化學物質概念之學習

本節先瞭解科學教育的意義及重要性，再針對科學教育中化學學習所面臨的 學習現況與物質概念的學習問題進行探討。

壹、科學教育之範疇

科學教育的目標在於評量與瞭解學習者具有的知識，並協助發展具組織化的 知識架構，藉以改善認知表現(洪振芳、蔡智文、蔡嘉興、周進陽，2008)，但是 科學教育常忽略學習者的日常生活經驗(Eylon & Linn, 1988)，且 Barab 等人(2009) 也指出現今科學教育的學習者往往被定位為被動的接受及記住抽象學科的內容，

如教師或教科書所提供的概念與定義。就國內科學教育而言，傳統教學時，教師 透過講述及列舉眾多的例子來不斷灌輸學習者科學知識，使得學習的焦點著重於 學習成效 (楊榮祥、Fraser，1998；盧秀琴，2004)，且此種透過記憶與背誦學習 的單向式教學常會消除對於科學的好奇心與創造力(王澄霞，1995)。

許多研究 指 出透過 更 加真實 的 探究式 教學能夠增 進科學 學習 (Chinn &

Malhotra, 2001; Singer, Marx, Krajcik, & Chambers, 2000; White & Frederiksen, 1998)，而科學探究的精神在國內一直都具影響力，但由於教育者未認真討論何謂 科學探究的基礎，使得科學探索等同於傳統的實驗室活動，只是透過程序性的實 驗來增強學習者特定的科學概念(Abd-El-Khalick et al., 2004)，所以即使教師重視 科學概念及科學過程技能的習得，也僅限於教室講解或演練操作(許民陽、王郁軒、

梁添水、鄭紹龍，2001)。故探究教學的實施，會因未善用教學情境引導學習者來

思考、質疑與批判問題，使得真正的科學概念無法獲得瞭解(王靜如，2001)。因 此，大多數的學習者對於應用習得之概念或技能到生活中常會面臨困難(Roth ＆ Roychoudury, 1994)。

近年來建構主義已經受到科學教育界的關注，使得教育方向逐漸改為以學習 者為中心來建構知識，讓學習者具更多時間與機會去面對並解決問題，此種現象 改善了透過記憶科學概念來進行科學學習之情況，進而強調了科學探索與問題解 決能力的養成(丁信中、洪振芳、楊芳瑩，2001)。然而，化學是連結其他科學學 科的橋梁(Barab et al., 2009)，且化學教育的目標是幫助學習者將概念與真實世界 做連結，且此目標的實現已被認為具有重要意義並被廣泛地接受(Glaser & Carson, 2005)，加上資訊科技在科學教育方面的使用越來越普遍，如何有效的整合及使用 這些技術來連貫科學概念與真實的世界，成為了科學教學與學習上一個重要挑戰 (Barab & Luehmann, 2002; Mistler-Jackson & Songer, 2000)。

貳、化學學習的困難與物質概念學習問題

科學教育中化學教育過去所面臨的問題一直遭受到相當多的評論，Gilbert (2006)將所面臨的問題歸納成五點：(1)隨著科學知識不斷的累積，課程內容已經 超過了負荷，使得許多知識脫離科學知識的起源，變成獨立且分割的概念；(2) 學習者不知該如何將獨立的概念組織成一致且協調的架構，進而形成了無意義的 學習；(3)學習者被教導的方式無法讓他們將習得之相似概念應用於不同情境，顯 示出學習者在學習化學的過程或日常生活中較無法進行學習遷移；(4)學習者認為 所習得的內容，與自己無關且不具任何意義；(5)傳統化學課程中牢固的基礎、正 確的解釋及科學技能發展等重點，對於更深層的化學研究來說，現今的化學課程 已逐漸不適用。不僅如此，大多數的化學概念都具抽象性質，只利用語言來學習

或是虛構的傳言；(3)方言的誤解：具有不確定性的詞彙，如科學理論的使用與流 行用語間的差異；(4)概念的誤解：過去科學課程的知識內容不完整或者過於簡化；

(5)事實的誤解：在較早的學習中依然存有不正確的概念。許多研究結果也指出國 高中的學習者在基礎化學的概念上有超過 42%的迷思概念(Hanson, Taale & Antwi, 2011)。然而，自然界是由各種物質所組成，化學的物質概念是學習及理解其他科 學概念的基礎，其中所涵蓋的微觀粒子概念是化學學習極重要的基本概念，同時 物質的微觀性質亦屬於抽象概念學習的根本。因此，物質概念學習課程中同樣出 現迷思概念的學習問題。如學習者欲將混合物分離時必須考量兩種物質各自擁有 的特性，即具備物質特性的概念，指出學習者需透過已習得之概念做為進一步學 習的基礎(張容君、張惠博、鄭子善，2007)。

有研究提及，學習者的概念常常是零散不完整的(diSessa, Gillespie, & Esterly, 2004)，且無法將習得之概念作為推理的根基應用於日常生活中，甚至在不同的情 境下會因為學習者的概念架構不同而產生不一致的解釋(Clough & Driver, 1986)。

此種現象證實了化學概念的學習應讓學習者真正瞭解概念所涵蓋的意義，藉以建 立化學的知識架構，促使學習者能夠正確的解釋自然界中與物質相關的現象(張容 君、張惠博、鄭子善，2007)。多數的早期研究中，學習者也常面臨「為何我需要 學習化學」的問題(Demircioglu, Demircioglu, & Calik, 2009)，主要原因仍是出自 許多學習者無法應用所習得之化學概念，像是區分日常生活的物質哪些是元素、

化合物或混合物，所以需要使用教學情境來幫助學習者獲取化學概念。由此可知，

化學可以透過藉由不同方式的互動來教學，並輔以合適的教材和教學策略，發展 化學概念及引導學習者習得正確概念避免迷思概念的產生(Hanson, Taale & Antwi, 2011)。因此，如何將化學的知識應用於生活，並且避免迷思概念的產生，是首要 注重的因素。