自然科「簡單電路」單元之建構反應題及診斷測驗系統

國立臺中教育大學教育測驗統計研究所理學碩士論文

指導教授：郭伯臣 博士

自然科「簡單電路」單元之

建構反應題及診斷測驗系統

研究生：黃文信 撰

中

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九

十

九

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六

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謝 辭

隨著論文的完成，讓我非常欣喜，兩年的日子，教授、學長姐、同學以及學弟 妹們的指導與協助，讓我成功的踏上了人生的另一個階段。非常感謝在這兩年的時 光中，曾經幫助我及陪伴著我一起成長的師長及伙伴。 首先必須感謝我的指導教授郭伯臣老師，當初因為郭老師的指導，才讓我有了 研究的方向。而在這兩年的求學歷程裡，承蒙郭老師的耐心指導，不管是在論文或 是課業上，總是能不斷給予我研究的方向及目標，使我可以順利的完成我的學業及 論文。 本論文部分成果為本系統為臺中教育大學教育測驗統計研究所重點研究計畫： 「貝氏網路線上測驗平台」（郭伯臣、曾彥鈞，2007）之研發成果，相關系統研發及 建置由研究者及臺中教育大學教育測驗統計研究所曾彥鈞、陳俊華共同完成。非常 感謝兩位學長的協助，讓我的系統能順利運作。 同時也非常感謝曾建銘老師，在修習曾老師課程的一年半中，曾老師上課總是 有問必答，詳細解說我們所提出的問題，而在課堂上所吸收的知識，使我在研究的 路上能更快的進入狀況，也感謝曾老師能撥空擔任我的論文口試委員，給予我專業 的建議與指導。 也要感謝中教大數教所的施淑娟老師，在百忙之中能抽空擔任我的論文口試委 員，在口試過程中給予我許多建議與指導，使我的論文可以更臻完善。 還有感謝育隆學長、政軒學長，不管在我的論文或生活中都給予我非常大的協 助。而研究伙伴革為、永鑫、俊賢、慶皇，一路上走來，大家互相加油打氣，彼此 勉勵，如今也都將順利完成各自的論文了。也要感謝我任教學校的游輝演校長，感 謝他同意我在職進修，以及現任的侯宏仁校長的全力支持，還有所有一起共事的王 功團隊們，有著大家的支持與鼓勵，才能讓我既能兼顧學校的工作又能完成學業。 也感謝協助施測的班級導師，也非常感謝你們對我的幫助，讓我能夠順利的完成我 的研究。 最後要感謝我的家人，在這段期間給予我的包容與支持，也因為有著家人的支 持，才能有今天的成績。這份喜悅與榮耀應屬於你們。還要感謝我的太太敏芳，讓 我可以無後顧之憂，專心於我的學業。 感謝許許多多曾經幫助過我的人，在此祝福大家，希望大家都能夠平安喜樂。

中文摘要

傳統的紙筆測驗只能提供教師學生的分數，無法發現學生學習的盲點；而電腦 化測驗雖然能夠自動計分，但是題型卻只能以選擇題的形式出題，能收集到的學生 作答歷程非常有限，無法分析出學生真正的迷思概念。建構反應題能收集學生的作 答反應，並且記錄解題時所做的所有動作，非常適合用來分析學生的錯誤類型，也 是目前許多大型測驗機構所採用的測驗題型。 而在自然科的「簡單電路」單元，由於電流無法觀察，只能觀察出燈泡發亮或 是未發亮，導致一般學生對本單元有許多的迷思概念，如果以「選擇題」的出題方 式，學生很容易以「猜測」的方式解題，而測不出學生真正的錯誤類型。於是本研 究以建構題的題型，建置出「簡單電路」診斷測驗系統。透過實際操作的作答方式， 記錄學生的作答歷程，進而分析學生的錯誤類型。 本研究發現以下結論： 一、 本研究之診斷測驗系統能記錄受試者的解題歷程，分析受試者的錯誤類型， 進而自動計分。 二、 學生在「簡單電路」單元之建構反應題診斷測驗之錯誤類型比選擇題型之錯 誤類型更詳盡、多元。 三、 建構反應題型的測驗信度比選擇題的測驗信度更高，表示本研究建置的診斷 系統較一般選擇題測驗更可信。 關鍵詞：線上診斷測驗、建構反應題、錯誤類型、簡單電路

Abstract

The traditional paper-and-pencil test only can supply the students’ score to teachers, but can not find their learning misconceptions. The computer-based diagnostic test can score automatically, but just can be presented in the form of multiple-choice types. It can collect the students’ problem solving processes limitedly, so that can not analyze their

misconceptions. The constructed-response items can collect the students’ problem solving, including all actions while problem solving, so it is suitable to analyze the error types.The constructed-response items is also used by many large-scale examination rganizations currently.

In the "circuit" unit of science subject, as the electric current is unable to observe, it can only observe the bulb light or not, students have many misconceptions. If the questions are “multiple-choice types”, students can solve by guessing. It can not tell what error types the students have. This research is base on constructed-response items to build a “circuit” diagnostic test system. With practicing, record the problem solving processes to analyze the stuedents’ error types.

The study result gives:

a. The diagnostic test system of this research can record the problem solving processes, analyze the stuedents’ error types, and score automatically.

b. We can obtain more students’ answering responses from the constructed-response items than the multiple choice questions.

c. The reliability of the constructed-response items is higher than the reliability of multiple choice types. It means that the constructed-response items is more credible than general multiple choice test.

Keywords: computer-based diagnostic test, constructed-response items, error type, circuit

目錄

中文摘要 ... II Abstract...IV 目錄 ...V 表目錄 ...VI 圖目錄 ... VII 第一章 第一章第一章 第一章 緒論緒論緒論緒論 ...1 第一節 研究背景與動機... 1 第二節 研究目的... 3 第三節 研究限制... 3 第四節 名詞解釋... 4 第二章 第二章第二章 第二章 文獻探討文獻探討文獻探討 ...5 文獻探討 第一節 電腦化診斷測驗... 5 第二節 建構反應題型... 8 第三節 國外大型測驗之建構反應題題型...11 第四節 「簡單電路」教材與迷思概念分析... 20 第三章 第三章第三章 第三章 研究方法研究方法研究方法 ...25 研究方法 第一節 研究流程... 25 第二節 研究工具... 26 第三節 研究對象... 27 第四節 「簡單電路」單元建構反應題之系統介面... 28 第五節 研究設計... 31 第四章 第四章第四章 第四章 研究結果研究結果研究結果 ...41 研究結果 第一節 建構反應題題型之計分模式分析... 41 第二節 比較選擇題與建構反應題之錯誤類型... 45 第三節 評估建構反應題系統的信度... 70 第五章 第五章第五章 第五章 結論與建議結論與建議結論與建議 ...72 結論與建議 第一節 結論... 72 第二節 建議... 72 參考文獻 參考文獻參考文獻 參考文獻 ...73 中文參考文獻... 73 英文參考文獻... 76 附錄一、各版本有關「簡單電路」之單元活動目標 ...77 附錄二、專家知識結構 ...79 附錄三、施測試卷 ...80 附錄四、建構題解題流程計分模式 ...84

表目錄

表 2-1-1 評量類別、目的與使用時機 ... 7 表 2-3-1 NAEP 科學建構題的計分模式... 13 表 2-3-2 PISA 科學建構題的計分模式與編碼說明 ... 16 表 2-3-3 TIMSS 科學建構題的計分模式與編碼說明 ... 19 表 2-4-1 九年一貫電學課程規劃時間 ... 20 表 2-4-2 四年級「簡單電路」各版本規劃時間 ... 21 表 2-4-3 南一版本的單元活動目標 ... 21 表 2-4-4 國內有關「簡單電路」迷思概念的研究 ... 22 表 2-4-5 Shipstone 所分類電路四種迷思概念 ... 23 表 2-4-6 本研究所有錯誤類型 ... 24 表 3-2-1 測驗試題的信度與古典理論模式的參數值 ... 27 表 4-1-1 建構題第一題受試者全對之編碼 ... 42 表 4-1-2 建構題第一題受試者部分答對之編碼 ... 42 表 4-1-3 建構題第一題受試者全錯之編碼 ... 42 表 4-1-4 建構題第二題解題流程、錯誤類型與計分模式 ... 44 表 4-2-1 建構題第一題的錯誤類型統計 ... 45 表 4-2-2 建構題第一題對應之選擇題各選項的錯誤類型 ... 46 表 4-2-3 建構題第二題的錯誤類型統計 ... 50 表 4-2-4 建構題第二題對應之選擇題各選項的錯誤類型 ... 51 表 4-2-5 建構題第三題的錯誤類型統計 ... 55 表 4-2-6 建構題第三題對應之選擇題各選項的錯誤類型 ... 56 表 4-2-7 建構題第四題的錯誤類型統計 ... 60 表 4-2-8 建構題第四題對應之選擇題各選項的錯誤類型 ... 61 表 4-2-9 建構題第五題的錯誤類型統計 ... 65 表 4-2-10 建構題第五題對應之選擇題各選項的錯誤類型 ... 66 表 4-3-1 測驗信度比較模式 ... 70 表 4-3-2 選擇題型與建構題的測驗分數的信度比較 ... 71

