國中學生設計實驗技能學習層次分析研究

國中學生設計實駿技能學習層次分析研究

國中學生設計實驗技能學習層次分析研究

物理系許榮當 摘要 本研究係依據現行國中自然學科之課程目標，所進行一系列科學過程技能評 鑑王具發展之一。 基於前研究所建立之設計實驗技能組織因子之定性結構化模式，於本研究中 再延伸為定量結構，並設計以五個層次作為命題之行為目標及評分準則，佐以現 行園中自然科教學目標為內容及難度參考依據。另一方面，依 CRT 理論，發展 並妓化設計實驗技能學習層次分析測驗工具，進而實證且修訂前研究之科學過程 技能組織因子半經驗模式。 研究結果發現國一與國二學生問及國一與國三學生間在設計實驗技能上，不 論選擇題型或申論題型的學習層次，皆有顯著差異。但是國二、國三學生間沒有 顯著差異，顯示學力調查時，不僅必須注意題型設計之意義且對不同題型應作妥 切的數據解釋。男一方面，國三學生設計實驗的技能未見成長，頗值得注意。在 此研究中，亦同時發現以「變因」及「定性」所形成的學習層次的量化結構，以 作為雙向評量準則的設計，確實可行。 在性別的考驗中，於紙筆測驗上，選擇題型未有區別，作答題型則女生優於 男生，此發現與英國 APU 研究結果一致。但是， APU 另行再發展實作測驗， 我國亦宜進行此項研究，以確定那種評量方式最能公平、確實地反應設計實驗技 能的心智能力。

師大學報第卅二期

國中學生設計實驗技能學習層次分析研究

壹、前盲 在早期的科學教材中( 1969 年前) ，科學實驗的主要角色係在驗證科學家 發現的成果(

facts )

，直到科學方法教育的重要性被肯定後，才經由驗證的角 色轉形為科學過程(

Science Process

)技能的培育。此項科學過程技能教育的 理念，已被廣泛引用於世界各地，作為發展基礎科學教材的按心內涵。我國目前 的中、小學科學教材也配合了此趨勢。然而，值得一提的是，我國現行國中科學 實驗教材仍以食譜式編寫方法詳列實驗步驟，全失科學探究及系統結構化實驗之 教育(

Lunneta

,

1979 )

，到底學生處在以科學過程為中心所號召的教材精神中 ，部仍使用食譜式的實驗手冊，其設計實驗的能力之程度如何呢?值得探討。筆 者有鑑於此，認為不論由學術上或實務上的需要，均需作深入分析，遂進行設計 並教化「設計實驗技能」之評量工具。 本文先由研究文獻上，分析設計實驗技能在科學過程技能教育上所占的角色 ，再延伸筆者前期研究成果中所擬定之定性化的組織因于模式，發展為定量結構 化的組織因子模式，以作為評量工具之行為目標及評分準則。並以前統整科學過 程技能測驗結果(許榮富， 1986 年 8 月 )為外在效標來投化評量工具。並將研 究中，重要突破設計構想及心得記下，以為相關研究之參考。 貳、國內、外相關文獻分析泉名詞、準則定義 欲了解設計實驗技能之心智能力運作的角色，必須先了解科學過程技能中， 設計實驗所占的內酒。本文以此部份開始作縱向分析，並橫向地引入理論依據， 進而對「設計實驗」下一可量化的操作型定義，以為本評量工具設計準則之依據 。 甲、設計實驗在科學過程技能發展中的演變沿革 科學過程技能(

Science ProcessSkills

)係綜合探究、組織各類科學知 識上的各種方法和技能。所謂探究，依攘蓋聶( Gag n:屯，

1969

)說法，就是 運用解決問題(

problem solving

)模式時，面對每樣新的現象所形成具有挑 戰性的思考活動的集合。此類思考活動起自系統化的觀察，再進行量度的設計、 驗證並加以敘釋，明確地區別現象觀察、推理目的及經由驗證後的解釋，以及合 理具體的結論。因此，科學過程技能包括心智能力與技術技能，其評量方式更應

該包括語文紙筆測驗及實驗操作 (Walkosz

etc. al.

,

1984

)。

科學過程技能的發展沿革，可由文獻的探討，約略分為下列六個階段，而每

團中學生設計實驗技能學習層次分析研究 代表研究者可以綜合在表 A 上(附錄一)。 (1) 1930 年代，杜威曾在「經驗與教育」一書中，認為能夠聯結知識和經驗的 心理歷程，即是有敏的利用科學方法來解決問題(即bee ， 1977 ) ，因此， 呼籲科學方法和科學知識在科學教學上，應該併重。唯到 1950 年代初期， 傳授科學知識，仍是科學教育主要目標，設計實驗技能未曾列入科學教育目 標。 (2) 1960 年代，赫德 (Hurd ， 1969 )歸納出當時新課程目標，包括了:科學概 念架構( conceptual schernes )及探究過程( inguiry processes )。這 些新科學課程，諸如: PS S C 、 BSCS 、 CHEM 、以及 SAPA 、 TSM 、

ESCP 、 IPS 、 CBA 、 HPP 、 ESSP 等等。其中， SAPA 不僅率先以 科學過程作為科學接心教材，且以它作為教學目標的設計。此後設計實驗技 能的重要性開始誕生了。 (3) 1970 年代中， Carnpbell 及 Okey

