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1 以 多 元 觀 點 探 討 中 學 生 氧 化 還 原 迷 思 概 念 337 國 立 高 雄 師 範 大 學 高 雄 師 大 學 報 2004,17, 以 多 元 觀 點 探 討 中 學 生 氧 化 還 原 迷 思 概 念 * 詹 耀 宗 ** 邱 鴻 麟 摘 要 本 研 究 採 取 多 元 觀 點 來 瞭 解 我 國 中 學 生 氧 化 還 原 迷 思 概 念 的 本 質 本 研 究 的 多 元 觀 點 有 三 : 一 從 命 題 知 識 陳 述 的 語 意 分 析 概 念 的 意 義 二 從 概 念 圖 分 析 迷 思 概 念 的 概 念 空 間 位 置 三 從 迷 思 概 念 的 意 義 分 析 概 念 發 展 的 階 段 本 研 究 為 我 國 中 學 生 概 念 學 習 測 驗 結 果 分 析 施 測 採 樣 為 分 層 隨 機 抽 樣, 有 效 總 樣 本 數 國 二 有 3520 人 國 三 有 3441 人 高 二 有 2885 人 研 究 結 果 發 現 : 我 國 中 學 生 在 氧 化 還 原 及 燃 燒 的 迷 思 概 念 有 三 個 特 點, 一 對 氧 化 還 原 及 燃 燒 概 念 的 命 題 陳 述 理 解 的 不 完 整 二 對 氧 化 還 原 及 燃 燒 概 念 的 相 關 概 念 有 不 當 的 錯 置 與 連 結 三 概 念 發 展 尚 未 達 到 概 念 發 展 的 最 高 階 段 - 形 式 階 段 除 了 上 三 個 不 同 面 相 的 分 析 結 果 外, 本 研 究 也 發 現 學 生 的 迷 思 概 念 在 整 體 上 有 一 個 共 同 特 質 : 學 生 科 學 概 念 的 不 完 整 性 學 生 會 呈 現 迷 思 概 念 是 因 為 概 念 階 段 的 發 展 不 完 整, 所 以 無 法 掌 握 這 個 主 題 概 念 下 最 關 鍵 的 核 心 概 念 及 結 構 因 此 對 命 題 陳 述 的 反 應 產 生 了 錯 誤 的 概 念 連 結 錯 置 概 念 空 間 位 置 或 不 當 歸 類 推 理 的 種 種 外 顯 表 現 關 鍵 詞 : 多 元 觀 點, 氧 化, 燃 燒, 迷 思 概 念 * 國 立 台 南 大 學 自 然 科 學 教 育 學 系 兼 任 講 師 國 立 高 雄 師 範 大 學 化 學 系 副 教 授 **

2 338 高 雄 師 大 學 報 第 十 七 期 A Mulit-Persprective to Understand the Nature of Misconception Yao-Tsung Chan * Houn-Lin Chiu ** An approach of multi-perspective was employed to understand the nature of misconception in the lesson unit of oxidation and combustion. There are three approaches of different perspectives: semantic content approach, conceptual space approach, and conceptual development approach. The samples of this study came from a national wide survey of students misconception in Taiwan, including th graders, th graders and th graders. The test items in this study included two items in combustion of candle, and one item in the rusting of nail. The results revealed the following findings: The deviation of students naïve concepts from scientific concepts, from semantic content approach, show three common patterns, namely, the pattern of language intuition, the reduction patterns, and the pattern of logical reasoning. From the approach conceptual space, students misconceptions resulted from the error connection between signified objects. Viewing from the stage of conceptual development, students concept formation stays in the classificatory level, but the scientific concepts in the test items were the formal level. The gap between these two levels might result in students misconception. Key words: multi-perspective, oxidation, combustion, misconception * ** Adjuct Lecturer, Department of Natural Scienes Education, National University of Tainan. Associate Professor, Chemistry Department, National Kaohsiung Normal University

3 以 多 元 觀 點 探 討 中 學 生 氧 化 還 原 迷 思 概 念 339 壹 緒 論 學 校 教 育 有 許 多 目 標, 希 望 引 導 學 生 在 學 習 的 領 域 上 完 成 認 知 情 意 及 技 能 三 個 主 要 領 域 的 學 習 目 標 其 中 在 認 知 領 域 的 學 習 上, 概 念 的 學 習 是 一 個 很 主 要 的 學 習 目 的, 尤 其 在 科 學 課 程 的 學 習 目 標 上 更 是 如 此 在 過 去 這 二 十 幾 年 科 學 教 育 的 研 究 上, 有 關 學 生 科 學 概 念 的 學 習 及 迷 思 概 念 的 瞭 解 一 直 是 國 內 外 探 討 的 重 要 議 題 在 概 念 的 學 習 上, 許 多 學 生 會 從 過 去 的 親 身 經 驗 或 日 常 用 語 等 不 同 來 源, 形 成 了 個 體 自 發 性 概 念 架 構 學 生 在 學 習 時, 通 常 用 這 種 自 發 性 的 概 念 去 解 釋 一 些 自 然 現 象, 學 生 在 預 測 或 解 釋 某 種 課 堂 上 所 經 驗 的 科 學 現 象 時, 有 時 會 因 此 產 生 概 念 上 的 混 淆 許 多 研 究 指 出 學 生 學 習 新 概 念 時, 時 常 遭 遇 到 互 相 衝 突 的 訊 息 因 為 學 生 對 於 自 然 世 界 的 現 象 已 有 先 備 概 念 (preconception), 這 些 先 備 概 念 常 與 學 校 中 的 科 學 理 論 發 生 衝 突 當 衝 突 發 生 時, 學 生 通 常 拒 絕 放 棄 原 有 的 先 備 概 念, 進 而 排 斥 甚 至 扭 曲 新 概 念 而 產 生 迷 思 概 念 (Carey, 1985; Roth, 1990) 國 內 外 有 相 當 多 的 文 獻 探 討 有 關 學 生 的 迷 思 概 念 這 些 文 獻 主 要 分 成 兩 類 : 一 是, 透 過 晤 談 或 問 卷 等 方 式, 對 學 生 的 迷 思 概 念 內 容 進 行 描 述 (Pfundt, 1981; Meheut, Saltiel and Tiberghien, 1985; Boujaoude, 1989; Anderson, 1990; Garnett and Treagust, 1992; Waston, Teresa and Dillon, 1995) 另 一 種 是, 對 學 生 對 概 念 的 理 解 解 釋 情 形 加 以 分 類 (Waston, Teresa and Dillon, 1997) 這 兩 類 文 獻 在 探 討 有 關 學 生 迷 思 概 念 時, 都 是 採 取 單 一 面 相 的 觀 點 進 行 探 討 然 而, 以 單 一 面 相 探 討 學 生 的 迷 思 概 念 是 不 夠 周 延 的, 無 法 深 入 瞭 解 學 生 迷 思 概 念 研 究 者 認 為 採 取 多 元 的 分 析 觀 點 瞭 解 學 生 的 迷 思 概 念, 就 像 是 盲 人 從 不 同 的 位 置 去 摸 大 象 以 不 同 觀 點 的 分 析 結 果 一 起 考 慮 時, 可 獲 得 更 接 近 學 生 迷 思 概 念 的 本 質, 就 像 盲 人 透 過 不 同 位 置 的 觸 摸, 有 助 於 他 以 在 腦 海 中 建 構 出 一 個 更 接 近 大 象 實 際 形 體 的 心 像 Duit( 2002) 提 出 要 以 多 元 的 觀 點 來 看 待 科 學 的 學 習 與 教 學, 因 為 影 響 學 生 概 念 改 變 的 因 素 是 相 當 多 樣 化 的 不 過, 他 並 未 指 出 他 所 謂 的 多 元 觀 點 有 哪 些? Johnstone( 1982) 依 化 學 概 念 的 屬 性, 將 化 學 概 念 分 為 微 觀 的 巨 觀 的 及 符 號 的 三 種 表 徵 研 究 者 認 為 這 樣 的 分 類 只 是 將 概 念 的 表 徵 層 次 加 以 分 類, 不 算 是 對 概 念 理 解 的 多 元 觀 點 Herron( 1996) 的 概 念 分 析 是 以 某 一 個 概 念 為 核 心 來 發 展 出, 上 屬 概 念 同 屬 概 念 和 下 屬 概 念 的 關 係 這 樣 的 分 類 指 出 了 概 念 的 階 層 與 含 攝 關 係 不 過, 研 究 者 認 為 這 也 不 能 算 是 一 種 探 討 學 生 迷 思 概 念 的 多 元 分 析 觀 點 根 據 研 究 資 料 的 特 質 及 相 關 文 獻 的 探 討, 本 研 究 採 取 以 下 三 個 方 式 對 學 生 的 迷 思 概 念 進 行 分 析 : 一 從 命 題 知 識 陳 述 的 語 意 分 析 概 念 的 意 義 二 從 概 念 圖 分 析 迷 思 概 念 的 概 念 空 間 位 置 三 從 迷 思 概 念 的 意 義 分 析 概 念 發 展 的 階 段 雖 然 這 三 種 方 式 常 見 於 概 念 學 習 及 迷 思 概 念 的 研 究 分 析 上, 但 是 把 這 三 種 方 式 同 時 用 於 同 一 個 研 究 資 料 分 析, 則 是 很 少 見 的 本 研 究 是 以 中 學 生 氧 化 還 原 及 燃 燒 概 念 的 全 國 性 測 驗 結 果 資 料 加 以 分 析, 期 望 瞭 解 我 國 中 學 生 在 相 關 概 念 的 迷 思 概 念 情 形 研 究 目 的 有 二 : 一 是 採 取 多 元 分 析 觀 點 來 瞭 解 學 生 的 內 容 知 識 及 迷 思 概 念 ; 其 次 是 瞭 解 學 生 迷 思 概 念 的 本 質 為 達 成 這 兩 個 研 究 目 的, 必 須 回 答 以 下 兩 個 研 究 問 題 :

