本研究之目的在編製地球科學「問題解決能力測驗」及「先備知識測驗」等量表，並藉此兩工具探究目前高中學生之問題解決能力與其先備知識、推理能力及個人背景資料間的關係。研究工具依據Parnes的「創造性問題解決模式」架構，設計以地球科學為學科背景脈絡的「問題解決能力測驗」，其中包含「發散性思考」與「收斂性思考」兩向度。此外，亦編製針對「問題解決能力測驗」所需要的先備知識而設計之「先備知識測驗」。本研究以台灣東部某國立高中一年級學生為研究對象，有效樣本共260人。研究設計主要採用相關研究法，並輔以半結構式的晤談。正式施測流程分兩階段進行，第一階段進行「問題解決能力測驗」施測，第二階段進行「先備知識測驗」施測，兩測驗連同說明與收發題本，在同一節課中完成。量的資料分析主要採皮爾遜積差相關（Pearson product-moment r）、t考驗、變異數分析法（ANOVA）及多元逐步迴歸分析法（stepwise multiple regression），針對「問題解決能力測驗」與「先備知識測驗」及「推理能力」作相關分析與比較。經筆試測驗後，選取高低能力共9人進行晤談，質性資料經由編碼進行分析，以進一步了解學生對「問題解決能力測驗」及「先備知識測驗」的看法與觀感。研究結果可分為下列五方面：一、研究工具之「問題解決能力測驗」總分與「發散思考」（r＝.814，p＝.000）及「收斂思考」向度（r＝.898，p＝.000）均有高度相關，且評分者信度達.856～.965。「先備知識測驗」之信度KR20=0.60～0.63。二、學生問題解決能力與其先備知識（r=0.482，p＜.01）及機械推理（r=0.435，p＜.01）間均接近中度相關及大的實驗效果（effect size），且「先備知識」、「推理能力」及「對問題解決的態度」對「問題解決能力」有顯著的預測力解釋率達R2＝.343，而「先備知識」與「推理能力」對「發散思考」與「收斂思考」亦有顯著的預測力解釋率達R2＝.172～.332，根據Cohen（1988）已接近或具有大的實驗效果。三、學生之「性別」、「最喜歡學科」、「家庭月收入」、「對先備知識測驗的喜歡程度」等因素對其「先備知識測驗」的表現有顯著的影響。四、學生之「性別」、「最喜歡學科」、「討厭測驗方式」、「家庭月收入」、「對問題解決能力測驗喜歡程度」、「對先備知識測驗的喜歡程度」、「比較對兩測驗的喜歡程度」等因素對「問題解決能力測驗」的表現亦有顯著的影響。五、學生個人背景資料中「性別」、「最喜歡學科」、「喜歡測驗方式」、「家庭月收入」、「家長最高教育程度」、「對問題解決能力測驗喜歡程度」、「對先備知識測驗的喜歡程度」、「比較對兩測驗的喜歡程度」等因素對其「推理能力」的表現有顯著影響。六、學生喜歡「先備知識測驗」的理由主要為：需要動動腦、單選題、題目很簡單等，並認為須仰賴「知識」、「態度」、「經驗」等為基礎；學生喜歡「問題解決能力測驗」的理由則主要為：可以盡情表達、題目很活用、需要動動腦、題目很生活化及沒有標準答案等，並認為須仰賴「知識」、「態度」、「思考」、「經驗」等為基礎。綜合此次研究發現，學生之先備知識及推理能力與其問題解決能力均接近中度相關，因此在未來的科學教育中，先備知識及推理能力的培養，應有助於提升學生問題解決能力。尤其訓練「發散思考」時應更著重在「推理能力」的培養，而教導「收斂思考」時應強調「先備知識」的建立。此外，學生對的測驗偏好會影響其作答的表現，這一方面非常值得作為在未來教學設計及研發評量工具之參考。

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