C

1977 )的研究報告更指出，幾乎由美 國聯邦贊助的科學課程發展方案，都強調了科學過程之教學。此段時間，有 兩大特色: (A) 科學過程的研究著作大量出現。 (副科學過程成就的評量工具相繼發展出來。 在此期間，設計實驗技能之學習成就評量工具也開始發展，其發展重點 係以配合教材為需要，並依 NR T (Norrn-Reference Test )理論進行 設計。 (4) 1977 年， Torrence 鑑以科學過程技能項目分歧，遂引用歷史文獻分析方 法，進行 1976 年以前有關科學過程提恆的項目研究，訂定了各項技能之範 園，從此，科學過程技能研究者，開始關心各技能的研究範圈。 (5) 1977 年至 1983 年間，更開始各項技能內涵及其評量準則的研究，就設計實 驗技能言，開始考慮、甄別性 (CRT) 之評童工具的發展( Royce, 1979) 。 (6) 1983 年， Finl y 曾對蓋聶( Gagn'把 )的科學過程技能論點提出評論，建 議繼續引用科學哲學基礎、心理學基礎、以及實驗科學之方法論，作進一步 內涵分析並作統整，以建立科學過程技能結構化的組織因子模式，並研究影 響科學過程技能教育品質的種種影響因素，以提供改善科學過程技能教育之 具體的水平指標。因此， 1983 年後，陸般地出現以診斷性、甄別性作發展 設計的各項技能的評量工具。迄至目前為丘，不論在方法或技術上卸仍未成

熟，急待開發。此項說法的證攘，可以由 Ross 及 Maynes ( 1983 )、 Yeany ( 1984 , 1985 , 1986 )與 Adey 及Har1en ( 1986 )等從解決問題能力

( Probl ern- Solving Abi 1 i ty )及認知推理能力( Cognit ive Reasoning

師大學報第卅二期

評量工具發展基礎，而見一般。

由以上的文獻分析，可以了解「設計實驗技能」發展沿革之端倪，誠如 Ca­

rnpbell ( 1977 )所強調， SAPA 教材出現之前，科學實驗旨在模擬、重覆驗

證科學家的成果，並未刻意教育科學方憬。但是六 0 年代， Bruner 在「教育的 歷程 J.

(

The Process of Educat ion ')中，確認由於λ類生存方式的背景的改 變，動態的科學方法之教育反而是重於科學知識之靜態累積。因此，設計實驗技 能之教育，可說 1969 年開始落實， 1969 年至 1977 年間發芽成長，真正於科學 教材中實施教育， 1978 年至 1983 年間則針對科學教材作學習成就之評鑑，及至 1983 年後，才開始有餘力思考各教育階段應有的程度、水準及如何來診斷。英 國 APU 在去年出版了較完整設計實驗研究報告(表 2 ，附錄一) ，除肯定其角 色外，更使該研究邁入新的研究技術的開發領域。

L

、設計實驗技能之組織因子~某操作型定義 本研究中，設計實驗技能之組織因子及其操作型定義之理論依據及研究文獻 分析，已在國科會專題研究報告中(許榮富， 1986 年 8 月)作了細節敏述，其 要義如下:

1.組織因子分析之主要定性說法，前由列成下表來了解。顯然地 'Funk 著重

變因關係之分析， Jacobson 及 Bergrnan 著重解決問題模式之運作(表 B' 附錄一) ，而 Sirnpson 及 Andeison 偏重於系統化結構實驗過程之教育設計 。

:法

Describing Describfqg Ident ifying Forcasting Describing how the how tp F valu怕也t/ the the problems how to deal variables are control .variables to may run into with operationa II y variable: be difficul ties

defined m祖ipulated 1979 d d d Ftmk Funk 等人認為設計貨..蜜語描繪誤作變因及依團體因之緣作型定麓，並決定那些變因是 etal 屬於控制變因及據作變困所選定的值。 1980 d d 4 .

Jacobωn 1aωbson & Be rgma1i;ì2為設計實驗厲指明探究者想要做些什麼?創何做?想要獲得 & 那些訊息?探究時將會通過那些問題?如何克服這些問題?

Bergman

1981 _{d d}

Simpson Simpson & Anderson 駕車車設計實驗設能為設計-系列段集數攘的作業方式，以用於 & 做為驗證儂說與回答問題之基礎。

圈中學生設計實驗技能學習層次分析研究 2. 設計實驗技能名詞定義

下;

在形成假說之後，開始著手進行實驗數據收集之前，科學探究者往往需

要對其將著手的實驗做事先設計。但是，這些設計實驗，通常要包括那些內

容呢?由前小節(表中)的分析，

Jacobson &

Be

rgrnan ( 1980

)認為包括

探究者想要做些什麼?如何做?想要獲取那些訊息?將會遭遇那些問題?如 何克服這些問題? Funk 等人(

1979

)則較為具體的指出設計實驗內容應描 述出操縱變困和依變因之操作型定義，並決定那些變因是要控制的變因，以 及真正著手實驗時，操作變因所要選擇的數值。 在了解上述此項技能之意義後，本研究假設學生是否具有「設計實驗技 能 J '可藉由學生行為的表現，是否能夠具有下列五項層次性結構的準則來 評定，即: (1)在設計實驗中，能對變因下操作型定義。 (2)在設計實驗中，能描述如何控制變因。 (3) 在設計實驗中，能指明操作變因所選擇之數值。 (4) 在設計實驗中，能預測可能會遭遇的困難。 (5)在設計實驗中，能描述如何解決所遭遇的困難。 在本研究中，認定的設計實驗技能之重要性、定義及組織因子可簡扼歸納如 1.重要性: (1)為、實驗驗證或收集實驗數據之操作以前，不可或缺的心智能力。 (2)經此步驟，才能確認實驗是要做什麼?要獲得那些訊息?要怎麼作?實驗 中可能遭遇那些問題?及如何克服這些問題。 2. 定義: 本研究定義學生具有設計實驗技能與否，係其在進行實驗操作之前，能 否針對其所提出的實驗假說，對變因下操作型定義、描述如何處理變因、預 測實驗可能遭遇到的困難，並且描述如何解決困難，其為心智能力的統合表 現。 3.組織因于:可圖示如下，箭頭起點為本技能之起點，其組織因子之所以作圓 形設計，表示本技能具有循環特性，於學習中，本次循環為下次循環的基礎， 。

