第参章 研究方法
本章分成七小節：第一節說明研究設計，第二節介紹研究場所，第三節介紹 研究對象，第四節說明研究工具，第五節敘述參觀流程，第六節為資料收集，第 七節是資料分析。
第一節 研究設計
本實驗採準實驗研究設計，將三個七年級的班級隨機分配，分別為實驗組 A、
實驗組 B 和對照組，以下分成研究設計與研究流程兩個部份介紹。
一、研究設計
本研究是針對不同學習單的導覽功能進行研究，因此給各組不同的學習單來 導覽展示品的操作，實驗組 A 使用的是含有「展品位置」 、 「動動腦」和「原理說 明和操作方式」的學習單(A)，實驗組 B 使用的是含有「展品位置」和「動動腦」
的學習單(B)，對照組使用的是僅有「展品位置」的學習單(C)，各組使用的學習 單項目如表 3-1 所示，其中「展品位置」是為了幫助學生找到該展示品。
表 3-1 各組使用的學習單及其項目
組 別 使用的學習單 學習單項目
實驗組 A 學習單(A) 展品位置、原理說明、操作方式和動動腦 實驗組 B 學習單(B) 展品位置、動動腦
對照組 學習單(C) 展品位置
在學生參觀科教館的前一週，先進行「學習成就測驗」的前測，進入科教館 參觀，於操作完四個展示品後，立刻進行後測，以及填寫「展示品操作問卷」，
依據學生填寫的學習單和問卷內容，再輔以晤談、「追蹤學習單測驗」和「追蹤
展示品操作問卷」，進一步了解學生的想法。
二、研究流程
本研究的進行分成預備階段和正式施測兩個階段，研究進行流程如圖 3-1。
資料收集 研究場所選擇
展示品分析與選擇
研究工具設計
預試
進入研究現場 研究工具增修
資料分析
撰寫研究論文 研究工具設計
資料收集
資料分析 預
備 階 段
正 式 施 測
相 關 文 獻 查 詢
學習單(初稿)
學習成就測驗
學習單(修改)
展示品操作問卷
學習單
展示品操作問卷
晤談
追蹤學習單測驗
追蹤展示品操作問卷
第二節 研究場所
本節先敘述選擇國立台灣科學教育館（以下簡稱「科教館」）為研究場所的 原因及該館的背景，再說明選擇「拋物面反射」 、 「傳聲管」 、 「光的三原色」和「透 鏡實驗台」等四個展示品的原因及其內容。
一、研究場所的介紹
（一）選擇科教館的原因
科教館原址在台北市南海路植物園旁，於民國 93 年搬遷至士林現址，研究 者選擇台北科教館的原因有下列幾點：
1.研究者居住於北部，就地利之因素考量，選擇北部的科教館較方便進行研究。
2.相較於科教館旁的天文館，於民國 86 年開放至今已 11 年，相關研究大都以此 為研究場所，因此選擇目前較少被從事研究的科教館進行。
3.由於科教館搬遷至現址才 4 年，館內設施非沿用舊館而是擴大規模，因此有許 多需要改善之處，希望本研究結果能提供館方做為參考。
4.為了可以配合學校的校外教學或大團體的參觀，科教館的場地設計，是可以同 時容納較多人，共同參觀或操作同一個展示品，換句話說，學生有較多討論的 機會，而不是匆匆一瞥，除知識的學習外，也能提升其它技能。
5.研究者任教的學校於暑期學藝活動最後一天，會帶所有七年級的學生至科教館
參觀，實施至今已四年，希望能找出提升學生學習成效的方法，並將研究結果
提供校方做參考。
（二）科教館的介紹
科教館於民國 93 年才搬遷至士林區基河段的新館，展示面積較舊館大上將 近 20 倍。館內的展示場分成常設展和特展兩部份：常設展位於三樓至六樓，展 示內容包含生物、健康教育、物理、化學、地球科學和數學等領域，每年變動不 多，僅做局部修改；特展的內容及位置不固定，每年幾乎都會有不同的主題。
本實驗於五樓「物質科學展示區」進行，該區詳細的展示內容可見表 3-2，
包含科學發現步道、科學遊戲的世界、奇妙的物理世界和奇妙的化學世界四個區 域，內容皆與國中理化課程相關，選擇位於「奇妙的物理世界」內，「拋物面反 射」 、 「傳聲管」 、 「光的三原色」以及「透鏡實驗台」等四個展示品讓學生動手操 作，以下依序以展品一、展品二、展品三和展品四稱之，詳細內容將於後面介紹。
表 3-2 五樓「物質科學展示區」內容
區 域 展 示 內 容 展 品 細 目
1.科 學 發 現 步 道 西 歐 及 中 國 的 偉 大 科 學 家 。
費 米、查 兌 克、波 耳、愛 因 斯 坦、
拉 塞 福、蒲 朗 克、侖 琴、馬 克 斯 威 爾 、 巴 斯 卡 、 阿 基 米 德 等
2.科 學 遊 戲 的 世 界 力 量 和 運 動 等 。
球 的 運 動、迴 轉 儀、飄 浮 在 空 中 的 球、運 動 的 軌 跡、連 續 動 作 影 像 攝 影、立 薩 如 圖、共 振 擺、滑 梯 的 摩 擦、拋 射 運 動、滑 輪 起 重 機 、 等 。
3.奇 妙 的 物 理 世 界
電 氣 和 磁 場 、 光 和 聲 音 、 能 源 、 電 子 技 術 、 從 微 觀 到 宏 觀 世 界 等 。
殘 留 映 像 、 人 力 發 電 、
拋物面反 射
、傳聲管
、光的三原色
、透鏡實 驗台
、鐵 耳 明 式 電 子 樂 器、火 花 放 電、真 空 放 電、迴 轉 磁 場、簡 單 電 路 遊 戲、電 磁 感 應、槓 桿 原 理、牛 頓 劇 場、法 拉 第 劇 場 等 。4.奇 妙 的 化 學 世 界
物 體 的 性 質 和 結 構 、 物 質 的 變 化 等 。
化 學 反 應 及 方 程 式 、 氧 化 與 還 原、生 活 中 的 化 學、火 焰 中 的 花 園、化 合 及 分 解、溶 液、水 溶 液、
原 子 的 構 造 、 拉 瓦 節 劇 場 等 。 註：展品細目中粗斜體且下方畫線者，為本實驗選擇的展示品。
二、展示品的介紹選擇
（一）展示品的選擇
科教館的各項展示品中，與國中教材相關的有物理、化學、生物、地球科學、
健康教育和數學等六個領域，由於研究者本身是理化老師，因此從物理和化學兩 個領與來選擇：從現場展示品的呈現方式發現，化學方面的展示品，因某些化學 藥品具危險性，需由科教館的老師導覽講解時，才從櫃子中取出，較不適合學生 自行操作；物理方面的展示品，雖由導覽老師講解較能清楚原理，但受限於時間 和人數，學生無法一一親自動手操作相當可惜，畢竟有些實驗因場地太小或價格 太高等，是無法在學校內進行操作的。
