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國立台中教育大學測驗統計研究所理學碩士論文

指 導 教 授： 鄭 富 森 博士

線上診斷評量之研究

—以自然與生活科技學習領域為例

研 究 生：廖 采 行 撰

中 華 民 國 九 十 六 年 六 月

II

III

摘 要

九年一貫課程所強調的是多元化評量。老師要將能力指標轉化為教學目

標，以學生具體的行為表現來加以檢視是否已經達成學習目標。本研究基於

多元化評量之精神，嘗試利用傳統紙筆測驗之外的線上診斷評量，模擬如國

外的線上評量系統，在考試後針對施測的學生個人製作精確的診斷報告，評

估監控學習進展，分析學生的學習弱點，提供老師相關的補救教學指引。

本研究嘗試運用電腦科技輔助評量。以自然與生活科技學習領域「燃燒」

主題為評量範例。研究者分析教材內容及知識結構、形成解題概念表，在線

上診斷評量系統編製試題、組成試卷。學生利用線上診斷評量系統進行線上

測驗，利用線上測驗的結果，評量學生在自然與生活科技學習領域的學習成

效。研究者將受試的學生分成高分組與低分組，診斷學生在「燃燒」主題的

迷思概念。

利用線上評量提升整體教學成效，是未來發展的重點。本研究所試用之

線上診斷評量系統，其設計之線上測驗題型，是以選擇題為主軸。未來電腦

化評量試題將朝向資料蒐詢及分析、經驗調查的試題、模擬實際情況的試題、

概念構圖的試題為設計的方向。以國內目前家家戶戶都有電腦，且幾乎都可

以上網的情況來看，數位學習及線上評量的趨勢是不可擋的。在網際網路上

除了發展學習環境，也應該開發良好的評量系統來維持線上學習的品質。

關鍵詞：自然與生活科技學習領域、線上評量系統、多元化評量、燃燒

IV

V

Abstract

Grade 1-9 Curriculum emphasizes Multiple Evaluations. Teachers

should be able to transform Competence Indicators of Grade 1-9 Curriculum

into teaching objectives, according to students’ performance records and

check if they have achieved the goals of learning. This study is based on the

Multiple Evaluations spirit used an online diagnostic assessment system

instead of paper-and-pencil tests. This diagnostic tool, simulating an online

assessment system from abroad, makes accurate diagnostic reports for the

performance of individual student after examinations. Besides, it monitors

the learning progress, analyzes the learning weaknesses, and provides

teachers with guide to remedial instruction.

This study attempted to assist assessment with computer technology,

for the learning areas of Science and Technology "burning" theme as an

evaluation model. The researchers analyzed the content of teaching materials

and knowledge structure, developed a chart of problem-solving concept, and

designed question sets in the online diagnostic assessment system. After

students took the test, results were used to evaluate students’ learning in the

Science and Life Technology learning area. The researchers divided the

students into high-graded and low-graded subgroups to diagnose students’

misconceptions on the topic "burning."

In the future, it will be a major trend to use online assessment systems

to enhance overall effectiveness of teaching. This study used mainly

multiple-choice questions for the online diagnostic assessment system. In the

future, the design of questions in this online assessment system will switch

toward information collection and analysis, empirical investigation,

simulation of actual condition, and concept maps. At present, almost all

VI

domestic households in Taiwan have access to computers and Internet. The

trend of E-learning and online assessment are inevitable. On the Internet, in

addition to the development of a better learning environment, we should also

develop a good assessment system to maintain the quality of E-learning.