4 340 高 雄 師 大 學 報 第 十 七 期 一 在 不 同 分 析 觀 點 下, 學 生 迷 思 概 念 的 內 容 為 何? 二 學 生 迷 思 概 念 的 本 質 為 何? 貳 文 獻 探 討 本 研 究 是 以 多 元 的 觀 點 對 中 學 生 氧 化 還 原 及 燃 燒 概 念 的 全 國 性 測 驗 結 果 資 料 加 以 分 析 在 文 獻 探 討 方 面, 主 要 論 及 以 多 元 觀 點 探 討 學 生 迷 思 概 念 的 依 據, 及 國 內 外 氧 化 還 原 迷 思 概 念 相 關 研 究 一 探 討 迷 思 概 念 的 多 元 觀 點 本 研 究 以 多 元 觀 點 來 瞭 解 學 生 迷 思 概 念 的 本 質, 採 取 以 下 三 種 觀 點 進 行 分 析 : ( 一 ) 從 命 題 知 識 陳 述 的 語 意 分 析 概 念 的 意 義 ( 二 ) 從 概 念 圖 分 析 迷 思 概 念 的 概 念 空 間 位 置 ( 三 ) 從 迷 思 概 念 的 意 義 分 析 概 念 發 展 的 階 段 這 三 種 方 式 都 是 近 來 在 概 念 學 習 及 迷 思 概 念 研 究 上 常 見 的 分 析 方 式 茲 分 述 如 下 : ( 一 ) 從 命 題 知 識 陳 述 的 語 意 分 析 概 念 的 意 義 對 於 一 個 概 念, 學 習 者 是 從 包 含 這 個 概 念 所 組 成 的 命 題 中, 來 瞭 解 這 個 概 念 的 意 義 學 習 者 對 於 概 念 的 解 釋 與 瞭 解 會 因 為 更 多 的 正 確 命 題 而 增 加 學 習 者 可 以 由 這 些 正 確 的 命 題 中 學 到 這 個 概 念 與 其 它 概 念 的 相 關 性 (Novak,1998) 命 題 是 由 二 個 或 更 多 的 字 詞 組 合 而 形 成 的 一 個 敘 述, 這 個 敘 述 是 有 關 於 事 件 事 物 或 想 法 敘 述 可 能 是 正 確 ( 例 如 : 天 空 呈 現 藍 色 ) 也 可 能 是 不 正 確 ( 例 如 : 巴 黎 是 英 國 的 首 都 ) 命 題 是 形 成 意 義 的 基 本 單 位 我 們 可 以 用 原 子 與 分 子 來 比 喻 概 念 ( 或 字 詞 ) 與 命 題 (Novak, 1998,P38) 在 人 類 信 息 處 理 系 統 中, 敘 述 性 知 識 的 基 本 單 位 就 是 命 題 因 為 命 題 的 功 能 在 表 達 或 提 出 (propose) 概 念 之 間 的 關 係, 所 以 我 們 把 這 些 知 識 的 基 本 單 位 稱 為 命 題 ( 岳 修 平 譯,1998) Treagust( 1995) 提 出 以 兩 階 段 式 概 念 診 斷 工 具 來 瞭 解 學 生 的 迷 思 概 念 的 方 法 在 兩 階 段 測 驗 診 斷 工 具 中, 每 一 題 的 題 幹 和 第 二 階 段 選 項 的 形 成, 都 是 根 據 本 單 元 內 容 中 的 相 關 的 命 題 陳 述 發 展 而 成 本 研 究 分 析 的 第 一 步 就 是 進 行 測 驗 題 目 第 二 階 段 選 項 內 容 分 析, 瞭 解 每 一 個 選 項 與 相 關 命 題 陳 述 的 關 係 把 這 些 內 容 分 析 的 結 果 依 不 同 的 語 意 內 容 特 質, 將 學 生 的 迷 思 概 念 分 為 : 化 約 型 語 言 直 覺 型 及 邏 輯 推 理 型 經 由 這 些 分 類 的 探 討 來 瞭 解 學 生 迷 思 概 念 的 共 同 屬 性 及 其 相 異 之 處 詳 細 的 分 類 情 形 如 下 : 1. 化 約 型 (Reduction) 運 用 不 適 當 的 原 理 來 解 釋 現 象, 對 於 概 念 的 解 釋 有 張 冠 李 戴 的 情 形 學 生 因 為 將 A 的 概 念 原 理 用 來 解 釋 B 的 現 象 及 事 實 因 而 產 生 的 迷 思 概 念, 我 們 稱 為 化 約 型 2. 語 言 直 覺 型 (Language Intuition) 從 題 目 及 第 二 階 段 選 項 的 文 字 敘 述 望 文 生 義, 沒 有 從 相 關 概 念 的 內 容 及 原 理 來 解 釋, 而 是 以 字 面 日 常 用 語 口 的 語 意 去 詮 釋 題 目 因 為 這 樣 的 不 適 當 解 釋 而 產 生 的 迷 思 概 念, 我 們 稱 為 語 言 直 覺 型 3. 邏 輯 推 理 型 (Logical Reasoning)

5 以 多 元 觀 點 探 討 中 學 生 氧 化 還 原 迷 思 概 念 341 雖 然 運 用 了 正 確 的 原 理 來 解 釋 相 關 的 現 象, 但 是 對 於 原 理 的 瞭 解 不 夠 完 整, 適 用 條 件 的 考 慮 不 周 全, 因 此 在 推 理 解 釋 現 象 時 出 現 以 偏 蓋 全 的 現 象 因 為 這 樣 不 正 確 的 解 釋 而 產 生 的 迷 思 概 念, 我 們 稱 為 邏 輯 推 理 型 ( 二 ) 從 概 念 圖 分 析 迷 思 概 念 的 概 念 空 間 位 置 概 念 圖 是 個 體 內 在 命 題 架 構 中 的 一 組 概 念 間 意 義 的 圖 形 表 徵, 透 過 概 念 圖 的 呈 現, 教 師 或 研 究 者 可 以 瞭 解 到 學 生 腦 海 中 的 認 知 結 構, 並 且 也 可 以 指 出 學 生 迷 思 概 念 的 情 形 能 夠 瞭 解 學 生 的 迷 思 概 念 就 可 以 針 對 學 生 的 迷 思 概 念 進 行 教 學, 達 成 促 進 學 生 理 解 的 教 學 成 效 ( 余 民 寧,1997) Novak 和 Gowin( 1984) 在 他 們 的 學 習 如 何 學 習 (Learning How to Learn) 一 書 中, 利 用 概 念 圖 作 為 引 導 工 具 提 出 後 設 認 知 與 後 設 認 知 的 理 論 發 展 概 念 圖 是 一 種 圖 示 概 念 的 方 法, 可 以 用 來 表 徵 個 體 的 認 知 結 構, 尤 其 是 表 徵 具 有 關 聯 性 概 念 與 概 念 間 結 構 的 關 係 概 念 圖 也 可 用 來 表 徵 某 學 科 中 相 關 概 念 系 統 或 其 子 系 統 內 所 有 階 層 與 命 題 的 關 係 針 對 概 念 圖 的 研 究, 美 國 科 學 教 育 與 研 究 學 會 (NARST) 曾 在 1990 年 出 版 專 刊 加 以 探 討 在 瞭 解 學 生 的 概 念 結 構 上, 概 念 圖 能 夠 提 供 先 備 知 識 的 評 鑑 和 診 斷 迷 思 概 念 的 架 構 同 時 概 念 圖 也 提 供 知 識 的 階 層 性 概 念 性 及 命 題 性 的 意 義 ( Mintzes, Wandersee and Novak, 1998) 本 研 究 所 採 用 的 二 階 段 診 斷 工 具, 在 其 第 二 階 段 理 由 選 項 的 設 計 上, 是 以 晤 談 學 生 所 得 的 各 種 命 題 陳 述 整 理 而 成 利 用 學 生 本 身 的 正 確 或 錯 誤 的 命 題 陳 述, 整 理 成 第 二 階 段 的 理 由 選 項, 這 樣 就 可 以 從 學 生 的 回 答 情 形 來 瞭 解 他 們 的 迷 思 概 念 研 究 者 把 學 生 的 這 些 不 同 的 回 答 情 形 放 入 概 念 圖 中 加 以 分 析, 以 瞭 解 學 生 的 不 同 選 項 答 案 在 整 個 概 念 圖 中 的 位 置 這 樣 的 分 析 方 式, 可 以 用 來 瞭 解 學 生 在 這 個 單 元 概 念 中 相 關 概 念 的 位 階 與 連 結 情 形, 找 出 迷 思 概 念 的 關 鍵 位 置 ( 三 ) 從 迷 思 概 念 的 意 義 分 析 概 念 發 展 的 階 段 Klausmeier( 1985) 在 教 育 心 理 學 一 書 中 述 及 概 念 形 成 過 程, 他 認 為 概 念 的 形 成 過 程 有 四 個 不 同 認 知 程 度 的 發 展 階 段 : 具 體 階 段 (concrete level) 確 認 階 段 ( identity level) 分 類 階 段 (classificatory level) 形 式 階 段 (formal level) 具 體 階 段 : 概 念 的 具 體 階 段 發 生 在 當 我 們 一 次 或 多 次 注 意 到 某 些 事 物 時, 我 們 可 以 區 別 這 個 事 物 與 其 他 事 物 的 不 同, 我 們 可 以 記 住 這 個 事 物 在 相 同 的 空 間 上, 再 次 注 意 到 相 同 的 事 物 時, 能 與 區 別 這 個 目 標 與 其 他 事 物 的 不 同, 並 且 察 覺 這 是 之 前 認 識 的 相 同 事 物 舉 例 來 說 : 一 個 小 孩 注 意 到 牆 上 的 時 鐘, 區 別 了 這 個 時 鐘 與 其 他 物 品 的 不 同, 並 且 恢 復 了 之 前 對 時 鐘 的 表 徵, 察 覺 到 這 個 時 鐘 與 之 前 注 意 到 的 牆 上 時 鐘 是 同 一 種 東 西 所 以, 這 個 小 孩 知 道 這 個 時 鐘 的 特 別 之 處, 這 時 小 孩 對 這 個 時 鐘 的 概 念 是 屬 於 具 體 階 段 確 認 階 段 : 概 念 的 確 認 階 段 發 生 在 當 我 們 在 不 同 情 境 下, 能 夠 察 覺 到 這 一 個 事 物 與 先 前 遇 到 的 事 物 是 相 同 的 舉 例 來 說 : 就 算 是 這 個 時 鐘 已 經 從 這 一 面 牆 上 取 下 放 到 另 一 個 位 置 時, 這 個 小 孩 還 是 可 以 察 覺 到 這 個 時 鐘 就 是 之 前 在 牆 上 看 到 的 那 個 特 定 的 時 鐘, 這 時 小 孩 對 這 個 時 鐘 的 概 念 是 屬 於 確 認 階 段 分 類 階 段 : 要 達 到 一 個 概 念 的 到 分 類 階 段, 我 們 至 少 必 要 學 習 到 有 關 這 個 概 念 的

6 342 高 雄 師 大 學 報 第 十 七 期 兩 個 例 子 到 確 認 階 段 的 層 次 最 基 本 的 分 類 階 段 發 生 在 我 們 思 考 到 一 個 概 念 兩 個 不 同 的 例 子, 而 且 能 夠 瞭 解 這 兩 個 例 子 在 概 念 上 是 相 等 的 舉 例 來 說 : 小 孩 可 以 把 牆 上 的 時 鐘 和 書 桌 上 的 時 鐘 當 成 是 等 同 的 事 物, 都 是 時 鐘 這 是 這 個 小 孩 對 與 時 鐘 的 概 念 有 最 初 始 的 分 類 階 段 的 認 識 形 式 階 段 (formal level): 形 式 階 層 發 生 在 我 們 可 以 正 確 的 確 認 區 別 同 一 個 概 念 的 不 同 例 子, 給 這 個 概 念 適 當 的 名 稱 並 且 確 認 區 別 他 的 屬 性, 給 這 個 概 念 一 個 社 會 上 可 以 接 受 的 定 義 內 涵, 指 出 這 個 概 念 下 的 例 子 和 非 例 子 之 間 的 不 同 ( 二 ) 氧 化 還 原 迷 思 概 念 的 相 關 研 究 國 內 對 於 迷 思 概 念 的 研 究 已 經 有 相 當 的 成 果, 其 中 氧 化 還 原 概 念 的 探 討 在 國 小 及 國 中 階 段 大 多 是 以 燃 燒 及 鐵 的 生 鏽 等 相 關 現 象 為 主 ; 在 高 中 及 高 中 以 上 階 段 則 以 氧 化 還 原 反 應 的 原 理 與 電 化 學 的 部 分 較 多 林 哲 彥 (1992) 利 用 晤 談 的 方 式, 以 蠟 燭 的 燃 燒 和 鐵 的 生 鏽 等 主 題, 對 小 五 學 生 的 氧 化 還 原 迷 思 概 念 進 行 瞭 解 結 果 發 現 學 生 有 1. 燃 燒 產 生 的 碳 粒 是 二 氧 化 碳 2. 火 焰 熄 滅 後 煙 比 較 多, 所 以 二 氧 化 碳 產 生 比 較 多 3. 氧 氣 不 會 幫 助 鐵 釘 生 鏽 等 迷 思 概 念 王 春 源 (1991) 探 討 小 六 到 國 三 學 生 生 鏽 及 燃 燒 概 念 的 研 究 指 出 :1. 很 多 學 生 認 為 鐵 釘 生 銹 時 所 產 生 的 鐵 銹 原 來 就 存 在 空 氣 中, 且 生 銹 後 鐵 釘 的 質 量 比 未 生 銹 前 減 少 2. 在 密 閉 的 系 統 中 燃 燒 火 柴, 燃 燒 後 整 個 系 統 的 質 量 會 改 變 3. 引 燃 煙 火 時 有 白 色 的 氣 體, 是 因 為 煙 火 衝 向 空 中 時 把 周 圍 的 空 氣 擠 下 所 產 生 的 以 上 的 研 究 呈 現 出 學 生 從 表 面 或 具 體 可 知 覺 的 現 象, 解 釋 燃 燒 的 原 理 而 以 下 的 研 究 呈 則 現 出 學 生 除 了 從 表 面 可 知 覺 的 現 象 以 外, 也 會 從 推 理 的 立 場 來 解 釋 有 關 燃 燒 或 是 氧 化 還 原 的 現 象 謝 志 仁 (1992) 以 示 範 式 群 測 和 晤 談 方 式 探 討 國 中 學 生 燃 燒 及 生 鏽 的 概 念 指 出 學 生 的 相 關 迷 思 概 念 有 :1. 學 生 僅 注 意 可 觀 察 的 反 應 物, 而 忽 略 蠟 燭 參 與 反 應 前 的 狀 態 改 變 2. 熱 是 其 它 物 質, 如 空 氣 或 火 所 散 發 出 來 的 3. 火 是 由 物 質 的 結 合, 或 物 質 與 熱 結 合 轉 變 產 生 的 4. 學 生 能 了 解 氧 氣 的 助 燃 功 能, 但 對 空 氣 是 含 氧 的 混 合 物 卻 不 清 楚 有 學 生 認 為 蠟 燭 熄 滅 是 因 空 氣 用 盡 所 致 也 有 學 生 認 為 蠟 燭 熄 滅 是 因 燭 火 接 觸 到 二 氧 化 碳 及 產 生 的 水 5. 蠟 燭 燃 燒 後 的 產 物 水, 是 由 其 它 物 質 轉 變 而 來 的 如 熱 能 空 氣 氧 氣 蠟 油 或 二 氧 化 碳 ; 也 有 學 生 認 為 這 是 原 本 就 存 在 空 氣 中 的 水 蒸 氣 6. 在 質 量 守 恆 概 念 上, 學 生 認 為 蠟 燭 燃 燒 後 出 現 新 物 質, 所 以 燃 燒 重 量 會 增 加 也 有 學 生 認 為 銹 是 外 來 的 物 質 所 以 重 量 增 加 7. 有 些 學 生 認 為 生 銹 只 是 顏 色 的 改 變, 重 量 不 變 王 貴 春 和 黃 萬 居 (1998) 應 用 氧 化 還 原 概 念 認 知 之 測 驗 和 半 結 構 性 晤 談, 探 討 師 院 學 生 對 氧 化 還 原 的 迷 思 概 念 結 果 發 現 師 院 學 生 在 氧 化 還 原 方 面 的 迷 思 概 念 有 下 列 情 形 1. 氧 化 還 原 是 可 逆 反 應, 若 向 右 是 氧 化 則 向 左 是 還 原 2. 自 身 氧 化 還 原 反 應 不 需 要 加 入 物 質 就 可 產 生 反 應 3. 有 氧 參 與 的 反 應 就 是 氧 化 還 原 反 應 4. 沒 有 元 素 產 生 就 不 是 氧 化 還 原 反 應 5. 氧 化 劑 和 還 原 劑 都 是 催 化 劑, 用 來 加 速 氧 化 還 原 反 應, 本 身 不 會 參 與 反 應 6. 所 有 的 化 學 反 應 都 會 有 電 子 的 得 失 國 外 對 於 迷 思 概 念 的 研 究 也 有 相 當 的 成 果, 探 討 探 討 的 內 容 與 結 果 與 國 內 的 研 究

