探究動態表徵結合即時回饋系統對診斷學生簡單暨串聯電路之另有概念的影響

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(1)79. 國立政治大學「教育與心理研究」 2011 年 3 月，34 卷 1 期，頁 79-107. 探究動態表徵結合即時回饋系統對診斷學生簡單暨串聯電路之另有概念的影響林靜雯*. 摘. 吳育倫**. 要. 運用動態表徵有助於研究者獲得學生對相關抽象概念的先備知識，但動態表徵對學生作答影響的相關研究，卻仍處於起步階段。據此，本研究以靜態圖文表徵及動態表徵結合即時回饋系統兩種測驗方式，分別對100位五年級與138位七年級學生進行簡單暨串聯電路診斷測驗。研究目的除診斷學生簡單暨串聯電路的另有概念外，更探討動態表徵結合即時回饋系統，對診斷學生此主題之另有概念及態度的影響。研究發現，在兩種不同測驗方式影響下，學生持有另有概念的比例分布並不一樣，且動態表徵結合即時回饋系統提高學生選擇正確理由的比例，在七年級的多項成績上甚至達顯著差異。此外，學生晤談資料顯示動態表徵結合即時回饋系統能提升其對題目的理解及參與感。. 關鍵詞：另有概念、即時回饋系統（IRS）、動態表徵、簡單暨串聯電路. *. 林靜雯：臺北市立教育大學自然科學系科學教育組副教授吳育倫：臺北市立教育大學自然科學系科學教育組研究生誌謝：本文感謝教育與心理研究期刊審查委員撥冗提供卓見與指正，特致謝忱。此外，本研究亦承蒙行政院國家科學委員會經費補助（NSC 97-2628-S-678-001-MY2），在此亦一併致謝。電子郵件：[email protected]. **. 收件日期：2009.11.25；修改日期：2010.03.05；接受日期：2010.06.23.

(2) 80. Journal of Education & Psychology March, 2011, Vol. 34 No. 1, pp. 79-107. Investigating the Impact of Dynamic Representations with Interactive Response System on Diagnosing Students’ Alternative Conceptions of Simple and Series Connections Jing-Wen Lin*. Yu-Lun Wu**. Abstract. Using dynamic representations can assist us to obtain preconceptions of students who do not learn anything about abstract conceptions. However, the impact of dynamic representations on students’ response is still unknown. Accordingly, this study adopted static representations (generally used in paper and pencil test) as well as dynamic representations with interactive response system (IRS), two types of assessment form, to diagnose 100 fifth and 138 seventh graders’ alternative conceptions of simple and series connections. There were two aims of this study. First, diagnose students’ alternative conceptions of simple and series connections. Second, explore the response types and attitude for dynamic representations with IRS on diagnosing students’ conceptions of simple and series connections. With these two assessment forms, the research results found the distribution percentages of response types in fifth and seventh graders were *. Jing-Wen Lin: Associate Professor, Group of Science Education, Department of Natural Science, Taipei Municipal University of Education ** Yu-Lun Wu: Graduate Student, Group of Science Education, Department of Natural Science, Taipei Municipal University of Education E-mail: [email protected] Manuscript received: 2009.11.25; Revised: 2010.03.05; Accepted: 2010.06.23.

(3) 81. quite different. Besides, dynamic representations with IRS helped students to judge scientific responses. In seventh grade, several scores in the test of the experiment group were even significantly higher than the comparison group. In general, students thought dynamic representations with IRS improved their understanding of test items and attract them to participate in the test.. Keywords: alternative conception, Interactive Response System (IRS), dynamic representations, simple and series connections.

(4) 82 教育與心理研究 34 卷 1 期. 識表徵的一種，是故，若欲評量的概念. 壹、緒論. 具有動態的特質，選取動態外在表徵來. 科技的進步與發展使得電腦多媒體應用於教育上已成趨勢，透過整合多. 呈現此概念的本質，便是設計相關評量時，值得重視的一環。. 重表徵的教學媒體來協助學生建立知識. 電學對中、小學生而言，屬於比. 概念，在許多研究上都獲致豐碩的成果. 較複雜與抽象的領域。由於電學中許多. （ChanLin, 1997; Mayer & Anderson,. 概念無法透過直接觀察來理解，因此學. 1992;. &. 生在學習電學課程時，往往產生許多學. Greenbowe, 2000）。其中，具備動態視. 習困難，即便已學習過電學課程，學生. 覺表徵性質的動畫投影片，不僅製作簡. 仍普遍存在不同程度的迷思概念。根據. 單，具備多樣化的視覺與聽覺效果，且. Pfundt和Duit（2009）於學生概念文獻. 可呈現動態概念的特質，因此適合協助. 資料庫整理發現，有關電學的研究超過. 學生理解抽象且具動態特質的概念（例. 19%，是除了力與運動一主題外，最多. 如：電流與電路、氣體粒子運動），而. 研究者關注的焦點。而 Tsai 、 Chen 、. 被廣泛應用於相關教學活動中（陳盈. Chou與Lain（2007）針對臺灣八至十一. 吉，2004；蔡嘉興、周進洋、連坤德，. 年級學生進行關於電流與電壓概念的調. 2005；Park & Gittelman, 1992）。雖然. 查，則發現電流是學生理解電路的關鍵. 動態表徵（dynamic representation）被. 概念。Carlton（1999）認為「電流」. 大量應用於具動態特質之概念的教學設. 是一種混合能量與物質向度的概念。由. 計中，但有關其如何運用於評量的相關. 於其具有「動態」、「抽象」、「看不見」. 研究卻仍處於起步階段。Mislevy等人. 的特質，因此教師於教學的過程中常運. （2010）認為如何運用外在知識表徵. 用動態表徵來呈現電流的動態特性，以. （external knowledge representation）是. 協助學生理解（林靜雯、邱美虹，. 每個學科的中心議題，其在課程、教學. 2009 ；蔡嘉興等， 2005 ； Sanger &. 和評量中都扮演了重要的角色。他們更. Greenbowe, 2000）。本研究的研究者認. 進一步指出，在教育評量中，外在知識. 為，若教授電流於電路中的情形時，需. 表徵最重要的角色之一即「評量本身就. 倚賴動態的表徵，那麼基於評量目標與. 是一種外在知識表徵」這樣的觀念，研. 教學目標應一致的原則，教育工作者進. 究者藉著外在表徵的使用，可以在評量. 行評量時，便應考慮與教學時一致的表. 中凸顯出知識的價值、概念的本質及其. 徵方能獲致共同的目標。另一方面，建. 運用的方式。由於動態表徵屬於外在知. 構主義的教學強調教學應奠基於學生的. Rieber,. 1990;. Sanger.

(5) 探究動態表徵結合即時回饋系統對診斷學生簡單暨串聯電路之另有概念的影響 83. 先備概念，但由於電流抽象、動態的複. 串聯電路中流動的動態表徵設計到測驗. 雜特質，當教育工作者欲探討從未學習. 的答題內容，並以IRS作為測驗答題的. 過電流之學生的先備概念時，常會因為. 工具。但值得注意的是，動態表徵結合. 學生的年齡較小，文字理解情形較弱，. IRS可能對學生的答題行為產生複合效. 而不易獲得學生的先備概念。此時，動. 應。因此，研究者雖關注動態表徵對於. 態表徵的呈現，便可能協助學生理解題. 學生答題行為的影響，但不排除IRS亦. 意，而幫助教育工作者瞭解學生的先備. 會對學生答題產生效應，故而本研究乃. 概念。雖然外在表徵在評量中扮演了重. 針對此一特殊的評量方式進行實驗設. 要的角色，但有關外在表徵，特別是將. 計。據此，本研究之研究目的有二：其. 動態表徵運用於評量時，學生可能會有. 一為診斷五年級與七年級學生於簡單暨. 怎樣的認知行為，我們則瞭解得不多，. 串聯電路一主題中所持有的心智模式及. 因此是值得加以研究與探討的重要議. 另有概念；再者，則初探動態表徵結合. 題。. IRS，對於診斷學生簡單暨串聯電路另最後，即時回饋系統（Interactive. 有概念之答題類型及態度的影響。研究. Response System, IRS）已被廣泛運用. 者希望藉著研究目的一與二的比較，協. 在教室中的形成性評量，以協助教師於. 助我們初步比較同一群學生於不同方式. 教學前快速獲得學生的先備概念，或於. （靜態圖文vs.動態表徵結合IRS），但. 教學中、後瞭解學生們的學習狀況. 內容相近之測驗的作答情形；而第二個. （ Kay & LeSage, 2009; Liu, Liang,. 研究目的，研究者則希望能拓展我們對. Wang, & Chan, 2003）。而IRS其中一個. 不同測驗方式，特別是表徵形式對相異. 特性，便是可以結合多媒體以呈現動態. 群體學生作答情形影響的理解。. 的特質及變化多端的視聽效果。若沒有 IRS的協助，欲運用動態表徵進行形成. 根據上述研究目的，本研究詳細的研究問題如下：. 性評量，僅能將學生帶到電腦教室中進. 一、五年級與七年級學生於簡單. 行一人一臺電腦的施測。以目前國中小. 暨串聯電路一主題中所持有的心智模式. 的設備，以及教學時數的緊湊程度而. 分別為何？. 言，欲達到一人一機、隨時在電腦教室. 二、動態表徵結合IRS對於診斷五. 中施測，實為不易。相對地，運用動態. 年級與七年級學生簡單暨串聯電路另有. 表徵結合IRS在原班級進行相關形成性. 概念之答題情形的影響分別為何？. 評量，在現今國中、小的教學環境中則較為可行，故而研究者將電流於簡單暨. (一)五年級與七年級學生於診斷式測驗前測之得分情形分別為何？.