基於上述考量，選擇物理方面的展示品，以聲音與光兩個單元為主，符合吸 引學生興趣、能親自操作且危險性較低的原則，且對七年級的學生而言概念較適 中，可以讓學生自己從操作中學習基本知識。另外，為避免有部分學生先修八年 級相關的自然課程，而干擾研究結果，因此選擇「拋物面反射」 、 「傳聲管」 、 「光 的三原色」和「透鏡實驗台」四個展示品為主題進行研究，校內與「光」和「聲 音」有關之概念，於八年級自然課程的第三章和第四章才會學到，屬於第二次段 考的範圍，學生在暑期先修的機率很低。
（二）展示品的介紹
「拋物面反射」 、 「傳聲管」 、 「光的三原色」和「透鏡實驗台」等四項展示品，
皆位於科教館內 5 樓奇妙的物理世界中，展品和展品之間相隔約 3~5 公尺，以下 分別介紹現場的硬體設備和展示板內容：
1.硬體設備
(1)展品一：拋物面反射
現場有兩個的黃色拋物面，相距約 20 公尺，如下頁圖 3-2 所示，拋物面為
金屬材質，中央凸起的位置有一個金屬圓圈，觀眾可對著它說話或聽話，亦可將
拋物面於水平方向上自由轉動。另外，在兩個拋物面旁各有一個展示板，說明拋 物面的相關原理和操作方式，兩邊展示板的內容完全相同。
圖 3-2 「展品一：拋物面反射」之現場硬體設備照片 (2)展品二：傳聲管
現場有兩根柱子，相距約 20 公尺，柱子上面各有六個紅色和白色的話（聽）
筒，分別標示 1、2、3、4、聽和說，每個話（聽）筒的背後各自連接不同顏色的 金屬管，先向上延伸再向左（右）延伸，於兩根柱子之間的上方與另一方的話（聽）
筒連接，如圖 3-3 所示，人可以從金屬管的下方經過，抬頭即清楚可見管子的連 接方式。另外，在兩根柱子的話（聽）筒旁各有一個展示板，說明傳聲管的相關 原理和操作方式，兩邊展示板的內容完全相同。
圖 3-3 「展品二：傳聲管」之現場硬體設備照片 (3)展品三：光的三原色
現場有紅光、綠光和藍光三座獨立的光源，各自有按鈕控制開關，如下頁圖
3-4 所示，可選擇所要的色光打至前方白色的牆上，並自由旋轉作色光的混合，
上，說明光的三原色相關原理和操作方式，另有一張「電磁波波譜」位於黑色布 幕內，並以黃色鹵素燈照之。
圖 3-4 「展品三：光的三原色」之現場硬體設備照片 (4)展品四：透鏡實驗台
透鏡實驗台位於大階梯下方，是被三面牆壁圍著的獨立空間，展品包含光源 箱、透鏡及白色的屏幕三個部分，其中光源箱和布幕是固定的，只有透鏡可以沿 著軌道移動，如圖 3-5(a)所示，軌道全長約 160 公分，並有一開關控制光源的亮 暗，光源箱前方有一幅倒立彩色的風景圖（原來的長約 5 公分，寬約 4 公分），
在屏幕上可呈現正立放大的圖片，如圖 3-5(b) ，是容易從操作中看見的。另外，
在右方的牆上有展示板說明相關的原理。
(a) (b)
圖 3-5 「展品四：透鏡實驗台」之現場硬體設備照片
2.展示板內容
每個展品的展示板均包含原理說明、操作方式和小常識三個部份，其中原理 說明還分為中文和英文兩部分，中文說明以文字和圖形同時呈現，英文說明只有 文字；操作方式位於「聽 HEAR」或「看 LOOK」的可掀式布幕下方，以圖 3-6 和 圖 3-7 為例說明之，需將布幕掀起方可見到內容，否則只能看到小常識。各個展 示品的展示板詳細內容，在本章第四節與學習單(A)一併敘述與討論。
(a)未掀開布幕 (b)掀開布幕 圖 3-6 「展品一：拋物面反射」之操作方式呈現
(a)未掀開布幕 (b)掀開布幕
第三節 研究對象
本節從研究對象的背景、研究對象的選取和班級內的分組三方面敘述：
一、研究對象的背景
研究對象來自桃園縣龍潭鄉的一所縣立國中（以下以「快樂國中」稱之），
全校校共 45 班，是屬於中型學校。該校雖非法定的偏遠學校，但因學生家庭社 經背景不高，家長職業多為勞工階級，且交通不是很便利，因此極少與桃園市區，
甚至台北市區接觸，接受外界自然科學相關展示的刺激更是微乎其微。快樂國中 在民國 94 年起為了拓展學生視野，配合縣府經費補助，開始辦理科教館的參觀 活動，至今已邁向第四年，僅第一年的補助費用較高，第二年起學生自費的部分 就逐年增加，校方為了讓學生多與都會區的資訊交流，仍努力爭取各方經費，讓 此項活動能順利成行。
二、研究對象的選取
配合快樂國中參觀科教館的行程，本研究選擇七年級的學生為研究對象，該 校七年級採常態分班。將學生的國文、數學與自然段考成績進行統計分析，選擇 三個在此三個科成績沒有顯著差異的班級進行施測，其在校五次段考成績的平均 見表 3-3，班級人數和男女生的比例見下頁的表 3-4。
研究過程採隨機分派對象的方式，分別為實驗組 A、實驗組 B 和對照組，各 組參與實驗之學生人數：實驗組 A 有 32 人、實驗組 B 有 29 人以及對照組有 27 人，總共 88 人。
表 3-3 各組在校段考成績
組 別 國 文 數 學 自 然 總分 實驗組 A 68.3 52.7 62.6 183.6 實驗組 B 66.7 56.0 63.1 185.8 對照組 68.6 52.0 59.4 180.0
表 3-4 各組男生和女生的人數和比例
人數 N (百分比％) 組 別
男生 女生 合 計
實驗組 A 16 (50.0) 16 (50.0) 32 實驗組 B 13 (44.8) 16 (55.2) 29 對照組 18 (66.7) 9 (33.3) 27 合 計 47 (53.4) 41 (46.6) 88
三、班級內的分組
操作展示品的過程是以小組方式進行，配合時間和展品數目的安排，每個班
級必須分成 7~8 個小組，每個小組約 3-4 人，不限制性別及在校成績的高低，採
自由選擇組別的方式，但會參酌該班導師的意見，將不適宜同組的學生做局部調
整。
第四節 研究工具
本研究中使用的工具有五項：學習成就測驗、學習單、展示品操作問卷、追 蹤學習單測驗和追蹤展示品操作問卷，其中學習單分成學習單(A)、學習單(B)和 學習單(C)，展示品操作問卷分成展示品操作問卷(A)和展示品操作問卷(B)，以 下分別敘述其內容、信度和效度。
一、學習成就測驗
學習成就測驗是本研究用來評量學生學習成效的工具，學生參觀科教館前進 行前測，操作完展示品再實施後測，前測和後測題目完全相同，詳細的試題內容 請見附錄一。
1.內容
前測和後測的目的是要評量學生在操作展示品前後，對於四個展示品相關概 念的了解之變化，題目由研究者自編，內容來自與四個展示品相關的基本知識、
操作過程會觀察到的現象以及參考學生在八年級的自然課程即將學到的內容，總 共 20 題的單選題，雙向細目表見下頁表 3-5，其中 8 題屬於知識層次，10 題屬 於理解層次，2 題屬於應用層次，測驗時間約 20 分鐘。
2.信度
