第三章 研究方法與研究工具
本研究旨在針對高職低成就學生的物理學習成就及學習態度加 以調查研究，因此本研究的設計乃根據此目的而建構。本章共分六 節，就研究對象、研究設計之概念架構、教學設計、研究工具、資料 之收集與分析、及研究實施之步驟及流程分別加以說明。
第一節 研究對象
本研究以研究者任教之宜蘭縣某高職同一科中之二年級學生為 研究對象，學生之入學成績、學習成就及上課狀況皆不佳。學校的編 班係採用 S 形的常態分班，該科二年級只有兩個班級，因此兩班學生 的學習能力及程度大致上相等。由研究者在這兩個班中，隨機選取一 班作為 A 組(模組教學) 由研究者擔任該班實驗教學教師，採用研究 者所設計之力矩教學模組。另一班作為 B 組(講述教學)，亦由研究者 擔任教學教師，進行傳統講述式之教學。兩組學生在教學過程中均未 告知正在進行實驗教學。A 組(模組教學)進行教學時將學生分為 6 小 組，每小組 5 至 6 人。便於教學實驗之實施及討論。B 組(講述教學) 則於日常上課之教室內進行講述式之教學，學生並未再作分組。
在本研究中 A 組(模組教學)的班級共有 34 人(男生 14 人，女生 20 人)；B 組(講述教學)的班級共有 35 人，(男生 15 人，女生 20)，兩 班男生人數及兩班女生人數幾近乎相等，因此有關學生性別因素之影 響可視作沒有差異。
兩組均為九十學年度入學之學生，在學生年紀因素方面亦可視為 無差異。再以兩組學生入學時之國中基本學力測驗成績做分析後，發 現兩組學生入學成績並無明顯差異(見第四章第一節)，故兩組學生應 可視為同質。
第二節 研究設計
本研究為實驗研究之設計，由於學校情境因素有其實施上之困 難，若針對相同教材，以同一組人先以所設計之教學模組教學，再作 一般傳統講述式教學，其缺點除了受到 Pre-test 之影響外，且亦受到 施測順序(設計模組教學-講述式教學、講述式教學-設計模組教學)之 影響。若只用一班學生由其中隨機分派一部分施以設計模組之教學，
其餘學生則施以講述式教學，雖較為可抵消外生(extraneous)變數，但 在學校實際之教學環境中不太可能採用。故本研究只能以同一科中之 性質相近之兩班 (如入學成績無顯著之差異)，以其中一班為 A 組(模 組教學) 施以設計模組之教學，另一班為 B 組(講述教學) 採傳統講 述式教學。
本研究採用樣本不等組前測-後測設計，其中 A 組(模組教學) 施 以研究者所規劃之「力矩教學模組」教學，B 組(講述教學)仍以慣用 之傳統講述式教學法教授力矩概念教材。首先兩組均實施「力矩概念 測驗」之前測及「物理學習態度量表」之前測。待經過約兩個月後，
A 組(模組教學)於教室內接受兩週共四節課之「力矩教學模組」之教 學；B 組則施以兩週共四節課之以課本(龍騰出版之物理 I)內容為主 之力矩概念講述式教學。教學結束後兩組學生均施以「力矩概念測驗」
之後測及「物理學習態度量表」之後測。
兩組學生均於國中三年級下學期接受過「力矩」概念之教學。(參 見國立編譯館主編之「國民中學理化第四冊」第 16 章第 2 節「力矩 與槓桿原理」，頁 38-43，民 89)，故假設學生於實施「力矩概念測 驗」前測時，應己具有部分「力矩」之概念。
第三節 教學設計
本研究之教學模組設計(如附錄一)是針對低成就學生之學習動 機薄弱、學習興趣不高、學習方法不適當、學習態度不佳等特質(如 第二章第一節所述)，依據建構主義教學之理論為基礎，以學生為學 習之主體，教師站在協助學生學習之立場，營造學習之情境，提昇學 生學習之動機及興趣，而能積極主動去學習。學生在學習的過程中經 由與同學、老師、教材之互動討論或實地操作，產生同化(assimilation) 和調適(accommodation)作用，進而能建構新的知識及概念。