圖目錄

圖 2-3-1 NAEP2005 科學建構題題目 ...12 圖 2-3-2 PISA2006 科學建構題題目 ...15 圖 2-3-3 TIMSS2007 科學建構題題目...18 圖 3-1-1 研究流程圖 ...26 圖 3-4-1 建構題操作介面 ...28 圖 3-4-2 建構題題目區 ...28 圖 3-4-3 建構題工具區 ...29 圖 3-4-4 建構題作答區 ...30 圖 3-4-5 學生作答範例 ...30 圖 3-5-1 建構題第一題題目 ...31 圖 3-5-2 建構題第一題之解題策略 ...32 圖 3-5-3 建構題第二題題目 ...33 圖 3-5-4 建構題第二題之解題策略 ...34 圖 3-5-5 建構題第三題題目 ...35 圖 3-5-6 建構題第三題之解題策略 ...36 圖 3-5-7 建構題第四題題目 ...37 圖 3-5-8 建構題第四題之解題策略 ...38 圖 3-5-9 建構題第五題題目 ...39 圖 3-5-10 建構題第五題之解題策略 ...40 圖 4-1-1 建構題第二題解題計分流程圖 ...43 圖 4-2-1 建構題第一題對應之選擇題題目 ...46 圖 4-2-2 建構題第一題與對應選擇題之錯誤類型的比較 ...47 圖 4-2-3 建構題第二題對應之選擇題題目 ...51 圖 4-2-4 建構題第二題與對應選擇題之錯誤類型的比較 ...52 圖 4-2-5 建構題第三題對應之選擇題題目 ...56 圖 4-2-6 建構題第三題與對應選擇題之錯誤類型的比較 ...57 圖 4-2-7 建構題第四題對應之選擇題題目 ...61 圖 4-2-8 建構題第四題與對應選擇題之錯誤類型的比較 ...62 圖 4-2-9 建構題第五題對應之選擇題題目 ...66 圖 4-2-10 建構題第五題與對應選擇題之錯誤類型的比較 ...67

第一章 緒論

本章共分為五節，第一節描述本研究的研究背景與研究動機；第二節說明研究 目的；第三節說明本研究之預期貢獻；第四節界定本研究之基本假設與限制；第五 節解釋本研究所使用之名詞。

第一節 研究背景與動機

以全球資訊網為基礎的網路教學方式(Web-Based Instruction，WBI)在近幾年蔚 為風潮，此種新的遠距教學方式突破了傳統教學在時間和空間上的限制，利用網路 的特性和技術，也彌補了一般遠距教學缺乏互動性的缺點(林敏芳，2005)。傳統的教 學一定要在教室裡，也只限於教師對學生，雖然現今的教學不再是枯燥的講述性教 學，教師可以透過種種教學輔助設備，如：電腦、單槍、網路，甚至是現在最流行 的電子白板，讓教學變得更有趣，但是還是受場地與時間的限制。現在透過網路， 進行線上學習，一切變得相當容易，只要有電腦和網路，學習就變成是隨時隨地， 不受限制，學生也可以依自己的想法與需求來自主學習。 然而，有教學就需要有評量，學習與評量是一體兩面的，缺一不可。若無學習 活動，評量將無所依據；若無評量機制，學習將為膚淺的學習，學習成效與學習影 響無由得知，且學習策略及學習活動的安排等亦無從改善。因此，在網路學習系統 上發展足以相佐的評量系統是有其必要性的（林昭汶，2003）。評量的目的不僅是評 定學生的成績好壞，在學生完成一定的學習範圍後，更可藉由評量方式，讓學生瞭 解自己學習不足之處，並加強自己的弱點。透過電腦化測驗除了可以評定學生的成 績好壞，學生在評量後可立即從電腦的分析得到回饋訊息，加強學習不足的地方（吳 任婕，2009）。 一般而言，傳統的紙筆測驗只提供學生表現的整體分數，只有分數，教師不容 易從整體分數上得知學生在學習歷程中的盲點，學生也不容易得知自己需要補強的

地方（吳任婕，2009）。而一般的線上測驗與評量系統受限於單選題或多選題的出題 形式，使得能夠蒐集到的測驗資訊非常有限（黃國禎、朱蕙君、王榕榆，2008），雖 能自動計分，立刻算出測驗分數，但還是無法從分數中瞭解受試者的認知結構與學 習歷程。而且選擇題容易有猜測的問題，當學生對某一題有一部份瞭解一部份不瞭 解時，學生可能會運用猜題的技巧來回答問題，導致測驗結果不夠精確。 如果希望獲得更多學生的潛在特質，而不受猜測度的影響時，就必須運用其他 的方法。 方法一：選用更多的選擇題來測驗，交叉比對之下，確認學生的迷思概念。 方法二：利用建構題做測驗，因為建構題沒有選項，無法猜測，學生的作答歷 程都是學生自己操作的，分析解題歷程，就可以確認學生的迷思概念。 如果採用方法一，則題目將會大幅度增加，也需注意學生會不會有測驗倦怠的 問題產生。所以本研究採用方法二。 本研究希望透過全新線上評量測驗的方式來改善以往的傳統測驗，讓教師與學 生可以更快的發現在學習上的成效及盲點。目前國內多數學校的班級，一名教師通 常須指導二、三十名學生，並在同一個班級以一致的課程進度教授統一的教材，往 往無法考慮到在學習方面有困難或是理解速度較慢的學生。因此，如何提出一套有 效的教學策略與評量方式，來協助教師瞭解學生的個別差異，進而提高學生的學習 興趣及學習成就，已成為目前相當重要的課題（余民寧，2001）。要落實補救教學的 理念，必須有精確而有效的學習困難診斷機制，才可針對學生的學習困難提供適切 的補救方向及教材，提昇學習的品質。然而，學習困難點的發生，除了概念本身或 先備知識的不足，也有可能是對類似概念產生混淆所造成；若無適當的診斷策略來 提供改善的方向，同樣的錯誤可能重複地發生，進而影響後續的學習。因此，在評 量過程能否蒐集更多的答題資訊來協助資料分析，是影響學習診斷結果精確與否的 重要因素之一（黃國禎、朱蕙君、王榕榆，2008）。

為了蒐集更多的答題資訊來協助資料分析，在美國一些入學考試和證照考試， 除了原有的選擇題之外，還增加了建構反應題或實作測驗部分（盧雪梅，1997），除 此之外，近幾年國外的大型測驗也陸續開發建構反應題的試題，希望收集到更多學 生解題歷程，再以人工閱卷方式進行評分。而反觀國內的電腦化診斷測驗，大多以 選擇題的形式呈現，只能紀錄受試者答案，無法判斷學生是猜對的，或雖然選同一 錯誤選項，但是卻是不同的解題歷程導致的（吳任婕，2009）。 因此，本研究將參考國外大型測驗之建構反應題題型，以國小自然領域「簡單 電路」單元為例，開發可支援電腦化建構反應題題型的系統，用以紀錄學生的解題 歷程，希望達到電腦自動化計分、自動化分析學生解題過程等目的，藉此降低教師 閱卷負擔，並幫助教師快速找出學生學習盲點，且留下寶貴的時間進行補救教學。

第二節 研究目的

基於上述之研究動機，本研究欲探討目的分為以下三部分： （1）開發自然科「簡單電路」單元建構反應題題型之計分模式。 （2）比較自然科「簡單電路」單元傳統選擇題題型與建構反應題題型之錯誤類型。 （3）評估自然科「簡單電路」單元建構反應題系統的信度。

第三節 研究限制

本研究的測驗單元是四年級自然與生活科技中的「簡單電路」，因為研究者資源 不足，以及人力、物力、財力的考量下，有以下之研究限制： 一、 本研究在學生抽樣施測方面，僅以台中市與彰化縣國小四年級學生共十 個班級為研究對象。因此研究結果若要推論至其他區域或其他年級時，須 持謹慎保守態度或進一步研究。

二、 本研究對受試者在「簡單電路」錯誤類型探討的相關結果，僅適用於初 步的診斷，至於深入診斷受試者之錯誤類型，則仍須配合更深入的進一步研究。

第四節

名詞解釋

壹、建構反應題

建構反應試題即非選擇題，旨在測量學生說明、整合、應用、分析、評估和傳 達科學資訊的能力。Linn & Gronlund(2000)也認為，建構反應試題能測量學生運用思 考、解決問題、組織統整、和表達想法的能力，即透過學生獨立思考、自我批判、 組織整合、系統評鑑、並呈現成果（國家教育研究院籌備處，2007）。

