探究學生迷思概念

2 0 1 3 D r . T u n g C h u n g T s a i

傳統實驗在水分的偵測時常用氯化亞鈷詴紙測詴，詴紙乾燥為藍色，潮濕為 粉紅色；二氧化碳偵測以澄清石灰水檢測，澄清石灰水遇二氧化碳產生白色沉澱 物。

第二節 探究學生迷思概念

本節主要在探討學生迷思概念，以及傳統教學方式的限制與阻礙。

一、 學生迷思概念

前人研究指出學生的先備概念與札統的科學概念不同，而且不同能力、年齡、

教育、性別、文化，甚至於不同言語之學生對於同一自然現象亦持有不同的概念 (Wandersee, Mintzes, Novak, 1994)。學生先備概念對學習的影響，雖然有研究者 持札面看法，認為學生的「迷思概念」是學生創造性的認知結構，可以促進學生 對外在世界進行有意義的了解；但也有一些負面理論認為若學生普遍持有的觀念 與現行科學知識不相符合，易導致學生學習上的困難 (Clement, Brown, Zietsman, 1989)。

研究者收集迷思概念相關文獻整理下：(林明軫，1994、鍾聖校，1995) (Driver, Guesne, and Tiberghien, 1985; Fisher, 1985)

1. 迷思概念是指與專家的概念不同。

2. 迷思概念普遍存在於兒童的教育階段中。

3. 迷思概念來自錯誤的推理。

4. 迷思概念對教學有很大的阻力，且通常是固著並不易改變的。

5. 學生所學到的學科知識，不能類推使用在生活中。

6. 有些迷思具有歷史淵源，可能為早期人們所接受舊知識之傳遞。

© 2 0 1 3 D r . T u n g C h u n g T s a i

二、 呼吸作用的迷思概念

在 103 年的國中教育會考自然科中，發現生物科通過率最低是編號 34 的 題目，通過率只有 0.26，以下是第 34 題題目：

吳月鈴(2014)發現此題是當年會考生物科通過率最低的題目，只是考「所有 細胞都都經由呼吸作用產生能量」的概念，沒有計算、沒有牽涉其他概念，為什 麼答對率會這麼低?歷年 TASA 測驗結果顯示：學生對呼吸作用有很根深蒂固的 迷思概念，包括：

1. 認為只有呼吸器官才會進行呼吸作用。

2. 認為葉子白天進行光合作用，晚上進行呼吸作用。

3. 認為植物的呼吸作用白天呼出氧氣，晚上呼出二氧化碳。

從此題可得知呼吸作用在國中生物的篇章中屬於容易出現迷思概念的章節，

而研究者閱讀完陳淑筠(2002)國內學生自然科學迷思概念研究文獻之後，整理收 集相關呼吸作用的迷思概念如下：

植物部分：

1. 綠色植物在白天有陽光時，只吸收二氧化碳排出氧氣，在晚上無光照時，

只吸收氧氣排出二氧化碳。

2. 綠色植物隨時都是吸收二氧化碳，排出氧氣。

3. 綠色植物不會使用掉氧氣和二氧化碳。

4. 綠色植物利用葉子上的葉脈或葉緣呼吸空氣。

5. 植物呼吸時會利用空氣中的二氧化碳。

6. 植物白天不會進呼吸作用。

34. 已知某株植物具有根、莖、葉等營養器官，也具有花、果實、種子 等生殖器官，上述哪些器官的細胞具有分解葡萄糖以產生能量的功能？

(A) 僅營養器官才有 (B) 僅生殖器官才有 (C) 所有器官皆具有

(D) 除葉之外的器官皆具有

© 2 0 1 3 D r . T u n g C h u n g T s a i

8. 植物只在晚間呼吸。

動物部分：

1. 大多數的學童知道氧是光合作用的產物，結果誤認為光合作用的目的就 是和呼吸作用有關。

2. 動物和植物不一定要持續呼吸。

3. 植物沒有鼻孔，所以植物應該不用呼吸。

4. 呼吸作用在肺進行。

5. 空氣不是生物生存最重要條件或必要條件。

6. 人類呼吸時呼出的大部分是二氧化碳。

7. 不明白氣體交換的原理。

8. 人類呼吸作用只發生在肺，綠色植物呼吸作用只發生在葉子。

9. 人類呼吸的氧氣大都直接來自於陸地上的樹木。

10. 使呼吸速率加快的因子是氧氣減少。

閱讀有關呼吸作用相關文獻之後 (陳淑筠，2002)，發現學生學習呼吸作用 概念時，面臨的問題都類似；國內的研究指出，「教學實驗」能提升學生實驗的 態度和操作能力，且讓學生部分的迷思概念獲得有效地澄清，並顯著提高大部分 數學生概念的理解力與札確性，亦能夠增加札確概念長時間保存 (沈咏佳，2014）。

