本節將針對不同年級學生氧化還原概念之認知狀態與比例進行分析，
氧化還原概念詴題中各題組第 6 小題的設計是延伸來自第 5 小題，主要目的是為 了瞭解各年級學生對主概念四「反應次序」各類型之相關想法，各選項及其理由將詳 述於後。另外，由於問卷中各題皆有設計有「其他」之選項，可讓學生直接於答案卷 中說明他們的想法，並且佐以問答題之作答結果，因此學生作答結果若不符合原有設 定之認知狀態內容，則將其結果歸類為「其他」類型，倘若「其他」類型之百分比例 高於 5%則將另外深入探討其內容。
一、 不同年級學生氧化還原「概念本質」之認知狀態與比例
針對主概念一「概念本質」之認知狀態與比例之分析結果（表 4-1-3），「化合/分 解」與「正、逆反應途徑」之比例皆有隨著年級增長而有逐漸下降的趨勢，「氧的參 與」之比例在八年級階段之後逐漸遞減，而「電子轉移」之比例在同一階段逐漸上升
（圖 4-1-1）。
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在未經氧化還原概念正式教學之前的七年級學生，以「氧的參與」之比例 55.49%
為最多，其次為「化合/分解」，原因推測是由於七年級之前氧化還原單元多以燃燒或 生鏽等課程單元呈現，因此七年級學生容易將氧化還原反應直覺以燃燒或生鏽等巨觀 現象解釋，然而因為燃燒或生鏽皆明顯涉及氧的參與，因此學生很容易對氧化還原名 詞直接做解釋或是聯想至燃燒或生鏽現象，所以大多數的學生會認為氧化還原反應就 是有關於氧的反應，並且也有部分學生會認為氧化還原反應是由複雜到簡單或是由簡 單到複雜的反應過程。例如學生覺得鐵生鏽會產生鐵鏽，因此物質的組成由簡單變為 複雜或是可能會產生新的物質。另外，「化合/分解」在高一之後比例降至 3%以下，甚 至於大學階段已完全無此認知狀態存在，「正、逆反應途徑」也在高二之後比例降至 5%以下，由此可知此兩種認知狀態可經由正式教學而大幅降低其錯誤之比例。
「氧的參與」之比例在七年級到八年級，由原本 55.49%增至 70.78%，但在八年 級之後逐年下降，尤其是在高一到高二階段，由 51.31％大幅下降至 26.09％。相對於
「氧的參與」，「電子轉移」之比例則在八年級之後逐年上升，尤其在九年級至高一 階段，由原本 8.97%大幅上升至 35.67%。推測可能之原因是由於氧化還原反應在八年 級的教科書與相關教材多是以氧的得失之狹義定義呈現，一直必頇到高一的課程才更 進一步探討以涉及電子轉移之廣義定義，因此在八年級學生大多以氧的得失作為氧化 還原本質之解釋，而在高一之後學生才以廣義的電子轉移作為解釋。
「氧化數增減」一直至高一階段才出現，但是比例極低，推測原因是因為關於氧 化數的相關課程安排於高二階段，所以高一學生僅能說明價電子數之增減，但仍不能 提及氧化數此正式名詞。但在高二及大學階段，「氧化數增減」之比例也不高，可見高 二及大學階段學生即使能運用氧化數增減判別一反應是否為氧化還原反應，但其概念 本質仍是以電子轉移的觀點為主。而「其他」之比例只有在高一階段比例高於 3%，檢 視學生在問答題的作答情形，可發現其中有部分學生是以氫的增減作為解釋，但由於 每個年級「其他」之比例皆低於 5%以下，因此在此將不深入討論。
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表 4-1-3 不同年級學生氧化還原「概念本質」之認知狀態與百分比
七年級 八年級 九年級 高一 高二 大學 1-0-1 化合/分解 22.85 14.70 16.46 6.15 4.79 4.13 1-0-2 正、逆反應途徑 10.66 7.83 6.84 2.64 1.25 0 1-0-3 氧的參與 55.49 70.78 67.51 51.31 26.09 23.24 1-0-4 電子轉移 11.01 6.06 8.97 35.67 57.44 64.08 1-0-5 氧化數增減 0 0 0 0.71 8.14 6.36 1-0-6 其他 0 0.63 0.23 3.53 2.29 2.14
圖 4-1-1 不同年級學生氧化還原「概念本質」之認知狀態與百分比
統整不同年級學生氧化還原「概念本質」之正確認知狀態與百分比（表 4-1-4），