貳、錯誤類型

本研究之錯誤類型為學生解決自然概念時，學生所具備的相關知識概念不同 於專家或教學者公認的想法。錯誤類型制定的過程是根據文獻、教材、教師手冊、 教學現場的自然老師與專家學者意見之資料蒐集，定義出常見的錯誤類型，並進行 分類。

參、解題歷程

受試者面對題目，一切使用的解題方法，所使用的工具，以及所做的動作，全 部都記錄下來，這些紀錄，稱為解題歷程。

肆、解題策略

受試者面對題目，所有可能採用的解題方法，稱為解題策略。

第二章 文獻探討

本研究主要的目的為以建構反應題題型來建置一個線上診斷系統，且用來分析 學生在建構反應題題型中所具有的錯誤類型，並以國民小學四年級自然與生活科技 領域「簡單電路」課程作為本研究所探討的研究範圍。為達到本研究之目的，在相 關文獻部分，針對電腦化診斷測驗、建構反應題型、國外大型測驗評量架構及「簡 單電路」教材分析四部分來探討。

第一節 電腦化診斷測驗

本節分三個部份探討，第一部份是電腦化測驗，第二部份是診斷測驗，第三部 份是電腦化診斷測驗。

壹、電腦化測驗

早期測驗方式，多半以紙筆測驗形式進行，並仰賴人工閱卷，批改考卷會變成 是教師的一大負擔，忙於閱卷而無力進行補救教學，所幸近年來隨著電腦科技的發 達，許多測驗進行的方式已逐漸由傳統的紙筆測驗轉變成電腦化測驗，用來評估學 生的學習成效或學習歷程（曾彥鈞，2007）。 所以，電腦化測驗是一種趨勢，國際間重要的測驗也都採用這種方式，如托福 網路測驗(TOEFL iBT)。美國教育測驗服務社(Educational Testing Service，ETS)是最 早利用電腦和企業區域網路對不同的測驗目標來進行大規模測驗的機構，該機構宣 布台灣地區「托福」測驗(Test of English as a Foreign Language，TOEFL)將自西元 2000 年 10 月起改為電腦化測驗(Computer - Based Testing，CBT)，這項具權威性的測驗也 正式用電腦當作輔助工具，可見電腦在測驗上應用將是未來的趨勢(林敏芳，2005)。

孫光天、陳新豐與吳鐵雄（1998）認為電腦化測驗具有搜集測驗過程訊息的優 點，這是傳統紙筆測驗不容易做到的。此外，電腦化測驗也可搜集到學生回答問題 所需時間以外的訊息，且實施電腦化測驗時，學生可得到正確反應的回饋。

Fletcher & Collins(1987)發現學生較喜歡接受電腦施測，且電腦施測具有 立即計分、如有錯誤立即回饋、較方便、直接且容易使用、比紙筆測驗快等優點。 也由於軟體技術的進步，電腦化測驗不再僅限於選擇題與是非題等二元計分的 題型，如果在軟體設計時加入適當的條件，電腦化測驗也能變成適合實作評量的開 放式測驗，再加上線上測驗所擁有的記錄評量學習歷程、立即回饋機制的特性，可 為自然科的評量方式帶來更多新的想法（陳淑渟，2008）。

貳、診斷測驗

評量的功用除了讓教師瞭解學生的起點行為之外，也可以評估教師的教學 成效及學生學習困難的地方；同時，更可增進學生對教學目標的瞭解，以激發其學 習動機（郭生玉，1997）。評量的方式大致上可分為：安置性評量、形成性評量、診 斷性評量及總結性評量。這四種評量方式不僅目的不同，所使用的時機也不相同， 整理如表 2-1-1。 當學生在學習上持續遭遇困難，而無法以形成性評量的補救措施解決時，就需 要進行診斷性評量，以找出產生學習困難的原因（郭生玉，1997）。診斷測驗是診斷 性評量的其中一種，其目的在於發現學生學習困難的地方，並用來設計補救教學的 方案。（吳裕益、王佳文，1997） 學生進行診斷評量測驗後，可針對學童個人的評量結果，更進一步理解學生既 有的知識與經驗，藉此可從中找出學生易發生的錯誤類型，發現其學習上的問題並 加以輔導修正。王惠美（2002）也提到許多學習評鑑系統在評估學生學習成果時， 往往只是計算答題結果，顯示學習者答對或答錯的題數，或僅止於診斷學習者的錯 誤型態，並無法進一步地分析每一種概念迷失背後的原因。測驗的結果不應該只是 分數的高低，而是學生學習成果的呈現，並且要能分析出學生的迷思概念，根據學 生的迷思概念，來「對症下藥」，進行必要的補救教學，而已經學會的知識，也不需 再贅述，讓學習變得更有效率。

表 2-1-1 評量類別評量類別評量類別評量類別、、、目的與使用時機、目的與使用時機目的與使用時機目的與使用時機（（（（陳英豪陳英豪陳英豪陳英豪、、吳裕益、、吳裕益吳裕益吳裕益，，，，1995；；余民寧；；余民寧余民寧，余民寧，，，2001））） ） 評量類別 目的 使用的時機 安置診斷評量 在教師進行學生編班、分組 與實施教學之前實施，旨在 全盤瞭解學生學習的內外在 因素，以進行有效的安置； 內在因素包括身體、才智、 情緒和教育方面等因素，外 在因素則包括對校內及校外 環境的瞭解。 在教學前，可利用安置 性評量來測得學生的 程度 形成性評量 在教學過程中隨時進行，例 如教學活動告一段落時，或 每節下課前幾分鐘；其目的 在評估學生是否已達成學習 目標，以作為教師修正教材 及教法的回饋資料。 在教學中，可利用形成 性評量提供回饋，以瞭 解每一個階段學生和 教師的學習與教學狀 況 診斷性評量 在教學過程中實施，用來診 斷造成學生學習困難的原 因，以實施補助教學。 在教學中，診斷性評量 可診斷學生的學習困 難所在 總結性評量 在課程或單元結束後實施， 其用途在評定學習成就，以 作為加深、加廣教材或升級 進修的依據。 在教學後，可利用總結 性評量評定學生的學 習成果 除此之外，周雅釧、黃志勝、施淑娟與郭伯臣（2009）指出：診斷性評量的目 的，不僅僅在於診斷出受試者的錯誤概念，更重要的是作答反應之後的回饋與補救 措施。所以本研究所欲建置的測驗系統除了有電腦化測驗的優點，還必須能達到診 斷學生，分析學生的能力，並找出學生的困難所在與錯誤類型，以提供教師或學生 本身進行補救教學或自主學習。

參、電腦化診斷測驗

電腦化診斷測驗兼具上述兩者的優點，透過電腦化診斷測驗，沒有施測時間、空 間的問題，施測完畢，就可以檢查測驗的結果，立刻知道學習的錯誤與學習良好的 部份，讓學生更加瞭解自己的實力與缺失，進而進行自我補救學習；或供教師參考， 瞭解教學的不足或是未注意到的地方，進行補救教學以及下次教學的參考。 在研究者所屬的研究團隊已開發許多電腦化診斷測驗系統，如「MFT 數學健檢」 (Mathematic for Taiwan)、「以試題反應理論為基礎之適性測驗系統」、「以知識結構為 基礎之適性化測驗系統」(Knowledge Structure based Adaptive Test，簡稱 KSAT)…等 等，但是上述的系統中，都只運用到選擇題的題型，未加入建構反應題的題型，所 以本研究希望探討這個方向，將建構反應題加入電腦化診斷測驗系統中。

第二節 建構反應題型

依據盧雪梅（2007）的研究指出，建構反應題（constructed-response items）的 答案由學生產生和提供，需要人工閱卷計分，無法使用電腦閱卷。而常見建構式反 應題有填充題(completion item)與論文題(essay question)。其中論文題也稱作開放式問 題（open-ended question）。

填充題通常要求學生提供一明確答案，而論文題允許學生自由建構、組織和呈 現想法。如果根據給予學生組織和表達觀念的自由程度，論文題可再分為兩大類： 限制反應題(restricted-response question)與擴展反應題(extended-response question)，其 中擴展反應題又稱為申論題。

而國家教育研究院籌備處（2007）也有提到建構反應題即非選擇題，旨在測量 學生說明、整合、應用、分析、評估和傳達科學資訊的能力。Linn and Gronlund(2000) 也認為，建構反應試題能測量學生運用思考、解決問題、組織統整、和表達想法的 能力，即透過學生獨立思考、自我批判、組織整合、系統評鑑、並呈現成果。

以下簡介填充題、限制反應題與擴展反應題：

壹、填充題

填充題是答案最簡短明確的建構反應題，也是建構反應題中唯一屬於客觀 式測驗題的題型。填充題的基本命題格式，係從一完整的敘述句中，省略重要的字 詞、片語或關鍵性概念，由學生根據其記憶來填寫進去。填充題不像選擇式反應題， 作答時有線索可循，完全要倚賴學生的能力作答。有時填充題可以改採簡單的直接 問句陳述問題，稱之為簡答題(short answer)。