師大學報第卅二期 在設計中，描述 如何解決困難 在設計中，預 測可能遭遇的 .問題 指所 ，因 中變﹒值 計作的 設操擇 在明選 雨、設計實驗技能的學習層次之祭構

引用 Gagn'e 及 Br

iggs ( 1979

)之課題分析方法及學習條件(

leaming

condition

)要素，本研究選定以「變因 J 作為共通變量。又分析我國國中科學 教材，就變因數目而言，係以三個為上限，因此，選擇三個變因關係作為本研究 學習層次架構之結構化設計的依據。 綜上所述，本研究訂定我國國中學生在發展設計實驗的技能，以便收集、組 織實驗資料時，對其設計實驗技能的學習階層，可分為五個層次來，作為其成長的 架構。內容如下: 層次 1 .未涉及變因。 學生的構想，與探究的主題無關，只是隨意的對實驗器材說明或作描 述而已。 層次 2 操縱一個變因。 學生的構想，雖然能考慮到改變與問題有關的一項變因 y 來觀察對應 改變的情形，但是仍未能有系統的改變此項變因的值。 層次 3 操縱二個變因，但未控制其它變因。 學生的構想，雖然能考慮到有系統的改變與問題有關的一項變因數值 ，來觀察測量對應變因的改變情形，但是仍未能考慮到控制其他可能 影響的變因。 層次 4 .操縱二個變因，並控制其他變因為定值。 學生的構想，不僅能考慮到有系統的改變與問題有關的一項變因數值 ，來觀察測量對應變因的情形，而且，也能考慮到控制其他可能影響 的變因，並將其值作一決定。

園中學生設計實驗技能學習層次分析研究 層次 5 操縱二個變因，並有系統的改變第三個變因。 學生的構想，不僅能考慮到有系統的改變與問題有闋的一項變因，來 觀察測量對應變因的改變情形，而且，也能考慮到改變所控制變困的 數值，並重覆實驗觀察測量。 本研究即以上列五個層次作為評量工具之行為目標、評量準則之依據。 丁、國內相關研究 科學過程技能在我國國小、園中新科學課程及高一基礎科學課程標準中，均 明訂為極重要的科學教育目標。然而，現行國小、國中之科學過程技能教育，卸 仍以 1969 年發展的 SAPA 教材為準，不僅，資料確有更新之必要，評量技術更 急待發展。國內科教雜誌或科學輔導活動中，雖偶有科教學者提起科學過程技能 ，但甚少促及設計實驗技能，更未深入作學術研究。 民國七十三年，陳瓊森於其「國民中學科學方法過程之研究」中，雖曾引用 Di l1ashaw 及 Okey ( 1980 )之統整科學過程技能測驗卷，配合其自編之科學過 程能力測驗及林邦傑(民國 70 年)根據美國學者 Sheehan 之團體式 Piaget 的 紙筆測驗，進行科學過程技能之成就探討，但仍丘於學習成就之評量理論，未作 診斷性或甄別性嘗試及評論。 顯然地，國內設計實驗技能之評量發展，尤其甄別性、診斷性者，未曾有人 做過。 蠱、研究目的、問題及方法 本研究旨在基於前所建立之科學過程技能組織因子層系模式中，針對設計實 驗技能，以「變因」作為課題的共通量之分析工作，建立定量化層次結構，並作 為該技能之設計行為目標及評量參照準則，發展診斷性評量工具，以探討園中學 生設計實驗技能立學習層次，進而作為長程研究計畫中，發展為國小、圈中、高 中各階段之「設計實驗技能水準」的具體參照指標。 本研究先探討國一、國二、國三在設計實驗技能上學習層次的表現，以「層 次」指標代替「分數」多少，除能反應學習程度外，最重要者，莫過於學生學習 該項技能的困難在那裹，非常清楚。因此，以「學習層次 j 的設計構想，在能力 水準評鑑研究上，提供各年級在該技能上的學習指標，研究各年級在學習層次的 表現變化，可以發現各年級在該技能上的法準表現。此外，在診斷學習困難時， 教師要以那一個層次作為行為目標，及學生迷失在那一層次上，均可作合理的設 計及解釋。 為達成上述研究目的，本研究之研究問題簡扼言之，即依循診斷性評量理論 ( Diagnostic Evaluation ) ，並以前述五個層次他之組織因子為評量基準，再 針對現行國中教材內涵，發展、教化、評量工具，以探討下列研究問題。

第冊二期 T 不「司題型之設計，對國中各年級及男、女生在設計實驗技能學習層次表現上 '是否有顯著差異? 二毛與教科書內容直接相關與非直接相關之試題內容設計，對國中各年級及男、 女生在設計實驗技能學習層次表現上，是否有顯著差異? 研究問題，可圖示如下: 師大學報 丙容