將此測驗進行內部一致性的信度檢驗，預試時的α值為 0.71，正式施測時的 α值前測為 0.52，後測為 0.61，一致性不高的原因可能有二：一是因為測驗內 容包含四個不同展示品的概念；二是預試時的學生變異與正式施測時不同。
3.效度
題目發展的過程為研究者初步編製完成後，先在指導老師的小組討論中，請
科教所的同學幫忙修正，再對快樂國中 38 位八年級學生（已學過光和聲音的概
念）施測，請學生詳細閱讀詞句以利文字敘述的修正，修正之後選擇與樣本同樣
背景的 26 位七年級學生進行預試，最後請三位專家學者幫忙審定，建立專家效 度，一位是具科教專長的博士，另外兩位則是具有科教背景的國中自然科（理化）
教師，於 20 題的題目中，有 17 題三位專家一致認同，2 題則是其中一位認為需 修改，1 題是有兩位都認為需修改，審核意見詳見附錄二。
有 4 個題目做較大幅度的修改：第 6 題因為學生不懂「手電筒構造」的敘述，
因此除了文字上的增修，還附上圖形讓學生能更清楚題意；第 9 題則是將「在管 內主要的傳遞路徑」之字體加粗及畫上雙線之底線以凸顯其重要性；第 11 題的 選項「白」因無人作答，故換成「藍」 ；第 16 題有專家認為應加上「入射角不等 於零的情況下」之字眼，為避免學生不懂入射角的定義，因此整個題目重新修正。
表 3-5 學習成就測驗的雙向細目表
認知層次 學習內容
知識 理解 應用 1.聲音遇到障礙物會折返的現象，稱為「反射」。 1
2.平行的聲音遇到凹面反射後，聲音會聚集。 2
3.平行的聲音經由拋物面反射後會聚集於「焦點」。 3 4.拋物面之間若有人走動，聽到的聲音會變小。 4
5.拋物面的功能是可以聚集光線並使之平行射出。 6
6.聲音遇到人體，會因部分被吸收，而使音量減小。 5 7.聲音碰到金屬等較硬的物體，被反射的比被吸收的多。 7
8.反射定律為「入射角＝反射角」。 8
9.傳聲管是利用聲音在管內不斷地反射而傳至遠處。 9
10.傳聲管可以是非直線的形式。 10
11.紅光和綠光混合後為黃光。 11
12.紅光、綠光和藍光混合後為白光。 12
13.我們看到蘋果是紅色，因為蘋果會反射紅光進入眼睛。 13
14.太陽光是由多種顏色的光組成。 14
15.光的混色是愈來愈亮，與顏料的混合不同。 15
16.光經過透鏡會產生偏折的現象，稱為「折射」。 16
17.凸透鏡與凹透鏡的外觀差異。 17
18.凸透鏡能會聚光線，凹透鏡能發散光線。 18
19.知道凸透鏡的成像可能倒立放大及倒立縮小。 19 20.明瞭透鏡的某部分被遮住時，大小不變而亮度變暗。 20 註：表格內的數字為題號。
二、學習單
學習單的目的是要評量學生在不同項目導覽下在填答問題之學習效果有何 差異，因此將學習單分成學習單(A)、學習單(B)和學習單(C)三種（請見附錄三、
附錄四和附錄五） 。學習單(A)包含「展品位置」 、 「原理說明和操作方式」和「動 動腦」三個部份，學習單(B)是取自學習單(A)中的「展品位置」和「動動腦」兩 個部份，學習單(C)則是取自學習單(A)的「展品位置」，因此以下僅介紹學習單 (A)的發展流程，以及三種學習單的編碼規準。
（一）學習單(A)的發展流程
以下從學習單(A)的整體內容、詳細內容、信度和效度四個方面說明：
1. 整體內容
學習單(A)的包含「展品位置」、「原理說明和操作方式」和「動動腦」三個 部份：
(1)展品位置
將各個展示品的位置詳細描述，並附上展示品的照片，以協助學生找到該展 示品的位置。
(2)原理說明和操作方式
原理說明是依據每個展示品相關的基本知識、操作過程中會觀察到的現象，
參考現場展示板內容，並配合學生在八年級的自然課程即將學到的內容，加以改 編而成；操作方式主要是引導學生操作展品的順序。
(3)動動腦
動動腦是參考原理說明和操作方式的內容，在每個展品設計五個問題讓學生
回答，前四題較明確，依照展品的內容有所不同，可經由觀察或動手操作、參考
原理說明或結合日常生活經驗動腦思考等方式找出正確答案，而在每個展品第五
題均是相同的開放性問題，要學生填寫「在操作過程中，你還學到了什麼？或是 有發現其他現象呢？」。
2.詳細內容
本研究是希望以問題導向的方式，引導學生在操作或閱讀原理的過程中自行 建構出相關知識，因此在「動動腦」問題的設計上，內容與「原理說明」 、 「操作 方式」和「日常生活」等方面皆有相關，類型則是部份為開放性問題、部份為閉 鎖性問題。以下依序呈現四個展示品在「現場展示板」的內容及上述「步驟 4.
修改後的學習單(A)」內容，並逐一說明「原理說明」 、 「操作方式」和「動動腦」
三個項目上改編的用意及結果。
(1)展品一：拋物面反射 ○
1原理說明
「拋物面反射」的原理說明在現場展示板與改編後的學習單(A)有三點的不 同，如下頁表 3-6 所示：一是文字與圖形的結合，原展示板的圖形並未明確指出
「焦點」的位置；二是減少專有名詞，即刪除拋物面的介紹，希望學生可以將重 心擺在聲音會「反射」的概念；三是刪掉應用的例子，改放在後面「動動腦」部 份，讓學生自己從生活經驗中去思考。
○
2操作方式
「拋物面反射」在學習單(A)的操作部份與現場展示板的不同，如下頁表 3-7
所示，除了將動作解說較仔細外，還增加 3.和 5.兩個步驟：前者是希望學生觀
察在不同的情形下，聽見的聲音會如何變化，同時也可自己想一想原因；後者是
要讓學生了解強調聲音的可逆性質。主要是希望學生不僅能聽見聲音，還能發揮
觀察與分析思考的能力。
表 3-6 展品一在現場展示板和學習單(A)的「原理說明」內容
原 理 說 明現 場 原 展 示 板 的 說 明
學 習 單 (A)
的 說 明
展示的兩個黃色金屬面稱為「拋物面」，它的特色是聲音平行入射拋物面後，
會反射並聚集在一點，此點稱為「焦點」，如圖二所示，B 點即為拋物面的焦點。
若從焦點 A 發出聲音，如圖一所示，經拋物面反射後的聲音會平行射出。
主軸
A B
主軸圖一 圖二
若能有效地結合這兩個拋物面，可將聲音平行傳到遠方並聚集於一點。即一 人站在 A 點面對拋物面說話，經拋物面反射後，可在 B 點清楚地聽見聲音。
表 3-7 展品一在現場展示板和學習單(A)的「操作方式」內容
操 作 方 式現 場 原 展 示 板 的 說 明
表 3-7（續） 展品一在現場展示板和學習單(A)的「操作方式」內容
操 作 方 式學 習 單 (A)
的 說 明
1.兩人一組，分別站在兩個拋物面的前面；