7 以 多 元 觀 點 探 討 中 學 生 氧 化 還 原 迷 思 概 念 343 是 相 當 類 似 的 在 Orna 和 Schreck( 1994) 所 編 的 Source Book 中 提 出 了 中 學 生 在 氧 化 還 原 方 面 的 主 要 迷 思 概 念 有 下 列 七 點 :1. 化 學 鍵 的 形 成 都 是 由 離 子 所 構 成, 用 氧 化 數 的 方 法 就 可 以 知 道 化 學 鍵 的 形 成 2. 氧 化 數 可 以 表 示 出 原 子 在 分 子 中 的 真 正 的 帶 電 狀 態 3. 所 有 的 化 學 反 應 都 是 氧 化 還 原 反 應 4. 氧 化 總 是 要 加 入 氧 5. 還 原 是 失 去 電 子 6. 氧 化 或 還 原 半 反 應 可 以 單 獨 發 生 7. 所 有 的 氧 化 數 必 須 是 整 數 Schollum( 1981a, 1981b, 1982) 以 事 件 晤 談 的 方 式, 探 查 學 生 對 燃 燒 和 生 鏽 的 想 法, 並 將 學 生 的 想 法 和 科 學 家 的 觀 點 作 比 較, 發 現 學 生 有 關 燃 燒 與 生 鏽 的 迷 思 概 念 有 :1. 燃 燒 過 程 中 空 氣 不 參 與 燃 燒 2. 燃 燒 過 程 中 物 質 沒 有 被 消 耗, 仍 保 留 原 狀 3. 物 質 燃 燒 時 沒 有 產 生 新 物 質 4. 燃 燒 的 物 質 不 是 由 粒 子 組 成, 燃 燒 的 火 焰 不 含 任 何 粒 子, 粒 子 在 火 焰 中 會 被 破 壞 5. 鐵 釘 生 銹, 銹 原 本 就 存 在 於 鐵 釘 中 或 水 中 6. 鐵 釘 生 銹 後 的 重 量 比 未 生 銹 前 輕 或 不 變 Pfundt( 1981) 以 酒 精 燃 燒 硫 酸 銅 加 熱 和 氧 化 鉛 在 碳 中 加 熱 還 原 的 事 件, 晤 談 約 三 十 位 8-13 歲 的 學 生, 研 究 中 指 出 有 些 學 生 對 化 學 變 化 的 想 法 是 物 質 經 過 化 學 變 化 後 仍 保 有 物 質 原 本 的 性 質, 只 不 過 是 被 混 合 或 分 離 Meheut( 1985) 對 法 國 歲 學 生 所 做 的 研 究 指 出, 學 生 對 於 燃 燒 概 念 有 二 種 想 法 :1. 在 化 學 變 化 的 過 程, 物 質 的 性 質 不 會 改 變 也 就 是 學 生 認 為 反 應 前 的 物 質 和 反 應 後 的 物 質 相 同, 例 如, 學 生 認 為 蠟 燭 燃 燒 只 是 熔 化, 酒 精 燃 燒 只 是 蒸 發 2. 在 化 學 變 化 的 過 程, 物 質 的 性 質 會 改 變 也 就 是 學 生 認 為 反 應 前 後 的 物 質 不 同 例 如, 學 生 認 為 燃 燒 會 產 生 灰 煙 或 碳 Driver( 1985) 綜 合 其 研 究 結 果 指 出 :1. 在 燃 燒 的 現 象 中, 學 生 認 為 空 氣 或 是 氧 氣 是 必 要 的 條 件, 但 是 其 功 能 或 是 作 用 並 不 清 楚 2. 燃 燒 後 所 剩 下 的 物 質 會 釋 放 出 煙, 或 是 類 似 煙 的 物 質 3. 學 生 對 於 化 學 變 化 中 系 統 的 界 定, 是 以 可 觀 察 的 系 統 來 進 行 守 恆 推 理, 其 忽 略 看 不 見 的 反 應 物 或 產 物 4. 鐵 釘 生 銹 重 量 增 加 是 因 增 加 了 銹 的 重 量 ; 鐵 釘 生 銹 重 量 減 少 是 因 生 銹 腐 蝕 了 鐵 ; 鐵 釘 生 銹 重 量 不 變 是 因 銹 與 原 來 的 鐵 釘 是 同 一 種 東 西 Boujaoude( 1989) 晤 談 20 位 八 年 級 的 學 生, 以 探 討 學 生 對 燃 燒 的 想 法, 研 究 指 出 :1. 氧 氣 可 以 幫 助 燃 燒 但 不 會 消 耗 2. 發 生 化 學 變 化 時, 物 質 性 質 不 會 改 變 3. 物 質 燃 燒 的 過 程 如 同 物 質 蒸 發 4. 化 學 變 化 和 物 理 變 化 可 相 互 交 替 發 生 Anderson( 1990) 曾 以 鐵 釘 生 銹 的 化 學 反 應 為 例, 說 明 學 生 誤 認 為 鐵 銹 原 是 空 氣 中 所 含 的 物 質, 其 後 經 由 某 種 途 徑 而 附 著 於 鐵 釘 的 表 面 此 外,Hesse 和 Anderson(1992) 以 紙 筆 測 驗 和 晤 談 學 生, 探 討 學 生 對 鐵 釘 生 銹 和 木 屑 燃 燒 等 事 件 的 質 量 守 恆 推 理 情 形, 研 究 結 果 是 :1. 學 生 在 推 測 質 量 變 化 時, 會 忽 略 化 學 變 化 中 氣 體 的 反 應 物 和 產 物 的 存 在 2. 學 生 以 物 理 變 化 的 質 量 守 恆 推 理, 來 推 測 化 學 變 化 時 的 質 量 變 化 Garnett 和 Treagust ( 1992) 利 用 晤 談 的 方 式, 探 討 西 澳 一 所 中 學 12 年 級 的 32 位 學 生, 有 關 氧 化 還 原 和 電 化 學 的 概 念 結 果 發 現 學 生 在 氧 化 還 原 方 面 有 下 列 的 迷 思 概 念 1. 離 子 團 的 氧 化 數 與 單 一 離 子 的 氧 化 數 相 等 2. 有 氧 參 與 的 反 應 就 是 氧 化 還 原 反 應 3. 還 原 反 應 就 是 去 除 氧 的 反 應 4. 氧 化 還 原 反 應 可 以 單 獨 發 生 Waston, Teresa 和 Dillon( 1995) 以 150 位 14 到 15 歲 的 西 班 牙 及 英 國 的 學 生 進 行 晤 談 及 問 卷 調 查, 從 以 下 列 五 點 來 分 析 學 生 的 解 釋 架 構 :1. 必 要 條 件 2. 過 程 3. 產 物 4. 守 恆 觀 念 5. 學 生 所 舉 出 有 關 燃 燒 的 實 例 瞭 解 實 驗 室 的 實 際 經 驗 對 學 生 瞭 解 燃 燒 概

