反應速率

第二章 文獻探討

本章共分三節，第一節探討反應速率之相關迷思概念，第二節探 討 POEC 教學策略用於概念改變及其相關研究，第三節探討用於診斷 學習成效的二段式診斷測驗。

第一節 反應速率

在康軒版國中自然與生活科技 2 下第四章提到，化學反應的快慢 可用反應速率來表示，而反應速率通常可用單位時間內反應物或生成 物的變化量來表示。

一般，我們所熟知的，影響反應速率的因素有：反應物的性質、

接觸面積、濃度、溫度、催化劑…等。其中康軒版以簡短的一段文字 敘述說明反應物的性質與反應速率的關係，其餘版本，如南一版、翰 林版，皆於氧化還原單元中介紹反應物活性大小，而於本章節僅介紹 接觸面積、濃度、溫度、催化劑等四項影響因素。故本研究探討的內 容，將針對此四項影響因素及學生在該單元的迷思概念為主。

簡單分析三個版本的內容，三個影響因素─接觸面積、濃度、溫 度─皆以實驗或生活案例來切入主題，並以碰撞理論來解釋其原因。

7

而另一影響因素的催化劑，僅翰林版以實驗切入主題，再利用道路捷 徑來類比催化劑會提供另一條反應途徑，來改變化學反應的快慢。南 一版、康軒版皆以實驗或生活案例來介紹催化劑的性質，對於為何催 化劑會影響反應速率並無著墨。

周進洋和劉文雄(2001)在「化學反應速率的迷思概念診斷工具之 發展與診斷」的研究中，利用開放式與半開放式紙筆測驗，對高雄縣 499 位九年級學生作群測，將學生在化學反應速率二段式診斷工具中 的作答，選項達 7%以上者為主要的迷思概念，依六個中心概念分類，

整理如下表：

表 二-1：學生迷思概念表(周進洋，劉文雄 2001)

中心概念 學生的迷思概念 百分比

濃度 1.碰撞會使分子結構遭受破壞。 21.2%

2.濃度增加，將使能量增加。 29.1%

顆粒大小 1.顆粒細，分子小，反應速率快是因移動快，與碰撞無 關。

19.6%

2.分子碰撞會抵銷能量。 15.6%

3.粉狀反應物較易溶解。 32.7%

4.溶解後濃度增加。 9.8%

5.物質在液態比較容易混合。 35.3%

6.配成容易反應較不會太劇烈。 25.1%

7.分子愈小，相遇機率愈小。 9.8%

8.顆粒狀體積較大。 7.8%

溫度 1.食物在冰箱中保存較久，是因酵素在溫度低時活性較 小。

57.9%

2.冰箱保存食物是防止水份散失。 26.1%

8

3.溫度不可同時促進正、逆反應速率。 62.7%

4.化學變化不能還原。 35.9%

5.反應不能向左。 12.4%

6.正、逆反應速率所需條件不同。 30.3%

催化劑 1.催化劑未參與反應。 13.2%

2.沒有催化劑就不能反應。 17.2%

3.雙氧水中的氧比水多，所以才會自行分解。 14.4%

4.不知澱粉水解，稀酸是催化劑。 7.8%

5.酸性越高，酵素活性越大。 9.4%

6.酸有腐蝕性，所以澱粉水解較快。 15.0%

7.澱粉水解的酵素是鹼性。 14.4%

活性 1.活性大，增加活動力，易破壞分子結構。 27.9%

2.活性小，反應慢是因沒有碰撞。 14.2%

3.活性大，能量大，不易產生碰撞。 12.0%

物質本性 1.因汽油濃度小於柏油，所以較適合當燃料。 21.4%

2.汽油是因含天然氣較多，所以較適合當燃料。 15.8%

3.因汽油溫度比較容易上升，所以較適合當燃料。 9.6%

4.柏油比較耐高溫，故不適合當燃料。 13.0%

並且由學生在二段式診斷工具的作答中發現，在第一部份事實選 項的部份，答對相當高，但是在第二層理由選項的部份，並不太理想。

顯示國三學生在有關反應速率單元的概念並不完整，可能是學生只注 重知識的記憶與背誦，故第一部份答對率高。但是，對反應速率的概 念卻沒有作通盤的了解，以致於無法建構正確知識的架構與脈絡。

