第三章 研究方法與步驟
第三節 實驗組與對照組學生在「原子與分子」單元後測結果分析
實驗組在後測部份，有效樣本為 33 件，測驗總題數 38 題之中，整體平均答對 題數為 24.30 題，標準差為 7.4014，答對率為 72.0%，比前測答對率增加 29.8%。
和前測相同，後測 38 題中，共有十個概念，每一概念皆有 3~5 個子概念題型。現 依表 4-3-1 各概念類型的題型來比較，答對率均有明顯提升，只有 4 題答對率不到 50%，分別是「原子說」的 a1 子概念第 1 題(48%)，「原子模型(原子模型與構造)」
的 b1 子概念第 4 題(36%)，「原子結構(元素週期表)」的 c2 子概念第 14 題(48%)，
以及「粒子觀點的純物質和混合物」的 f1 子概念第 19 題(42%)等。
在對照組的後測部份，有效樣本為 33 件，整體平均答對題數為 18.82 題，標 準差為 8.0144，總答對率為 50.2%，比前測答對率增加 14.67%。依表 4-3-1 中，各 概念類型的題型來比較，仍有部分子概念答對人數偏低，在 38 題中有 22 題答對率 不到 50%。其中答對率不到 40%的有「原子說」的 a3 子概念第 3 題(36%)、「原子 模型(原子模型與構造)」的 b1 子概念第 4 題(30%)、b2 子概念第 5 題(33%)、b3 子 概念第 6 題(36%)；「原子結構(元素週期表)」的 c1 子概念第 8 題(36%)、c3 子概念 第 10 題(36%)；「原子分子」的 d2 子概念第 12 題(30%)、「化學式」的 e4 子概念第 17 題(36%)、「粒子觀點的純物/混合」的 f1 子概念第 19 題(30%)、「化學反應式」
的 j3 子概念第 39 題(21%)，共 10 題。單就概念類型而言，除了「粒子觀點的元素 與化合物」、「巨觀物理化學變化」、「微觀物理化學變化」三項概念答對率較高外，
其餘概念的答對率均中間偏低，但是均較前測佳。
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由表 4-43 可得知，實驗組在後測的答對率均高於對照組，針對個子概念的答題結果依 照概念類型 1~10 逐步分析如下
二、由概念類型來說明各題組答題結果及分析：
(十一) 概念類型 1－原子說：a1~a3
表 4- 44 後測實驗組及對照組於概念類型 1「原子說」答對率分析表
實驗組在概念類型 1－原子說(元素化合物)的平均答對率為 58.67%，和前測比 較，答對率增加 30.67%，在子概念 a1「基本粒子」，前測時認為「原子是最 小粒子，因為沒有實驗做出被切割成一半的原子」的人數從 12 人降到 6 人，
認為「原子名稱的原意就是不可分割的意思，因此原子是最小粒子」為正確選 項也從 10 人降為 3 人。在子概念 a2「排他性」內容中，前測 14 人誤以為「相 同質量的原子，其質量大小皆相同為真」，在後測時也降為 4 人，顯示大多數 實驗組學生已建立科學概念。而對照組在概念一的平均答對率為 42%，和前測 比較，答對率增加 8%，在子概念 a1「基本粒子」內容部分，前測認為原子不 是最小粒子的原因錯認為是「因為原子可以被平均切割成帶負電以及帶正電兩 部分」而選擇者從 15 人降為 4 人。在子概念 a3「限制性」內容部分，前測誤 判「一切物質都由原子組成，原子是最基本的粒子」並非道耳吞原子說的內容 從 11 人降到 8 人。雖然兩組在本概念前後測答對部分均有提升，但實驗組比 對照組更加顯著。
表 4- 45 後測實驗組及對照組於概念類型 1 各子概念答題狀況分析表
概念類型 子概念編號
及內容
題 號
實驗組答題狀況 對照組答題狀況 A B C D E A B C D E 原子說
a1 基本粒子 1. 6 3 7 ＃*16 1 3 10 4 ＃*15 1 a2 排他性 2. 4 6 ＃*17 6 0 9 6 ＃*15 3 0 a3 限制性 3. 1 2 5 ＃*25 0 8 3 10 ＃*12 0
註： *代表正確解答 ＃代表最多人選擇的解答 概念類型 子概念編號及內容 題號
後測答對人數 後測答對率 實驗
組
對照
組 實-對 實驗組 對照
組 實-對 原子說
a1 基本粒子 1. 16 15 1 48% 45% 3%
a2 排他性 2. 17 15 2 52% 45% 6%
a3 限制性 3. 25 12 13 76% 36% 39%
平均答對率 58.67% 42%
