本研究應用探究式教學法，並應用多面向之概念改變架構與IRMAA解題策略，發展「轉動與力矩」單元解題教材進行教學，藉由準實驗研究法，探討國中九年級中低成就學生的解題成效及學習成就。研究對象為彰化縣某縣立國中九年級中低成就學生，實驗組與控制組各兩個班級共125人，並採用質性研究方式，於實驗組中選取10名學生，根據學生解題資料與解題後晤談內容探討學生解題思考情形。
本研究之研究工具有：邏輯思考測驗、五E探究教材、成就測驗前測、成就測驗後測。
本研究重要結論如下:
一、透過Bybee和Landes發展出來的五E探究式教學模式，結合Tyson等人所提出的多面向概念改變架構，可以較有效促進概念的改變，並使學習者擁有較佳的概念品質。
二、實驗組與控制組在接受不同教學法之後，實驗組在轉動與力矩單元學習成就與解題成效測驗得分之平均數高於控制組，且兩者達顯著差異。
三、概念品質佳的解題者，不論題目的難易，都可應用所學概念，結合解題策略，達有效解題，概念品質有缺失者，在運用解題策略的過程中，由於概念的不完整，會影響解題步驟的使用，影響步驟的連貫性，導致解題失敗。且IRMAA解題策略可以訓練解題思考，描述人類解題思考的流程，並可驗證解題思考之流程性。

This study aims at investigating the problem solving and learning achievements of the ninth-grade medium and low achievement students. The research method of this study was quasi-experiment design, and the teaching method was Inquiry Instrucution Method. As for the teaching material,the researcher integrated multidimensional framework for conceptual change into IRMAA problem solving strategy to develop the teaching material in the unit”Rotational Motion and The Torque.” The subjects of the study were from four classes, which included 125 ninth-grade medium and low achievement students and every two classes are respectively labeled as an experimental group and a control group, in junior high school in Chuanghua.By using the qualitative method, the study selected 10 students from the experimental group. According to the contents that students described problem solving process,and the transcripts of interview ,to investigate the problem-solving in the mechanism after solving test questions.
The survey instrument includings : Logical thinking test, 5E Inquiry teaching material, pre-test of achievement test, achievement test.
The major findings of this study are as follows:
1. Integrating inquiry teaching model which as developed by Bybee and Landes into Multidimensional Framework for Conceptual Change which was advanced by Tyson and other scholars may effectively promote the conceptual change and enable the learners to have better concept quality.
2. After the experimental group and the control group accepted different teaching methods, the experimental group got higher grades than the control group on the test of the learning achievement and the problem solving effect in the unit “Rotational Motion and The Torque.”
3. The students who have better concept quality can solve the problems effectively. However, the students who have a worse concept quality can’t solve the problems effectively. Besides, the IRMAA problem solving strategy can train people to solve the problems, describe the human problem solving process, and verify the process of the problem solving. And there are significant differences in both groups.

目次
目次 I
誌謝 III
中文摘要 IV
英文摘要 V
表次 VII
圖次 VIII
第壹章　緒論 1
第一節 研究背景與動機 1
第二節 研究目的與研究問題 3
第三節 名詞解釋 4
第四節 研究範圍與限制 6
第貳章 文獻探討 7
第一節 概念改變理論 7
第二節 五E探究式教學法 14
第三節 解題相關理論 18
第四節 轉動與力矩概念學習之實證性研究 35
第參章 研究方法與步驟 41
第一節 研究方法與設計 41
第二節 研究對象與教學情境 41
第三節 研究工具 43
第四節 研究流程 70
第五節 資料處理與分析 73
第肆章 研究結果與討論 81
第一節 轉動與力矩學習成就 81
第二節 轉動與力矩解題成效 82
第三節 解題思考情形 84
第伍章 結論與建議 125
第一節 結論 125
第二節 建議 128
參考文獻 129
一、 中文部分 129
二、 英文部分 132
附錄 135
附錄一　成就測驗前測：常見的力 135
附錄二　成就測驗後測：轉動與力矩 139
附錄三　力矩單元活動流程與多面向概念改變架構五E探究及解題策略雙向細目表 143
附錄四　轉動與力矩學習教材 189
附錄五　邏輯思考測驗 227
附錄六　解題思考情形 245

