第三章 研究設計與實施
本章主要在說明本研究的研究方法與步驟，包括研究設計、研究對 象、研究工具、實施程序、與資料處理。茲分為五節敘述如後。
第一節 研究設計
壹、 研究架構
根據研究緣起、目的、與假設，提出本研究之研究架構如圖3-1-1：
圖3-1-1 研究架構圖
本研究以「工作圖先前知識」和「工作圖圖形結構具體化」為自變項。
依照工作圖先前知識測驗分數高低分成二組，即高先前知識組和低先前知 識組，再各自依成績高低編號，奇數號編為高圖形結構具體化組，偶數號 編為低圖形結構具體化組，所以本研究在探討急回機構工作圖閱讀與理解 歷程之自變項共計分為四組，分別是：高先前知識高圖形結構具體化組、
高先前知識低圖形結構具體化組、低先前知識高圖形結構具體化組、低先 前知識低圖形結構具體化組。
本研究之依變項有三個，分別為「急回機構工作圖閱讀與理解成就測 驗」中，第 1 题至第 17 题對急回機構工作圖閱讀與理解之「圖形辨識基 礎」的得分、和第18 题至第 34 题之「圖形結構情境」的得分、以及第 35
自變項
工作圖先前知識 高先前知識組 低先前知識組
工作圖圖形結構具體化 參照高圖形結構具體化 參照低圖形結構具體化
依變項 認知負荷
急回機構閱讀成就測驗 1.圖形辨識
2.圖形結構
题至第 36 题之「工作圖閱讀的認知負荷量」，分別來探討不同之分組間 在閱讀與理解急回機構工作圖時，對閱讀工作圖之歷程（認知負荷）與結 果（圖形辨識基礎和圖形結構情境）的影響。另外，透過急回機構工作圖 有聲思考與深度訪談所蒐集到的質性資料，分析受試者在工作圖解題歷程 的行為。
貳、 研究流程
依據前述之研究架構，提出本研究之研究流程如圖3-1-2 所示。
圖3-1-2 研究流程 提昇工作圖閱讀能力之教學
搖擺機構工作圖閱讀 理解成就測驗 工作圖先前知識測驗
高具體化 工作圖
低具體化 工作圖
高具體化 工作圖
低具體化
工作圖 實驗處理
認知負荷量表
急回機構工作圖閱讀
解成就測驗 理 急回機構工作圖閱讀
解有聲思考測驗 理
前 置 作 業 準 備
高先前知識 低先前知識 分組
本研究之受試者在機械製圖相關知識的成就表現偏低，93 學年度第一 學期期中考試以電腦輔助機械製圖丙級題目測驗，平均分數 34.27 分（總 分為 100 分），為提昇受試學生工作圖讀圖能力，在實驗教學之前先在中 州技術學院網路學院（http://elearn.ccut.edu.tw/）之「3D 電腦繪圖教學網 站」，提供行政院勞工委員會出版的「機械製圖丙級技能檢定學科測驗參 考資料」和「電腦輔助機械製圖丙級技能檢定學科測驗參考資料」之學科 測驗題庫中的選擇题試題，共計八百題，挑選出與工作圖有關之題目作為 教學內容；同時參考經濟部中央標準局訂定之中國國家標準（CNS）「工程 製圖」之相關標準規範、French & Vierck（1984）、陳烏土（民 72）、和李 達權、李維華、魏義峰（民91）等人的工作圖相關內容為教材，實施工作 圖相關內容授課；同時配合電腦輔助機械製圖丙級技能檢定之「搖擺機構 工作圖」之圖例，融入工作圖相關內容之題庫講解中，並讓受試者以二人 一組之分組方式，進行搖擺機構工作圖各零件之3D 零件圖繪製、3 D 組合 圖、3 D 系統圖、和 3D 動畫等操作，最後再實施搖擺機構閱讀理解成就測 驗。
工作圖相關內容教授包括：正投影視圖（3 小時）、剖面視圖（3 小時）、 標準零件視圖（1 小時）、傳動件視圖（1 小時）、尺度標註、公差、配合、
表面粗造度（3 小時）、機械加工與製造（1 小時）、和搖擺機構工作圖繪 製（12 小時），時程分配如表 3-1-1 所示。
經過十週的提昇受試者工作圖讀圖能力之前置作業後，首先在第十週 時先實施「工作圖先前知識」測驗，依據測驗分數高低區分「高先前知識 組」與「低先前知識組」；然後再分別將「高先前知識組」與「低先前知 識組」的受試者，依成績高低編號，奇數號編為高圖形結構具體化組，偶 數號編為低圖形結構具體化組，總計有四組受試者。
第十一週起進行實驗處理與資料蒐集，對四組受試者實施「急回機構 工作圖閱讀與理解成就測驗」，所有受試者在測驗過程中除了參考三張A3
表3-1-1 提昇讀圖能力前置作業與實驗處理時程分配表 項
次 週