8 344 高 雄 師 大 學 報 第 十 七 期 念 的 影 響, 探 討 學 生 對 於 燃 燒 概 念 的 瞭 解 另 外, 也 以 問 卷 及 晤 談 來 瞭 解 教 師 的 教 學 及 學 生 的 學 習 風 格 研 究 結 果 顯 示 :1 實 驗 室 的 實 際 經 驗 對 學 生 瞭 解 燃 燒 概 念 的 影 響 並 不 顯 著 2 學 生 是 否 知 覺 到 燃 燒 中 有 氣 體 的 參 與, 會 影 響 到 學 生 對 燃 燒 的 解 釋 另 一 方 面,Waston, Teresa 和 Dillon(1997) 針 對 中 學 生 對 於 上 述 有 關 燃 燒 問 卷 答 案 (responses) 加 以 檢 驗 用 以 來 探 索 學 生 另 有 解 釋 的 一 致 性, 發 現 學 生 的 解 釋 的 不 一 致 性 有 以 下 三 種 可 能 的 情 形 :1. 以 學 生 本 身 的 觀 點 而 非 以 科 學 家 的 觀 點 來 說, 學 生 自 己 認 為 他 自 己 的 解 釋 是 有 合 理 性 及 一 致 性 2. 另 有 理 論 (alternative theories) 所 產 生 的 解 釋 受 限 於 一 定 的 範 圍, 因 此 以 科 學 家 的 觀 點 來 看, 學 生 的 解 釋 是 不 一 致 的 3. 學 生 處 於 一 種 轉 變 (transition) 的 狀 態, 可 以 從 接 受 某 個 理 論 的 狀 態 轉 移 至 接 受 另 一 個 理 論 的 狀 態 在 本 研 究 中, 研 究 者 將 學 生 對 於 每 一 問 題 的 答 案 依 據 學 生 對 於 燃 燒 解 釋 的 操 作 型 定 義 分 成 C; T 及 M 三 種,C 是 化 學 反 應 (Chemical reaction), T: 變 化 (Transmutation), M: 修 正 (Modification) 來 加 以 編 碼 研 究 者 將 這 些 學 生 解 釋 資 料 分 析 整 理 成 兩 個 向 度 向 度 一 : 學 生 的 解 釋 是 介 於 化 學 反 應 和 變 化 之 間 或 是 學 生 只 使 用 變 化 (T) 這 一 種 解 釋 方 式 向 度 二 : 學 生 在 解 釋 時 是 否 有 加 以 修 正 (M) 將 學 生 對 燃 燒 的 解 釋 分 成 四 種 類 型 國 外 這 些 文 獻 可 分 成 兩 類 : 一 是, 透 過 晤 談 或 問 卷 等 方 式, 對 學 生 的 迷 思 概 念 內 容 進 行 描 述 (Pfundt, 1981; Meheut, Saltiel and Tiberghien, 1985; Boujaoude, 1989; Anderson, 1990; Garnett and Treagust, 1992; Waston, Teresa and Dillon, 1995) 另 一 種 是, 對 學 生 對 概 念 的 理 解 解 釋 情 形 加 以 分 類 (Waston, Teresa and Dillon, 1997) 這 兩 類 文 獻 在 探 討 有 關 學 生 迷 思 概 念 時, 都 是 採 取 單 一 面 相 的 觀 點 進 行 探 討 研 究 者 認 為 可 以 採 用 多 元 的 觀 點 來 探 討 學 生 的 迷 思 概 念, 期 能 對 學 生 的 迷 思 概 念 有 更 完 整 的 瞭 解 參 研 究 方 法 本 研 究 是 周 進 洋 和 邱 鴻 麟 (2002), 所 發 展 出 來 的 兩 份 概 念 診 斷 工 具 中 的 部 分 題 目 的 全 國 性 測 驗 結 果 分 析 這 兩 份 工 具 是 國 中 學 生 燃 燒 概 念 兩 階 段 式 測 驗 診 斷 工 具 及 高 中 學 生 氧 化 還 原 概 念 兩 階 段 式 測 驗 診 斷 工 具 前 者 共 有 13 題, 以 413 位 國 二 及 國 三 的 中 學 生 為 測 驗 樣 本, 整 份 問 卷 的 Cronbachα 值 為.681 後 者 共 有 19 題, 施 測 對 象 為 438 位 高 二 學 生,Cronbachα 值 為.761, 顯 示 兩 份 工 具 皆 有 不 錯 的 一 致 性 在 全 國 性 的 測 驗 中, 國 中 學 生 燃 燒 概 念 兩 階 段 式 測 驗 診 斷 工 具 中 的 選 取 7 題, 高 中 學 生 氧 化 還 原 概 念 兩 階 段 式 測 驗 診 斷 工 具 選 取 5 題, 其 中 有 2 題 是 國 中 與 高 中 共 同 的 題 目 這 10 題 題 目 在 國 科 會 的 整 合 型 計 畫 中 進 行 全 國 性 測 驗 測 驗 方 式 採 分 層 隨 機 抽 樣, 有 效 總 樣 本 數, 國 二 有 3520 人 國 三 有 3441 人 高 二 有 2885 人 因 為 全 國 性 測 驗 工 具 有 分 甲 乙 丙 三 個 版 本, 因 此 每 一 題 的 有 效 樣 本 數 都 不 太 相 同 詳 細 情 形 請 參 看 表 1

9 以 多 元 觀 點 探 討 中 學 生 氧 化 還 原 迷 思 概 念 345 表 1: 氧 化 還 原 概 念 診 斷 工 具 各 題 的 有 效 樣 本 數 題 號 國 二 國 三 高 二 總 人 數 備 註 高 中 國 中 化 學 甲 乙 丙 第 1 題 高 中 化 學 甲 第 7 題 國 中 化 學 甲 第 8 題 高 中 化 學 甲 第 8 題 高 中 化 學 乙 第 7 題 高 中 化 學 丙 第 7 題 國 中 化 學 甲 乙 丙 第 2 題 國 中 化 學 甲 第 9 題 國 中 化 學 乙 第 8 題 國 中 化 學 乙 第 9 題 國 中 化 學 丙 第 8 題 本 研 究 為 了 瞭 解 學 生 在 氧 化 還 原 的 概 念 及 迷 思 概 念 情 形, 從 測 驗 的 結 果 進 行 以 下 三 個 面 相 的 分 析 : 一 從 命 題 知 識 陳 述 的 語 意 分 析 概 念 的 意 義 二 從 概 念 圖 分 析 迷 思 概 念 的 概 念 空 間 位 置 三 從 迷 思 概 念 的 意 義 分 析 概 念 發 展 的 階 段 資 料 的 分 析 方 式 如 下 : 一 從 命 題 知 識 陳 述 的 語 意 分 析 概 念 的 意 義 在 本 研 究 的 兩 階 段 測 驗 診 斷 工 具 中, 每 一 題 的 題 幹 和 兩 階 段 選 項 的 形 成, 都 是 根 據 本 單 元 知 識 的 相 關 的 命 題 陳 述 發 展 而 成 分 析 的 第 一 步 就 是 進 行 測 驗 題 目 的 語 意 內 容 分 析, 瞭 解 每 一 個 選 項 與 相 關 命 題 陳 述 的 關 係 把 這 些 語 意 內 容 分 析 的 結 果 依 不 同 的 迷 思 特 質 可 以 將 學 生 的 迷 思 概 念 分 為 : 化 約 型 語 言 直 覺 型 及 邏 輯 推 理 型, 以 便 分 析 選 項 中 的 概 念 意 義 在 本 研 究 的 分 析 上 詳 細 的 分 類 標 準 如 下 : ( 一 ) 化 約 型 運 用 不 適 當 的 原 理 來 解 釋 現 象, 對 於 概 念 的 解 釋 有 張 冠 李 戴 的 情 形 學 生 因 為 將 A 的 概 念 原 理 用 來 解 釋 B 的 現 象 及 事 實 因 而 產 生 的 迷 思 概 念, 我 們 稱 為 化 約 型 例 如 : 1. 第 3 題 中 的 B 選 項 氫 氧 根 離 子 (OH - ) 的 得 失 就 是 電 子 的 得 失 學 生 是 把 陰 離 子 的 得 失 當 成 是 電 子 的 得 失 因 為 陰 離 子 帶 負 電, 所 以 學 生 就 把 陰 離 子 看 成 是 帶 負 電 的 電 子 2. 第 5 題 的 A 選 項 銅 的 導 電 性 較 佳 學 生 把 導 電 性 的 原 理 用 在 氧 化 還 原 的 活 性 判 斷 上, 這 是 誤 用 了 導 電 性 的 概 念 來 解 釋 金 屬 的 氧 化 活 性 在 化 約 型 的 迷 思 概 念 中, 學 生 會 運 用 物 理 變 化 時 物 質 的 本 質 不 會 改 變 的 觀 點, 來 解 釋 燃 燒 或 是 氧 化 還 原 等 化 學 變 化 的 現 象 這 是 因 為 這 樣 無 法 分 別 物 理 變 化 及 化 學 變 化 的 不 同 而 產 生 的 迷 思 概 念 例 如 : 3. 第 7 題 的 A 選 項 木 炭 和 灰 燼 只 是 形 狀 不 同 而 已 和 B 選 項 木 炭 是 炭, 灰 燼 也 是 炭 學 生 認 為 本 質 上 木 炭 和 灰 燼 都 是 相 同 的 物 質, 只 是 外 觀 上 有 不 同 而 已 這

10 346 高 雄 師 大 學 報 第 十 七 期 樣 的 觀 點 就 是 認 為 木 炭 經 過 燃 燒 後 本 質 並 沒 有 改 變 也 就 是 把 燃 燒 當 成 是 一 種 物 理 變 化 4. 第 10 題 的 B 選 項 化 學 變 化 是 物 質 變 成 另 一 物 質 後 再 變 回 原 來 的 物 質 學 生 把 物 理 變 化 物 質 本 質 不 變 的 觀 點, 應 用 在 化 學 變 化 的 解 釋 上 ( 二 ) 語 言 直 覺 型 從 題 目 及 答 案 的 文 字 敘 述 望 文 生 義, 沒 有 從 相 關 的 概 念 原 理 的 定 義 解 釋, 而 是 以 字 面 的 口 語 意 義 去 詮 釋 題 目 因 為 這 樣 的 不 適 當 解 釋 而 產 生 的 迷 思 概 念, 我 們 稱 為 語 言 直 覺 型 例 如 : 1. 第 4 題 的 C 選 項 還 原 就 是 反 應 後 的 物 質 又 變 回 到 反 應 前 的 物 質 學 生 是 把 還 原 的 意 義 當 成 是 變 回 到 原 來 的 樣 子, 這 樣 的 解 釋 是 以 我 們 的 日 常 用 語 中 對 還 原 的 解 釋 方 式 來 看 待 化 學 反 應 中 的 還 原 2. 第 1 題 的 A 選 項 氧 氣 是 助 燃 物, 只 是 幫 助 蠟 燭 燃 燒 學 生 認 為 助 燃 物 就 只 是 幫 助 燃 燒, 是 不 參 與 反 應 的 進 行 這 樣 的 解 釋 也 是 因 為 學 生 把 助 燃 物 的 意 義, 從 字 面 上 直 接 看 成 是 幫 助 燃 燒 這 樣 的 意 思 ( 三 ) 邏 輯 推 理 型 雖 然 運 用 了 正 確 的 原 理 來 解 釋 相 關 的 現 象, 但 是 對 於 原 理 的 瞭 解 不 夠 完 整, 適 用 條 件 的 考 慮 不 周 全, 因 此 在 推 理 解 釋 現 象 時 出 現 以 偏 蓋 全 的 現 象 因 為 這 樣 不 正 確 的 解 釋 而 產 生 的 迷 思 概 念, 我 們 稱 為 邏 輯 推 理 型 例 如 : 1. 第 1 題 的 E 選 項 蠟 燭 燃 燒 必 須 遵 守 質 量 守 恆 定 律 以 這 個 理 由 來 解 釋 蠟 燭 燃 燒 時 蠟 燭 的 質 量 變 化, 是 學 生 忽 略 了 質 量 守 恒 定 律 的 適 用 情 形 沒 有 考 慮 到 所 謂 的 質 量 守 恆 是 指 反 應 前 所 有 反 應 物 的 質 量 會 等 於 反 應 後 所 有 產 物 的 質 量, 而 蠟 燭 只 是 反 應 物 之 一 而 且, 反 應 後 的 產 物 也 已 經 逸 散 了 2. 第 10 題 的 C 選 項 產 生 化 學 變 化 時 一 定 會 有 氣 泡 或 顏 色 的 改 變 因 為 國 中 階 段 教 材 所 舉 出 的 化 學 反 應 大 多 會 有 明 顯 的 變 化 情 形, 所 以 學 生 就 以 偏 蓋 全 的 認 為, 只 要 是 化 學 反 應 就 會 有 這 些 明 顯 的 變 化 二 從 概 念 圖 分 析 迷 思 概 念 的 概 念 空 間 位 置 在 資 料 的 分 析 上, 研 究 者 將 第 二 階 段 理 由 選 項 的 命 題 陳 述, 在 氧 化 還 原 概 念 圖 中 找 出 相 對 應 的 位 置 及 關 係 比 較 這 些 選 項 的 命 題 陳 述 所 呈 現 的 概 念 位 置 與 本 研 究 建 構 的 參 照 概 念 圖 中 相 對 概 念 位 置 的 差 異 處, 同 時 也 比 較 這 些 選 項 的 命 題 陳 述 與 概 念 圖 中 相 關 概 念 的 關 係 進 行 比 較 經 由 空 間 位 置 及 相 互 關 係 的 分 析, 瞭 解 學 生 的 迷 思 概 念 在 概 念 圖 空 間 中 的 相 對 位 置 分 析 的 重 點 有 : ( 一 ) 找 出 學 生 的 命 題 陳 述 在 概 念 圖 中, 概 念 位 置 的 錯 置 情 形 ( 二 ) 找 出 學 生 的 命 題 陳 述 在 概 念 圖 中, 未 建 立 連 線 或 不 當 連 線 的 情 形 三 從 迷 思 概 念 的 意 義 分 析 概 念 發 展 的 階 段 Klausmeier( 1985) 的 教 育 心 理 學 書 中 對 概 念 形 成 過 程 的 描 述, 認 為 概 念 的