(6) 84 教育與心理研究 34 卷 1 期. (二)五年級與七年級學生於診斷式測驗後測之得分情形分別為何？. （2004）綜合文獻後亦指出動態表徵適合展現傳統紙本無法顯示之連續改變動. (三)五年級與七年級學生於診斷式. 作及微觀、互動的特質，因此有助於學. 測驗後測中有關簡單暨串聯電路之另有. 習者在進行與空間、連續變化或突現本. 概念為何？. 體（emergent ontology）相關之概念學. (四)動態表徵結合IRS對五年級與. 習時減少錯誤推論、降低學生認知負荷. 七年級學生答題類型的影響分別為何？. 以及協助學生建立突現本體，進而幫助. (五)動態表徵結合IRS分別對五年. 學生科學概念的深層理解。值得注意的. 級與七年級學生診斷式測驗後測答題表. 是，Mayer（2001）提醒研究者在設計. 現是否有影響？. 媒體表徵時，表徵複雜度的考量是很重. 三、動態表徵結合IRS對於五年級. 要的議題。動態表徵可以將許多資訊動. 與七年級學生進行簡單暨串聯電路另有. 態整合，但過於複雜的動態表徵，卻會. 概念之診斷測驗的態度影響分別為何？. 因過多的訊息造成認知負荷或誤解，降. 藉著上述探討，希望研究結果能. 低動態表徵的教學成效（蔡嘉興等，. 有助於我們增進動態表徵結合IRS融入. 2005；Baek & Layne, 1988）。在教學實. 評量相關議題的瞭解，並作為後續編製. 徵研究上，Park與Gittelman以抽象、難. 電流與電路相關教學、形成性評量或教. 以直接觀察的電流概念為主題，研究結. 學前獲取學生先備概念之測驗一些啟發. 果顯示此類具備動態性質的學習內容，. 與參考。. 使用動畫呈現比靜態圖片有更佳之學習. 貳、文獻探討一、動態表徵. 效果。蔡嘉興等人的研究也支持電腦動畫教學有助於學生的電流概念學習。 Sanger和Greenbowe（2000）曾使用電. 動態表徵可以提供學生視覺刺. 腦動畫作為電化學概念改變的教學策. 激，協助學生將內在表徵形成動態的連. 略，結果顯示電腦動畫對學生概念改變. 結，因此得以使抽象概念具有知覺基. 具有明顯效果。而陳盈吉以氣體粒子運. 礎，而有助於學生困難概念之學習。. 動為主題的教學研究則顯示，若有足夠. Park與Gittelman（1992）曾指出動態表. 的經費與技術支援，以動態表徵結合類. 徵具備三個主要的特色：(一)能引起注. 比來呈現氣體粒子的動態運動，有助於. 意與維持學習動機；(二)能詳盡呈現動. 學生學習此困難的科學概念，但若經費. 態本質的知識；(三)有助於解釋複雜知. 不足或缺乏適當的設備支援，光使用類. 識或現象。莊雅茹（1996）與陳盈吉. 比，亦會是可替代且功效不錯的教學策.

(7) 探究動態表徵結合即時回饋系統對診斷學生簡單暨串聯電路之另有概念的影響 85. 特質，因此有必要瞭解動態表徵對評量. 略。由上述研究觀之，過去的研究大. 學生的影響。另一方面，本研究之研究. 部分著重於探討動態表徵於教學上對學. 重點在於診斷學生「簡單暨串聯電路」. 生學習的影響，而有關動態表徵運用於. 之另有概念，然而，電流概念因抽象、. 評量的研究則仍處於起步階段。目前，. 複雜與不可見的特質，常須冗長複雜的. 有關表徵與評量之間的關係，仍多著重. 文字描述與說明，對於年齡較小、字彙. 於不同的外在表徵對學生推理的影響，. 較少且閱讀理解較弱的國小學童而言，. 或評量學生如何針對相同概念但變換不. 可能使學生錯誤理解題意。而從上述觀. 同的表徵加以詮釋。前者例如Skopeliti. 點可知，動態表徵的屬性相當適合用來. 與Vosniadou（2007）針對84位小學一. 呈現同樣具有動態特質的電流概念，只. 年級及三年級的學生，利用平面地圖或. 要設計適當，便可有效降低學生的認知. 立體黏土模型的外在表徵進行地球形狀. 負荷，並增進其對題意的理解。因此，. 的推理研究。其研究結果指出，若未給. 本研究擬在診斷學生電學另有概念時，. 予學生外在表徵推理時，學生的心智模. 輔以動態表徵來呈現電流於簡單暨串聯. 式較具有內在一致性，但是一旦提供外. 電路中的流動情形。. 在的表徵，學生內在的心智模式或先備知識，便會和所提供的外在表徵形成不. 二、即時回饋系統. 相容的情形，而增加或改變原有心智模. 形成性評量是教學中不可或缺的. 式的種類。後者則例如Waldrip與Prain. 一環，能提供教師與學生在學習歷程裡. （2009）的研究，他們利用符號與多重. 的各種資訊，包含學生所學習的內容、. 形式的複雜性科學文本和概念設計實. 學習分量多寡，以及學習到何種程度等. 驗，讓學生在認知科學策略裡理解科學. （ Chung, Shel, & Kaiser, 2006 ）。此. 概念，並試圖從概念改變的範例中，確. 外，透過形成性評量可促成學生的學習. 認其潛在的表徵，思考其中潛在的關係. 發展，亦能增進教師修正教學過程的能. 與差異。動態表徵雖為外在表徵之一. 力，使教學活動更切中教學目標，提升. 環，但特別針對動態表徵設計評量相關. 整體教學成效（潘文福， 2008 ）。. 研究者，則仍闕如。而本研究一方面認. Bransford 、 Brown 與 Cocking （ 2000 ）. 為評量與教學所使用的表徵兩者應一. 更指出學習者可根據形成性評量所提供. 致，若教學過程中運用動態表徵來呈現. 的「回饋」來「修正」學習過程裡思考. 概念的動態特質，那麼評量時亦會運用. 上的缺失，以促進學習效果並協助遷移. 到類似的表徵來詮釋相同的概念或概念. （王子華、王國華、王瑋龍、黃世傑，.

(8) 86 教育與心理研究 34 卷 1 期. 2004）。因此，形成性評量的存在是必. 互動性的教學環境（ Hull, Kenney-. 要且有意義的。. Moore, 2007; Slain, Abate, Hodges,. 然而，資訊科技的進步促使評量. Stamatakis, & Wolak, 2004）。然而，關. 型態朝向多元發展，多媒體設備應用於. 於IRS的使用，也有部分研究提出一些. 評量上，亦漸使學生對評量的觀感從傳. 提醒和建議。Beatty、Gerace、Leonard. 統紙筆測驗的刻板印象跳脫出來。2000. 與Dufresne（2006）便指出IRS若欲發. 年時，國立中央大學學習科技實驗室發. 揮評量應有的效能，教師佈題的品質極. 展一套「按按按」評量系統. 為重要。而當其擴展至教學時，Liu、. （EduClick），希望透過多媒體評量的. Lin、Wang與Chu（2006）則進一步指. 輔助來達成增進學習成效與增強學習動. 出教師倘若未設計足以引起互動的教學. 機的效果。此系統的操作是利用紅外線. 策略，雖然IRS能使學生產生正向的學. 接受器與電腦相連接，接收學生遙控器. 習態度，但這可能僅是學生一時對IRS. 之訊號，故亦是一套可以即時回饋的系. 的好奇心使然。更甚者，Medina等人. 統。此系統最大的特色在於具備展示動. （2008）指出，當IRS用在需要計分、. 態投影片的環境與立即同步回饋的功. 具競爭性的測驗時，學生對於科技可能. 能。此外，若以其進行形成性評量，除. 產生的錯誤、不當的使用，以及作弊等. 了節省測驗時紙筆作答與批閱的時間，. 問題會感到焦慮。因此，此項工具若用. 亦可使教師即時了解學生當下的認知狀. 於形成性評量，藉此診斷學生概念或先. 態，進而立即進行概念澄清（Kay &. 備概念，而非用以比較學生之間學習優. LeSage, 2009; Liu et al., 2003），提升形. 劣的話，整體而言，此項工具的使用將. 成性評量之效率。臺北市立師院實小便. 是利多於弊。本研究主要是在診斷學生. 曾於2000年進行「按按按系統在班班有. 電學概念時，利用動態表徵來呈現具備. 電腦教學上的應用」之研究案（亦即. 動態特質的電流，協助學生理解紙本測. IRS於教學上的應用），其研究結果顯. 驗卷的文字描述，因此希望透過IRS提. 示「按按按」系統導入教室後，除了可. 供施測班級展示動態投影片的環境，以. 以增加班級電腦使用率外，亦可提升學. 為未來建立互動式教學暨評量環境，或. 生的學習興趣和學習注意力（王緒溢. 單機互動評量環境的建立做準備，因. 等， 2001 ）。此外，許多研究亦指出. 此，希冀能發揮IRS的優點，並將其可. IRS能有效、立即地衡量學生於教學後. 能對學生造成的焦慮降到最低。. 的理解情形，因此能針對學生的問題給予立即回饋，進而有助於建立一個更具.