教學方式則是參考 STS 教學模式之架構而設計(如第二章第一節 所述)，其原則為:(黃福坤，民 90)
一、 日常生活中相關的事物或議題為起點，以解決問題為目標。
二、 由做中學、由做中啟發問題、引導進一步了解與學習的動 機。
三、 設計學習單，提供相關參考資訊與活動歷程。學生可以依據 資料進行活動或依據個人想法提出特殊創見或構想，經小組 討論或老師指導後進行活動。
四、 進行分組教學，活動過程透過小組討論與合作學習方式成 長。
五、 協助學生學習與理解，讓學生體會自己有能力理解相關科學 概念而不是老師直接告知。引導學生體會並說出相關科學概 念的意義與內涵，建立學生自我的肯定。
本研究之「力矩教學模組」在科學(Science)及技術(Technology)
部分較能符合 STS 教學模式之架構，但由於教師與學生在「力矩」
概念之社會相關議題方面之資料不足，故在社會(Society)議題部分僅 有較少量之探討。
教學流程則依據陳文典(民 91) 「自然與生活科技學習領域-生活 化課程設計」教學模組流程(見第二章第三節)來設計發展，其流程為：
一、 觀察情境、察覺問題。
二、 引導討論、確定問題。
三、 分工合作、進行探究。
四、 分享經驗、整合成果。
五、 綜合評鑑、推廣應用。
因顧慮到學生素質較低、教學時數及教學環境之因素下為使教學 流程順利，故在「觀察情境、察覺問題」內之查閱資料階段，是給予 學生較明確之問題形式，並直接請同學查閱教科書內容，並無太多的 時間可予學生自行尋找資料，以免耽誤到後面之教學進度。並在「分 工合作、進行探究」部分將師生確定欲探討之問題寫於實驗記錄單 上，以讓學生有較多的時間進行實驗，以達到「由做中學」之目的。
在教學內容方面則以「高級職業學校部訂課程標準」(教育部民 87)之教學目標，及葉英珍、柯士山(民 91)編著、龍騰出版社出版之 物理 I 教科書單元為主，經與指導教授沈青嵩老討論後，選擇「力矩」
為主題，研究者依據課程大綱設計「打開智慧之門」、「一根扁擔」、「四
兩撥千斤」等三個教學單元(見附錄一)，並與指導教授和校內資深物 理教師及師大物理教學研究生黃文龍等人經多次討論修改後，並於校 內先以未參加實驗研究的另一班做實際教學測試後，再依測試結果做 文字及實際操作方面的修正才完成教學模組，表 3-3-1 為 A 組(模組 教學)與 B 組(講述教學)之簡要教學活動方式。
表 3-3-1 A 組與 B 組教學活動內容表
單元 A 組(模組教學) B 組(講述教學)
打開智慧之 門
1.請同學分組討論於日常生活中 開、關門之動作所需之物理條 件及類似狀況之舉例。
2.請同學以實驗之方式實際測量 影響開、關門之物理因素有那 些?繪圖並整理數據，討論結 果。
1.教師與學生討論於日常生活中 開、關門之動作所需之物理條 件。
2. 查 閱 教 科 書 內 容 中 瞭 解 影 響 開、關門之物理因素有那些?
一根扁擔
1.請同學討論如投石車、天平、
扁擔等可省力或方便用力之裝 置所利用之原理。
2.請同學以實驗之方式實際測量 影響扁擔平衡之物理因素有那 些?繪製關係圖並整理數據，討 論結果。
1.教師示範實驗並舉例說明如投 石車、天平、扁擔等利用「力 矩」及「槓桿定律」省力或方 便用力之裝置所利用之原理，
並與同學討論。
2.請同學查閱資料並做例題及習 題。
四兩撥千斤
1.請同學討論找出還有那些可利 用力矩及槓桿定律之省力裝置 或設計其用途。
2.請同學找出並說明如不等臂天 平、輪軸等是如何完成兩不相 等力之平衡，以達成四兩撥千 斤之任務。及提出更深入之看 法。
1.教師示範實驗並舉例說明如不 等臂天平、輪軸等利用力矩及 槓桿原理之裝置可以較小之力 與較大之力相抗衡，完成四兩 撥千斤之任務?