11 以 多 元 觀 點 探 討 中 學 生 氧 化 還 原 迷 思 概 念 347 形 成 過 程 有 四 個 階 段 : 具 體 階 段 (concrete level) 確 認 階 段 (identity level) 分 類 階 段 (classificatory level) 形 式 階 段 (formal level) 本 研 究 根 據 Klausmeier( 1985) 的 定 義, 將 這 四 個 概 念 階 段 的 內 容 根 據 本 研 究 的 探 討 主 題 加 以 界 定, 以 建 立 分 析 的 標 準 詳 細 內 容 如 下 : 具 體 階 段 : 學 生 對 於 氧 化 還 原 及 燃 燒 概 念 相 關 的 原 理 中 所 使 用 的 應 用 實 例, 能 夠 有 最 基 本 的 名 詞 認 識 例 如 : 知 道 題 目 敘 述 中 的 蠟 燭 木 炭 鐵 釘 等 所 指 稱 的 對 象 是 哪 些 物 質 確 認 階 段 : 學 生 對 於 氧 化 還 原 及 燃 燒 概 念 相 關 原 理 中 所 使 用 的 專 有 名 詞, 能 夠 確 認 名 詞 的 定 義 內 容 及 指 稱 的 實 例 對 象 例 如 : 學 生 知 道 蠟 燭 燃 燒 的 反 應 物 包 括 可 燃 物 ( 例 如 蠟 燭 ) 及 助 燃 物 ( 例 如 氧 氣 ), 而 且 也 瞭 解 反 應 物 是 參 與 化 學 反 應 的 物 質, 生 成 物 是 化 學 反 應 產 生 的 新 物 質 分 類 階 段 : 學 生 對 於 氧 化 還 原 及 燃 燒 概 念 相 關 原 理 中 所 使 用 專 有 名 詞, 能 夠 瞭 解 在 上 層 概 念 之 下 的 不 同 概 念 會 有 一 些 共 同 的 屬 性, 在 這 個 共 同 屬 性 上 兩 個 或 多 個 的 下 層 概 念 可 以 是 等 同 的 例 如 : 在 燃 燒 反 應 中, 反 應 物 是 一 種 上 層 概 念, 可 燃 物 及 助 燃 物 在 燃 燒 反 應 的 情 形 下, 有 參 與 反 應 的 的 共 同 屬 性, 是 屬 於 反 應 物 的 下 屬 概 念 形 式 階 段 : 學 生 對 於 氧 化 還 原 及 燃 燒 概 念 相 關 原 理 中 所 使 用 專 有 名 詞, 能 夠 區 分 不 同 的 名 詞 所 代 表 的 不 同 意 義, 也 能 夠 瞭 解 不 同 概 念 名 詞 所 包 含 的 不 同 事 例 除 此 之 外, 也 能 夠 區 別 這 些 不 同 概 念 名 詞 的 不 同, 可 以 適 當 的 將 不 同 的 概 念 進 行 區 分 及 排 列, 對 於 整 個 主 題 概 念 所 關 係 的 各 個 次 概 念 之 間 的 相 對 應 情 形, 都 能 清 楚 明 瞭 例 如 : 學 生 可 以 瞭 解 在 氧 化 還 原 中 氧 化 就 是 失 去 電 子 的 反 應, 還 原 就 是 得 到 電 子 的 反 應 而 且 在 一 個 氧 化 還 原 反 應 中 要 同 時 有 氧 化 與 還 原 反 應 的 發 生 因 為 電 子 的 得 失 是 在 同 一 反 應 中 同 時 發 生 的 上 述 的 三 種 分 析 學 生 迷 思 概 念 的 方 法, 是 想 要 透 過 這 些 不 同 觀 點 及 分 析 方 法 找 到 有 關 概 念 及 迷 思 概 念 的 本 質 在 命 題 陳 述 內 容 的 分 析 觀 點 上, 可 以 獲 得 學 生 迷 思 概 念 的 不 同 類 型 ; 在 概 念 圖 的 分 析 上, 可 以 瞭 解 學 生 的 概 念 排 列 的 位 置 及 連 結 情 形 ; 在 概 念 發 展 階 段 的 分 析 觀 點 上, 可 以 瞭 解 學 生 針 對 這 一 個 問 題 的 概 念 發 展 已 經 到 哪 一 個 階 段 了 肆 結 果 與 討 論 本 研 究 經 由 三 種 不 同 分 析 觀 點 的 方 法 進 行 分 析, 將 結 果 整 理 成 兩 大 部 分, 用 以 回 答 兩 個 研 究 問 題 主 要 的 論 點 有 二, 第 一 : 透 過 命 題 陳 述 語 意 分 析 概 念 圖 分 析 及 認 知 階 段 的 分 析, 研 究 者 可 以 更 清 楚 的 瞭 解 到 學 生 迷 思 概 念 的 情 形 第 二 : 學 生 的 會 產 生 迷 思 概 念 的 本 質, 是 因 為 概 念 建 構 的 不 完 整 所 產 生 相 關 的 分 析 結 果 如 下 : 一 在 不 同 分 析 觀 點 下, 所 獲 得 的 學 生 迷 思 概 念 情 形 以 命 題 陳 述 語 意 分 析 來 分 類 學 生 迷 思 概 念 的 情 形, 可 以 瞭 解 學 生 迷 思 概 念 的 形 成 原 因 是 由 於 把 不 同 的 原 理 內 容 化 約 的 使 用 在 不 當 的 現 象 事 實 上 ; 或 是 因 為 單 從 命 題

12 348 高 雄 師 大 學 報 第 十 七 期 陳 述 的 文 字 表 面 意 義 去 解 讀 科 學 概 念 的 命 題 陳 述 語 意 所 產 生 的 問 題 ; 還 是 因 為 在 推 理 解 釋 相 關 實 際 現 象 時, 使 用 了 不 當 的 或 是 不 完 整 的 原 理 或 理 論, 而 造 成 錯 誤 推 理 以 概 念 圖 來 分 析 學 生 第 二 階 段 選 項 的 命 題 陳 述, 可 以 瞭 解 學 生 的 迷 思 概 念 是 發 生 在 概 念 的 連 結 錯 誤, 或 是 概 念 的 位 置 錯 誤, 甚 至 是 針 對 個 別 概 念 的 定 義 內 容 就 已 經 不 正 確 了 在 概 念 圖 的 分 析 中 可 以 把 學 生 的 迷 思 概 念 的 空 間 位 置 給 表 徵 出 來 以 概 念 發 展 段 層 來 瞭 解 學 生 的 概 念 理 解 情 形, 透 過 這 個 方 式 可 以 知 道 學 生 的 科 學 概 念 建 構 是 在 哪 一 個 階 段 不 同 的 概 念 發 展 階 段 會 產 生 不 同 的 迷 思 概 念 情 形, 透 過 對 迷 思 概 念 的 概 念 階 段 分 析, 可 以 瞭 解 學 生 的 概 念 建 構 階 段 也 因 為 這 樣 的 分 析 瞭 解 到 雖 然 不 同 學 生 對 同 一 個 主 題 都 有 迷 思 概 念, 但 是 可 能 每 個 學 生 的 內 在 的 概 念 發 展 階 段 是 有 所 不 同 以 下 就 以 第 1 2 這 二 題 的 分 析 資 料, 詳 細 說 明 本 研 究 的 分 析 方 式 及 所 獲 得 的 結 果 第 1 題 的 題 目 : 1.( )( 甲 ) 蠟 燭 燃 燒 時, 氧 氣 會 和 蠟 燭 一 起 燃 燒 嗎? (1) 會 (2) 不 會 ( )( 乙 ) 理 由 : (A) 氧 氣 是 助 燃 物, 只 是 幫 助 蠟 燭 燃 燒 (B) 氧 氣 是 助 燃 物, 目 的 是 防 止 燭 火 熄 滅 但 不 參 與 燃 燒 (C) 氧 氣 是 助 燃 物 也 是 反 應 物, 會 參 與 蠟 燭 的 燃 燒 作 用 (D) 反 應 物 是 反 應 出 來 的 氣 體, 二 氧 化 碳 才 是 反 應 物 ( 一 ) 第 1 題 測 驗 結 果 命 題 陳 述 的 語 意 內 容 分 析 1. 兩 階 段 問 題 測 驗 結 果 分 析 表 2: 第 1 題 施 測 結 果 統 計 (N=9846) 答 案 百 分 率 (%) 第 一 層 答 案 總 和 *1 2 第 A 二 B 層 *C 答 案 D 總 和

13 以 多 元 觀 點 探 討 中 學 生 氧 化 還 原 迷 思 概 念 349 測 驗 結 果 第 二 階 段 理 由 選 項, 有 33.3% 學 生 回 答 (A) 選 項 7.1% 回 答 (B) 選 項 (A) (B) 選 項 內 容 都 是 提 到 氧 氣 是 助 燃 物, 而 助 燃 物 的 功 能 只 是 幫 助 燃 燒 反 應 的 進 行 關 於 這 一 點, 在 本 研 究 的 命 題 陳 述 中 的 C4: 線 香 能 在 空 氣 中 燃 燒, 這 是 因 為 空 氣 中 有 一 種 可 幫 助 燃 燒 的 物 質 氧 氣 和 C6: 物 質 燃 燒 需 要 氧 氣, 例 如 : 木 材 燃 燒 也 有 相 同 的 陳 述 比 較 不 同 的 是, 命 題 陳 述 的 語 意 內 容 是 說 明 氧 氣 有 助 燃 性 而 已, 在 陳 述 中 並 沒 有 說 明 氧 氣 這 個 助 燃 物 也 參 與 燃 燒 反 應 的 進 行 在 一 般 的 教 科 書 或 教 師 的 教 學 中, 大 多 強 調 氧 氣 的 助 燃 性 而 忽 略 了 氧 氣 是 燃 燒 反 應 的 反 應 物 之 一 所 以 學 生 要 能 瞭 解 到 其 實 氧 氣 是 參 與 反 應 的 物 質 之 一, 常 常 會 有 困 難 測 驗 結 果 第 二 階 段 理 由 選 項 上, 有 4.6% 學 生 回 答 (D) 選 項 這 個 理 由 選 項 是 把 反 應 產 生 的 物 質 當 成 反 應 物, 這 是 錯 把 產 物 當 成 是 反 應 物 關 於 反 應 物 與 生 成 物 的 區 別 是 在 化 學 反 應 的 學 習 內 容 中, 一 般 是 學 習 化 學 的 基 本 知 識 學 生 在 這 一 方 面 一 般 會 有 正 確 的 認 識, 比 較 不 會 發 生 困 難, 2. 測 驗 結 果 迷 思 概 念 的 類 型 分 析 在 全 部 受 測 的 國 高 中 學 生 9846 人 中, 有 44.9% 的 學 生 第 二 階 段 選 擇 A B D 選 項 是 屬 於 語 言 直 覺 型 的 迷 思 概 念 這 些 學 生 就 字 面 的 意 義 認 為 : 氧 氣 是 助 燃 物, 只 是 幫 助 蠟 燭 燃 燒, 因 為 氧 氣 是 助 燃 物, 而 助 燃 物 就 是 要 幫 助 燃 燒, 既 然 是 幫 助 其 他 的 物 質 燃 燒, 當 然 就 不 是 自 己 燃 燒 也 就 是 在 這 時 學 生 只 從 文 字 的 字 面 意 義 來 解 釋, 而 忽 略 了 其 實 在 化 學 反 應 的 概 念 上 助 燃 物 也 是 反 應 物, 反 應 物 是 會 參 與 化 學 反 應 ( 二 ) 從 概 念 圖 分 析 第 1 題 迷 思 概 念 的 概 念 空 間 位 置 從 概 念 圖 來 分 析 學 生 的 迷 思 概 念, 發 現 在 第 二 階 段 回 答 (A) 氧 氣 是 助 燃 物, 只 是 幫 助 蠟 燭 燃 燒 及 ( B) 氧 氣 是 助 燃 物, 目 的 是 防 止 燭 火 熄 滅 但 不 參 與 燃 燒 選 項 的 學 生, 雖 然 都 知 道 氧 氣 就 是 助 燃 物, 但 是 卻 不 認 為 助 燃 物 就 是 一 種 反 應 物, 反 應 物 是 會 參 與 化 學 反 應 的 其 迷 思 概 念 是 發 生 在 助 燃 物 與 反 應 物 的 連 結 上 ( 如 圖 1)

