

' 8

註 14. 中參 14

' 15

註 15. 中參 6 '的，英參 11 註 1且中參 22

' 23

註 1 7. 中參 10

'

PP228 一 258 註 18. _{中參 10}

_{' PP407- 438}

註 19. 中參 7

' 10

688

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--A Study of Chemical Education of Junior High School Students in Taiwan

A Study of Chemic

a1

Educhtion

of Junior

Hi

gh School Students in Taiwan

by

Tung Yu-nan. Le吾 Pel ;;Huà

Abstract

There has seldom been a study of Chemical educotion of Tuiwan junior high school students. 1 hope this study wil1 help us understund the- students' process of learning chemistry and hence will help to develop better teaching materials and teaching methods.

A. Purpose

1. To determine Students' cognitive ab也ty in chemistry according to sex. 2. Comparison ofthe 8th grade with the 7th grade in test resu1ts.

3. Comparison of test results in the four geographical areas of Taiwan: North, South, central and East (including offshore islands).

B. Methods: written multiple choice test (one right answer of four). Test of 40 questions to be completed in 40 minutes.

C. Sampling: Stratified random Sampling of 31 public ju叫or 扭曲 schoolsfrom a total of 456 throughout Taiwan, including offshore islands Kinmen and Matsu. In each of these schools two 7th grade cl'asses and two 8th grade classes were tested with average of 45 students in each. Of the 5,735 completed forms 3,078 were boys and 2,657 were 拉Is.

D. Data Handling: By computer. E. Results:

1. The girls are a little bit better than the boys.

2. The 8th grade students are better than the 7th grade students.

3. The north and the south are about on the same level.四lecentral and the east (including offshare islands) are aböut on the same lavel, but the former is somewhat better than the latter.