(9) 探究動態表徵結合即時回饋系統對診斷學生簡單暨串聯電路之另有概念的影響 87. 三、簡單暨串聯電路與其電流概念之相關研究. 於簡單電路的研究， Çepni 與 Keleş （2006）針對土耳其學生進行研究，結果發現五年級學生之另有概念在單極模. 綜觀國內外文獻，關於電學概念. 式上分布最廣，而超過半數的九年級學. 的研究皆顯示對中外各年齡層學生而. 生則為消耗模式。至於串聯電路方面，. 言，電學是一門複雜且難以理解的課. Chiu和Lin（2005）以及邱美虹與林靜. 程，其所顯現出的另有概念，即使經過. 雯（2002）；延續前人的研究，針對電. 教學，仍難以產生概念改變，尤其是在. 流心智模式作一系列的研究，其研究指. 「電流」概念部分，由於其具備有「物. 出學生在串聯時所表現的心智模式可分. 質」與「能量」雙方面的特質，更是另. 為六大類與十二種子類型，這六大類分. 有概念的主要來源（Carlton, 1999; Chiu. 別為(一)單極、(二)雙極、(三)電流消. & Lin, 2005）。有關電流概念的探討，. 耗、(四)電流不變的科學模式、(五)燈. 研究者常將之區分為簡單電路、串聯電. 泡本身有電及(六)不會發亮等，而燈泡. 路，以及並聯電路三種。其中，並聯電. 本身有電的模式是持有比例較低的模. 路的部分雖然重要，但由於學生的學習. 式，五年級學生持有此比例者僅1.09%. 會受到電路拓樸形狀的影響，變因較. （林靜雯， 2008 ）。此外，林靜雯. 多，學習較為不易（Magnusson, Boyle,. （2006，2008）的研究發現五年級學生. & Templin, 1997）。由於本研究為動態. 與七年級學生在電流與電路的另有概念. 表徵結合IRS之初探性研究，因此在表. 及心智模式上的分布頗為類似，連心智. 徵的選擇上，暫時忽略具複雜電路拓樸. 模式一致性之比例都極為接近。研究推. 形狀的並聯電路。. 論這是因為五年級與七年級之間並沒有. 有關簡單電路，學生最常見的解釋模式為Osborne與Freyberg（1985）提出的四種模式：(一)單極（Unipolar）模式；(二)撞擊（Clashing Current）模. 電路的相關教學介入有關。. 參、研究方法一、研究對象與流程. 式；(三)消耗（Current Consumed）模. 本研究之研究對象及流程詳如圖1. 式； ( 四 ) 科學（ Scientist ）模式。而. 所示。首先，研究者取得學校、該班級. Magnusson等人（1997）更進一步將其. 任教師、任課自然科任教師、學生及學. 擴充為(一)單極、(二)撞擊、(三)交叉. 生家長之同意後，利用月考後不妨礙學. 撞擊、(四)衰減、(五)共享、(六)科學. 生正常課務進行的時間，以臺北市某國. 等六種模式（林靜雯，2008）。其他關. 小五年級學生三個班級（100人），與臺.

(10) 88 教育與心理研究 34 卷 1 期. 五年級 100 人. 5A（35） 5B（34） 5C（31）. 後測. 7B（35）. 簡單暨串聯電路診斷式測驗靜態圖文版對照組. 7D（34）. 後測. 7A（34）. 簡單暨串聯電. 5A（35）. 隨機. 路診七年級 138 人. 7A（34） 7B（35） 7C（35） 7D（34）. 分派. 斷式. 簡單暨串聯電路診斷式測驗動態表徵結合 IRS 版實驗組. 測驗. 前. 7C（35）. 圖1. 成就各 1 名. 5B（34） 5C（31）. 測. 每班高、低晤談共8名. 研究對象與流程圖. 北市某國中七年級學生四個班級（138. 驗組與對照組，實驗組使用動態表徵結. 人），共238人為研究對象進行施測。之. 合IRS之簡單暨串聯電路診斷式測驗；. 所以特別以五年級與七年級作為研究對. 而對照組則使用靜態圖文表徵（一般紙. 象，主要是因為過去跨年級的研究顯. 筆試卷所使用的表徵）。首先，研究者. 示，這兩個年級的學生雖處於不同的學. 先對參與的七個班級進行前測，以瞭解. 習階段，有著較為不同的認知能力，但. 每位參與學生對電學的先備知識。接. 由於沒有新的電路相關課程介入（教育. 著，研究者從國小三個班級中隨機將其. 部，2003），因此學生另有概念的類型. 中一班（35人）分派至對照組，其餘兩. 和比例不會受到教學的影響（林靜雯，. 班（65人）為實驗組；國中部分則隨機. 2006，2008）。由於本研究欲探討動態. 分派兩個班級為對照組（69人），另兩. 表徵結合IRS對於簡單暨串聯電路另有. 個班級為實驗組（69人）。測驗結束後. 概念答題類型及態度的影響，因此預期. 一週內，研究者篩選五年級與七年級實. 處於不同學習階段的學生對於動態表徵. 驗組內診斷測驗最高與最低分之學生各. 結合IRS的反應，將有助於我們對此議. 一名，共八名學生進行晤談，以蒐集學. 題有進一步的瞭解。. 生對動態表徵結合 IRS 用於評量之看. 本研究採準實驗研究法，分為實. 法。.

(11) 探究動態表徵結合即時回饋系統對診斷學生簡單暨串聯電路之另有概念的影響 89. 二、研究工具本研究之研究工具有三，分別為：(一)簡單暨串聯電路診斷式測驗前. 分，總分24分。此份診斷式測驗前測經臺北市某國小五年級與某國中七年級各一班學生，共 68 位學生測驗後，其 Cronbach α係數為 .798。. 測；(二)簡單暨串聯電路診斷式測驗靜. (二) 簡單暨串聯電路診斷式測驗. 態圖文版；(三)簡單暨串聯電路診斷式. 靜態圖文版及動態表徵結合. 測驗動態表徵結合IRS版。這三種試卷. IRS版. 之主要目的皆在診斷學生對簡單暨串聯. 測驗卷之內容主要修改自林靜雯. 電路的另有概念。而最後兩種為本研究. （2006，2008）所設計的電學診斷式測. 之後測，研究者希冀能從中瞭解動態表. 驗。此部分為二階層診斷式試題（two-. 徵結合IRS對學生答題類型及態度的影. tier test），第一階層主要測驗現象，第. 響。三份測驗主要修改自林靜雯. 二階層則測驗理由，但慮及國小學童對. （2006，2008）的研究，並再經三位物. 此種題型不甚熟悉，容易在作答時，產. 理系教授進行專家審查。茲將三份工具. 生現象與理由無法配對的情形，因此研. 的特性及信度說明如下：. 究者改良原本二階層選擇題的呈現方. (一)簡單暨串聯電路診斷式測驗前測. 式，成為小學生喜愛玩的迷宮路徑方式（見附錄二），如此一來，學生現象與. 所有學生皆參與簡單暨串聯電路. 理由的配對便不易錯誤。測驗內容分布. 診斷式測驗前測（以下簡稱診斷式測驗. 如下：串聯電路之電流流動方向一題、. 前測）作答。此測驗為是非題及繪圖. 串聯電路之通路與斷路概念一題、簡單. 題，內容主要修改自林靜雯（2008）所. 電路中電壓與電流的關係一題，簡單電. 設計問卷之第四大題。此試卷內含六個. 路與串聯電路中電流與電阻的關係一. 電路圖，屬於一般紙筆測驗型態（附錄. 題，共有四題。該部分計分方式則為現. 一）。學生首先須判斷所繪的電路裝置. 象與理由皆答對得4分，現象與理由答. 中的燈泡是否能發亮，接著判斷電路裝. 對其一得2分，現象與理由皆答錯得0. 置中是否會形成電流，若有電流，學生. 分，總計16分。此測驗卷有兩種形式，. 須繪出電流流動的方向。此種設計主要. 其一為一般紙筆測驗之表徵，另一則為. 欲測量學生「通路」、「電流方向」以及. 動態表徵結合IRS。兩形式之文字、圖. 「元件雙極性」三個主要概念的整合。. 片及所測概念完全一致，唯一不同的地. 是非題的部分，每個圖2分，每個電路. 方在於動態表徵結合IRS的形式中，研. 圖中電流是否形成及方向的判斷亦為2. 究者嘗試將試題中電流流動與燈泡亮度.

