中小學(xué)「細胞概念類比測驗」

國立臺北師範(fàn)學(xué)院學(xué)報，第十八卷第一期（九十四年三月）87～116國立臺北師範(fàn)學(xué)院國立臺北師範(fàn)學(xué)院學(xué)報，第十八卷第一期（九十四年三月）87～116國立臺北師範(fàn)學(xué)院的發(fā)展與效化盧秀琴盧秀琴：國立臺北師範(fàn)學(xué)院自然科學(xué)教育學(xué)系教授投稿收件日：93年09月22日；修正日：93年12月14日；接受日：93年12月22日摘要本研究根據(jù)中小學(xué)生物科細胞相關(guān)課程的教材，配合大臺北地區(qū)中小學(xué)學(xué)生的另有概念分析，進行中小學(xué)細胞相關(guān)課程的類比教學(xué)，蒐集學(xué)生反應(yīng)的資料，做為編製「細胞概念類比測驗，簡稱ATCC」的依據(jù)；本工具目的在偵測學(xué)生學(xué)習(xí)細胞相關(guān)課程時，是否會因為類比教學(xué)而獲得細胞相關(guān)概念，而存在的另有概念是否起源於不理解類比關(guān)係而無法產(chǎn)生概念遷移。ATCC分為國小卷、國中卷和高中卷，包含四個分量：圖形類比、模型類比、敘事性類比和複雜性類比等。本研究建立ATCC的表面效度、內(nèi)容效度和構(gòu)念效度，使類比試題內(nèi)容可以反映中小學(xué)細胞相關(guān)課程的內(nèi)涵，答案選項可以反映學(xué)生是否產(chǎn)生另有概念；ATCC的主要構(gòu)念可抽出四個因素，總共可以解釋的變異量有51.24%（國小卷）、51.55%（國中卷）和48.05%（高中卷）。本研究以大臺北地區(qū)的國小五年級、國中一年級和高中二年級學(xué)生為對象，發(fā)展並效化ATCC，得到內(nèi)部均質(zhì)性信度分別達0.6653（國小卷）、0.7021（國中卷）和0.7451（高中卷），顯示ATCC已建立內(nèi)部均質(zhì)性信度。本研究利用試題的項目分析，得到試題的平均難度為0.563（國小卷），0.654（國中卷）和0.641（高中卷）；鑑別度指數(shù)之平均值為0.500（國小卷），0.434（國中卷）和0.425（高中卷）。最後，根據(jù)難度和鑑別度，將不適合的題幹陳述與答案選項做最後的修正。關(guān)鍵詞：細胞概念類比測驗、圖形類比、模型類比、敘事性類比和複雜性類比

中小學(xué)「細胞概念類比測驗」國立臺北師範(fàn)學(xué)院學(xué)報，第十八卷第一期（九十四年三月）87～116國立臺北師範(fàn)學(xué)院國立臺北師範(fàn)學(xué)院學(xué)報，第十八卷第一期（九十四年三月）87～116國立臺北師範(fàn)學(xué)院盧秀琴盧秀琴：國立臺北師範(fàn)學(xué)院自然科學(xué)教育學(xué)系教授壹、前言所有的生物都是由細胞所構(gòu)成的，有些細胞如雞蛋或蛙卵是肉眼可見的，有些細胞太小需藉助顯微鏡的觀察，不同的顯微鏡工具可以觀察細胞的不同構(gòu)造。不管是原核生物、單細胞生物或是多細胞的微小生物，都必須依賴細胞完成生理生化的反應(yīng)以表現(xiàn)生命力；所以細胞是活的，細胞質(zhì)內(nèi)有許多胞器和酵素以進行代謝作用，而細胞膜是具有選擇性的鑲嵌流體半透膜，能夠進行擴散與滲透作用等生理現(xiàn)象。學(xué)生從小學(xué)到大學(xué)學(xué)習(xí)生物學(xué)時，生物學(xué)的入門之一便是細胞相關(guān)課程，由此發(fā)展到生物的層次，如組織、器官、系統(tǒng)到生物個體，足見細胞相關(guān)課程的重要性（Campbell&Reece,2003）。中小學(xué)學(xué)生學(xué)習(xí)細胞相關(guān)課程既然重要，那麼中小學(xué)學(xué)生是否能獲得正確的概念認知也值得探討。盧秀琴（2003a，2003b）發(fā)展顯微鏡下的世界兩階層診斷式紙筆測驗（Two-tiermultiplechoiceInstrumentoftheWorldunderMicroscope，簡稱TIWM）用來診斷我國中小學(xué)學(xué)生的細胞相關(guān)概念，盧秀琴和童禕珊（2003）利用OdomandBarrow（1995）發(fā)展的擴散與滲透作用診斷測驗（DiffusionandOsmosisDiagnosticTest，簡稱DODT）用來診斷我國高中生的細胞生理相關(guān)概念。對於中小學(xué)學(xué)生產(chǎn)生細胞相關(guān)課程的另有概念成因探討，一方面可從教師的教學(xué)策略著手（盧秀琴，2004），另一方面可從不同的學(xué)生表徵去研究（盧秀琴，2003c），還有從教科書呈現(xiàn)的概念去研究（盧秀琴，2005）。學(xué)者Stepans（1991）認為學(xué)生持有另有概念可能來源有六個方面：(1)教師缺乏對於學(xué)生的另有概念察覺及興趣；(2)日常生活的語言和隱喻；(3)「只要教就馬上能學(xué)到」的假設(shè)；(4)「話語用字就可以代表是否理解」的假設(shè)；(5)教科書呈現(xiàn)的概念；(6)過分強調(diào)講述法。而一些學(xué)者認為學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)產(chǎn)生困難，是因為學(xué)生需要整合多方面的生物知識才能獲得概念認知，如細胞生理概念及生物演化概念等，當(dāng)學(xué)生在學(xué)習(xí)細胞的構(gòu)造和生理現(xiàn)象時，必須整合各種分子的特性、溶液的定義與濃度的關(guān)係，才能說明細胞膜的特性與產(chǎn)生的細胞生理現(xiàn)象（Pearsall,Skipper,&Mintzes,1997;Good,Trowbridge,Demastes,Wandersee,Hafner,&Cummins,1994）。從學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)概念來看，建構(gòu)主義的觀點認為：學(xué)習(xí)是以一種既有知識為基礎(chǔ)主動建構(gòu)的歷程，唯有透過新、舊知識的聯(lián)結(jié)，新的概念才有辦法為人所理解（Duit,1991）；認知心理學(xué)的觀點也認為，有效的學(xué)習(xí)必須建立在學(xué)習(xí)者將新知識與舊知識作有意義的聯(lián)結(jié)；而類比便是一種以舊有知識為基礎(chǔ)，進而產(chǎn)生推論以聯(lián)結(jié)新概念並幫助問題解決的學(xué)習(xí)策略（蕭碧茹、洪振方，2001）。Brown（1992）指出當(dāng)學(xué)生具有迷思概念時，單以支持性的例子說明原理和應(yīng)用範(fàn)圍可能是無效的，若協(xié)助學(xué)生加入類比則比較能引導(dǎo)出學(xué)生的直覺，幫助他們重新建立概念。類比是促進概念改變有效的工具，Duit（1991）認為類比在概念改變上是重要的軸心，因為它可以同時再建構(gòu)新、舊兩個資訊。而類比教學(xué)是讓學(xué)生透過聯(lián)想，把抽象的、未知的事物（研究對象）對比具體的、熟悉的事物（類比對象），依據(jù)兩個對象之間存在某種類似或相似的關(guān)係，從已知對象具有的某種性質(zhì)去推論未知對象應(yīng)具有相應(yīng)的性質(zhì)（Gentner,1989;Gentner&Toupin,1986）。Brown（1992）認為類比能幫助學(xué)生建立抽象的表徵，而有些研究顯示以圖形類比和模型類比能以視覺化促進抽象領(lǐng)域概念間結(jié)構(gòu)的理解（Duit,1991;Bean,Singer,&Cowen,1990）。類比教學(xué)雖然有上述的優(yōu)點，但根據(jù)類比物與目標(biāo)物的關(guān)聯(lián)性，類比也可能導(dǎo)致錯誤的學(xué)習(xí)或消弱學(xué)習(xí)，原因是類比物不可能將全部的特徵都映射到目標(biāo)物，在某些方面必然存在著類比限制，如果使用不當(dāng)反而會曲解概念，甚至產(chǎn)生更多的另有概念，因此，教師在教學(xué)上必須小心使用類比物的對應(yīng)關(guān)係（Glynn,1989）。本研究從中小學(xué)學(xué)生診斷出來的「細胞相關(guān)課程」另有概念中，選擇性的挑選適合做類比教學(xué)的教材，例如：對於細胞構(gòu)造和胞器功能認識不清，可以利用圖形類比和模型類比做教學(xué)；對於細胞的定義、細胞的生理現(xiàn)象、微小生物的生態(tài)角色認識不清，可以利用敘事性類比做教學(xué)；對於葉綠體、葉綠素和酵素之間的關(guān)係認識不清，可以利用複雜性類比做教學(xué)。