14 350 高 雄 師 大 學 報 第 十 七 期 質 量 守 恆 定 律 2E 遵 守 化 學 反 應 有 氧 化 還 原 反 應 象 劇 烈 時 產 生 2B 鐵 銹 金 屬 氧 化 物 氧 化 物 氧 化 還 原 反 應 化 學 反 應 相 關 概 念 未 連 結 包 含 燃 燒 氧 化 還 原 是 一 種 需 要 產 生 2D 放 熱 反 應 反 應 物 1D 生 成 物 產 生 放 出 會 有 光 能 熱 能 1A1 氧 化 物 需 達 到 種 有 有 有 有 燃 點 可 燃 物 助 燃 物 非 金 屬 氧 化 物 助 燃 物 金 屬 氧 化 物 例 如 例 如 例 如 例 如 例 如 例 如 2A 木 炭 蠟 燭 氧 氣 二 氧 化 碳 水 蒸 氣 鐵 銹 虛 框 線 代 表 非 本 階 段 學 生 已 學 習 的 概 念 圖 1: 第 1 2 題 迷 思 概 念 位 置 圖

15 以 多 元 觀 點 探 討 中 學 生 氧 化 還 原 迷 思 概 念 351 另 外 第 二 階 段 選 擇 (D) 反 應 物 是 反 應 出 來 的 氣 體, 二 氧 化 碳 才 是 反 應 物 有 4.6% 的 學 生, 這 些 學 生 只 是 從 文 字 表 面 的 相 關 把 反 應 物 當 成 是 反 應 出 來 的 東 西 從 概 念 圖 來 看, 這 些 學 生 的 迷 思 概 念 是 發 生 在 反 應 物 與 生 成 物 所 指 稱 對 象 的 區 別 上 ( 如 圖 1) ( 三 ) 從 迷 思 概 念 的 意 義 分 析 第 1 題 概 念 發 展 的 階 段 根 據 概 念 階 段 的 分 析 來 看, 要 正 確 回 答 這 一 個 問 題 的 答 案, 學 生 必 須 在 有 關 燃 燒 這 個 概 念 的 主 題 上 能 夠 區 別 助 燃 物 反 應 物 生 成 物 與 燃 燒 的 關 係, 在 概 念 形 成 的 階 段 是 屬 於 形 式 階 段 而 回 答 (A) 及 (B) 選 項 的 學 生 則 是 在 分 類 階 段 就 發 生 困 難 了, 因 為 他 們 無 法 瞭 解, 在 燃 燒 的 概 念 下 助 燃 物 是 一 種 有 參 與 反 應 的 反 應 物 而 回 答 (D) 選 項 的 這 些 少 數 的 學 生 則 是 在 確 認 階 段 就 發 生 困 難 了, 因 為 他 們 將 二 氧 化 碳 這 個 物 質 錯 置 在 一 般 燃 燒 反 應 的 反 應 物 上, 這 些 學 生 對 於 燃 燒 概 念 的 反 應 物 實 例 的 認 知 是 不 適 當 的 Driver( 1985) 指 出 : 在 燃 燒 的 現 象 中, 學 生 認 為 空 氣 或 是 氧 氣 是 必 要 的 條 件, 但 是 其 功 能 或 是 作 用 並 不 清 楚 Boujaoude( 1989) 指 出 : 學 生 認 為 氧 氣 可 以 幫 助 燃 燒 但 不 會 消 耗 本 研 究 也 發 現 學 生 大 多 認 為 氧 是 助 燃 物 不 是 反 應 物 不 過 本 研 究 進 一 步 指 出 : 發 生 這 種 迷 思 概 念 的 原 因 是 因 為 語 言 直 覺 造 成 的 困 擾 而 且 本 研 究 更 進 一 步 利 用 概 念 圖 發 現, 反 應 物 與 助 燃 物 的 關 係 無 法 正 確 的 關 聯, 也 是 造 成 迷 思 概 念 的 原 因 最 後 在 概 念 階 段 的 分 析 上, 瞭 解 到 學 生 是 因 為 對 於 助 燃 物 與 反 應 物 的 概 念 在 分 類 階 段 就 發 生 困 擾 了, 所 以 才 產 生 迷 思 概 念 第 2 題 的 題 目 是 : 2.( )( 甲 ) 一 根 鐵 釘 放 置 在 潮 濕 的 地 方, 數 天 後 發 現 鐵 釘 的 表 面 生 銹 了, 請 問 生 銹 後 的 鐵 釘 與 原 來 未 生 銹 前 的 鐵 釘 相 比, 重 量 的 變 化 如 何? (1) 比 較 重 (2) 比 較 輕 (3) 不 變 ( )( 乙 ) 理 由 : (A) 生 銹 前 是 鐵 釘, 生 銹 後 還 是 鐵 釘 (B) 生 銹 就 是 水 跑 到 鐵 釘 的 縫 隙 裡 面 去 了 (C) 鐵 銹 是 鐵 和 水 及 空 氣 中 的 氧 作 用 的 產 物 (D) 生 銹 是 一 種 氧 化, 物 質 氧 化 後 會 消 失 (E) 生 銹 是 化 學 反 應, 鐵 釘 必 須 質 量 守 恆 ( 一 ) 第 2 題 測 驗 結 果 命 題 陳 述 的 語 意 內 容 分 析 1. 兩 階 段 問 題 測 驗 結 果 分 析

16 352 高 雄 師 大 學 報 第 十 七 期 答 案 百 分 率 (%) 表 3: 第 2 題 施 測 結 果 統 計 ( N=3368) 第 一 層 答 案 總 和 *1 2 3 第 A 二 B 層 *C 答 D 案 E 總 和 在 全 部 受 測 的 國 高 中 學 生 3368 人 中, 在 這 一 題 的 回 答 上 平 均 有 75.7% 是 正 確 的 如 果 以 年 級 來 分 析, 國 二 的 學 生 有 70.6% 正 確 國 三 學 生 有 75.7% 正 確 高 二 學 生 有 82.2% 正 確 明 顯 的 年 級 越 高 答 對 的 比 例 越 高 測 驗 結 果 在 第 二 階 段 理 由 選 項 上, 只 有 3.2% 學 生 回 答 (A) 4.1% 回 答 (B) ( A) 選 項 的 內 容 是 認 為 生 鏽 前 是 鐵 釘 生 鏽 後 還 是 鐵 釘,(B) 選 項 的 內 容 認 為 生 鏽 是 水 跑 進 鐵 釘 裡 面,(A) (B) 選 項 內 容 都 是 把 鐵 釘 的 生 鏽 解 釋 當 成 是 本 質 不 變 的 物 理 變 化 在 命 題 陳 述 上 正 確 的 概 念 應 該 是 M3 鐵 在 潮 濕 的 空 氣 中 與 氧 發 生 反 應 產 生 鐵 銹 有 8.5% 的 學 生 回 答 (D), 這 個 選 項 的 內 容 正 確 的 陳 述 鐵 釘 生 銹 是 氧 化, 但 是 卻 不 當 的 認 為 物 質 氧 化 後 就 會 消 失 在 命 題 陳 述 上 正 確 的 概 念 是 R8 氧 化 反 應 後 產 生 的 化 合 物 含 有 氧 原 子, 此 類 化 合 物 稱 為 氧 化 物 氧 化 後 是 產 生 氧 化 物 而 不 是 消 失 8.4% 的 學 生 回 答 (E) 這 個 選 項 的 內 容 正 確 的 陳 述 生 銹 是 一 種 化 學 反 應, 也 瞭 解 化 學 反 應 要 質 量 守 恆, 但 是 卻 忽 略 質 量 守 恆 要 考 慮 反 應 前 後 的 所 有 的 反 應 物 和 生 成 物, 而 不 是 只 有 考 慮 鐵 釘 而 已 正 確 的 推 理 陳 述 應 該 是 M4 鋼 絲 絨 生 銹 後, 質 量 比 原 來 大, 是 因 空 氣 中 的 氧 參 與 反 應 所 以 鐵 釘 生 銹 後 應 該 變 重 的 2. 測 驗 結 果 迷 思 概 念 的 類 型 分 析 學 生 在 這 一 題 的 回 答 中, 迷 思 概 念 類 型 的 分 佈 較 為 平 均, 比 較 顯 著 的 迷 思 概 念 類 型 是 第 二 階 段 選 擇 D E 選 項 的 邏 輯 推 理 型 有 16.9% 的 學 生 雖 然 生 銹 是 一 種 氧 化 是 正 確 的 概 念, 但 是 物 質 氧 化 後 會 消 失 是 一 個 錯 誤 的 概 念 而 生 銹 是 化 學 反 應, 鐵 釘 必 須 質 量 守 恒, 應 該 是 所 有 反 應 物 應 該 質 量 守 恒 而 不 是 只 有 鐵 釘 這 一 項 這 類 的 迷 思 概 念 都 發 生 在 對 於 相 關 的 概 念 的 瞭 解 不 完 整, 在 只 有 部 分 瞭 解 的 情 形 下 進 行 了 不 當 的 推 理 選 擇 A B 選 項 的 學 生 屬 於 化 約 型 迷 思 概 念 的 有 7.3%, 主 要 的 原 因 是 學 生 對 鐵 釘 生 銹 的 機 制 不 完 全 瞭 解, 認 為 生 銹 就 是 水 跑 到 鐵 釘 的 縫 隙 裡 面 去 了 及 生 銹 前 後 都 是 鐵 釘 這 是 在 原 理 的 解 釋 上 把 生 銹 這 種 化 學 變 化, 化 約 成 物 理 變 化

