第3章 第三章 研究方法
本章介紹本研究所採用的研究工具之信效度、卡方分析的運算 原理以及說明資料分析表的設計與判讀。首先第一節介紹研究對象，
第二節說明研究工具，第三節介紹資料蒐集，第四節說明資料分析。
第1節 第一節 研究對象
本研究的研究對象為民國 92 年 5 月參與 TIMSS 2003 測驗之我 國八年級學生，接受測驗的學校有 150 所，每校抽樣一班，有效樣本 數為 5379 人。
第2節 第二節 研究工具
本研究所使用的工具包含 TIMSS 2003 科學測驗題本、八年級學生問 卷，以下介紹本研究工具之信效度：
（一） 效度
TIMSS 首先由各參與國家針對國內的課程架構及內容進行分 析，再將分析結果呈遞國際測驗中心（International Study Center,
題，再根據課程分析的結果，挑選出合適的試題。由於參與國家的課 程內容不完全相同，因此 TIMSS 規定測驗試題的概念必須至少包含 在 70%以上的參與國家的課程內容裏面。
（二）信度
1. 試題翻譯的信度
TIMSS 2003 測驗所用的試題以及問卷，是以英文編寫而成。為使 各個參與國家在進行測驗時，學生、老師及學校主管可以讀得懂，因 此根據參與國家所使用的語言種類，試題及問卷被翻譯成 34 種語 言。翻譯的過程經由縝密的設計，在考量該國文化背景之後，所翻譯 完成的試題及問卷將被檢驗和英文原版內容是否相符與正確，以確定 翻譯試題的正確性，這項核對工作由國際測驗中心（ISC）負責，而 各國依國際測驗中心所作的修正，將會被呈送至美國波士頓大學經過 檢核確認，而完成各國試題版本的定稿。
2. 評分者的信度
TIMSS 2003 試題類型包含選擇題與非選擇題，非選擇題評分方式 有賴人工閱卷，因此評分人員必須在評分之前接受特殊的訓練，這種 訓練每個國家都會提供，我國是由國立台灣師範大學科學教育中心負 責評分人員的訓練，各國評分人員依據訓練課程中所給予的國際評分 指引手冊進行試題評分。若評分人員的給分差異過大，再由專家重 閱，以確保評分者的信度。
3. 測驗題本的信度
基於測驗試題數量非常龐大，在有限時間內要學生回答所有的試 題是不可能的事情。因此 TIMSS 2003 採用輪測方式，每位學生僅需 完成十二本題本當中的一本即可。針對 TIMSS 2003 測驗題本進行信 度考驗，我國八年級科學測驗題本之 Cronbach’s 係數為 0.89，國際上 為 0.84，表示雖然測驗題本採輪測方式，但內部一致性仍很高（Martin, Mullis, ＆ Chrostowski, 2003）。
第3節 第三節 資料蒐集
（一）資料來源
本研究使用 SPSS 13.0 分析，由 TIMSS 2003 網站下載測驗原始資 料檔案，依照資料庫指引手冊上的說明，將原始檔案進行解壓縮與轉 換的程序，程式語法見附錄 1。
（二）資料編碼
問卷選項編碼採用 TIMSS 2003 學生問卷資料庫選項編碼，進行 資料分析時，各選項編碼如下：
z 選項中同意程度量表「很同意」、「有點同意」、「不太同意」、「很 不同意」分別以 1、2、3、4 表示。
z 選項中喜好程度量表「幾乎每節課」、「約有一半的課」、「有些 課」、「從來沒有過」分別以 1、2、3、4 表示。
第4節 第四節 資料分析
（一） 科學成就平均成績計算
在 TIMSS 2003 測驗中，學生的科學成績乃以加權方式進行估 算，最後會產生五個科學估計似真值分數。本研所採用的測驗分數乃 根據這五個科學估計似真值分數進行平均而得。首先從原始測驗資料 進行解壓縮及轉檔後，由我國的資料檔中抽取五個科學估計似真值分 數，再以 SPSS 新增變數，計算其平均值，作為學生科學成就的平均 成績，詳細步驟見附錄 2。
（二）成就分組
