-24-
第三章 實習課程內容、教材與教學過程設計
本章以高雄市立高雄高工電機科二年級乙班為對象,研究在電子 學實習課程中,以傳統教學法及電腦輔助教學法進行教學,學生在學 習成效上之差異。在開始實施實習課程之前,先對班級學生實施學科 前測,以瞭解其先修課程所學程度,再依前測成績做 S 型分配常態分 組,然後進行分組教學與實驗。課程結束後,實施學科後測、術科測 驗與學習態度評量問卷,作為分析學習成效差異之依據。
3.1 實習內容
本研究實習課程的內容,乃依據教育部課程發展委員會所頒佈的 職業學校電機電子群課程綱要而定[11]。同時參考國內主要出版社發 行的電子學及電子學實習教科書[23-32],並配合電子學課程的上課進 度,選出合適的內容與教材。實習單元包括:電阻與電容耦合串級放 大電路、直接耦合串級放大電路、達靈頓電路、場效電晶體的認識與 測試、場效電晶體的偏壓電路、反相放大器與反相器電路、非反相放 大器與電壓隨耦器電路、電壓和放大器與加法器電路、電壓差放大器
(差動放大器)與減法器、微分器及積分器電路、主動濾波器電路、比 較器電路、相移振盪器電路、史密特觸發電路、方波產生電路、三角 波產生電路。為使學生明確了解各單元的重點,將各實習時數與學習 目標彙整如表 3.1 所示。
-25-
表 3.1 不同電子學實習課程單元之授課時數與學習目標
單元名稱 學習目標 授課節數
電阻電容耦合串級放大 電路
1.瞭解串級放大的耦合方式
2.瞭解電阻電容耦合串級放大器的特點
3
直接耦合串級放大電路 1.瞭解直接耦合串級放大器的特點 2
達靈頓電路
1.瞭解達靈頓電路之特性 2.探討達靈頓電路之應用
3.瞭解以電晶體驅動繼電器的方法
4
場效電晶體的認識與測 試
1.認識場效電晶體的種類 2.瞭解場效電晶體的特性
3.能以三用電表測試、判斷接面場效電 晶體的接腳
5
場效電晶體的偏壓電路 實驗
1.瞭解接面場效電晶體的常用偏壓電路 4
反相放大器與反相器電 路
1.認識運算放大器的特性 2.認識運算放大器的規格 3.瞭解反相放大器與反相器
2
非反相放大器與電壓隨 耦器電路
1.瞭解非反相放大器 2.認識電壓隨耦器
2
電壓和放大器與加法器 電路
1.瞭解電壓和放大器 2.認識加法器
1
電壓差放大器(差動放大 器)與減法器實驗
1.瞭解電壓差放大器(差動放大器) 2.認識減法器
1
微分器及積分器電路
1.瞭解微分器的工作原理 2.瞭解積分器的工作原理
2
-26-
表 3.1 不同電子學實習課程單元之授課時數與學習目標(續)
單元名稱 學習目標 授課節數
主動濾波器電路
1.認識濾波器的功用
2.瞭解用運算放大器組成的主動濾波器
3
比較器電路
1.瞭解比較器的工作原理 2.探討比較器的基本應用電路
1
相移振盪器電路
1.瞭解放大器加上足夠大的正回授即可 成為振盪器
2.瞭解相移振盪器的工作原理
3
史密特觸發電路
1.瞭解史密特觸發器的特性
2.探討用運算放大器組成的史密特觸發 器
3
方波產生電路
1.瞭解方波產生器的功能
2.探討用運算放大器組成的方波產生器
3
三角波產生電路
1.瞭解三角波產生器的動作原理 2.觀察三角波產生器的輸出波形
3
在不同實驗教學方式實施前,必須先瞭解學生在一年級及二年級 上學期專業科目與實習科目的知識程度,才能進行常態分組(包括傳 統教學組(控制組)及加入電腦軟體模擬教學組(實驗組)。所以本 研究開始即針對電機科學生在二年級上學期所學知識和技能,包括電 子學Ⅰ及電子學實習Ⅰ進行學科前測,實施方式為筆試。其中在知識 方面,電子學施測的內容包含概論、二極體、二極體之應用電路、雙 極性接面電晶體、電晶體直流偏壓電路、電晶體放大電路等;此外在
-27-
技能方面,電子學實習施測的內容包含基本儀表操作、二極體之特性 及應用電路、截波電路及箝位電路、雙極性接面電晶體之特性、電晶 體直流偏壓電路、電晶體之交流小信號分析等實驗。學科前測施測完 成之後,接著將施測學生採常態分配分成兩組,以確定控制組與實驗 組在先修知識與技能方面無顯著差異。如此即可以客觀的角度,檢視 不同教學法的學習成效。