其中正確認知狀態在此涵蓋涉及氧的參與的狹義定義與涉及電子轉移的廣義定義，亦 包含氧化數之增減。因此加總「氧的參與」、「電子轉移」及「氧化數增減」三種認 知狀態之比例，可發現雖然「氧的參與」在八年級後逐漸降低，但「電子轉移」卻大
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幅增加，對於整體正確認知狀態而言仍是呈現增進的趨勢（圖 4-1-2），表示學生在概 念本質上由狹義之氧的參與逐步轉為電子轉移之廣義定義，並且在高二階段之後，學 生在概念本質上已有 90％以上持有正確認知狀態。
表 4-1-4 不同年級學生氧化還原「概念本質」之正確認知狀態與百分比 七年級 八年級 九年級 高一 高二 大學 1-0-3 氧的參與 55.49 70.78 67.51 51.31 26.09 23.24 1-0-4 電子轉移 11.01 6.06 8.97 35.67 57.44 64.08 1-0-5 氧化數增減 0 0 0 0.71 8.14 6.36
總計 66.50 76.84 76.48 86.98 91.67 93.6
圖 4-1-2 不同年級學生氧化還原「概念本質」之正確認知狀態與百分比
二、 不同年級學生對於氧化還原「反應過程」之認知狀態與比例
針對主概念二「反應過程」之認知狀態與比例之分析結果（表 4-1-5），發現學生 在「反應過程」之認知狀態與比例與在主概念一「概念本質」之趨勢大致相同（圖
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2-5-1 氧化數增加是氧化 0 0 0 0 0.75 1.28 2-6-1 其他 2.23 1.16 1.15 2.04 2.08 0.51
圖 4-1-3 不同年級學生對於氧化還原「反應過程」之認知狀態與百分比
統整不同年級學生氧化還原「反應過程」之正確認知狀態與百分比（表 4-1-4），
其中關於氧化還原反應過程的正確認知狀態在此包含「得到氧是氧化」、「失去電子是 氧化」與「氧化數增加是氧化」，因此加總此三種認知狀態之比例，可發現整體比例有 明顯上升的趨勢（圖 4-1-4），但各年級中正確認知狀態仍以「得到氧是氧化」之比例 為最高，直至大學階段認為「得到氧是氧化」」與「失去電子是氧化」才有較為相近之 比例，由此可知大學階段以前之學生對於氧化還原之反應過程仍以氧的得失之狹義定 義作為解釋。
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表 4-1-6 不同年級學生氧化還原「反應過程」之正確認知狀態與百分比
七年級 八年級 九年級 高一 高二 大學 2-3-1 得到氧是氧化 28.29 56.03 56.84 57.92 42.27 45.32 2-4-2 失去電子是氧化 2.45 1.33 4.83 17.04 34.92 41.45 2-5-1 氧化數增加是氧化 0.0 0.0 0.0 0.0 0.75 1.28
總計 30.74 57.36 61.67 74.96 77.94 88.05
圖 4-1-4 不同年級學生氧化還原「反應過程」之正確認知狀態與百分比
三、 不同年級學生對於氧化還原「氧化力」之認知狀態與比例
針對主概念三「氧化力」之認知狀態與比例之分析結果（表 4-1-7），學生認為物 質的氧化力與物質易於化合或分解以及正逆反應傾向的比例皆有逐漸下降之趨勢（圖 4-1-5）。七年級學生大多認為氧化力與物質化合或分解之容易程度有關，其中認為物質 愈容易化合成其他物質，氧化力愈強之比例佔 22.58％，認為物質愈容易分解成其他物 質，氧化力愈強之比例佔 23.94％，兩者比例相當接近。另外參照七年級學生在主概念 一「概念本質」中「化合/分解」之比例為 22.85％，遠低於「氧的參與」之比例 55.49
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％，由此可知在未經氧化還原正式教學之七年級學生雖認為氧化還原的概念本質為氧 的參與，但大多數學生仍會把物質的氧化力與其是否容易分解或化合做直接聯想，亦 即可推測學生可能認為氧化還原之概念本質與物質的氧化力並沒有直接關連性。