Key Words： the learning areas of Science and Technology， Online

assessment system，alternative assessments，burning

VII

目 錄 謝辭………………………………………………………………………………Ⅰ

中文摘要…………………………………………………………………………Ⅲ

英文摘要…………………………………………………………………………Ⅴ

目錄………………………………………………………………………………Ⅶ

表目錄……………………………………………………………………………Ⅸ

圖目錄……………………………………………………………………………Ⅹ

第一章 緒論

第一節 研究動機…………………………………………………………1

第二節 研究目的…………………………………………………………2

第三節 研究問題…………………………………………………………3

第四節 研究限制…………………………………………………………4

第五節 名詞釋義…………………………………………………………4

第二章 文獻探討

第一節 教學評量…………………………………………………………7

第二節 知識結構 ………………………………………………………12

第三節 自然與生活科技學習領域 ……………………………………17

第四節 美國自然科評量 ………………………………………………25

第五節 線上診斷評量系統 ……………………………………………28

VIII

第三章 研究方法

第一節 研究步驟………………………………………………………31

第二節 編製線上診斷測驗……………………………………………32

第三節 學生進行線上診斷測驗………………………………………46

第四節 線上診斷評量結果查詢………………………………………48

第四章 研究結果與討論

第一節 線上測驗報告分析………………………………………………52

第二節 診斷學生迷思概念………………………………………………64

第五章 結論與建議

第一節 結論………………………………………………………………89

第二節 建議………………………………………………………………90

參考文獻

中文部分...................................................92

英文部分...................................................94

附錄

附錄一 線上診斷評量試卷....................................96

IX

表目錄

表 2-1 「自然與生活科技」學習領域第三階段之教材內容要項及細目…………21

表 3-1 六十四年課程國小自然科「燃燒」教材分析……………………………32

表 3-2 八十二年審定本國小自然科「燃燒」教材分析…………………………33

表 3-3 國小審定本教科書與燃燒相關教材內容分析……………………………33

表 3-4 九年一貫課程綱要各版本教科書與燃燒相關教材內容分析……………34

表 3-5 評量目標及解題所需概念編碼表…………………………………………37

表 3-6 解題概念表…………………………………………………………………39

X

圖目錄

圖 1-1 新式題型範例題目…………………………………………………………5

圖 3-1 研究步驟圖…………………………………………………………………31

圖 3-2 教師功能選單………………………………………………………………41

圖 3-3 依照題目的屬性勾選「領域」、「年級」、「能力指標」…………………43

圖 3-4 編輯試題的畫面……………………………………………………………44

圖 3-5 新增試卷的畫面……………………………………………………………45

圖 3-6 試卷的相關設定……………………………………………………………45

圖 3-7 學生功能選單………………………………………………………………47

圖 3-8 測驗進行時提示剩餘作答時間……………………………………………47

圖 3-9 各題答對查詢………………………………………………………………48

圖 3-10 依試卷查詢…………………………………………………………………49

圖 3-11 依試卷能力指標診斷………………………………………………………49

圖 3-12 查詢個人該次測驗的「成績」、「作答情形」……………………………50

圖 3-13 全班成績統計圖……………………………………………………………50

圖 3-14 學生在每份試卷的診斷結果………………………………………………51

圖 4-1 學生在九年一貫能力指標瞭解程度報告…………………………………52

圖 4-2 學生在評量目標瞭解程度報告……………………………………………53

圖 4-3 學生在解題概念瞭解程度報告……………………………………………54

圖 4-4 高成就學生個人在能力指標瞭解程度報告………………………………55

圖 4-5 高成就學生個人在評量目標瞭解程度報告………………………………56

圖 4-6 高成就學生個人在解題概念瞭解程度報告………………………………57

圖 4-7 中成就學生個人在能力指標瞭解程度報告………………………………58

圖 4-8 中成就學生個人在評量目標瞭解程度報告………………………………59

XI

圖 4-9 中成就學生個人在解題概念瞭解程度報告………………………………60

圖 4-10 低成就學生個人在能力指標瞭解程度報告………………………………61

圖 4-11 低成就學生個人在評量目標瞭解程度報告………………………………62

圖 4-12 低成就學生個人在解題概念瞭解程度報告………………………………63

1

第一章緒論 教改的核心在於課程與教學，而有效的監督工具在於評量，尤其是在

實施九年一貫課程的今天，評量的角色要比以前重要且複雜了許多。九年

一貫課程實施至今雖然有許多改革，但是卻缺乏一套品質管理的機制向社

會及國人報告，因此實施成效到底為本，恐怕沒有一個正確的定論。由於

社會逐漸多元、開放，九年一貫課程一綱多本雖然合乎時代的潮流，然而

在台灣這個以考試領導教學的現況下，如果評量的方法沒有改變，只是用

過去單一紙筆測驗的方式來進行，或是對評量結果的使用方式沒有改變，

只是用來作為升學、能力分班的依據，恐怕會造成社會各界更多的疑慮。

「評量」其實是每天都在學校教室中進行的，它與課程緊緊相繫，主

要用於評估學生的學習成就及老師的教學績效，有效的評量可以用來協助

老師改進教學並增進學生的學習。「評量」最重要且最基本的功能與意義

在於：能夠提供老師及學生在教學歷程中可靠及有效的資訊（黃淑苓，

2005）。九年一貫課程強調的是多元化評量，要把能力指標轉化為教材與

評量，老師對於學生在課程結束後，應該學會什麼，根據每學期的教學計

畫，對應每項重要的教學目標，訂定評量計畫，將課程最核心的部份，以

學生具體的表現記錄來加以反省和檢查，看看學生是否已達到學習目標。

本研究基於多元評量之精神，嘗試利用紙筆測驗之外的線上評量，以評量

結果作為實施補救教學的指引，達到提升教育品質的目的。

第一節 研究動機

測驗與評量是教學過程中不可或缺的一環，良好的測驗工具能幫助老

師瞭解學生的學習成就，並且精確診斷出學生的迷思概念。評量除了可以

瞭解學習實況之外，還可以提示學生什麼是學習重點，也可以利用評量來

達到敦促學習或鼓勵學習動機（陳文典，1992）。我們在學校實施評量的

2

主要目的在於「診斷」學生學習上的進展，在這個電腦科技發達的時代，

透過具有診斷功能的線上評量系統，老師可以可以很輕鬆的完成評量工

作，根據評量結果設計相關的教學活動，更能有效率的提升學生的學習成

效。

根據商業週刊（2006）第957期的報導：美國出版巨人麥格羅希爾公

司至少有十五種線上教學平台，透過網路教學平台，把閱讀內容和教學評

量綁在一起，每次考完試，系統還能自動分析學生的弱點……。目前國內

雖然也有許多線上的教學平台，如：KTB數位學堂、階梯數位學院、Hinet

學習網……等，然而這些數位化的學習平台大都只提供自我學習，一般而

言較為偏重教學的功能，雖然也有提供線上測驗，但並未能達到自動分析

學生的弱點的功能。麥格羅希爾應用各級學校各學科知識庫，建立多種「線

上教學平台」與「線上診斷評量系統」，好讓學生可以在完成一個階段的

學習（不論是接受學校教師的課堂教學，或是接受「線上教學」）後，學

生可以利用放學在家的時間，接受「線上診斷評量」。麥格羅希爾的「線

上診斷評量系統」可以自動診斷學生的學習弱點，立刻製作詳細而且精確

的診斷報告，提供學生、教師和家長在線上閱覽，並且安排學生重新回到

「線上教學平台」，接受最適當而且有效的補救教學課程（鄭富森，2007）。

因此研究者興起結合目前國內由洪世聰（2004）、黃偉政（2004）、陳泓良

研發之線上測驗平台，嘗試模擬如國外的評量系統在考試後立即分析學生

的學習弱點，並提供老師相關的教學指引。

第二節 研究目的

自然與生活科技學習領域的評量應當以多元的方式來實施，舉凡上課

中的問答、實驗的執行與報告、認真確實的做事態度考核等等都是值得做

的（陳文典，1992）。然而學校老師最常實施的評量方式還是屬於傳統的

3

紙筆測驗，因為傳統的紙筆測驗比起多元化的評量是比較容易實施，而且

具有較高的信度。試想在一班有三十多個學生的大班級，老師如果要一一

檢核學生實驗的操作，那將要耗費多少的上課時間，況且僅用一、兩個題

目根本無法釐清學生對教學單元內容了解多少。然而，國小老師的工作十

分繁忙，遇到考試命題時往往借助出版社的命題光碟，因此考卷的題目有

些學生早已經在參考書或測驗卷練習過了，如果老師在命題之前又沒有對

考試單元做知識結構分析，一場考試下來往往沒有辦法呼應老師的教學目

標，更不用說要達到診斷學生迷思概念的功能了。本研究嘗試運用電腦科

技輔助評量（computer-assisted assessment），研究者利用線上診斷評

量系統編製試題、組成線上測驗試卷；學生利用線上診斷評量系統進行線

上測驗。研究者在考試後根據線上診斷評量系統所製作的診斷報告，來分

析學生的學習弱點，並利用線上測驗的結果計算高、低分組學生在每一道

試題的答對率，藉以診斷學生的迷思概念，提出教師補救教學的依據及未

來教材編寫之參考。

第三節 研究問題

根據前述研究目的，本研究的待答問題條列如下：

一、線上診斷評量系統所製作的診斷報告要如何作為補救教學指引？

（一） 線上診斷評量系統製作給老師的診斷報告為何？

（二） 線上診斷評量系統製作給學生個人的診斷報告為何？

二、如何利用線上測驗結果診斷學生的迷思概念？

(一) 高分組學生在每一試題的答對率為何？

(二) 低分組學生在每一試題的答對率為何？

(三) 由測驗結果瞭解學生有何迷思概念？

4

第四節 研究限制

本研究依據前述之研究目的，在考量時間、人力、環境等相關限制因

素之後，決定本研究之研究限制如下：

一、本研究受限於人力、經費與時間等客觀因素，因此本研究就國小自然

與生活科技學習領域教材中「燃燒」概念為線上診斷評量的內容。

二、本研究受限於人力、經費與時間等客觀因素，因此本研究之線上診斷

評量，僅在彰化縣某國小實行，評量結果之診斷報告也僅就施測學校

來做分析，不宜作過度的推論。

三、由於作者並非線上診斷評量系統程式設計者，因此有關高、低分組學

生在每一試題答對率的相關數據，並非由線上診斷評量系統自動產

生，而是由研究者利用試算表計算分析。

第五節 名詞釋義

壹、自然與生活科技學習領域

專指國民小學自然與生活科技學習領域所使用的教材。本研究的測驗

內容，是以牛頓版教科書「自然與生活科技 6 上」第四單元「燃燒和生鏽」

中「燃燒」概念之學習評量與診斷為範例。

貳、新式題型試題

專指國立台中教育大學測驗統計研究所鄭富森教授針對「高職免試登

記入學方案」所研發之新型態選擇題而言（簡稱：新式題型）。其命題精

神根據現代測驗理論與參酌開書考試（open book test），以生活化為命

題的最高原則（鄭富森，2000）其試題的架構為一個呈現題目訊息的題幹，

5

搭配多個選項組合而成。本題庫系統採用的形式是一組題幹，五個問題，

搭配十組選項而成。範例題目如圖1-1所示。

題目：蠟燭的燃燒

內容：利用兩個大小不同的廣口瓶，開口向下蓋住燃燒中的蠟燭，將會發

現什麼？

您加入的圖片是：

問題 答案

(1) 點燃兩支蠟燭，用甲、乙兩個廣口瓶蓋住其中一支，哪一個廣口

瓶內的蠟燭會先熄滅？ 2

(2) 廣口瓶內的蠟燭會熄滅，是因為： 3

(3) 把點燃的線香放進蠟燭燃燒過的廣口瓶，會產生什麼現象？ 5

(4) 把澄清的石灰水倒進蠟燭燃燒過的廣口瓶內，會產生什麼現象？ 8

(5) 蠟燭燃燒過的廣口瓶內，會產生什麼氣體？ 10

選項

(1) 甲 (6) 繼續燃燒。

(2) 乙 (7) 石灰水還是澄清不變。

(3) 瓶子裡沒有氧氣了。 (8) 石灰水變混濁。

(4) 瓶子裡沒有二氧化碳。 (9) 氧氣

(5) 馬上熄滅。 (10) 二氧化碳

圖1-1 新式題型範例題目

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參、線上測驗

利用電腦網路的傳送，使受試者可以透過瀏覽器進行測驗，並應用電

腦強大的儲存與運算的能力，將試題及測驗結果儲存於資料庫中，並做進

一步的資料分析。

肆、診斷評量

診斷評量的目的在於發現學生錯誤的學習概念，在每一個特殊的領域

內包含相當多的測驗題目，用於發現學習困難所在。

伍、知識結構（knowledge structure）

每個人從出生後開始，藉著各種生活經驗儲存各式各樣的知識，進而

能利用腦中的知識形成許多思考、判斷，以應付日常生活的一切問題，由

於這些知識是有系統、有結構、有組織的，所以稱為知識結構。本研究依

知識結構分析，將自然與生活科技學習領域知識內容用邏輯的方法編碼使

之結構化，編製線上測驗試題以便利用電腦來加以分析。

陸、高分組、低分組學生

將學生測驗得分按高低排序，由最高分數向下取 27﹪為高分組，最低

分數向上取 27﹪為低分組。

柒、迷思概念（misconception）

指學生藉由日常生活經驗、學校學習或其他途徑，對於自然現象或某

種科學概念所產生的認知；與現今科學界認定的概念意義不同。

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第二章 文獻探討 基於本研究之需要，本章擬就研究主題相關理論及文獻，作一系統化之整理

與探討，以期了解相關理論並作為後續研究之依據。

第一節 教學評量

教學評量旨在了解學生學習情形，激發學生多元潛能，促進學生適性發展，

肯定個別學習成就，並作為教師教學改進及學生學習輔導之依據（教育部，

2001a）。「教」與「學」是循環的歷程。「回饋作用」是經驗生長不可或缺的要素，

教師需要「回饋」，以斷定教學策略的成效；學生需要「回饋」，以了解在學習上

的優缺點。在這循環的歷程中，必須有賴教學評量來評估教與學的效率。

壹、 評量的目的、意義和功能

教學是師生共同參與且產生交互影響的動態過程，完整的教學歷程包含教學

目標、起點行為、教學活動和教學評量，並透過評量結果來提供回饋訊息（余民

寧，1992）。評量並不是教學歷程的終站，它主要的目的在於分析教學得失及診

斷學習困難，作為實施補救教學和個別輔導之依據。除此之外，一般教師利用作

為激勵學生改進學習的手段，而教育行政上，利用評量來核定程度，甄選人才或

編配分群，另外課程的評量，抽測會考所得的具體資料，可作為教育決策者的參

考，以改進課程或教育制度（鍾聖校、熊召弟、甘漢銧，1991）。

所謂評量，係指依據某項標準，透過測量（如測驗）與非測量（如觀察）等

方法，將所蒐集的資料加以綜合整理，進行價值判斷的歷程（何英奇，1990）。

教師在完成一個單元教學之後，利用測驗或考試來測量學生對某種知識或技能的

學習效果，僅是一種狹義的評量，而廣義的評量則應包括整個教學歷程中一切教

學效果的評定活動（社會科教學研究，1988）。教學時，每一階段都有預期的目

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標，老師在進行教學時應該時時檢討自己是否把握教學目標，而且同時也要留意