本研究嘗試在中小學(xué)個案班級中進行類比教學(xué)，蒐集學(xué)生所有反應(yīng)的相關(guān)資料，擬編製中小學(xué)「細胞概念類比測驗」（以下簡稱為ATCC，theAnalogismTestsofCellConcepts），當(dāng)作一種評量工具，本工具的目的在偵測學(xué)生學(xué)習(xí)細胞概念時，是否因為接受類比教學(xué)而獲得細胞概念，而仍存在另有概念是否起源於學(xué)生不理解類比物的對應(yīng)關(guān)係而無法產(chǎn)生細胞概念的遷移。貳、文獻探討類比推理的意義和理論早期學(xué)者多半把類比看做是一種推論，而隨著越來越多的研究，對類比的定義也跟著改變，較多學(xué)者採用Duit（1991）的看法，認為類比是兩個不同領(lǐng)域的知識系統(tǒng)，藉由彼此間「某種關(guān)係」的相似性，由已知的知識系統(tǒng)推導(dǎo)到欲知的知識系統(tǒng)，從而獲得或理解知識的過程。Zeitoun（1983）強調(diào)當(dāng)類比物與目標(biāo)概念之間具有不同基模時，才稱為類比；若是放大或縮小的實物模型則不算是類比。綜合許多學(xué)者的研究，將類比推理的類型分為兩大類：傳統(tǒng)取向的類比推理和問題解決取向的類比推理（Gentner,1983;Goswami,1991;Holyoak&Koh,1987;Novick&Holyoak,1991;涂金堂，2001）。傳統(tǒng)取向的類比推理是以兩組詞彙的形式出現(xiàn)，每組詞彙包含兩個語詞，受試者必須從已知的三個語詞，根據(jù)兩組詞彙隱含的各種關(guān)係（隸屬關(guān)係、相似關(guān)係、相反關(guān)係、因果關(guān)係）去類推出第四個語詞；以Piaget的認知結(jié)構(gòu)階段理論（StructuralStageTheory）和Sternberg的成分理論（IngredientTheory）為主要的依據(jù)（引自涂金堂，2001）。問題解決取向的類比推理是以兩個需要解決的問題情境呈現(xiàn)出來，受試者必須從不同的問題情境中，類推出相同的問題解決基模；以Gentner(1983)的結(jié)構(gòu)對應(yīng)理論（StructureMappingTheory,SMT）和HolyoakandKoh(1987)的基模歸納理論為主要的依據(jù)。由於本研究採用的是問題解決取向的類比教學(xué)，所以文獻探討的重點放在問題解決取向的類比推理，包括結(jié)構(gòu)對應(yīng)理論和基模歸納理論。Gentner（1983）提出結(jié)構(gòu)對應(yīng)理論，指出類比的規(guī)則是取決於知識表徵的語法（syntax）結(jié)構(gòu)，與其內(nèi)容無關(guān)，因為在對應(yīng)時，應(yīng)該捨棄物件屬性的對應(yīng)而尋求物件間的關(guān)係，而且一組互有關(guān)聯(lián)的關(guān)係結(jié)構(gòu)會比單獨的關(guān)係容易產(chǎn)生對應(yīng)。舉例而言，以原子與太陽系之間的對應(yīng)，會捨棄太陽的一些屬性，如太陽的顏色是黃的，但保留關(guān)係中的「吸引」、「質(zhì)量比…大」、「繞著…旋轉(zhuǎn)」這三個特性來作為兩領(lǐng)域間的對應(yīng)。所謂一組互有關(guān)聯(lián)的關(guān)係結(jié)構(gòu)是指當(dāng)組內(nèi)某關(guān)係改變時，組內(nèi)其他的關(guān)係也會跟著改變，如當(dāng)行星的質(zhì)量比太陽大時，那麼就應(yīng)該是太陽會繞著行星旋轉(zhuǎn)。Falkenhainer,Forbus,andGentner（1989）支持SMT理論，他們發(fā)現(xiàn)受試者詮釋類比時，會比較注重物件間的關(guān)係而忽略物件的屬性，大人在類比對應(yīng)過程中偏好系統(tǒng)性原則，小孩則沒有這方面傾向，但隨著年齡增長，會越來越偏好系統(tǒng)性(Goswami,1991)。HolyoakandKoh（1987）提出基模歸納理論，認為人類記憶搜尋是以語意線索提取導(dǎo)向的，類比題來自相同領(lǐng)域時，則易於提取有關(guān)的訊息；但類比題來自不同領(lǐng)域時，來源與標(biāo)的之間缺乏相對應(yīng)的物體或述詞相似性時，則隱含於類比題中的基模（schema）可以產(chǎn)生遷移，基?？商峁撛诘奶崛【€索，促進類比之提?。黄錃v程有四：建立表徵、注意並提取可用的線索、對應(yīng)及學(xué)習(xí)、應(yīng)用擴展對應(yīng)所產(chǎn)生的解決方案。三四歲的幼童在旁人提醒他反省關(guān)係的相似性時，他們便能產(chǎn)生遷移，年長的學(xué)童與成人的知識表徵較豐富，在趨向與對應(yīng)相關(guān)的訊息表徵上，應(yīng)用的比幼童好；即年齡愈小的兒童，需提供或教導(dǎo)較多的來源解決問題故事，才能成功的遷移，較年長的學(xué)童則只需一個來源解決問題故事的提示，即能產(chǎn)生遷移（Brown,Kane,&Long,1989;Goswami&Brown,1990）。類比教學(xué)與類比試題編製的相關(guān)理論Goswami（1991）認為類比概念的核心在於關(guān)係的推理，注意某組關(guān)係和對應(yīng)組關(guān)係的相似性和關(guān)聯(lián)性，對應(yīng)的重點包括系統(tǒng)對應(yīng)和概念特性的對應(yīng)。Keane,檢索（retrieval）、對應(yīng)（mapping）、調(diào)適（adaptation）和歸納（induction）五個階段。結(jié)構(gòu)對應(yīng)理論派的學(xué)者認為類比必須是兩個不同領(lǐng)域間的對應(yīng)才能稱為類比，如果是相同領(lǐng)域間的對應(yīng)則稱為例子（Gentner,1983;Gentner,1989）；但Vosniadou（1989）提出反駁，他認為從靜態(tài)的敘述來討論，則只有兩個不同領(lǐng)域概念的對應(yīng)才能稱為類比，但若從動態(tài)推理，不管對應(yīng)的是相同或不同領(lǐng)域都應(yīng)該稱為類比。根據(jù)Clement（1988，引自邱美虹，1993）產(chǎn)生類比教學(xué)的方式有三種：1.經(jīng)由形式原理產(chǎn)生，這種方法是透過對原有的問題A的理解，領(lǐng)悟到其可能是某種形式抽象的原理而產(chǎn)生類比；然後類比B才被提取。2.經(jīng)由轉(zhuǎn)化作用產(chǎn)生，這種方法是經(jīng)由修正原來情境A而產(chǎn)生一個類比B；在強調(diào)學(xué)習(xí)者本身對問題情境A做內(nèi)部表徵的轉(zhuǎn)換，經(jīng)過加以修正後成為情境B的表徵，其過程則包含動態(tài)的想像。3.經(jīng)由聯(lián)結(jié)產(chǎn)生，與前述不同的是，這種方法B是在記憶中回想二個類似的情況B來說明A，而非將A轉(zhuǎn)換成B。Glynn（1989）分析43所學(xué)校（包括國中、高中和大學(xué)）的科學(xué)教科書中使用類比的情形，類比推理的實證研究，及教科書的編輯資料，發(fā)展出類比教學(xué)模式（TeachingwithAnalogiesModel,簡稱TWA），引導(dǎo)教學(xué)者如何有系統(tǒng)的建構(gòu)類比，作為學(xué)生解釋重要的科學(xué)概念時，使用教學(xué)策略上的指導(dǎo)方針。TWA模式包括六個教學(xué)步驟：1.介紹科學(xué)概念，2.喚起類比概念，3.辨認類比物特質(zhì)，4.映射相似的特質(zhì)，5.導(dǎo)出科學(xué)概念的結(jié)論，6.指出非類比之處。高淑芬和邱美虹（1998）則認為類比的歷程應(yīng)包含：1.從長期記憶中找出適合的類比物—檢索階段，2.將兩領(lǐng)域相似部分配對—對應(yīng)階段，3.應(yīng)用對應(yīng)的結(jié)果學(xué)習(xí)目標(biāo)領(lǐng)域的知識—學(xué)習(xí)階段，對應(yīng)是整個類比思考的核心過程。類比的類型很多，教師在類比教學(xué)之前應(yīng)該評估目前的教學(xué)情境適合哪一種類比教學(xué)策略？