學生認為物質之氧化力與氧有關的認知狀態中，七年級學生多認為一物質的氧化 力愈強表示「氧原子數量愈多」或「搶奪氧能力愈強」，這可能是受到字詞方面的影響，
直覺認為數目愈多或是強奪的能力愈強相對的氧化力就愈強，而忽略了其中概念本質 與過程之關係，而此兩類型在八年級的正式教學過後都有逐漸下降的趨勢。
另外，學生認為物質之氧化力與電子有關的認知狀態中，認為電子數量愈多物質 的氧化力就愈強之比例在各年級都不高，但認為搶奪電子能力愈強，物質之氧化力愈 強，以及認為搶奪電子能力愈弱，物質之氧化力愈強之比例在高二以前都極為接近，
表示其對於氧化力的真正內涵並非完全理解，直到大學階段才有半數以上的學生能正 確說明氧化力與電子之間的關連性。
表 4-1-7 不同年級學生對於氧化還原「氧化力」之認知狀態與百分比 七年級 八年級 九年級 高一 高二 大學 3-1-1 愈易化合 22.58 18.97 16.38 10.42 7.66 4.01 3-1-2 愈易分解 23.94 18.97 17.87 7.02 4.09 3.45 3-2-1 反應物 5.71 3.25 2.07 2.82 1.99 0.85 3-2-2 生成物 4.34 2.56 1.67 0.71 1.64 1.97 3-3-1 氧原子數量愈多 14.75 9.75 8.79 2.94 2.14 2.72 3-3-2 搶奪氧能力愈強 13.38 11.33 11.38 5.24 3.30 2.75 3-3-3 搶奪氧能力愈弱 8.99 26.70 31.74 33.15 18.44 17.66 3-4-1 電子數量愈多 3.03 2.47 2.07 5.54 2.79 1.97 3-4-2 搶奪電子能力愈強 1.62 3.44 3.18 14.45 35.55 50.90 3-4-3 搶奪電子能力愈弱 1.7 2.56 4.85 17.71 22.40 13.72
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圖 4-1-5 不同年級學生對於氧化還原「氧化力」之認知狀態與百分比
統整不同年級學生氧化還原「氧化力」之正確認知狀態與百分比（表 4-1-8），其 中關於氧化還原反應過程的正確認知狀態在此包含狹義定義的「搶奪氧原子能力愈弱 的物質，氧化力愈強」與廣義定義的「搶奪氧原子能力愈弱的物質，氧化力愈強」，因 此加總此二種認知狀態之比例，可發現整體比例有逐漸上升的傾向（圖 4-1-6）。比較
「概念本質」、「反應過程」與「氧化力」之正確認知狀態百分比，可發現在各年級中
「氧化力」正確認知狀態比例皆偏低，接受狹義氧化還原定義教學的八年級階段正確 認知狀態比例僅有 30.14％，即使是在接受廣義氧化還原定義教學的高二階段正確認知 狀態比例也只有 53.99％，遠低於在主概念一「概念本質」正確認知狀態 91.67％之比 例。另外，高一階段在主概念一「概念本質」中有 35.67％之比例為「電子轉移」，但 在「氧化力」之正確認知狀態比例卻僅有 14.45％是認為搶奪電子能力愈強之物質氧化 力愈強，因此可知在氧化還原概念中，物質氧化力實屬學生較困難學習之處，原因可 能來自於學生無法理解氧化力的背後所涉及的微觀機制。
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表 4-1-8 不同年級學生氧化還原「氧化力」之正確認知狀態與百分比
七年級 八年級 九年級 高一 高二 大學 3-3-3 搶奪氧能力愈弱 8.99 26.70 31.74 33.15 18.44 17.66 3-4-2 搶奪電子能力愈強 1.62 3.44 3.18 14.45 35.55 50.90 總計 10.61 30.14 34.92 47.60 53.99 68.58
圖 4-1-6 不同年級學生氧化還原「氧化力」之正確認知狀態與百分比
四、 不同年級學生對於氧化還原「反應次序」之認知狀態與比例
針對主概念四「反應次序」之認知狀態與比例之分析結果（表 4-1-9），七年級學
針對主概念四「反應次序」之認知狀態與比例之分析結果（表 4-1-9），七年級學