第三章 研究方法與設計
本章節為介紹進行研究「問題導引式教學」所運用的方法與工具，本 章總共分為兩小節，第一節為研究工作流程設計，第二節為研究工具。
第一節 研究工作設計 一、研究工作流程
圖 3-1 本研究的研究設計與規劃情形如本頁的流程圖
研究流程 流程說明
建立研究目的與探討問題
相關文獻探討
設計問題導引式學習單
進行問題導引式教學
對於受測班級進行調查
資料與數據分析
結果與討論
z 本研究的目的在探討問題導引式 教學的運用與成效。
z 進行相關文獻的探討，了解學生如 何建構科學概念、以及一個成功的 教學法所需具備的特質。
z 依照問題導引式教學的理念，設計 出教學流程與問題導引式學習單。
z 對三個國二班級學生進行問題導引 式教學。
z 利用概念認知綜合評測卷、學習興 趣問卷與課堂現場表現觀察，對於 學生的科學概念學習情形、學習態 度與興趣及參與狀況進行調查。
z 進行資料分析，以及檢視教學成 效。
z 根據所得的結果進行綜合討論，並 提出建議。
二、研究對象
本研究希望瞭解透過問題導引教學模式對於學習的態度、對科學學習 興趣與科學概念的學習的成效。因此筆者採用的研究對象為桃園縣立某國 民中學二年級學生。
1. 國二的學生在此之前未接受過理化的課程，因此相較於國三學生而言較 沒有因為其他教師的教學模式所影響。所以在本教學模式實施下，學生 較不易受到其他教學模式的干擾。
2. 目前國中的學生仍為常態編班，且未受過入學考試的分化。因此中低高 層次的學生都有，是屬常態分布。
3. 實施問題導引教學的學生人數總共三個班級。分別以 A、B、C 班代表，
A 班的學生的學習成就的分佈情形大略呈現常態分佈情形，高分組略差 於其他班級，但是總平均約與其他班級相等。B 與 C 班的學習成就，高 分組與低分組的差距比 A 班大，但是高分組的成績較優於 A 班。此三個 班級合併計算後，成績分佈大約屬於常態分佈。
4. 實驗組人數，共三個班級的學生人數總共 99 人，對於樣本數而言，不會 因為樣本數過少而造成太大誤差。
5. 對照組是由另一教師所授課的兩個班級，人數總共 66 人，實施講述式教 學。
三、研究時間
在進行試驗教學之前，筆者先進行研究的先前工作，時間是國二上學 期，此段期間主要以教師提供問題以及學生討論問題為主，讓學生適應此 教學模式，並且藉此調整教學策略。
正式實施問題導引教學時間，為三月初到五月初，為期約兩個月的時 間。此段期間授課的內容為兩次段考範圍，此階段包含了酸與鹼、反應速
率與平衡、有機化學、力與平衡以及萬有引力等單元，因此不會因為授課 單元的影響而有所誤差。
第二節 研究工具
本研究主要針對的課程單元是為：常見的酸與鹼、酸與鹼的反應、氧 化反應和氧化與還原反應等的相關單元。本研究主要的評量工具有：概念 綜合評測卷、學生發言次數統計、學習興趣調查問卷以及階段成就評量。
一、試驗教學工具
(一) 試驗教學前準備工作
研究在上學期時，要求學生在正式介紹課程時事先自我閱讀課本內 文。在正式介紹課程時，由教師提出一連串與課文相關的問題，讓學生先 行思考這些問題，並且鼓勵他們踴躍的發言與討論問題，最後再由老師或 學生總結問題，將完整的概念作連結。此階段主要是讓學生適應使學生先 行閱讀教材的習慣，並且練習完整的回答問題。
(二) 試驗教學單元
國二下學期開始試驗問題導引式教學對於學習成效的影響，實施的期 間為二個月，教材範圍為酸與鹼、酸與鹼的反應、氧化反應、氧化與還原 反應、有機化合物、力與平衡與萬有引力等。此段時間為二次段考的範圍。
