第參章 研究方法
本研究為了要達成研究目的，並回答研究問題，以 Vosniadou(2002) 的研究為藍本，使用 Vosniadou 的施測工具，針對不同於 Vosniadou 的樣 本年齡，及更多的樣本數施測，採用 Vosniadou 的分析方式，與另外的分 析方法，試圖瞭解學生持有何種「力的意義」，以及對力學現象的「心智 模式」與「解釋一致性」。本章共分成四節，第一節 說明研究對象，第二 節 說明研究的工具，第三節 說明研究實施流程，第四節 資料處理與分 析。
第一節 研究對象
Vosniadou 的中學樣本為九年級生，本研究對象只因取樣方便，故以 台北市一所國中，選定三個八年級的班作為施測對象，學期初期，學生尚 未在課堂中學習到力學知識便給予施測，總共回收有效的樣本數為 82 份，
針對這三個班，每個班各找 10 位學生做半結構式晤談。
第二節 研究工具
本 研 究 使 用 「 不 同 現 象 之 力 概 念 問 卷 」 對 學 生 進 行 檢 測 。 仿 製 Vosniadou(2002)所設計之問卷，並做部分修改。本研究工具的專家效度，
有請一位物理背景的教授、資深的理化教師與碩班的同學(物理背景)審視 過，並針對問卷內容與正確性給予建議及指教。
一、 不同情境下力的測驗試題(如附錄一)
本試題一共 27 題，分成兩個部分：第一部份為簡單題，第二部分為比 較性問題。第一部份分成五組情境題，每個情境依物體大小、物體材質再 分成四個問題。情境分別是 1.靜止物體、2.人推物體、3.靜止物體放在山 丘上、4.落下物體、5.人拋出一個物體。
第二部分為比較性問題。比較性問題有四組問題，從簡單題第一至第 五組去做比較而得。
檢視試題內容，製成雙向細目表。如表 3-2-1 所示。
表 3-2-1 力現象之概念問卷之雙向細目表(簡單題)
人 物體
簡單題
無動作 動作 人 性質 狀態
題型 題號 站立 推 拋 有 重的 大的 平穩 靜止
1 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ
靜止物體
2 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ
續表 3-2-1
3 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ
4 ˇ ˇ ˇ ˇ
5 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ
6 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ
7 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ
人推物體
8 ˇ ˇ ˇ ˇ
11 ˇ ˇ ˇ
12 ˇ ˇ
13 ˇ ˇ
靜止物體放在 山丘上
14 ˇ
18 ˇ ˇ ˇ ˇ
19 ˇ ˇ ˇ
20 ˇ ˇ ˇ
落下物體
21 ˇ ˇ
23 ˇ ˇ ˇ ˇ
24 ˇ ˇ ˇ
25 ˇ ˇ ˇ
人拋一個物體
26 ˇ ˇ
續表 3-2-1
表 3-2-1 力現象之概念問卷之雙向細目表(比較題)
人 物體
比較題
動作 類別 狀態 比較性質 位置
類型 題號 無/有施
力 大/小 平穩/不
穩 大/小 重/輕 靜止/運動 高/低
9 ˇ ˇ
人推物體
10 ˇ
15 ˇ ˇ
16 ˇ
山丘上的物 體
17 ˇ 落下與靜
止物體 22 ˇ 人拋一物與
靜止物體
27 ˇ ˇ
下 圖 3-2-1 為 針 對 本 研 究 試 題 所 建 構 之 力 的 概 念 結 構 圖 ， 依 據 Vosniadou 的測驗工具，將題目所測驗的概念的關連性建立起來，所得到 的概念結構圖，主要探討兩種概念與力的關係，一種是有生命體(如人)、
一種是無生命體(如地球)。本試題主要分成 5 種情境，每種情境各有一組 問題，分別如下：
1.「物體(大、小石頭或大、小氣球)靜止，物體有無受到力？力的來 源為何？」
2.「當人去推物體，物體仍然靜止，物體有無受到力？力的來源為何？」
3.「物體的狀態為不穩定的靜止(物體放在山丘上)，有無受到力？力 的來源為何？」
4.「物體的狀態為運動(自由落下)，有無受到力？力的來源為何？」
5. 「物體的狀態為運動(被人拋出)，有無受到力？力的來源為何？」
下圖 3-2-1 中左邊上層概念為「人」，往下分成有動作(站立在物體旁 與推/拋一物體)，此人有無施力。右邊上層概念為「物體」，往下分成「狀 態」與「比較性質」，「狀態」底下分成「靜止」與「運動」。
「靜止」又可以分成「平穩」與「不穩」，這兩種類別連結物體有無受 力；另外，「運動」可以分成「自由落下」與「被人拋出」兩類，這兩類 連結物體有無受力。
最後，「比較性質」是以「大/小」、「輕/重」與「靜止/運動」這三類，
分別去比較「物體受力的來源」是否相同，以連接「有無差異」來表示。
圖 3-2-1 針對試題內容所製之力的概念結構圖 無動作
站 立 (一
靜止/
運動 (九)
受 力
不 受 力
力(概念結構)
人(有生命體)
平穩 (三)
比較性質 動作 狀態
物體(非生命 體)
不穩 (四)
自 由 落 下 (五
被 拋 (六
有 施 力
無 施 力
推/
拋 (二)
靜止 運動
大/
小 (七)
重/輕 (石頭
/氣 球) (八)
有 差 異
無 差 異
第三節 研究流程
本研究的流程分成下列幾個階段
一、 準備工作：