2.對準拋物面中央突出的金屬圓圈處，一人用嘴巴小聲說話，另一人在另一個 金屬圓圈用耳朵聽，轉動拋物面至聽得較清楚的位置；
3.仔細觀察中間是否有人經過時，聽到的聲音有什麼不同；
4.人和拋物面都不動，原來說話者換成用耳朵聽，原來用聽的改用嘴巴說，兩 人交換說和聽的角色，再試試；
5.拋物面不動，說話者不要對著金屬圓圈，如：站在走道旁或面板旁，試試看 能否小聲說話依然讓對方聽見。(注意：離開拋物面不要超過 1 公尺)
○
3動動腦
「拋物面反射」的動動腦內容可見表 3-8，第 1 題和第 3 題是呼應操作方式 的 1.~3.；第 2 題則是希望帶出原理說明中拋物面和焦點的關係；第 4 題是要學 生將原理與操作結合；第 5 題和第 6 題則是希望學生與日常生活結合。在參考專 家的意見及考量時間和資料分析後，刪除第 1 題和第 5 題，因為學生需正確操作 出第 1 題方能回答第 2 題至第 4 題的問題，而第 5 題的答案可經由第 4.題的圖形 知道，展品一最後使用的五個問題為 2.3.4.6.7.。
表 3-8 展品一在現場展示板和學習單(A)的「動動腦」內容
動 動 腦學 習 單 (A)
的 內 容
1.請寫下可清楚聽見對方說話的聲音時，分別是在哪個位置「說」和「聽」？
2.展示品中的「金屬圓圈」和「拋物面」有什麼關係嗎？
3.兩拋物面間若有人在走動，你聽到的聲音有何不同？為什麼？
4.若站在金屬圓圈 C 前說話，可在金屬圓圈 D 清楚聽見。
請在下圖中畫出：「聲音從 C 到 D 的傳播路徑」
(C 和 D 為金屬圓圈)
C
D黃色拋物面 黃色拋物面
5.一般人說話時，聲音會擴散到四面八方，對方就聽不清楚，對著拋物面說話時，
反射後的聲音會聚集還是發散呢？請說說你的原因。
(2)展品二：傳聲管 ○
1原理說明
「傳聲管」的原理說明見表 3-9，現場展示板中的文字並沒有將圖形詳加說 明，因此改編後的學習單(A)將以圖為中心介紹三個概念：一是刪除空氣傳遞聲 音為疏密波的抽象概念，僅強調空氣是傳聲的介質；二是增加聲音碰到硬的物體 與軟的物體之差別；三是從學生較熟悉的反射概念介紹反射定律。換句話說，與 展品一相同的是，將重心擺在聲音的「反射」上，避免學生在段時間內需皆收過 多的專有名詞，也刪除應用的例子，改放在後面「動動腦」部份。
○
2操作方式
「傳聲管」在學習單(A)的操作部份見下頁表 3-10，除了將現場展示板上 1.
和 2.的動作解說較仔細外，還增加兩個步驟：一是強調聲音的可逆性，與展品一 呼應；二是要學生仔細去觀察傳聲管背後的結構，而不是僅止於「聽」，同時也 代替現場展示板上的 3.和 4.中，淺藍色組的操作，讓學生自行觀察現象。
表 3-9 展品二在現場展示板和學習單(A)的「原理說明」內容
原 理 說 明現 場 原 展 示 板 的 說 明
表 3-9（續） 展品二在現場展示板和學習單(A)的「原理說明」內容
原 理 說 明學 習 單 (A)
的 說 明
人在說話時，聲音會向四面八方散開，可藉由空氣、水或其他介質傳送到各 個地方。若聲音碰到其他物體，一部分會被反射，一部分會被吸收。遇到較硬的 物體，被反射的聲音比被吸收的聲音多；遇到較軟的物體，被吸收的聲音比被反 射的聲音多。
物體表面
入射線 法線 入射角 反射角 反射線
A B
圖一 圖二 圖一表示聲音碰到某個物體表面被反射的情形：
垂直物體表面的直線稱為「法線」。
聲音入射的方向稱為「入射線」，入射線與法線的夾角稱為「入射角」。 聲音反射的方向稱為「反射線」，反射線與法線的夾角稱為「反射角」。 聲音在反射的過程會遵守「入射角＝反射角」的關係。
圖二是一個金屬製的「傳聲管」，在 A 處小聲說話，在管中可經多次反射傳 至 B 處，每次的反射均符合「入射角＝反射角」的關係，我們可以利用這樣的方 式將聲音送至較遠的地方。
表 3-10 展品二在現場展示板和學習單(A)的「操作方式」內容
操 作 方 式現 場 原 展 示 板 的 說 明
學 習 單 (A)
的 說
展品的簡圖如下頁「動動腦 3.」，A 柱子和 B 柱子上各有 6 個聽(話)筒，標 示：「1、2、3、4、聽和說」，抬頭可見上方有不同顏色的金屬管連接兩邊的聽 筒與話筒。
1.兩人一組，分別站 A 柱子和 B 柱子前面，一位同學在 A 柱子前方對著 1 號話 筒小聲說話，另一位同學在 B 柱子前方找到可以清楚聽見聲音的聽筒；
2.二人均不動，不改變話筒和聽筒，原來說話者換成用耳朵聽，原來用聽的改 用嘴巴說，兩人交換說和聽的角色，再試試；
○
3動動腦
「傳聲管」的動動腦內容見表 3-11，第 1 題和 2 題是呼應操作方式的 1.~4.；
第 3 題則是要學生將原理與操作結合，了解反射定律；第 4 題和第 5 題是希望學 生與日常生活結合。在參考專家的意見及考量時間和資料分析後，將第 1 題的後 半部和第 4 題刪除，展品二最後使用的五個問題為 1.2.3.4.6.。
表 3-11 展品二在現場展示板和學習單(A)的「動動腦」內容
動 動 腦學 習 單 (A)
的 內 容
1.請找出 A 柱子上的聽筒和 B 柱子上的話筒是如何對應的？你是怎麼知道的 呢？
2.聲音只能從 A 柱子傳到 B 柱子，還是也可以從 B 柱子傳到 A 柱子呢？為什麼？
3.若連接 A 柱子和 B 柱子間的金屬管如下圖所示，聲音是如何從 A 柱子的話筒 傳到 B 柱子的聽筒？請直接在圖中畫出「聲音在金屬管中的傳遞路徑」。
A 柱子
1 3 2
4 說 聽
B 柱子
4.經由傳聲管聽見的聲音與直接在耳邊講話聽見的有何不同？為什麼？
再和經由兩個拋物面傳的的聲音相比，何者較清楚？為什麼？
5.傳聲管可以應用在日常生活中的哪些地方呢？試舉出一些例子，並說明原理。
6.在操作過程中，你還學到了什麼？或是有發現其他現象呢？
(3)展品三：光的三原色 ○
1原理說明
如表 3-12 所示，現場展示板與改編後的學習單(A)有兩點的不同：一是從色 散現象介紹色光，並讓學生明白每天抬頭可見的太陽光是由多種顏色組成；二是 刪除顏料的混合及光譜的圖形，希望學生能專注在光的三原色上，顏料的混合可 從日常生活經驗去建構，因而將它擺在「動動腦」部分。
表 3-12 展品三在現場展示板和學習單(A)的「原理說明」內容
原 理 說 明現 場 原 展 示 板 的 說 明
表 3-12（續） 展品三在現場展示板和學習單(A)的「原理說明」內容
原 理 說 明學 習 單 (A)