貳、限制反應題

限制反應題對學生反應的內容和形式加以設限，常在問題中指明討論主題 的內容範圍和反應的方式，例如「比較選擇題和論文題的信度和效度」，有時也可能 限制作答的篇幅。限制式反應題的另一種變通題型，是給予學生一些使用導引材料 (introductory material)，如同解釋式問題一樣，但要求學生根據提示說明提出和建構 答案，即以論文題取代選擇題或是非題。限制反應題可以測量以下各項能力(Linn & Gronlund, 2000)： 一、 解釋因果關係 二、 描述原理原則的應用 三、 提出適切的論證 四、 陳述可辯護的假設 五、 陳述有效的結論 六、 說明必要的假定 七、 描述資料的限制 八、 解釋方法和程序

參、擴展反應題

擴展反應題給予學生相當大的答題自由，學生可以自由選擇自己認為有關的知 識，根據自己最佳的判斷組織答案，整合和評鑑自己認為適當的想法觀念，並將之 呈現出來。此種自由度使學生展現其選擇、組織、統整、評鑑和創意表達的能力， 這些能力通常是學校教育的重要目標。擴展反應題可以測量以下各項能力(Linn & Gronlund, 2000)： 一、 提出、組織和表達想法 二、 統整不同領域的學習結果 三、 創作新穎獨特的方式（如設計實驗） 四、 各種文類的寫作（如敘述、說明和說服性質的文章） 另外，盧雪梅（1998）還提到一般人對於選擇式的測驗題感到不滿意，例如， 選擇式的測驗題只能測量學生「知道」什麼但無法測量學生「能做」什麼；此外， 認為以選擇題為主的標準化測驗對於教師的教學和學生的學習造成一些偏差的影 響。所以在教育改革的推動上，美國教育界期望藉著評量的革新來提升教師教學的 品質和學生學習的成就。此外，一些入學考試和證照考試也在原有的選擇題之外， 增加建構反應題或實作測驗部分。 在編製建構反應題時，國際測驗中心提供下列的命題原則（林碧珍、蔡文煥， 2005）： 一、 命題時，使用的語言要考慮施測對象的年齡。 二、 編製試題時要考慮學生的作答時間，一般填充題作答時間估計每題約為 1 至 2 分鐘，而簡答題的作答時間每題約為 3 至 5 分鐘。 三、 試題盡量與日常生活情境相結合。 四、 題目的答案範圍不要太廣。 五、 要填寫的答案能明確的在題目上說明清楚。例如：“請給三個例子”，避免 用“請給一些例子”。

六、 試題上不要有任何暗示的答案或可作為解其他題目的線索。 七、 在編製建構反應試題時，要同時提供每一個試題的評分指南。 綜合以上所述，發現建構題能比選擇題測到更多有關學生解題歷程的資訊，所 以本研究發展建構反應題題型來建置一個線上診斷系統，又考量到計分問題，需運 用電腦閱卷，因擴展反應題題型給學生很大的答題自由，學生須自行組織、思考， 並表達出想寫下之答案，可避免猜測因素影響計分，但也造成了計分的困難。為避 免學生的答案五花八門，天馬行空，造成計分困難，故本研究使用限制反應題。使 用建構反應題題型結合電腦化測驗，除記錄學生完整作答反應，亦可避免學生投機 猜測答案，協助教師得到學生完整之迷思概念。

第三節 國外大型測驗之建構反應題題型

國外已有大型測驗加入建構反應題型，將建構反應題題型結合電腦化測驗，可 完整記錄學生作答反應，如國家教育進展評量（National Assessment of Educational Progress, NAEP）、國際學生評量（The Programme for International Student Assessment, PISA）及國際數理趨勢研究（The Trends in International Mathematics and Science Study, TIMSS），以下簡介三個大型測驗及列舉其建構反應題題型及編碼說明，以 於研究中錯誤類型分析之用。

壹、國家教育進展評量（NAEP）

一、簡介 NAEP是美國行之有年，相當完善且具有代表性的基本學力評量，始自1969 年， 是世界上最卓越的大規模教育評量典範之ㄧ，無論在評量資料或心理計量技術上都 累積了相當豐富的成果和經驗，值得參考與借鏡（盧雪梅，2000）。在美國國會的 立法要求下，NAEP目前是由國家評量指導委員會（National Assessment Governing Board,簡稱NAGB）負責規劃與指導，並由聯邦政府教育部的國家教育統計中心 （National Center for Education Statistics,簡稱NCES）負責執行。評量目的在調查美

國 4、8 和12 年級學生的學習成就，評量他們在地理、閱讀、寫作、數學、科學、 美國歷史、藝術、公民和其他學科，應該知道什麼和能做什麼，並以及時的模式定 期向大眾報告，以協助大眾、決策者及教育專業人士瞭解學生的學習表現(黃琬玲， 2010)。 二、建構反應題題型 下面是NAEP2005的科學建構題題目。題目的意思是說，圖2-3-1為一種連接電池、 三個電線和一個燈泡的方式。請試試看如何使用這些東西來測試一個物品是否為導 體，說說看？

8. The picture shows a way you could hook up a battery, three wires, and a light bulb. Explain how you could use these things to test an item to see if it is a conductor of electricity.

How could you tell?

圖 圖圖

圖2222----3333----1111 NAEP2005科學建構題題目（取自

三、 計分模式說明 NAEP科學建構題的計分模式見表2-3-1。NAEP依據受試者的回答，將其分類為 全對、部份給分與不正確。回答正確者視為全對，回答若不完整給部分分數，而答 案太過籠統或未說到重點時視為不正確。 表 2-3-1 NAEP 科學建構題的計科學建構題的計科學建構題的計科學建構題的計分模式分模式分模式（分模式（（取自（取自取自取自 http://nces.ed.gov/nationsreportcard/itmrlsx/detail.aspx））） ）

Score & Description

Student response indicates that each item should be placed in the gap in the circuit/tester and attached to both clips.

The bulb lights up if the item does conduct electricity. Complete

If the bulb does not light up， the item does not conduct electricity.

Partial Student response indicates that the item should be attached to each clip or says the light bulb lights up if the item conducts electricity.

Unsatisfactory/ Incorrect

Student response places item on circuit in a place other than between the clips， or description is too general， or student gives unrelated answer.

貳、國際學生評量（PISA）

一、簡介

PISA 是由經濟合作暨發展組織（Organisation for Economic Co-operation and Development, OECD）所委託的計畫，持續且定期的對 15 歲學生的數學、科學、 及閱讀，進行國際性比較研究。此項國際性評量調查每三年舉行一次，每次由數學、 科學、及閱讀三個領域中選定一個主要領域，賦予較多的重要性，另外兩個次領域 則較未深入評量。

PISA2000的主要領域為閱讀，2003為數學，2006為科學，2009又回到閱讀，台 灣於2006年開始，也參與了這項調查計劃。PISA評量的重點在了解個人參與社會活 動的能力，亦即，了解各國即將完成基礎教育的15歲學生，能不能將在學校所學到 的知識與技能應用於進入社會後可能面臨的各種情境及挑戰。PISA並不排除學校基 礎課程的知識與瞭解，但評量想瞭解更廣的概念與技能的獲得，以及這些知識的應 用(黃琬玲，2010)。 二、建構反應題題型 圖2-3-2是PISA2006的科學建構題題目，題目是問說：空氣中硫的氧化物和氮的 氧化物是從哪裡來的？

圖 圖 圖 圖2222----3333----2222 PISA2006科學建構題題目（取自 http://pisa.nutn.edu.tw/%E4%B8%8B%E8%BC%89%E8%B3%87%E6%96%99/06 %20%E6%A8%A3%E6%9C%AC%E8%A9%A6%E9%A1%8C%20(%E5%85%A8 )_Science_ch.pdf）

三、計分模式說明 PISA的科學建構題的計分模式與編碼說明如表2-3-2。PISA將受試者的回答，分 類為滿分（代號2）、部分分數（代號1）與零分。回答正確者給滿分，回答若含有不 正確的答案或者只包含一個正確的污染源給部分分數，而答案沒有提到“污染”，同時 也沒有指出一種造成酸雨的重要因子（代號0），或是沒有作答者（代號9）給零分。 表2-3-2 PISA科學建構題的計分模式與編碼說明科學建構題的計分模式與編碼說明科學建構題的計分模式與編碼說明（科學建構題的計分模式與編碼說明（（（取自取自取自取自 http://pisa.nutn.edu.tw/%E4%B8%8B%E8%BC%89%E8%B3%87%E6%96 %99/06%20%E6%A8%A3%E6%9C%AC%E8%A9%A6%E9%A1%8C%2 0(%E5%85%A8)_Science_ch.pdf）））） 分數 代碼 作答範例 汽機車廢氣、由工廠排放、燃燒石油和煤等 化石燃料、火山的氣體或其它類似的東西。 燃燒煤和天然氣。 從工業和工廠的污染中所造成之空氣中的氧化 物。 火山。 發電廠排放的氣體。 滿分 代號 2：右方答 案皆可 它們來自於含有硫和氮物質的燃燒。 石油燃料以及核能電廠。[核能電廠不是酸雨的污 染源。] 外來於臭氧層、大氣中、和隕石中的氧化物；燃 燒石油燃料也算。 學生的回答只說是污染造成的，但是並沒有指出 造成酸雨的重要因子。 污染。 一般的環境，我們居住的大氣層－例如污染。 氣化、污染、火、香煙。[氣化所代表的意義不是 很清楚，火的意思不夠明確，香 煙不是造成酸雨 的重要因子。] 部分 分數 代號 1：學生的 回答若含有不 正確的答案或 者只包含一個 正確的污染 源。 由核能電廠造成的污染。