考核學生的學習是否順利進行；換言之，教學時要兼顧老師與學生雙向的考核，

以達到有意義的「教」與「學」。

評量的功能有：

一、 教學決定的功能

（一）瞭解學生的起點行為，以建立確實可行的教學目標。

（二）瞭解教學目標達到的程度，改進教材教法，以增進教學效果。

二、 行政決定的功能

（一）甄選人員、配置分群：如資優班、啟智班學生的選擇或能力分班

等。

（二）課程與教育計畫之決策：對於新課程、教法、教育革新計畫與研

究等，需經實驗、評量後以決定是否廣為實施

三、 輔導與諮商的功能

（一）診斷學生的學習困難。

（二）激勵學習，引導學習的正確方向。

（三）協助學生瞭解及發表自己的性向、潛能與能力。

貳、 評量的類型

一、從評量的功能和時機來看，可分為總結性評量、形成性評量、安置性評

量、診斷性評量（郭生玉，1998）。

（一） 總結性評量：在一單元結束或期中、期末，就學生們的學習成就

進行評量，並將評定的結果視為學生學習成就的代表，向家長及

學生提出學業成績報告單，同時作為學校獎勵或懲處學習表現優

良與否的依據。

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（二）形成性評量：在教學過程中，隨時應用評量工具，來了解學生學