教tb

科接 教直 相 科接 書關 書相

題人

U

擇題

(Co

ntent

(心ntent

Free)

Invol ved)

研究者為達成研究問題最好的解答，本研究方法學包括下列主要過程:

1.引用歷史(文獻)分析法、比較研究法來分析設計實驗技能的發、展特性。 2. 配合前研究中所引用 Bl ∞m 進行 Educational Objectives 分類的研究方法

及Gagn屯的 Learning 心Q.dition 宙間ory 及西 sk'

s

Analyses 方法所得之 組織因子的分析，作客觀式及主觀式的評量設計，先發展選擇題型，再引用 平行格式設計理論，轉換為作答題型。

3. 引用推論性統計調查分析法，解答研究問題一及二之各項研究假說(略)。 依據上述研究方法所發展的結果，研究工具分為選擇題型及作答題型，俾考 驗在設計實驗技能上，辨認能力(

ident i fying

)及產生能力(

genera ting )

是否有差異。研究工具之選擇題型之外在投標，即計算其與前研究之統整科學過 程技能學習成就之相關係數作為指標，此相關係數達 0.73 ( P< 0.05 )。除此 之外，並多次由學者專家、國小及國中教師，確認其內容效度，經多次試測、討 論而定案，其前測、後測之重測相關係數為 0.83 。

國中學生設計實驗技能學習層次分析研究 現，設計時應滿足下面諸項要求:行為目標相同、變因及變因數目一樣、科學概 念相同、實驗器材一樣。作答題型著重於其結構設計，由學者專家、教師及多次 試損u 來強化內容妓度( Co

ntent Validity

)及信度(重損u 信度)。至於兩者題 型間施測結果，其皮得森相關係數為 0.13 ，正顯示雖然兩者已遵循平行原理設 計題目，但是，正如研究者預測:選擇題型的辨認能力及作答題型的產生能力， 確有不等。 此外，本研究係以分層隨機法取樣，包括國一男生 86 人，女生 95 人;國二 男生 104 人，女生 104 人;國三男生的人，女生 98 人。所得資料以 SPSS 套 裝程式中變異數分析( ANOVA) 、事後考驗來處理。 肆、研究發現 針對研究問題中，年級與性別兩項變因，探討國中學生設計實驗技能之零習 層次的表現，研究發現主要資料如下: 甲、選擇題型: (寸年級學習層次差異考驗資料如下: 1.年級及性別兩因子變異數分析摘要表(上)及事後考驗表(下)。 變異數來源 離均差平方和 自由度 _{均 方}

_F

P 性

JJ

Ij 4.949 1 4.949 0.906 0.342

年

級 59.350 2 29.675 5.433 0.005 性別×年級 7.258 2 3.629 0.664 0.515 誤 差 3173.569 581 5.462 '--學習層次 4.39 平均數 4.06 4.01 4.25 4.30 4.21 分組名稱 一年級男生 一年做生 二年級男生 二年級女生 三年級男生 三年級女生| -~級男生 一佯級女生 三年級男生 二年級女生

_*

三年級男生 三年級女生

_*

_*

*表示具 0.05 之統計顯著差異。

第卅二期 師大學報 Z 各年級學習層次數據示意圖。 圖 1 各年級學習層次(原始數據) (4.3) (4.3) (4.0) 5 4 (學習層次) 3 2 1 (年級) 圓 2 各于級學習層次(法化數據) 100 (86.3) (85.5) 90 (80.7) 80 70 60

50

40 30 20 10 (年級) 3. Scheffe 事後考驗，顯示國一、國二間及國一、國三間達顯著差異，但是 國二、國三間未達顯著差異 (α=有 0.05 )。

園中學生設計實驗技能學習層次分析研究 (斗男、女生學習層次差異考驗資料如下: 1.就全體男女生言，可以下面兩圖示意: 圓 3 國中男女生學習層次(原始數據) 。 (4.2) 。 (4.2) 5 4 (學習層次) 3 2 1 (性別) 女 男 圓 4' :園中男女生學習層次(法化數據) 100 @

(84.8)

90 。

(83.

7)

80 70 60 50 40 30 20 10 (性別) 女 男 2. 就每年級男女生言，以下面三圖示意:

第卅二朋 師大學報 圓 5 國一男女生學習層次 @ (4.0) 。 (4.1) 5 4 3 (學習層次) 2 1 男 _女 〈性別) 圓 6 國二男女生學習層次 @

(4.3)

@

(4.3)

5

4 3 (學習層次) 2 (性別) 女 男 1 圖 .7 國三男女生學習層次 5 。 (4 .4) @ (4.2) 4 學 習 3 層， 吹 2 1 (性別) 女 男

圈中學生設計 2實驗技輯學習層次分析研究 3. Scheffe 事後考驗，不論就全體(國中)男女生，或各年級男女生言， 皆未達顯著水準 (α= 0.05 )。 乙、作答題型: 卜)年級學習層次差異考驗資料如下: 1.年級及性別兩因子變異數分析摘要表(上〉及事後考驗表。 變異數來源 離均差平方和 自由度 _{均 方}

_F

P

性 1]IJ 379.213 1 379.213 27.350 0.000

年

級 1295.735 2 6是 7.868 46.727 0.000 性別×年級 25.715 2 12.857 0.927 0.396 誤 差 8041.677 580 13.865 學習層次 1.36 1.72 2.15 2.85 2.43 2.96 平均數 分組名稱 一年級男生 一年級女生 三年級男生 二年級女生 三年級男生 三年做生 一牟級男生 一牟級女生 二年級男生

_*

二年級女生

_*

_*

申 三年級男生 車

*

三年級姓

_*

_*

_*

*表示具 0.05 之統計顯著差異 2. 各年級學習層次數據示意園。

第卅二期 圖 8 各年級學習層次(原始數據) 師大學報

x

(2.7) 5 4 3 (學習層次)

x

(2.5)

x

(1.