次 日 期 內 容 進 度 時數 ㄧ 2月21日 2月22日 正投影視圖 3 二 3月7日 3月1日 剖面視圖 3 三 3月14日 3月8日 標準零件視圖 1 四 3月21日 3月15日 傳動件視圖 1 五 3月28日 3月22日 尺度標註、公差、
配合、表面粗糙度 3 六 4月4日 3月29日
技能檢定八百題題庫講解
機械加工與製造 1 七 4月11日 4月12日 搖擺機構工作圖識圖
與講解
分組繪製 3 八 4月18日 4月19日 搖擺機構 3D 零件圖
繪製
分組繪製 3 九 4月25日 4月26日 搖 擺 機 構 3D 組 合
圖、系統圖
分組繪製 3 前
置
作
業
十 5月2日 5月3日 搖擺機構 3D 動畫 搖擺機構工作圖閱讀 理解成就測驗
工作圖先前知識測驗
分組繪製 測驗
3
十 一
5月9日 5月10日 圖形結構具體化工作 圖之實驗處理
急回機構工作圖閱讀 理解成就測驗、認知 負荷測驗
實驗處理 測驗
3 實
驗 處 理 十
四
5月30日 5月31日 有聲思考個別訪談 晤談 6
合 計 33
的急回機構2D 組合圖和 2D 零件圖外，同時進行工作圖圖形結構具體化的 實驗處理，「高圖形結構具體化」的受試者，另外提供急回機構之「3D 動 畫」與「3D 實物」工作圖作為解題之參照，「低圖形結構具體化」的受試 者，則提供急回機構之「3D 組合圖」與「3D 系統圖」工作圖作為解題之 參照。以了解不同分組對急回機構工作圖閱讀與理解之結果的影響。
受試者完成「急回機構工作圖閱讀與理解成就測驗」後，受試者並需 填答該測驗卷內的第二部份之「教材閱讀感受程度」的認知負荷測驗，以 了解不同分組對急回機構工作圖閱讀與理解之歷程果的影響。
最後再從四組中各抽取四人，共計十六人分成八組，在第十四週時進 行「急回機構工作圖閱讀與理解解題歷程」個別之有聲思考與深度訪談，
受試者除了參考三張A3 的急回機構 2D 組合圖和 2D 零件圖外，同時進行 工作圖圖形結構具體化的實驗處理，根據受試者組別之不同，分別提供急 回機構之「3D 動畫」、「3D 實物」、「3D 組合圖」、與「3D 系統圖」工作 圖作為解題之參照，作為深入分析受試者解題思維歷程的行為表現與概念 形成。
參、 實驗變項
茲將本研究的自變項、依變項、及控制變項說明如下。
一、 自變項
本研究之自變項為「工作圖先前知識」和「圖形具體化程度」，依照 測驗分數高低和所參照的圖形具體化程度之不同，分成「高先前知識高圖 形結構具體化組」、「高先前知識低圖形結構具體化組」、「低先前知識高圖 形結構具體化組」、和「低先前知識低圖形結構具體化組」之分組，進行 研究分析。
二、 依變項
本研究之依變項包括：
（一）工作圖閱讀與理解的圖形辨識基礎
「工作圖閱讀與理解的圖形辨識基礎」是由「急回機構工作圖閱讀與 理解成就測驗」中第一部分的測驗題中，受試者在回答問題第1 題至第 17 題所獲得之分數，答對得1 分，答錯為 0 分，總計 17 分。
（二）工作圖閱讀與理解的圖形結構情境
「工作圖閱讀與理解的圖形結構情境」是由「急回機構工作圖閱讀與 理解成就測驗」中第一部分的測驗題中，受試者在回答問題第 18 題至第 34 題所獲得之分數，答對得 1 分，答錯為 0 分，總計 17 分。
（三）對教材閱讀理解的認知負荷
「對教材閱讀理解的認知負荷」是由「急回機構工作圖閱讀與理解成 就測驗」中第二部分「教材閱讀感受程度」的試題中獲得，共計 2 題，分 配在第35 至第 36 題，主要用來了解受試學生在閱讀完「急回機構工作圖」
這份教材後，對這份教材的感受。配分採用李克特七點量尺，依答題選項
「非常容易」或「非常不同意」得1 分，依序遞增，選答「非常困難」或
「非常同意」得7 分，總計最高 14 分，最低 2 分。
三、 控制變項
本研究採用採取以下方法排除可能的干擾變項：
（一）受試者因素
1.兩班級學生因男女生比例懸殊，性別不列為變項操弄。
2.受試學生圖學相關知識及繪圖能力之成就表現偏低，通過機械製圖 等相關之丙級技能檢定僅佔5%，機械製圖科畢業佔10%（8位），93學年度 第一學期期中測驗以電腦輔助機械製圖丙級題目測驗，平均分數34.27分
（總分為100分）。