為比較控制組與實驗組的學習成效之差異,施測包含電子學實習 與電子學的課程內容,分別進行兩次的學後評量,學科後測與術科後 測。學科後測的施測內容以本學期電子學實習課程內容為主,例如串 級放大器特性用途與優缺點、場效電晶體的認識與相關偏壓電路、運 算放大器相關應用電路與其輸出波形、基本振盪電路與其輸出波形等。
藉由本次學科後測,來分析兩組學生的學習成效是否有顯著差異。術 科後測的施測內容以電子學實習所學之相關技能為主要目標,包含電 阻電容耦合串級放大電路、直接耦合串級放大電路、達靈頓電路、場 效電晶體的認識與測試、場效電晶體的偏壓電路、反相放大器與反相 器電路、非反相放大器與電壓隨耦器電路、電壓和放大器與加法器電 路、電壓差放大器(差動放大器)與減法器、微分器及積分器電路、主 動濾波器電路、比較器電路、相移振盪器電路、史密特觸發電路、方 波產生電路、三角波產生電路等。經由術科後測評量,可瞭解學生的
-28-
實作技能是否有顯著差異。經由後測的結果來分析經過不同教學法的 兩組學生,在電子學實習課程中知識與技能的學習成效。提供教學者 教授方式的瞭解與檢討,以期能夠提高教學品質。此外除了學科前測、
後測、及術科後測外,對學生進行學習態度量表的問卷調查,瞭解在 知識、情意及技能三方面的結果。
3.2 實習教材
在研究中,電子學實習課程所需教材包含:教科書、電腦輔助電 路模擬軟體、以及模擬軟體操作教學相關書籍。教科書以教育部審定 合格的電子學實習課本為主,內容包含學習目標、相關知識,實習步 驟及注意事項,使學生能夠在課前預習掌握學習重點,並提供電路圖、
波形圖及各項測量參考數據,以提升教師教學的效率與成果驗證,並 由學生親自動手完成電路。藉由課本上的波形與數據,和實作結果相 互對照與探討。研究中所用電子學實習及電子學教科書如文獻 23 及
25。
在電路模擬軟體方面,選用 TINA 軟體作為教學輔助工具,此軟 體可以完整的呈現模擬電子學實習課程中各單元的電路與實習結果,
此外還能跟實際設備與電路相互參照。而學生所使用的電腦模擬軟體 上課講義,係參考教科書內容編選而成,其內容包含:電腦模擬軟體
-29-
的介紹與使用教學、各種電路元件的選用與參數設置、電路圖的繪製 方法、模擬功能的時間與參數設定,相關量測元件的選用等。在教學 過程中,利用個人電腦與教學廣播軟體經由教師示範,使學生較能輕 易的獨立操作,減少其對電腦模擬軟體的陌生與緊張感。
3.3 教學成效檢測
本研究之教學成效檢測行包括:基礎專業能力學科前測、電子學 實習專業能力學科後測、電子學實習專業能力術科後測、傳統教學法 學後態度量表,以及加入電腦模擬軟體教學法學後態度量表等。
3.3.1 基礎專業能力學科前測
基礎專業能力學科前測的目的是為了瞭解學生在二年級上學期 所學的相關知識及基礎專業技術的程度,且利用前測的成績做 S 型常 態分配,將學生分為實驗及控制兩組,使這兩組學生在進行電子學實 習課程前的先修專業知識及學生程度無顯著差異。學科前測試題根據 職業學校電機科的課程標準,在二年級上學期所教授的專業知識編選 而成。本前測試卷採用專家效度,經過高雄高工電機科教師群研擬,
並與指導教授討論後,先設計出一份預試試題,接著以高雄高工電機 科三年級 40 位學生為預試對象,預試驗結束後進行試題的統計與分 析,按照鑑別度指標(Discrimination Index,D 值)以及難度指數
-30-
(Difficulty Index,P 值)來篩選合適的題目,將難度過高或是鑑別 度不佳的題目刪除,選出具鑑別度且難度適中的最佳 40 題。在進行 試題的鑑別度指標分析時,先確定高分組與低分組,分數排名在總人 數之前 27%為高分組,在後 27%為低分組,以高分組各題的答對百 分率減掉低分組各題的答對百分率為每題的鑑別度指標,如式 3.1 至 式 3.3 所示[33]:
PH =
𝑅
𝐻𝑁
𝐻 (3.1)PL =
𝑅
𝐿𝑁
𝐿 (3.2)D = PH - PL (3.3) 其中
PH:高分組答對百分率 RH:高分組答對人數 NH:高分組人數
PL:低分組答對百分率 RL:低分組答對人數 NL:低分組人數 D :鑑別度指標
-31-