6) 2 1 (年級) 圖 9 各年級學習層次(法化數據) 100 90 80 70

x

(53.9) 60

x

(50.0) 50 40'

x

(31.0) 30 20 10 (年級) 3. Scheffe 事、後考驗，顯示國一、國二問及國一、國三問皆達顯著差異 (α = 0.01 )，但是國二、國三間未有顯著差異 (α= 0.05 )。 仁)男、女生學習層次差異考驗資料如下: 1.就全體男女生言，可以下面兩圖示意。

園中學生設計貸驗技能學習層次分析研究 圖 10 園中男女生學習層次(原始數據)

x

(2.5) 5 4 3 (學習層次)

x

(2.0) 2 1 (性別) 女 男 圖 11 園中男女生學習層次(法化數據) 100 90 80 70

x

(50.5) 60 50

x

(40.3) 40 30 20 10 〈性別) 女 男

第 1ft 二期 師大學報 2. 就每年級男女生言，可以下面三圖示意: 圖 12 國一男女生學習層次

x

(1

.7 )

5

2 4 3 (學習層次)

x

(1.

4 ) 1 (性別) 女 男 圖 13 國二男女生學習層次

x

(2.9) 5 3 4 (學習層次) x (2.2) 2 女 1 (性別) 男 圖 14 :國三男女生學習層次

x

(3.0)

x

(2.4) 5 3 4 (學習層次) 2 1 (性別) 女 男

閣中學生設計實驗技能學習層次分析研究 3. Scheffe 事後考驗顯示，不論全體(園中)男女生間，或各年級之男女生 間，皆達顯著差異 (α= 0.01 )。 丙、國一、國二、國三各年級學生在設計實驗技能學習層次上的表現，選擇題型 與作答題型達顯著差異 (α= 0.01 ) ，作答題型表現甚差。 丁、不論全體男、女生或各年級男、女生，其在設計實驗技能學習層次上的表現 ，選擇題型與作答題型達顯著差異 (α=0.01) ，作答題型表現甚差。 戌、園中學生在設計實驗技能上，選擇題型與作答題型間之相關係數為 0.095 。 伍、結論興建議 針對以上研究發現，歸納出下列六項有關投計實驗之重要研究結論興建議: 1.選擇題型與作答題型分別顯示設計實驗之辨認與產生的能力，研究呈現具高 度顯著差異。平日科學教學評量或可不加區別，但在甄別性測驗，尤其在能 力水準設計時，必須注意不容忽略。本項研究發現迄未在其他文獻中提及， 筆者曾與澳洲科教專家 Dr. Ros ier 討論此發現證據，彼甚感興趣與重視， 已來函邀請交換研究成果，目前之研究文獻中只發現紙筆測驗與實作測驗結 果不一致而已。 2. 國三典國二學生，在設計實驗技能之學習層次上的表現，未呈現成長。依據 Bnmer 的看法，此項技能屬於心智能力，為培育創造力必須之高層次的技 能。果若如此，研究發現指出國三階段之按計實驗技能的教育問題，就值得 探討了。到底是教材所然，或因升學壓力下的教學偏失所造成的呢?應該再 深入探討。另一方面，國小五、六年級及高一學生之表現又是如何呢?此縱 向成長 (grovvth )研究，亦該列為將來的研究重點。 3. 選擇題型中，不論全體男女生間或各年級男女生間皆未有顯著差異。作答題 型則不然，女生優於男生，此結果與英國 A P U ( Achievement Perform-ance Uni t )的研究發現，具異曲同工之妙。 APU 的研究發現，園中階段 女生在紙筆測驗中的表達能力優於男生，因此，另行設計實作測驗之研究， 其結果卸有不一致的發現。此項延伸研究資料，足於鼓舞園內也該從事實作 測驗之評量設計，以進行研究。若發現與 APU 相同的研究結果，學生在實 作測驗的能力與紙筆測驗的能力不同，則國內科學過程技能在完全以筆試方 式評量，甚至升學考試之自然科也完全依據筆試取才，是否篩選過濾掉了一 些真正從事科學實驗的優異人才呢?實是挑戰性問題，值得科教界繼續研究 。 4. 學生對於確認該項技能與產生該項技能在統計上有顯著差異，顯示學力調查 時，縱然是同為紙筆測驗，但是，必讀注意題型設計，及針對不同題型作適 當的數據解釋。

師大學報第卅二期

5. 進行科學過程技能研究時，其所需之外在教標，經本研究者多項技能之分 析研究，肯定可使用「園中學生科學過程技能群測」之測驗卷。

已以「變因」及「定性」組織因子所形成的學習層次結構，可作為發展「設 計實驗技能 J 診斷性評量工具之行為目標及評分準則。

附錄一

國苦惱併蹲叫→

M_{翩翩渺路路伽闡翊}

W_{汁。單單浴} 科學過程技能項目分析綜合摘要表

Klinckman NAEP AAAS Klopfer Shrigley Gal1agher Funk Jacobson& Simpson& Cain& Process Ski 11s et. al. et.al. Bergman 此lderson Evans