(12) 90 教育與心理研究 34 卷 1 期. 的動態特質改以動態投影片呈現、錄製. 學生簡單暨串聯電路另有概念之態度。. 聲音逐字唸出題目，並讓學生以IRS作. 茲將上述各種資料之分析方法分述如. 答。. 下：簡單暨串聯電路診斷式測驗靜態. 圖文版經臺北市某國小五年級與某國中. (一) 學生於簡單暨串聯電路中所持有的心智模式. 七年級各一班，共70位學生預試並進行. 在心智模式方面，簡單電路之心. 信度分析，其Cronbach α係數為 .664；. 智模式主要由診斷式測驗前測之前三個. 而簡單暨串聯電路診斷式測驗動態表徵. 電路圖綜合所得，而串聯電路之心智模. 結合IRS版，則另經臺北市某國小五年. 式則主要由同一測驗之後三個電路圖綜. 級與某國中七年級各一班，共66位學生. 合所得。研究者主要依據 Chiu 和 Lin. 預試並進行信度分析，其Cronbach α係. （2005）以及邱美虹與林靜雯（2002）. 數為 .711。. 一系列研究之分類，將學生於簡單及串. 三、資料分析. 聯電路中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.. 本研究有兩大研究目的，其一為. 不會亮等類別。值得一提的是，和之前. 瞭解學生於簡單暨串聯電路中所持有的. 繪圖測驗（林靜雯，2008；Osborne &. 心智模式及另有概念類型，另一為探究. Freyberg, 1985）略有不同的是此測驗. 動態表徵結合IRS對診斷學生簡單暨串. 加入了「元件雙極性」的概念，因而另. 聯電路另有概念類型及態度的影響。有. 外可以測得學生Bq.類雙極及Dq.類科學. 關第一個研究目的，研究者主要由前測. 兩種模式。有關簡單暨串聯電路中各心. 中學生於簡單暨串聯電路中的繪圖表現. 智模式的描述，詳見表1。此部分之評. 獲得學生的心智模式，至於另有概念之. 分者信度為 .985。針對資料歸類不一. 類型，則主要由學生後測之另有概念答. 致的地方，兩位編碼的研究者經進一步. 題選項的分析所獲得。而關於第二個研. 溝通後達一致的共識。編碼後的心智模. 究目的，研究者先分別分析學生於簡單. 式，研究者進一步進行各心智模式類型. 暨串聯電路診斷式測驗前測及後測之得. 的百分比例統計。. 分情形後，再針對動態表徵結合IRS對學生簡單暨串聯電路診斷式測驗後測. (二) 學生於簡單暨串聯電路中所持有的另有概念類型. （以下簡稱診斷式測驗後測）答題表現. 此部分為量化資料，主要由診斷. 的影響加以深究。最後，整理學生的晤. 式測驗後測中，學生於各題的答題選項. 談結果以回應動態表徵結合IRS對診斷. 加以判斷。每一個選項代表一種另有概.

(13) 探究動態表徵結合即時回饋系統對診斷學生簡單暨串聯電路之另有概念的影響 91. 表1. 簡單暨串聯電路心智模式特徵摘要及編碼表. 電流模式 A.單極 B.雙極 Bq.類雙極 D.科學 Dq.類科學 E.燈泡本身有電 O.不會亮. 特徵摘要不具封閉電路的概念，電流自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缺乏元件雙極性，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、電流方向缺乏元件雙極性，具正確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. 念的類型，研究者據此加以進行各題、. 因子共變數分析（ANCOVA），分別檢. 各選項百分比例的統計。此外，各年級. 驗五年級與七年級之實驗組與對照組學. 實驗組與對照組之間各選項百分比例的. 生在診斷式測驗後測中「現象」、「理. 比較，則進一步回應不同測驗方式對於. 由」以及總分的表現上是否具有差異。. 學生答題選項之分布的影響。. (三) 學生於診斷式測驗前測及後測之得分情形. (五) 動態表徵結合IRS對學生診斷式測驗後測答題態度的影響. 此部分研究者主要以描述性統計. 此部分研究者先將學生之晤談內. （平均值、標準差）呈現學生於前測及. 容逐字謄錄後，再進行歸納分類。為使. 後測靜態圖文版及動態表徵結合IRS版. 晤談內容的歸類能獲得較高的穩定度，. 這兩版本得分情形。後測的部分又分別. 本研究邀請二位評分員，分別針對晤談. 就診斷試題中第一層的「現象」（以下. 內容進行歸納工作，並計算不同評分者. 簡稱「現象」）與第二層的「理由」（以. 將資料歸入相同類目的一致程度。當所. 下簡稱「理由」）以及總分加以分析。. 有質性資料歸類結束後，二位編碼的評. (四) 動態表徵結合IRS對學生診. 分者再次針對不一致的地方進一步溝. 斷式測驗後測答題表現的影. 通，以獲得共識，其信度計算公式為. 響. （一致的次數／一致的次數+不一致的. 研究者先個別針對五年級以及七年級學生進行組內迴歸係數同質性考驗，若通過同質性考驗，再以診斷式測驗前測之分數作為共變數，進一步採單. 次數），研究者經計算後得到評分者信度為 .943。.

(14) 92 教育與心理研究 34 卷 1 期. 生於簡單電路暨串聯電路中持有最多之. 肆、研究結果. 模式。至於七年級的部分，學生於簡單. 一、學生於簡單暨串聯電路中所持有的心智模式. 電路持有比例最高的模式分別為類科學模式（32.6%）、科學模式（21.7%）以. 有關學生於簡單暨串聯電路中所. 及兩種以上模式混合（ 13.8% ）的情. 表現的心智模式類型，本研究主要由前. 形。而在串聯電路的部分，學生持有比. 測分析而得。分析結果如圖2所示。圖2. 例最高之前三名者，則分別為類科學模. 顯示五年級學生於簡單電路所持有之心. 式（31.9%）、科學模式（21.7%）以及. 智模式比例最高者分別為科學模式. 類雙極模式（13.0%）。若比較五年級. （37.0%）、雙極模式（35.0%）以及混. 與七年級學生的心智模式，結果發現，. 合模式（ 14.0% ）。而在串聯電路部. 七年級學生因為元件雙極性概念的缺乏. 分，學生持有之心智模式比例最高者則. 或忽略，導致較多「類」科學或「類」. 分別為雙極模式（33.0%）、科學模式. 雙極模式的產生，這使得五年級學生無. （30.0%）、類雙極（12.0%）以及燈泡. 論在簡單電路或串聯電路之科學模式的. 不會亮（11.0%）的模式。此研究結果. 比例都較七年級學生高。. 顯示科學模式以及雙極模式是五年級學 40.0% 35.0% 30.0% 25.0% 20.0% 百分比% 15.0% 10.0% 5.0% 0.0%. A單極. Bq類雙極. B雙極. Dq類科學. D科學. 五年級（簡單）. 3.0%. 7.0%. 35.0%. 3.0%. 37.0%. 0.0%. 七年級（簡單）. 6.5%. 10.1%. 8.7%. 32.6%. 21.7%. 五年級（串聯）. 2.0%. 12.0%. 33.0%. 5.0%. 30.0%. 七年級（串聯）. 5.8%. 13.0%. 5.1%. 31.9%. 21.7%. 圖2. E燈泡有電 O不會亮. 混合. 漏答. 0.0%. 14.0%. 1.0%. 3.6%. 0.0%. 13.8%. 2.9%. 2.0%. 11.0%. 5.0%. 0.0%. 2.9%. 7.2%. 10.1%. 2.2%. 五年級與七年級學生簡單暨串聯電路心智模式類型之分布.