習情況，以提供學生和老師有關學習進步的回饋，藉以激勵學生

並作為補救教學之依據。形成性評量並非用來判斷學生之能力，

它是學習過程的一部分，適用來幫助學習的，對經熟學習（Mastery

Learing）尤其重要。

（三） 安置性評量：依據學生的學習表現與需求，評估特殊性向與能力，

提供適切安置。如：資賦優異甄選、身心障礙鑑定及教育安置、

單科或全科跳級、未足齡兒童提早入學甄選、縮短修業年限等等。

（四）診斷性評量：透過各種評量方法了解學生的學習風格，如透過晤

談或診斷性測驗幫學生找出學習困難的問題所在，並對不同學習

潛能的孩子進行補救教學。

二、從評量結果的解釋來看，因為參照點（point of refrence）的不同，可分

為常模參照評量（Norm-referenced evaluation）和標準參照評量

（criterion-referenced evaluation）（吳裕益、陳英豪，1993）。

（一）常模參照評量：解釋個別評量結果時,所參考的對象是以該樣本團體的

平均數為標準依其在團體中所占的相對位置來解釋個別評量結果的教

學評量方式,即為「常模參照評量」 。這種評量的內涵,即是在比較個

人得分和他人得分之間的高低。常模參照評量的目的,旨在區分學生彼

此間的成就水準高低,可供評定等第、分班編組、升學考慮之用。一般

所採用的標準化成就測驗或教師自編的課堂測驗的施測結果之解釋分

析，屬於「常模參照評量」 。

（二）標準參照評量：解釋個別評量結果時,所參考的對象是以教師在教學前

即已事先設定好的效標為依據,依其是否達到這項標準(達成者即為學

習「精熟」,未達成者即為學習「非精熟」),來解釋個別評量結果的教

10

學評量方式,即為「標準參照評量」。標準參照評量的目的,旨在找出學

生已經學會和尚未學會的原因或困難所在,可以發揮教育診斷的功

能，作為實施補救教學或個別輔導的依據，以幫助教師改進教學和學

生改進學習。一般在個別化教學、發現式、探討式教學、特殊教育、

媒體教學及所謂能力本位教學績效之考查，行為目標式教學活動之評

量，精熟學習之評量，屬於「標準參照評量」。

參、 教學評量的重要原則

在學校情境內的所有學習活動，包括認知（如：學科成就、知識、問題解決

等）、情意（如：態度、興趣、人際關係、鑑賞、適應等）、及動作技能（如：演

講、儀器操作、表演、運動技能等行為）等領域的學習成果，都需要教師於教學

結束後予以評量，才能得知學習成果的優劣、進步或退步、以及教學是否達成預

定的教學目標。因此，實施教學評量時應把握下列幾點原則：

一、 根據教學目標來評量：老師根據每一單元的教學目標來實施教學，因

此教學評量的實施,無論是使用什麼技術和方法,都必須是根據教學目

標來進行，未能把握每一單元的教學目標，評量將失去方向和依據。

為了使教學目標能夠更具體化起見,較抽象性的單元教學目標可以再

用幾個更其體的「行為目標」分別加以表示，以作為評量的指南。

二、 兼顧多重目標：教學目標可以分成認知、情意、和動作技能三方面,因

此,教學評量也至少必須兼顧這三方面目標。

三、 採用多元方法：在整個教學過程中, 應視學生身心發展及個別差異，

依各學習領域內容及活動性質，採取筆試、口試、表演、實作、作業、

報告、資料蒐集整理、鑑賞、晤談、實踐等適當之多元評量方式（教

育部，2001a），並視實際需要，實施家長評量、學生自評、同儕互評

11

等評量人員多元化方法。

四、 進行多次評量：要確保所獲得的評量結果是正確的,則唯有針對同一評

量對象的樣本行為進行多次的評量,才能估計出比較接近正確的評量

結果。

五、 重視反應歷程：評量時,能重視學生獲得答案的反應歷程,不但可以了

解學生的思考品質,也可以診斷其學習困難所在,並針對被診斷出的困

難和錯誤之處進行補救措施。

六、 善用評量結果：評量應被視為一個歷程,它不但是在評定學生的學習成

果,並且也在評定教師的教學成效,以作為改進教學和學習的參考。為

了能夠妥善運用教學評量結果以改進教學效果,教師應在教學評量之

後,根據教學目標或學習內容,詳加分析學生能力組型,確定學生學習

的優缺點,以便提供學習輔導的策略。

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第二節 知識結構

何謂知識結構？幾乎所有的認知心理學家都強調在人類大腦的知識是有組

織、具結構性的，而非雜亂無章的方式來表徵儲存外界訊息。所謂「知識表徵」

是指個體將各種知識轉換成可處理的訊息，此種轉換過程，即是知識表徵的歷

程，它涉及了以概念代替實物的歷程，以及心理活動過程中產生的各種內在心像

（余民寧，1997）。知識是由許多零碎、片段的「小概念」所組合而成。學習的

認知分析（cognitive analysis）所涉及的是學習者所獲得的知識之各項描述。

知識雖然是由許多片段零碎的「小概念」所組合而成，但是每個人在運用知識解

決問題時，並不是只有運用到這些單一、獨立的「小概念」而已，還需要運用到

這些「小概念」之間的關係、組織或系統。為了貼切的形容這個現象，我們採用

「知識結構」一詞來代替「知識」，藉以強調許多「知識」之間的關係、組織或

系統性（鄭富森，1995）。關於知識結構的理論，Morton & Bekerian（1986）主

張將其分成『語意網路理論』與『基模理論』兩種，其中語意網路理論較強調知

識在大腦記憶中的組織方式，而基模理論則較重視知識在大腦記憶中的運作歷

程。語意網路理論主張人類的知識是由概念節點與概念節點的連結關係所形成的

結構化網路，因此，節點間的連結關係，以及概念節點如何促使網路的活化，是

語意網路理論探討的重心；基模理論主張人類以抽象的知識結構來表徵過去的行

動或經驗，因此，訊息的儲存與提取、行動程序的組織、目標的設定等方面，才

是基模理論關注的焦點。

壹、語意網路理論（semantic network theory）

Quillain（1968）從探討長期記憶表徵方式的研究中，首先提出了語意網路的

主張。自從 Quillain（1968）提出語意網路主張後，就陸續有學者提出一些語意

網路的模式，邱上真（民 1989）綜合 Rumelhart ＆ Norman（1985）的看法，認

為語意網路會受重視的原因，主要具有下列幾項特徵：

13

一、統整性（integration）：語意網路能將凡具有密切相關的概念聚集在一起，而

且關係越密切，物理距離可能就越近，或相互間的聯結線可能就越多。

二、精簡性（parsimony）：同一概念盡可能只用一個節點表示。

三、抽象性（abstraction）：語意網路用語意來表徵知識而非用句子中的每一個字。

四、多樣性（versatility）：影像或動作可用一系列的命題來表徵。

五、可加性（addibility）：新的命題可隨時加入已存在的語意網路中。

六、可視性（visibility）：語意網路能以平面圖的方式表徵知識，可使人對知識結

構一目了然，具有視覺效果。

七、自足性（self-sufficiency）：每一個語意網路都可以充分表達某一群概念間的

關係。

八、直觀性（intuitivity）：語意網路儘管用命題作為知識結構的最小單位，但它仍然盡

可能地配合人類使用語言的一些自然習慣。

貳、基模理論（schema theory）

基模理論主張所有的知識都是被包裝（packaged）成單位（units），這些

單位就是所謂的基模群（schemata），這些基模群是一種抽象的知識結構，它會引

導個體如何使用知識。Rumelhart（1980）認為基模是認知的基石（building

blocks），它是訊息處理過程所依賴的基本元素，包括在轉譯外在的感覺資料時，

在提取訊息時，在組織行動時，在決定目標與次目標時，在分配資源時，都會應

用到基模的概念。Marshall（1987）則認為基模是包含人類如何與環境互動的訊

息的一種知識結構，它可用來說明人類如何知覺外在的環境，以及在該情境下，

會採取何種行動來因應。而人類在知覺外在環境與做出反應行動時，同時需要使

用到陳述性知識與程序性知識，因此，Marshall（1987）主張基模知識是陳述性

知識與程序性知識的綜合體。

14

Rumelhart & Norman（1988）綜合對基模的相關研究，提出基模具有五點特

徵：

一、基模是有變項的：任何基模都具有不可改變的部分與可以改變的部分，例如

「人」的基模，有不可改變的部分，如：「一個人有雙手及雙腳」，以及可以

改變的部分，如：「人有黑種人、白種人、黃種人」等。

二、一個基模可以包含子基模：例如「手」的基模可以包括「手指」和「手臂」

兩個子基模，而「手指」的基模又可以包括「大拇指」、「食指」、「中指」、「無

名只」和「小指」等子基模。

三、基模可以表示任何層次的知識：基模不僅可以表示大範圍的知識，例如文化

知識，也可以表示小範圍的知識，例如某個字的意義。

四、基模代表的是知識，而不是代表定義：基模代表的是個人對於外在世界所產

生的經驗，而不是對於這些經驗給予定義。

五、基模會主動的進行辨認的工作：基模會主動對新的訊息進行辨認的工作，從

辨認的過程中，選取最適合的基模來處理新的訊息。

由上述基模所具有的五點特徵可知，當個體遭遇外在環境的各種訊息時，個

體本身所擁有的基模會主動的對各種訊息進行辨認的工作，然後較能符合外在訊

息的基模就會被活化，而被活化的基模在處理外在訊息時，會先存在一些預設值

（default value），這些預設值可以協助個體快速的瞭解外在訊息的意義。

参、知識結構評量

目前教育心理學家已發展出許多種評量知識結構的方法，而 Koubek &

Mountjoy（1991）、Goldsmith, Johnson, & Acton（1991）與 Jonassen, Beissner, Yacci

（1993）等人曾對這些評量知識結構的方法，加以分門別類。

Koubek & Mountjoy（1991）將知識結構的評量方法，根據評量方法的差異

15

而區分成三類：口語報告（verbal reports）、集群方法（clustering methodologies）、

與量尺方法（scaling methodologies）。口語報告包括晤談、問卷、放聲思考……

等方法；量尺方法包括多向度量尺、路徑搜尋法……等方法。

Goldsmith, Johnson, & Acton（1991）與 Jonassen, Beissner, Yacci（1993）對於

知識結構評量方法的分類，是根據評量的實施程序而分類的。他們都主張知識的