廖啟宏(2006)在「國中學生在不同的〝雙重情境學習模式〞環境 下其反應速率概念學習成效之研究」中，以 190 位八年級學生為對象，

區分成數位環境與課室環境，進行化學反應雙重情境學習模式，針對

9

下列八個概念，探討其對學習成效之影響：

1.反應速率-產率與產量。

2.催化劑與反應速率。

3.放熱反應與反應速率。

4.體積與反應速率。

5.體積與表面積。

6.反應物狀態與反應速率。

7.反應速率-催化劑。

8.催化劑的量與反應速率。

結果發現，對於高學業成就學生，數位環境與課室環境皆有較好 的概念後測學習成效。而中、低學業成就的學生，不論數位環境與課 室環境，其概念後測學習成效皆無顯著差異。但是，挑戰情境(學習 保留)學習成效，不論是高學業成就學生、中學業成就學生、低學業 成就學生，數位環境學習模式皆比課室環境學習模式有更顯著的進 步。

由上述研究結果，對於反應速率概念的學習，高學業成就學生都 有較好的學習成效，而中低學業成就學生皆無顯著學習成效，代表數

10

位環境與課室環境並不是影響學習成效的主因，僅能從挑戰情境的學 習成效看出數位環境較能提昇一些進步。

陳智忠(2007)在「5E 探究教學對八年級學生反應速率單元概念改 變與學習動機之研究」中，利用 5E 探究教學活動，以中部地區五個 班級的八年級學生為對象，對下列十一個概念進行研究：

1.反應物的濃度會影響反應速率。

2.反應速率的快慢與生成物的量多寡無關。

3.溫度影響反應速率。

4.反應物的接觸面積會影響反應速率。

5.反應的容器大小不會影響反應速率。

6.反應物粉末的量會影響反應速率。

7.同濃度反應物的量不會影響反應速率。

8.加入催化劑會影響反應速率。

9.加入催化劑不會影響生成物的量。

10.催化劑的接觸面積會影響反應速率。

11.加入催化劑的量不會影響生成物的量。

結果發現，學生對於上述第 1、2、4、5、8、9、11 個概念，呈

11

現較明顯的學習成效。而在其餘的概念學習上，沒有達到學習成效。

5E 探究教學法是利用：(1)引起參與(engagement)、(2)探索 (exploration)、(3)解釋(explanation)、(4)精緻化(elaboration)、(5)評量 (evaluation)等五個步驟進行教學活動，其中引起參與僅利用「提問」

來引起動機，但此教學法對反應速率概念並非全然達到學習成效，且 該研究採小組合作方式進行，多數學生分工會持續到全部報告結束，

而每個學生僅負責探究過程中的某一部分，所學得的概念並不完整。

而李柏欽(2013)在「POE 教學策略在國中八年級『反應速率』單 元應用之研究」中，利用 POE 教學策略在反應速率單元，以新北市 某國中 130 位學生分組趣味實驗教學。

結果發現，雖然實驗組的前、後測達顯著差異，代表學習成效有 所提昇。但是不管在後測、延宕測，實驗組與對照組之間皆未達顯著 差異，代表採用 POE 教學策略並未優於傳統教學。

而檢視該研究，發現其教學過程是先進行二節反應速率的教學後，

才利用 10 個趣味實驗作為 POE 教學策略的學習。POE 教學策略的精 神是引起學生先前概念，製造概念衝突的情境，來讓學生改變原有概

12

念(詳見本章第二節 POEC 教學策略)。而該研究在進行 POE 策略前已