(15) 探究動態表徵結合即時回饋系統對診斷學生簡單暨串聯電路之另有概念的影響 93. 二、動態表徵結合 IRS 對診斷學生簡單暨串聯電路另有概念的影響 (一) 學生於診斷式測驗前測之得分情形. 聯電路（總分平均8.70），且以簡單電路之通路概念為最高（平均為5.00），串聯電路的電流方向得分最低（平均為 3.94）。此結果顯示串聯電路是較簡單電路複雜的概念，且學生對於電流方向的理解較通路概念的理解差。若比較五. 此部分之研究結果主要來自學生. 年級與七年級的繪圖表現，結果發現，. 於診斷式測驗前測之繪圖情形，分析項. 無論何項概念，五年級學生的理解情形. 目包括簡單電路的通路概念與電流方. 都優於七年級。此現象的結果與上節之. 向，以及串聯電路的通路概念與電流方. 心智模式類型的分析結果一致。研究者. 向，結果如表2所示。由表2可見五年級. 推測，可能是由於七年級學生距離四年. 學生對於簡單電路的理解（總分平均. 級電路的教學時間較久遠，因此容易忽. 9.76）較串聯電路的理解佳（總分平均. 略電路元件於連結時須正負相接，另言. 9.40），且簡單電路之通路概念成績最. 之，七年級學生忽略了元件雙極性的概. 高（平均為5.60），而串聯電路的電流. 念，這使得七年級學生較五年級學生持. 方向最低（平均為4.10）。七年級的部. 有更多「類」科學模式或「類」雙極模. 分與五年級的結果一致，學生同樣在簡. 式，也因此整體答題成績較五年級學生. 單電路（總分平均9.00）的表現優於串. 低。. 表2. 五年級與七年級學生診斷式測驗前測答題成績之比較簡單電路. 概念. 串聯電路. 通路概念. 電流方向. 總分. 通路概念. 電流方向. 總分. 五年級. Mean (S.D.) 5.60 (0.98). Mean (S.D.) 4.16 (1.79). Mean (S.D.) 9.76 (2.48). Mean (S.D.) 5.30 (1.25). Mean (S.D.) 4.10 (1.76). Mean (S.D.) 9.40 (2.67). 七年級. 5.00 (1.39). 4.00 (1.82). 9.00 (2.90). 4.75 (1.55). 3.94 (1.77). 8.70 (3.00). (二) 學生於診斷式測驗後測之得分情形. 結果如表3所示。表3的結果顯示，在五年級的部. 此部分之研究結果由學生於兩種. 分，對照組學生在診斷式測驗後測的整. 不同表徵之診斷式測驗後測之表現加以. 體平均值為8.11，而實驗組學生之整體. 分析，本研究著重於五年級以及七年級. 平均值為7.60，對照組學生之得分平均. 學生各自實驗組與對照組的比較，研究. 高於實驗組。若進一步區分成「現象」.

(16) 94 教育與心理研究 34 卷 1 期. 表3. 五年級與七年級學生診斷式測驗後測「現象」、「理由」及總分之比較. 概念. 組別. 五年級. 對照組實驗組. 第1題第2題第3題第4題「現象」「理由」總分 Mean Mean Mean Mean Mean Mean Mean (S.D.) (S.D.) (S.D.) (S.D.) (S.D.) (S.D.) (S.D.) 1.60 (0.95) 3.03 (1.12) 2.46 (1.46) 1.03 (1.12) 6.11 (1.45) 2.00 (1.19) 8.11 (2.17) 1.05 (1.37) 2.74 (1.64) 2.34 (1.20) 1.48 (1.29) 5.45 (1.75) 2.15 (1.59) 7.60 (2.79). 七年級. 對照組實驗組. 1.22 (1.20) 2.70 (1.36) 2.41 (1.59) 0.84 (1.21) 5.13 (1.66) 2.03 (1.66) 7.16 (2.69) 1.74 (1.49) 2.93 (1.48) 2.93 (1.26) 1.07 (1.56) 5.59 (1.80) 3.07 (1.96) 8.67 (3.25). 與「理由」分別觀之，五年級的部分，. 第2題的表現最好，實驗組學生則於第2. 在「現象」的答題表現上，對照組. 題和第3題的表現最好；但無論哪一. （6.11）的成績高於實驗組（5.45），而. 組，皆於第4題的表現最差，顯示七年. 在「理由」的答題表現上，則實驗組. 級學生在串聯電路之通路與斷路的問題. （2.15）的成績高於對照組（2.00）。. 有較佳的理解，但對於電流與電阻的關. 至於七年級的部分，無論「現象」或. 係一概念上仍待加強。. 「理由」的答題表現上，實驗組的成績皆高於對照組。. 綜上所述，運用動態表徵結合IRS 於診斷測驗的組別，在七年級中無論是. 若再就兩組於各題的表現觀之，. 總分、「現象」、「理由」或是各題的得. 五年級對照組學生的成績除第4題討論. 分平均皆高於靜態圖文組。而五年級的. 電流與電阻的關係外，其成績皆高於實. 結果則較為分歧，僅「理由」以及第4. 驗組，但無論是對照組或實驗組，學生. 題的得分顯示出動態表徵結合IRS的組. 於第2題的得分平均最高，但對照組於. 別高於對照組。. 第4題的得分平均最低，而實驗組於第1. (三) 學生簡單暨串聯電路之另有. 題的得分最低。這顯示五年級學生無論. 概念及不同表徵對答題類型. 是實驗組或對照組，對於串聯電路之通. 的影響. 路與斷路的問題皆有較佳的理解。而七. 此部分的分析主要由診斷式測驗. 年級的部分，對照組學生的整體平均值. 中後測的答題分析獲得，詳細分析結果. 為7.16；而實驗組學生之整體平均值為. 如表4所示，茲將逐題結果分述如下：. 8.67。此結果與五年級的部分相反，變. 有關第1題「串聯電路之電流流動. 成實驗組的平均高於對照組。若就兩組. 方向」，五年級對照組學生在「交叉撞. 於各題的表現觀之，七年級實驗組於各. 擊模式」的比例最高（28.6%），認為. 題的表現皆優於對照組，對照組學生於. 電流會如交流電一般輪流由電池正極與.

(17) 探究動態表徵結合即時回饋系統對診斷學生簡單暨串聯電路之另有概念的影響 95. 表4. 五年級與七年級學生診斷式測驗後測各題選項之答題比例五年級. 題目 1 串聯電路之電流流動方向. 第二層選項涉及之另有概念（或科學概念）電流方向正確，但電流經過燈泡後會衰減. 對照組實驗組對照組 (35) (65) (69) 11.5 24.6 30.4#. 實驗組 (69) 14.4. 燈泡本身有電，且流經電池後電流更充沛. 8.6. 27.7#. 10.1. 8.6. 雙極模式，且兩燈泡間的電流於電線中點反彈，電流沒有消耗. 2.9. 6.2. 4.3. 13.0. 雙極模式，且兩燈泡間的電流會相互傳輸，燈泡會吸收電 20.0 流. 4.6. 14.5. 5.8. 2.9*. 科學模式. 12.3*. 5.8*. 20.3*#. 電流方向正確，但電流被兩串聯的燈泡平分. 22.9. 3.1. 11.6. 10.1. 電流方向如交流電一樣形成交叉撞擊模式. 28.6#. 16.9. 18.8. 15.9. 2.9 0.0. 4.6 10.8. 4.3 5.8. 11.6 5.8. 2.9. 10.8. 5.8. 7.2. 46.4*#. 60.9*#. 連接燈泡兩端的電線沒有直接連接電池，燈泡不會亮 2 串聯電路之通路與斷路. 七年級. 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因斷路不會形成電流. 54.3*#. 電流流到斷路處停止，但因未形成通路，故燈泡不亮. 22.9. 電流如交流電一般流動，分別流到斷路處停止. 20.0. 17.1 3 電池體積大小影響電流多寡與燈泡亮度電壓與電池體積大小影響電流多寡與使用時間，但不影響燈泡亮 25.7 電流的度關係 17.1 電線粗細會影響電流傳送量電壓大小影響電流大小與燈泡亮度 4 電線長短影響電流大小電流與燈泡會消耗電流電阻的燈泡會平分電流關係燈泡個數與電流大小成反比電線數量影響電流大小. 58.5*# 4.6. 11.6. 5.8. 15.4. 30.4. 20.3. 10.8. 23.2. 7.2. 47.7#. 14.5. 31.9. 13.8. 14.5. 7.2. 40.0*#. 27.7*. 47.8*#. 20.0. 27.7#. 17.3. 8.6. 34.3#. 21.6. 39.1#. 18.8. 14.3. 23.1. 10.1. 11.6. 2.9* 28.6. 10.8* 16.9. 5.8* 27.5. 53.6*#. 17.4* 43.5#. 註：*表正確答案；#表該選項比例最高。. 負極出發，各自再回到電池之負極和正. 能繼續發光。在本研究前測中，五年級. 極，在這過程裡，燈泡會因為電流通過. 學生持有「燈泡本身有電」這種心智模. 撞擊而產生亮光，而實驗組學生則在. 式類型者才2.0%（參見圖2），而後測. 「燈泡本身有電」模式比例最高. 之五年級對照組學生持此概念亦僅. （27.7%），認為燈泡本身有電，電流. 8.6% ，學生所持有的百分比例皆不. 由燈泡發出，經過電池重新補充電流才. 高。因此研究者推論其中差異可能在於.

