分子相關概念與化學學習

一、物質粒子與化學學習

物質粒子具有以下本質，包括物質由粒子組成、粒子是動態的、粒子之間是 真空的、粒子之間具有交互作用(Novick & Nussbaum, 1978)。許多研究曾提出學 生對粒子所持有的迷思概念及非科學的心智模式(Novick & Nussbaum, 1978, 1981; Benson, 1993)。其中有些文獻所指出的概念屬於粒子在空間中的分布與運 動(Novick & Nussbaum, 1978, 1981; Benson, 1993)，例如，在粒子的運動方面，

Novick & Nussbaum (1981)提到，許多學生認為氣體粒子之所以不會掉落到容器 底部，是因為粒子靜止於容器當中，而當溫度升高時，則會提升粒子運動的比率，

溫度降低時，則會使氣體體積縮小，粒子間的引力增大；在粒子的分布方面，

Novick & Nussbaum (1978)指出，許多學生認為氣體粒子的比重小，導致粒子集 中於容器上方，也有學生認為氣體粒子會沈積於容器底部，Benson (1993)提到學 生常認為粒子集中於容器中心、四周、上方或下方。有的文獻則指出有關粒子間 隙的概念，Novick & Nussbaum (1981)研究指出，學生常認為粒子之間有空氣及 其他灰塵的存在，Griffiths & Preston (1992)也顯示類似的結果。

二、原子分子概念與化學學習

Peterson, Treagust & Garnett (1986)在研究中發展診斷式測驗，以診斷學生對 共價鍵及分子結構的理解，研究中以高中生為對象，所診斷的迷思概念類型包括 鍵的極性、分子形狀、分子間作用力、分子的極性、八隅體規則、及晶格。有關 鍵的極性，學生常認為所有共價鍵中的共用電子對，都是平等共用的；有關分子 形狀，學生常認為分子形狀是由於分子鍵間的排斥力所造成的、鍵的極性會決定 分子的形狀、及分子形狀是由於未共用電子對間的排斥造成的；有關分子間作用 力，學生常認為分子間作用力是屬於分子內部的力量、分子間作用力存在於共價

固體中、當物質的形狀改變時，共價鍵會被打斷；有關分子的極性，學生常認為 一個分子中，倘若原子的電負度皆相等，則稱為非極性分子、當分子中有未共用 電子對時，負電荷使分子具有極性；有關八隅體規則，學生常認為氮原子能在鍵 結的時候共用五個電子；有關晶格，學生常認為共價性的連續晶格中存在著分子 間的黏性。

Griffiths & Preston (1992)以 12 年級學生為對象，探討學生具有哪些原子、分 子相關的迷思概念，包括分子的結構、分子的組成、分子的大小、分子的形狀、

分子的重量、分子的鍵結、分子的能量、原子的結構、原子的大小、及原子的重 量。有關分子的結構，學生常認為水分子沒有固定的形狀、水分子是球狀的物體、

水分子是由兩個或多個球狀的微小物體構成的；有關分子的組成，學生常認為水 分子裡除了氫原子和氧原子外還包含了其他成分、水分子不一定都由相同的原子 組成、每種水分子都由不同數量的原子組成；有關分子的大小，學生常認為每個 水分子的大小都不盡相同、當水結冰的時候，水分子會變的比原來大或小、當水 變成水蒸氣時，水分子會變的比原來大或小、水分子的大小隨著溫度的不同而改 變；有關分子的形狀，學生常認為每個水分子的形狀都不盡相同、容器的形狀會 影響水分子的形狀、水分子的形狀會隨著三相的變化而改變；有關分子的重量，

學生常認為每個水分子的重量都不盡相同、當水結冰的時候，水分子會變的比原 來重、當水變成水蒸氣時，水分子會變的比原來輕、水分子的重量隨著水分子的 大小而有所不同；有關分子的鍵結，學生常認為當水結成冰時，水分子與水分子 之間會被填滿，毫無空隙。

三、分子層面的化學反應概念與化學學習

Teichert 等人（2008）提出學生以分子層次解釋化學現象的困難，學生的分子 層次解釋隨著問題情境有所不同，即便回答兩個不同情境問題的時間相隔不到幾 分鐘，例如，當學生以分子層次解釋氯化鈉溶液的導電度時，傾向於將氯化鈉視

為離子狀態，當解釋同一溶液的沸點時，傾向於以分子狀態的氯化鈉做解釋。

Teichert 等人（2008）認為，學生在分子層次的概念隨著問題情境而改變，不具 一致性，學生必須在學習化學的過程中，加強以分子層次的觀點對不同情境做解 釋。Cokelez, Dumon, & Taber (2008)指出，學生以原子-分子的層次解釋化學變化 的過程時容易產生困難，例如，認為化學變化的過程中，分子是守恆的，或認為 化學反應時只有原子的互換，忽略了原子及其所帶的電荷。

第參章 研究方法

基於二元編碼理論(Paivio, 1986; Wu, Krajcik & Soloway, 2001)，本研究具有兩 大主軸，一為視覺化表徵，一為概念理解，由此兩大主軸衍生出三個研究目的，

分別為（一）探討學生在閱讀視覺表徵時，對表徵的理解情形；（二）探討學生 在解決分子概念相關問題時，對概念的理解情形；（三）探討學生對視覺表徵的 理解與分子概念的關連。基於上述研究目的，本研究發展兩大測驗工具，一為視 覺表徵能力測驗，另一為分子概念理解測驗，以國中學生為對象進行診斷式測驗。

本章共分為五節，第一節研究設計說明兩大研究主軸的內容及其依據，第二