3.研究者實際參與二班教學活動。研究者本身為高工機械製圖科、和 國立臺灣師範大學工業教育學系學士、碩士畢業，現在為博士候選人，從 事圖學與電腦輔助機械製圖、和圖學相關之解題研究近二十年。
4.兩班學生皆為技術學院四技之新生，研究者分別擔任二班93學年度 第一學期之「機械製圖」課程，教授以AutoCAD2000為繪圖軟體為主之工 作圖課程，和93學年度第二學期之「3D電腦繪圖」課程，以SolidWorks 2004 版為繪圖軟體的課程，彼此已有相處半年之經驗。
Henry effect）及「實驗的處理擴散」（experimental treatment diffusion）等 可能影響實驗效度的因素（王文科，民79，頁555-556），教學授課時以講 解為主，作業以網路繳交為主，採用相同進度與教材，前一班教學並錄音 作為後一班教學內容一致性之參考。
（二）情境因素
本研究受試之兩班的提升工作圖讀圖能力的教學均在正式的「3D電腦 繪圖」課程中實施，皆以原班級教室，都由研究者自己進行教學。
第二節 研究對象
本研究對象包括「高先前知識高圖形結構具體化組」、「高先前知識低 圖形結構具體化組」、「低先前知識高圖形結構具體化組」、「低先前知識低 圖形結構具體化組」技術學院自動化控制工程系四技一年級學生，二班八 十人。
本研究對象分組係根據「工作圖先前知識測驗」之得分高低，得分前 百分之五十的40 人，選為高先前知識組，得分後百分之五十 40 人，選為 低先前知識組，總計高、低先前知識組別之樣本各為40 人。
高、低先前知識之各組再依成績高低給予編號，然後選取奇數者編成
「高圖形結構具體化組」、偶數者編成「低圖形結構具體化組」，所以，本 研究對象之四組「高先前知識高圖形結構具體化組」、「高先前知識低圖形 結構具體化組」、「低先前知識高圖形結構具體化組」、「低先前知識低圖形 結構具體化組」人數各為20 人。表 3-2-1 所示為急回機構工作圖閱讀與理 解成就測驗之樣本人數統計表。
表3-2-1 急回機構工作圖閱讀與理解成就測驗之樣本人數 組別 高先前知識 低先前知識 合計（人）
高圖形結構具體化 20 20 40
低圖形結構具體化 20 20 40
合計（人） 40 40 80
另外，急回機構工作圖有聲思考和深度訪談的受試者，選自前述四組 學生在「工作圖先前知識」測驗中，成績位於該受試組別全體平均數之上 ㄧ個標準差與平均數之下ㄧ個標準差的學生，各抽取有意願之二位受試 者，總計 16 位，依據參照之急回機構工作圖具體化程度，共分成八組，
每組二人，分別為：高先前知識3D 系統圖組、高先前知識 3D 組合圖組、
高先前知識3D 動畫組、高先前知識 3D 實物組、低先前知識 3D 系統圖組、
低先前知識3D 組合圖組、低先前知識 3D 動畫組、低先前知識 3D 實物組。
表3-2-2 所示為急回機構工作圖有聲思考與深度訪談樣本人數之統計表。
表3-2-2 急回機構工作圖有聲思考與深度訪談樣本人數
組別 高先前知識 低先前知識 合計（人）
3D 系統圖 2 2 4
3D 組合圖 2 2 4
3D 動畫 2 2 4
3D 實物 2 2 4
合計（人） 8 8 16
第三節 研究工具
壹、 實驗材料
一、 工作圖相關知識講授教材
本實驗操弄的自變項之ㄧ為工作圖圖形結構具體化。為齊一研究對象 之工作圖讀圖的能力，本研究根據行政院勞工委員會出版的「機械製圖丙 級技能檢定學科測驗參考資料」和「電腦輔助機械製圖丙級技能檢定學科 測驗參考資料」之學科測驗題庫中的八百題選擇题做為教學內容，同時參 考薛廣紅（2004 年 11 月 18 日取自 http://jpkc.lzjtu.edu.cn/material1）的「現 代工程圖學教學大綱」、經濟部中央標準局訂定之中國國家標準（CNS）「工 程製圖」之相關標準規範、French & Vierck（1984）、陳烏土（民 72）、和 李達權、李維華、魏義峰（民91）等人的工作圖相關內容為教材，以及搖 擺機構工作圖的圖樣作為講解該八百題選擇题的教材內容，包括：
（一） 投影原理與正投影視圖
（二） 剖面視圖
（三） 標準零件讀圖
（四） 傳動件讀圖
（五） 尺度標註
（六） 公差、配合、與表面粗糙度
（七） 機械製造與加工概念
（八） 工作圖讀圖程序