表2-3-2 PISA科學建構題的計科學建構題的計科學建構題的計分模式與編碼說明科學建構題的計分模式與編碼說明分模式與編碼說明分模式與編碼說明（（（（續續續續）））） 它們從塑膠排放出來。 它們是空氣中的自然成分。 香煙。 煤和石油。[不夠明確－因為沒有提到燃燒。] 核能電廠。 代號 0：其他答 案包括沒有提 到“污染”，同時 也沒有指出一 種造成酸雨的 重要因子。 _{工業廢棄物。[不夠明確。]} 零分 代號 9：沒有作 答。

參、國際數理趨勢研究（TIMSS）

一、 簡介 1967年，由多位對國際比較教育的學者所發起的國際教育成就調查委員會 （International Association for the Evaluation of Educational Achievement, 簡稱

IEA）正式成立，並先後於1964年及1970至1971年分別舉辦了第一次國際數學研究 （First International Mathematics Study, 簡稱FIMS）及第一次國際科學研究（First

International Science Study, 簡稱FISS）。

此外，在1980至1982年及1984年又舉辦了第二次國際數學研究（Second International Mathematics Study, 簡稱SIMS）及第二次國際科學研究（Second

International Science Study, 簡稱SISS）。至1994至1995年間，IEA為了延續前兩次的

數學與科學的評比研究，特別以綜合的形式舉辨了第三次國際數學與科學教育成就 研究（Third International Mathematics and Science Study, 簡稱TIMSS），並且以數學

及科學的課程為評比的主要依據。為了不希望要等每十年左右才進行一次國際評 比，再加上希望能快一點追蹤學生學業成就的改變，IEA於四年後（即1999年）再進 行了一次評比研究，並稱之為TIMSS-Repeat（簡稱TIMSS-R），而臺灣亦正式參與 了該次的研究計畫。爾後IEA希望能將該評比研究正規化成為每四年舉行一次，遂將 該研究的名稱更改為國際數學與科學教育成就趨勢調查研究（Trends in International

Mathematics and Science Study），簡稱仍維持為TIMSS（譚克平，2009）。 二、 建構反應題題型 TIMSS的科學建構題題目如圖2-3-3所示。題目的意思是說，圖2-3-3中電路的燈 泡不會亮，可能是燈泡壞了，請再給一個可能的原因。 圖 圖 圖 圖2-3-3 TIMSS2007科學建構題題目（取自 http://timss.bc.edu/timss2007/PDF/T07_G4_Released_Items_SCI.zip） 三、 計分模式說明 TIMSS的科學建構題的計分模式與編碼說明如表2-3-3。TIMSS將受試者的回 答，分類為正確的回答、不正確的回答與沒有回答。正確的回答包含指出電池沒有 作用（編碼10），和指出電路不完整（編碼11），不正確的回答包含指出電池方向錯 誤（編碼70），和其他不正確的回答（編碼79），最後是沒有回答（編碼99）。

表 2-3-3 TIMSS 科學建構題的計分模式與編碼說明科學建構題的計分模式與編碼說明科學建構題的計分模式與編碼說明科學建構題的計分模式與編碼說明（（（（取自取自取自取自

http://timss.bc.edu/timss2007/PDF/T07_G4_Released_Items_SCI.zip））））

以上介紹的三種大型測驗都加入建構題的題型，顯示建構題是一種趨勢，而本 研究也將仿照大型測驗的模式，開發建題的題型，並將其運用在自然科「簡單電路」 上，讓本研究之診斷測驗系統更完備。

第四節 「簡單電路」教材與迷思概念分析

電池、燈泡、電線，大家都看得到也摸得到，但是，電流卻是看不到也摸不到， 也正因如此，只能看到結果，如燈泡亮了，卻無法觀查到電流的流動，或是電流的 方向，或是電池中，電流是如何產生的。因為無法詳細觀察，學生只好用自己的想 法去解釋推論，而導致「簡單電路」這個單元不容易學習，也存在許多的迷思概念。 因此，本研究以此單元做研究，企圖透過建構反應題之電腦化測驗設計，進一步了 解學生完整的學習表現，診斷出學生的錯誤類型，以下先簡介自然與生活科技領域 中「簡單電路」相關單元，再來呈現「簡單電路」相關迷思概念。

壹、簡介自然與生活科技領域中「簡單電路」相關單元

目前九年一貫課程自然與生活科技領域相當重視電學課程，考慮其課程適切性 與學生心智的發展，對於電學課程的安排，分為四段時程：依序是國小二、四、六 年級、國中三年級，詳見表 2-4-1。 表 2-4-1 九年一貫電學課程規劃時間九年一貫電學課程規劃時間九年一貫電學課程規劃時間九年一貫電學課程規劃時間 年段 年級 課程大綱 二年級 通電玩具的認識 四年級 電池、導電體、電流迴路、串聯並聯 國小 六年級 電磁作用 國中 三年級 靜電、電壓、電阻、電流的熱效應、電與 磁的關係 國小二年級之電學介紹電能提供玩具動力；國小四年級開始介紹電學的主要的 電路元件與抽象的通路迴路概念；國小六年級進入電磁作用；接著要到國中三年級 即進入更深入的電壓、電阻等計算問題（陳淑渟，2008） 在四年級各個版本中，有關「簡單電路」的單元整理如表 2-4-2。

表 2-4-2 四年級四年級四年級四年級「「「「簡單電路簡單電路簡單電路簡單電路」」」」各版本規劃時間各版本規劃時間各版本規劃時間各版本規劃時間 南一版 康軒版 牛頓版 翰林版 四上 --- --- 燈泡亮了 通不通電 有關係 四下 電路 DIY 通電的玩具 --- --- 而南一版本的單元活動目標整理如表 2-4-3，其他版本的單元活動目標請參考附 錄一： 表 2-4-3 南一版本的單元活動目標南一版本的單元活動目標南一版本的單元活動目標南一版本的單元活動目標 版本 單元名稱 單元活動目標或概念 南一版 電路 DIY 1.利用電池、燈泡、電線連接成通路學習通路的概念。 2.利用兩個燈泡、一個電池及若干的電線，設計不同的 電 路系統。 3.實際操作不同的連接方式，知道燈泡串聯時比燈泡並聯 還要亮。 4.認識乾電池的構造及作用原理。 5.介紹不同型態（外型）、不同種類的電池，並討論使用的 注意事項，使用過的電池應該如何處理。 6.操作電池的串聯與並聯並比較兩種接法的差異，並知道 電池串聯比電池並聯，能夠使燈泡更亮。 7.利用電路通路的缺口來測試物品試導電體或絕緣體。 8.歸納金屬物品可以導電，非金屬物品為絕緣體。 9.觀察燈籠的構造，研討「一個開關控制一個燈」的電路 圖。 10. 利用身邊器材自製一個有開關的元宵燈籠。

貳、

「簡單電路」相關迷思概念

國內有關「簡單電路」的迷思概念，整理和本研究相關列於表 2-4-4。

表 2-4-4 國內有關國內有關國內有關國內有關「「「簡單電路「簡單電路簡單電路」簡單電路」」」迷思概念的研究迷思概念的研究迷思概念的研究迷思概念的研究 研究者 迷思概念敘述 楊文金（1992） 1. 燈泡發亮要消耗電流 2. 正電流和負電流分別從電池正負極流出 陳龍川(1992) 1. 沈槽模型(Sinks model)：此類型之迷思概念，這些學 生將燈泡視為一水槽，只要此燈泡和電池之正負極 連接，燈泡就被點亮。 2. 資源消耗模型(Source–Consumer model)：學生認為 有某種東西儲存在電池中，一流到電燈泡，燈泡就 消耗上東西而發光。 陳啟明（1993） 1. 電流在電路中流經電路元件時，會被部份損耗 2. 電池的兩端接到燈泡的一端可以發亮 張蘭友（2002） 1. 電池裡面是中空的，佈滿了如空氣般看不見的電。 2. 電從正極和負極出來，到達燈泡就會使它發亮。 3. 電池從正極流出一種正電，同時也從負極流出另一 種負電，到燈泡處會合，使燈泡發亮。 4. 充電就是把電灌回電池裡面去。 5. 電池串聯並聯對燈泡的效果其實都一樣，只是連接 方式不同而已。 6. 電池並聯時，一個電池損壞燈泡就不會亮了。 7. 電池串聯使用時間和一個電池時相同。 8. 電池串聯會讓燈泡更亮、時間也更久。 而國外有關「簡單電路」的迷思概念，整理和本研究相關如下： 一、Osborne(1983)的研究 Osborne(1983)針對 8 至 12 歲的學童，直接給予乾電池、電線、燈泡，請學童 操作與連接好電路使燈泡發亮，結果呈現學童具有四種單一電池極點或燈泡接點的 迷思模式： （一）電池正極直接碰觸燈泡基座。 （二）電池正極連接一條電線到燈泡基座。 （三）電池正極連接一條電線回到電池負極，然後把燈泡基座與電池正極相碰觸。