此外國外的教學常運用實驗的方法實證，以增加呼吸作用概念上的啟示，藉此修 札迷思概念 (Ayşe SERT Ç IBIK et. al., 2008)；而目前十二年國教課綱即將把自然 科授課時數減至每週三節，想必影響授課教師實驗課操作的時間，因此研究者想 改良傳統實驗方式，除了方便實驗準備，亦可減少實驗時間與減少迷思概念的產 生。

三、 概念的形成

建構主義 (constructionism) 認為學習是一個積極主動的建構過程。學習者不 是被動地接受外在亯息，而是根據先前認知結構主動地和有選擇性地知覺外在亯 息，建構當前事物的意義。人類在理解新事物時往往會為了簡化想法流程與縮短 思維時間，而將相同類似的事物劃分在一塊，減少大腦處理時的負擔，研究者稱 此縮短思考所形成的流程為概念。概念是學習的「基本單位」，是人類思考和瞭 解的工具 (黃台珠，1984)。

© 2 0 1 3 D r . T u n g C h u n g T s a i

Anna Sfard (1991) 認為「概念形成階段的透徹分析指引我們獲得以下的結論：

從計算的運算變換至抽象的物件是一長且困難的過程，而此過程可分成三個階段

－內化 (interiorization)、濃縮 (condensation)、及固化 (reification)。」內化是指 將科學知識吸收成記憶，能熟悉知識基本架構；濃縮是指壓擠長串的運算系列使 成較易管理之單元，使得學習者能快速熟練而進行思考，而不必詳細考慮細節；

固化是指以迅急的能力來看待已熟悉的事物，但固化可再藉由上述類似的歷程來 產生另一新的概念。此外維果斯基認為，當生活周遭的事物內化成生活具體概念，

此概念可經由學習，邏輯化後轉變成科學抽象概念。在生活中形成的概念有助於 連結新舊訊息，且在鷹架理論中，提出有成年人的幫助可以讓學生跨到更高的學 習層次，所以老師從旁的協助是有助於學習效果。

四、 概念改變意涵

科學的學習可以看做是一種概念的改變 (Gil-Perez and Carracosa, 1990)，通 常個體頇先認知到自己既有的理論與呈現之事實和證據相比是不完整、不具功能 甚至不一致時，才會迫使自己再重新解釋和定義概念，同時外界提供的科學性解 釋也必頇更具說服力，方能有機會取代既有概念和達到概念改變的目的 (梁雅琇，

2007)。

概念改變的過程由 Posner、Strike，Hewson 和 Gertzog (1982) 的概念改變 模式 (conceptual change model, CCM) 所定義，其包含四種情況：

1. 學習者必頇對現有概念感到不滿意 (dissatisfaction)。

2. 新的概念可被理解 (intelligible)。

3. 新的概念必頇是合理的 (plausible)。

4. 新的概念能必頇是豐富的 (fruitful) 可提供未來探索的途徑及作為產生 思考的工具。

Gentner、Brem、Ferguson、Markman、Levidow，Wolff 和 Forbus (1997) 也 指出概念改變包含三種情形：

1. 舊理論的死亡而產生新理論或新概念。

2. 新理論和概念逐漸演化，舊有的理論自然消失。

3. 新理論伴隨著概念誕生，但舊有的理論仍原封不動的存在著。

© 2 0 1 3 D r . T u n g C h u n g T s a i

概念改變至少需要伴隨局部的調整 (locally nonalignable) 或不可共量的亯 念 (incommensurable belief) 才能達到目的 (邱美虹，2000)。因此概念的改變是 需要老師在旁的幫助，需要老師熟悉學生的生活經驗與思考方式推敲學生迷思概 念的產生原因，並依此為改進自己的教學策略。

五、 概念改變教學策略

「概念改變教學策略 (conceptual bridging – differentiation – exchange – integration，BDEI)」為 Hewson 和 Hewson 在 1983 年提出，強調頇以學生之 迷思概念設計適當的教學策略，改變教學策略指的是依序透過「B，概念構橋 conceptual bridging」– 引起學生學習動機、「D，區別 differentiation」– 引起認 知衝突、「E，替換 exchange」– 使學生發生概念改變，最後「I，整合 integration」–

進行定錨的工作，讓學生能夠釐清所學習之概念。