2.請同學查閱資料並做例題及習 題，及提出更深入之看法。
第四節 研究工具
本研究之研究工具含對成就評量之「力矩概念測驗」，及對學習 態度評量之「物理學習態度量表」兩項。
一、「力矩概念測驗」 (如附錄二)
此份測驗的目的在評量學生對物理學中「力矩」方面的相關知識 及概念。題目與此次教學內容「打開智慧之門」、「一根扁擔」、「四兩 撥千斤」相關。題目總數為 32 題之單選題，作答時間為 40 分鐘，每 答對一題得 1 分。
「力矩概念測驗」為研究者參考教學模組和所使用之教材及實驗 內容後，於九十一年八月自行研發相關題目，再與校內物理老師及師 大物理研究生黃文龍審閱修正，並於九十一年十一月底以校內另一班 學生實施預測，作文字、圖形等方面之修正，信度、效度則邀請相關 學者專家審核，力求結論之正確。在題目層次部分根據 Bloom(1956) 等人所著之「教育目標的分類」(Taxonomy of Educational Objectives) 一書，將認知領域由簡單至複雜分為知識、理解、應用、分析、綜合 及評鑑等六個層次，但以此次教學目標及學生程度為考量，本研究中 之「力矩概念測驗」題目只限定於知識、理解、應用三個層次。表 3-4-1 為「力矩概念測驗」之題目層次分配表。其中屬於知識概念部
分之題目共 8 題，及屬於理解判斷部分之題目共 15 題，由於顧慮到 學生之計算能力一般皆不佳，故在含有計算應用之題目只有 9 題，因 本研究中使用之教學模組基於建構教學法及 STS 教學法，乃以學生 為學習活動之主體，引導學生能主動討論及著手研究，以建構學生自 身之知識。故教學較偏向理解之層次，所以力矩概念測驗中理解方面 之題目數量亦較多。
表 3-4-1 「力矩概念測驗」題目層次分配表
層次 題號 題目總數
知識 1,2,11,15,16,17,19,20 8
理解 3,4,5,6,7,8,9,10,18,21,22,23,24,25,26 15
應用 12,13,14,27,28,29,30,31,32 9
題目總數 32
本研究中成就評量之「力矩概念測驗」前測與後測均為同一份試 題，因前後施測之時間相距兩個月並包含寒假，且於前測完畢時並未 提供解答，學生應不會留存太多之記憶，且於後測時亦未有學生提出 此份試題「曾經考過」之問題，故合理假設前測不會干擾到教學完畢 再實施之後測。正式教學研究有效樣本 69 人，A 組(模組教學) 34 人，
B 組 (講述教學)35 人之「力矩概念測驗」前後測之內部一致性信度
(Cronbach’s α)在 A 組(模組教學)及 B 組(講述教學)分別為.6400 及.6581，尚屬可接受之範圍內。
二、「物理學習態度量表」 (如附錄三)
在本研究中對 A 組(模組教學)及 B 組(講述教學)使用「物理學習 態度量表」(附錄三)由研究者參酌程上修(民 88)之「地球科學習態度 量表」改編修正而得。此量表採用李克特(Likert)五分量表形式呈現，
受試學生可針對每一敘述題表達「很同意」、「同意」、「無意見」、「不 同意」、「很不同意」等五種意見。正向題之敘述，例如「我覺得上物 理課非常有趣」，依序由「很同意」至「很不同意」給予依次為 5 分、
4 分、3 分、2 分、1 分；反向題之敘述，例如「我不喜歡探討物理的 問題」，則將上述計分方式予以反向處理，以便進行量化統計分析，
所得分數越高，表示學習態度愈佳。量表分別對兩組學生於教學前後 施測，採 Likert 五點式法編製，作答時間為 10 分鐘。原量表經正式 研究施測得其內部一致性信度(Cronbach’s α)為 .89-.90。於本研究中 A 組(模組教學) 34 人及 B 組(講述教學)35 人，在「物理學習態度量 表」前後測所得之內部一致性信度(Cronbach’s α)分別為.9617(A 組) 及.9398(B 組)。
本量表內容含三個向度，包括檢測「對物理的態度」：即學生對 物理所持的態度、興趣及觀感；「對學習物理所持的態度」：學生上課