(1

963) (1969)

(1

970)

(1

971)

(1

979)

(1

979)

(1

979)

(1

980)

(1

981)

(1

984) αJserving

_d

_J

_J

_d

_d

₄

_J

Classifying

_d

_J

_J

d

J

J

Commun icating

_d

_d

d

d

J

Manipulat ing Variables

_d

_J

J

J

J

Measuring

_J

_d

_J

_d

_J

d

Us ing Space-Time Relationships

d

J

d

Inferring

_d

_J

_J

d

J

J

Predicting

d

J

J

J

d

Def ining Operatiönally

d

J

J

J

d

FHoyrmf1dhaetsiens g

d

d

d

d

J

J

J

Designing Exper imental Investigations

_d

d

J

J

d

J

J

d

Procass ing Th.ta

y'

d

d

d

J

d

J

表 A AA 職h 喝

師大學報第卅二期 表 B 解決問題過程圖( Th

e Problem-

So

lvlng Chain )

回饋 3. 執行實驗 ，使用儀器 .進行測量 ﹒進行觀察 6. 對結果的評鑑 -重新設計 .新的技術 在上園中，學生在解決一個問題時，首先應能有獨立變因(操作改變的變因 )及依變因(欲觀察或解答的變因)等概念。而以這種方式來接受問題，則是進 行貫作或心智活動計劃之必要的先決條件，這種對變因之認識的過程先於任何的 其他科學活動。因此在一個科學活動開胎之際，學生應能對問題之參數(變因) (乍一般性的了解，否則，任何的科學活動對學生而言，將會因迷失自己在作什麼 ，無任何意義甚或是不存在的。

國扣學生設計實驗技能學習層次分析研究 參考文獻: 1.陳瓊森，國民中學學生科學方法過程之研究，高雄師範學院教育研究所碩士論 文，民 73 年 6 月。 2. 許榮富等人，科學過程技能層系組織因子模式及其影響因素研究，行政院國科 會專題研究計畫(編號 N5C - 74 - 0111 個 5003 - 11 ) ，民 73 年 10 月。 3. 許榮富，科學過程技能評量設計之研究，中華民國物理教育學會年會發表論文 ，民國 73 年 12 月。 4. 許榮富，科學過程技能簡介，中等教育，第 36 卷第一期，民國 74 年 2 月。 5.許榮富，科學過程技能層系模式與其在物理教學上運作之研究，中華民國物理 學會年會發表論文，物理季刊，六卷三期，民國 74 年 2 月。 6.許榮富，科學探究模式，國立台灣師範大學學術講演專輯，第一輯，民國 74 年 6 月，頁 123 ""，-， 151 , ( June, 1985 ). 7. 許榮富，我國閩中學生科學過程技能學習成就之調查研究，國科會專題研究報 告( N5C 75 個 0111 - 5003 個 13 ) ，民國 75 年 8 月。

8. AAAS Commission on Science Education

,

Science Process 工 n 一

strument, Experimental Education, Washington, D.C.: AAAS,

1970.

9. Assessment of Performance Unit

,

Science in Schools

(Age:11 , 13, 15), The Association for Science Education,

Herthordshire

,

England

,

1985.

10. Adey & Harlen

,

A piagetian Analysis of Process Skill

Test 工 tems ， Journal of Research in Science Teaching, 23(8),

1986.

11. Berger & Pintrich

,

Attainment of Skill in Using Science

Processes 工工 Grade and TasR Effects

,

Journal of Research

in Science Teaching

,

23(8)

,

1986.

12. Berger C. F.

,

Attainment of Skill in Science Processes

.

工.工 hstrumentation ， Methodology and Analysis

,

Journa~ of

Research in Science Teaching

,

19(3)

,

f982.

13. Bredderman

,

T.

,

Elementary School Science Experience and

The Ability to Combine and Control Variables. Science Educa-tion, 1974:, 58(4), 457-469.

14. Bruner. J.S.. The Process of Education. New York:

#

、師大學報第卅二期

15. Burns J.C. et al.

,

Development of an Integrated Science

Process Skills Test: T 工 PS 1 工 Paper presented at the

National Association for Research in Science Teaching Annual Meeting

,

1983.

16. Bybee R. W.

,

The New Transformation of Science

Education

,

Science Education

,

61 (1)

,

1977.

17. Cain S. E.

,

J.M. Evans

,

Sciencing: An 工 nvolvement Approach to Elementary Science Methods

,

Bell & Howell Co.

,

1984.

18. Campbell R. L.

,

J. R.

,

Okey ，工 nfluencing the Planning of Teachers with 工 nstruction in Science Process Skills

,

Journal of Research in Science Teaching

,

14(3)

,

1977.

19. Crocker

,

R. K. et al.

,

A Comparison of Structured and Unstructured Modes of Teaching Science Process Activities. Journal of Research in Science Teaching

,

1976

,

13(3)

,

267-274.

20. Daume

,

"R. J.

,

Effects òf Type of Junior High School Science program on Science Content Achievement and Science Process Achievement. Paper Presented at the Meeting of The Mid-Sóuth Educational Association

,

1980.

21. Daume

,

R. J.

,

The Use of Selected Variable ~o Compare Science Content Achievement and Science Process Skill "Achie-vememt in Two Jounior High School Science Programs: 工 SCS and Tranditional

,

Ed. D. Dissertation. University of Southern Mississippi. 1981.