評量包括三個主要步驟：知識結構的誘發（elicitation）、知識結構的表徵與個人

知識結構表徵的評價。茲分別說明如下：

一、「知識結構的誘發」著重於評量個人是否清楚瞭解概念間所具備的關係，此

步驟可採用的評量方法包括字義聯想法、卡片分類法、相似性評定法、晤談

法……等。

二、「知識結構的表徵」是將「知識結構的誘發」步驟所引出的知識，經由量尺

化的程序，表徵成結構性的知識組織，常用的評量方式有集群分析、多向度

量尺與徑路搜尋法……等。

三、「個人知識結構表徵的評價」則是將個人所誘發出的知識結構表徵與參照者

的知識結構表徵相互比較，以瞭解個人的知識結構表徵與參照者的知識結構

表徵的相關程度。

每一個人都有自己的知識結構，而且不同的人所擁有的知識結構都有其獨特

之處，也有其相同之處。例如每一位教材編寫者都有他自己的知識結構，每一位

老師也有他自己的知識結構，甚至每位學生也有他自己的知識結構，這三者之間

的知識結構有相同之處，也有其獨特之處。另外，教材編寫者所編寫出來的課本

或習作也有其獨特的知識結構，而且他也未必與教材編寫者的知識結構完全相

同。老師根據課本進行教學，教學過程中所呈現的知識結構也未必與課本的知識

結構完全相同。此外，每位學生透過各種教學活動和其他相關的學習過程，最後

學習到的知識結構也各有其獨特之處，每位學生的知識結構之間存有許多的個別

差異。

16

進行教學評量時，我們是以教材所呈現的知識結構為分析的主體，雖然這種

做法會忽略上述各種人物知識結構之間的差異，但是教材的知識結構卻是上述各

種人物知識結構之間的唯一交集。再則，教材是靜態的，沒有時間的限制，適合

對其進行長期、深入、詳細的研究，因此我們是以教材所呈現的知識結構為分析

的主體（鄭富森，1995）。

任何人、教材或書籍的知識結構都是內隱的，無法直接觀察或測量，因此只

好透過間接的方法來測量知識結構。所謂間接的測量方法就是利用外在的問題誘

使受試者根據其內在的知識結構來作答，然後分析其答案，以略窺知其內在知識

結構的一小部分。透過對教材進行知識結構分析的結果來瞭解學生的知識結構，

並且對學生在所有試題上的正確反應有合理的期待。

17

第三節 自然與生活科技學習領域

九年一貫課程以學習領域來取代學科名稱，學習領域為學生學習之主要內

容，自然與生活科技學習領域主要內涵包含物質與能、生命世界、地球環境、生

態保育、資訊科技等的學習、注重科學及科學研究知能，培養尊重生命、愛護環

境的情操及善用科技與運用資訊等能力，並能實踐於日常生活當中（教育部，

1998）。其範圍包括傳統的生物、物理、化學、地球科學、環境保護之外，再加

進「生活科技」和「電腦」，使本領域的學習更加生活化（王美芬，2000）。其

中，「生活科技」強調利用科學的原理去解決日常生活的問題，學校應該安排電

腦、材料、資料、能源、設計製造等課程，來培養科學素養，並應用於日常生活

中（現代教育論壇，2000）。

教育部在九年一貫課程綱要中提到，自然科學的學習旨在藉由探討各種自然

現象，瞭解自然萬物之組成和特性、各項變因之相互作用與演變的原理，經由這

些探討活動培養出科學探究的能力和精神。並由於對自然的瞭解，使我們能順應

自然運作的原理，創造開發各種技術以改善我們的生活（教育部，2001b）。在

綱要中所揭櫫的自然與生活科技領域的課程目標計有六點：

一、培養探索科學的興趣與熱忱，並養成主動學習的習慣。

二、學習科學與技術的探究方法及其基本知能，並能應用所學於當前和未來的生

活。

三、培養愛護環境、珍惜資源及尊重生命的態度。

四、培養與人溝通表達、團隊合作以及和諧相處的能力。

五、培養獨立思考、解決問題的能力，並激發創造潛能。

六、察覺和試探人與科技的互動關係。

綱要中也提到自然與生活科技領域的課程應該具有下列特性：

一、自然與生活科技的學習應為國民教育必需的基本課程。

18

二、自然與生活科技的學習應以探究及實作的方式來進行，強調手腦並用、活動

導向、設計與製作兼顧、知能與態度並重。

三、自然與生活科技的學習應以學習者的活動為主體，重視開放架構和專題本位

的方法。

四、自然與生活科技的學習應該培養國民的科學與技術的精神及素養。

自然與生活科技領域強調由「人本關懷」出發，課程目標以「人」為中心，

逐漸往外擴展，包含「人與自己」、「人與社會環境」和「人和自然環境」

等，並再加以延伸成為十大基本能力指標。

一、人與自己

（一） 瞭解自我與發展潛能。

（二） 欣賞表現與創新。

（三） 生活規劃與終身學習。

二、人與社會環境

（四） 表達、溝通與分享。

（五） 尊重、關懷與團隊合作。

（六） 文化學習與國際理解。

（七） 規劃、組織與實踐。

三、人與自然環境

（八） 運用科技與資訊。

（九） 主動探索與研究。

（十） 獨立思考與解決問題。

在「自然與生活科技」領域中，為使十大基本能力更為具體，並強調培養科

學素養，將其分為八項「分段能力指標」，包括：

一、過程技能－科學探究過程的心智運作能力。包括：

（一） 觀察

19

（二） 比較與分類

（三） 組織與關連

（四） 歸納、研判與推斷

（五） 傳達

二、科學與技術認知－科學概念與技術的習得。包括：

（一） 認知層次

（二） 認識常見的動物、植物

（三） 認識動物、植物生長

（四） 認識動物、植物的生態

（五） 認識動物、植物的生理

（六） 現象及現象變化的觀察

（七） 認識家用的科技產品

（八） 認識物質

（九） 認識環境

（十） 交互作用的認識

（十一） 認識常見的科技

（十二） 「能」的觀點

（十三） 變動與平衡

三、科學本質－對科學本質的認識。

四、科技的發展－瞭解科技如何創生與發展的過程。

（一） 科技的本質

（二） 科技的演進

（三） 科技與社會

五、科學態度－處事求真求實、感受科學之美與威力及喜愛探究等之科學精神與

態度。

20

（一） 喜歡探討

（二） 發現樂趣

（三） 細心切實

（四） 求真求實

六、思考智能－資訊統整、對事物能夠做推論與批判、解決問題等整合性的科學

思維能力。

（一） 創造思考

（二） 解決問題

（三） 批判思考

（四） 綜合思考

（五） 推論思考

七、科學應用－應用科學探究方法、科學知識以及處理問題的能力。

八、設計與製作－運用個人與團體合作的創意來製作科技的產品。

在教材內容要項上，分為五大課題：自然界的組成與特性、自然界的作用、

演化與延續、生活與環境，永續發展，其主題包括：

一、自然界的組成與特性

（一） 地球的環境

（二） 地球上的生物

（三） 物質的特性

二、自然界的作用

（一） 改變與平衡

（二） 交互作用

（三） 構造與功能

三、演化與延續

（一） 生命的延續

21

（二） 地球的歷史

四、生活與環境

（一） 生活科技

（二） 環境保護

五、永續發展

（一） 生態保育

（二） 科學與人文

（三） 創造與文明

自然與生活科技學習領域分成四個階段，第一階段為一至二年級、第二階段

為三至四年級、第三階段為五至六年級、第四階段為七至九年級。各學習階段係

參照學習領域之知識結構及學習心理之連續發展原則而劃分，每一階段均有其能

力指標。自然與生活科技學習領域的主要目標在於提升國民的科學與科技素養。

九年一貫課程正式綱要已在九十三學年度開始實施，根據教育部公布國民小

學九年一貫課程綱要（教育部，2003）「自然與生活科技」學習領域，研究者整

理出第三階段教材內容要項及細目如表2-1，作為線上診斷評量系統題庫建置之

參考。

表 2-1 「自然與生活科技」學習領域第三階段之教材內容要項及細目

課題 主題 次主題 第三階段內容細目

地球上的水

空氣的重要成份與其性質

110 組成地球的物質(岩石、

水、大氣)

岩石的組成與性質

星象觀察

地球的環境

111 地球和太空

恆星

120 生命的共同性 生物生殖

自然界的

組成與特

性

地球上的生

物 121 生命的多樣性 生物的分類

22

130 物質的構造與功用 物質是可以分解與組合的 物質的組成

與特性 131 物質的形態與性質 探測物質的性質

210 地表與地殼的變動 地表作用

風雲雨霧 211 天氣變化

天氣圖

213 動物體內的恆定性與調

節

體溫的調節

熱傳播與溫度改變 214 溫度與熱量

蒸發

平衡與不平衡

摩擦力的影響

速度

215 運動與力

速度變化

影像與視覺 216 聲音、光與波動

樂器發音

217 能的形態與轉換 能可以轉換

改變與平衡

218 化學反應 光、溫度與空氣對物質變化

的影響

刺激與反應 221 生物對環境刺激的反應

與動物行為 動物行為的觀察

磁性 222 電磁作用

載流導線產生磁場

223 重力作用 重力影響運動

表面張力

溫度對溶解度的影響

224 水與水溶液

水溶液的導電性

自然界的

作用

交互作用

225 氧化與還原 燃燒與滅火

23

促進氧化反應的環境

物質的酸鹼性

酸鹼指示劑

226 酸、鹼、鹽

酸檢中和

230 植物的構造與功能 植物器官的功能

動物的外部構造與運動

構造與功能

231 動物的構造與功能

動物的運動

生物的生殖 生命的延續 310 生殖、遺傳與演化

遺傳

演化與延

續

地球的歷史 320 地層與化石 化石

410 食品 (認識生活中的食品添加

劑，如香料、色素)

411 材料 材料的應用

412 機械應用 簡單機械

413 電及其應用 用電安全

訊息

生活科技

414 訊息與訊息傳播

訊息傳播

颱風與地震及其影響

噪音污染與防治

水污染與防治

空氣污染與防治

生活與環

境

環境保護 420 天然災害與防治

廢棄物與資源回收

生存的環境 510 生物和環境

生物與環境的關係

人類活動和環境 511 人類與自然界的關係

人和其他生物的關係

永續發展 生態保育

512 資源的保育與利用 自然資源

24

資源有限

能源

513 能源的開發與利用

節約能源與開發新能源

能的應用

科學家的故事 520科學的發展

科學發現的過程

自然之美 521 科學之美

結構之美

科學與人文

522 科學倫理 科學活動的倫理

530 創意與製作 (考量資源、變化形式、使

用機具、加工處理)

創造與文明

531 科技文明 (認識農業時代的科技、瞭

解工業時代的科技、瞭解資

訊時代的科技、認識史上重

要的科技創新與發明、了解

各個時代的生活方式)

