本研究的目的在探討虛擬實驗對國中八年級學生在光學學習成就與概念理解的影響。本研究採用PhET軟體，具有互動較強的介面，除了可以提供參數的改變，例如:可以改變凸透鏡曲率、直徑，光線進入透鏡組的數量。還可以任意改變凸透鏡擺放位置，或利用尺規測得物體與像的距離等，可提供學生細部微觀現象的觀察。
本研究採準實驗研究設計，參與的樣本為一所公立國中八年級四個班級的學生，共計108人。參與的四個班級分別隨機選派兩個班為實驗組 (虛擬實驗教學)共59人，是利用PhET的光學虛擬實驗融入教學，以及兩個班為對照組共49人 (一般教學)。上課時間四堂課共180分鐘，上課內容包含「光的折射」、「凸透鏡成像」及「色散」。研究工具包括光學成就測驗及光學二階診斷測驗。資料分析方法包含：敘述統計、單因子共變數分析以及卡方檢定。
本研究結果發現如下:
1.學習成就
(1)使用虛擬實驗對學生在「光的折射與凸透鏡成像」單元的後測學習成就和延宕測知識
保留顯著優於動手操作。
(2)使用虛擬實驗對學生在「凸透鏡成像」的後測學習成就顯著優於動手操作。
2. 概念理解
(1)使用虛擬實驗對學生在「光的折射與凸透鏡成像」單元的二階延宕測概念理解顯著優
於動手操作。
(2)使用虛擬實驗對學生在「凸透鏡成像」二階後測概念理解顯著優於動手操作。

The purpose of this study was to investigate the effects of virtual manipulatives on eighth grade students’ science achievement and conceptual understanding of evolution. This study uses the PhET software, which has a more interactive interface, in addition to providing parameter changes, such as: can change the convex lens curvature, diameter, the number of light into the lens group. It is also possible to change the position of the convex lens arbitrarily, or to measure the distance between the object and the image by using a ruler, and to provide an observation of the microscopic phenomenon of the student.
A quasi - experimental design was employed in this study. The participants were 108 eighth grade students from four science classes in a junior high school. Of the four science classes, two were assigned to the experimental group (virtual manipulatives), and the other two were assigned to the control group. Two instruments, the Light Achievement Test and the Two-Tier Diagnostic Test were used to assess students’ achievement and conceptual understanding of light. Data were analyzed by using descriptive statistics, independent one-way ANCOVA, chi-square, and descriptive statistics.
The major findings of this study are as follows:
1.Learning achievement
(1) As for the "Refraction of Light and Convex Lens Imaging" unit, students’ post-test learning
achievements and knowledge retention of deferred test are more effective than hands-on
operation.
(2) For each activity, the virtual experiment has significant differences in the learning
achievement of "convex lens imaging".
2. Conceptual understanding
(1) For the Two-Tier Diagnostic Test post-test of "refraction of light and convex lens
imaging", the virtual experiment helps to understand the concept of "convex lens
imaging"
(2) With regard to the Two-Tier Diagnostic delay measurement of "refraction of light and
convex lens imaging", the concept of virtual experiment is significantly better than
hands-on operation.

目 次
第一章 緒論•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1
第一節 研究動機•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1
第二節 研究目的與問題•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••3
第三節 名詞釋義•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••4
第四節 研究範圍與限制•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••5
第二章 文獻探討•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••6
第一節 虛擬實驗的優勢•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••6
第二節 虛擬實驗融入光學實徵研究••••••••••••••••••••••••••••••10
第三節 光學另有概念的相關研究••••••••••••••••••••••••••••••••14
第三章 研究方法與設計••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••21
第一節 研究流程••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••21
第二節 研究設計••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••23
第三節 研究對象••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••25
第四節 研究教材••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••26
第五節 研究工具••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••41
第六節 資料收集與分析••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••46
第四章 研究結果與討論••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••49
第一節 虛擬實驗對學生在「光的折射及凸透鏡成像」的學習成就的影響••••••49
第二節 虛擬實驗對學生在「光的折射及凸透鏡成像」概念理解的影響••••••••55
第五章 結論與建議••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 67
參考文獻••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••68
一、中文文獻••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••68
二、英文文獻••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••72
附錄•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••75
附錄一 「光的折射與凸透鏡成像」成就測驗••••••••••••••••••••••••75
附錄二 「光的折射與凸透鏡成像」二階診斷測驗•••••••••••••••••••••••••80
附錄三 虛擬實驗學習單••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••84
附錄四 教學課程設計••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••89
附錄五 與二位教學者課前共備紀錄•••••••••••••••••••••••••••••••••••94

一、中文文獻
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