（四）電池正極和負極各連一條電線到燈泡，但都接在燈泡的基座端。 二、Shipstone(1985)的研究 Shipstone(1985)針對8-12歲的兒童，進行電路迷思概念訪談研究。研究指出因為 多數的兒童都認為電池是一個儲存電的設備，即『沒電了』代表電池裡的電力消耗 光了，認為電是一種消耗能量，因此可歸納出兒童對於電流的迷思概念有下列四種 模式，如表2-4-5。 表 2-4-5 Shipstone 所分類電路四種迷思概念所分類電路四種迷思概念所分類電路四種迷思概念所分類電路四種迷思概念（（（陳淑渟（陳淑渟陳淑渟，陳淑渟，，2008）， ））） 電流迷思 模式 說明 圖例 單極模式 unipolar model 以一根電線連接電池正極或負極 與燈泡尾端，電流沒有回流，燈 泡就會發光。 對撞模式 clashing currents model 兩股電流分別由電池正、負兩極 同時流向燈泡處，使燈泡發光， 此模式明顯指出學生認為電池是 提供燈泡發亮之能源消耗模式。 漸減模式 attenuation model 電流從正極流出，通過第一個燈 泡的電流較多，但經過第一顆燈 泡的消耗後，通過第二個燈泡的 電流比第一個燈泡少。因此，距 離正極越近的燈泡會越亮，隨者 消耗的電流越來越多，燈泡的亮 度也隨越來越暗。 分享模式 sharing model 電流從正極流出，但電路上所有 燈泡都接收到相同量的電流，因 此串聯燈泡的亮度皆相同，唯電 流的強度是正極＞負極。

綜合以上所述，無論國內外，在「簡單電路」方面，都有許多的迷思概念存 在，所以本研究希望透過建構題的題型，正確診斷出學生的錯誤類型。經由文獻 探討結果，以下列出本研究所有的錯誤類型，如表2-4-6所示。 表 2-4-6 本研究所有錯誤類型本研究所有錯誤類型本研究所有錯誤類型本研究所有錯誤類型 錯誤代碼 錯誤類型 B01 單極模式 B02 對電池正負極的概念不清楚 B03 認為電池、電線及燈泡，只要電池的正負極連接燈泡的金 屬就可以發亮 B04 胡亂作答 B05 不清楚通路的定義 B06 不清楚電池並聯的定義 B07 誤以為電池串聯是正極接正極 B08 誤以為電池串聯是負極接負極 B09 不清楚電池並聯的定義 B10 誤以為電池並聯是負極接負極 B11 誤以為電池並聯是兩個電池的正極連接燈泡 B12 誤以為電池串聯是電池並聯 B13 不清楚燈泡串聯電路的定義 B14 誤將電池串聯電路當成燈泡串聯電路 B15 不清楚燈泡並聯電路的定義 B16 誤將電池並聯電路當成燈泡並聯電路

第三章 研究方法

本研究使用國小四年級自然與生活科技的「簡單電路」作為施測的單元，建置 以建構反應題（constructed-response）為基礎之診斷系統，挑選其中數題適合建構題 型或紙筆測驗無法記錄錯誤類型的題目，以建構反應題型呈現，以彌補傳統測驗無 法提供學生作答反應訊息之缺憾。經由學生線上施測後，收集學生作答資料，利用 專家所建立之錯誤類型分析，探討學生的解題歷程，並建置自動化計分流程，藉此 找出學生的錯誤類型，並提供教師教學前與補救教學時的參考。本章節分為五個部 分來說明整個研究方法，分別為研究流程、研究工具、研究對象、建構反應題之系 統介面與研究設計。

第一節 研究流程

本研究的目的為建置建構反應題之自然科診斷系統，其研究流程圖如圖 3-1-1 所示。研究步驟依序為： 步驟 1：確定研究主題，並蒐集研究相關文獻，與學科專家和實際自然科教學現場 教師研究討論，並參考各版本的教師手冊與課本內容，編列「簡單電路」 的知識結構。 步驟 2：依據所編列的知識結構出題，題目類型是選擇題，並挑選其中適合的知識 編為建構反應題型，建置建構反應題題型測驗系統。所謂適合建構反應題 型的知識是指適合用於實際操作的知識，或是文字敘述不易說清楚的知識。 步驟 3：參考相關文獻，並與現場教學的教師討論，列出學生在作答時所可能出現 的錯誤類型。 步驟 4：進行學生線上施測，蒐集學生建構反應題之作答，並記錄學生所有的解題 歷程，與先前所列的錯誤類型相比對，重新整理錯誤類型。 步驟 5：依據錯誤類型分析的結果，進行計分模式的探討；並建立錯誤類型自動化

分析模型。 步驟 6：評估本研究之診斷系統的成效。 步驟 7：撰寫結論與建議。 圖 圖 圖 圖3-1-1 研究流程圖

第二節 研究工具

本節敘述本研究之研究工具，工具為本單元試題之信度分析。本研究所使用的 試題為自編之「簡單電路」單元試題，針對「簡單電路」單元進行文獻收集與教材 分析，並依據專家知識結構（請參考附錄二）命題，試題之內容（請參考附錄三） 由 3 位具有實務經驗之專家討論後定稿，測驗之分析資料如表 3-2-1 所示。 分析作答情形，發現測驗內部一致性的數值 Cronbach α 為 0.74，符合信度分 析之標準。接著進行試題參數分析，古典測驗理論鑑別度只有兩題（第四、二十二 題）小於 0.25，其餘都大於 0.25，具有相當的鑑別度。而由「刪除後的 alpha 係數」 可看出，除了第八、十四題外，若刪除其他任何一題，均會造成總 alpha 係數減少， 而那兩題刪除後也是與原信度相同，因此不需刪除題目。

表 3-2-1 測驗試題測驗試題測驗試題測驗試題的信度與的信度與的信度與的信度與古典理論模式古典理論模式古典理論模式的參數值古典理論模式的參數值的參數值的參數值 古典理論模式 Cronbach's Alpha 0.74 試題 鑑別度 難度 IF ITEM DELETED ITEM 01 0.34 0.72 0.73 ITEM 02 0.47 0.60 0.73 ITEM 03 0.45 0.40 0.73 ITEM 04 0.18 0.86 0.73 ITEM 05 0.27 0.26 0.74 ITEM 06 0.30 0.82 0.73 ITEM 07 0.58 0.60 0.72 ITEM 08 0.38 0.64 0.74 ITEM 09 0.22 0.81 0.73 ITEM 10 0.64 0.57 0.72 ITEM 11 0.52 0.53 0.73 ITEM 12 0.37 0.76 0.72 ITEM 13 0.51 0.71 0.72 ITEM 14 0.34 0.35 0.74 ITEM 15 0.73 0.53 0.72 ITEM 16 0.64 0.65 0.72 ITEM 17 0.58 0.62 0.73 ITEM 18 0.42 0.40 0.74 ITEM 19 0.51 0.60 0.73 ITEM 20 0.59 0.55 0.73 ITEM 21 0.48 0.55 0.73 ITEM 22 0.16 0.89 0.74

第三節 研究對象

線上測驗施測對象為九十八學年度國小四年級學生，包括台中市與彰化縣的國 小共 10 個班級，有效樣本共計 294 人。

第四節 「簡單電路」單元建構反應題之系統介面

本系統為臺中教育大學教育測驗統計研究所重點研究計畫：「貝氏網路線上測驗 平台」（郭伯臣、曾彥鈞，2007）之研發成果，相關系統研發及建置由研究者及臺中 教育大學教育測驗統計研究所曾彥鈞、陳俊華共同完成。 而本節主要為「簡單電路」單元建構反應題題型之介面操作說明，操作介面如 圖 3-4-1 所示。 圖 圖 圖 圖3-4-1 建構題操作介面 介面分三個部份：題目區、工具區以及作答區。以下將分別做說明： 一、題目區：如圖 3-4-2，本區的功能在於提出問題，說明題意，讓受試者解題。 圖 圖 圖 圖3-4-2 建構題題目區

