我國行政院國家科學委員會科學教育處於民國 89~93 年間，針對中小學生進 行全國科學概念學習研究（National Science Concept Learning Study，透過標準化 的概念診斷工具，調查台灣地區中小學生對於重要科學概念的學習情形，做為建 立學生科學概念學習資料庫的基礎。其中在化學科方面，選出了幾個「大概念（big ideas）」，氣體粒子的概念亦是化學科所挑選出的「大概念」之一 (Chiu，2003)。
氣體雖然是生活中經常接觸到的物質，氣體粒子的性質和行為是學校化學教 學和學習的基本概念，在正式教學之前，學生對於氣體也已經有過許多經驗，但 是學習氣體的相關概念對學生而言非常困難，由於氣體粒子無法用肉眼觀察到，
屬於較抽象的物質概念，以至於學生在學習氣體粒子概念時容易產生另有概念。
許多氣體粒子研究 (Novick & Nussbaum,1981；Millar, 1990；邱美虹，2010)顯示，
學習粒子概念對許多學生來說是非常困難的，因為粒子概念是抽象的，且隱藏於 科學現象後的機制是微觀的，無法以巨觀方式觀察。
Chiu (2007)在一項國家的研究中發現，學生對於氣體粒子的行為的想法是直 觀的。學生利用他們在真實宏觀世界的經驗，解釋粒子在次微觀世界的行為。例 如：較重的物體沉在容器的底部，而較輕的物體漂浮在容器的頂部。Chiu 也認 為，學生學習微觀的氣體粒子概念是非常困難的，因為粒子概念是抽象的，且隱 藏於科學現象的影響機制常常是微觀的，無法以巨觀方式觀察而理解，進而推論、
自我建構出科學概念。因此，有相當大比例的學生無法理解或應用正確的粒子模 型來解釋科學現象，而產生許多的另有概念。
第二章 文獻探討
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吳怡嫺（2007）針對 492 名小學六年級至大學化學系高年級學生的跨年齡研 究中發現：在氣體本質部分，小六學生約有一半的學生持有連續觀，且想法最為 多樣化；國三以後仍有約一半的學生認為「粒子間非真空」，是最為固著的另有 概念，且這個概念一直到大學化學系高年級仍約占三成，屬於最難改變的另有概 念。在理想氣體概念部分，多數的小六學生已經能在巨觀的概念選擇正確，包括
「氣體體積改變時，壓力的變化」、「氣體粒子數量改變時，氣體壓力的變化」
以及「溫度上升時壓力（與體積）會上升，反之則下降」，而其他微觀的概念包 括「密閉容器內氣體壓力的成因」、「粒子運動速率與溫度的關係」、「粒子本 身體積與溫度之關係」以及「同樣數量的不同種類氣體，壓力（或體積）的異同 的微觀機制」，其中「粒子本身體積會熱漲冷縮」是最為固著的另有概念。
李明鴻（2009）以兩階段評量研究調查台灣高中學生氣體概念的發展情況，
研究發現學生對於氣體巨觀方面的學習表現優於氣體微觀方面的學習表現。蘇宥 誠（2010）對 133 名高中學生所做的研究也發現，將另有概念辨識為贊同的學生 比反對的更多，且贊同另有概念的學生有較高的比例會拿課本中的實驗或例子來 支持這些氣體另有概念。在贊同另有概念的學生之中，許多學生常會以巨觀的層 次來詮釋實驗數據，並以巨觀的層次來解釋粒子微觀的行為。
吳怡嫺、邱美虹（2006）研究高中學生在氣體概念上的心智表徵與課本表徵 的關聯性，發現高中學生在課本圖表與公式有提及的部分，包括氣體粒子分布方 式等均表現良好，而課本未描述的部分學生較不易產生正確的推論。
Liang, Chou, and Chiu (2010)調查了台灣的中學學生及教師對於密閉容器中 氣體粒子的行為的想法。研究發現，當容器的方向改變時，學生傾向使用不同的 模型來回答問題，研究中也發現，教師無法正確預測學生在氣體粒子行為測驗中 的表現，因為他們低估了壓力在這個測驗中對學生的影響。
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鄭志鵬（1997）、Lin et al. (2000)、
史嘉章（2002）、吳怡嫺（2007）、
Chiu (2007) 2. 當容器中的氣體擴散均勻時，便不再
有擴散的現象發生
Novick & Nussbaum (1978、1981)、
洪振方（1987）
3. 較重的氣體粒子會分布在容器底部，
而較輕的氣體粒子分布在容器較上方 Chiu (2007)、Chiu and Chung (2013) 4. 當容器方向改變時，會影響受試者對
氣體粒子分布概念的想法
黃怡菱（2003）、Liang, Chou, & Chiu ( 2011)
第二章 文獻探討
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小結
由上述文獻探討可以發現，在不同學習階段的學生，對於氣體都存在許多另 有概念。整體而言，基本上學生持有氣體是由粒子組成的概念，但對於氣體粒子 之間的交互作用或是行為的機制比較不了解，有些學生不能了解氣體粒子的剛體 性質，認為氣體粒子加熱後體積會膨脹，或在密閉容器中氣體粒子的體積會因擠 壓而縮小；在氣體粒子的運動與分布方面，學生不了解粒子是持續不規則運動的，
常持有靜態觀點，認為當氣體粒子均勻分布後即停止運動，不再有擴散的現象的 想法，也有許多學生對於影響氣體粒子運動速率的因素是不清楚的；有些學生認 為空氣不具有重量，或認為較輕的氣體粒子分布在容器上方而較重的粒子分布在 容器下方；學生在巨觀層次的學習表現優於微觀層次，許多學生會以巨觀的層次 來解釋粒子微觀的行為。
綜合上面的研究結果顯示，學生因為氣體粒子無法以肉眼觀察，屬於微觀且 不易察覺的抽象物質概念，以致在學習氣體概念時容易產生另有概念，對於氣體 的特性及組成概念產生誤解。
造成學生另有概念的原因有很多，許多研究(Sutton & West, 1982 ; Fisher, 1985 ; Blosser, 1987; Schoon, 1995;黃萬居，1994；劉俊庚，2002；Lin and Chiu, 2010) 都指出學生另有概念的來源之一就是來自學校或教師的教學。故本研究選擇氣體 擴散為研究的主題，欲探討教師本身在氣體擴散的概念及教師對其學生在氣體擴 散概念上的了解。
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