(三) 試驗教學的發展
由文獻探討可知，使學習者產生有意義的學習，首要步驟是引起學生 的注意與興趣，因此此試驗教學的首要步驟為提出與學生自身相關的問 題。再者，將所學習的課程經過解析成為許多的小問題可以幫助學生了解 概念，也因為透過解析的問題具有結構性，且這些問題可讓學習目標更為
明顯。最後，我們提供一個思考性問題來提供學生思考，在文獻探討中也 發現，要使學生產生的概念更加穩固，必須要讓學生再次思考相關的概念。
設計的問題結構如下圖所示，在此以氧化還原的單元為例，其他單元問題 設計亦是如此。
圖 3-2 問題導引式學習單問題結構圖 每到冬天綠色的葉子都漸漸的變成黃色然後掉 落，但是葉子為什麼會變黃枯萎？
沒吃完的食物，很容 易就會酸掉了，為什 麼食物會酸掉？
什麼是氧化作用？
氧化作用與燃燒有什 麼不同？
燃燒時會看到哪些狀 況？
當我們燃燒鈉、鎂、
鐵、鋅，它們的燃燒 情形有什麼不同？
想想看：大部分的金屬放置在空氣中都會氧化，為了減緩 金屬氧化，有什麼方法可以減緩金屬氧化？
俗語說：「真金不怕 火煉」。為什麼真
「金」不怕火煉 呢？其他金屬呢？
什麼是『活性』？
有哪些方法找出金 屬的活性大小？
在實驗中，我們燃 燒一些金屬時，發 現銅燃燒後會變 黑，鎂燃燒相當劇 烈，鋅則是慢慢的 燒紅，你如何比較 出金屬活性的大 小？
1. 使用開放性問題，
且與學生生活相關 的問題，來引起興 趣，也可擴展學生 視野及想法。
2. 一個學習的主題，
可以解析成許多子 主題。
3. 將這些子主題，經 解析後，成為一系列 的問題來讓學生思 考。
4. 此問題具有結構性 與關連性。待思考這 些問題過後，學生可 以學習到整個概念。
5. 使用綜合性問題，
讓學生思考，強化 所學到的概念。並 且使用生活化的問 題將所學到的知識 與生活結合，不致 脫節。
結構說明
(四) 試驗教學流程(流程圖請參閱圖 3-2)
正式進入課程時，先發下問題導引式學習單(見表 3-1，完整的學習單 請見附錄一)，學習單上會先提供一段與學生自身生活有關的文章或是一些 疑問，讓學生能先進行思考，來引起學生的學習興趣。(見流程圖的 Step 1)
之後由教師引導學生討論接下來一系列的問題，並且鼓勵學生發表自 己的意見，並且自我進行建構。另外，透過與同學之間的相互討論之中或 者是教師另外提出問題，使學生從中找出問題的不合理點所在，使學生造 成認知上的衝突。(見流程圖的 Step 2、3)
此後由教師或是學生來總結問題討論的結果，並且由學生自行在學習 單上寫下自己成果，在此過程中學生可再次的將所學習到的概念再次的進 行組織與內化，而此學習單也將成為此單元的總結性評量。(見流程圖的 Step 4、5)
表 3-1 問題導引式教學學習單說明。(完整學習單請見附錄一)
學習單內容說明 學習單內容
以 自 身 有 關 的 例 子 來 引 起 學 生 的 學 習 動 機 與 學 習 的興趣。
我們吃東西的時候常會吃到口味不同的東西，有的酸酸的（如 檸檬）而有些是澀澀的（如小蘇打粉）。為什麼這些食品有的是 酸酸的有的是澀澀的呢？這代表了什麼？
酸與鹼都是我們常見的味覺之一，但是我們常見的味覺還有 鹹、苦、甜、辣等。為什麼我們就僅僅只討論酸與鹼而不去討 論其他的呢？
使 用 一 系 列 的 問 題 來 引 導 學 生 思 考。
1. 你知道檸檬、汽水、肥皂、通水管用的通樂、牙膏、酒精、
礦泉水等，這些物質要怎麼分類？
2. 我們可以使用哪些方式來將上面的物質作分類？
3. 為什麼我們可以使用上面那些方式來分類？所以這些物質 具有哪些特性？