拖曳的方式拉至作答區，工具區包含正確答案與容易混淆的錯誤工具供受試者選 擇，藉此判定受試者的作答是否為錯誤類型。 圖 圖圖 圖3-4-3 建構題工具區 以下再針對工具區的按鈕做說明： 2-1： 用來拖曳工具的按鈕，可將工具拖曳至作答區，也可將拖曳錯誤的 工具拉回工具區。 2-2： 用來畫線的按鈕，利用滑鼠按壓左鍵與移動來畫線，在本系統中，畫出 的實線用來代表電線。 2-3： 用來清除所有實線的按鈕，按下以後，所有畫面上的實線都將被清 除。 2-4： 用來個別清除實線的按鈕，按下之後，按下滑鼠左鍵可以清除游標 處的實線。 三、作答區：如圖 3-4-4，此區可讓受試者依據題目的說明，透過拖曳的方式，將所 需工具拉至作答區適當的位置擺放，或是畫出電線，完成題目的要求，如果誤選工 具，可再以拖曳的方式放回工具區，電線畫錯也可利用清除鍵來全部清除或個別清 除。

圖 圖 圖 圖3-4-4 建構題作答區 四、學生作答範例：圖 3-4-5 是舉某位學生的圖形做答結果當作範例。 圖 圖 圖 圖3-4-5 學生作答範例

第五節 研究設計

本研究的錯誤類型是根據相關文獻做歸納，並結合現場授課的自然教師的經驗 分享，加上施測所得的資料做分析所得到的，盡可能包含學生可能作答的情形。透 過資料庫所記錄的學生解題歷程，利用 PHP 撰寫程式，就可以將學生的作答加以分 類，以達到自動化判別學生的解題歷程，進而達到自動化計分的功效。 以下將分析本系統中五題建構反應題的解題策略：

壹、建構題第一題解題策略分析流程

一、 題目：如圖 3-5-1，由選擇題第 18 題改為建構題模式。 圖 圖 圖 圖3-5-1 建構題第一題題目

二、設計決策之步驟： 1. 若解題歷程為空白，編碼為 99。 2. 若解題歷程全對，編碼為 0。其他為「非全對」，非全對又分四種類型： 第一種是「單極模式」，燈泡與電池之間只接一條電線，錯誤類型為 B01。 第二種是「電池接錯，燈泡接對」，錯誤類型為 B02。 第三種是「電池接對，燈泡接錯」，錯誤類型為 B03。 第四種是「胡亂作答」，完全接錯，錯誤類型為 B04。 第五種是其他情況，表示受測者不是完全懂得連接燈泡與電池，有接對， 也有接錯，錯誤類型為 B05。 3. 解題策略分析流程，如下圖 3-5-2。 圖 圖圖 圖3-5-2 建構題第一題之解題策略 有作答 第 1 題 一 未作答 99 二 全對 0 B01 B02 B03 B04 B05

貳、建構題第二題解題策略分析流程

一、題目：如圖 3-5-3，由選擇題第 19 題改為建構題模式。 圖 圖 圖 圖3-5-3 建構題第二題題目 二、設計決策之步驟： 1. 若解題歷程為空白，編碼為 99。 2. 除了拖曳第一顆電池，或拖曳第二顆電池，若受試者未拖曳電池，或拖曳 位置錯誤，視為「胡亂作答」，錯誤類型為 B04。 3. 拖曳第一顆電池後，除了正確連接電池串聯，如果未再畫電線，或電池間 的串聯連接錯誤，根據錯誤，給予最接近的錯誤類型(B06、B07、B08)。 4. 拖曳第二顆電池後，除了正確連接電池串聯，如果未再畫電線，或電池間 的串聯連接錯誤，根據錯誤，給予最接近的錯誤類型(B06、B07、B08)。 5. 完成「電池串聯」後，如果再正確連接電池組與燈泡，視為「全對」，編碼 為 0。其他未正確連接電池組與燈泡者，錯誤類型為 B05。 6. 完成「電池串聯」後，如果再正確連接電池組與燈泡，視為「全對」，編碼 為 0。其他未正確連接電池組與燈泡者，錯誤類型為 B05。

三、解題策略分析流程，如下圖 3-5-4。 圖 圖圖 圖3-5-4 建構題第二題之解題策略 四 拖曳第二顆電池 拖曳第一顆電池 三 六 全對 0 B05 第 2 題 一 未作答 99 二 電池串聯 連接 錯誤 B06 B08 B07 五 全對 0 B05 連接 錯誤 B06 B08 B07 B04 未拖曳電池 電池串聯 有作答

參、建構題第三題解題策略分析流程

一、 題目：圖 3-5-5，由選擇題第 20 題改為建構題模式。 圖 圖 圖 圖3-5-5 建構題第三題題目 二、設計決策之步驟： 1. 若解題歷程為空白，編碼為 99。 2. 除了拖曳第一顆電池，或拖曳第二顆電池，若受試者未拖曳電池，或拖曳 位置錯誤，視為「胡亂作答」，錯誤類型為 B04。 3. 拖曳第一顆電池後，除了正確連接電池並聯，如果未再畫電線，或電池間 的並聯連接錯誤，根據錯誤，給予最接近的錯誤類型(B09、B10、B11、B12)。 4. 拖曳第二顆電池後，除了正確連接電池並聯，如果未再畫電線，或電池間 的並聯連接錯誤，根據錯誤，給予最接近的錯誤類型(B09、B10、B11、B12)。 5. 完成「電池並聯」後，如果再正確連接電池組與燈泡，視為「全對」，編碼 為 0。其他未正確連接電池組與燈泡者，分類為 B05。 6. 完成「電池並聯」後，如果再正確連接電池組與燈泡，視為「全對」，編碼 為 0。其他未正確連接電池組與燈泡者，分類為 B05。

三、解題策略分析流程，如圖 3-5-6。 圖 圖圖 圖3-5-6 建構題第三題之解題策略 六 全對 0 B05 五 全對 0 第 3 題 一 有作答 未作答 99 二 拖曳第一顆電池 拖曳第二顆電池 未拖曳電池 四 完成電池 並聯 完成電池 並聯 B04 連接 錯誤 連接 錯誤 三 B09 B05 B11 B10 B09 B11 B10 B12 B12

肆、建構題第四題解題策略分析流程

一、 題目：圖 3-5-7，由選擇題第 21 題改為建構題模式。 圖 圖 圖 圖3-5-7 建構題第四題題目 二、設計決策之步驟： 1. 若解題歷程為空白，編碼為 99。 2. 除了分成只拖曳一種工具，或拖曳二種工具，若受試者未拖曳工具，或工 具位置擺放錯誤，視為「胡亂作答」，錯誤類型為 B04。 3. 只拖曳一種工具，視為「未完成通路的連接」，錯誤類型為 B05。 4. 拖曳二種工具者，又分為三種情況： 第一種：拉兩個燈泡，視為「不清楚燈泡串聯電路的定義」，錯誤類型為 B13。 第二種：拉兩個電池，視為「誤將電池串聯電路當成燈泡串聯電路」，錯誤 類型為 B14。 第三種：拉一個電池與一個燈泡，視為「全對」，編碼為 0。

三、解題策略分析流程，如下圖 3-5-8。 圖 圖圖 圖3-5-8 建構題第四題之解題策略 全對 0 B04 四 B13 B05 B14 三 只拖曳一種工具 拖曳二種工具 工具位置擺放錯誤 第 4 題 一 未作答 99 有作答 二

伍、建構題第五題解題策略分析流程

一、 題目：如圖 3-5-9，由選擇題第 22 題改為建構題模式。 圖 圖 圖 圖3-5-9 建構題第五題題目 二、設計決策之步驟： 1. 若解題歷程為空白，編碼為 99。 2. 除了分成只拖曳一種工具，或拖曳二種工具，若受試者未拖曳工具，或工 具位置擺放錯誤，視為「胡亂作答」，錯誤類型為 B04。 3. 只拖曳一種工具，視為「未完成通路的連接」，錯誤類型為 B05。 4. 拖曳二種工具者，又分為三種情況： 第一種：拉兩個燈泡，視為「不清楚燈泡並聯電路的定義」，錯誤類型為 B15。 第二種：拉兩個電池，視為「誤將電池並聯電路當成燈泡並聯電路」，錯誤 類型為 B16。 第三種：拉一個電池與一個燈泡，視為「全對」，編碼為 0。

三、解題策略分析流程，如下圖 3-5-10。 圖 圖圖 圖3-5-10 建構題第五題之解題策略 一 未作答 99 二 全對 0 B04 四 B15 B05 B16 工具位置擺放錯誤 三 第 5 題 有作答 只拖曳一種工具 拖曳二種工具

第四章 研究結果

本章節依據研究目的，分別於以下各節中探討其研究結果，將研究結果分為三 個部分：第一節探討建構反應題題型之計分模式分析，第二節比較選擇題題型與建 構反應題題型之錯誤類型，第三節評估建構反應題系統的信度。