17 以 多 元 觀 點 探 討 中 學 生 氧 化 還 原 迷 思 概 念 353 ( 二 ) 從 概 念 圖 分 析 第 2 題 迷 思 概 念 的 概 念 空 間 位 置 從 概 念 圖 來 分 析 學 生 的 迷 思 概 念, 發 現 在 第 二 階 段 選 擇 A 選 項 的 有 3.2%, 是 因 為 學 生 在 概 念 圖 的 連 結 上, 無 法 將 鐵 銹 與 鐵 銹 是 一 種 金 屬 氧 化 物 的 關 係 連 結, 因 此 才 會 認 為 生 銹 前 後 都 是 鐵 釘 而 事 實 上 生 銹 是 氧 化 鐵, 而 未 生 銹 的 鐵 釘 只 是 鐵 而 已 ( 如 圖 1) 選 擇 B 選 項 的 有 4.1%, 是 因 為 學 生 在 概 念 的 連 結 上 沒 有 將 鐵 銹 是 金 屬 氧 化 物 及 金 屬 氧 化 物 是 金 屬 經 過 氧 化 還 原 的 化 學 反 應 而 產 生 的 氧 化 物 與 相 關 概 念 連 結 起 來 這 種 沒 有 連 結 相 關 概 念 所 產 生 的 迷 思 概 念, 在 本 題 中 總 共 只 佔 7.3%, 相 對 而 言 是 比 較 少 學 生 有 這 種 未 連 結 的 情 形 ( 如 圖 1) 選 擇 D 選 項 的 有 8.5%, 這 些 學 生 在 概 念 圖 的 連 結 上 是 完 整 的, 他 們 是 可 以 把 鐵 銹 的 概 念 正 確 的 連 結 到 氧 化 的 概 念 問 題 是 這 些 學 生 認 為 物 質 氧 化 後 會 消 失, 事 實 上 物 質 氧 化 後 是 變 成 新 的 物 質 而 不 是 消 失 這 邊 的 迷 思 概 念 是 發 生 在 氧 化 這 個 概 念 上, 並 不 是 相 關 概 念 的 連 結 上 ( 如 圖 1) 選 擇 E 選 項 的 有 8.4%, 這 些 學 生 在 概 念 圖 的 連 結 上 是 完 整 的, 他 們 是 可 以 把 鐵 銹 的 概 念 正 確 的 連 結 到 化 學 反 應 的 概 念 問 題 是 這 些 學 生 認 為 物 質 產 生 化 學 反 應 後 要 遵 守 質 量 守 恒 定 律 的 解 釋 上, 質 量 守 恒 定 律 所 指 的 是 反 應 前 後 的 所 有 的 反 應 物 和 生 成 物, 而 不 是 只 有 考 慮 鐵 釘 而 已 學 生 的 迷 思 概 念 是 因 為 沒 有 把 參 與 鐵 釘 生 銹 反 應 的 其 他 物 質 考 慮 進 來, 才 會 認 為 質 量 不 變 ( 如 圖 1) ( 三 ) 從 迷 思 概 念 的 意 義 分 析 第 2 題 概 念 發 展 的 階 段 根 據 概 念 階 段 的 分 析 來 看, 要 正 確 回 答 這 一 個 問 題 的 答 案, 學 生 必 須 在 有 關 鐵 釘 生 銹 這 個 主 題 上 能 夠 有 一 個 正 確 的 概 念 連 結, 學 生 必 須 知 道 鐵 銹 是 一 種 金 屬 氧 化 物, 是 氧 化 物 之 一, 而 氧 化 物 是 在 氧 化 還 原 反 應 中 物 質 發 生 氧 化 反 應 而 產 生 在 概 念 形 成 的 階 段 上 學 生 必 須 達 到 形 式 階 段 才 能 順 利 回 答 這 個 問 題 而 回 答 (A) 及 (B) 選 項 的 學 生 則 是 在 確 認 階 段 就 發 生 困 難 了, 他 們 無 法 確 認 鐵 銹 是 屬 於 金 屬 氧 化 物, 在 概 念 名 詞 的 指 稱 實 例 對 象 上 就 發 生 困 難 了 回 答 (D) 選 項 的 學 生 則 是 在 形 式 階 段 發 生 困 難, 因 為 這 些 學 生 對 於 氧 化 這 個 概 念 的 意 義 有 不 正 確 的 瞭 解 不 過 在 整 個 概 念 連 結 上, 這 些 學 生 可 以 順 利 的 連 結 鐵 銹 到 氧 化 的 相 關 概 念, 所 以 這 些 學 生 在 概 念 的 階 層 上 已 經 達 到 分 類 階 段 回 答 (E) 選 項 的 學 生 也 是 在 形 式 階 段 發 生 困 難, 因 為 這 些 學 生 對 於 質 量 守 恒 定 律 這 個 概 念 的 適 用 條 件 有 不 正 確 的 瞭 解 不 過 在 整 個 概 念 連 結 上, 這 些 學 生 可 以 順 利 的 連 結 鐵 銹 到 化 學 反 應 的 相 關 概 念, 所 以 這 些 學 生 在 概 念 的 階 層 上 已 經 達 到 分 類 階 層 Schollum( 1981a, 1981b, 1982) 研 究 發 現 :1 有 學 生 認 為 鐵 釘 生 銹, 銹 原 本 就 存 在 於 鐵 釘 中 或 水 中 2 鐵 釘 生 銹 後 的 重 量 比 未 生 銹 前 輕 或 不 變 Anderson( 1990) 研 究 發 現 學 生 誤 認 為 鐵 銹 原 是 空 氣 中 所 含 的 物 質, 其 後 經 由 某 種 途 徑 而 附 著 於 鐵 釘 的 表 面 王 春 源 (1991) 探 討 小 六 到 國 三 學 生 概 念 的 研 究 指 出 : 有 很 多 學 生 誤 認 為 鐵 釘 生 銹 時 所 產 生 的 銹 原 來 就 存 在 空 氣 中

18 354 高 雄 師 大 學 報 第 十 七 期 本 研 究 也 發 現 學 生 認 為 鐵 釘 的 生 鏽 是 本 質 不 變 的 物 理 變 化, 鐵 銹 只 是 物 質 附 著 於 鐵 釘 表 面 也 有 一 些 學 生 的 迷 思 概 念 發 生 不 在 鐵 釘 生 銹 的 概 念 上, 反 而 是 因 為 對 物 質 氧 化 的 概 念 有 錯 誤 的 認 知, 以 為 氧 化 後 的 物 質 就 會 消 失 或 是 因 為 對 質 量 守 恒 定 律 的 使 用 條 件 不 瞭 解 所 產 生 的 迷 思 概 念 在 概 念 圖 的 分 析 上, 學 生 無 法 將 鐵 銹 與 鐵 銹 是 一 種 金 屬 氧 化 物 的 關 係 連 結, 因 此 才 會 認 為 生 銹 前 後 都 是 鐵 釘 而 產 生 迷 思 概 念 從 概 念 發 展 階 段 來 看, 回 答 (A) 及 (B) 選 項 的 學 生 則 是 在 確 認 階 段 就 發 生 困 難 了, 他 們 無 法 確 認 鐵 銹 是 屬 於 金 屬 氧 化 物, 在 概 念 名 詞 的 指 稱 實 例 對 象 上 就 發 生 困 難 了 最 後 將 以 上 這 兩 題 的 分 析 結 果, 摘 要 整 理 於 表 4 表 4: 第 1 2 題 迷 思 概 念 分 析 命 題 陳 述 內 容 概 念 空 間 位 置 概 念 發 展 階 層 第 1 題 都 是 語 言 直 覺 型 反 應 物 與 生 成 物 的 指 稱 對 象 與 連 結 上 第 2 題 主 要 是 邏 輯 推 理, 次 要 是 化 約 型 1. 鐵 銹 與 金 屬 氧 化 物 的 連 結 2. 鐵 銹 金 屬 氧 化 物 氧 化 還 原 化 學 反 應 及 氧 化 物 的 連 結 3. 氧 化 概 念 的 迷 思 4. 質 量 守 恒 定 律 的 迷 思 較 多 的 是 分 類 階 層, 較 少 的 是 確 認 階 層 未 發 展 完 成 較 多 的 是 形 式 階 層, 較 少 的 是 確 認 階 層 未 發 展 完 成 二 學 生 迷 思 概 念 的 本 質 根 據 本 研 究 多 元 觀 點 的 分 析 結 果, 研 究 者 將 我 國 中 學 生 在 氧 化 還 原 及 燃 燒 方 面 的 概 念 及 迷 思 概 念 本 質, 分 別 以 下 面 三 點 理 解 加 以 描 述 1. 對 氧 化 還 原 及 燃 燒 概 念 的 命 題 陳 述 理 解 的 不 完 整 本 研 究 工 具 在 問 題 的 第 二 階 段 理 由 選 項 的 陳 述, 是 採 用 學 生 的 看 法 來 寫 成 不 管 是 正 確 或 是 錯 誤 的 理 由 選 項 的 陳 述, 都 可 以 有 相 對 應 的 命 題 陳 述 可 以 檢 核 研 究 發 現 : 學 生 在 每 一 個 問 題 的 回 答 上, 必 須 對 相 關 概 念 的 命 題 陳 述 有 一 完 整 的 認 識, 才 能 正 確 的 回 答 兩 階 段 測 驗 工 具 的 問 題 學 生 在 回 答 相 關 問 題 時, 如 果 對 相 對 應 的 命 題 陳 述 沒 有 完 全 理 解, 就 會 選 擇 不 適 當 的 答 案 而 呈 現 出 其 迷 思 概 念 本 研 究 把 這 樣 的 迷 思 概 念 類 型 分 成 化 約 型 語 言 直 覺 型 及 邏 輯 推 理 型 化 約 型 的 情 形 是 學 生 對 於 問 題 的 概 念 所 關 係 到 的 原 理 或 實 例 有 不 當 的 配 對, 常 常 發 生 張 冠 李 戴 的 情 形 而 國 中 生 最 常 出 現 的 情 形 是 將 屬 於 化 學 變 化 的 燃 燒 或 是 氧 化 還 原 反 應, 全 部 化 約 成 物 理 變 化 來 看, 對 於 反 應 的 結 果, 完 全 沒 有 本 質 改 變 的 想 法 語 言 直 覺 型 的 情 形 是 問 題 內 容 所 用 到 的 專 業 術 語 ( 科 學 方 言 ) 在 日 常 用 語 上 也 有 他 原 來 字 詞 的 意 義 時, 學 生 就 會 以 日 常 用 語 的 意 義 來 解 釋 科 學 上 的 意 義, 例 如 : 還

19 以 多 元 觀 點 探 討 中 學 生 氧 化 還 原 迷 思 概 念 355 原 就 是 變 回 到 原 來 的 物 質 這 樣 的 問 題 邏 輯 推 理 型 的 情 形 是 學 生 對 於 相 關 的 科 學 術 語 有 一 些 認 識, 但 是 又 還 沒 完 全 瞭 解 所 以 在 面 對 問 題 進 行 解 釋 及 推 理 時, 就 會 產 生 以 偏 蓋 全 的 情 形, 常 常 會 忽 略 了 整 個 原 理 的 適 用 條 件 學 生 在 這 三 個 類 型 上 的 迷 思 概 念 都 會 發 生, 不 過 語 言 直 覺 型 的 發 生 和 題 目 所 涉 及 的 的 術 語 比 較 有 關 整 體 而 言, 為 什 麼 學 生 會 有 不 當 的 化 約 語 言 直 覺 及 不 當 的 邏 輯 推 理, 其 根 本 的 原 因 也 是 因 為 對 於 正 確 概 念 的 不 完 整 建 構 所 造 成 2. 對 氧 化 還 原 及 燃 燒 概 念 的 相 關 概 念 有 不 當 的 錯 置 與 連 結 從 概 念 圖 上 分 析 學 生 的 迷 思 概 念, 發 現 主 要 有 種 不 同 的 迷 思 概 念 情 形 其 一 概 念 未 連 結 在 概 念 圖 的 分 析 上 發 現, 迷 思 概 念 常 常 是 因 為 相 關 概 念 沒 有 應 有 的 連 結, 導 致 學 生 在 瞭 解 及 解 釋 相 關 問 題 時, 未 能 考 慮 主 要 概 念 與 上 屬 或 下 屬 概 念 之 間 的 關 係, 所 以 就 有 迷 思 概 念 產 生 例 如 : (A) 蠟 燭 融 化 後 的 蠟 油 仍 滴 在 秤 盤 上 的 學 生, 在 概 念 圖 的 連 結 上, 蠟 燭 是 可 燃 物 有 連 結 的, 但 是 未 連 結 可 燃 物 是 燃 燒 反 應 的 反 應 物, 反 應 物 是 要 參 與 反 應 的, 不 會 只 是 融 化 ( 第 6 題 ) 其 二 對 概 念 ( 或 名 詞 ) 的 理 解 有 誤 或 不 完 全 這 類 型 的 學 生 大 多 能 順 利 連 結 相 關 的 上 下 屬 概 念, 不 過 在 解 釋 相 關 問 題 時, 常 常 因 為 對 其 中 某 一 個 概 念 的 理 解 不 當, 因 而 產 生 迷 思 概 念 例 如 : 化 學 反 應 要 遵 守 質 量 守 恒 定 律 但 是 學 生 對 於 質 量 守 恒 定 律 的 條 件 考 慮 不 週, 質 量 守 恒 定 律 所 指 的 是 反 應 前 後 的 所 有 的 反 應 物 和 生 成 物, 而 不 是 只 有 考 慮 蠟 燭 而 已 學 生 的 迷 思 概 念 是 因 為 沒 有 把 參 與 蠟 燭 燃 燒 反 應 的 其 他 物 質 考 慮 進 來, 才 會 認 為 燃 燒 後 的 蠟 燭 質 量 不 變 ( 第 6 題 ) 3. 概 念 發 展 尚 未 達 到 概 念 發 展 的 最 高 階 段 在 本 研 究 分 析 的 四 個 概 念 階 段 中, 研 究 者 發 現 要 能 順 利 的 回 答 相 關 問 題, 學 生 的 概 念 發 展 階 段 一 定 要 到 達 形 式 階 段 如 果 尚 未 到 達 形 式 階 段, 學 生 在 回 答 問 題 上 都 會 出 現 迷 思 概 念 的 情 形 就 算 學 生 已 經 到 達 分 類 階 段, 還 是 會 有 相 對 應 的 迷 思 概 念 產 生 經 由 概 念 階 段 的 分 析, 研 究 者 發 現 雖 然 都 是 學 生 產 生 的 迷 思 概 念, 但 是 當 學 生 達 到 不 同 的 概 念 形 成 階 段, 也 會 呈 現 出 不 同 的 迷 思 概 念 情 形 因 為 學 生 在 建 構 的 過 程 中 尚 未 完 成 完 整 的 概 念 時, 就 會 有 迷 思 概 念 產 生 所 以 教 師 對 學 生 有 迷 思 概 念 的 情 形 不 需 要 感 到 困 擾, 因 為 這 並 不 表 示 學 生 對 這 個 概 念 完 全 不 懂 相 反 的, 我 們 可 以 由 所 達 到 的 概 念 階 層 瞭 解 到 學 生 已 經 理 解 多 少 了, 這 有 助 於 教 師 提 供 適 當 的 協 助, 使 學 生 達 到 概 念 的 形 式 階 段 建 立 如 同 維 考 斯 基 的 潛 能 發 展 區 的 想 法, 教 師 要 協 助 學 生 的 概 念 發 展, 是 必 須 要 瞭 解 學 生 已 經 具 備 有 哪 些 發 展, 教 師 才 可 以 在 他 的 概 念 發 展 基 礎 上 給 予 適 當 的 協 助, 進 而 提 升 學 生 的 概 念 階 段 發 展 本 研 究 從 三 種 觀 點 來 分 析 學 生 迷 思 概 念, 所 獲 得 的 共 同 特 質 就 是 : 學 生 科 學 概 念 的 不 完 整 性 在 學 生 學 習 概 念 的 建 構 過 程 中, 會 產 生 次 概 念 間 沒 有 連 結 的 情 形, 也 會 有 針 對 某 一 個 科 學 方 言 產 生 不 當 解 釋 的 情 形 也 會 有 不 同 概 念 間 互 相 混 淆 的 情 形 綜 合 來 看, 這 些 現 象 都 是 因 為 概 念 的 建 構 不 完 整 所 呈 現 出 來 的 情 形 因 此 研 究 者 認 為, 學 生 的 迷 思 概 念 的 發 生 其 本 質 上 就 是 概 念 建 構 的 不 完 整 因 為 概 念 建 構 的 不