盡量以具體的形象呈現(xiàn)，例如圖形類比或模型類比，或是以口頭敘述的方式呈現(xiàn)，例如故事類比與敘事類比，還是強調(diào)複雜性類比，以多重類比物的呈現(xiàn)做說明，例如橋樑式類比和多重類比（蕭碧茹、洪振方，2001）。依本研究的需要，介紹圖形類比、模型類比、敘事類比和橋樑式類比。1.圖形類比：指類比教學(xué)的媒介以圖片或繪圖的形式呈現(xiàn)，例如海報或投影片等，當(dāng)科學(xué)概念抽象又無法以簡單的模型解說時，圖形類比是很好的教學(xué)方式，學(xué)生可從投影片上圖解概念，產(chǎn)生具體的類比心象。圖形類比會搭配適當(dāng)?shù)牡奈淖中纬蓤D形—文字類比，有助於心象能力較弱、低學(xué)習(xí)成就的學(xué)生（Thiele&Treaguest,1991），學(xué)者Bean等人（1990）以圖形類比設(shè)計生物細胞單元，並採用教師解說或?qū)W生自行閱讀教材的方式，研究結(jié)果證實圖形類比教學(xué)的有效性，並且發(fā)現(xiàn)以教師解說圖形類比的方式比學(xué)生自行閱讀教材的方式佳。2.模型類比：指類比教學(xué)的媒介以模型的形式呈現(xiàn)，教師透過模型類比引領(lǐng)學(xué)生從熟悉的概念領(lǐng)域（類比物）轉(zhuǎn)移到不熟悉的概念領(lǐng)域（目標(biāo)物）；模型可以把較複雜的想法、物體、事件、系統(tǒng)或過程以簡化的表徵呈現(xiàn)（Gilbert,Boulter,&Rutherjord,1998）。3.敘事性類比（narrativeanalogies）：指類比教學(xué)以簡短的、說明性的敘述呈現(xiàn)，例如小故事的方式。敘事性類比是科學(xué)教師常用的一種教學(xué)類比，可以摘錄描述科學(xué)概念的段落文字，構(gòu)成說明式情境，在師生對答中幫助學(xué)生獲得科學(xué)概念（Dagher,1995）。4.橋樑式類比（bridginganalogies）：指類比教學(xué)在類比概念與科學(xué)概念之間安排中介類比作為踏腳石，使概念之間的落差減小，學(xué)生更容易領(lǐng)會類比概念與科學(xué)概念之間的對映關(guān)係，有助於概念的聯(lián)想與類推（Brown&Clement,1989）。綜合上述的研究顯示，科學(xué)教師使用類比教學(xué)時，可以用TWA教學(xué)模式，先介紹科學(xué)概念後，尋找學(xué)生熟悉的類比物喚起類比概念，指導(dǎo)學(xué)生辨認類比物特質(zhì)和映射相似的特質(zhì)，也指出非類比之處，教導(dǎo)學(xué)生如何捨棄物件屬性的對應(yīng)而尋求物件間的對應(yīng)關(guān)係，最後導(dǎo)出科學(xué)概念的結(jié)論。從文獻檢索中，尚未找到有何種類比測驗，也沒有類比評量工具發(fā)展的文獻；但當(dāng)教師使用類比教學(xué)時，無法確認學(xué)生是否已學(xué)得概念認知，故本研究根據(jù)細胞類比教學(xué)和學(xué)生的反應(yīng)情形，依照一般編製診斷測驗的方法，進行編製「細胞概念類比測驗」，使各試題的題幹盡量解說詳細，目的是讓即使沒有接受細胞類比教學(xué)的學(xué)生，也能從閱讀試題題幹的說明而瞭解其中的意涵，思考回答自己認為正確的選項，而達到學(xué)生學(xué)習(xí)診斷的效果。參、研究方法與流程一、研究對象與施測對象（一）類比教學(xué)的研究對象：以本研究群所服務(wù)學(xué)校的國小五年級、國中一年級和高中二年級學(xué)生為對象，各抽取兩班的全部學(xué)生當(dāng)作個案班級，總共六個班級，進行類比教學(xué)，蒐集學(xué)生所有反應(yīng)的相關(guān)資料，作為編製類比測驗的題幹與選項。（二）預(yù)試評量卷的施測對象：以本研究群所選擇的個案班級當(dāng)作預(yù)試評量卷的施測對象，由研究群進行測試，以了解評量卷的表面效度，將題意不清的試題或選項予以修改。（三）正式評量卷的施測對象：本研究以大臺北地區(qū)之國小五年級、國中一年級和高中二年級學(xué)生為母群體，採隨機取樣（Randomsampling）與集群取樣（Clustersampling）的方式進行抽樣。首先將樣本分為臺北縣和臺北市兩群，再將兩縣市內(nèi)的國小、國中和高中，依班級數(shù)的多寡分為大（76班以上）、中（31--75班）、?。?0班以下）三類群，再從這三類群學(xué)校中，各抽出一所學(xué)校，大類群學(xué)校選三個班級，中類群學(xué)校選兩個班級，小類群學(xué)校選一個班級，總共十二個班級，所抽到的班級之全部學(xué)生皆為施測對象。在剔除無效樣本後，得國小五年級樣本數(shù)為265位，國中一年級為265位，高中二年級為269位。由於本研究的母群體為臺北地區(qū)之國小五年級、國中一年級和高中二年級學(xué)生，故研究結(jié)論如欲推演至臺北以外地區(qū)之國小、國中和高中學(xué)生，必須十分謹(jǐn)慎?！讣毎拍铑惐葴y驗」的發(fā)展與效化在選取學(xué)校時，研究者雖注意城鄉(xiāng)的分布，但班級數(shù)極少的偏遠地區(qū)樣本未予納入，因此本研究如欲推論到大臺北地區(qū)以外或包含班級數(shù)極少的偏遠地區(qū)的學(xué)童，必須十分審慎。二、研究工具之設(shè)計本研究曾利用「另有概念檢測法」進行北部地區(qū)中小學(xué)學(xué)生的TIWM、DODT二階層診斷測驗，根據(jù)測試結(jié)果分析中小學(xué)學(xué)生如何形成細胞相關(guān)課程之另有概念（盧秀琴，2003b；盧秀琴、童禕珊，2003）；另外，進行北部地區(qū)中小學(xué)的生物課室觀察，也歸納整理學(xué)生學(xué)習(xí)細胞相關(guān)課程時所形成的另有概念（盧秀琴，2003c；2004）。然後，對應(yīng)於中小學(xué)學(xué)生形成的另有概念，選取適合進行類比教學(xué)的相關(guān)教材，包括：對於細胞構(gòu)造和胞器功能認識不清，對於細胞的定義、細胞的生理現(xiàn)象、微小生物的生態(tài)角色認識不清，對於葉綠體、葉綠素和酵素之間的關(guān)係認識不清等；使用TWA模式進行教學(xué)（Glynn,1989）；蒐集學(xué)生所有反應(yīng)的相關(guān)資料以編製「細胞概念類比測驗，以後簡稱ATCC」評量工具，其目的在偵測學(xué)生學(xué)習(xí)細胞相關(guān)課程時，是否會因為學(xué)生的類比推理能力佳而獲得較多的細胞相關(guān)概念，而仍存在另有概念是否起源於學(xué)生的類比推理能力較差，不理解類比物的對應(yīng)關(guān)係而無法產(chǎn)生細胞相關(guān)概念的遷移。ATCC分為國小卷、國中卷和高中卷，應(yīng)用四種類比類型做教學(xué)：圖形類比、模型類比、敘事性類比和複雜性類比，蒐集學(xué)生反應(yīng)的正確概念和另有概念，整理成為類比測驗的題幹和選項。將設(shè)計好的ATCC先對國小五年級、國中一年級和高中二年級兩班的全部學(xué)生施測，建立各評量卷的表面效度；然後，每個評量卷各請兩位擔(dān)任該課程的科學(xué)教師和三位生物科教專家評鑑，以建立內(nèi)容效度。之後，進行大臺北地區(qū)中小學(xué)學(xué)生的施測，分析每個評量卷的構(gòu)念效度（constructvalidation）、內(nèi)部均質(zhì)性信度分析（internalconsistencyreliabilitiesanalysis）、難度分析、鑑別度分析和試題內(nèi)部相關(guān)分析，做最後修正，完成本研究的評量卷。三、實施程序本研究主要採用TIWM、DODT二階層診斷測驗和課室觀察，分析整理中小學(xué)學(xué)生「細胞相關(guān)課程」之另有概念，進行類比教學(xué)和蒐集資料，作為編製ATCC工具之依據(jù)。其實施程序可分為準(zhǔn)備階段及編製階段。（一）準(zhǔn)備階段：根據(jù)研究動機與目的，詳細分析中小學(xué)學(xué)生TIWM、DODT二階層診斷結(jié)果和個案班級生物課室觀察的結(jié)果，整理較多數(shù)學(xué)生具有的另有概念作為類比教學(xué)的教材依據(jù)，從中選取適合進行類比教學(xué)的相關(guān)教材進行教學(xué)，蒐集學(xué)生所有反應(yīng)的資料，以確定編制類比測驗的題型。