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(十四) 概念類型 4－原子分子：d1~d3
表 4- 50 後測實驗組及對照組於概念類型 4「原子分子」答對率分析表
實驗組在概念類型 4－原子分子的後測平均答對率為 74%，和前測比較，答對 率增加 25.67%，且其子概念答對人數均為最多選擇人數。對照組在概念類型 4 的後測平均答對率為 38%，和前測比較，答對率增加 10.67%，其中在子概念 d1「構成分子的原子性質」部分，認為「不同元素的原子其性質也可能會相同」
的人數由 11 人降為 5 人；而概念 d2「元素分子的粒子模型」內容中，認為氯 氣分子模型應由 3 個大小及顏色相同的小球結合而形成的人數由 14 人降為 8 人，但認為氯氣分子模型是由兩顆大小顏色不一的小球所構成的人數由 6 人增 加到 10 人，顯然是對於元素或化合物的分子模型與化學式之間的連結產生迷 思概念。
表 4- 51 後測實驗組及對照組於概念類型 4 各子概念答題狀況分析表 概念
類型 子概念編號及內容 題 號
實驗組答題狀況 對照組答題狀況 A B C D E A B C D E 原子
分子
d1 構成分子的原子性質 11. 6 ＃*21 2 4 0 6 ＃*14 5 8 0 d2 元素分子的粒子模型 12. 0 ＃*26 4 3 0 5 *10 8 ＃10 0 d3 由化學式判斷化合物
的粒子模型 13. ＃*26 4 1 2 0 ＃*14 7 5 7 0 註： *代表正確解答 ＃代表最多人選擇的解答 概念
類型 子概念編號及內容 題
號
後測答對人數 後測答對率 實驗
組
對照
組 實-對 實驗 組
對照
組 實-對 原子
分子
d1 構成分子的原子性質 11. 21 14 7 64% 42% 21%
d2 元素分子的粒子模型 12. 26 10 16 79% 30% 48%
d3 由化學式判斷化合物的粒子模型 13. 26 14 12 79% 42% 36%
平均答對率 74% 38%
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(十八) 概念類型 8－巨觀的物理與化學變化：h1~h4
表 4- 58 後測實驗組及對照組於概念類型 8「巨觀的物理與化學變化」答對率分析表
實驗組在概念類型 8－巨觀的物理與化學變化的平均答對率為 100%，和前測 比較，答對率增加 49.25%，而對照組在概念八的平均答對率為 90.5%，和前 測比較，答對率增加 43%，兩組在本概念中的個題答對人數均為最多選擇人數。
表 4- 59 後測實驗組及對照組於概念類型 8 各子概念答題狀況分析表
概念
類型 子概念編號及內容 題號
後測答對人數 後測答對率 實驗
組
對照
組 實-對 實驗
組 對照組 實-對 巨觀
的物 理與 化學 變化
h1 由實驗現象判斷物理變化 28. 33 29 4 100% 88% 12%
h2 由實驗後未產生新物質歸類物理 變化
29. 33 31 2 100% 94% 6%
h3 由實驗現象判斷化學變化 30. 33 29 4 100% 88% 12%
h4 由實驗後產生新物質歸類化學變 化
31. 33 30 3 100% 91% 9%
平均答對率 100% 90.5%
概念類
型 子概念編號及內容 題 號
實驗組答題狀況 對照組答題狀況 A B C D E A B C D E
巨觀 的物 理與 化學 變化
h1 由實驗現象判斷物理變
化 28. 0 ＃*33 0 0 0 0 ＃*29 4 0 0 h2 由實驗後未產生新物質
歸類物理變化 29. 0 ＃*33 0 0 0 0 ＃*31 0 2 0 h3 由實驗現象判斷化學變
化 30. 0 0 ＃*33 0 0 2 2 ＃*29 0 0 h4 由實驗後產生新物質歸
類化學變化 31. 0 0 ＃*33 0 0 1 1 ＃*30 1 0 註： *代表正確解答 ＃代表最多人選擇的解答
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76 比例不變的有 g3、i2、，而比例下降的有 a2、c1、d2、d3、e1、e3、e5、i3、i4、。
表 4- 65 前、後測中子概念題目答對的比例及差異示意表
77
78
0%
10%
20%
30%
40%
a.原子說 b.原子模型 c.原子結構
原子模型
實驗組各概念答對率增減 對照組各概念答對率增減
表 4-66 「原子模型」題綱中迷思概念類型及對應題號