的 說 明
太陽光經過三稜鏡可分為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等多種顏色，如圖一所 示，此現象稱為色散，可證明太陽光不是單一顏色的光。
紅色 藍色
綠色
圖一 圖二
多種的色光中，紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)稱之為光的三原色，如圖二所 示，光的三個原色可以兩個或三個一起混合成不同顏色的光，例如：紅光和綠 光混合會變成黃光，紅光、綠光和藍光混合會變成白光。
在這多采多姿的世界裡可以看見各種顏色的物體，主要是因為物體會發出 光線或是反射光線進入我們的眼睛。例如：紅蘋果呈現紅色，是因為光照到它 時，會反射紅光進入我們的眼睛，而其他顏色的光會被吸收。
我們在電腦或電視的液晶螢幕上能夠見到許多色彩，就是由紅光、綠光和 藍光這三個色光依不同的比例混合，且同時射入我們的眼睛。
○
2操作方式
如表 3-13 所示，學習單(A)在操作部份將現場展示板上的動作解說較仔細，
同時希望學生仔細觀察比較，看清楚兩個色光重疊到三個色光重疊的現象，而查 覺出色光的混合有愈來愈亮的趨勢。
表 3-13 展品三在現場展示板和學習單(A)的「操作方式」內容
操 作 方 式現 場 原 展 示 板 的 說 明
表 3-13（續） 展品三在現場展示板和學習單(A)的「操作方式」內容
操 作 方 式學 習 單 (A)
的 說 明
1.將「紅光」、「綠光」和「藍光」單獨打至牆上，分別觀察光的顏色；
2.將「紅光」和「綠光」同時打至牆上，觀察兩者重疊處的顏色；
3.將「綠光」和「藍光」同時打至牆上，觀察兩者重疊處的顏色；
4.將「藍光」和「紅光」同時打至牆上，觀察兩者重疊處的顏色；
5.將「紅光」、「綠光」和「藍光」同時打至牆上，觀察三者重疊處形成的顏色。
○
3動動腦
動動腦的部份，如表 3-14 所示，第 1 題是呼應操作方式；第 2 題要學生將 原理與操作結合；第 3 題是希望學生從生活經驗回想；第 4 題和第 5 題則是原理 與日常生活經驗的結合。在參考專家的意見及考量時間和資料分析後，刪除第 1 題的後半部和第 5 題，展品三最後使用的五個問題為 1.2.3.4.6.。
表 3-14 展品三在現場展示板和學習單(A)的「動動腦」內容
動 動 腦學 習 單 (A)
的 內 容
1.不同色光混合的結果會是什麼顏色？你是怎麼知道的呢？
2.光的混合過程有什麼特色嗎？請記錄於下表中。
3.用水彩調色，是否能混和出和色光一樣的結果呢？請寫出你的經驗。
4.我們見到的芭樂是什麼顏色？為什麼呢？
5.在電腦或電視的液晶螢幕上看到的「白色」畫面，是直接打出單一白光的結 果？還是由不同顏色的光混合而成？請寫下你的看法，並說明原因。
6.在操作過程中，你還學到了什麼？或是有發現其他現象呢？
(4)展品四：透鏡實驗台 ○
1原理說明
如表 3-15 所示，現場展示板與改編後的學習單(A)有六點的不同：一是以表 格方式比較凸透鏡與凹透鏡的差別，並加上文字描述不是外觀的凹凸，而是玻璃 的厚薄位置；二是簡單地介紹折射現象，讓學生了解透鏡成像的原因；三是以凸 透鏡為例，結合圖形說明聚光的性質，以及焦點和焦距等專有名詞；四是說明實 像和虛像的差別；五是刪除凸透鏡的成像作圖，希望學生能由實際操作中自行建 構；六是刪掉應用的例子，避免學生一次學到過多內容造成認知負荷。
表 3-15 展品四在現場展示板和學習單(A)的「原理說明」內容
原 理 說 明現 場 原 展 示 板 的 說 明
表 3-15（續） 展品四在現場展示板和學習單(A)的「原理說明」內容
原 理 說 明現 場 原 展 示 板 的 說 明
表 3-15（續） 展品四在現場展示板和學習單(A)的「原理說明」內容
原 理 說 明學 習 單 (A)
的 說 明
透鏡有凸透鏡和凹透鏡兩種，其外觀和性質如下表所示：
凸透鏡 凹透鏡
種類
雙凸透鏡 凹凸透鏡 平凸透鏡 雙凹透鏡 平凹透鏡 凸凹透鏡
外觀 中間的玻璃較旁邊厚 中間的玻璃較旁邊薄
性質 可將光線會聚 可將光線發散
透鏡為什麼可以會聚光線或發散光線呢？主要是因為光經過不同的透光物 質，會因傳播速率不同而發生偏折，此現象稱為「折射」，圖一即為光從空氣進 入玻璃的行進方向。
光的行進方向
玻璃 空氣
主軸 ( 焦點
) F
2F F 2F
(平行光) 凸透鏡
f(焦距)
圖一 圖二
如圖二所示，垂直通過凸透鏡中心點的直線稱為「主軸」，平行主軸的光線 經透鏡折射後在透鏡的另一側會交於一點，我們稱此點為「焦點(F)」，透鏡中心 至焦點的距離稱為「焦距(f)」。
依據物體擺放位置與透鏡焦距的關係，可呈現不同性質的像：
1.由實際光會聚而成且可在屏幕上成像者稱為「實像」，
不是由實際光線會聚而成且無法在屏幕上成像者，但由鏡面可看到的像，稱 為「虛像」；
2.像可能「放大」也可能「縮小」，可能「正立」也可能「倒立」。
○
2操作方式
如下頁表 3-16 所示，學習單(A)在操作部份主要是將現場展示板上的動作解
說較仔細外，還增加 1.、3.、4.和 5.四個步驟：1.是希望學生自己動手去感受
凸透鏡是中間後旁邊薄的鏡片；3.也是藉由學生動手操作，發現透鏡有一半被遮
住時，成像依然完整，只是像會變得比較暗，這是學生常見的另有概念；4.是帶
學生在現場時會去探索的動作，他們會用自己的眼鏡近視眼鏡實驗；5.則是明確
的告知學生還有一個縮小的實像，需細心觀察方能看出來。
表 3-16 展品四在現場展示板和學習單(A)的「操作方式」內容
操 作 方 式現 場 原 展 示 板 的 說 明
學 習 單 (A)
的 說 明
(圖三為本展品的簡圖)
1.動手摸摸看透鏡的中間與旁邊厚度有何差異；(可和自己的近視眼鏡比較) 2.開啟電源，調整透鏡的位置，直到屏幕上的圖片清楚為止，仔細比較屏幕上
形成的圖片與燈箱前方原來的圖片有何不同；
3.用紙板遮住透鏡的上半部、下半部或中心，看看成像有什麼變化；
4.將自己的近視眼鏡放在透鏡前方，看看成像有什麼變化；
5.移動透鏡的位置到距離滑軌尾端(靠近屏幕的一方)約 1~2 公分處，張大眼睛 仔細在屏幕上找到另一個清楚的圖片；仔細比較這個位置的圖片與步驟 1 的 差別。
圖三
像距
物距 燈箱
(前方有一張風景圖片)
透鏡的滑軌 透鏡
屏幕
○
3動動腦
動動腦的部份，如下頁表 3-17 所示，第 1 題和第 2 題是希望帶出原理說明