時學習物理所抱持之態度、動機、意願及觀感等；以及「對參與物理 探究活動的態度」：學生對於主動參與物理探究活動所持的態度與觀 感。共有 20 題，其中對於物理所持的態度有 7 題、對學習物理所持 的態度 8 題、對參與物理探究活動所持的態度 5 題。各部分之試題內 容說明、題數與題號配置、及 Cronbach’s α值如表 3-4-2 所示。
表 3-4-2 物理學習態度量表試題說明表
向度 題號 內容說明 A 組
α值 B 組 α值
對物理的態度
(7 題) 1,3*,7,8*,10*,16*,18
了解學生對於物理課 程，及物理相關知識 所持之態度、與趣與 觀感。
.8567 .9398
對學習物理的
態度(8 題) 2,4*,5*,11,13,14,17,19*
了解學生在上課時學 習物理知識，或在生 活中接觸物理方面之 知識時所持之態度、
動機、意願與觀感。
.7117 .8398
對參與物理探 究活動的態度 (8 題)
6*,9,12*,15,20
了解學生對於主動參 與及討論物理方面的 活動所抱持之態度與 觀感。
.8860 .7123
總 計 20 題 .9617 .9398
註：加*號者為反向問題
第五節 資料收集與分析
收集正式研究中之所有資料如「國中基本學力測驗成績」、「力矩 概念測驗」及「物理學習態度量表」後，即進行量表資料的編碼，並 建立資料檔，再應用個人電腦以 SPSS 11.0 套裝統計軟體程式，依據 林清山(民 73)所著心理與教育統計學一書進行資料的統計與分析，各 項考驗之顯著水準定為.05，達差異顯著是指 p<.05 並以「*」註記表 示，並向專家學者請教，以建構適當、合理的研究結論。分析完後進 行論文之撰寫。
其分析方法如下所述：
一、 以 Independent Samples T Test(t 檢定)分析 A(模組教學)組及 B 組(講述教學)學生入學之國民中學學力測驗成績，比較兩 組學生入學成績是否有差異。
二、 以 Paired-T-Test(t 檢定)分析 A 組(模組教學)在「物理概念測 驗」及「物理學習態度量表」(含「對物理的態度」、「對學 習物理的態度」、「對參與物理探究活動的態度」三個向度) 前測及後測表現上是否有顯著差異。
三、 以 Paired-T-Test(t 檢定)分析 B 組(講述教學)在「物理概念測 驗」及「物理學習態度量表」(含「對物理的態度」、「對學 習物理的態度」、「對參與物理探究活動的態度」三個向度) 前測及後測表現上是否有顯著差異。
四、 以兩組學生入學之國中學力測驗成績作為共變量，作兩組之 迴歸係數同質性檢定，再以單因子共變數分析(ANCOVA)檢
驗兩組之「力矩概念測驗」後測是否有顯著差異。
五、 將兩組學生分別依各組「力矩概念測驗」後測成績之平均數 區分為高分群和低分群，以兩組學生入學之國中學力測驗成 績作為共變量，作兩組高分群與兩組低分群之迴歸係數同質 性檢定，以單因子共變數分析(ANCOVA)檢驗兩組高分群與 兩組低分群之「力矩概念測驗」後測是否有顯著差異。
六、 將兩組學生分別依各組「力矩概念測驗」後測成績之平均數 區分為高分群和低分群，以兩組學生入學之國中學力測驗成 績作為共變量，作兩組高分群與兩組低分群之迴歸係數同質 性檢定，以單因子共變數分析(ANCOVA)檢驗兩組高分群與 兩組低分群之「物理學習態度量表」後測是否有顯著差異。
七、 依據王文科(民 90)所著「教育研究法」一書(頁 698)有關於 顯著水準，是根據某預訂水準來拒絕或接受虛無假設設(null hypothesis)，此預定水準即為顯著水準。顯著水準以機率 p 值(probability value p)表之，研究者在獲致結果之前所訂的為 α水準，根據計算而得的結果決定的為 p 水準。在一項實驗 研究中如以.05 作為拒絕或接受虛無假設的標準，若在.05 水 準拒絕了虛無假設，即表示該項差異有 95%的機率是因實驗 處理造成的，而由抽樣誤差造成的機率低於 5%。本研究中 所謂之差異顯著水準(level of significian)採用 p<.05 為達到 顯著水準。