鑑別度指標在 0.4 以上為非常優良,0.3 到 0.39 為優良,0.2 到 0.29 為尚可但須修改,0.19 以下為鑑別度不佳的題目必須刪除,如表 3.2 所示[33]。前測試題優先選用鑑別度指標高的試題,而鑑別度指 標較低的試題則檢查是否有題目設計不佳等問題,若題目設計沒有問 題,而此題又是測試學習成效之重要試題,則此題予以保留[34]。所 有試題經鑑別度指標篩選後若適合的題目未超過 40 題,則回到試題 編寫,並對新的題目再進行預試;若試題已達 40 題,則對所選試題 進行如式(3.4)所示之難度分析:
P = 𝑅
𝑁
(3.4) 其中P:試題難度指標 N:全體受試人數 R:該題答對人數
表 3.2 鑑別度的評鑑標準表
鑑別度指標 試題評鑑
0.40 以上 非常優良
0.30~0.39 優良,如能修改更好 0.20~0.29 尚可,尚須修改 0.19 以下 劣,需刪除
-32-
難度指數以趨近 0.5 的題目為最佳,並刪除過於困難或過於簡易的試 題,藉由鑑別度指標與難度分析之後,選取最適宜的 40 題試題,成 為基礎專業能力學科測驗前測量表(如附錄三)。
基礎專業能力學科前測的計分方式採非對即錯,測試題目為同質 性,所以此前測試卷信度符合可採用內部一致性方法中的庫李方法 [33]。
3.3.2 電子學實習專業能力學科後測
專業能力學科後測的目的,主要是為了瞭解學生經過一個學期電 子學實習課程教學後,電子學實習專業能力的學習成效,並將實驗組 及控制組兩組學生相互比較,在學習成效方面,是否有顯著差異。學 科後測試題根據職業學校電機科的課程標準,施測內容包含電阻電容 耦合串級放大電路、直接耦合串級放大電路、達靈頓電路、場效電晶 體的認識與測試、場效電晶體的偏壓電路、反相放大器與反相器電路、
非反相放大器與電壓隨耦器電路、電壓和放大器與加法器電路、電壓 差放大器(差動放大器)與減法器、微分器及積分器電路、主動濾波器 電路、比較器電路、相移振盪器電路、史密特觸發電路、方波產生電 路、三角波產生電路等。本後測試卷採用專家效度,經過高雄高工電 機科教師群研擬,並與指導教授討論後,先設計出一份預試試題,接
-33-
著以高雄高工電機科三年級 40 位學生為預試對象,預試結束後進行 試題的統計與分析,按照鑑別度指標以及難度指數來篩選合適的題目,
將難度過高或是鑑別度不佳的題目刪除,選出具鑑別度且難度適中的 最佳 40 題。在進行試題的鑑別度指標分析時,先確定高分組與低分 組,分數排名在總人數之前 27%為高分組,在後 27%為低分組,以 高分組各題的答對百分率減掉低分組各題的答對百分率為每題的鑑 別度指標,如式(3.1)。學科後測試題優先選用鑑別度指標高的試題,
而鑑別度指標較低的試題則檢查是否有題目設計不佳等問題,若題目 設計沒有問題,而此題又是測試學習成效之重要試題,則此題予以保 留。所有試題經鑑別度指標篩選後若適合的題目未超過 40 題,則回 到試題編寫,並對新的題目再進行預試;若試題已達 40 題,則對所 選試題進行如式(3.2)所示之難度分析。難度指數以趨近 0.5 的題目為 最佳,並刪除過於困難或過於簡易的試題,藉由鑑別度指標與難度分 析之後,選取最適宜的 40 題試題,成為基礎專業能力學科後測測驗 卷。基礎專業能力學科後測的計分方式採非對即錯,測試題目為同質 性,所以此後測試卷信度符合可採用內部一致性方法中的庫李方法。
-34- 3.3.3 電子學實習專業能力術科後測
專業能力術科後測的目的,主要是為了瞭解學生經過一個學期電 子學實習課程教學後,電子學實習專業術科能力的學習成效,並將實 驗組及控制組兩組學生做相互比較,在學習成效方面,是否有顯著差 異。術科後測試題根據職業學校電機科的課程標準,施測內容包含電 阻電容耦合串級放大電路、直接耦合串級放大電路、達靈頓電路、場 效電晶體的認識與測試、場效電晶體的偏壓電路、反相放大器與反相 器電路、非反相放大器與電壓隨耦器電路、電壓和放大器與加法器電 路、電壓差放大器(差動放大器)與減法器、微分器及積分器電路、主 動濾波器電路、比較器電路、相移振盪器電路、史密特觸發電路、方 波產生電路、三角波產生電路等。本後測之計分採多重計分,因此使 用克朗巴賀α係數檢驗術科後測的信度。
3.3.4 學後態度問卷量表