中透鏡的種類及特色，同時與日常生活會用到的近視眼鏡結合；第 3 題是呼應操
作方式的 2.和 5.；第 4.是呼應操作方式的第 3.，第 5.~6.則是要學生將原理與
日常生活結合。在參考專家的意見及考量時間和資料分析後，刪除第 5 題和第 6
題，同時將第 1 題和第 2 題的題目修正為明確地指出透鏡的厚薄，避免學生產生 凹凸的另有概念。展品四最後使用的五個問題為 1.2.3.4.7.。
表 3-17 展品四在現場展示板和學習單(A)的「動動腦」內容
動 動 腦學 習 單 (A)
的 內 容
1.本展品使用的透鏡是屬於哪一種透鏡？它的特色是什麼？
2.試試你們戴的近視眼鏡是屬於哪一種透鏡？它的特色是什麼？
3.調整透鏡的位置，當屏幕上的圖片清楚呈現時，請記錄「物距」、「像距」及
「像的性質」於下表中。依照表中的數據，你有什麼發現？
(註：找到 1 個清楚的圖片，就記錄 1 組數據，找到 2 個記錄 2 組，依此類推…) 4.用紙板遮住透鏡的下半部，屏幕上的像會有什麼變化？為什麼呢？
5.將你的近視眼鏡放在透鏡與屏幕之間，屏幕上的像會有什麼變化？為什麼？
6.本展品使用的透鏡可應用在日常生活中的哪些地方呢？試舉出一些例子。
7.在操作過程中，你還學到了什麼？或是有發現其他現象呢？
2.信度
依據第二部分學習單的編碼規準，請兩位國中自然科（理化）教師，將所有 的學習單進行編碼，評分者信度為 0.96。
3.效度
學習單(A)的發展流程較繁雜，主要分成五個步驟，可見下頁圖 3-8：
(1)研究者初步編製完成學習單(A)後，先在指導老師的小組討論中，請科教所 的同學幫忙修正並提供意見。
(2)將修正後的學習單(A)，拿給兩位學生（一為高成就，一為低成就）逐字閱 讀其內容，請他們說出看不懂的地方，或直接說出應該怎麼寫比較容易懂。
(3)接著，帶七位學生（四位男生和三位女生，且不同於前面的二位同學）至科 教館先以學習單(C)進行現場操作，並依據學生填寫的答案和操作的情形進 行訪談，再將前項修改後的學習單(A)，請學生於展示品旁逐字閱讀其內容。
(4)將學習單(A)修正後，帶另外八位學生（男生和女生各四位）至科教館進行
現場操作，並在一旁記錄操作的時間，操作完立即根據學生填寫的答案和操
作的情形進行訪談。
（以上找的十七位學生皆為快樂國中與樣本同樣背景的七年級學生。）
(5)將再次修正的學習單(A)，請三位專家幫忙審定，一位是具科教專長的博士，
另外兩位則是具有科教背景的國中自然科（理化）教師，審核意見請詳見附 錄六。
一、研究者初步編製學習單(A)：
在指導老師的小組中討論
二、找二位學生：
逐字閱讀修正後的學習單(A) 修正學習單(A)
再修正學習單(A)
三：帶七位七年級的學生至現場：
1.先以空白的學習單進行現場操作
2.依據學生的作答情形和現場操作進行訪談 3.再於展品旁逐字閱讀學習單(A)
五、請三位專家審定
四、再帶八位不同於前面七位的七年級學生至現場：
1.以修正後學習單(A)進行現場操作
2.依據學生的作答情形和現場動作進行訪談
再修正學習單(A)
再修正學習單(A) 再修正學習單(A)
學習單(A)的最後版本
（二）學習單的編碼規準
編碼規準是為了分析學生填寫的學習單，將學生填寫的答案進行分類而需具 備的標準，依據此標準將學生的文字敘述轉成量化數據，可用於實驗組與對照組 間的比較分析。
本實驗使用的學習單編碼，是依據正確的物理概念，分成「正確」 、 「部分正 確」、 「錯誤」和「空白」四種類型，參照 TIMSS 的分類方式，分別以數字「2」 、
「1」、「7」和「9」表示，進一步將每個類型加以細分成更小的類型時，在後面 再加上一個數字以區別。
編碼規準是由研究者參考學生的答案及文獻的判準初步編製，依據此判準先
從學生的學習單中先挑出 20 份進行編碼，接著用同樣的編碼規準，針對同樣 20
份學習單，請另一位國中自然科（理化）教師（科教所畢業）進行編碼，對照兩
人的編碼結果，將不一致的編碼修正編碼規準分類的方式及說明。最後請三位專
家幫忙審定答案類型的分類，建立專家效度，一位是具科教專長的博士，另外兩
位則是具有科教背景的國中自然科（理化）教師，修改結果即為最後編碼規準的
版本，完整內容請見附錄七。
三、展示品操作問卷
展示品操作問卷目的是想了解學生在操作過程及使用學習單的情形，因此依 據使用的學習單不同，而分成展示品操作問卷(A)和(B)兩種，實驗組 A 使用展示 品操作問卷(A)，實驗組 B 和對照組使用展示品操作問卷(B)，詳細的問卷內容請 見附錄八和附錄九。
1.內容
展示品操作問卷(A)共有 19 個問題，其中 13 題為單選題，6 題為複選題，再 將其中的 13 題挑出，製成展示品操作問卷(B)。問卷內容包含三方面：一是學生 閱讀現場展示說明的情形；二是學生使用研究者設計之學習單的情形；三是學生 在四項展示品的收穫程度。
2.信度
將此問卷進行內部一致性的信度檢驗，展示品操作問卷(A)的α值為 0.86，
展示品操作問卷(B)的α值為 0.58。另外，從實驗組 A、實驗組 B 和對照組各找 5 位學生，於離開科教館後一段時間，分別再次填寫展示品操作問卷(A)或(B)，進 行重測信度的檢驗，將 15 位學生前後填寫的結果進行相關分析，展示品操作問 卷(A)為 0.82，展示品操作問卷(B)為 0.86。
3.效度
展示品操作問卷(A)的發展是依據本研究提出的待答問題，參考 15 位快樂國
中的學生於預試時在現場操作時的觀察內容，由研究者初步編製後，先在指導老
師的小組討論中，請科教所的同學幫忙修正，再對上述 15 位學生進行施測，並
加以修正，最後請三位專家學者幫忙審定，建立專家效度，一位是具科教專長的
博士，另外兩位則是具有科教背景的國中自然科（理化）教師，於 19 題的題目
中，有 16 題三位一致認同，3 題則是其中一位認為需修改，有做部分修正，審核
四、追蹤學習單測驗
分析實驗組 A 和實驗組 B 填寫的學習單(A)和學習單(B)時，從學生的作答情 形發現了一些問題，因此另外設計一份「追蹤學習單測驗」，進一步了解學生的 想法，以下敘述其內容、信度和效度。
1.內容