（二）編製階段：類比測驗的題型確定後，經(jīng)由研究群集體撰寫、討論和修改，確定每個題幹都能呈現(xiàn)細胞的相關(guān)概念，類比類型使用合理而類比物對應(yīng)明確，題目的選項包含學(xué)生的正確概念和另有概念。然後，將編輯好的評量卷初稿經(jīng)過預(yù)試、試題的項目分析、信效度考驗後，完成ATCC的編製。四、資料處理（一）資料整理：研究群將受試者的原始資料中，把基本資料及作答不完整的部份予以刪除，再透過電腦資料轉(zhuǎn)換方式，將原始資料轉(zhuǎn)入SPSS10.0視窗板統(tǒng)計套裝軟體，進行資料整理與分析。（二）資料分析：本研究將蒐集到的資料，採用下列的方法分析：1.請生物專業(yè)領(lǐng)域之科教專家及中小學(xué)資深生物科或自然科教師來檢驗ATCC之的內(nèi)容效度。2.以「主成分分析法」（Principalcomponentsanalysis）進行ATCC之共同因素分析，建立構(gòu)念效度。3.以內(nèi)部均質(zhì)性係數(shù)來考驗ATCC之信度。4.進行試題難度、鑑別度和試題內(nèi)部相關(guān)分析以考驗ATCC之適合度。肆、研究結(jié)果與討論本研究旨在分析ATCC評量卷的表面效度分析、進行信度、效度考驗以及試題之項目分析，以建立確實可用之「細胞概念類比測驗」。首先，將中小學(xué)個案班級進行TIWM、DODT測試的結(jié)果和課室觀察的資料分析，整理各階段學(xué)生的另有概念，挑選出可以進行細胞概念類比教學(xué)的項目，進行教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的反應(yīng)，作為編製ATCC的依據(jù)。綜合文獻探討資料和細胞概念類比教學(xué)結(jié)果，整理所使用的類比類型、定義說明與實例介紹如表1所示。表1「細胞相關(guān)課程類比教學(xué)」的類比類型與實例介紹類比類型定義說明實例介紹1.圖形類比藉由類比物與目標(biāo)物間某種屬性或結(jié)構(gòu)的相似性，以圖形搭配適當(dāng)?shù)牡奈淖中纬蓤D形—文字類比做說明，幫助學(xué)生獲得科學(xué)概念。兩個半月型的保衛(wèi)細胞合在一起，形成氣孔構(gòu)造，兩個保衛(wèi)細胞的形狀像人的兩個腎對排，或是蠶豆的兩片子葉拉開來一樣。2.模型類比藉由實物或模型來解釋物體或事件，由已知的知識系統(tǒng)對應(yīng)到欲知的知識系統(tǒng)之類比方式。細胞的細胞質(zhì)為非均質(zhì)的液體，其中含有許多粒線體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基氏體…等胞器，就像八寶粥中含有桂圓、花生、紅豆…。3.敘事性類比以簡短的、說明性的敘述呈現(xiàn)，例如小故事的方式，將科學(xué)文字段落構(gòu)成說明式情境，用學(xué)生熟悉的例子去解釋較難理解的概念。例如章魚在遇到掠食者的攻擊時，會噴出墨汁來禦敵，牠所噴出的墨汁原本集中於一點，之後會漸漸地向外散布，形成一片煙霧狀的屏幕，有利章魚逃脫；噴出的墨汁由一點向周圍散布的過程，便是擴散作用的表現(xiàn)。4.複雜性類比複雜性類比是類比物與目標(biāo)物間除了對應(yīng)關(guān)係外，尚須利用推理才能推導(dǎo)出兩個不同知識系統(tǒng)之關(guān)連性的類比，稱為複雜性類比。生態(tài)系的分解者角色就像是人類社會中的資源回收者一樣，把人們不用的廢棄物拆解，分成各種材料，之後交由別的工廠加工處理，再製成可被利用的資源。一、ATCC評量卷的題目分布與內(nèi)容說明根據(jù)中小學(xué)學(xué)生產(chǎn)生的「細胞相關(guān)課程」之另有概念，進行中小學(xué)「細胞相關(guān)課程」類比教學(xué)，最後編製ATCC評量卷，將中小學(xué)三種評量卷的題目分布與內(nèi)容說明，整理成表2、表3和表4所示。表2「細胞概念類比測驗」國小卷的題目分布與內(nèi)容說明類比類型題號主要概念內(nèi)容說明1圖形類比1細胞的構(gòu)造細胞就像是在氣球內(nèi)灌滿了液體，裡面放一顆乒乓球，這時乒乓球就像是細胞核，液體就像是細胞質(zhì)，氣球的皮膜就像是細胞膜。4液胞的功能細胞內(nèi)的液胞就像倉庫般具有儲存的功能，能將細胞內(nèi)產(chǎn)生的養(yǎng)分和廢物儲存起來。7氣孔的保衛(wèi)細胞外型介紹兩個保衛(wèi)細胞包圍形成了氣孔構(gòu)造，兩個保衛(wèi)細胞的形狀就像人的兩個腎對排，或者像蠶豆的兩片子葉對拉開來。11分解者在生態(tài)系中的角色生態(tài)系中若沒有分解者，生物遺體就會堆積如山；就好像是臺北市若缺乏垃圾處理廠，就會到處充滿垃圾。2.模型類比2植物細胞的構(gòu)造若將細胞比喻為水球，具有細胞壁的植物細胞就像緊緊塞入盒子中的水球般，藉由外部的盒子維持著水球的形狀，因而有著比動物細胞規(guī)律的形狀。3細胞質(zhì)的介紹細胞中的細胞質(zhì)並非均質(zhì)的，內(nèi)含數(shù)種不同的構(gòu)造，就如同八寶粥中含有桂圓、花生、紅豆…。6黑麵包黴的構(gòu)造黑麵包黴的外型就像是棒棒糖一樣，有膨大的孢子囊，就像棒棒糖的糖果，孢子囊下接的孢子囊柄，就像棒棒糖的棍子。3.敘事性類比9生產(chǎn)者的介紹新月藻具有葉綠體能夠行光合作用，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)轷鳖惖酿B(yǎng)分，像新月藻這樣能自行製造養(yǎng)分的生物稱為生產(chǎn)者。10消費者的介紹輪蟲會吃草履蟲，草履蟲會吃單胞藻，就好像獅子會吃牛，牛會吃青草，像獅子和牛自己不會製造養(yǎng)分，以其他生物為食的稱為消費者，所以輪蟲和草履蟲也是消費者。4.複雜性類比5葉綠體的功能葉綠體是細胞中進行光合作用的工廠，會將送來的水及二氧化碳製造成醣類的養(yǎng)分，水和二氧化碳就是工廠的原料，糖類就是工廠製造出來的產(chǎn)品。8分解者的角色分解者就像是廢車處理廠一樣，可以把報廢的汽車拆解為輪胎、鋁圈、鐵製品和塑膠製品等，之後，這些材料可以轉(zhuǎn)手給別的工廠加工處理，製成可被利用的資源。分解者會把生物遺骸分解成簡單的元素，回歸大自然使用。根據(jù)表2所示，國小卷有11題，主要利用圖形類比和模型類比，讓學(xué)生能認識生物細胞的形狀、構(gòu)造和功能，同時理解分解者在生態(tài)系中的角色。另外，利用敘事性類比和複雜性類比認識生態(tài)系中的各個角色扮演與葉綠體的功能。表3「細胞概念類比測驗」國中卷的題目分布與內(nèi)容說明類比類型題號概念內(nèi)容說明1.圖形類比1分解者在生態(tài)系中的角色分解者在生態(tài)系中會將動植物遺骸分解成小分子，生態(tài)系中若沒有分解者，生物遺體就會堆積如山；就像是臺北市若缺乏垃圾處理廠，會到處充滿垃圾。6葉表皮的構(gòu)造與功能葉表皮組織是由表皮細胞緊密排列形成的，具有保護的功能，就像牆壁是由磚塊構(gòu)成，形成屏障，具有保護的功能。7氣孔的保衛(wèi)細胞外型介紹兩個半月型的保衛(wèi)細胞合在一起，形成氣孔構(gòu)造，兩個保衛(wèi)細胞的形狀像人的兩個腎對排，或是蠶豆的兩片子葉拉開來一樣。10生物的構(gòu)造階層生物的構(gòu)造階層為：細胞、組織、器官、系統(tǒng)，就像是學(xué)校由多個年級組成；一個年級是由多個班級組成，一個班級是由多位同學(xué)組成。12孢子囊堆的構(gòu)造很多孢子被裝在孢子囊裡面，很多孢子囊集合形成一個孢子囊堆；就像數(shù)個綁在一起的彩球，當(dāng)彩球破裂時會散出裡頭的亮片。2.模型類比3青黴菌的外觀青黴菌在顯微鏡下可以見其掃帚狀分生孢子梗和分生孢子，狀似竹掃帚。8細胞質(zhì)的介紹細胞的細胞質(zhì)為非均質(zhì)的液體，其中含有許多粒線體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基氏體…等胞器，就像八寶粥中含有桂圓、花生、紅豆…。3.敘事性類比4生態(tài)系中的分解者黴菌是生態(tài)系中主要的分解者之一，在生態(tài)系中負責(zé)將複雜的動植物殘體分解為簡單的化合物；例如黴菌可將橘子皮分解成微小的物質(zhì)分子，釋放到大自然中，使橘子皮漸漸消失。5細胞的定義不同的細胞具有不同的型態(tài)，但都具有相同的基本構(gòu)造，例如神經(jīng)細胞與口腔皮膜細胞的外型不同，但都由細胞膜、細胞質(zhì)和細胞核所組成的。4.複雜性類比2分解者在生態(tài)系中的角色分解者就像是人類社會中的資源回收者一樣，在生態(tài)系中，分解者專門以動物、植物遺骸為食物，除從中獲取養(yǎng)分外並能將遺體中的組成物質(zhì)分解釋出，使得這些組成物質(zhì)能再被其他生物利用。