本節是研究者在決定研究有關自然與生活科技學習領域線上診斷評量之

後，針對九年一貫自然與生活科技領域綱要所進行的文獻探討，目的是希望瞭解

國內有關自然與生活科技學習領域課程目標、能力指標、教材內容要項及細目，

作為研究者規劃電腦題庫時之參考。

25

第四節 美國自然科評量

國家教育進展評量（National Assessment Governing Board ,2006），也就

是一般美國民眾所謂的"國民報告卡"，是唯一國家級的代表持續評量美國學生在

各個不同學科知道和能做到範圍。自 1969 年起，評量定期實行在閱讀、數學、

科學、作文、美國歷史、公民、地理和藝術等學科領域。

壹、新綱要（Framework）的需求

原來的綱要指引過三次 NAEP 科學評量（分別在 1996、2000、2005 年執行）

15 年來不斷發展，隨後的修訂或改版成新的綱要都是為了 2009 年和以後的科學

評量。

一、有關全國標準的科學能力文件首次被出版：1996 年美國全國研究協會

（National Research Council ；NRC）出版了全國科學教育標準（National

Science Education Standards）。1993 年美國科學促進協會（American

Association for the Advancement of Science ；AAAS）出版了科學能力

指標（Benchmarks for Scientific Literacy）。這兩份重要文件的出版也

成為日後各州的科學課程標準。

二、科學研究的進展：（例如：人類活動與自然界間的關係）產生許多新的知識

也影響學校在自然科學、生命科學、地球及天文科學的課程。

三、認知研究的進展：（例如：學生如何隨時間增加對複雜物質的認識）產生許

多有關學生如何學習科學及為何學習科學的新觀點。

四、美國國內及國際間科學評量的普及：包括聯邦法案的需要－不讓任何孩子落

後（No Child Left Behind）2007 年科學評量；國際間評量的進展，國際數

理科學習趨勢評量（Trends in International Mathematics and Science

Study ；TIMSS）、國際學生學習評量計畫（Programme for International

Student Assessment ；PISA）。

26

五、創新的方法：比以前更能深入探知學生自然科理解程度（如：題組式的題目

探測學生對自然界的概念），有時也會使用電腦科技來幫助評量。

六、增加一些以前自然科評量排除在外的族群：（如：學生學習力不佳者或美語

初學者）需要一些新的評量試題盡可能貼近學生的能力並調節評量的用語敘

述方式，使廣泛的族群都能被公平的評量。而這些調節並不影響所要評量的

自然科內涵。

貳、新綱要的特徵

一、新的綱要奠基於全國共通的科學課程標準和評量準則。綱要主要用來發展評

量，並非提倡新的教學法、也不能全部代表科學的內容和技巧。

二、為確保美國青少年在國際間具有科學及科技競爭力，因此在制訂新的綱要時

特別參酌國際間重要的評量，如：國際數理科學習趨勢評量（Trends in

International Mathematics and Science Study ；TIMSS）、國際學生學習

評量計畫（Programme for International Student Assessment ；PISA）

等。

三、科學原則代表最普遍性且最基本的知識，減少評量時科學領域的內容。

四、新的綱要包含科學知識內容和實作，源自對測驗的解釋及經驗證明的累積。

用非科學的觀點來解釋的自然現象並不會在課程綱要中出現。

五、科學知識內容以特定年級（4、8、12 年級）圖表方式詳細呈現，讓讀者易於

了解在不同年級間進步的情形。

六、在描述科學知識內容時盡量避免錯誤，以準確的文字敘述但並非技術性的字

彙使一般大眾都能接受新的綱要。

七、集中於學生概念上的理解，亦即學生們的知識、使用科學事實、觀念、原則、

定律、定理。學生從事科學探究及科技設計的能力也反映在綱要中。

八、在綱要中也推薦了新式題型的試題，包括使用互動式的電腦工作。

27

參、科學綱要的內容

科學綱要敘述了科學知識內容及科學實作項目，這兩者形成 2009 NAEP 科學

評量的基礎。

一、科學知識內容

2009 NAEP 科學知識內容分成三個項目，詳細敘述主要的科學事實、觀念、

原則、定律、定理。

（一）自然科學

（二）生命科學

（三）地球及天文科學

自然科學敘述有關物質（matter）、能量（energy）、運動（motion）等；生

命科學敘述有關生態系的構造及功能、生態系的改變等；地球及天文科學敘述有

關地球的空間與時間、地球的構造、地球系統等。

二、科學實作項目

有關科學綱要的第二個維度是四個科學實作項目

（一）Identifying Science Principles 指認科學的原則

（二）Using Science Principles 應用科學的原則

（三）Using Scientific Inquiry 應用科學探究問題

（四）Using Technological Design 應用科技設計

科學實作項目與科學知識內容聯合組成學生成就表現水準（performance

expectations）。評量的試題是根據學生成就表現水準來加以命題，學生考試後

的認知理解程度也是據此來加以評估。

研究者將美國自然科評量綱要的修訂原由，及內容特徵做一整理，對照國內

九年一貫自然與生活科技學習領域課程綱要，作為研究者在設計自然與生活科技

學習領域評量時的參考依據。

28

第五節 線上診斷評量系統

資訊科技的快速發展帶給現代人的生活更多便利，再加上網際網路的蓬勃發

展，讓很多資訊的傳遞只是在彈指之間，不管是文字、圖片、聲音或影像等等。

這種資訊科技的發展，將對教育產生長久且衝擊性的影響。結合網路科技與教育

測驗評量理論，突破傳統考試的時空限制，使考試不再只是傳統的紙筆測驗，而

是可以讓受試者在遠端，不管何時、何地都可以透過網路接受測驗，達到評量的

目的，這儼然已經成為目前教育發展的重要趨勢。

美國近年來由於「不讓任何孩子落後」的法案通過，需要很多的測驗來評量

教育目標是否達成，再加上網際網路帶來更多的便利，於是測驗機構紛紛考慮利

用線上測驗來達成評量的目的，許多評量學習成就的診斷測驗都可利用電腦線上

執行。美國出版界的巨人－麥格羅希爾公司與加州測驗局合併（CTB/McGraw Hill）

發展出一系列的線上評量系統，如：TerraNova、i-know、Acuity、Writing-Roadmap

2.0 等等。其中 Terra-nova、i-know、Acuity 是針對學校老師及學生而設計的學

習成就評量系統，而 Writing-Roadmap 2.0 則是一套線上寫作即時評量系統。

筆者研究上述線上評量系統，歸納出線上評量系統具有下列幾項優點：

一、提供老師編製測驗的功能：提供各年級和不同學習領域的題庫試題，協助老

師編製試卷。老師可以利用線上測驗決定學生的起點行為，或評估學生學習

進步的情形。

二、即時的測驗報告可作為教學指引：測驗分數能夠立即得知，測驗報告提供分

析回饋，老師能迅速利用這些報告調整教材內容和教學方法，並利用報告中

有效的數據和家長溝通，使家長了解目前的教學狀況。

三、能夠確保測驗的品質：線上評量系統中所設定的課程標準，使測驗能滿足使

用不同版本教科書的學校課程，使測驗內容與教學內容能互相契合。易於解

讀的測驗報告使測驗結果更具意義，可用來支持許多教學決策。

29

四、節省費用：老師可以指派給學生無限次數的線上測驗，也可以進入一個持續

成長的題庫，去編製符合老師所在地區課程標準的班級測驗。

五、節省更多時間留給教學使用：不限時空的線上測驗和即時計分評量，可以幫

老師節省更多用於評量的時間，使老師能有更多時間用於教學和學生的互動

上。

六、讓學生對測驗有友善的經驗：線上測驗不同於傳統的紙筆測驗，應考時除了

學科知識外還需使用電腦的技巧，不但能吸引學生集中注意力激發其表現出

最好的一面，更能有效降低學生對測驗的焦慮。

七、提供易於監控進展的方法：老師能隨時在線上獲得學生個人或班級的測驗紀

錄，測驗紀錄評估學生個人或班級的學習進步情形。

八、測驗的執行是安全、可信賴的：在每一部連接上網並裝有瀏覽器的電腦都可

以執行線上測驗，唯學生在進行線上測驗時必須關閉其他電腦程式也不可進

入其他網站，以確保進行線上測驗時資料傳遞的安全。

媒體與資源是傳達教學與評量的方式，如教師、課本或電腦多媒體，資源的

可用度及教材的廣泛使用度，常常決定了評量本質的發展。評量和教學的統整最

終是評量必須成為教材的一部分。八十五年起，教育部開放教科書編輯，各國民

小學可自行選擇教科書的版本，出版商的成套教科書，通常也包含教學的評量及

習作或課後作業，另外電腦輔助教學或補助教學軟體日漸普及，但限於軟體設計

者的教育專業素養，大都趨向於以選擇性或是非題的方式做為進階的評量。當套

裝的教學評量日漸重要及普及後，以高科技的多媒體來輔助評量時，考驗的是教

學者或套裝軟體使用者的專業判斷智慧，及套裝教材設計者的專業素養與社會教

育使命。科技文明的進步將使教學者、課程、教科書、評量及軟體設計者必需以

科際整合的方式，開發更方便並有效的教學與評量系統，教師在這方面的素養不

容忽視。（王文中、呂金燮等，1999）

行政院經濟部於2002 年6 月正式推動「挑戰2008 － 國家重點發展計劃

30

(2002-2007)」，將數位學習納入重點發展計劃之一(行政院經濟部，2002)，可見

科技與教育的結合已成為目前主要的趨勢。結合網路科技與教育測驗評量理論，

突破傳統式測驗上的時空限制，不再只是侷限於紙筆式測驗，而是可以讓受試者

在遠端，透過網路在遠端接受測驗，達到評量的目的，而這正是當前教育的重要

趨勢（朱志珮 2006）。

美國CTB/McGraw Hill所開發的線上評量系統和數位學習系統連結，使用者

可以輕鬆享受其針對不同顧客所設計的客製化服務及測驗報告。如：幫助教育行

政當局（如校長或其他教育行政人員）製訂「年度進步報告」，了解各校或各班

學生學習進步的情況，比較各校或各班之間的表現。滿足老師幫助學生的需求：

根據不同的班級、學生報告其學習進步的情形，並提供相關的教學指引。提供學

生練習用的小考，診斷學生的迷思概念並提供相關的補救教學教材，為學生設計

個別化的評量檔案記錄學生學習進步情形，常模參照評量報告讓學生明白自己在

每次測驗的排名地位。文字敘述式的家庭報告更有助於家長了解學生考試的結

果。

目前國內也陸續發展出很多的線上教學系統，如：KTB 數位學堂、階梯數位

學院、Hinet 學習網……等，但針對學校設計的線上診斷評量系統尚處於研發試

用階段。九年一貫課程綱要中已經規劃好自然與生活科技學習領域的能力指標及

教材內容細目，如果能有一套線上評量系統搭配使用，以提供監控教學進展與評

估學習成效，相信要達成「帶好每一個學生」這個目標是指日可待的。

31

第三章 研究方法

本章旨在說明研究步驟、編製線上診斷測驗、學生進行線上診斷測驗、

線上診斷評量結果查詢，共分為四節，說明如下：

第一節 研究步驟

本研究是以黃偉政（2004）、洪世聰（2004）、陳泓良所建立之線上診