從學習單(A)和學習單(B)中發現三個現象：一是學生遇到畫圖題的空白率很 高；二是學生回答解釋原因的表現不佳；三是學生的觀察能力亦不夠完整。為了 瞭解學生在這三方面作答情形不佳的原因，在學生離開科教館後的兩週，先找每 個小組的一位學生進行半結構式的晤談，參考學生的回答和學習單上有作答的內 容，設計一份「追蹤學習單測驗」 ，內容共有 8 題，是將學習單(A)和學習單(B) 的動動腦問題中，答題情形不佳的題目改以勾選的方式，讓學生再次回答相同的 問題，選項來源則是將學生在學習單上有作答的類型整理而得，即學習單的編碼 規準中之作答類型。施測時間是在學生離開科教館約兩個月後，且於學生尚未學 到相關單元之前，在校內進行對所有三組的學生進行施測，題目內容可詳見附錄 十一。
2.信度
進行內部一致性的信度檢驗，得到α值為 0.44，一致性不高的原因可能是因 為測驗內容包含四個不同展示品的概念。
3.效度
因追蹤學習單測驗的題目與學習單(A)和學習單(B)的動動腦問題相同，選項
是來自學習單編碼規準，故未再進行專家效度的檢驗。
五、追蹤展示品操作問卷
分析三組學生填寫的「展示品操作問卷」，及參照「學習單」的作答，發現 一些問題，為更深入地清楚了解學生的操作流程及想法，研究者另外設計一份「追 蹤展示品操作問卷」 ，以下敘述其內容、信度和效度。
1.內容
從展示品操作問卷可知：各組學生有閱讀現場展示板中原理說明和操作方式 的比例很高，實驗組 A 有閱讀學習單(A)的比例也很高。然而對照實驗組 A 和實 驗組 B 在回答學習單(A)和學習單(B)中的「動動腦」時，發現若展示板或學習單 (A)中的原理說明有提及答案者，並非每個題目的答對率都很高，再看對照組在 學習單(C)的作答，部分學生完全照著展示板的內容填寫，部份寫出自己的操作 或觀察結果。為更清楚學生在操作展示品的過程中，閱讀原理說明、操作方式或 解決問題的詳細情形和先後次序，在學生離開科教館後的兩週，先找每個小組的 一位學生進行半結構式的晤談，參考學生的回答，設計一份「追蹤展示品操作問 卷」，內容共有 3 題。施測時間是在學生離開科教館約兩個月後，在校內進行，
題目內容可詳見附錄十二。
2.信度
將此問卷進行內部一致性的信度檢驗，α值為 0.42。從實驗組 A、實驗組 B 和對照組各找 5 位學生，於一段時間後再次填寫追蹤展示品操作問卷，求得的重 測信度為 0.72。
3.效度
研究者初步編製完成展示品操作問卷後，先在指導老師的小組討論中，請科
教所的同學幫忙修正並提供意見，再加以修正而得最後版本。為避免因離開科教
館太久而難以回想當時的情形，故未再請其他專家進行專家效度的審核。
第五節 參觀流程
本節先介紹全校學生的參觀流程，再敘述樣本學生的實驗流程。
一、全體學生的參觀流程
本研究是配合快樂國中於暑期學藝活動辦理七年級學生的校外教學，從中挑 選三個班級進行的實驗。參加的學生進入科教館內的參觀項目包含常設展、科學 DIY 及 3D 動感電影三項，費用由學校生涯發展計劃的經費、縣府補助經費及課業 輔導費用支出，含門票、車資及保險費用，午餐則由學生自理。從早上 9:10 入 館到下午 3:10 出館，共有 6 個小時的時間在館內參觀（含午餐用餐時間） ，其中 常設展有 30 分鐘是由導覽人員進行解說，科學 DIY 是操作「空氣電池」 ，含解說 共 50 分鐘，其餘是學生自由活動的時間，為避免人數太集中於某些區域，有規 劃各個班級在不同樓層的參觀順序及時間。
樣本學生均是由館方的導覽人員導覽位於 3 樓的「生命奧妙-DNA 新區域」 ， 而本研究中實驗是利用學生自由活動的時間，在 5 樓的「奇妙的物理世界」進行，
且事先有提醒學生不要到該區操作任何展示品，因此學生不會參觀重複的區域。
二、樣本學生的實驗流程
以下分成參觀科教館前、進入科教館和離開科教館三個部份，介紹樣本學生 的實驗流程：
1.參觀科教館前
選定樣本學生後即與校方聯繫，安排三個樣本學生的班級，於暑期學藝活動 的自然課程（每週 3 節）皆由研究者任教，並於第一週即進行班級內的分組，之 後四週的實驗課程均採這樣的組別進行，以培養小組合作的默契，同時也要求每 位學生在每個實驗活動均需填寫學習單，練習以文字表達的能力。
於暑期學藝活動的第五週，即帶領學生參觀科教館之前七～十天，由研究者
在校內先用一節自然課，在各個班級以 PowerPoint 製作的簡報進行科教館的行
前簡介，內容包含參觀行程和內容、科教館館內的設施和位置圖、以及特展的相 關資訊等，時間約 45 分鐘，過程不涉及展示品相關的原理教學。之後再利用一 節課，對每位即將參觀科教館的學生進行前測，剩餘的時間針對分組進行的模 式、時間、學習單和問卷等，說明一些注意事項。
2.進入科教館
進入科教館參觀時，每個班級分成兩大組，第一大組先在五樓的物理世界操 作指定的四個展示品，第二大組則在一旁的化學世界或遊戲世界自由參觀，並限 制不能操作四個指定的展示品，兩大組於 60 分鐘後交換參觀地點及參觀模式。
實驗進行過程，每個班級的每個大組需再分成四小組，以小組為單位來操作 展示品，各組在每個展示品最多可停留 15 分鐘的時間，採類似大地遊戲闖關的 方式依序操作指定的展示品，時間到則必須換至下一個展示品，不能逗留，若提 前完成，也必須離下一個展示品約 3 公尺的位置等待，並儘可能不去觀察其他組 的進行，換句話說，每個展示品只有一個小組的學生在操作。(每個展示品旁各 有一位教師，負責協助引導學生以及觀察記錄學生的特殊行為，或對學生的特殊 行為進行短暫的非結構式晤談)。
每位學生在操作展示品的過程都需要填寫學習單，實驗組 A 使用學習單(A)，
可以參考現場的展示板或學習單(A)前面的原理說明和操作方式，再回答動動腦 的問題；實驗組 B 使用學習單(B)，可以參考現場的展示板再回答動動腦的問題；
對照組使用學習單(A)，只需在每項展品中回答學到了什麼。
填寫完學習單後，立即至八樓團體用餐區進行「學習成就測驗」的後測，以 及填寫「展示品操作問卷」。
3.離開科教館
在科教館參觀結束後，才針對收集資料中的一些問題，先從各組找 1～2 位
學生進行非結構式的晤談，釐清學生作答的原因。並在各班教室讓三組的學生填
寫「追蹤學習單測驗」和「追蹤展示品操作問卷」 ，進行後續追蹤的資料收集。
第六節 資料收集
正式施測時需收集的資料，分成量化資料和晤談資料兩部分：
一、量化資料
量化資料包含「學習成就測驗」 、 「學習單」 、 「展示品操作問卷」 、 「追蹤學習 單測驗」和「追蹤展示品操作問卷」等五項工具的施測。
（一）學習成就測驗