第一節 建構反應題題型之計分模式分析

「簡單電路」單元有5題建構反應題題型。以下以本單元其中一題為例，說明如 何分析學生之解題過程並編碼，其餘題目之解題過程分析，請見附錄四。

壹、編碼規則說明

本單元共有二種不同的編碼類型，其編碼規則說明如下 一、錯誤類型編碼：三碼（例如：B01、B02…） 英文大寫字母代表受試者解題的錯誤類型，即所謂的「迷思概念」。而數字 序碼是不同錯誤類型的序碼。（例如：B03代表「認為電池、電線及燈泡，只 要電池的正負極連接燈泡的金屬就可以發亮」） 二、解題流程分類編碼：二碼（例如：a1、a2、b1、b2…） 1、英文小寫字母a、b、c：依據專家知識結構及受試者的解題策略，將受試 者可能的所有操作路徑繪製成樹狀圖，每一種樹狀分枝設定成一個不同的 解題流程分類，若一題中包含二個可分開獨立、互不影響的概念則給予二 個不同的字母予以區別。（例如：a代表拖曳工具概念；b代表電池連接概 念；c代表通路連接的概念） 2、數字序碼：不同解題流程分類的序碼。（例如：a1代表概念a的第1種解題 流程分類）。

貳、範例說明（以【建構題第1題】為例）

一、受試者全對之編碼：如表4-1-1所示。

表 4-1-1 建構題第一題受試者全對之編碼建構題第一題受試者全對之編碼建構題第一題受試者全對之編碼建構題第一題受試者全對之編碼 錯誤類型 編碼 說明 全對 0 正確連接電池正負極與燈泡基座與銅片 由於電線有正負極兩端，而燈泡有基座與銅片兩處，但銅片又分銅片左側與銅 片右側，所以共有四種全對的情況。其實立體的燈泡應該不會分銅片左側或銅片右 側，而是銅片環繞燈泡一圈，但是在平面的紙本或是電腦螢幕上，感覺會變成分成 兩側。 二、受試者部分答對之編碼：見表4-1-2 表 4-1-2 建構題第一題受試者部分答對之編碼建構題第一題受試者部分答對之編碼建構題第一題受試者部分答對之編碼建構題第一題受試者部分答對之編碼 錯誤類型 編碼 錯誤類型 說明 B01 單極模式 只畫出一條電線連接電池與燈泡 B02 對電池正負極的概念不 清楚 正確連接燈泡兩端，電池正負極接錯 B03 認為電池、電線及燈 泡，只要電池的正負極 連接燈泡的金屬就可以 發亮 正確連接電池正負極，連接燈泡時連接錯誤 B05 不清楚通路的定義 無法完成通路，只正確連接一條電線，而另一條 電線連接錯誤 三、受試者全錯之編碼：見表4-1-3 表 4-1-3 建構題第一題受試者全錯之編碼建構題第一題受試者全錯之編碼建構題第一題受試者全錯之編碼建構題第一題受試者全錯之編碼 錯誤類型 編碼 錯誤類型 說明 B04 胡亂作答 未正確畫出連接的電線，所有畫出的電線都連接錯誤 99 未作答 作答歷程空白

參、計分模式（以【建構題第二題】為例）

建構題第2題滿分為8分，所有受試者的解題流程整理如圖4-1-1。 圖 圖 圖 圖4-1-1 建構題第二題解題計分流程圖 拖曳第二顆電池 a3 得 4 分 正確連接電池 組與燈泡 c1 得 2 分 錯誤連接電池 組與燈泡 c2 錯誤連接電池串聯 b1 正確連接電池串聯 b2 得 2 分 全對 0 B05 建 構 題 第 二 題 未拖曳電池 a1 拖曳第一顆電池 a2 得 4 分 錯誤連接電池串聯 b1 正確連接電池 組與燈泡 c1 得 2 分 錯誤連接電池 組與燈泡 c2 正確連接電池串聯 b2 得 2 分 ：拖曳工具 ： 連接電池 ：通路連接 錯誤類型 B04 全對 0 B05 B06 B07 B08 B06 B07 B08

一、分類流程1：將所記錄到的受試者解題過程分為 a1. 未拖曳電池。不懂題意，0分。 a2. 拖曳第一顆電池。正確選擇工具，4分。 a3. 拖曳第二顆電池。正確選擇工具，4分。 二、分類流程2：將分類流程1中屬於a2者進行以下分類 b1. 錯誤連接電池串聯，0分。 b2. 正確連接電池串聯，2分。 三、分類流程3：將分類流程1中屬於a3者進行以下分類 b1. 錯誤連接電池串聯，0分。 b2. 正確連接電池串聯，2分。 四、分類流程4：將分類流程2中屬於b2者進行以下分類 c1. 正確連接電池組與燈泡，2分。 c2. 錯誤連接電池組與燈泡，0分。 五、分類流程5：將分類流程3中屬於b2者進行以下分類 c1. 正確連接電池組與燈泡，2分。 c2. 錯誤連接電池組與燈泡，0分。 表 4-1-4 建構題第建構題第建構題第建構題第二二二題解題流程二題解題流程題解題流程題解題流程、、、、錯誤類型與計分模式錯誤類型與計分模式錯誤類型與計分模式錯誤類型與計分模式 解題流程 編碼 錯誤類型 計分 a1 B04 胡亂作答 0 a2b1 B06、B07、B08 不清楚電池串聯的定義 4 a2b2c1 0 全對 8 a2b2c2 B05 不清楚通路的定義 6 a3b1 B06、B07、B08 不清楚電池串聯的定義 4 a3b2c1 0 全對 8 a3b2c2 B05 不清楚通路的定義 6 a2、a3：4 分 b2：2 分 c1：2 分

第二節 比較選擇題與建構反應題之錯誤類型

測驗時，記錄受試者解題的解題歷程；測驗後，進行分析，最後找出其錯誤類 型。在設計解題分析流程時，必須考慮到受試者在解題過程中每一個可能的操作步 驟，為了讓所有受試者每一題的解題過程，都能在解題流程分類樹狀圖中歸納到一 種特定的解題流程分類，所以本研究以受試者的解題動作來進行分類，分類到最後， 再依據受試者的解題動作，來決定各種分類之錯誤類型。 壹、建構題第一一一題錯誤類型分析結果 一 一、本題建構題的錯誤類型：見表4-2-1，其中全對人數 55.1 ，而主要錯誤類 型為B04與B05。 表 4-2-1 建構題第一題的錯誤類型統計建構題第一題的錯誤類型統計建構題第一題的錯誤類型統計建構題第一題的錯誤類型統計 錯誤類 型編碼 人數 說明 比例 0 162 全對。 55.1 B01 11 只畫出一條電線連接電池與燈泡 3.74 B02 0 正確連接電池正負極，而連接燈泡時連接錯誤 0 B03 11 正確連接燈泡兩端，而電池正負極接錯 3.74 B04 46 胡亂作答 15.65 B05 61 無法完成通路，只正確連接一條電線，而另一 條電線連接錯誤 20.75 99 3 未作答 1.02 二、同概念選擇題的題目及各選項所欲測量的錯誤類型 本題建構題是由相同測驗概念的選擇題重新出題而得，圖 4-2-1 是選擇題的題 目，表 4-2-2 是該選擇題各選項所設計的錯誤類型，圖 4-2-2 是建構題第一題與對應 選擇題之錯誤類型比較：

圖 圖 圖 圖4-2-1 建構題第一題對應之選擇題題目 表 4-2-2 建構題第一題對應之選擇題各選項的錯誤類型建構題第一題對應之選擇題各選項的錯誤類型建構題第一題對應之選擇題各選項的錯誤類型建構題第一題對應之選擇題各選項的錯誤類型 選項 選項 1 選項 2 選項 3 選項 4 錯誤 類型 B05 答對 B01 B03 錯誤 類型 說明 不清楚 通路 的定義 正確選項 單極模式 認為電池、電線及燈泡，只 要電池的正負極連接燈泡 的金屬就可以發亮 比例 (人數) 7.14 （21） 84.36 （248） 3.4 （10） 5.1 （15） 1 2 3 4

圖 圖 圖 圖4-2-2 建構題第一題與對應選擇題之錯誤類型的比較 三、本題施測結果分析 1、在建構題第一題中，預設 6 種錯誤類型，但本次測驗沒有受試者岟「B02」 這種錯誤類型，所有樣本分佈於 5 種錯誤類型（包含全對 1 種），但比起選 擇題能測量到的 4 種類型（包含全對 1 種），能檢測出更多受試者的錯誤類 型，且由圖 4-2-2 中發現，建構題測驗的結果，能讓受試者的錯誤類型更分 醩，更能 測出學生真正問題的所在。 在答對的部份，選擇題比建構題多了近 30 的人數，顯示這些人是依 據選擇題中的部份提示來選中正確答案，或是完全用猜測的。 2、受試者在本題中主要的迷思概念有以下 2 種：不清楚通路的定義(20.75 )、 胡亂作答 (15.65 )。 由於這是第一題建構題，學生第一次遇到要動手操作的題目，導致學生不