化學平衡 化學平衡 化學平衡 化學平衡

Finley et al.(1982)透過發展相關的問卷讓自然領域的各科教師作答，每個科 目都有一百位教師的樣本人數，請這些教師排列出自己任教的科目中學生學習上 困難的單元有哪些，化學科教師選出學生感到困難的單元有化學平衡、莫耳、氧 化還原、化學計量反應，其中化學平衡是被列為學生最難理解的單元。

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究竟學生在學習化學平衡的單元會遇到什麼困難或是產生怎樣的迷思概 念，我們接下來透過下列相關的重要研究文獻來加以了解。

Johnstone, MacDonald & Webb(1977)利用23題選擇題的測驗方式來研究255 位學生所具有的迷思概念，結果發現學生會有以下的迷思概念：會有左右兩邊的 想法，也就是認為化學平衡方程式的兩邊是不相關聯的個體、對於逆向箭頭的詮 釋有誤，方程式中正向和逆向箭頭的長度不一樣時，學生會認為達平衡時，箭頭 較長的代表該方向的反應速率較快、催化劑可使化學平衡發生移動或催化劑可提 高生成物的產量、運用勒沙特列原理來說明平衡被破壞後的情形、無法區別分子 的動能與位能差異。

Wheeler & Kass(1978)對四班共99位的高三學生施測，發現學生具有六項主 要的迷思概念：未能區分質量和濃度的概念、不明白反應快慢與進行程度的差 別、不清楚平衡常數在何種條件下會保持不變、將勒沙特列原理誤用在不合宜的 情況下、無法察覺在特定的化學反應中，哪些特定的物種會保持一定濃度、未能 考慮化學系統中所有可能影響平衡條件的因素。

Hackling & Garnett(1985)用半結構式晤談法研究30位高三學生，結果發現學 生擁有下列另有概念：反應物混合後，正反應速率會隨時間增加至平衡建立、平 衡時，若狀態改變，當其它反應速率降低時，正反應速率會增加、也有人認為達 平衡時，生成物濃度等於反應物濃度，另外高中生無法區分反應速率和反應程度 的差別。

Gussarsky & Gorodetsky(1986)運用三種評量方式：學校成就測驗、迷思概念 測驗、概念自由分類法來對應出受測學生認知結構的連結情形，結果發現由於學 生無法看到發生在原子和分子之間的微觀過程，而且化學平衡又是屬於微觀的動 力學，但我們只能看到它巨觀的部分，因此學生才會產生許多的迷思概念。

Ben-Zvi, Eylon & Silberstein(1987)的研究發現 337 位國三的學生對於化學反 應的結構與本質持有迷思概念，他們無法想像反應過程中牽涉到化學鍵的斷裂與 生成，只是單純地認為反應物混在一起後就會得到產物。

Camacho & Good(1989)分析專家與生手在解決化學平衡問題時的行為差 異，結果指出成功解題者對問題細心分析、推理，使用相關的理論和概念來判斷 答案，且答案和理由達一致性。

Bergquist & Heikkinen(1990)利用選擇題、填充題、與畫圖題，搭配放聲思考 及晤談法來研究23位大學生，發現大學生會把數量和濃度、莫耳數和莫耳濃度的 觀念混淆，而且學生會認為平衡反應會如同鐘擺一般振盪，最後日常用語與科學 術語的不同也是造成學生迷思概念的來源。

Gussarsky & Gorodetsky(1990)利用文字聯想測驗研究309位17-18歲的高中 生，結果發現學生無法意識到化學平衡反應的動態本質、會用物理學上的靜平衡

來看待化學平衡。

Banerjee(1991)使用紙筆測驗及晤談方式，研究162名大學生及69位學校老 師，結果發現受試者有勒沙特列原理誤用及誤解的情形，因此造成誤判平衡移動 的方向。其中35％學生與49％老師認為：溫度降低放熱反應中的正反應速率會增 加、平衡常數愈大代表反應速率愈快。

Boujaoude & Saouma(1993)使用紙筆測驗針對189位大學生進行施測，研究發 現有些人認為達到化學平衡時，生成物的濃度會等於反應物的濃度。

Huddle & Pillay(1996)整理歸納出文獻中最常見的迷思概念：

1.反應物混合後，正反應速率會隨時間增加至平衡建立。

2.平衡時，若狀態改變，正反應速率增加，逆反應速率則下降。

3.平衡時反應物與生成物濃度相等。

4.無法區分完全反應與可逆反應的不同。

5.認為正反應會在逆反應開始前結束。

6.混淆反應速率與反應進行程度。

7.莫耳數與莫耳濃度混淆不清。

8.平衡有如鐘擺會有振盪現象，而且勒沙特列原理強化此迷思概念。

9.缺乏化學平衡的動態本質。

10.將反應方程式的箭頭長度與反應速率劃上等號。

11.教師日常用語促使學生認為化學平衡是分屬二邊且靜態的現象。

Tyson, Treagust & Bucat(1999)發展二階段試題來探究學生的理解情況，結果 發現學生無法區別物理系統與化學系統兩者達平衡時的差異何在。

Chiu, Chou & Liu(2002)藉由認知師徒制的方式檢視高一20位多重表徵教學 組學生如何學習與建構化學平衡的心智模式，而施行傳統教學對照組的學生則有 10位，結果發現多重表徵教學組學生的表現遠優於對照組部分，而且多重表徵教 學組學生能夠建構出化學平衡的正確心智模式，包括分子的動態、隨機特性還有 微觀世界中分子間的互動情形。