斷評量系統為核心，進行系統試用，並利用線上測驗的結果探討學生需要

補救教學的概念及學生的迷思概念。為了達成此一目標，本研究之步驟如

圖 3-1 所示

圖 3-1 研究步驟圖

線上診斷評量系統試用

文獻探討

編製線上診斷測驗

學生進行線上診斷測驗

分析教材

建立解題概念表

編製試題及試卷

撰寫研究報告

資料分析

32

第二節 編製線上診斷測驗

壹、 教材分析

過去十幾年來我國的學校課程歷經三次重大的改革，教材內容也由統

一的部編版教材，改為 82 年開放民間的審定本教科書，再到從 90 學年度

開始分四年全面實施以學校本位為主的九年一貫課程，不同時期就學的學

生可能適用不同的學習內容，本節將從新舊教材與「燃燒」有關的部分進

行分析，以了解學生的學習內容及知識結構。

一、國小舊教材

（一）民國六十四年部編版教材

在民國六十四年頒定的自然科課程中，與燃燒相關的單元共有 2 個，

分別是第七冊的「悶熄蠟燭」與第九冊的「氧和二氧化碳」，其中相關的

概念如表 3-1。

表 3-1 六十四年課程國小自然科「燃燒」教材分析

冊別 單元名稱 相關概念

第七冊 悶熄蠟燭 影響蠟燭燃燒時間的變因

第九冊 氧和二氧化碳 氧和二氧化碳具有可辨認的性質

資料來源：引自王瓏真（2004），中小學生對於燃燒之迷思概念研究，

頁 22。

（二）民國八十二年審定版教材

八十二年九月公佈「國民小學課程標準」（教育部，民 82），自八十

五學年度第一學期（85 年 8 月）由一年級起逐年實施，其中提及燃燒相關

的概念如表 3-2，包括一年級時應知道燃燒可以提供熱能，四年級學生應

該了解物質燃燒需要氧。因此根據課程標準，在審定本的各教科書對於燃

燒的相關概念，均有單元配合，如表 3-3。以康軒版教科書為例，在第一

冊的烤麵包及第八冊熱的傳播，說明燃燒產生熱；在第七冊中認識氧和二

33

氧化碳，並進一步知道氧會助燃。

表 3-2 八十二年審定本國小自然科「燃燒」教材分析

領域 內容 項目 年級

溫度與熱 二、熱現象的探討

日光或燃燒等都可提供熱能。 一年級

氧和二氧化碳是生命所必須 七、空氣的探討

物質燃燒需要氧 四年級

物質與能

八、氧化還原的探討 了解燃燒需要空氣 三、四年級

資料來源：引自王瓏真（2004），中小學生對於燃燒之迷思概念研究，頁

22。

表 3-3 國小審定本教科書與燃燒相關教材內容分析

版本 冊別 單元 相關概念

第一冊 四、烤麵包 燃燒產生熱

氧是助燃的氣體，二氧化碳是不

助燃的氣體

第七冊 四、氧和二氧化碳

物質燃燒需要空氣中的氧

康軒版

（1-12 冊）

第八冊 二、熱的傳導 蠟燭燃燒會產生熱空氣

物體怎樣才能燃燒 牛頓版

（1-12 冊）

第八冊 五、物質的燃燒

氧、二氧化碳與燃燒的關係

製造氧氣和二氧化碳

檢驗氧和二氧化碳

國編版

（1-12 冊）

第八冊 四、氧和二氧化碳

物質燃燒需要氧

氧的性質 南一版

（1-12 冊）

第八冊 三、兩種空氣

二氧化碳的性質

蠟燭燃燒會產生熱 第二冊 六、冷和熱

蠟燭受熱會變成蠟油

翰林版

（1-12 冊） 第五冊 三、奇妙的空氣 空氣可以使火燃燒的更旺

34

氧的性質 第八冊 二、兩種氣體

二氧化碳的性質

資料引自：王瓏真，2004，中小學生對於燃燒之迷思概念研究，頁

23。

由表 3-3 可看出康軒版及翰林版的教科書都以蠟燭為例來說明燃

燒。值得注意的是只有在牛頓版的教科書有明白提到「物體怎樣才能燃

燒」，其餘均僅說明燃燒需要氧。

（三）九年一貫課程

八十七年九月教育部公布「國民教育九年一貫課程」總綱，國民中小

學九年一貫課程自九十學年度起由國民小學一年級開始實施。在九年一貫

課程綱要與燃燒概念相關的能力指標為第三階段（五、六年級）認識物質

2-3-3-2 探討氧及二氧化碳的性質；氧的製造、燃燒之了解、氧化(生銹等)，

二氧化碳的製造、溶於水的特性、空氣污染等現象。研究者根據九年一貫

課程綱要，比較不同版本教科書對於燃燒概念的相關單元名稱及內容，整

理如表 3-4

表 3-4 九年一貫課程綱要各版本教科書與燃燒相關教材內容分析

版本 冊 别 單元名稱 內 容

康軒版 第五冊 空氣與燃燒 認識燃燒現象，察覺燃燒需要空

氣。

（五上） 製造氧氣並檢驗其性質。

製造二氧化碳並檢驗其性質。

認識燃燒需要：可燃物、助燃物、

燃點。

學習設計及製作簡易滅火器。

認識火災的預防與處理方法。

南一版 第七冊 氧氣和二氧化碳 氧氣的製造、檢驗和用途

35

（六上） 二氧化碳的製造、檢驗和用途

介紹燃燒三要素與火災種類

火災的預防與逃生

翰林版 第六冊 空氣與燃燒 製造氧氣和二氧化碳，了解氧氣

和二氧化碳的性質。

（五下） 認識氧氣和二氧化碳在生活中的

用途。

燃燒需同時具備可燃物、助燃

物、燃點。

利用燃燒三要件，提出滅火的方

法。

了解日常生活中防範火災的做

法。

牛頓版 第七冊 燃燒與生鏽 認識燃燒現象，知道燃燒需要氧

氣。

（六上） 經由實驗了解氧氣的性質。

透過實驗了解二氧化碳的性質。

透過認識燃燒的三要件和滅火原

理。

經由實驗和討論探究生鏽的原因

及防鏽的方法

由上表可以看出九年一貫課程綱要各版本教科書對於「燃燒」概念所

安排的冊別並不相同，康軒版的教材在五上、南一版在六上、翰林版在五

下、牛頓版在六上，因為「燃燒」概念所對應到的九年一貫能力指標是第

36

三學習階段（國小五、六年級），所以各出版社在編排教材時有的在五年

級課程中呈現、有的在六年級課程中呈現。在教材內容方面，康軒版及牛

頓版的教材先讓學生「認識燃燒的現象，知道燃燒需要空氣或氧氣」。其

餘教材則直接從氧氣的製造切入主題。

雖然各版本的教材內容敘述方式及編排順序不盡相同，但歸納各版本

教材內容相同的之處有：

1. 各版本均提到氧氣、二氧化碳的製造及性質。

2. 各版本均提到氧氣、二氧化碳在日常生活中的應用。

3. 各版本均提到燃燒三要素為：可燃物、助燃物、燃點。需三者同時具備

才可以燃燒。

4. 各版本均提到利用燃燒三要素的原理來滅火。

研究者在編擬評量測驗時，盡量朝向各版本內容相同之處來編製試

題，如此可以讓這次的評量試題朝向基本化，若在不同的樣本施測能夠讓

使用不同版本教科書的學生不致因各版本內容不同而影響其測驗成績。

貳、 解題概念

本次測驗之教材內容為九年一貫課程次主題 225 氧化與還原

燃燒與滅火

3a.知道燃燒的三要件(燃點、可燃物、助燃物－通常為氧氣)，並根據此

三要件介紹常見的滅火原理以及火災發生時的處理方法與應變措施。

研究者參考教學指引，將有關本次測驗之教材內容細目對應九年一貫

能力指標分成評量目標並分析解題所需概念編碼如表3-5：

37

表3-5 評量目標及解題所需概念編碼表

九年一貫能力指標

（大概念）

評量目標編碼

（中概念）

解題所需概念編碼

（小概念）

2-3-3-2-1 認識燃燒現象，知

道燃燒需要氧氣。

1-1 燃燒需要空氣

1-2 木頭或紙張間留有

空隙，讓空氣可以流通，

才容易燃燒

1-3 用廣口瓶蓋住燃燒

中的燭火，燭火會漸漸變

小，然後熄滅

2-3-3-2-2 知道氧氣的製造方

法，認識氧氣的性質及應用。

2-1 雙氧水和新鮮果皮

作用可產生氧氣

2-2 氧氣是無色無味的

氣體

2-3 氧氣不會和澄清石

灰水作用

2-4 氧氣會幫助燃燒，使

線香燒得更旺

2-5 生活中應用氧氣的

例子

2-3-3-2 探討氧及

二氧化碳的性質；

氧的製造、燃燒之

了解、氧化(生銹

等)，二氧化碳的製

造、溶於水的特

性、空氣污染等現

象。

2-3-3-2-3 知道二氧化碳的製

造方法，認識二氧化碳的性質

及應用。

3-1 醋和小蘇打作用可

產生二氧化碳

3-2 蠟燭燃燒後會產生

二氧化碳

3-3 二氧化碳是無色無

味的氣體

3-4 二氧化碳會使澄清

石灰水變混濁

3-5 二氧化碳不會幫助

燃燒，會使燭火熄滅

3-6 生活中應用二氧化

碳的例子

38

2-3-3-2-4 認識燃燒的三要

件。

4-1 燃燒需要氧氣（助燃

物）

4-2 燃燒需要可以燃燒

的物質（可燃物）

4-3 燃燒需要達到適當

的燃燒溫度（燃點）

4-4 燃燒三要件要俱備

才可進行燃燒作用

4-5 缺少燃燒三要件中

的任一項均無法進行燃

燒作用

2-3-3-2-5 知道滅火原理及如

何滅火。

5-1 知道火災發生時要

如何滅火

編碼說明：

在上表九年一貫能力指標（大概念）「a-b-c-d」的編號中，「a」代表

主項目序號，「b」代表學習階段序號：1 代表第 1 階段一、二年級、2 代

表第 2 階段三、四年級、3 代表第 3 階段五、六年級、4 代表第 4 階段國

中一、二、三年級，「c」代表次項目序號，依觀察、比較與分類、組織與

關連、歸納與推斷和傳達等，以 1、2、3、4 逐一編序；若未分項，則以 0

代表之，「d」代表流水號。

評量目標編碼（中概念）「a-b-c-d-e」的編號中，前四碼延續九年一

貫能力指標，第五碼「e」為研究者將有關本次測驗之能力指標分成五個

評量目標並依序編碼為：

2-3-3-2-1 認識燃燒現象，知道燃燒需要氧氣。

2-3-3-2-2 知道氧氣的製造方法，認識氧氣的性質及應用。

2-3-3-2-3 知道二氧化碳的製造方法，認識二氧化碳的性質及應用。

2-3-3-2-4 認識燃燒的三要件。

2-3-3-2-5 知道滅火原理及如何滅火。

39

解題所需概念編碼（小概念）「a-b」的編號中，「a」代表學習及評量

目標，「b」代表解題所需概念，以 1、2、3、4 逐一編序。

根據許良榮、 蔣盈姿（2005）針對彰化縣小六（68 人）、國二（73

人）以及高一（85 人）學生，探究中小學生對於物質之可燃性的另有概念

研究，發現學生普遍持有「液體不可燃」、「硬硬的固體無法燃燒」、「物質

含氧可以燃燒」、「物質熔化不會燃燒」、「可供食用的物質不會燃燒」、「物

質加熱冒煙是燃燒」等與科學家不同的概念。

另外王瓏真（2003）中小學生對於燃燒之迷思概念研究，學生對燃燒

在「是否可燃的分類」銅和鐵可燃對各年級學生來說是難以理解的；在「燃

燒條件」大部分學生都知道燃燒必須要有氧，但氧的角色並不清楚，各年

級中，對於燃燒條件都存在一些錯誤的想法，而且並未隨著年級增加而改

善，所佔比例最多的是「必須要點火」，因為燃燒要「高溫」，顯現這些迷

思概念在年級增加依然存在；而在燃燒現象出現較多的想法，仍舊是與「熔

化」混淆不清和因日常生活經驗得知的「燃燒會有毒會臭味」。

本次測驗根據評量目標歸納出相關的解題概念，如表 3-5，並參考國

內學者所做過有關學生燃燒概念的研究，設計一份線上診斷評量試卷（如

附件一），每一題都有相對應的解題概念，如表 3-6。線上診斷評量試卷包

含三題新式題型試題（題號 1至 15）及 35 題選擇題（題號 16 至 50），用

來評量學生的學習成就和診斷學生有關燃燒的迷思概念。

表 3-6 解題概念表

解題概念編碼

題號 1-1 1-2 1-3 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 3-1 3-2 3-3 3-4 3-5 3-6 4-1 4-2 4-3 4-4 4-5 5-1