4. 活動 1-3 中，當我們把鎂與貝殼粉丟入鹽酸、氫氧化鈉與水 中，你看到什麼現象？所以我們還可以怎麼分出酸性與鹼性 的物質？
利 用 生 活 的 現 象，將所學到的概 念應用到生活上。
5. 想想看：家裡面的熱水瓶，使用一段時間後都會卡上一層白 色的鍋垢，據研究這些鍋垢多是屬於碳酸鈣或碳酸鎂之類的 物質，而市面上會賣一種清潔劑可以有效對付這類物質，你 能猜猜看這些清潔劑是使用什麼原理來達成清潔的目的？
圖 3-3 教學流程圖
Step 1
發下問題導引式學習單，並 且思考主要問題。
Step 2
提出一系列的問題去引導及 鼓勵學生進行思考，並且和 同學討論。
Step 3
鼓勵學生發表自己心中的想 法與意見，或是提出問題。
Step 4
由教師或是學生做總結，提出 正確的結果。對於學生的錯誤 做出修正。
Step 5
學生填寫學習單，對於本日所 討論的問題再次的進行自我 建構，並作為本日學習的階段 性評量。
此階段問題，可以是廣泛性的問題或是與學生 自身相關的問題，透過此問題讓學生能夠引起 注意，讓學生引起學習動機。
此一系列問題為有結構性的問題，將一個完整 的概念架構分解成數個小階段，透過此一步驟 讓學生在學習時能夠透過一些小挑戰，最後可 以將整個概念完整獲得。
討論的過程中，讓學生自行去解釋問題，如果 有不合理的地方，可以驅使學生進行概念的改 變。
透過概念的折衝，造成認知衝突，教師最後提 出總結，讓學生更清楚理解概念。
經過學習單的填寫，學生可以對於所學的概念 進行強化。
教學流程 教學流程說明
二、評量工具
(一) 概念認知綜合評測卷
1. 本評測卷主要目的是在評量學生對於課程概念的瞭解情形。可以瞭解「問 題導引式教學」對於學生是否引起成效。
2. 本評測卷發展過程，有請學校資深教師提供意見，協助問題設計。編寫 完成後，並請資深教師與專家修改問題並且提供意見。編寫完畢後，有 請同學先行閱讀過，修改用字。再者，兩次評測的試題，經資深老師審 閱後，將難易度調整一致。
3. 本評測卷的問題針對學校教材的課程目標設計問題，教材內容共分十四 個單元(常見的酸與鹼、酸鹼的濃度、酸與鹼的反應、氧化反應、氧化與 還原反應、反應速率、可逆反應與平衡、什麼是有機化合物、常見的有 機化合物、有機聚合物、食品科學、力與平衡、萬有引力)，各單元各設 計問題若干題。
4. 本評測卷的問題的認知層次，筆者將其分類為三類：
(1)知識(knowledge)：經過教學活動之後，學生能記得教材中的重要術語、
基本事實、處理事務的程序，以及原則或是理論的要義等。在評測卷 中此類型的問題以單選題、多選題為主。
(2)理解(comprehension)：能用自己的口語、文字或是其他符號等，把已知的 事實與原理原則等，作成自圓其說的解釋。在評測卷中此類問題會以 問答題的形式出現。
(3)應用(application)：能把學到的抽象概念，一般性的原理原則，使用到特 殊的或具體的情境中。在評測卷中，此類問題可能為多選配合題或問 答題的形式出現。
5. 關於評測卷的製作與題目分析請參閱附錄二。
(二) 段考成績
此測驗主要目的是採用二年級上學期第三次段考的理化成績，作為對 照組與實驗組的前測。
採用段考成績的目的是因為學校段考是由資深教師命題，且由兩位以 上的教師審核過該問題，因此在研究上具有可信度。
(三) 課堂現場表現觀測
主要目的是檢測學生是否在經過問題導引式教學後，課程的參與度、
發言的次數與問題的品質是否提升。課堂現場表現觀測，主要是紀錄學生 的發言情形與次數。使用記錄方式是使用錄音記錄課堂現場狀況，於課後 記錄發言次數。