Van Driel et al.(2002)利用介紹化學平衡來挑戰中學生對於化學反應的最初 概念，實證研究結果顯示學生必須在以下三個概念上做改變，分別是可逆性、不 完全轉換、平衡的動態本質，如此才能真正了解化學平衡的概念。

陳婉茹(2004)選擇溶解平衡、化學平衡、相平衡作為教學主題，以對照組、

類比組、以及動態類比組進行教學研究，結果發現學生在動態平衡單元中的四種 主要心智模式分別為：雙向心智模式、單向-雙向心智模式、單向心智模式、靜 止模式，而在概念本體上的表現，類比組與動態類比組的成效相近，但就概念完 整性而言，動態類比組表現較優，因此動態類比的教學方式可以幫助學生學習動 態平衡的概念。

Ozmen(2007)透過概念改變文本的教學來改進學生對於化學平衡的迷思概 念，全部共有 78 位十年級的學生參與準實驗研究，其中多重表徵教學組有 38 名學生進行此文本教學，而對照組則有 40 名學生進行傳統教學，結果顯示多重 表徵教學組學生的表現遠優於對照組學生，而且迷思概念減少的情形也叫對照組 來的顯著。

Doymus(2008)以拼圖法來教導化學平衡的概念，試圖探究大一普化課的學生 對於化學平衡的理解情況，結果顯示合作學習小組的學生學習表現比個別學習小 組的學生來得高。

Cheung(2009)發展三題化學平衡的迷思概念問卷藉此評量香港中學教師是 否瞭解勒沙特列原理不足的地方，結果發現 33 位教師中答對這三題的人數分別 只有 3、4、2 位，顯示多數教師過度依賴勒沙特列原理中抑制變化的邏輯觀點，

而未能利用平衡定律式、反應熵等來預測破壞化學平衡後反應究竟會向哪邊進 行，因此香港中等教師也會有誤用勒沙特列原理的情況發生。

表 2-4-1 為以上眾學者提出關於化學平衡迷思概念的彙整資料。

表 2-4-1 化學平衡迷思概念

迷思概念 出處

1.無法區別質量、莫耳數、莫耳濃度的差異 Wheeler & Kass(1978) Bergquist & Heikkinen(1990)

2.誤用勒沙特列原理 Johnstone, MacDonald & Webb(1977) Wheeler & Kass(1978)

Banerjee(1991) Cheung(2009)

3.達平衡時，反應物與產物濃度必相等 Hackling & Garnett(1985) Boujaoude & Saouma(1993) 陳婉茹(2004)

Ozmen(2007)

4.正逆反應速率與化學平衡之間的關係 Hackling & Garnett(1985)

5.對催化劑的作用不清楚 Johnstone, MacDonald & Webb(1977) 6.不能區分反應速率與反應程度的差別 Wheeler & Kass(1978)

Hackling & Garnett(1985) Banerjee(1991)

7.不瞭解化學平衡的微觀機制或動態本質 Gussarsky & Gorodetsky(1986) Ben-Zvi, Eylon & Silberstein(1987) Gussarsky & Gorodetsky(1990) Tyson, Treagust & Bucat(1999) Chiu, Chou & Liu(2002) Van Driel et al.(2002) Doymus(2008)

8.對語言或科學術語造成的誤解 Bergquist & Heikkinen(1990) 9.以為平衡反應有如鐘擺一般振盪 Bergquist & Heikkinen(1990)

10.反應物與產物為獨立的個體 Johnstone, MacDonald & Webb(1977) 陳婉茹(2004)

11.認為可逆反應會結束 Wheeler & Kass(1978) Chiu, Chou & Liu(2002) Van Driel et al.(2002) Ozmen(2007)

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二 二、 、 、 、化學平 化學平 化學平 化學平衡研究對本研究的啟發 衡研究對本研究的啟發 衡研究對本研究的啟發： 衡研究對本研究的啟發 ： ： ：

研究文獻顯示出學生對於化學平衡單元確實具有相當多的迷思概念，而本研 究將挑選表 2-4-1 中的部分迷思概念並整理成概念問卷中的命題陳述，期望學生 透過多重表徵教學後，能夠破除他們對於化學平衡的迷思概念。

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