(18) 96 教育與心理研究 34 卷 1 期. 有無動態表徵結合IRS介入影響學生推. 來看，五年級和七年級實驗組學生之正. 理。至於七年級學生部分，對照組學生. 確通路概念比例皆高於該年級對照組，. 在「衰減模式」上比例最高. 此情形在七年級對照組與實驗組學生比. （30.4%），認為電流會因通過燈泡而. 較上更為明顯。. 消耗減少，因此燈泡亮度會有差異，而. 在第3題「電壓與電流的關係」部. 實驗組學生則在「科學模式」上比例最. 分，五年級對照組學生在「電壓大小影. 高（20.3%），持有正確的通路概念，. 響電流大小與燈泡亮度」上所佔比例最. 認為電流維持等量，不會因燈泡而有所. 高（40.0%），而五年級實驗組學生則. 消耗減少；其次則為「交叉撞擊」. 在「電池體積大小影響電流多寡與使用. （15.9%）的模式。由上述電流模式分. 時間，但不影響燈泡亮度」上所佔比例. 布可知，同年級學生在動態表徵結合. 最高（47.7%）；而在七年級部分，對. IRS的影響下，其對電流模式所持之想. 照組與實驗組學生皆在「電壓大小影響. 法亦會有所差異。整體而言，五年級與. 電流大小與燈泡亮度」所佔比例最高，. 七年級實驗組學生的正確答題率皆明顯. 依序分別為 47.8% 與 53.6% 。整體來. 高於對照組學生，顯示動態表徵結合. 看，除了五年級實驗組學生之外，五年. IRS對學生的答對率有一定程度的正面. 級對照組與七年級對照組、實驗組學生. 影響，尤其對七年級學生而言，其正確. 皆認為電池體積大小與電流多寡有關，. 率更高達20.3%，此選項同時也是七年. 因此影響使用時間，並顯示有超過四成. 級實驗組學生所有選答中佔有比例最高. 以上已持有「不論電池體積大小，電壓. 者。. 相同則電流也相同」的正確概念，尤其至於第2題「串聯電路之通路與斷. 路」的部分，主要診斷學生在電路斷路. 是七年級實驗組學生答對比例更高於對照組學生。. 時，對通路、斷路與電流間關係之概. 在第4題「電流與電阻的關係」. 念。由表4可知，五年級和七年級對照. 裡，五年級對照組有34.3%的學生認為. 組與實驗組學生在答題情形的分布上一. 「燈泡會消耗電流」，實驗組有27.7%. 致，皆在「因斷路不會形成電流」選項. 的學生認為「電線長短影響電流大. 上佔最高比例，且除七年級對照組學生. 小」；而在七年級學生部分，對照組有. 外，皆超過50%。這顯示在這兩個年級. 39.1% 的學生認為「燈泡會消耗電. 的各個組別裡，大多數學生已具備正確. 流」，實驗組有43.5%的學生認為「電. 通路概念，認為斷路的電路裡電流是不. 線數量影響電流大小」。以答對率來. 存在的；另就動態表徵結合IRS的影響. 看，四組學生答對率介於 2.9% ～.

(19) 探究動態表徵結合即時回饋系統對診斷學生簡單暨串聯電路之另有概念的影響 97. 17.4%，答錯人數明顯比答對人數來得. 數，自變項為實驗組別，依變項則分別. 多，顯示學生對於電流消耗概念仍具備. 為診斷式測驗後測之「現象」分數、. 相當程度之另有概念，然而即便如此，. 「理由」分數以及總分，進行單因子共. 五年級實驗組（10.8%）與七年級實驗. 變數分析，以探討各組學生在該題型上. 組（17.4%）學生之答對率仍高於該年. 之表現是否有所差異，其分析結果如. 級對照組，顯示利用動態表徵來呈現電. 下：. 流與電阻的關係對學生仍有正面影響。整體而言，除了五年級學生於第3. 1.動態表徵結合IRS對五年級學生是否產生差異影響？. 題的表現之外，其餘各題，兩年級之實. 首先研究者對五年級學生進行組. 驗組選擇正確答案之比例皆高於對照. 內迴歸係數同質性考驗，考驗結果顯示. 組。由表4中仔細比較五年級實驗組第3. 學生在診斷式測驗後測「現象」分數. 題各選項之間比例的變化，可見「電池. （F（1, 96）=0.193，p= .661）、「理. 體積大小影響電流多寡與使用時間，但. 由」分數（ F （ 1, 96 ） =0.276 ，. 不影響燈泡亮度」一選項具有最高比例. p= .601 ）與總分（ F （ 1, 96 ） =0 ，. （47.7%），研究者推論五年級實驗組. p= .985）上均未達顯著標準，顯示通. 的學生可能選擇正確答案者，可能因為. 過迴歸係數同質性考驗。再以診斷式測. 動態投影片中多次重複、強化1號電池. 驗前測之成績為共變量，診斷式測驗後. 與3號電池懸殊的比例，而使得五年級. 測裡「現象」、「理由」與總分為依變. 實驗組學生選擇此另有概念的選項。而. 項，進行單因子共變數分析，分析結果. 七年級實驗組的部分，則可能因為較能. 如表5所示。由表5得知，五年級對照組. 區辨電池體積大小和電壓之間的關係，. 和實驗組學生排除診斷式測驗前測成績. 因而並未受此表徵影響。但這部分推. 的影響後，其在「現象」分數（F（1,. 論，仍須進一步設計實驗、晤談學生之. 97）=3.602，p= .061）、「理由」分數. 後方能得到進一步的證實。. （F（1, 97）=0.237，p= .628）與總分. (四) 動態表徵結合IRS對學生診. （F（1, 97）=0.856，p= .357）之得分. 斷式測驗後測答題表現的影. 差異皆未達到顯著水準，顯示動態表徵. 響. 結合IRS並未對五年級學生之表現造成. 在上節答題類型的分析，大致上可以看出實驗組學生在正確答案的持有比例高於對照組學生，因此研究者進一步以診斷式測驗前測之總分作為共變. 顯著差異影響。 2.動態表徵結合IRS對七年級學生是否產生差異影響？研究者將七年級學生之測驗結果.

(20) 98 教育與心理研究 34 卷 1 期. 表5. 五年級 N=100. 五年級學生診斷式測驗後測「現象」、「理由」及總分之共變數分析摘要表變異來源共變量（前測）. 組別（實驗法）. 組內（誤差）. 總計. 依變數「現象」「理由」後測總分「現象」「理由」後測總分「現象」「理由」後測總分「現象」「理由」後測總分. SS 5.772 0.405 3.119 9.723 0.512 5.772 261.832 210.056 654.024 3504.000 652.000 6716.000. 進行組內迴歸係數同質性考驗，考驗結果顯示學生在診斷式測驗後測「現象」分數（F（1, 134）=0.874，p= .352）、「理由」分數（F（1, 134）=1.674，. df 1 1 1 1 1 1 97 97 97 100 100 100. MS 5.772 0.405 3.119 9.723 0.512 5.772 2.699 2.166 6.743. F 2.138 0.187 0.463 3.602 0.237 0.856. p .147 .666 .498 .061 .628 .357. 三、動態表徵結合 IRS 對診斷學生簡單暨串聯電路另有概念態度的影響. p= .198）與總分（F（1, 134）=0.051，. 8位學生透過晤談表達其對動態表. p= .822）上均未達顯著標準，表示通. 徵結合IRS之態度，經歸納分類後大致. 過迴歸係數同質性考驗。再以診斷式測. 可分為五個向度，其分別為：(一)是否. 驗前測之成績為共變量，診斷式測驗後. 幫助學生理解題目；(二)是否幫助學生. 測裡「現象」分數、「理由」分數與總. 判斷正確答案；(三)外在表徵與學生內. 分為依變項，進行單因子共變數分析，. 在表徵之一致性是否影響答題；(四)使. 分析結果得知：七年級對照組和實驗組. 用IRS是否增加答題便利性及新奇感；. 學生排除診斷式測驗前測成績的影響. (五)使用IRS統一學生答題速度是否集. 後，其在「現象」分數（F（1, 135）. 中注意力。其中，前三者著重於動態表. =4.053 ， p= .046 ）、「理由」分數（ F. 徵，而後兩者則著重於IRS對於測驗的. （1, 135）=17.521，p= .000）與總分. 影響。詳細分析結果如表7所示。. （F（1, 135）=14.038，p= .000）之得. 在幫助學生理解題目一向度，8位. 分差異皆達到顯著水準，且在「理由」. 學生經過晤談後發現，有87.5%（7. 與總分處更達非常顯著（見表6），顯示. 位）學生明顯指出透過動態投影片來呈. 動態表徵結合IRS對七年級學生在正確. 現題目上所指的抽象電流概念，這些抽. 答案的判斷上的確造成顯著差異。. 象的概念與靜態圖文相較，變得較為具.