22. Dillashow F. g.

,

J. R. Okey

,

Test of the Integrated Science Process Skills for Secondary Sciencs Students

,

Science Education

,

64(5)

,

1980.

23. Education Development Center

,

USMES Student Study

,

Newton

,

Massachusetts

,

1978

24. FihleyF. N.

,

S6ience Processes

,

Journal Qf Researc~ in Science Teaching

,

20(1)

,

1983.

25~ Funk H. J.

,

J.R. Okey

,

R.L. Fiel

,

H.H. Jaus and C. S. Sprague

,

Learning Science Process Skills

,

Kendall/Hunt Publishing CQ.

,

1979.

國中學生設計實驗技能學習層次分析研究

26. Fraser B.J.

,

Development and Validation of a Test of

En-quiry Skills

,

Journal of Research in ,Science teaching

,

17(1)

,

1980.

27. Gabel

,

D.

&

Rubba

,

P.

,

Science process skills: where

should they be taught? School Science and Mathern~tics ， 1980

,

80(2)

,

121-126.

28.Gabel

,

D.J.

,

Rubba

,

P.A.

,

&

Franz

,

J.R~ The effects of

early teaching and training experience on physics achievrnent.

attitude toward science and science teaching

,

and process

~kill proficiency

,

Science Education

,

1977

,

61

,

.503-511

29. Gagn'e

,

The Condi 七 ions. of Learning and Theory of

Instruction (4th Ed.) Holt

,

Reinehart and Winston ，工nc.

,

1985.

30. Gagn'e R. M.

,

L.J. Briggs

,

Principles of Instuctional

Design

,

Holt

,

Reinehart and Winston ，工 nc. ， 1979.

31. Gallagher J. J.

,

Basic Skills Cornrnon to Science and

Mathernatics

,

School Science and Mathernatics

,

V79

,

1979.

32. Hsu

,

R.F.

,

An Ernpirical Study of Hierarchical Structure

inOrganizors of Science Process Skills

.

A Paper Presented

at the Sino-Japanese Syrnposiurn on Science Education;

Procee-dings of National Scienc~ Council. January

,

1986

,

R.O.C.

33. Hsu

,

R. F

,

Analyses of the Relationships Arnong Science

Process Skills

,

Scientific Attitude

,

and Creative Thinking

34. Hurd P.D.

,

New Directions in Teaching Secondary School

Science

,

Chicago: Rand rncnally Co.

,

1969.

35. Jacobson W. J.

,

A.B. Bergrnan

,

Science for Children.A

Book for Teachers

,

Prentice-Hall 工 nc. ， 1980.

36. JeffreyJ. ，工 dentification of Objectives of the Chernistry Laboratory

37. Klinckrnann E~ ， The BSCS Grid for Test Analysis

,

BSCS

Newsletter

,

V19

,

1963.

38. Klopfer L. E.

,

"Evaluation of Learning in Science

,"

in

Handbook of Forrnative and Surnrnatice Evaluation of Student

Learning. Bloorn

,

Hastings

,

and rnadaus

,

Eds.

,

New York:

師大學報第卅二期

39. Lang H. G.~ An Investigation of the Reliability of a Cri terion-Referenced T,est in Science Implications for Ind-ividuali

,

ed Educational Planning, for 'Handicaped Students

,

Dissertation Abstracts

,

40(3): 1245-A

,

Sep. 1979.

40. Lowel~ W.E.

,

An EmpericalStudy of a Model of Abstract Learning

,

Scl~nce Education

,

61 (2)

,

1977.

41. Lüdeman

,

R.R.

,

Devloprrient of The Science Processes Test. Unpublished Dissertation

,

Michigan State University

,

1974. 42. Ludeman

,

R.R.

,

Devlopment of The Science Processes Test

,

in ER 工 C Document Reproduction Service

,

1975

,

ED 108893.

43. Lunneta V. N.

,

P. Tamir

,

matching Lab Activities with Teaching Goals

,

The Science Teacher

,

46(5)

,

1979.

44. McLeod

,

R.J. et a

l.,

The Development of ,

Criterion-ValidatedTest Items for Fourlntegrated Science Processes

,

Journal of Research in Science Teaching

,

1975 ， 12( 是)， 415-421 45. Moliter L. L.

,

k.D. George

,

Development of a Test of Science , Pröèess Skills

,

Journalof Research in Science

Teaching

,

13(5)

,

1976.

46. National Assessment of Educational Progress-Science

Objectives

,

Ann Arbor

,

Mich.: Commitee on Assessing the Progress of Education

,

1969.

是 7. Nelson M.S.

,

E.C. Abraham

,

Inquiry Skill Measures

,

Journal cif Resea,rch in' Sci'énce Teaching.

,

10 (4)

,

1973.

48. Norris S.T.

,

Dèfining ObservationalCompetence

,

Science Education

,

68(2)

,

1984.

49. Dkey

,

J.R.

,

& Dillashaw

,

F.G. ，工 ntegrated P~ocess Skills Test Department of Sèience Education

,

Universityof Georgia

,

Athens

,

Geörgia 30602

,

June 1979.

50. Okey

,

J.R.

,

Wise

,

K.C. & Burn~ ， J.C. ~ntegrated Process

Skills Test 工工 Department of Sci~nce Education

,

University of ßeorgia

,

Athens

,

Georgia 30602

,

May 1982.

51. Padilla

,

M.J.