對於發言的內容可以略分做兩種等級，一是回答簡單問題，如「水解 離之後會產生什麼離子?」，或是詢問「這個問題的 pH 值要如何計算」，此 種主要只是對於題目做回答或發問，且未涉及應用推廣與進階思考。另一 種等級顯示出學生根據課程內容提出延伸問題或是顯示出對問題具較深入 的思考，如「電解質解離後，會不會有正負電相吸引的現象?」或者是「催 化劑一定是純物質嗎？」等類的問題，經過課堂錄音記錄後，將記錄以以 下表格表示。如：
教學階段
編號 回答基本問題次數 具有進階思考的問題次數 A001
(四)學習科學態度調查表
本量表主要目的測量學生在經過問題導引式教學後，學習科學態度的
態度是否有明顯的差異。
本量表參考國內學者鄭湧涇、楊坤原(1995)所發展之「中學生對生物學 的態度量表」、莊嘉坤(1991)所發展的「化學科學態度量表」以及 Kiffer(1997) 之撰寫量表的程序進行編寫，並且參考相關的論文加以修正。編寫過程有 請專家提供意見，協助量表的題目設計，以提高量表之效度。在測量前先 選定數位同學進行前測，前測後由同學反應之意見進行題目修改，提高量 表效度。最後完成量表之編制。
本量表共分三個向度來規劃設計，分別為：
1. 對科學價值之評價：量測學生對科學這門知識的看法。
2. 對學習科學的喜好：量測學生在學習科學的過程中，參與的意願與是否 喜歡花時間學習。
3. 對參與科學探討活動的意願：量測學生對參與科學探討及其他相關探討 活動的觀念及態度。
量表總計有二十四題，每個向度八題，備註標記反向為反向題，題號 則為在量表上之題號。本量表採取團體施測的方式，作答時間為三十分鐘，
每一題各選一個選項在量表後的方格打勾。量表的正向題答「非常符合」、
「大部分符合」、「還算符合」、「大部分不符合」、「非常不符合」者，分別 給五、四、三、二、一分，反向題者，則分別給一、二、三、四、五分，
其內容如下表：(學習態度問卷調查表請參閱附錄三)
表 3-2 學習科學態度調查表題目簡介
向度 題號 題目 備註
1 我很少收看 Discovery 之類有關科學的電視節目 反向 4 我會試著用知道的科學觀念來解釋生活上的現象
7 我喜歡閱讀報紙或書籍上有關科學類的文章
10 我認為不見得每個人都應該學習科學知識 反向 13 對我來說學習科學知識是很有趣也很有幫助
16 人類目前的重大問題，如全球增溫、溫室效應等問題，
是無法依賴科學來解決的 反向
19 學習科學並不能增加我們解決問題的能力 反向 對科
學價 值的 評價
22 我覺得花時間來研究科學是值得的
2 我在學習科學的過程中遇到問題，很少去請教他人 反向 5 上理化課時，我常無法專注的聽課。 反向 8 我在學習科學過程中遇到問題我會努力獲得解答
11 遇到不懂的科學問題，我會和同學討論
14 我不會花時間和同學討論科學問題 反向 17 我會為了學習科學而上網找資料
20 我不常思考和科學有關的問題 反向 對學
習科 學的 喜好
23 我很期待理化課的到來
3 我喜歡主動蒐集有關科學方面的資料
6 對我來說，上理化課能不作實驗是最好的事。 反向 9 我喜歡觀察四周環境中有關自然科學的事物
12 我認為對於自然現象的解釋一定要經過實驗驗證
15 如果有機會我也不願意參加科展活動 反向 18 實驗時，我比較喜歡看同學做，而不喜歡自己動手。 反向 21 我討厭參加類似自然科學營的活動。 反向 對參
與科 學探 討活 動的 意願
24 我很喜歡跟同學一起作實驗。