(21) 探究動態表徵結合即時回饋系統對診斷學生簡單暨串聯電路之另有概念的影響 99. 表6. 七年級學生診斷式測驗後測「現象」、「理由」及總分之共變數分析摘要表變異來源共變量（前測）. 七年級 N=138. 組別（實驗法）. 組內（誤差）. 總計. 註：*p< .05. 表7. SS. df. MS. F. p. 14.883 40.668 104.756 11.817 52.941 114.782 393.580 407.912 1103.824 4384.000 1384.000 9928.000. 1 1 1 1 1 1 135 135 135 138 138 138. 14.883 40.668 104.756 11.817 52.941 114.782 2.915 3.022 8.176. 5.105* 13.459*** 12.812*** 4.053* 17.521*** 14.038***. .025 .000 .000 .046 .000 .000. 依變數「現象」「理由」後測總分「現象」「理由」後測總分「現象」「理由」後測總分「現象」「理由」後測總分. *** p< .001. 五年級與七年級學生對動態表徵結合 IRS 於各向度上態度表現之百分比向度. 幫助學生理解題目. 幫助學生判斷正確答案. 外在表徵與學生使用 IRS 是否內在表徵一致性增加答題便利性及新奇感. 年級五年級七年級總計. 是 50.0 37.5 87.5. 否 0 12.5 12.5. 未提 37.5 37.5 75.0. 是 0 12.5 12.5. 否 12.5 0 12.5. 是 25.0 12.5 37.5. 否 25.0 37.5 62.5. 是 50.0 12.5 62.5. 否 0 37.5 37.5. 用 IRS 統一學生答題速度是否協助集中注意力是 50.0 12.5 62.5. 否 0 37.5 37.5. 註：五年級與七年級各4人，總計8人。. 體，因此有助於理解題意。而在幫助學. 確答案。另外一位則進一步指出其內在. 生進一步思考正確答案為何的向度上，. 對電流的想像與試題呈現的動態表徵並. 雖然上述的研究顯示實驗組選擇正確. 不一致，而不一致的表徵衝突反而可以. 「理由」的比率較高，在七年級時甚至. 刺激思考，或有助於找出正確答案。此. 達顯著差異，但學生在晤談時的口語卻. 外，關於動態投影片裡，各動態表徵的. 沒有相應的、明顯的知覺。僅有兩位學. 呈現是否與學生心中所想像之表徵一. 生（25.0%）提到動態表徵與答題正確. 致，62.5%（5位）學生認為僅有部分. 性的關係，其一反應動態投影片的幫助. 內容相符，另37.5%（3位）覺得內在. 僅在於了解題目以及對抽象電流的敘. 與外在的表徵是一致的，其中五年級的. 述，但即使如此，並無法協助其選出正. 學生較多，佔25.0%（2位）。至於學生.

(22) 100 教育與心理研究 34 卷 1 期. 對IRS部分的態度，有62.5%（5位）學. 為七年級學生距離四年級電路的教學時. 生認同IRS操作之便利性，及其所帶來. 間較遠，遺忘程度較高所致。這顯示經. 的新奇感，此部分亦是五年級學生有較. 過四年級的通路教學後，學生對於電流. 大的迴響（ 50.0% ， 4 位）。最後，有. 的方向仍不清楚，也容易隨時間遺忘電. 62.5%（5位）學生表明施測時會跟著. 路的連接方式與元件雙極性。由於過去. 投影片的速度作答，顯示使用IRS確實. 相關的研究（林靜雯，2008；Osborne. 可以達到某種程度上統一學生答題的速. & Freyberg, 1985），並未納入「元件雙. 度，並確保每位學生都能看完動畫投影. 極性」的考量，因此，此部分的結論，. 片，進而達到集中學生注意力的目的，. 缺乏相應的文獻。但根據本研究之結. 同樣地，此部分五年級學生有較大的認. 果，研究者建議未來設計教學時，應考. 同感（50.0%，4位）。. 慮如何將電流方向以視覺表徵化的方式. 伍、結論與建議茲將本研究之結論總陳如下，並據此提出相關建議：. 一、學生於簡單暨串聯電路一主題中所持有的心智模式及另有概念 (一) 雙極模式及類科學模式為最普遍的錯誤模式. 凸顯出來。而在連接通路時，除了動手操作外，也建議將元件雙極性與通路的概念連結。例如：讓學生猜測燈泡內部燈絲的連結方式，藉此以凸顯出元件雙極性的概念。. (二) 學生於簡單暨串聯電路一主題中所持有的另有概念有關電流於簡單及串聯電路中流動的方向，五年級學生持有最多的另有概念為交叉撞擊模式，以及燈泡本身有. 有關學生於簡單暨串聯電路中所. 電的模式。而七年級學生則是具正確電. 持有的心智模式類型，五年級除科學模. 流方向的衰減模式。在此，五年級實驗. 式外，比例最高的錯誤心智模式為雙極. 組的電流流動模式與前測有較大的不. 模式，七年級的部分則為類科學模式。. 同，顯示學生受到動態表徵結合IRS影. 若比較五年級與七年級學生的心智模. 響其答題判斷的情形較為明顯。而在串. 式，結果發現，七年級學生因為「元件. 聯電路之通路與斷路的部分，五年級與. 雙極性」概念的缺乏或忽略，導致較多. 七年級的學生，大部分都具有正確的科. 「類」科學或「類」雙極模式的產生，. 學概念。至於電壓與電流的關係，除了. 這使得五年級學生持有科學模式的比例. 五年級的實驗組在「電池體積大小影響. 高於七年級。研究者推測，此可能是因. 電流多寡與使用時間，但不影響燈泡亮.

(23) 探究動態表徵結合即時回饋系統對診斷學生簡單暨串聯電路之另有概念的影響 101. 度」上所佔比例較高外，其餘年級或組. 顯示外在表徵的介入會破壞學生原有內. 別，科學概念的持有率都較高。研究者. 在表徵的一致性，而增加或改變心智模. 推論五年級實驗組的學生可能因為動態. 式的種類。. 投影片中多次重複、強化1號電池與3號電池懸殊的比例，而使其選擇「電池體. (二) 七年級學生較能從動態表徵結合IRS中推理出科學答案. 積大小影響電流多寡與使用時間，但不. 同樣經過動態表徵結合IRS的測驗. 影響燈泡亮度」此一另有概念。最後，. 方式，無論是五年級或七年級實驗組學. 在電流與電阻的關係中，「燈泡會消耗. 生，雖然其對於「理由」的答題正確率. 電流」、「電線長短會影響電流大小」以. 皆高於對照組，但僅在七年級學生的部. 及「電線數量會影響電流大小」這三者. 分達顯著相關。由於五年級與七年級學. 為較為顯著的另有概念，是未來設計教. 生同樣僅於國小四年級時接受電學相關. 學時宜多注意的地方。. 之課程，雖然七年級學生於六年級時上. 二、動態表徵結合 IRS 對診斷學生簡單暨串聯電路另有概念答題類型及態度的影響. 過電動機相關課程，但此部分與電路概念幾乎無關。因此，研究者推測此差異可能由於動態表徵比靜態表徵具有更多資訊，而七年級學生較能在發覺內外表徵不一致時，捕捉這些資訊，進而從中. (一) 改變答題類型的比例分布. 推理出正確答案。但實際機制與原因仍. 根據測驗結果分析可知，動態表. 須進一步設計實驗加以證實。. 徵結合IRS的測驗方式會改變學生對抽. (三) 被晤談學生對動態表徵結合. 象電流概念的作答，凸顯部分在過去研. IRS作為測驗之答題工具持. 究中比例較低選項的特質（例如：五年. 正向態度. 級有 27.7% 的學生認為燈泡本身有. 從學生晤談結果大致可將學生對. 電）。本研究結果與過去研究（林靜. 動態表徵結合IRS作為測驗之答題工具. 雯，2008 ；Çepni & Keleş, 2006 ）相. 的態度分成五大項。大部分學生皆認為. 較，同樣年級的學生所持簡單暨串聯電. 動態表徵能幫助學生理解題目，但並不. 路另有概念的比例並不相符，顯示相同. 特別影響其對正確答案的判斷，而外在. 年級的學生，可能因測驗表徵形式的不. 表徵與學生內在表徵間的一致性並不. 同，而影響其在簡單暨串聯電路中所持. 高，但其中一位學生明確指出這種衝突. 有之另有概念。此點與 Skopeliti 與. 有助於其進一步思考。此外，使用IRS. Vosniadou（2007）的研究相呼應，皆. 的確能增加答題的新奇感與便利性，而.

(24) 102 教育與心理研究 34 卷 1 期. 在學生答題速度的統一上，亦有助於學. 機制，以及其與教學之間交互作用的關. 生集中注意力。值得注意的是，這些晤. 係。而本研究從晤談中歸納出五項學生. 談結果由於僅是每班抽取高、低成就各. 受動態表徵以及IRS影響態度的向度，. 1名，共8名學生的結果，因此，其口語. 研究者建議可進一步成為未來動態表徵. 資料僅能提供本研究相關量化資料的補. 及IRS相關研究及評量設計時參考的向. 充，未能以此詮釋本研究之相關量化資. 度。. 料，但未來若欲進行相關研究，此初步晤談之結果可以提供進一步探索的方向。綜上所述，本研究贊同Mislevy等人（2010）的觀點，認同「評量本身就是一種外在知識表徵」這樣的觀念，因此建議教育工作者應在電流與電路的相關評量中，善用動態表徵以凸顯出電流的動態本質及其能量與物質混合的特質。另一方面，建構主義的教學強調教學應奠基於學生的先備概念，由於電流具備抽象、動態的複雜特質，若我們欲獲得年齡較小，文字理解情形較弱的學生之先備概念時，透過動態表徵的呈現，便可協助學生理解題意，進而幫助教育工作者瞭解學生的先備概念。但值得注意的是在本研究中，研究者發現動態的、外在的表徵介入時，會促使學生注意到外在表徵與內在表徵的不一致性，因此刺激思考而改變其對題目選項的推理，故可能提高答對率，且此種現象對於本研究中年齡較大的七年級，尤為明顯。因此，研究者建議未來對於動態表徵融入評量的相關議題有興趣的研究者，應進一步設計實驗以探討其中的. 參考文獻王子華、王國華、王瑋龍、黃世傑（2004）。不同形成性評量模式對國中生網路學習之效益評估。科學教育學刊，2（4），469-490。王緒溢、梁仁楷、劉子鍵、柯華葳、陳德懷、黃智偉（2001）。應用於教室內之高互動學習環境設計⎯⎯無線測驗系統與網路教學資訊系統之整合應用。第五屆全球華人學習科技研討會（GCCCE2001）專題報告。桃園縣：國立中央大學。林靜雯（2006）。由概念演化觀點探究不同教科書教⎯⎯學序列對不同心智模式學生電學學習之影響。國立臺灣師範大學科學教育研究所博士論文，未出版，臺北市。林靜雯（2008）。跨年級學生電學心智模式一致性與課程進程之比較研究。教育與心理研究，31（3），53-79。林靜雯、邱美虹（2009）。探究以學生心智模式為設計基礎之教⎯⎯學序列對學生電學學習之影響。科學教育學刊， 17（6），481-507。邱美虹、林靜雯（2002）。以多重類比探究兒童電流心智模式之改變。科學教育學刊，10（2），109-134。教育部（2003）。國民中小學九年一貫課程綱要⎯⎯自然與生活科技學習領域。臺北市：作者。.