二、 搖擺機構工作圖閱讀理解教材
為讓受試學生熟悉正式測驗之工作圖閱讀成就測驗實施方式，另外以 搖擺機構工作圖提供作為受試者實際繪圖之用，該工作圖由受試學生採二 人ㄧ組方式利用SolidWorks 2004 繪圖軟體繪製 3D 零件立體圖，並組合成
3D 組合圖，3D 系統圖，以及利用該軟體附加的 Animator 應用程式，編製 3D 動畫影像檔。但因受限於 AutoCAD 2000 繪圖軟體版權，僅由研究者講 解如何將各零件之3D 立體圖，利用 SolidWorks 2004 繪圖軟體轉換成工程 圖，然後再用AutoCAD 2000 繪圖軟體修改 SolidWorks 2004 之工程圖，以 符合CNS 國家標準之工程製圖規範的 2D 零件圖，以及如何再利用 2D 零 件圖來繪製2D 組合圖。但是這項操作受試者並未實際操弄。
為了解學生對搖擺機構工作圖的理解，編製「搖擺機構工作圖閱讀理 解成就測驗」（如附錄一），本測驗試題採單一選項之選擇題，試題草稿編 製25 道題目，其中 12 題用來評量「圖形辨識基礎」，13 題用來評量「圖 形結構情境」的認知程度，該試題草稿經過 13 位技職校院與產業界專家
（如附錄二）修正並增列題目後，擬訂 30 題單一選項之選擇題題目的預 試卷，由受試學校非受試班級挑選日間部機械系和進修部機械系與自動化 控制系一年級三班學生共計102 人進行預試，經項目分析（如附錄三）後 刪除CR 值未達顯著和鑑別度指數未達 0.30 的五道 題目，編製成「搖擺機 構工作圖閱讀理解成就測驗」正式卷，包括「圖形辨識基礎」12 題，「圖 形結構情境」13 題，共計 25 道題目。該測驗卷庫李信度為 0.764。
該「搖擺機構工作圖閱讀理解成就測驗」施測之前，受試學生需先閱 讀「搖擺機構工作圖教材」（如附錄四），這份教材包括編號 A001 的 2D 組合圖，編號A002 和 A003 的 2D 零件詳圖；以及不同的工作圖圖形具體 化之教材，分別是採用在電腦上顯現搖擺機構工作圖 3D 動畫的高圖形結 構具體化的分離式教材，和採用參照列印出圖的搖擺機構工作圖的低圖形 具體化之3D 組合立體圖的工作圖教材。
貳、 評量工具
一、 急回機構工作圖內涵
為了解閱讀與理解該工作圖所應具備的工作圖相關知能，根據王昭明（民 90）設計「急回機構工作圖閱讀與理解所需具備之知能項目」調查之問 卷，將該急回機構工作圖所應具備的相關知能分為「正投影視圖之識 圖」、「標準元件之識圖與規格」、及「機械加工與機構作動方式之識圖」
等三大類，本研究直接採用其相關之資料作為項目分析之雙向細目表之 用。
該「急回機構工作圖閱讀與理解所需具備之知能項目」調查，經過三 次的Delphi 專家會議，徵詢十五位技專校院機械製圖教師後，其意見經統 計分析（如附錄五），全體人員對「正投影視圖之識圖」、「標準元件之識 圖與規格」、及「機械加工與機構作動方式之識圖」三大類的項目之意見 一致性考驗，其肯德爾和諧係數均達到顯著水準，如表 3-3-1 所示。亦即 Delphi 十五位技專校院機械製圖教師的意見有一致性。
表3-3-1 全體人員對「正投影視圖之識圖」、「標準元件之識 圖與規格」、及「機械加工與機構作動方式之識圖」
三大類的項目之意見一致性考驗分析表 類別 人數 和諧係數 卡方值 自由度 正投影 15 0.635*** 324.046 34 標準元件 15 0.664*** 468.124 47 機構作動 15 0.596*** 393.535 44
*** p<.001
依其重要性選取平均數在4.00 以上的項目，如表 3-3-2、表 3-3-3、及 表3-3-4 所示，提供作為編寫工作圖先前知識之項目分析之參考。
表3-3-2 「正投影視圖之識圖」各項目統計等級分析表 等
級 項 目 平均數 標準差
1 投影法的認識 5.00 0.00
2 組合圖之識圖 5.00 0.00
3 全剖面視圖之識圖 4.93 0.26
4 不加以剖切的零件之識圖 4.87 0.35 5 瞭解零件表之內容（如件數、材質） 4.73 0.46
6 線條粗細之判定 4.40 0.51
7 局部剖面視圖之識圖 4.33 0.49
8 剖面線之識圖 4.33 0.49