本研究在學後態度問卷中採用 Likert 五點量尺設計,在每一題問 卷題目後面都有〔非常符合〕、〔符合〕、〔無意見〕、〔不符合〕、〔非常 不符合〕等五個選項,而每個選項計分依序為 5 分、4 分、3 分、2 分、1 分,並將問卷題目依認知、情意、技能分成三個向度,由學生 依照自己本身的學習態度及意見勾選最適合的項目。本問卷採用專家 效度,經研究生與指導教授討論及修改後,完成此問卷內容(如附錄 六)。
-35-
3.4 不同教學法之實施
在完成相關測試之後,進行電子學實習分組教學,在教學過程中 為了消除不必要的差異,兩組皆採用相同的教科書、上課內容、上課 進度及相同的後測量表。在進行分組教學之前,學生已經依照前測成 績進行 S 型分配常態分組,分為傳統教學組(控制組)及加入電腦模 擬輔助教學組(實驗組),使得兩組學生在先修知識上並無顯著差異。
根據教育部所頒佈的課程標準,在一班超過三十人的狀況下,實習課 同時由兩位教師教授,實際上課時程如表 3.2 所示。
表 3.2 電子學實習上課時程表 週次 上課日期 組別 教學內容
1 2/11
未分組
課程介紹與回顧 實施前測
2 2/18
3 2/25 控制組 電阻電容耦合串級放大電路 直接耦合串級放大電路 達靈頓電路
4 3/4 實驗組
5 3/11 控制組 場效電晶體的認識與測試 場效電晶體的偏壓電路 6 3/18 實驗組
-36-
表 3.2 電子學上課時程表(續)
7 3/25 控制組 反相放大器與反相器電路
非反相放大器與電壓隨耦器電路 電壓和放大器與加法器電路 8 4/1 實驗組
9 4/8 控制組 電壓差放大器(差動放大器)與減法器 微分器及積分器電路
主動濾波器電路 比較器電路 10 4/15 實驗組
11 4/22 控制組 相移振盪器電路 史密特觸發電路 方波產生電路 三角波產生電路 12 4/29 實驗組
13 6/3 控制組
實施學科後測 實施術科後測 14 6/10 實驗組
15 6/17 控制組
實施學後態度量表問卷 16 6/24 實驗組
完成常態分組之後課程先由控制組開始,由第三、五、七、九、
十一、十三、十五週,時間為每週二的第二節到第七節課,共六節課
300 分鐘。第二、四、六、八、十、十二、十四、十六週由實驗組進 行課程。控制組的上課時間分配,由上課教師先進行 50 分鐘教學內 容、操作要點及儀表使用的講解與示範,該組學生利用 200 分鐘進行
-37-
實際操作與接線,最後 50 分鐘則實施問題討論與心得分享,並完成 實習報告,上課時程如表 3.3 所示。實驗組的教學方式與控制組差別 在於第二週課程介紹 TINA 電路模擬軟體的使用者介面與操作方式,
之後的每週教學中,上課教師先用 50 分鐘的時間講解該週的上課內 容、注意事項及相關參數設定,接著學生用 100 分鐘的時間進行電路 模擬軟體的操作,回到傳統接線方式,以 100 分鐘進行實際電路的接 線與量測並與電路模擬軟體的結果相互對照,最後 50 分鐘進行結果 分析與問題討論並比較實際接線與電腦模擬的結果差異與完成實習 報告,如表 3.4 所示。兩組學生都排在課程的最後二週進行學科後測、
術科後測與學習態度量表問卷。
-38-
表 3.3 控制組實驗時程
時間 上課內容
第二節
教學內容、操作要點及 儀表使用的講解與示範
第三節
學生實際操作接線與 量測數據波形 第四節
第五節
第六節
第七節
問題討論與心得分享及 撰寫實習報告
-39-
表 3.4 實驗組實驗時程
節次 上課內容
第二節
教學內容、操作要點講解與示範 電腦輔助模擬軟體的操作與解說
第三節 電腦模擬軟體的操作與量測
實習結果輸出與報告 第四節
第五節 學生實際操作接線與
量測數據波形 第六節
第七節
問題討論與心得分享及 撰寫實習報告
-40-
3.5 不同教學法成效之假設
完成試題編選,在進行教學實驗之前,為了比較不同教學法間的 學習成效,故對於兩種教學法在專業能力學科測驗、專業能力術科測 驗及學後態度問卷擬定下列虛無假設(Null Hypotheses)如下:
1.傳統教學法與加入電腦輔助軟體教學法在專業能力學科測驗無顯 著差異。
2.傳統教學法與加入電腦輔助軟體教學法在專業能力術科測驗無顯 著差異。
3.傳統教學法及加入電腦輔助軟體教學法在學後態度問卷情意向度 無顯著差異。
4.傳統教學法及加入電腦輔助軟體教學法在學後態度問卷認知向度 無顯著差異。
5.傳統教學法及加入電腦輔助軟體教學法在學後態度問卷技能向度 無顯著差異。