1 1

2 1

3 1

4 1

40

5 1

6 1

7 1

8 1 1

9 1

10 1

11 1

12 1

13 1

14 1

15 1

16 1

17 1

18 1

19 1

20 1

21 1

22 1

23 1 1

24 1 1 1

25 1

26 1

27 1

28 1 1

29 1

30 1 1

31 1 1 1 1

32 1 1

33 1

34 1

35 1 1 1 1

36 1 1 1

37 1

38 1 1

39 1 1

40 1 1 1

41 1

41

42 1

43 1

44 1 1 1 1

45 1 1

46 1

47 1 1 1 1

48 1

49 1

50 1 1 1

小概念 4 2 1 3 2 1 6 3 2 4 1 4 3 1 11 12 6 2 4 6

中概念 7 15 15 35 6

大概念 78

說明：表格中的數字代表概念出現的次數。

從上表可看出本次有關「燃燒」學習成就及診斷測驗的大概念分成五

個中概念。第一個中概念包含了三個解題小概念（1-1、1-2、1-3），第一

個小概念（1-1）在本次測驗出現 4 次、第二個小概念（1-2）出現 2 次、

第三個小概念（1-3）出現 1 次，其餘的以此類推。

參、 線上測驗的編製

一、線上診斷評量系統提供給老師的功能，如圖 3-2。

圖 3-2 教師功能選單

42

其中與測驗評量有關的重要功能有：

（一）試題管理：選擇「新增試題」可以進入編輯試題，有 A、B兩種題

型可供選擇，其中題型 A為「新式題型」；題型 B為傳統的選擇題。

選擇「修改”我的” 試題」可以進入修改編輯過的試題。

（二）試卷管理：選擇「新增試卷」可以進入編輯試卷；選擇「修改試卷」

可以進入修改使用者編輯好的試卷。

（三）成績查詢：選擇「各題答對查詢」可以查詢每一題有哪些學生答對、

哪些學生答錯。選擇「依試卷查詢」可以查詢考過的試卷每一位考

生答題的情形。選擇「依個人查詢」可以查詢單一考生的作答記錄。

（四）評量測驗：選擇評量測驗，老師可以預試自己在系統上已經編製好

的試卷。

二、在診斷評量系統中新增試題

在教師功能選單中點選「試題管理」功能，選擇「新增試題（題型 A）」

或「新增試題（題型 B）」可進入新增試題。

（一）選擇「新增試題（題型 A）」後，會有「領域」和「年級」的下拉

式選單和能力指標的核取方塊（如圖 3-3），老師可以依照題目的屬

性來勾選，其中能力指標可以複選，選擇完畢送出後即可進入編輯

試題的畫面（如圖 3-4）。在編輯試題時老師可以預估試題難度，圖

片視題目的需要來決定是否加入，唯圖片大小不能超 50kb，接下來

敘述題目、內容。題型 A屬於題組式的試題，由五個問題搭配十個

選項而組成，經研究者測試須將五個問題和十個選項都填好才能正

常運作。

（二）選擇「新增試題（題型 B）」來新增試題的做法和選擇「新增試題（題

型 A）」的做法差不多，先選擇「領域」、「年級」、「能力指標」，因

為題型 B是屬於傳統的選擇題，所以由一個問題搭配四個選項而組

成一道試題。

43

圖 3-3 依照題目的屬性勾選「領域」、「年級」、「能力指標」

44

圖 3-4 編輯試題的畫面

45

三、在診斷評量系統中新增試卷

在教師功能選單中點選「試卷管理」，選擇「新增試卷」功能可進入

新增試卷的畫面（如圖 3-5）。

圖 3-5 新增試卷的畫面

選擇「領域」、「年級」、「難度」，勾選能力指標後，系統會從題庫中

找到相關的試題列出，老師可以預覽試題或勾選試題組成試卷。接下來老

師要做試卷的相關設定：試卷命名、輸入試卷密碼、設定測驗時間（如圖

3-6），這樣一份線上測驗試卷就完成了。

圖 3-6 試卷的相關設定

46

第三節 學生進行線上診斷測驗

本次測驗以研究者所任教學校六年級學生，共七個班級 209 位學生進

行線上測驗，每一次以一個班級為單位進行線上測驗，每班人數為 25－33

人，分三天測驗完畢。

壹、 學校電腦教室的相關網路設備與電腦規格

一、 作業平台：AMD Sempron 3200＋，RAM 512 MB，硬碟80GB，網

路卡傳輸效率100MB/S。

二、 作業系統：Microsoft Windows XP，螢幕解析度設為800X600。

三、 全球資訊網瀏覽器：Microsoft Internet Explorer 6.0 中文

版。

貳、 伺服器端：

一、 Pentium 4 3G，RAM 1024 MB，硬碟160GB，硬碟傳輸界面為SCSI

ULTRA_WIDE II，網路卡傳輸效率100MB/S 的伺服器平台。

二、 網路作業系統：Microsoft Windows 2003 Advanced Server 中

文版。

三、 資料庫管理系統： Microsoft Access 2000，以ActiveX Data

Object 透過ODBC 界面存取資料庫。

四、 Web Server ： 採用Microsoft Internet Information Server

6.0(IIS 6.0)。

參、 本研究所使用之線上診斷評量系統提供給學生的功能，如圖 3-7：

47

圖 3-7 學生功能選單

選擇「評量測驗」後系統會提供學生試卷進行線上測驗，系統會先要

求學生輸入試卷密碼才可以開始進行測驗。學生可以利用鍵盤輸入正確答

案，或利用下拉式選單選擇正確選項。測驗進行時在螢幕的左下方有一個

提示剩餘作答時間的功能，提醒學生控制作答時間（如圖3-8）。

圖 3-8 測驗進行時提示剩餘作答時間

學生作答完畢按「交卷」後，會有「確定」對話框出現讓學生再次確

認是否真正要交卷，按「確定」後會回到學生功能選單，對於同一份試卷

系統設定不能重考，交卷後學生可以進入「成績查詢」功能查看考試成績

及個人作答紀錄。

48

第四節 線上診斷評量結果查詢

本研究所使用之線上診斷評量系統在考試結束之後，根據每個考生的

答題記錄進行各項計算，計算結果可以由教師功能表「成績查詢」和學生

功能表「成績查詢」中顯示。

壹、 給老師的成績查詢

當學生作答完畢提交試卷後，老師就立即可以從「教師功能表/成績查

詢」進入查詢該份試卷的作答情形，查詢的方式有：「各題答對查詢」、「依

試卷查詢」、「依個人查詢」、「依試卷能力指標診斷」。

一、 各題答對查詢：讓老師可以針對某一份試卷的試題查詢有哪些

學生答錯，答錯的學生他們所選的答案為何（如圖 3-9）。

圖 3-9 各題答對查詢

二、 依試卷查詢：讓老師可以針對某一份試卷查詢學生的考試成績

及作答情形，成績可以由高至低或由低至高排列（如圖 3-10）。

49

圖 3-10 依試卷查詢

三、 依個人查詢：老師可以輸入學生的帳號來查詢某一位學生的「成

績」、「作答情形」。

四、 依試卷能力指標診斷：這項功能為線上診斷評量系統在這次測

驗完後新增的功能。在所有的學生都施測完畢之後，系統會根

據全部學生的作答數據進行分析計算，老師可以選擇按照「能

力指標」、「單元名稱」、「單元目標」、「教學活動」、「小概念」

不同層次來進行診斷，系統所呈現的畫面，如圖 3-11。

圖 3-11 依試卷能力指標診斷

50

貳、 給學生的成績查詢

學生在作答完畢提交試卷之後，就立即可以從「學生功能表/成績查詢」

進入查詢個人該次測驗的「成績」、「作答情形」，以及「全班成績統計圖」

（圖 3-12、圖 3-13）。系統經過改良後，目前除了上述學生成績查詢功能

之外還多加了一項「依試卷能力指標診斷」的查詢，該項功能可以顯示學

生在每份試卷的診斷結果，可從「能力指標」、「單元名稱」、「單元目標」、

「教學活動」、「小概念」不同層次來進行診斷（圖 3-14）。

圖 3-12查詢個人該次測驗的「成績」、「作答情形」

圖 3-13全班成績統計圖

51

圖 3-14 學生在每份試卷的診斷結果

52

第四章 研究結果與討論 本