9 線條之規格與設定 4.27 0.46
10 隱藏線代表的意義 4.20 0.41 11 幾何形狀之投影（零件外型之判讀） 4.13 0.35
12 虛擬識圖之視圖 4.07 0.59
13 加工成型前輪廓表示法之識圖 4.00 0.65
表3-3-3 「標準元件之識圖與規格」各項目統計等級分析表 等
級 項 目 平均數 標準差
1 外螺紋符號之識圖 4.93 0.26
2 螺孔符號之識圖 4.93 0.26
3 內、外螺紋組合之識圖 4.93 0.26 4 襯套（軸襯）之識圖 4.47 0.64 5 各項標註（件號、其他註解等）之識圖 4.40 0.51
6 公差與配合之判讀 4.40 0.51
7 螺紋組合後粗細線條之識圖 4.13 0.52
8 螺帽之識圖 4.13 0.35
9 螺栓之識圖 4.13 0.35
10 螺釘之識圖 4.07 0.46
11 銷之識圖 4.07 0.46
12 帶輪之識圖 4.07 0.59
13 零件表之相關資料 4.07 0.26
14 標題欄之內涵 4.07 0.26
15 彈簧墊圈之識圖 4.00 0.53
表3-3-4 「機械加工與機構作動方式之識圖」各項目統計等級分析表 等
級 項 目 平均數 標準差
1 配合之標註 4.93 0.26
2 公差之標註 4.87 0.35
3 大小尺度之標註 4.67 1.29
4 位置尺度之標註 4.67 1.29
5 機構作動方式之識圖 4.47 0.52
6 尺度基準之研判 4.33 0.49
7 組合機構拆解組合程序與方法之識圖 4.33 0.49 8 表面符號（加工符號）之識圖 4.27 0.46 9 機製件（含車鉋銑鑽等）之識圖 4.20 0.41
10 材料判定 4.20 0.41
11 尺度安置原則 4.13 0.35
12 零件加工精密度之識圖 4.07 0.26
13 鑄造件之識圖 4.07 0.46
14 銷孔與銷孔相互定位之識圖 4.07 0.46 15 工件特殊處理之識圖 4.00 0.00 16 銷孔與工件配合之尺度位置 4.00 0.53 17 工件需加工與不需加工面之判斷 4.00 0.93
二、 急回機構工作圖閱讀理解成就測驗
為了解受試者在工作圖閱讀理解的成就表現，本研究自編「急回機構 工作圖閱讀理解成就測驗」（如附錄六），編製過程分述如下。
（一） 擬題
本測驗根據急回機構工作圖之內涵，草擬測驗試題 34 題單選項之選 擇題，屬於「圖形辨識基礎」的題目有 17 題，屬於「圖形結構情境」的 題目有17 題。並繪製該「急回機構」之 2D 組合圖與 2D 零件詳圖，共計 三張圖樣（如附錄七），提供作為解答「急回機構工作圖閱讀理解成就測 驗」的參考。
（二） 內容效度
該套「急回機構工作圖」與「急回機構工作圖閱讀理解成就測驗」以
郵寄方式個別寄交13 位技職校院及產業界人士（名單如附錄二），根據工 作或教學實務經驗，以及急回機構工作圖閱讀所需之知能，修正「急回機 構工作圖」，並檢核「急回機構工作圖閱讀理解成就測驗」題目的適切性，
以建立內容效度。對「急回機構工作圖閱讀理解成就測驗」題目，13 位技 職校院及產業界人士給予修正並增列題目後，擬訂39 到試題進行預試。
13 位技職校院及產業界專家，除審查修正「急回機構工作圖」和「急 回機構工作圖閱讀理解成就測驗」外，也同時修正「搖擺機構工作圖閱讀 理解成就測驗」，並且針對二套工作圖進行「搖擺機構工作圖」和「急回 機構工作圖」在讀圖上相似程度（如附錄八）的評估。相關之資料分析見 第四章第三節。
（三） 預試
先請與本研究無關及學生背景與本研究受試者相似之中州技術學院 五位學生進行第一次預試，以計量答題時間，同時與學生就問題內容逐 題、逐項討論，以修正不符合四技一年級學生程度的敘述。
從受試學校非受試班級挑選日間部機械系和進修部機械系與自動化 控制系一年級三班學生共計102 人進行第二次預試，並進行難度、鑑別度、
決斷值、與信度分析。經項目分析（如附錄九）後刪除 CR 值未達顯著和 鑑別度指數未達0.30 的五道 題目，編製成「急回機構工作圖閱讀理解成就 測驗」正式卷，該測驗卷庫李信度為0.809。