八、 本研究所用之統計分析公式：(見附錄五)
第六節 研究步驟及流程
本研究之教學步驟及流程如圖 3-6-1 所示，說明如下。
1.形成研究問題及文獻探討 ˙確定研究題目
˙進行相關文獻蒐集及探討
2.發展教學模組與研究工具
˙發展力矩教學模組
˙力矩概念測驗
˙物理學習態度量表 準 備 階 段
3.試驗性研究與 修正研究工具
4.確定研究對象
5.實施前測 ˙力矩概念測驗前測
˙物理學習態度量表前測
6.進行教學
˙A 組進行力矩教學模組教學
「打開智慧之門」、「一根扁擔」、
「四兩撥千斤」
˙B 組進行傳統講述式之力矩教 學
正 式 教 學 研 究 階 段
7.實施後測 ˙力矩概念測驗後測
˙物理學習態度量表後測
8.整理資料進行分析
結果分析階段
9.撰寫論文
圖 3-6-1 研究步驟流程圖
一、 準備階段：於本階段中分為三個步驟。
(一) 形成研究問題及文獻探討：
於民國九十年八月與指導教授沈青嵩老師討論後，決定 研究的方向為低成就學生之物理教學模組設計，研究者即在 老師指導下參與 STS 科學教育研討會，並開始蒐集國內外相 關文獻資料，閱讀文獻並確定研究計畫，並在老師指導下選 定以物理「力矩」概念單元為為教學主題。
(二) 發展教學模組與研究工具：
1、教學模組之設計方面，針對低成學生特質，並依據建 構教學法之理論基礎，及 STS 教學模式之原則方法，採民國 91 年龍騰出版公司編印之物理 I 課本，配合學生原本所需學 習之力矩單元為教學主題，進行教學模組之開發。並與校內 資深物理教師及師大物理研究所研究生黃文龍等人共同討 論，確定教學模組之內容為「打開智慧之門」、「一根扁擔」、
及「四兩撥千斤」等三個與力矩概念相關之單元。嚐試運用 STS 教學模式及陳文典(民 91)生活化課程教學模組設計流程 於本研究中之教學模組之設計。
2、力矩概念測驗方面：研究者參考教學模組和所使用之 教材及實驗內容後，於九十一年八月自行研發相關題目，再 與校內物理老師及師大物理研究生黃文龍審閱修正後所得之 力矩概念測驗。
3、物理學習態度量表方面：研究者參酌程上修(民 89) 之「地球科學習態度量表」改編修正而得。其間與專家及校 內教師討論修正於九十一年九月完成物理學習態度量表。
(三) 試驗性研究與修正研究工具：
於九十一年十一月於研究者任教學校內選擇未參與實驗 研究的一個班級做為試驗性教學研究(pilot study)，及試測「力 矩概念測驗」與「物理學習態度量表」之測驗，經與其他老 師討論後，將教學活動中較不順暢之部分及書面文字加以調 整及修正，同時並對力矩概念測驗與物理學習態度量表做文 字及圖形方面之修正，於九十一年十二月初完成。
二、 正式教學研究階段：於本階段中分為四個步驟。
(一) 確定研究對象：
於研究者任教之學校內選定同一科之兩班，隨機將其中 一班分為 A 組(模組教學)，另一班則為 B 組(講述教學)。
(二) 實施前測：
於九十一年十二月下旬，研究者分別對 A 組(模組教學) 及 B 組(講述教學)實施力矩概念測驗與物理學習態度量表之 前測，兩組之施測程序及注意事項皆相同。
(三) 進行教學：
於九十二年二月下旬至三月上旬，研究者對 A 組(模組教 學)進行所設計之教學模組教學，同時研究者亦對 B 組(講述 教學)依課本內容進行一般傳統講述式之教學，教學期間每週 授課二節，每節五十分鐘，共進行二週，教學期間共計四節 課。
(四) 實施後測：
於九十二年三月上旬教學結束後一週內，研究者分別對 A 組(模組教學)及 B 組(講述教學)實施力矩概念測驗與物理學 習態度量表之後測，兩組之施測程序及注意事項皆相同。
三、 結果分析階段：於本階段中分為兩個步驟。
(一) 整理資料進行分析：
於教學及施測結束後，自九十二年三月中旬即開始對所 蒐集之資料，做編碼及統計分析，以找出合適之結論。
(二) 撰寫論文：
研究者依據資料做統計分析之結果，開始撰寫論文，此 期間為九十二年三月下旬至九十二年八月。