9葉綠體和葉綠素、酵素的關(guān)係葉綠體就像是進行光合作用的工廠，而葉綠素和酵素就像是工廠裡的工人，把水和二氧化碳等原料製造成產(chǎn)物，那就是糖類。11血管與紅血球的功能生物體內(nèi)的血管就像城市裡的公路，負責(zé)各種物質(zhì)的運輸﹔其中，血管中的紅血球就像公路上的計程車載送乘客一樣地運送氧氣到達目的地。13孢子囊堆的構(gòu)造很多孢子被裝在孢子囊裡面，很多孢子囊集合形成孢子囊堆；也就是說一個孢子囊堆內(nèi)含很多孢子囊，一個孢子囊內(nèi)含很多孢子。（13題的題幹和選項和12題的不同）根據(jù)表3所示，國中卷有13題，主要利用圖形類比和模型類比，讓學(xué)生能認識細胞質(zhì)、氣孔、葉表皮組織和生物的構(gòu)造層次，同時建立孢子、孢子囊和孢子囊堆的概念認知。另外，利用敘事性類比和複雜性類比讓學(xué)生能理解細胞的定義、生態(tài)系中的角色扮演、血管與紅血球的功能、葉綠體和葉綠素、酵素的關(guān)係。第13題像是圖形類比，也像複雜性類比，因為它具有包含和包含於的概念，所以決定放在複雜性類比。表4「細胞概念類比測驗」高中卷的題目分布與內(nèi)容說明類比類型題號概念內(nèi)容說明1.圖形類比2光圈的功能光圈就像是窗戶的窗簾一樣，當(dāng)顯微鏡下的視野太暗時，可將光圈調(diào)大，就像是把窗簾拉開，增加進入視野的光量。3細胞膜的選擇性通透物質(zhì)進出細胞膜就如同旅客跨越國境，脂溶性小分子或某些氣體就好像是本國人，不需要簽證就可直接進入本國，而葡萄糖、胺基酸、蛋白質(zhì)等物質(zhì)就好像是外國旅客，必須經(jīng)過海關(guān)人員的審核才能進入國內(nèi)，海關(guān)人員駐守的關(guān)卡就如同細胞膜上的特殊構(gòu)造。5植物細胞的外型植物細胞具有細胞壁，可維持細胞的形狀，就好像柔軟的水球塞入木盒中，木盒會固定水球的形狀，故植物細胞形狀通常較動物細胞規(guī)則。7植物細胞的液胞特徵大型液胞就像是植物細胞中的儲藏庫，它可用來儲存細胞所產(chǎn)生的養(yǎng)分和代謝廢物；除此之外，大型液胞還能儲存水分，維持植物細胞的膨壓。9主動運輸活細胞具有對抗?jié)舛忍荻葋磉\送物質(zhì)的能力，主要是依賴細胞膜上的載體蛋白質(zhì)來運輸，但需消耗ATP，這就如同擁擠的地下鐵，駐守在月臺的地鐵服務(wù)人員出力將乘客推入十分擁擠的車廂內(nèi)。2.模型類比8膨壓與細胞壁在低張溶液中，水分滲透進入細胞的液胞中，此時膨大的液胞會對細胞壁產(chǎn)生壓力，但細胞壁可以防止細胞體積的過度增加，就好像車子的輪胎一樣，打氣時外胎可以防止內(nèi)胎過度膨脹。10伸縮泡的介紹生活於淡水的單細胞生物具有伸縮泡，而伸縮泡是調(diào)節(jié)滲透壓的胞器，其功能就好像馬桶的水箱一般，可以儲存水量到一定程度，按一下把手即可將水分排出水箱。續(xù)表4「細胞概念類比測驗」高中卷的題目分布與內(nèi)容說明類比類型題號概念內(nèi)容說明3.敘事性類比1反光鏡的功能反光鏡就像是拍照時所使用的打光板一樣，當(dāng)角度調(diào)整適當(dāng)時，可使反射的光線落在被拍攝者的身上，使得到適當(dāng)?shù)墓饩€。同樣的，反光鏡的角度要適當(dāng)，才能夠?qū)⒐庠此l(fā)出的光，反射入視野中，使視野明亮。4擴散作用擴散作用為物質(zhì)由濃度高的地方向濃度低的地方移動之現(xiàn)象，不需要能量參與；例如在清水中滴入一滴紅墨水，不需提供能量，墨水分子就可以擴散到整杯水中；生物體中氧氣的運輸，即是利用擴散作用。11酶的催化作用酶在細胞的生化反應(yīng)中並不被消耗，只需要少量就具有催化的效果，例如我們要從雙氧水製造氧氣，可加入一小塊生物組織，因其中具有催化酶，可使化學(xué)反應(yīng)變快。12促進擴散部分物質(zhì)可藉由細胞膜上特定的蛋白質(zhì)，不需消耗能量，即可進出細胞，這種作用稱為促進擴散；就像具有公文的參觀團體，可經(jīng)由特殊的關(guān)卡，不需花錢購票，即可進出博物館。4.複雜性類比6葉綠體、葉綠素和酵素的關(guān)係葉綠體就像是植物細胞中的太陽能食品加工廠，葉綠素是工人，可利用太陽光行光合作用的光反應(yīng)，得到能量，轉(zhuǎn)送到葉綠體的基質(zhì)中，讓酵素去固定二氧化碳，最後合成醣類，因不再需要太陽光能，所以稱為暗反應(yīng)。根據(jù)表4所示，高中卷有12題，主要利用圖形類比和模型類比，讓學(xué)生能認識光圈、細胞膜、液胞、細胞壁、植物細胞的外型和主動運輸?shù)亩x與功能，另外，利用敘事性類比和複雜性類比讓學(xué)生能理解反光鏡的功能、擴散作用、促進擴散、酶的催化作用、葉綠體和葉綠素、酵素的關(guān)係。本診斷測驗只有一題複雜性類比，主要是因為複雜性類比教學(xué)不容易，多數(shù)學(xué)生能夠領(lǐng)會類比概念與科學(xué)概念之間的對應(yīng)關(guān)係的，只有葉綠體、葉綠素和酵素的關(guān)係，其他的達不到效果而刪除。二、ATCC評量卷的效度分析研究者為瞭解ATCC評量卷的各題題意和選項的說明是否清楚明白，以預(yù)試評量卷的研究對象進行本評量卷初稿的試測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)需要修改的題目有10題，全部依照學(xué)生的需求做修正，建立本評量卷的表面效度。另外，ATCC之效度分析尚包含內(nèi)容效度和構(gòu)念效度。（一）內(nèi)容效度：經(jīng)過專家審閱後，認為評量卷的內(nèi)容符合國小五年級、國中一年級和高中二年級所學(xué)的範(fàn)圍，與學(xué)生的學(xué)習(xí)程度相符合。在ATCC評量卷的代表性及周延性方面，專家認為題幹和選項可以充分反映中小學(xué)細胞相關(guān)課程的內(nèi)涵與學(xué)生的另有概念，但是在某些試題的某些陳述和選項需做部份修正，以求更明確，已經(jīng)依照專家的建議一一做修正。列舉評量卷的某一題說明之，其原始的題目如下：反光鏡就像是車子的後視鏡一樣，司機需將之調(diào)整到適當(dāng)?shù)慕嵌?，才能夠使後方來車的影像送入司機的眼中；同樣的，反光鏡的角度要適當(dāng)，才能夠?qū)⒐庠此l(fā)出的光，反射入視野中，使視野明亮。從這樣的敘述中，你認為顯微鏡中的反光鏡具有什麼樣的功能？（1）可以調(diào)整視野的角度（2）可以看到後方的車子（3）可以反射光源到接物鏡（4）會像後視鏡一樣是凸面鏡（5）加強光源所發(fā)出的光量專家認為顯微鏡的反光鏡僅是反射光線，而車子的後視鏡已包含成像，建議以拍照時打光板為例子，調(diào)整角度亦可調(diào)整反射至被拍攝者身上的光線多寡。建議修改如下：反光鏡就像是拍照時所使用的打光板一樣，當(dāng)角度調(diào)整適當(dāng)時，可使反射的光線落在被拍攝者的身上，使其得到適當(dāng)?shù)墓饩€。同樣的，反光鏡的角度要適當(dāng)，才能夠?qū)⒐庠此l(fā)出的光，反射入視野中，使視野明亮。從這樣的敘述中，你認為顯微鏡中的反光鏡具有什麼樣的功能？（1）可以調(diào)整視野的角度（2）可以反射光源到視野（3）就像打光板一樣把光線分散（4）加強光源所發(fā)出的光量。（二）構(gòu)念效度：為確立ATCC之四個評測分量為測驗中主要構(gòu)念，本研究以「主成分分析法」進行ATCC之共同因素分析，並利用KMO取樣適當(dāng)性檢定及Bartlett球面性考驗，來檢定以相關(guān)係數(shù)矩陣進行因素分析的適當(dāng)性。其次，採用Guttman（1954）weakerlowerbound方式，抽取共同因素之?dāng)?shù)目應(yīng)大於1的特徵值數(shù)目，並使用Cattell（1966）所建議的Screetest，即當(dāng)曲線開始接近水平的起始點處，即為共同因素的抽取該停止的時刻。最後，考量因素結(jié)構(gòu)的可解釋性，抽出共同因素的因素結(jié)構(gòu)最能被賦予合理的意義。ATCC評量卷的KMO取樣適當(dāng)性檢定及Bartlett球面性考驗的研究結(jié)果如表5、表6和表7所示。