,

Okey

,

J.R.

,

& Di~lashaw ， F.D. The

Relationship Between Science Process Skill and Forma 正

Thinking Abilities. Journalof Research in Scienc~ Teaching

,

1983

,

20(3)

,

239-246.

國中學生設計實驗技能學習層次分析研究

52. Perez C.V.

,

The Deve10pment and Eva1uation of a Test of

Science Processep for use in the Phi1ippines

,

(University of

Mary1and

,

1978) Dissertation Abstracts 工 nte 丈 nationa 工， 39 ，(6)

3496-A

,

Dec.

,

1978.

53. Poh1mann

,

M.M.

,

& Pappe1is

,

A. J. ，工 mproving Process

Sk-i11s Among Co11ege Nonscience Majors with Science-A Process

Approach materia1s. Journa1 of Co11ege Science Teaching

,

1977

,

6

,

167-í69.

54. Ri1ey

,

J.P.

,

The 工 nf1uence of Hands-On ScienceProcess

Training on Preservice Teachers' Acquisition of Process

Ski11s and Attitude Toward Science and Science Teaching.

Journa1 of Research in Science Teaching

,

1977

,

16(5)

,

373-384.

55. Ross J.A.

,

F.J. maynes

,

Development of A Test of

Experimenta1 Prob1em-So1ving Ski11s

,

Journa1 of Research in

Science Teaching

,

20(1)

,

1983.

56. Royce ， G.~. ， The Development and Va1idation of Diagnostic

Criterion-Referenced Test of Science Processes. University'

Microfi1ms Internationa1

,

1979.

57. Shrig1ey R.L.

,

D. A1fke

,

M. Szabo and P.W. We11iver

,

SFTS- 工 TV: A Mode1 for 工 mp1ementing Statewise' Curricu1um

Change

,

Science Education

,

V59

,

1979.

58. Simpson R.D.

,

N.D. Anderson

,

"S c ience

,

Students

,

and

Schools: A Guide for the Midd1e and Secondary Schoo1

Teacher"

,

New York: John Wi1ey & Sone

,

1981.

'

-4L G0

.

K ←」 ns -le bT O T P U' .。 9r 5G

W. Capïe

,

Deve10pment and Va1idatiQn of a

工 ntegrated Science Processes

,

Journa1 of

Resecrch in Science Teaching

,

19(2). 1982.

60. Tobin

,

K.G. & Capie

,

W.

,

the Effects of Forma1 Reasoning

Abi1ity

,

Focus of Control and Student Engagement on Science

Process Achievement. A Paper Presented at The University of

South Caro1ina

,

1979

,

Conference in Educationa1 Research.

61. Tobin

,

K.G.

,

Capie

,

W."Teaching Process Skil1s in The

Midd1e Schoo1. Schoo1 Science and Mathematics

,

1980

,

80(7)

,

師大學報第1It三期

62. Tolman

,

R.P.

,

Comment on "The Development of Criterion-Validated Test Item for Four Integrated Science Processes". Journal of Research in Science teaching

,

1976

,

13(6)

,

575-576.

63. Torrence D.

,

Meastirement of Science Processes in 工 ntermediate Grades through Instructional Television

,

Mar.

1977

,

Paper presented at the national convention of the National Science Teachers Association.

64. Walkos~ ， M. & Yeany

,

R.H.

,

Effects of Lab. 工 nstruction

Emphasizing Pr( 主 ss Skills on Achievement of College

Students Having Different Cognitive Development Levels. ~aper Presented at The Annual Meeting of The. National Association for R~search in Science Teaching

,

New Orleans

,

April

,

1984.

65. .Wilson J.T.

,

Processes of Sc 主 entific 工 nqpiry: A Model for Teaching and LearningSpience

,

Science Educati6n

,

58(1)

,

1974.

66. Yeany R. .H.

,

W.Capie

,

Analysis System for Describing and Measuring strategies of Teaching Data. ManIpulation and 工 nterpretation ， 63(3)

,

1979.

67. Yeany

,

R. H.

,

Yap

,

k.C. & Padilla

,

M.J.

,

Analyzing

Hierarchical.‘ Relationships Among Modes. of Cognitives

Reasoning and Integrated Science Process Skills. Paper

Presented at The Annual meeting of The National Association of Research in Science Teaching

,

New Orleans

,

1984.

68. Yeany

,

Yap &Padilla

,.

Analyzing Hierarchical

Relationships Among Modes of Cognitive Reasoning and

圈中學生設計貨磁技能學習層次分析研究

AN ANALYSIS OF LEARN工NG H工 ERARCHY 工N DEVELOPING EVALUATION OF EXPERIMENTAL INVEST工 GATION SK工LLS FOR JUNIOR HIGH

SCHOOL STUDENTS

by Rong-Fu Hsu

Abstract

The instrument was 'developed in order to evaluate junior high school students' technical s~ills during the process of their ~aking courses in science.

According to the five leve 工 5 of hierarchy organizors in designing an evaluation as established in the former study

,.

theobjectives and scoring criteria of the instrument were constructed. Also

,

the contents of the current science

text-book were used as a basis for content validity and

difficulty reference.

The findings showed that there was significant

difference in students' performance in the identifying and generating types of evaluation between grade 7 and grades 8

,

9. One should notice the differertt degrees of assessment for different types of item designing. Furthermore

,

the findings supported that the assessing criteria could be construct已d. by considering the cross interaction designirig

between the roles of the paramters of variables and