由所得的科學成就的平均成績，以 SPSS 將 5379 位參加測驗的 學生進行帶狀分組，等分為：「高成就組」、「中高成就組」、「中低成 就組」、「低成就組」，詳細步驟見附錄 2。
（三）信心分組
在 TIMSS 2003 八年級學生問卷中，關於學生學習科學的信心題 目共有四題。第一題（我的理化不錯）及第四題（與理化有關的事我 學得很快）回答「有點同意」或「很同意」的學生歸為「正向組」，
回答「不太同意」或「很不同意」的學生歸為「反向組」；第二題（我 覺得理化比較難）及第三題（理化不是我擅長的科目之一）回答「不 太同意」或「很不同意」的學生歸為「正向組」，回答「有點同意」
或「很同意」的學生歸為「反向組」。
（四）卡方檢定
當資料屬於類別（nominal）變項時，我們想要檢驗一個自變項 對依變項的效果為何，例如：資料的數目代表的是有多少受試者隸屬 於此類？這種分析方法稱為卡方檢定（Chi-square test）（謝智謀，
2000）。
王保進（2005）指出：卡方檢定又因自變項（設計變項）、依變 項（反應變項）的檢定性質不同而區分為「適合度考驗」、「百分比同 質性考驗」、「獨立性考驗」、「改變的顯著性考驗」，其差別如下：
z 「適合度考驗」是對樣本在某一間斷變項各類別中的實際反應次數 與理論期望次數間的差異進行檢定，以瞭解樣本對各類別的反應情 形是否有達顯著差異。
z 「百分比同質性考驗」是在探討樣本在 Y 變項上反應的百分比會因 X 變項的不同而有顯著差異嗎？當統計結果有顯著差異存在時，研 究者通常必須進行事後比較工作；唯有一點要注意的是，在進行考 驗之前，設計變項各類別的次數是研究進行前就已經決定。
z 「獨立性考驗」的兩個變項都是反應變項，它們的次數要在研究進 行後才可以知道，通常是用來探討兩個變項間互為因果的關係。
z 「改變的顯著性考驗」是在分析樣本在某一個類別變項各類別上的 反應，在前後兩次測量間改變的百分比是否有顯著差異。
本研究採用百分比同質性考驗，利用「殘差分析」進行數據的分 析與比對，關於殘差分析的統計原理，邱皓政（2005）曾提及：
當研究者利用期望值的概念，求取細格在兩個變項無關聯時，應該出 現的次數，藉由殘差來說明各細格的變化情形，稱為「殘差分析」。
要認識「殘差分析」，首先必須瞭解「殘差」、「標化殘差」及「校正 後標準化殘差」三個統計量，其差別略述如下：
‧ 殘差
殘差是一個未標準化的統計量數，其可用來考驗各細格分佈是否 如期望般出現及兩個變項是否具有關聯性？
‧ 標準化殘差
將殘差標準化之後，得到標準化殘差。研究者可藉由該值大小，
找出其分配的機率模型，然後利用機率的概念進行統計檢定。
‧ 校正後標準化殘差
殘差或標準化殘差會隨著邊際期望值的大小變動而產生波動，若 將標準化殘差以各邊際比率進行調整，得到校正後標準化殘差，
可以排除各邊際次數不相等所造成的比較問題。
以下列舉表 3-1 各行各業工作職務別資料為例，說明殘差分析數學 運算原理：
表 3-1 各行各業工作職務別
職別
職員 基層主管 高階主管
總和
女性 μ11 μ12 μ13 A 性別
男性 μ21 μ22 μ23 B
總和 C D E N
z 殘差
Δ
ij= n
ij– μ
ijμ
ij= NP
iP
jz 標準化殘差
z 校正後標準化殘差
本研究採用卡方檢定中的百分比同質性考驗，探討學生在信心題 及價值觀題答題上是否達顯著的差異。若達顯著差異，則進行事後比 較的工作。關於百分比同質性考驗事後比較的方法，Haberman（1978）
提供一項簡便的方法：
利用細格校正後的標準化殘差值來進行比較，校正後標準化殘差的機 率分配接近常態分配，因此在雙側考驗下，可以 1.96 作為.05 的顯著水
ij ij ij
i j
n
μ μ
= − Δ '
(
i) ( j )