表5ATCC國小卷的KMO取樣適當(dāng)性檢定及Bartlett球面性考驗Kaiser-Meyer-Olkin取樣適當(dāng)性量數(shù)0.663Bartlett球形檢定近似卡方分配223.828自由度55顯著性0.000表6ATCC國中卷的KMO取樣適當(dāng)性檢定及Bartlett球面性考驗Kaiser-Meyer-Olkin取樣適當(dāng)性量數(shù)0.760Bartlett球形檢定近似卡方分配482.82自由度78顯著性0.000表7ATCC高中卷的KMO取樣適當(dāng)性檢定及Bartlett球面性考驗Kaiser-Meyer-Olkin取樣適當(dāng)性量數(shù)0.628Bartlett球形檢定近似卡方分配495.173自由度91顯著性0.000由表5、表6和表7的檢定結(jié)果顯示，ATCC的評量卷KMO都過中點0.500，且Bartlett球面性考驗已達顯著水準(zhǔn)（p=0.000＜0.001），代表母群體的相關(guān)矩陣間有共同因素存在；因此，本研究的相關(guān)矩陣適合進行共同因素分析，為瞭解共同因素之特徵值，ATCC評量卷以ScreePlot分析之，得到圖1、圖2、圖3所示。而獲得的中小學(xué)「細胞概念類比測驗」評量卷之因素矩陣分析和解釋變異量如表8、表9、表10、表11、表12和表13所示。圖1ATCC國小卷之ScreePlot分析表8「細胞概念類比測驗」國小卷的因素矩陣類比類型試題編號因素1234圖形類比1.744.3084.7187.78011.481模型類比2.6343.4886.308敘事性類比9.48810.776複雜性類比5.8218.763表9ATCC國小卷四個共同因素的變異量因素共同因素特徵值與整體變異量轉(zhuǎn)軸後共同因素解釋之共同變異量特徵值整體變異量百分比整體變異量累積百分比共同變異量共同變異量百分比共同變異量累積百分比12.24820.43620.4361.67315.21215.21221.26611.50831.9431.41912.89828.11031.12010.18342.1261.36012.36740.47741.0039.11851.2431.18410.76651.243根據(jù)表8、表9所示，ATCC國小卷ScreePlot的特徵值大於1的因素有4個，即可以抽出四個因素，這四個因素總共解釋了51.24%的變異量，而ATCC國小卷四個分量，「圖形類比」的4題傾向於因素1中，「模型類比」的3題傾向在因素3中；而「敘事性類比」的2題傾向於因素4中，「複雜性類比」的2題傾向於因素2中。圖2ATCC國中卷之ScreePlot分析表10「細胞概念類比測驗」國中卷的因素矩陣類比類型試題編號因素1234圖形類比1.7006.458.4497.69010.68012.787模型類比3.7038.607敘事性類比4.7545.574複雜性類比2.495.4539.476.41511.453.45913.461.536表11ATCC國中卷四個共同因素的變異量因素共同因素特徵值與整體變異量轉(zhuǎn)軸後共同因素解釋之共同變異量特徵值整體變異量百分比整體變異量累積百分比共同變異量共同變異量百分比共同變異量累積百分比13.14024.15324.1532.32217.85917.85921.37110.55034.7021.87814.44432.30331.1448.80243.5051.38910.68142.98441.0468.04551.5501.1148.56651.550根據(jù)表10、表11所示，ATCC國中卷ScreePlot的特徵值大於1的因素有5個，在觀察具有3~5個共同因素的不同因素結(jié)構(gòu)後，發(fā)現(xiàn)具有4個共同因素的因素結(jié)構(gòu)最能被賦予合理的意義，因此決定從相關(guān)矩陣中抽取四個共同因素，這四個因素總共解釋了51.55%的變異量，而ATCC國中卷四個分量，「圖形類比」的5題傾向於因素1中，「模型類比」的2題傾向在因素4中；而「敘事性類比」的2題傾向於因素3中，「複雜性類比」的4題較分散，但傾向於因素2中。其中，第6題和第11題傾向於因素1和因素2，主要是因為題幹有圖形顯示或心中的假想圖形顯示外，回答的選項卻需要思考類比物和目標(biāo)物的關(guān)聯(lián)性較複雜的關(guān)係。圖3ATCC高中卷之ScreePlot分析表12「細胞概念類比測驗」高中卷的因素分析類比類型試題編號因素1234圖形類比2.4863.695.3885.676.3827.6629.565模型類比8.51810.690敘事性類比1.430.5764.35411.491.39212.383複雜性類比6.580表13ATCC高中卷四個共同因素的變異量因素共同因素特徵值與整體變異量轉(zhuǎn)軸後共同因素解釋之共同變異量特徵值整體變異量百分比整體變異量累積百分比共同變異量共同變異量百分比共同變異量累積百分比12.71819.41119.4111.92913.77713.77721.57511.24930.6611.76812.62726.40531.2869.18839.8481.63411.67138.07641.1498.20548.0531.3979.97748.053根據(jù)表12、表13所示，ATCC高中卷ScreePlot的特徵值大於1的因素有6個，在觀察具有4~6個共同因素的不同因素結(jié)構(gòu)後，決定從相關(guān)矩陣中抽取四個共同因素，這四個因素總共解釋了48.05%的變異量，而ATCC高中卷四個分量，「圖形類比」的5題傾向於因素1中，「模型類比」的2題傾向在因素4中；而「敘事性類比」的4題傾向於因素2中，「複雜性類比」1題歸在因素3中。三、ATCC評量卷的信度分析ATCC評量卷分為國小卷、國中卷和高中卷，旨在測量學(xué)生對於細胞相關(guān)課程的瞭解，內(nèi)部均質(zhì)性信度以Cronbachα係數(shù)進行考驗，由於ATCC評量卷的題數(shù)不多，所以沒有進行四個分量的考驗，經(jīng)SPSSReliability副程式分析其結(jié)果如表14所示。表14「細胞概念類比測驗」內(nèi)部均質(zhì)性之信度分析摘要表評量卷成績平均數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差題數(shù)Cronbachα樣本人數(shù)國小卷5.832.88110.6653266國中卷8.562.69130.7011265高中卷8.462.28120.7451269由表14知道，ATCC國小卷只有11題，其Cronbachα係數(shù)為0.6653；國中卷13題，其Cronbachα係數(shù)為0.7011；高中卷12題，其Cronbachα係數(shù)為0.7451；顯示國小卷、國中卷和高中卷的內(nèi)部均質(zhì)性信度可以接受。ATCC的題目以答對一題得一分計算，臺北縣市樣本數(shù)的國小卷平均得分為5.83分，國中卷平均得分為8.56分，高中卷平均得分為8.46分。四、ATCC評量卷的項目分析本研究所進行試題的項目分析，樣本選取來自臺北縣市共國小五年級266人、國中一年級265人和高中二年級269人的測驗成績。試題的項目分析旨在分析題目的難度、鑑別度，並探討各試題與總評量卷的內(nèi)部相關(guān)，將不佳的題目予以修正或刪除，以獲得最佳的考驗。（一）試題難度與鑑別度分析：試題的難度與鑑別度分析，首先是將受試者在ATCC的得分，以總分的高低取其上下各27%的樣本人數(shù)，總分高的前27%的受試者稱之為高分組，總分低的後27%的受試者稱之為低分組。難度的計算公式為：P＝(PH＋PL)/2，PH代表高分組通過某一題目的百分比，PL代表低分組通過某一題目的百分比，P代表難度指數(shù)，P值愈大題目愈簡單，P值愈小題目愈困難。鑑別度的計算公式為：D＝PH－PL，D代表鑑別度指數(shù)，D值愈大題目愈有鑑別度，D值愈小題目愈沒有鑑別度。經(jīng)SPSS的統(tǒng)計分析，將中小學(xué)「細胞相關(guān)課程閱讀理解能力測驗」的難度與鑑別度分析，整理成表15所示。表15「細胞概念類比測驗」的難度與鑑別度分析國小卷國中卷高中卷題號難度鑑別度題號難度鑑別度題號難度鑑別度1.735.5291.740 .4431.868.2642.500.6862.789 .2692.896.1513.608.5493.827 .3083.755.4914.657.6864.798 .3664.717.5665.549.3145.740 .4435.925.1136.667.5106.875 .1746.510.5137.579.3737.818.3657.754.4538.392.5888.875 .2508.642.5679.481.5299.625 .5209.462.69810.589.43110.433 .55810.387.47211.460.56911.722 .51911.868.22612.443 .61512.614.54713.635.693國?。