「急回機構工作圖閱讀理解成就測驗」正式卷共計有34 題，其中第 1 至17 題屬於「圖形辨識基礎」，第 18 至 34 題屬於「圖形結構情境」。
「急回機構工作圖」中的三套工作圖除依照專家意見修正錯誤或是調 整尺度，以及將零件16 與 17 的直銷改成錐度銷外，皆維持原來結構；不 過有專家建議宜將零件1 中的三個固定螺釘孔處改成凸緣，以利加工並符 合成本效益，將發展成為有聲思考測驗題目。
1. 本工作圖閱讀理解成就測驗以個別解題方式施測，作答時間約 30 分鐘。
2. 記分方式依「對錯題型」處理。
（五） 信度分析
本成就測驗卷將依照第二次預試所得資料建立庫李信度，本「急回機 構工作圖讀圖與理解成就測驗」之庫李信度為0.809。
三、 認知負荷量尺
本研究為了解受試者在「急回機構工作圖讀圖與理解成就測驗」時，
對所提供的工作圖圖形具體化程度的心理認知負荷感，採用 Pass, & Van Merrienboer （1994）、Sweller 等人（1998）、Van Gerven 等人（2001）以 量尺法測量認知負荷的做法，由受試者在讀完教材後對本身在閱讀過程中
「所投入的心理努力」、「感受到的閱讀材料困難度」、等二個向度進行七 點量尺的評定。
認知負荷量表二個題目編排在「急回機構工作圖閱讀與理解成就測 驗」之第二部份「教材閱讀感受程度」，共計二題。
四、 工作圖先前知識測驗
「工作圖先前知識測驗」（如附錄十）由研究者自編，在實施正式之
「急回機構工作圖閱讀與理解」測驗之前一週施測，以作為測量受試者閱 讀能力與分組的依據。
（一） 擬題 1. 題型
本測驗屬於「總結性評量」，目的在評定機械相關科系四技一年級學 生在接受本實驗教材「急回機構工作圖」操弄前所具備的工作圖之先前知 識。題型以多選項之單一選擇題為主，正式測驗之題目共計50 題，每題 1
分，總分為50 分，最高分為 50 分，最低分為零分。
2. 範圍
「工作圖先前知識能力測驗」內容，主要參考正式施測之「急回機構 工作圖」，然後從行政院勞委會公佈之「機械製圖丙級技能檢定學科試題」
和「電腦輔助機械製圖丙級技能檢定學科試題」共計八百題之選擇題裡挑 選出73 題，作為預試題目。
3. 雙向細目表
本「工作圖先前知識能力測驗」之範圍涵蓋「急回機構工作圖」之閱 讀內容，為求命題取樣之平均，難度適中，乃先對閱讀「急回機構工作圖」
所需具內的工作圖內涵進行Delphi 專家會議分析，獲得「急回機構工作圖」
所需具內的工作圖內涵，選取平均數 4.00 以上者為橫軸，並依照 Bloom 的認知領域分類為縱軸，設計雙向細目表（如附錄十一）。
4. 內容效度
根據雙向細目表，從行政院勞委會之技術士技能檢定丙級題庫，選取 機械製圖工與電腦輔助製圖工之職類，從中挑選試題，並委請技專校院、
高工機械製圖科資深教師、和產業界專業人士共計十三人（如附錄二），
根據雙向細目表檢核試卷題目與認知領域分類的適切性。試卷經多位專 家、本研究指導教授、與研究者多次修正，以建立內容效度。
（二） 預試
從實驗學校中州技術學院非研究班級挑選日間部和進修部四技機械 系、自控系一年級三班學生，二專二年級二班，和中部ㄧ所公立科技大學 與北部ㄧ所私立技術學院共計284 人，進行預試，做難度、鑑別度、信度 分析（見附錄十二）。
（三） 實施及計分
本工作圖先前知識測驗以團體方式施測，作答時間 30 分鐘，記分方
（四） 信度分析
本成就測驗卷依照預試所得資料建立庫李信度，庫李信度為.827。
五、 急回機構工作圖有聲思考和深度訪談測驗卷
急回機構工作圖有聲思考和深度訪談測驗卷由研究者自編，提供八組 學生進行有聲思考（thinking aloud）測驗時所使用，藉此探討不同先前知 識與參照不同圖形結構具體化工作圖之八組學生，對急回機構工作圖解題 歷程的行為表現與概念形成的差異。有聲思考測驗共計有五題，第一題為 練習題，目的在讓受試者適應有聲思考的進行方式，不列入觀察。正式測 驗之題目為四題，分別探討動力傳遞概念、平面加工概念、配合概念、和 急回機構整體概念（試卷見附錄十三）。
受試者選取自四組學生在「工作圖先前知識」測驗中成績位於該受試 組別全體平均數之上ㄧ個標準差與平均數之下ㄧ個標準差的學生各二 位，總計 16 位。有聲思考進行的時間不限，由受試者進行閱讀，同時說 出解題的想法。研究者擔任訪談者。研究者將引導受試者口述想法，澄清 其反應的原因，及記錄受試者的反應。整個過程在受試者簽署同意書下透 過錄音來記錄。