ij
ij ij
i j
P P
adj n
−
−
= − Δ
1 1
' μ
μ
（五）設計問卷信心題分析表
「信心題分析表」內容包括組別、統計值、選項、卡方檢定。下 列以表 3-2 中之粗體字為例說明各欄位的代表意義：
z 組別
表示學生成就分組組別，高、中高、中低、低分別代表
「高成就組」、「中高成就組」、「中低成就組」、「低成就組」。
z 統計值 人數
低成就組回答很同意的人數為 61 人。
校正後標準化殘差值
低成就組回答很同意之校正後標準化殘差值為-8.2，研究者可藉 由該值進行組間事後比較。
組間百分比
回答「很同意」的學生人數中，低成就組佔了 10.8％。
組內百分比
「低成就組」中，有 4.6％的學生選擇了「很同意」這個選項。
佔總人數百分比
學生總人數中，有 1.1％屬於「低成就組」且選擇了「很同意」。
z 選項
學生回答問卷自信心題同意程度量表「很同意」、「有點同 意」、「不太同意」、「很不同意」。
z 卡方檢定
卡方檢驗之結果，包含有效樣本數、Pearson 卡方值、顯著性，
可決定該題是否達顯著可以進行事後比較。
表 3-2 分析表範例「我的理化不錯」（試題編號：BSBSTWEL）
組別 統計值 選項
很同意 有點同意 不太同意 很不同意 總和 人數 61 338 664 276 1339 校正後標準化殘差值 -8.2 -11.0 7.9 12.7
組間百分比(%) 10.8 16.6 30.6 46.2 組內百分比(%) 4.6 25.2 49.6 20.6 100 低
佔總人數百分比(%) 1.1 6.3 12.4 5.1 25 人數 70 407 681 182 1340 校正後標準化殘差值 -7.3 -6.6 9.0 3.3
組間百分比(%) 12.4 20.0 31.4 30.4 組內百分比(%) 5.2 30.4 50.8 13.6 100 中低
佔總人數百分比(%) 1.3 7.6 12.7 3.4 25 人數 152 573 516 103 1344 校正後標準化殘差值 1.1 4.1 -1.7 -4.7
組間百分比(%) 26.9 28.2 23.8 17.2 組內百分比(%) 11.3 42.6 38.4 7.7 100 中高
佔總人數百分比(%) 2.8 10.7 9.6 1.9 25.1 人數 282 716 307 37 1342 校正後標準化殘差值 14.4 13.5 -15.1 -11.3
組間百分比(%) 49.9 35.2 14.2 6.2 組內百分比(%) 21.0 53.4 22.9 2.8 100 高
佔總人數百分比(%) 5.3 13.3 5.7 0.7 25 人數 565 2034 2168 598 5365 組間總百分比(%) 100 100 100 100 總和
佔總人數百分比(%) 10.5 37.9 40.4 11.1 100 卡方檢定
數值 自由度 漸近顯著性 (雙尾) Pearson 卡方 772.557 9 .000＊
有效觀察值的個數 5365
＊P＜.05
（六）設計問卷價值觀題分析表
研究者針對 TIMSS 2003 學生問卷中之七題價值觀題，進行百分 比同質性考驗，若達顯著性，則進行事後比較的工作。「價值觀題分 析表」內容包括組別、統計值、選項、卡方檢定。各欄位代表意義請 參閱信心題分析表，如表 3-2 所述。
（七）設計問卷學生課堂活動分析表
研究者針對 TIMSS 2003 學生於問卷中回答信心題之結果，將學 生進行取向分組，接著探討不同取向的學生在理化課所進行的活動，
利用百分比同質性考驗，若達顯著性，則進行事後比較的工作。「課 堂活動分析表」內容包括組別、統計值、選項、卡方檢定。各欄位代 表意義請參閱信心題分析表，如表 3-2 所述。