弘y度0.392～0.735；鑑別度0.314～0.686國中：難度0.433～0.875；鑑別度0.174～0.693高中：難度0.387～0.925；鑑別度0.113～0.698從表15的分析發(fā)現(xiàn)，ATCC的難度介於0.392～0.735之間（國小卷），介於0.433～0.875之間（國中卷），介於0.387～0.925之間（高中卷）；ATCC的鑑別度介於0.314～0.686之間（國小卷），介於0.174～0.693之間（國中卷），介於0.113～0.698之間（高中卷）；發(fā)現(xiàn)試題的鑑別度低於0.200的有國中卷第6題，高中卷第2題、第5題，主要原因是這三題的難度都偏向簡單，表示學(xué)生接受這些題目的題幹說明後，多數(shù)能達到概念遷移的目標(biāo)，獲得相關(guān)的細胞概念。因為國中卷第6題，談及學(xué)生的另有概念是葉表皮是細胞，不是組織，且具有葉綠體的構(gòu)造，主要功能是行光合作用而不是保護構(gòu)造，所以決定保留此題。高中卷第2題，談及學(xué)生的另有概念是把光圈的功能當(dāng)作是反光鏡的功能，反射光線給顯微鏡，而不知道光圈是調(diào)大或調(diào)小，在調(diào)整進入顯微鏡的光量，所以決定保留此題。高中卷第5題談及學(xué)生的另有概念是認為植物細胞具有細胞壁，主要功能是保護植物細胞，而不是固定細胞的形狀，所以植物細胞也有各種形狀產(chǎn)生，不像動物細胞都是圓形，所以決定保留此題。這三題都是使用圖形類比說明，學(xué)生很容易接受，驗證學(xué)者Bean等人（1990）以圖形類比設(shè)計生物細胞單元的研究，研究結(jié)果證實圖形類比教學(xué)的有效性，學(xué)生很容易獲得細胞概念。（二）各試題與總評量卷內(nèi)部相關(guān)分析：ATCC評量卷經(jīng)難度及鑑別度的分析後，可以看出那些題目必須修改或分析理由，接下來要進一步分析ATCC三種評量卷的各試題與總評量卷內(nèi)部相關(guān)，看各試題與總評量卷分?jǐn)?shù)的一致性，經(jīng)由SPSS統(tǒng)計分析而得，如表16、表17和表18所示。表16ATCC國小卷各試題與總評量卷內(nèi)部相關(guān)統(tǒng)計分析表題號刪除該題後之平均數(shù)刪除該題後之變異數(shù)試題與總分之相關(guān)刪除該題後之α係數(shù)12345678910115.06025.38355.09025.30835.39855.06775.33835.50005.41735.36095.34594.23794.27504.38434.18394.78404.56904.67754.47744.54604.54854.4309.4359.3181.3240.3629.2681.2322.2150.2409.2850.2779.2354.5984.6214.6227.6093.6837.6437.6729.6414.6554.6574.6429有效樣本人數(shù)＝266 試題＝11 α＝0.6653從表16結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ATCC國小卷的內(nèi)部均質(zhì)性α為0.6653，刪除國小卷的其他試題時，影響ATCC的內(nèi)部相關(guān)α係數(shù)並不大，所以決定不刪除ATCC國小卷的試題。表17ATCC國中卷各試題與總評量卷內(nèi)部相關(guān)統(tǒng)計分析表試題編號刪除該題後之平均數(shù)刪除該題後之變異數(shù)試題與總分之相關(guān)刪除該題後之α係數(shù)18.48115.6802.4815.662228.48866.3497.1229.708138.45456.1804.2329.694048.53796.0062.2647.691058.54555.6481.4384.666368.40536.0442.3723.678878.47355.8320.4055.672588.43945.9583.3743.677398.68185.7995.3080.6858108.87886.1221.1684.7069118.51895.7487.4071.6713128.84856.0834.1807.7054138.56445.4255.5394.6506有效樣本人數(shù)＝265 試題＝13 α＝0.7011從表17結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ATCC國中卷的內(nèi)部均質(zhì)性α為0.7011，刪除國中卷的其他試題時，影響ATCC的內(nèi)部相關(guān)α係數(shù)並不大，所以決定不刪除ATCC國中卷的試題。表18ATCC高中卷各試題與總評量卷內(nèi)部相關(guān)統(tǒng)計分析表題號刪除該題後之平均數(shù)刪除該題後之變異數(shù)試題與總分之相關(guān)刪除該題後之α係數(shù)12345678910118.15248.08928.12278.16738.01128.45358.39038.15618.40898.51678.11154.60734.82454.51104.33394.97715.32344.88814.42334.27254.72084.7562.3457.3142.4385.4026.2602.3701.2214.5574.5205.2984.3880.7144.7160.6976.6807.7473.8101.7670.6913.6931.7490.7261128.27514.4240.4757.7056有效樣本人數(shù)＝269 試題＝12 α＝0.7451從表18結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ATCC高中卷的內(nèi)部均質(zhì)性α為0.7451，刪除高中卷的其他試題時，影響ATCC的內(nèi)部相關(guān)α係數(shù)並不大，所以決定不刪除ATCC高中卷的試題。根據(jù)前面的研究，建立了ATCC國小卷、國中卷和高中卷的類比類型、題目分佈、表面效度、內(nèi)容效度和構(gòu)念效度分析、內(nèi)部均質(zhì)性信度分析、難度與鑑別度分析和試題內(nèi)部相關(guān)分析。希望ATCC能提供給中小學(xué)自然科學(xué)教師做參考，應(yīng)用於細胞相關(guān)課程的教學(xué)，協(xié)助學(xué)生獲得細胞概念的學(xué)習(xí)。伍、結(jié)論與建議本研究之目的在發(fā)展與效化「細胞概念類比測驗，簡稱ATCC」，包括國小卷、國中卷和高中卷，當(dāng)作一種評量工具，目的在偵測學(xué)生學(xué)習(xí)細胞相關(guān)課程時，是否會因為類比教學(xué)而領(lǐng)會類比對象與研究對象的關(guān)係，獲得細胞相關(guān)概念，而仍存在另有概念是否起源於學(xué)生對類比物對應(yīng)的不理解而無法產(chǎn)生概念的遷移。茲將本研究之重要發(fā)現(xiàn)及建議詳述如下：一、研究發(fā)現(xiàn)本研究發(fā)展與效化的「細胞概念類比測驗」，是根據(jù)中小學(xué)生物科細胞相關(guān)課程的教材，配合大臺北地區(qū)中小學(xué)學(xué)生的另有概念分析和類比教學(xué)的學(xué)生反應(yīng)編製而成的，可以用來檢測中小學(xué)學(xué)生學(xué)習(xí)細胞相關(guān)課程時，是否能藉由TWA模式類比教學(xué)，包含圖形類比、模型類比、敘事性類比和複雜性類比等，使學(xué)生成功的獲得較為抽象難懂的細胞相關(guān)概念，例如：細胞質(zhì)的介紹、胞器的介紹、細胞膜的選擇性通透、主動運輸和擴散作用等；並探討學(xué)生仍然存在的另有概念，是否可能無法理解類比物的對應(yīng)關(guān)係而無法產(chǎn)生概念的遷移。一份良好的測驗編製首重信度、效度的考驗。本研究在「細胞概念類比測驗」的效度考驗方面，首先建立表面效度，使ATCC的評量卷都能讓學(xué)生讀懂評量卷的題幹意義和選項的代表內(nèi)容；其次建立內(nèi)容效度，使題幹陳述可以充分反映中小學(xué)細胞相關(guān)課程的內(nèi)涵，而答案選項部分能反應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)情形；最後建立構(gòu)念效度，確立ATCC的主要構(gòu)念可以抽出四個因素，這四個因素總共可以解釋的變異量有51.24%（國小卷）、51.55%（國中卷）和48.05%（高中卷）。