六、 急回機構工作圖3D 動畫
本研究利用SolidWorks 2004 繪圖軟體中的 Animator 附屬應用軟體，
繪製急回機構工作圖3D 動畫，如附錄十四，作為提供有聲思考 3D 動畫組，
以及高圖形結構具體化組在進行急回機構工作圖閱讀與理解測驗的參 考。本動畫具有系統組合和運動模擬。
七、 急回機構工作圖3D 組合圖
本研究利用 SolidWorks 2004 繪圖軟體的組合圖功能繪製急回機構工 作圖3D 組合圖，如附錄十五。提供有聲思考 3D 組合組，以及低圖形結構
具體化組在進行急回機構工作圖閱讀與理解測驗的參考。
八、 急回機構工作圖3D 系統圖
本研究利用 SolidWorks 2004 繪圖軟體的組合圖功能繪製急回機構工 作圖3D 系統圖，如附錄十六。提供有聲思考 3D 系統組，以及低圖形結構 具體化組在進行急回機構工作圖閱讀與理解測驗的參考。
九、 急回機構工作圖3D 實物
本研究將急回機構工作圖依照工作圖尺度，製作成比例為1：1 的 3D 實物，如附錄十七。提供有聲思考 3D 實物組，以及高圖形結構具體化組 在進行急囘機構工作圖閱讀與理解測驗的參考。
第四節 實施程序
壹、 測驗編製
在正式施測前，除了廣泛蒐集工作圖相關資料與訪談學生學習工作 圖，以及教師教授工作圖的經驗外，並在預試中與學生就測驗內容編排、
問題陳述、配分等方式逐項討論，作為修正的依據。
貳、 試探性教學
為了解學生工作圖識圖能力，並齊一工作圖閱讀的程度，以及了解工 作圖閱讀與理解的程序，確保實驗的可行性，在正式施測前先以「工作圖 讀圖學習教材」由研究者擔任授課教師，進行班級之試探性教學，講解「搖 擺機構工作圖」內涵並繪製立體圖，以提昇學生對工作圖閱讀的能力。
參、 實施前測
在受試者接受正式實驗前一週由研究者對受試之二個班級實施「搖擺 機構工作圖閱讀與理解成就測驗」，時間為 30 分鐘；之後，再實施 40 分 鐘的「工作圖先前知識測驗」。
然後依據受試者在「工作圖先前知識測驗」成績高低分成「高先前知 識組」與「低先前知識組」二個分組，各組再依成績高低排列編號，選取 奇數學生編成「高圖形結構具體化組」，偶數學生編成「低圖形結構具體 化組」，總計有四組受試者，分別為「高先前知識高圖形結構具體化組」、
「高先前知識低圖形結構具體化組」、「低先前知識高圖形結構具體化 組」、「低先前知識低圖形結構具體化組」，人數各為20 人，作為研究樣本。
肆、 進行正式測驗
正式測驗的時間為第十一週，對受試者實施「急回機構工作圖閱讀與 理解成就測驗」和「認知負荷」之資料蒐集。
本研究進行正式施測的時間是利用受試班級上課的時間，二班上課時 間僅隔一天。施測當天根據所參照的圖形結構具體化程度不同的分組，將 受試者分別安排在二間不同的教室，高圖形結構具體化組在原來上課的電 腦教室測驗，利用教學廣播系統在每台電腦上持續播放急回機構 3D 動 畫，一直到測驗結束，3D 實物因為只有一個，所以安排一位工讀生由第 一位受試者開始傳遞先讓每位受試者操弄 3D 實物，大約 5 分鐘時間，然 後該工讀生即收回 3D 實物站在教室前方講台上，操弄該急回機構的運動 狀況，一直到測驗結束，測驗過程允許受試者提出觀看或操弄該3D 實物，
但沒有受試者提出要求。
另ㄧ組低圖形結構具體化組的受試者被安排在隔壁另外一間電腦教 室，參照3D 組合圖和 3D 系統圖進行測驗。
二組受試者先提供三張A 3 之急回機構 2D 組合圖和 2D 零件圖，以及 根據不同之圖形結構具體化分組之受試者，提供「3D 動畫與 3D 實物」或
「3D 組合圖與 3D 系統圖」之參照圖樣，進行 10 分鐘的工作圖讀圖，然 後再發下工作圖閱讀與理解測驗卷進行30 分鐘的測驗。
伍、 進行工作圖閱讀與理解之有聲思考解題測驗
工作圖閱讀與理解之有聲思考解題測驗日期，安排在「急回機構工作 圖閱讀與理解成就測驗」和「認知負荷」資料蒐集完成後的二週施測。
