化學表徵轉換與化學學習

有許多的研究指出化學的學習對許多學生來說是困難的，例如：在國內有許 嘉仲（2002）針對六名國中二、三年級不同學業成就的學生，進行理化科學習困 難與障礙的因素探討，發現學生對於高理解性與抽象性的課程感到困難；國外則 有 Novick & Nussbaum (1981)針對小學生到大學生的粒子概念作研究，發現僅有 20﹪的小學生和國中生及 37﹪的高中生和大學生能成功的以粒子模型解釋粒子 間存在真空的現象；即使經過教學後，仍有 50﹪的高中生和大學生對於粒子概 念有錯誤的理解。此外，有些學生在化學學習上是採用死記硬背的方式理解，而 這種方式常常可以很好的反映在考試成績上(Sirhan, 2007）；然而 Johnstone (1984) 及 Bodner (1991)的研究證據都表明這樣死記硬背的方式，學生無法理解符合其學 位程度的基本化學概念。

化學學習本身的性質是一種高層次的概念化，真正的理解是要以一種有意義 的方式將所知的概念匯集在一起。因此化學學習是一個複雜的過程，結合不同層 級的化學表徵概念是其重要的一部份(Devetak, 2009)，而 Cheng & Gilbert (2009) 更進一步提到成功的化學學習包含了巨觀表徵層級、次微觀表徵層級與符號表徵 層級之間心智聯繫的建立與使用不同層級的表徵來表徵化學現象。

然而 Johnstone (1993) 曾提到的大部分科學學習和教材都是以巨觀的形式介 紹呈現給學生，所以學生大多停留在巨觀觀點，教學缺乏適時呈現動態的微觀粒 Harrison & Treagust (1996)針對 48 位 8~10 年級學生在所理解的原子與分子模型 的心智模式進行研究，發現大部分的學生都會選擇不連續且具體的模型，而無法

理解正確的電子雲模型；由以上研究可發現正確的次微觀粒子觀念是不容易形成 的。此外，也有研究談到符號表徵學習的困難，例如：Yarroch (1985)針對 14 名 學習化學課的高中學生訪談他們如何平衡化學方程式與平衡化學方程式時所使

此外，關於化學的學習 Sirhan (2007)曾提到能夠使用多種層級的表徵表達相 同的概念，並有能力可以輕鬆的從一種表徵層級轉換到另一種表徵層級，是一個 至關重要的成功科學思維。而 Sirhan 更進一步指出這些表徵層級之間的相互作用 與差異是化學學習上的重要特徵，也是理解化學概念所必須要具備的；如果學生 在其中一種表徵層級上有學習上的困難或缺乏，往往也會影響到其他兩種表徵層 級。例如：在巨觀表徵與微觀表徵相互轉換關係的研究，Smith & Metz (1996)針 對化學系一年級學生研究發現，大部分的人都可以明確定義〝弱酸〞是在水中部 研究，有 Abraham, et al. (1992)探究學生對化學式中化學數字的瞭解，發現學生 會計算也可以正確解決化學計量的問題，但卻不瞭解其符號數字所代表的化學意 義，這顯示了學生雖然知道化學的符號表徵卻無法正確的和微觀表徵概念作相互 的轉換與連接。而造成這種不相符的能力，Tockus-Rappoport (2008)則提到其中 一種可能是學生無法將微觀表徵與有系統的符號表徵作連接，因此當學生可以成

同問題；另一種可能則是學生在符號表徵層級與微觀表徵層級做出不合適或非科 學性的連結，而這樣的連結帶領他們得到一個不正確的概念結論。

而很多的研究即發現許多錯誤的化學概念是因為學生不易理解與無法整合 不同表徵的化學概念所造成，例如 Voska & Heikkinen (2000)、Novick & Nussbaum (1981)及洪振方（1987）的研究均發現學生在化學學習上有相當多的迷思概念，

所以，學生不易理解和使用化學表徵層級間的三角關係，Treagust (2009)將 這個問題可能歸因於以下四點：

1.缺乏巨觀表徵層級的經驗。並未提供學生合適的實踐經驗(Nelson, 2002)，

或學生並不清楚他們要學習它(Hodson, 1990)。

2.因為對物質粒子本質的混淆及在表徵微觀層級時無法實際看到實體，造成 一系列的關於微觀表徵層級性質的錯誤概念(Harrison & Treagust, 2002;

Tuckey & Selvaratnam, 1993)。

3.對符號表徵層級複雜的使用規定缺乏瞭解(Marais & Jordaan, 2000)。

4.沒有能力在這三個表徵層級間進行轉換 (Gabel, 1998, 1994)。

綜合上述研究，許多學者(Johnstone, 1991; Ebenezer, 2001; Ravialo, 2001;

Harrison & Treagust, 2002; Treagust et al., 2003)都認為化學知識分成三個表徵層 級（巨觀表徵、符號表徵、微觀表徵），並應明確教導這三種表徵層級間的聯繫 與轉換。可見在化學學習中，化學表徵能力的形成與化學表徵轉換的相互影響是 很重要的一環，例如在針對國內 143 名國三學生對於化學反應式中各符號意義的

瞭解情形研究中就提到，因為化學課程的編排只著重在呈現完整的化學式，卻沒 有讓學生學習到足夠的化學式及其相關概念的內涵，因此學生在一些較高層次的 認知概念學習上將會產生一定的影響（蔡宗程，2004）。還有 Wu,Krajcik & Soloway (2001)研究學生在學習化學表徵時會遇到的困難，提到學生無法針對一個特定的 表徵舉出其它相對應層級的表徵，也就是表徵與表徵之間無法順利轉換，因為要 在表徵之間做轉換是需要了解隱藏在表徵背後的深層概念。所以如何使學生成功 的建立化學表徵，進而發展學生各化學表徵層級的轉換能力，使學生有好的化學 學習成就，將是一個重要的核心議題。