20 356 高 雄 師 大 學 報 第 十 七 期 完 整, 所 以 再 對 命 題 陳 述 加 以 理 解 時 會 有 化 約 語 言 直 覺 及 不 當 邏 輯 推 理 的 情 形 發 生 因 為 概 念 建 構 的 不 完 整, 所 以 在 概 念 圖 的 分 析 上 會 有 空 間 及 連 結 的 不 當 理 解 情 形 因 為 概 念 建 構 的 不 完 整, 所 以 概 念 階 段 的 發 展 是 不 完 整 的 五 結 論 迷 思 概 念 的 研 究 大 都 是 在 尋 找 學 生 迷 思 概 念 的 類 型 與 成 因, 有 許 多 的 研 究 把 迷 思 概 念 產 生 的 原 因 歸 因 於 學 生 的 先 備 概 念 本 研 究 的 結 果 也 支 持 學 生 的 迷 思 概 念 是 會 受 到 學 生 原 有 概 念 的 影 響 不 過 在 迷 思 概 念 的 本 質 上, 這 只 是 一 種 影 響 因 素 而 已 本 研 究 更 重 要 的 結 果 是 迷 思 概 念 的 產 生 是 因 為 概 念 階 段 的 發 展 尚 未 完 成 因 為 概 念 階 段 的 不 完 全 發 展, 所 以 在 概 念 圖 的 概 念 空 間 上 會 有 錯 置 及 不 當 連 結 ( 或 不 連 結 ) 也 因 為 概 念 發 展 尚 未 完 成, 所 以 無 法 掌 握 適 當 的 推 理 依 據 或 是 被 表 面 字 意 所 誤 導 而 產 生 迷 思 概 念 Marzano 等 (1988) 指 出 專 家 的 理 解 概 念 的 心 智 過 程 是 相 當 複 雜 的 有 關 科 學 與 數 學 方 面 的 專 家 與 生 手 在 組 織 相 關 知 識 上 是 有 很 大 的 不 同, 專 家 是 繞 著 核 心 概 念 ( key concept) 進 行 深 入 的 瞭 解 與 運 作, 而 生 手 是 沒 有 這 些 核 心 概 念 研 究 者 認 為 就 是 因 為 概 念 階 層 的 發 展 不 完 全, 所 以 無 法 掌 握 這 個 主 題 概 念 下 最 關 鍵 的 核 心 概 念 及 結 構, 所 以 表 現 在 外 在 的 問 題 回 答 上, 就 會 產 生 迷 思 概 念 本 研 究 嘗 試 運 用 不 同 的 觀 點 來 瞭 解 學 生 的 迷 思 概 念, 這 是 一 個 新 的 嘗 試, 研 究 的 結 果 尚 未 達 完 善 地 步 不 過 這 些 初 淺 的 研 究 結 果 也 提 醒 我 們 科 學 教 育 的 工 作 者, 學 生 產 生 迷 思 概 念 並 不 是 學 生 沒 有 概 念, 也 不 是 學 生 的 概 念 一 定 有 很 大 的 矛 盾 衝 突 ; 學 生 的 迷 思 概 念 也 有 可 能 是 他 的 相 關 概 念 尚 未 建 構 完 成 而 已 當 我 們 要 進 行 相 關 教 學 時, 更 應 該 瞭 解 對 這 個 主 題 相 關 概 念 的 發 展 情 形, 才 能 夠 提 供 更 適 當 的 引 導 來 協 助 學 生 建 構 科 學 概 念 致 謝 本 研 究 蒙 行 政 院 國 家 科 學 委 員 會 經 費 補 助 (NSC S ), 特 此 致 謝 參 考 文 獻 王 春 源 (1991): 物 質 變 化 相 關 概 念 診 斷 測 驗 工 具 之 發 展 國 立 彰 化 師 範 大 學 科 學 教 育 研 究 所 碩 士 論 文 ( 未 出 版 ) 王 貴 春 黃 萬 居 (1998): 師 院 學 生 對 氧 化 還 原 概 念 認 知 之 研 究 第 十 四 屆 科 學 教 育 學 術 討 會 彙 編 高 雄 : 高 雄 師 範 大 學 余 民 寧 (1997): 有 意 義 的 學 習 概 念 構 圖 之 研 究 台 北 市 : 商 鼎 文 化 出 版 社 岳 修 平 譯 (1998): 教 學 心 理 學 台 北 市 : 遠 流 出 版 公 司 周 進 洋 和 邱 鴻 麟 (2002): 我 國 中 學 生 氧 化 還 原 概 念 內 容 和 迷 思 概 念 成 因 之 研 究 (Ⅱ) 計 畫 編 號 :NSC S 國 科 會 專 題 研 究 報 告 台 北 市 : 國 科 會 科 教 處 林 哲 彥 (1992): 我 國 國 小 學 生 氧 化 還 原 概 念 之 研 究 ( 一 ) 國 科 會 專 題 研 究 報 告 台 北

21 以 多 元 觀 點 探 討 中 學 生 氧 化 還 原 迷 思 概 念 357 市 : 國 科 會 科 教 處 謝 志 仁 (1992): 國 中 學 生 化 學 變 化 相 關 概 念 另 有 架 構 之 研 究 國 立 彰 化 師 大 科 學 教 育 研 究 所 碩 士 論 文 Anderson, B. (1990). Pupils conception of matter and its transformation (age 12-16), Studies in Science Education, 18, Boujaoude, S. B. (1989). A study of conceptual change in junior high school science students during instruction about the concept of burning. UMI Document NO Carey, S. (1985). Conceptual change in childhood. Cambrige, MA: Bradford Books/MIT Press. Driver, R. (1985). Beyond appearances: the conservation of matter under physical and chemical transformations. In R. Driver, E. Guesne & A. Tiberghien (Eds.), Children s ideas in science (pp ). Philadelphia, PA: Open University Press, Milten Keynes. Duit, R. (2002, June). Conceptual change still a powerful frame for improving science teaching and learning? Paper presented at the Third European Symposium on Conceptual Change, Turku, Finland. Garnett, P. J. & Treagust, D. F. (1992). Conceptual difficulties experienced by senior high school students of electrochemistry: Electrochemical (Galvanic) and electrolytic cells, Journal of Research in Science Teaching. 29 (10), Herron, J. D. (1996). The chemistry classroom: Formulas for successful teaching. Washington, DC: American Chemical Society. Johnstone, A. H. (1982). Macro- and micro-chemistry. School Science Review 64, Klausmeier, H. J. (1985). Educational psychology (5th ed.). New York: Harper & Row. Marzano, R. J., Brandt, R. S., Hughes, C. U., Jones, B. F., Presseisen, B. Z., Rankin, S. C., & Suhor, C. (1988). Dimensions of thinking. The Association for Supervision and Curriculum Development, Alexandria, VA. Meheut, M., Saltiel, E.& Tiberghien. (1985). Pupils (11-12 year old) conceptions of combustion. European Journal of Science Education, 7(1), Mintzes, J. J., Wandersee, J. H. & Novak, J. D. (1998). Teaching science for understanding. San Diego, California: Academic Press. Novak, J. D. & Gowin, D. B. (1984). Learning how to learn. New York: Cambridge University Press. Novak, J. D. (1998). Learning, creating, and using knowledge: concept maps as facilitative tools in schools and corporations. Lawrence, NJ: Erlbaum. Pfundt, H. (1981). Pre-instructional conceptions about substances and transformations of substances. In W. Jung, H. Pfundt & C. Von Rhoneck (Eds.) Proceedings of the

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23 高 雄 師 大 學 報 徵 稿 啟 事 一 對 象 : 本 學 報 以 刊 登 國 內 各 大 專 院 校 教 師 未 經 發 表 或 出 版 之 學 術 論 著 為 限 二 審 查 : 稿 件 經 編 輯 委 員 會 送 請 相 關 領 域 專 家 學 者 審 查 通 過 後 刊 印 三 本 學 報 依 教 育 與 社 會 科 學 類 人 文 與 藝 術 類 自 然 科 學 與 科 技 類 三 大 類 分 冊 出 版, 來 稿 時 請 註 明 類 別 四 本 學 報 自 第 十 五 期 起 由 年 刊 改 為 半 年 刊 並 全 年 徵 稿, 每 年 六 月 及 十 二 月 各 出 刊 乙 次, 截 稿 日 期 為 三 月 二 十 日 及 九 月 二 十 日 五 來 稿 中 英 文 皆 可, 中 文 限 十 五 頁 英 文 限 二 十 頁 內 ( 皆 含 摘 要 附 件 及 相 關 圖 表 且 為 含 空 白 之 字 元 數 ), 中 英 文 摘 要 限 五 百 字 以 內, 超 過 字 數 則 不 予 刊 登 中 英 文 範 例 請 上 網 參 閱 六 稿 件 請 以 電 腦 打 字, 規 格 採 A4 紙 張 大 小, 中 文 每 頁 37 行, 每 行 38 字, 英 文 字 型 採 Times New Roman, 以 Word98 以 上 軟 體 建 檔 七 論 文 格 式 應 採 用 各 學 科 通 用 之 格 式 書 寫 ( 請 上 網 參 閱 ) 八 為 便 於 匿 名 送 審, 請 勿 列 入 相 關 姓 名 職 稱 等 等 於 論 文 內 稿 件 交 寄 : 來 稿 請 備 三 份 書 面 稿 投 稿 人 基 本 資 料 表 及 電 子 檔 磁 片, 寄 至 高 雄 市 苓 雅 區 和 平 一 路 116 號 教 務 處 出 版 組 收, 聯 絡 電 話 :(07) 轉 1150 呂 組 長 1151 郭 娉 瑜, bd@nknucc.nknu.edu.tw 九 錄 用 之 稿 件 打 字 排 版 後, 將 送 請 作 者 自 行 校 對 十 本 學 報 錄 用 之 稿 件, 恕 不 致 酬 十 一 凡 經 錄 用 之 稿 件, 作 者 不 得 要 求 抽 回 並 同 意 本 刊 以 紙 本 光 碟 或 上 網 型 式 刊 載 十 二 來 稿 經 錄 用 後, 贈 抽 印 本 十 本 及 光 碟 乙 片 十 三 本 刊 委 由 相 關 數 位 出 版 公 司 發 行 電 子 期 刊, 提 供 讀 者 檢 索 下 載 列 印 瀏 覽 等 服 務 十 四 相 關 訊 息 及 表 格, 請 至 下 列 網 址 查 詢 或 下 載

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