在學生進入科教館前七～十天，即快樂國中暑期學藝活動的第四週至第五週 間，在學校各班的教室內，對每位即將參觀科教館的學生進行前測，時間約 20 分鐘，由研究者親自監考。前測的目的是要收集學生在操作前，對於四個展示品 相關概念的了解情形。
進入科教館操作完四個展示品後，立即至八樓團體用餐區進行後測，時間約 20 分鐘，由學校其他教師幫忙監考。後測屬於形成性評量，目的是想了解學生操 作四個展示品後，對於相關概念的理解情形。
（二）學習單
每位學生在操作展示品的過程需各自填寫一份學習單，實驗組 A 使用學習單 (A)，可以參考現場的展示板或學習單(A)前面的原理說明和操作方式，再回答動 動腦的問題；實驗組 B 使用學習單(B)，可以參考現場的展示板再回答動動腦的 問題；對照組使用學習單(A)，只需在每項展品中回答學到了什麼。操作完四個 展示品後，需立即將學習單繳回。藉由學生填寫的學習單，從另一個角度來了解 學生對於相關概念的理解。
（三）展示品操作問卷
學生在後測進行完後，需各自填寫一份「展示品操作問卷」 ，時間約 5 分鐘。
問卷目的是想了解學生對展示品、現場展示說明和學習單的一些想法。
（四）追蹤學習單測驗
學生離開科教館的兩個月後，在學校各班的教室內，進行「追蹤學習單測 驗」 ，時間約 15 分鐘，目的是要收集後續追蹤的資料，而實施「追蹤學習單測驗」
時，實驗組 B 有一位同學請假，因此實驗組 B 的人數更動為 28 人。
（五）追蹤展示品操作問卷
學生離開科教館的兩個月後，在學校各班的教室內，填寫「追蹤展示品操作 問卷」 ，時間約花 10 分鐘，進行後續追蹤的資料收集。
二、晤談資料
晤談對象包含觀察教師和學生兩部份：
（一）觀察教師
學生於科教館內操作時，四個展示品旁各有一位教師觀察記錄學生的特殊行 為，或輔以非結構式晤談，以了解該學生的動機，彌補無法在紙筆上呈現的想法。
研究者在每個班級操作結束時，會立刻對觀察教師進行非結構式晤談，以了解現 場的操作狀況，過程中並未錄音，僅以文字記錄。
（二）學生
由於學生在科教館參觀結束後的隔天開始放暑假，開學時才返回學校上課，
因此研究者在學生操作完展示品的兩週後，才針對上述收集資料中的一些問題，
從各組找 1～2 位學生進行非結構式的晤談，包含答案為何從正確改成錯誤，或
是學習單為何空白等，以釐清學生作答的原因，過程中有錄音，前後約花了一個
月的時間。
第七節 資料分析
將前一節收集的資料進行分析，分成量化資料和晤談資料兩部分：
一、量化資料
本研究使用統計軟體 SPSS for windows12.0 版進行量化的分析，於各個研 究工具中進行描述行統計分析和相關檢驗分析，分別敘述如下：
（一）學習成就測驗 1.描述性統計分析
(1)統計出每位學生在前測和後測的整體成績，並求出各組的平均值及標準差。
(2)將前測和後測進行試題分析，統計各題在每個選項的作答人數與百分比，以 及答對人數和答對率的變化。
2.相關檢驗分析
(1)將三組前測的整體成績進行單因子變異數分析（One-Way ANOVA），以檢驗在 操作展示品前組間是否有顯著差異。
(2)以前測的整體成績作共變量，將三組後測的整體成績進行變異數的單變量分 析（ANCOVA），以檢驗操作展示品後組間是否有顯著差異。
(3)依據雙向細目表（見表 3-5） ，將試題分成知識、理解和應用三種層次，如表 3-18 所示，每種類型的題數不同，計算各類型在前測和後測的得分，進行 樣本相依的 t 考驗，以檢驗全體學生在各種層次的表現是否有顯著差異。
表 3-18 學習成就測驗的認知層次分類表
分 類 題 號 題數
知識層次 3.4.8.11.12.15.17.18. 8 理解層次 1.2.5.7.9.13.14.16.19.20. 10
應用層次 6.10. 2
(4)依據現場展示板或學習單(A)中原理說明的有無，或是學習單(A)和學習單(B) 中動動腦的有無，將試題分成五種類型（見表 3-19） ，每種類型的題數不同：
○
1類型一：只有學習單(A)的原理說明中有提及該題目的答案；
○
2類型二：展示板和學習單(A)的原理說明中皆有提及該題目的答案；
○
3類型三：學習單(A)和學習單(B)的動動腦中有問到與該題目類似的問題；
○
4類型四：展示板的原理說明中皆有提及該題目的答案，且學習單(A)和學習 單(B)的動動腦中有問到與該題目類似的問題；
○
5類型五：展示板和學習單(A)的原理說明中皆有提及該題目的答案，且學習 單(A)和學習單(B)的動動腦中有問到與該題目類似的問題。
計算各類型的得分，同時進行多變量變異數分析(Multivariate Analysis of Variance，MANOVA)，以檢驗三組在各類型試題的表現是否有顯著差異。
表 3-19 學習成就測驗的分類表
內容的相關性 分 類 展示板的原理說明
學習單(A) 的原理說明
學習單(A)(B)的 動動腦
題 號 題數
類型一 ◎ 7.8.16. 3
類型二 ◎ ◎ 14.18. 2
類型三 ◎ 4.5.6.10.20. 5
類型四 ◎ ◎ 11.12.15.19. 4
類型五 ◎ ◎ ◎ 1.2.3.9.13.17. 6 註：打「◎」者表示該題目於展示板或學習單(A)的原理說明中有提及正確答案，或是學習單
(A)(B)的動動腦有問到該問題，空白者表示沒有。
（二）學習單 1.描述性統計分析
(1)依據學習單編碼規準，將每學生在學習單填寫的答案給予編碼。
(2)統計各組在每個問題中，各個類型作答的人數及百分比。
(3)將每位學生在各題的編碼轉成分數，計算整體得分，並求出各組的平均值及
2.相關檢驗分析
依據現場展示板或學習單(A)中原理說明的有無，將學習單(A)和學習單(B) 中動動腦的 16 個問題分成三種類型（見表 3-20），每種類型的題數不同：
(1)類型一：僅展示板的原理說明中有提及該題目的答案；
(2)類型二：展示板和學習單(A)的原理說明中均有提及該題目的答案；
(3)類型三：展示板和學習單(A)的原理說明中均沒有提及該題目的答案。
表 3-20 動動腦問題的分類表
內容的相關性 分 類 展示板的原理說明
學習單(A)的 原理說明
題 號 題數
類型一 ◎ 1-4.2-4.3-3 3
類型二 ◎ ◎ 1-1.2-3.3-1.3-4.4-1.4-2.4-3 2 類型三 1-2.1-3.2-1.2-2.3-2.4-4 5 註：打「◎」者表示該題目於展示板或學習單(A)的原理說明中有提及正確答案，或是學習單
(A)(B)的動動腦有問到該問題，空白者表示沒有。
