Gilbert(2008)提及表徵有兩種類型，一為外在表徵(external representation)，
另一為內在表徵(internal representation)，前者亦指透過圖或表等方式呈現資訊，
後者指從外部表徵所形成的心智表徵，故個人的心智表徵會受到外部表徵所影 響。就外部表徵而言，Johnstone(1982)曾提出化學概念具有三層級，第一層級 為描述和功能層級，如物質屬性等；第二層級為表徵層級，如：分子式等；第 三層級為解釋層級，如以原子和分子來解釋化學物質的行為等。
之後化學的表徵系統三層級(Gabel, 1999; Johnstone, 1993; Treagust et al., 2003)：巨觀層級(macroscopic level )、次微觀層級(submicroscopic level)以及符 號層級(symbolic level)，巨觀層級為可觀察的化學現象，如顏色變化、物質的 生成或消失；次微觀層級為解釋巨觀現象，如粒子移動；符號層級為代數、物 理和計算形式，如化學方程式(圖 2-1-1)。
圖 2-1-1 化學中的表徵層級(Johnstone, 1993)
從一表徵到另一表徵，導致學生在理解化學概念上較為不易，因此，為了讓學 生在三種表徵間具有良好的轉換，教學內容上應該要同時呈現巨觀表徵、次微 觀表徵以及符號表徵。
Johnstone(1991)同樣也認為三種表徵之間作連結更能使學生在巨觀、次微 觀以及符號表徵間作轉換，由此可見學生要理解化學概念必須要能在巨觀、次 微觀以及符號三種表徵間做連結及良好的轉換是相當重要，換句話說，化學概 念雖然常以抽象的符號表徵來呈現，但這些化學概念中也常有巨觀的現象以及 造成巨觀現象的微觀特性，因此，往往正確的科學概念需要以微觀來解釋巨觀 現象，但是學生卻不易以微觀的想法來解釋巨觀現象。
綜合上述，學生要學習化學概念除了要瞭解巨觀以及符號表徵以外，也必 須從微觀的角度來理解巨觀現象，此外，學生在學習化學概念的過程中更必須 能在各種表徵間作正確連結以及轉換。
然而，學生在學習化學概念的過程中，除了會使用到巨觀、次微觀以及符 號這三種表徵外，仍有重要的因素會影響學生學習化學，Mahaffy(2006)強調化 學教育要和學生的經驗作連結，因而提出人的因素(human element)這面向，如 圖 2-1-2。Chiu(2007)研究中發現語言會影響學生的化學學習，因此 Chiu(2012) 也提出語言是另一個影響學生理解複雜科學概念的因素(圖 2-1-3)，而本次研究 將著重在巨觀、次微觀、符號及語言四種表徵，因此本研究的理論圖只為下圖 中最下方四方型的部分(圖 2-1-3)。
Boulter 和 Buckley (2000)以表徵方式及表徵屬性兩個面向進行分類，他們 將表徵方式分成十個類別，分別為具體的(concrete)、言語的(verbal)、視覺的 (visual)、數學的(mathematical)、動作的(gestural)、具體混合(concrete mixed)、
言語混合(verbal mixed)、視覺混合(visual mixed)、數學混合(mathematical mixed) 以及動作混合(gestural mixed)，具體表徵是指 3D 模型，例如：塑膠心臟；言語 表徵是利用描述、解釋、比喻等方式看見或聽見，例如：心臟像一個幫浦；視 覺表徵是指看的見的模型，例如：圖表、動畫、模擬；數學表徵是指公式或方 程式，例如：行星運動方程式；動作表徵是指身體的移動來表示，例如：學生 當作太陽系的星球，而學生的走動當作星球的運動；具體混合表徵是使用具體 表徵搭配言語表徵或視覺表徵等，例如：太陽儀的說明標籤；言語混合表徵是 使用言語表徵搭配視覺表徵等，例如：用言語解釋心臟結構圖；視覺混合表徵 是使用視覺表徵搭配言語表徵等，例如：心臟結構解說圖；數學混合表徵是指 數學表徵搭配言語表徵來解釋；動作混合表徵是指動作表徵搭配言語表徵的解 釋。而表徵屬性分成量的(quantitative)或質的(qualitative)、靜止(static)或動態 (dynamic)、確定性(deterministic)或隨機性(stochastic)，舉例來說：心臟像是一 個幫浦是言語表徵，其表徵屬性為質的且為靜止；血液循環的動畫則是視覺表 徵，其表徵屬性為質的、動態且為確定性。
圖 2-1-3 影響化學學習的因素(Chiu, 2012)
Ainsworth(1999)提出多重表徵有三個重要的功能，一為表徵間可相互補充，
補足資訊，使資訊更完整；二為一種熟悉的表徵能解釋其他較不熟悉或者抽象 的表徵，三為多種表徵可以一同協助學生建立深層理解，因此，由此可見外在 表徵對於內在表徵是相當重要的，而多重表徵能夠有效協助學生理解化學概念。
而 Nakhleh 和 Postek(2008)曾指出視覺化表徵都能幫助學生理解化學。
綜合上述，化學教師在設計教學與設計教材時，應該要將化學概念的巨觀、
次微觀、符號以及語言一同放入教學內容中。在課堂上，教師更要強調巨觀、
次微觀和符號之間的連結，以協助學生能理解化學概念並能在表徵間作轉換。
更重要的是，化學教師在課堂中講解的語言要慎用，並注意概念是否會受到語 言影響，可藉由教學過程澄清，讓學生能順利理解化學概念，如此一來透過完 整的多重表徵(外在表徵)以協助學生建立正確的心智表徵(內在表徵)。因此本研 究將以多重表徵(巨觀、次微觀、符號和語言)進行教學內容的設計，探討經歷 不同表徵教學的學生，其學習成效為何？