收集國內外有關迷思概念與心智模式文獻，接著研讀 Vosniadou 與 diSessa 這幾年來的相關研究，選擇以 Vosniadou(2002)的研究文獻為藍 本，逐漸確立研究的主題。
二、 研究工具的編制：
使用 Vosniadou 施測工具，並參閱我國國中教科書的內容，比較她的 試題所具備哪些力學概念，並做適當的修正，針對試題內容建立相關概念 力的結構圖、雙向細目表、力的解釋編碼，以及建立專家效度等。
三、 預試：
預先找一個的班級作施測，並找 5 個學生做晤談，作為正式施測前的 前導性研究，嘗試將口語解釋編碼與試題不妥之處修改。
四、 正式施測：
選定八年級的三個班級，進行全面性的紙筆測驗，作為量化資料來源。
另外，針對不同的類別，每班選 10 位學生做半結構性晤談，作為質性分 析的資料。整個研究流程如圖 3-3-1 所示
圖 3-3-1 研究流程圖 擬定研究計畫
發展研究工具
前導性試驗
正式施測
資料分析 確立研究方向
文獻及資料收集
撰寫完成論文
Vosniadous’s 架構理論與 特定理論
1. 研究目的 2. 研究問題 3. 研究設計 1. 專家效度 2. 設計訪談問
題
1. 半結構性 晤談 2. 資料收集
與分析 1. 正式試題 2. 半結構性晤談
1. 資料編碼分類 2. 口語資料轉譯 3. 質性與量的分
析
第四節 資料處理與分析
本研究工具為問答式試題，分析方式先以 Vosniadou(2002)所使用的 分析方式進行，然後再以其他方式分析學生對力的想法、心智模式與解釋 一致性。分別以下列幾項說明資料的處理與分析。
一、Vosniadou 定義的「力的意義」
將學生對受力的解釋，依據 Vosniadou(2002)所定義「力的意義」分 類標準，參考她的範例，按照題目各組去分類，最後再把各組統整成一種 力的意義類型，分析方式，採取如 Vosniadou 的標準，取近似比對的方式，
將 82 學生一一分類，整理如 Vosniadou 的力的意義分類表。
二、力的解釋
將學生回答所有力的種類，做成以數字表示的編碼表。並且將所有的 學生依照題目的組別，問題的順序，將學生的回答編譯成數字，在按照不 同組別，填入每位學生的碼號，列出每位學生回答的編碼表，接著再去做 統計上的分析。
針對不同力的概念，學生所回答力的種類與數量，人數的分佈情形，
並配合晤談資料，分析學生在不同概念會有的迷思概念，做詳盡的探討。
三、力的心智模式
學生的心智模式，採用五種概念組合而成，每一種概念的回答會有個 編碼，將五個編碼組合成一組。將每一個學生五個編碼一一列出，便呈現 有許多種組合，將重複的合併，接著再按照類似的組合，具有相同層次的 回答，將其組合數收斂，成為本研究的心智模式組合。
一種心智模式，如果人數過多，模式內的特徵有明顯的差異，即按照 不同特徵、屬性，再分成心智的次模式，按照不同的次模式種類，再去做 分析與探討。
四、解釋一致性
解釋一致性，主要定義為：假如學生在同一種概念，不同題目所回答 與解釋為相同或相近，視為具有一致性。本研究依據圖 3-2-1 力的概念結 構圖，採取「比較不同概念」方式，此類比較包含三種比較，分別是「大 /小(七)」、「輕/重(八)」與「靜止/運動(九)」。而「靜止/運動(九)」又 可分成「靜止與自由落下」與「靜止與人拋物」這兩類，如下表 3-4-1 所 示。
接著「大/小(七)」概念的比較可以對應試題編號「1,2」、「3,4」、「5,6」、
「7,8」、「11,12」、「13,14」、「18,19」、「20,21」、「23,24」、「25,26」、「9」
(本身即是比較題，同一個人分別推大、小石頭)。每個「」內代表取兩個 試題合成一組做比較，該組兩題的解釋若為相同，該組解釋視為一致性，
給予 1 分；反之，解釋若為不同，該組解釋視為不一致性，給予 0 分。
「大/小(七)」這個概念可以涵蓋比較的試題組一共有 11 組，若每一 組回答皆有一致性，此概念共可獲得滿分 11 分，但是不同的概念所涵蓋 的比較組數不盡相同，滿分的總分不同，故將所得的總分除以總題數(以 總題數當分母)，即學生在回答此概念的「解釋一致性係數」，係數愈高，
表示解釋一致性愈高。一致性係數最高為 1，最小為 0。
解釋一致性的係數統計表以下表 3-4-1 的形式來作計算。
表 3-4-1 不同概念下所測一致性之試題組分配表
概念 大/小(七)
題號 1,2 3,4 5,6 7,8 11,1 2
13,1 4
18,1 9
20,2 1
23,2 4
25,2
6 (9) 小 計
百分 比 一致性
概念 重/輕(八)
題號 1,3 2,4 5,7 6,8 11,1 3
12,1 4
18,2 0
19,2 1
23,2 5
24,2
6 － 小 計
百分 比 一致性
概念 靜止與自由落下(九)
題號 1,18 2,19 3,20 4,21 (22) 小計 百分 比 一致性
概念 靜止與人拋(九)
題號 1,23 2,24 3,25 4,26 (27) 小計 百分 比 一致性
五、心智模式的內在一致性
不同概念都有其「一致性係數」，每個心智模式內包含有這四種概念的 比較，本研究是將這四種概念的比較(「大/小(七)」、「輕/重(八)」、「靜 止與自由落下」與「靜止與人拋物」)，一致性係數加總後取平均數值，
即為心智模式的內在一致性程度。
心智模式一致性係數，最大為 1，表示學生的心智，在回答問題始終 為一致性；最小為 0，表示心智模式內在完全不一致。最後，將不同的心 智模式與內在一致性做比較。