受試者選取自四組學生在「工作圖先前知識」測驗中成績位於該受試 組別全體平均數之上ㄧ個標準差和平均數之下ㄧ個標準差的學生各二 位，總計16 位受試者，八個分組。16 位受試者分別閱讀三張 A 3 之急回 機構2D 組合圖和 2D 零件圖，並依不同組別給予「3D 組合圖」、「3D 系統 圖」、「3D 動畫」、和「3D 實物」等四種圖形具體化程度不一的工作圖進行 參照解題。
其環境設計有一張A0 大小之製圖桌面，軌道式萬能製圖儀，比例尺，
安裝AutoCAD 2000 及 SolidWorks 2004 應用軟體的筆記型電腦一台，錄音 筆一支，以及教師與受試學生用的桌椅各一張。
學生在解題過程，研究者觀察其解題過程，並鼓勵其採有聲思考解 題，當解題思緒中斷時研究者即時與之進行晤談。受試者解題歷程全程錄 音，作為質性資料分析之用。
陸、 統計與資料分析 一、 量化資料統計分析
「工作圖先前知識能力測驗」、「認知負荷量尺」、「搖擺機構工作圖閱 讀與理解成就測驗」、和「急回機構工作圖閱讀與理解成就測驗」等測驗 數據，以SPSS for Windows 12 版進行分析處理。
二、 質化資料分析
將「急回機構有聲思考測驗」之解題原案，轉譯成逐字稿資料，依質 性資料分析法進行內容分析。
第五節 資料處理
壹、 量化資料 一、 測驗編製
在「工作圖先前知識測驗」、「認知負荷量表」、「搖擺機構工作圖閱讀 與理解成就測驗」、和「急回機構工作圖閱讀與理解成就測驗」等測驗編 製過程中，利用SPSS for Windows 12 版以「t 考驗」求得決斷值（CR 值），
和以「Pearson 積差相關」求得與總分的相關值。並利用 Excel 應用軟體計 算每題的難度、鑑別度指數，和庫李信度。
二、 假設考驗
本實驗為 2（先前知識）×2（工作圖圖形結構具體化）的二因子獨立 樣本設計。二個自變項為先前知識（高或低）及圖形結構具體化（圖形辨 識基礎與圖形結構情境）。三個依變項為對教材閱讀理解的認知負荷、工 作圖閱讀之圖形辨識基礎問題回答的分數、和工作圖閱讀之圖形結構情境 問題回答的分數。資料分析將以 2（高、低先前知識）×2（高、低工作圖 具體化）的二因子變異數分析進行。α 值定為.05。
貳、 質性資料處理
本研究所蒐集的質性資料，依據如下的步驟進行分析：（林奕宏，民 88）
一、 閱讀資料
資料分析的第一步就是把有聲思考的言語資料翻成文字稿。在本研究 中，先將有聲思考的內容謄成逐字稿，並與錄音帶進行比對，以校正逐字 稿與錄音帶內容不符之處。接著重複、多次的閱讀逐字稿並和原受試者討
論逐字稿內容，以熟悉資料內容及類型。
二、 決定分析單位
「分析單位」（unit of analysis）乃是研究者在從事內容分析時，用來 檢視資料的最小範圍；常採用的分析單位有五種：(1)單一的字；(2)句子或 段落；(3)整篇文章；(4)人物；(5)主題（吳明清，民 80，頁 303~304）。
選擇何種分析單位，依資料性質或研究目的而定。在本研究中，解題原案 的分析單位為「受訪者對單一問題的反應」，並配合各題目發展過程時和 預試學生討論及觀察其解題行為所彙整出來的每一道題目所欲探討的概 念，及所欲了解的迷思概念作為分析單位。
三、 建立解題編碼架構
經由「急回機構工作圖有聲思考解題」所獲得的資料，建立工作圖解 題之「有聲思考分析所使用的代號與意義」，以及建立各提所需觀察的行 為概念，和所呈現的迷思概念。
四、 進行歸類
將資料依分析單位有系統地排列，根據其內容進行分類。就解題原案 分析而言，先將受試者對每一題的作答反應依序排列，然後將同ㄧ問題相 似反應歸為ㄧ類。並儘可能去抽離出是否可以將之歸類成先前知識或圖形 結構具體化程度分組。
五、 尋找主題
將分類的結果抽取重複出現的主題，予以命名，以尋求更深層的意 義。同ㄧ問題的作答反應依相似性歸類後，就其相同之處形成主題名稱，
若主題不明確，則進行跨問題間的比較，以釐清主題的特性，同時省思主 題名稱是否合適，是否需修改。
六、 形成類別
聚集意義相似的主題，依主題間的概念形成類別。將意義相近的主題 聚成ㄧ類，再次進行類別的命名；同時對各組所形成的類別之間繼續不斷 的用比較分析法，以探究類別的關聯性及對比性。
七、 描述現象
整合各類別之間的關聯，歸納出對該類別的描述。在本研究中，就八 組學生解題原案形成的各種類別，研究者提出針對該類別現象的描述。