本研究也建立「細胞概念類比測驗」的內(nèi)部均質(zhì)性信度，分別達0.6653（國小卷）、0.7021（國中卷）和0.7451（高中卷），顯示ATCC具有良好的內(nèi)部均質(zhì)性信度。另外，利用試題的項目分析，包括：各試題的難度、鑑別度和各試題與總評量卷內(nèi)部相關(guān)分析，得到ATCC的平均難度為0.563（國小卷），0.654（國中卷）和0.641（高中卷）；ATCC的鑑別度指數(shù)之平均值為0.500（國小卷），0.434（國中卷）和0.425（高中卷），最後完成編製「細胞概念類比測驗」的國小卷、國中卷和高中卷。綜合上述的研究發(fā)現(xiàn)，本研究所編製的「細胞概念類比測驗」是一份具有良好信度、效度之評量卷，可用於檢測國小高年級、國中一年級和高中二年級學(xué)生對於細胞相關(guān)概念的學(xué)習(xí)情形，這將作為本研究從事「細胞與細胞生理現(xiàn)象」的概念改進教學(xué)之一種評量工具。二、建議中小學(xué)教師進行細胞相關(guān)課程的教學(xué)時，一般為講解課程內(nèi)文、解說實驗、示範(fàn)實驗等，之後學(xué)生隨著教師的講解，進行操作實驗、整理筆記和隨堂小考等。事實上，許多教師沒有察覺學(xué)生的另有概念，過分強調(diào)講述法與「只要教就馬上能學(xué)到」的假設(shè)，可能造成學(xué)生產(chǎn)生另有概念，而且持續(xù)很長的一段時間。如果教師進行細胞相關(guān)課程的教學(xué)時，能配合類比教學(xué)，詳細說明類比物和目標(biāo)物的對應(yīng)關(guān)係，輔以「細胞概念類比測驗」作為評量，可能減少中小學(xué)生形成的另有概念，獲得較多的細胞相關(guān)概念。因為學(xué)者Bean等（1990）以圖形類比設(shè)計生物細胞單元，並採用教師解說或?qū)W生自行閱讀教材的不同方式進行觀察，研究結(jié)果證實圖形類比的生物細胞單元教學(xué)是能幫助學(xué)習(xí)的，並且發(fā)現(xiàn)以教師解說圖形類比的方式比學(xué)生自行閱讀教材的方式佳。致謝本研究能夠順利完成，首先感謝國科會科教處給予的經(jīng)費支持（NSC92-2522-S-152-011）及生物科總計劃主持人黃臺珠、林陳涌的指導(dǎo)，其次，感謝本研究群的辛苦參與，大臺北地區(qū)接受測試的中小學(xué)學(xué)生；最後，感謝幫忙建立內(nèi)容效度與試題統(tǒng)計分析的數(shù)位生物科教師與學(xué)者專家們。參考文獻邱美虹（1993）。類比與科學(xué)概念的學(xué)習(xí)。教育研究資訊，1（6），79-90。高淑芬、邱美虹（1998）。類比的檢索與對應(yīng)?？茖W(xué)教育學(xué)刊，6（1），63-80。涂金堂（2001）。類比推理之探究。初等教育學(xué)報，14，293-316。盧秀琴（2003a）。顯微鏡下的世界兩階層診斷式紙筆測驗的發(fā)展與效化。國立臺北師範(fàn)學(xué)院學(xué)報，16（1），112-136。盧秀琴（2003b）。臺灣北部地區(qū)中小學(xué)學(xué)生的顯微鏡操作技能與相關(guān)概念之發(fā)展。國立臺北師範(fàn)學(xué)院學(xué)報，16（2），161-186。盧秀琴（2003c）。不同學(xué)生表徵影響國中學(xué)生學(xué)習(xí)顯微鏡相關(guān)課程之探究。92學(xué)年度國立臺北師院教育學(xué)術(shù)論文發(fā)表會論文集（頁231-250）。國立臺北師院。盧秀琴（2004）。不同教學(xué)策略影響中小學(xué)學(xué)生學(xué)習(xí)顯微鏡相關(guān)課程之探究。國立臺北師範(fàn)學(xué)院學(xué)報，17（1），147-172。盧秀琴（2005）。探討教科書與中小學(xué)學(xué)生學(xué)習(xí)細胞相關(guān)概念的關(guān)係?？茖W(xué)教育學(xué)刊，13(4)，印製中。盧秀琴、童禕珊（2003）。臺北市高中生的擴散與滲透作用概念認知之研究。92學(xué)年度師範(fàn)學(xué)院教育學(xué)術(shù)論文發(fā)表會論文集（編號：92606）。國立臺南師院。蕭碧茹、洪振方（2001）。類比教學(xué)策略及應(yīng)用模式。中學(xué)教育學(xué)報，8，239-271。Bean,T.W.,Singer,H.,&Cowen,S.(1990).Learningconceptsfrombiologytextthroughpictorialanalogiesandananalogicalstudyguide.JournalofEducationalResearch,83(4),233-237.Brown,A.L.,Kane,M.J.,&Long,C.(1989).Analogicaltransferinyoungchildren:Analogiesastoolsforcommunicationandexposition.AppliedCognitivePsychology,3,275-293.Brown,D.E.,&Clement,J.(1989).Overcomingmisconceptionsviaanalogicalreasoning:Abstracttransferversusexplanatorymodelconstruction.InstructionalScience,18,237-261.Brown,D.E.(1992).Usingexamplesandanalogiestoremediatemisconceptionsinphysics:factorsinfluencingconceptualchange.JournalofResearchinScienceTeaching,29(1),17-34.Campbell,N.A.,&Reece,J.B.(2003).Biologyconcepts&connections(6thed.).BenjaminCummingsCompany,U.S.A.Cattell,R.B.(1966).Thescreetestforthenumberoffactors.MultivariateBehavioralResearch,1,245-276.Dagher,Z.R.(1995).Analysisofusebyscienceteachers.JournalofResearchinScienceTeaching,32(3),259-270.Duit,R.(1991).Ontheroleofanalogiesandmetaphorsinlearningscience.ScienceEducation.75(6),649-672.Falkenhainer,B.,Forbus,K.D.,&Gentner,D.(1989).Thestructure-mappingengine:Algorithmandexample.ArtificialIntelligence,41,1-63.Gentner,D.(1983).Structure-mapping:Atheoreticalframeworkforanalogy.CognitiveScience,7,155-170.Gentner,D.(1989).Themechanismsofanalogicallearning.InS.Vosoniadou&A.Ortony(eds.),Similarityandanalogicalreasoning(pp.199-241).NewYork:CambridgeUniversityPress.Gentner,D.,&Toupin,C.(1986).Systematicityandsurfacesimilitiveinthedevelopmentofanalogy.CognitiveScience,10,277-300.Gilbert,J.K.,Boulter,C.,&Rutherjord,M.(1998).Modelsinexplanations,Part1:Horsesforcourses?InternationalJournalofScienceEducation,20,187-203.Glynn,S.M.(1989).Analogicalreasoningandproblemsolvinginsciencetextbooks.InJ.Glover,R.Ronning,andC.Reynolds(Eds.),Handbookofcreativity(pp.383-398).NewYork,NY:Plenum.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