一、原子模型
迷思概念 對應題號
①原子為最小粒子，無法分割 1, 4,
②不同原子大小形狀不同，而非本質不同 2, 3
③存在多種不同的原子模型 5,6,7,
④質子、中子及電子的性質存有迷思概念 8,9,10
表 4-67 實驗組與對照組在「原子模型」題綱中答對率變化表
概念類型 實驗組各概念答對率增減 對照組各概念答對率增減
a.原子說 30% 5%
b.原子模型 20.50% 21.20%
c.原子結構 20% 4%
圖 4- 1 實驗組與對照組在「原子模型」題綱中答對率變化圖
由上述圖表可知，實驗組在「原子說」以及「原子結構」的進步成績幅度均高於 對照組，而在「原子模型」子概念中兩組進步幅度相當；總體而言，本題綱實驗組平均 進步幅度高於對照組。
表 4-68「原子與分子」題綱中迷思概念類型及對應題號
二、原子與分子
迷思概念 對應題目
①以巨觀現象來描述物質現象而非使用粒子微觀學說 19,
②不能分辨粒子、原子、分子三名詞在科學意義上的不同 11,
③將化學式的係數以及元素符號下的數字意義混淆 14,15,17,18
④原子如分子在自然界可獨立存在 12
⑤不明瞭組成分子的原子種類與個數之意義 13,16,24,25,26,27
79 0.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
d.原子分子 e.化學式 f.純物質/混合物 g.元素/化合物
原子與分子
實驗組各概念答對率增減 對照組各概念答對率增減
⑥對「純物質」和「混合物」的粒子觀點存有迷思概念 20,21,22,23
表 4-69 實驗組與對照組在「原子與分子」題綱中答對率變化表
概念類型 實驗組各概念答對率增減 對照組各概念答對率增減
d.原子分子 25.50% 1%
e.化學式 20.30% 2.40%
f.純物質/混合物 41.90% 23.60%
g.元素/化合物 35.60% 25.00%
圖 4- 2 實驗組與對照組在「原子與分子」題綱中答對率變化圖
本題綱中可看出實驗組在所有子概念的進步分數均高於對照組，尤其在「原子分 子」、「化學式」兩項子概念的比較，實驗組的進步分數非常顯著，對照組則在前後測的 變化差異不大，總體而言，實驗組的表現優於對照組。
表 4-70「物質變化」題綱中迷思概念類型及對應題號
三、物質變化
迷思概念 對應題目
①無法以分子模型解釋化學反應及其係數關係 36,37,38
②無法以原子和分子理論說明物質的狀態變化 28,29,30,31
③以靜態粒子模型描述三態變化而無動態表徵 32,33
④對物理與化學變化的微觀粒子概念存有迷思 34,35
表 4-71 實驗組與對照組在「物質變化」題綱中答對率變化表
概念類型 實驗組各概念答對率增減 對照組各概念答對率增減 h.巨觀物/化變化 49.20% 42.40%
i.微觀物/化變化 47.00% 2.30%
j.化學反應式 51.50% 0.80%
80 0.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
60.00%
h.巨觀物/化變化 i.微觀物/化變化 j.化學反應式
物質變化
實驗組各概念答對率增減 對照組各概念答對率增減
圖 4- 3 實驗組與對照組在「物質變化」題綱中答對率變化圖
從「物質變化」題綱中的進步分數變化圖可以看出實驗組在「微觀的物理與化學 變化」，以及「化學反應式」兩項概念中接教對照組明顯增加，而在「巨觀的物理與化 學變化」概念裡，兩組進步幅度接近；分析原因可能是因為巨觀現象可觀察，只要有實 際操作實驗，就可以和學生的先備知識發生連結；但是不可見的微觀變化，要藉由教學 策略給予學生適當的引導，使學生將原有概念重新修正或建立，因此可以推測以 POEC 與分組合作學習模式較傳統講述式教學更能增進學生在「原子與分子」單元的學習成效。
四、 各概念類型在不同認知向度答對率分析
為評量學生在「原子與分子」單元中，對於各項概念的學習成效是否已達顯著，
研究者將前、後測問卷題目依照「知道」、「理解應用」、「統整推理」等三個向度進行測 試，題目分類如表 3-4，評量後將實驗組與對照組在各題綱中的答對百分率進行分析，
如下所示：
表 4-72 實驗組與對照組在「原子模型」題綱中各認知向度答對率增減表
認知向度 對照題號 實驗組答對率增減 對照組答對率增減 知道 3,6,9 28.37% 12.12%
認知向度 對照題號 實驗組答對率增減 對照組答對率增減 知道 3,6,9 28.37% 12.12%