表次
表 2 -1 解題評量向度分析對照表 30
表 3 -1 正式施測研究實驗組與控制比較表 43
表 3 -2 成就測驗前雙向細目表 45
表 3 -3 成就測驗後（轉動與力矩）雙向細目表 46
表 3- 4 力矩單元活動流程與多面向概念改變架構五E探究及解題策略雙向細目表 56
表 3 -5 實驗組與控制學生解題步驟計分方式 75
表 3 -6 實驗組學生解題步驟計分方式 77
表 4 -1 實驗組與控制組各項測驗得分描述性統計 81
表 4 -2 實驗組與控制組轉動與力矩單元學習成尌後測得分之共變數分析 82
表 4 -3 實驗組與控制組各項測驗得分描述性統計 83
表 4 -4 實驗組與控制組轉動與力矩單元解題成效測驗得分之共變數分析 84
表 4 -5 高解題成功率者應用得分與答情形 85
表 4 -6 中解題成功率者應用得分與答情形 89
表 4 -7 低解題成功率者應用得分與答情形 98
表 4 -8 晤談學生第17題IRMAAIRMAAIRMAA解題步驟得分表現與答情形解題步驟得分表現與答情形 106
表 4 -9 晤談學生第18題IRMAAIRMAAIRMAA解題步驟得分表現與答情形解題步驟得分表現與答情形 109
表 4 -10 晤談學生第19題IRMAAIRMAAIRMAA解題步驟得分表現與答情形解題步驟得分表現與答情形 112
表 4 -11 晤談學生第20題IRMAAIRMAAIRMAA解題步驟得分表現與答情形解題步驟得分表現與答情形 115
表 4 -12 晤談學生第21題IRMAAIRMAAIRMAA解題步驟得分表現與答情形解題步驟得分表現與答情形 118
表 4 -13 解題測驗之IRMAA解題策略各步驟與總分之相關析 120
附錄表 1 個案學生S30C16S30C16S30C16應用題得分與答情形 245
附錄表 2 個案學生S30C12S30C12S30C12應用題得分與答情形 250
附錄表 3 個案學生S30B23S30B23S30B23應用題得分與答情形應用題得分與答情形 257
附錄表 4 個案學生S30B30S30B30S30B30應用題得分與答情形應用題得分與答情形 264
附錄表 5 個案學生S30B29S30B29S30B29應用題得分與答情形用題得分與答情形 273
附錄表 6 個案學生S30B03S30B03S30B03應用題得分與答情形應用題得分與答情形 280
附錄表 7 個案學生S30C10S30C10S30C10應用題得分與答情形 286
附錄表 8 個案學生S30C26S30C26S30C26應用題得分與答情形 292
附錄表 9 個案學生S30B14S30B14S30B14應用題得分與答情形應用題得分與答情形 299
附錄表 10 個案學生S30C17S30C17S30C17應用題得分與答情形應用題得分與答情形 308
圖次
圖 2-1 本體樹(Chi, Slotta & de Leew, 1994)(Chi, Slotta & de Leew, 1994)(Chi, Slotta & de Leew, 1994)(Chi, Slotta & de Leew, 1994)(Chi, Slotta & de Leew, 1994)(Chi, Slotta & de Leew, 1994)(Chi, Slotta & de Leew, 1994)(Chi, Slotta & de Leew, 1994)(Chi, Slotta & de Leew, 1994)(Chi, Slotta & de Leew, 1994) 10
圖 2-2 多面向概念改變架構 (Tyson et al., 1996)(Tyson et al., 1996)(Tyson et al., 1996)(Tyson et al., 1996)(Tyson et al., 1996)(Tyson et al., 1996) 13
圖 2-3 Hestenes(1987)Hestenes(1987)Hestenes(1987)Hestenes(1987)Hestenes(1987)模式解題策略 26
圖 3-1 轉動與力矩單元概念圖 49
圖 3-2 研究流程圖 72

一、 中文部分
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