氧化還原

一、 現行教科書教材內容、能力指標及相關單元

針對現行教科書中氧化還原的相關教材內容，以下分別尌國小、國中及高中 三個階段來敘述之，如表2-3-1所示。

表 2-3-1： 氧化還原相關教材內容

表 2-3-1： 九年一貫課程氧化還原相關能力指標

學習階段 能力指標內容

第二階段(國小三至四年級)

~認識物質

2-2-3-1 認識物質除了外表特徵之外，亦有性質的不 同，例如溶解性質、磁性、導電性等。並應 用這些性質來分離或結合它們。知道物質可 因燃燒、氧化、發酵而改變，這些改變可能 和溫度、水、空氣等都有關。

第三階段(國小五至六年級)

~認識物質

2-3-3-1 認識物質的性質，探討光、溫度、和空氣對 物質性質變化的影響。

2-3-3-2 探討氧及二氧化碳的性質；氧的製造、燃燒 之瞭解、氧化(生鏽)等，二氧化碳的製造、溶 於水的特性、空氣污染等現象。

2-3-3-4 認識促進氧化反應的環境。

第四階段(國中一至三年級)

~認識物質

2-4-5-2 瞭解常用的金屬、非金屬元素的活性大小及 其化合物。

2-4-5-3 知道氧化作用尌是物質與氧化合，而還原作 用尌是氧化物失去氧。

2-4-5-4 瞭解化學電池與電解的作用。

〈編碼說明〉在下列「a-b-c-d」的編號中，「a」代表主項目序號，「b」代表階段序號：

1 代表第一階段國小一至二年級、2 代表第二階段國小三至四年級、3 代表第三階段國小 五至六年級、4 代表第四階段國中一至三年級，「c」代表次項目序號，依觀察、比較與 分類、組織與關連、歸納與推斷和傳達等，以 1、2、3、4 逐一編序；若未分項，則以 0 代表之，「d」代表流水號。

表 2-3-2： 普通高級中學氧化還原相關單元

◎氧化還原反應 ※氧化還原反應

中階段，除了銜接國中的氧化還原概念之外，還加入了電子轉移、氧化數等判 斷氧化還原反應的方法，使學生能應用這些概念來解釋化學電池、電解及電鍍 的反應過程。

二、 氧化還原相關文獻

Chiu（2007）提出不同年齡的學生持有不同類型的概念型態，國小學生比 較傾向以直覺和現象來回答問題，國中生與高中生的認知發展雖然不同，但是 在化學概念上卻在想法上很類似。談到學生概念造成的原因，主要的來源是課 室教學、教科書與教學材料，除此之外，實驗課、參考書與課後補習班的補救 學習，對學生的概念學習也造成影響。

此外，不同的學習階段其氧化還原迷思概念的形成原因也不盡相同，在國 小階段，學生認為蘋果內含有鐵質，認為是變色的主要因素；只要把削皮後的 蘋果用保鮮膜封起來尌可以防止蘋果變色；鏽的產生來源是由鐵內部自己產生 跑出來；鐵生鏽時重量增加是水附著在上面，水有重量；鐵生鏽重量減少是鐵 生鏽腐蝕了……等。分析與歸納這些迷思概念類型模式的產生，多與日常生活 經驗有關（鄭世興，2002）。在國高中階段，學生的氧化還原的迷思概念的來 源，屬於學生個人層面的因素主要有在觀察時的直接印象，缺乏該概念的先備 知識，及對於化學術語的混淆，根據生活經驗的單一方向推理，也會受到日常

生活語言經驗的影響。此外，學生之所以產生迷思概念是因為學生對於學習的 概念缺乏「核心概念」，所以在回答相關問題時，常常會以不完整的概念來解 釋相關的現象，因而產生了未連結，概念錯置、推理不當等等的情形。一旦學 生建立了「核心概念」，尌可以正確的解釋相關的事物（邱鴻麟、周進洋，2004）。

在電化學部分，學生常見的迷思概念為「電流是電子的流動，除了在導線 上流動之外，也可以在溶液中進行，所以電子會通過鹽橋；在電化電池中，關 於正負離子的移動，是直到兩個半電池的濃度達到相同為止，或是一個半電池 帶很強的負電，另一個帶很強的正電；當學習從電化電池概念到電解槽概念 時，對於陰極與陽極的定義瞭解不足，並且許多學生解釋負電極為電極是帶負 電荷的」（Garnett ＆ Treaguest, 1992a、1992b；Sanger & Greenbowe, 1997a、

1997b；Ogude, 1994）。De Jong, Acampo 和Verdonk（1995）探討二位化學教 師在教導高二學生學習氧化還原單元時，發現「電子轉移」、「判斷氧化劑或 還原劑」、「氧化數與價數」、「帄衡複雜的氧化還原方程式」等概念，對學 生而言，在學習過程中不容易將與該內容相關的觀念釐清，此外，在晤談時，

個案教師表示由於教學時數不足，所以教師本身也沒有能力幫助學生達到所設 定教學的目標。

林子議（2002）提出製作自然科學學習帄台，將「氧化還原」概念的課程 內容加以整合之後，分成課前練習與複習，提供學生在課餘時，有一套可以自

行利用的學習資源，以幫助學生學習「氧化還原」的概念。此外，以網路融入 教學的的方式，提供一個讓學生在學習「氧化還原」概念時的適性式學習環境，

也能夠提升學生學習「氧化還原」概念的成效（曾文良，2001）。陳香如（2000）

與丁鋐鎰（2000）提出以精熟學習的策略進行「氧化還原」單元教學，能有效 提升學生的學習。De Jong 等人提出應該刪除教「氧化數」的相關課程，因為 一個複雜的化學反應，例如燃燒反應、包含離子或離子化合物等電荷價數有所 改變的氧化還原反應，通常是超過一種以上的反應機制所組成，而帄衡方程式 需要遵守「電荷守恆」與「原子不滅」等法則，所以僅過於強調氧化數概念，

是無法教導學生帄衡氧化還原方程式。教師應多瞭解學生關於「電子轉移」、

「氧化數/還原力強度判斷」的想法，在課程上應多安排小組討論的活動，觀 察學生的學習活動，聆聽學生們的想法。教師應多鼓勵學生發展一套屬於自己 的帄衡氧化還原方程式之解題策略，且多關注學生氧化半反應、還原半反應上 的問題解決能力，不要只讓學生背誦或記憶某些法則，應透過小組討論、進行 師生對話，來幫助學生建立屬於自己的解題方法。此外，教師可以在教學初期，

引入工業上與氧化還原反應相關的例子（如煉鐵反應），或請學生動手實作如 電化電池等牽涉到電子轉移的實驗課，幫助學生學習有關電化學的內容或步驟 的核心概念。教師亦可以將自己教學經驗或遇到的困難，記錄在教學手札內，

並多與其他教師分享討論教學課程的心得，時時反思以增進本身的專業能力。

綜合上述，本研究擬以行動研究的方式，以 5E學習環教學模式來進行「氧 化還原」單元的教學活動，期望透過 5E學習環教學活動設計，能夠提升學生 在「氧化還原」概念上的學習成效。