(25) 探究動態表徵結合即時回饋系統對診斷學生簡單暨串聯電路之另有概念的影響 103. 莊雅茹（1996）。CAL軟體動畫介面設計。教學科技與媒體，28，13-18。陳盈吉（2004）。探究動態類比對於科學概念學習與概念改變歷程之研究⎯⎯以國二學生學習氣體粒子概念為例。國立臺灣師範大學科學教育研究所碩士論文，未出版，臺北市。潘文福（2008）。提升學習動機：網路多媒體的形成性評量方案。臺灣圖書館管理季刊，4（3），22-31。蔡嘉興、周進洋、連坤德（2005）。以Flash 電腦動畫輔助教學促進國三學生電流概念改變。物理教育， 6 （ 1 ）， 2442。 Baek, Y. K., & Layne, B. H. (1988). Color, graphics, and animation in a computerassisted learning tutorial lesson. Journal of Computer-Based Instruction, 15(4), 131-135. Beatty, I. D., Gerace, W. J., Leonard, W. J., & Dufresne, R. J. (2006). Designing effective questions for classroom response system teaching. American Journal of Physics, 74(1), 31-39. Bransford, J. D., Brown, A., & Cocking, R. (2000). How people learn: Mind, brain, experience and school, expanded edition. Washington, DC: National Academy Press. Carlton, K. (1999). Teaching electric current and electrical potential. Physical Education, 34(6), 341-345. Çepni, S., & Keleş, E. (2006). Turkish students' conceptions about the simple electric circuits. International Journal of Science and Mathematics Education, 4(2), 269-291. ChanLin, L. J. (1997). The effects of verbal elaboration and visual elaboration on. student learning. International Journal of Instructional Media, 24(4), 333-339. Chiu, M. H., & Lin, J. W. (2005). Promoting fourth graders’ conceptual change of their understanding of electric current via multiple analogies. Journal of Research in Science Teaching, 42(4), 429-464. Chung, G. K. W. K., Shel, T., & Kaiser, W. J. (2006). An exploratory study of a novel online formative assessment and instructional tool to promote students’ circuit problem solving. Journal of Technology, Learning, and Assessment, 5(6). Retrieved October 7, 2009, from http://escholarship.bc.edu/jtla/vol5/6/ Hull, C. E., & Kenney-Moore, P. (2007, October). Electronic toys or legitimate learning tools? Using audience response systems in the classroom to enhance student learning. Paper presented at the Physician Assistant Education Association 2007 Education Forum in Tucson, Tucson, AZ. Kay, R. H., & LeSage, A. (2009). A strategic assessment of audience response systems used in higher education. Australasian Journal of Educational Technology, 25(2), 235-249. Liu, T. C., Liang, J. K., Wang, H. Y., & Chan, T. W. (2003, December). The features and potential of interactive response system. Paper presented at the International Conference on Computers in Education, Hong Kong. Liu, T. C., Lin, Y. C., Wang, Y., & Chu, C. C. (2006, November). A preliminary study on integrating IRS with the lectures of fundamental physics in the first year.

(26) 104 教育與心理研究 34 卷 1 期. university courses. Paper presented at the Fourth International Conference on Multimedia and Information and Communication Technologies in Education, Sevilla, ES. Magnusson, S. J., Boyle, R. A., & Templin, M. (1997). Dynamic science assessment: A new approach for investigating conceptual change. The Journal of the Learning Science, 6(1), 91-142. Mayer, R. E. (2001). Multi-media learning. Cambridge, UK: Cambridge University Press. Mayer, R. E., & Anderson, R. B. (1992). The instructive animation: Helping students build connections between words and pictures in multimedia learning. Journal of Educational Psychology, 84(4), 444452. Medina, M. S., Medina, P. J., Wanzer, D. S., Wilson, J. E., MEd, N. E., & Britton, M. L. (2008). Use of an Audience Response System (ARS) in a dual-campus classroom environment. American Journal of Pharmaceutical Education, 72(2), 1-7. Mislevy, R. J., Behrens, J. T., Bennett, R. E., Demark, S. F., Frezzo, D. C., Levy, R. et al. (2010). On the roles of external knowledge representations in assessment design. The Journal of Technology, Learning, and Assessment, 8(2). Retrieved February 8, 2010, from http://escholarship.bc.edu/jtla/vol8/2/ Osborne, R., & Freyberg, P. (1985). Learning in science: The implications of children’s science. Auckland, NZ: Heinemann. Park, O., & Gittelman, S. S. (1992). Selective. use of animation and feedback in computer-based instruction. Educational Technology Research and Development, 40(4), 27-38. Pfundt, H., & Duit, R. (2009). Bibliography: Students alternative frameworks and science education. Kiel, DE: University of Kiel Institute for Science Education. Rieber, L. P. (1990). Using computer animated graphics in science instruction with children. Journal of Educational Psychology, 82(1), 135-140. Sanger, M. J., & Greenbowe, T. J. (2000). Addressing standing misconceptions concerning electron flow in aqueous solutions with instruction including computer animations and conceptual change strategies. International Journal of Science Education, 22(5), 521-537. Skopeliti, I., & Vosniadou, S. (2007). Reasoning with external representations in elementary astronomy. In S. Vosniadou, D. Kayser, & A. Protopapas (Eds.), Proceedings of the European Cognitive Science Conference 2007 (pp. 244-249). London: Taylor and Francis. Slain, D., Abate, M., Hodges, B. M., Stamatakis, M. K., & Wolak, S. (2004). An interactive response system to promote active learning in the doctor of pharmacy curriculum. American Journal of Pharmaceutical Education, 68(5), 117-125. Tsai, C. H., Chen, H. Y., Chou, C. Y., & Lain, K. D. (2007). Current as the key concept of Taiwanese students’ understandings of electric circuits. International Journal of Science Education, 29(4), 483-496. Waldrip, B., & Prain, V. (2009, August)..

(27) 探究動態表徵結合即時回饋系統對診斷學生簡單暨串聯電路之另有概念的影響 105. Impact of a representational focus on assessing learning in science classes. Paper presented at the European Science Education Research Association 2009, Istanbul, TR..

(28) 106 教育與心理研究 34 卷 1 期. 附錄一. 簡單暨串聯電路診斷測驗前測. 1. 將電池、電線及小燈泡依照下面圖片的方式連接起來，哪些燈泡會亮呢？請將會亮的燈泡畫上光芒。像是這樣：. (1). (2). (3). (4). (5). (6). 2. 上面六個圖，哪些圖中的電路具有電流呢？請在那些圖上畫出電流流動的方向（請用「→」表示電流流動的方向，必要時，並可用「1」、「2」等標示電流流出的順序以協助你表達。）.

(29) 探究動態表徵結合即時回饋系統對診斷學生簡單暨串聯電路之另有概念的影響 107. 附錄二. 簡單暨串聯電路診斷測驗後測（試題舉隅） (1) A1.因為電流可以由「－」極流到甲，但沒辦法再繼續流到乙。. (2) B1.因為電流可以由「＋」極流 2. 若將圖四中兩燈泡間的電線. 1. A.甲會亮但乙不會亮. 剪斷，則有關兩. (3) C1.因為電流分別由電池的兩. 燈泡的發亮情. 端出發，由電池的「－」極出. 形，以下哪個敘. 發會流到甲，由電池的「＋」 2. B.乙會亮. 述最合理？. 但甲不會亮甲. 到乙，但沒辦法再繼續流到甲。. 極出發會流到乙，所以都會亮。. 乙. 3. C.兩個燈泡都會亮. (4) D1.因為剪掉電線變成斷路，不會形成電流。. (5) D2.因為電流流到一半流不過去，所以不會亮。. 圖四 4. D.兩個燈泡都不會亮. (6) D3.因為電流由電池的「－」極出發，流到一半流不過去；從電池的「＋」極出發，流到一半也流不過去，所以都不會亮。.

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