之一(物質屬性)，而認為壓力會隨著分子性質(分子量/分子大小/活性)的不同而改
實驗組經由多重表徵的模型教學，藉著豐富化及概念修正的方式，改變原有的心 智模式，從表 4-3-2 可觀察出，混合模式大幅度減少(30.1→10.2％)，科學模式則明 顯增加(0.0→23.1％)，科學有瑕疵亦隨之增加(23.1→35.8％)，在後測時科學有瑕疵 已躍升為主模式，即使在延宕測驗中，科學及科學有瑕疵兩種類型仍繼續增加。顯示 在教學中，不斷的呈現與現象相同屬性的表徵(電腦動畫中呈現粒子的隨機運動、理想 氣體粒子模型的文字及視覺表徵、探究壓力成因及影響壓力因素的具體模型等)，並輔 以小組討論，藉著生生、師生之間的互動，探討氣體粒子微觀世界的粒子運動及粒子 之間的交互作用，的確有助於學生建立正確的心智模式，並進一步對巨觀的現象作出 正確的判斷與解釋。這部分的分析結果正可呼應 Buckleyc 和 Boulter(2000)的研究中 所認為：心智模式從多種來源合併知識，包括來自現象的直接經驗，透過錄影帶或模 擬的替代經驗，與教學活動中所應用的呈現模型與表徵之間的交互作用等，都有助於 模型的建立。
控制組經由傳統文本的教學後，學生心智模式也有變化，後測的科學模式僅增加 5
％，主模式仍維持混合模式(皆為 45.0％)，後測的心智變模式的轉變並不明顯，但在 延宕測驗中，科學有瑕疵、科學＋其他兩種模式有增加的趨勢，混合模式下降至 37.5
％。顯示傳統文本中，雖然以大量的文字說明理想氣體模型、以數學關係式說明壓力、
容器體積與絕對溫度等變數之間的正、反比的關係式及關係圖，由於缺乏與現象相同 屬性的動態－隨機的多重表徵，較難引發學生建立正確的心象，對於氣體粒子微觀世 界的科學概念的學習幫助有限，學生心智模式的改變並不多。
實驗組與控制組兩組學生對於氣體壓力心智模式的主要分布類型及演變的途徑比 較如表 4-3-3、圖 4-3-3、圖 4-3-4。從觀察圖 4-3-3，我們可以看出實驗組經教學後，
心智模式趨向科學＋其他/科學有瑕疵/科學模式，換言之，實驗組學生在教學後及延 宕測驗中不斷的提高他們心智模式的正確性。但是在此處我們可以提出一個疑問，實 驗組經過動態粒子具體模型的教學、也進行實驗與電腦模擬實驗的操作與師生言語的 討論，為何科學模式仍未超過 30％(控制組教學後僅 5.0％，延宕測驗時為零)？兩組 學生對於氣體壓力的影響因素的概念改變為何如此困難呢？
針對以上的問題，研究者重新思索多重表徵的模型教學的活動及教材中，究竟欠 缺哪些成分導致學生在氣體壓力概念改變不是非常成功呢？首先我們先回到密閉容器 壓力的成因是快速運動的氣體粒子不斷撞擊容器壁，而壓力＝正向力/受力面積，由於 氣體粒子重量過小，因此粒子的重量對容器壁造成的壓力是可以忽略不計的，在實驗 組的理想氣體模型投影片中有提及此概念，但解釋並未重覆出現，因此學生印象並不 深刻。動態粒子具體模型的教學僅能讓學生觀察到粒子數目、容器大小及溫度對氣壓 的影響，並未能針對粒子大小/重量不會影響氣壓作詳盡的說明，研究者也從學習單上 學生的討論中也發現到學生仍然認為粒子體積的大小或分子量會影響氣壓。因此在隨 後的實驗與電腦模擬實驗中也提及到粒子體積的大小或分子量是不會影響氣壓的。但 是真正要改變學生對氣體壓力的錯誤想法必須從氣體壓力的計算作深入的探討，要探 討氣體壓力的計算則必須由氣體動力論著手，即將壓力公式轉換成單位時間動量的變 化/受力面積，然而學生很難深入而確實的理解氣體動力論中數學的推導公式，就如同 某些學生在情意問卷中所表達的(如下框)：學生認為公式的推導太難了，或推導過程 過快而無法理解。
對於控制組而言，傳統文本僅針對波以耳、查理及亞佛加厥三大定律進行描述及 探討巨觀變因之間的數學公式及關係圖的描述，雖然學生能夠理解理想氣體方程式並 應用在一般簡單的計算上，但控制組學生對於微觀世界的粒子運動及交互作用無從觀 察與推論，因此對於氣體壓力的心智模式是非常不一致的，混合模式的學生在教學後 仍維持 45.0％，而且根據進一步的分析，混合模式的學生會因情境/變因的不同而同時 擁有 3-5 種不一致的想法，因此控制組在後測的一致性(CI 值)與前測比較並未達顯著 進步。
學生(男)：推導公式太難了，完全聽不懂!!
學生(女)：推導公式/關係圖我有一點不懂為何會如此做，而且不會把它貫 通到題目裡。
學生(男)：推導公式有點複雜，上得太快。
因此要使學生對於影響氣體壓力因素的概念能形成融貫而且正確的心智模式，除 了要加強數學混合模型的練習，讓學生能詳盡而確實理解氣體動力論中氣壓的推導公 式之外，研究者認為可以另行設計電腦動畫的視覺混合模型及角色扮演的動作混合模 型，讓學生充分了解：分子量大者運動速率較慢，分子小者運動速率快，但是相同溫 度時兩種不同大小的氣體粒子動能是相同的，碰撞容器壁造成的氣壓是相同的，藉著 使用多種不同的模型與表徵來幫助學生瞭解微觀的粒子行為，應該能夠有效增進學生 對於氣體壓力的概念改變。
表 4-3-3 實驗組與控制組氣體壓力的心智模式分布與演變途徑比較
實驗組 控制組
前測→後測→延宕(％) 前測→後測→延宕(％) 主要心智模式 混合(30.1)→科瑕(35.8)→科瑕(46.1) 混合(45.0)→混合(45.0)→混合(37.5)
科瑕→科學→科學 (10.2) 科其→科其→科瑕 (5.0) 科其→科瑕→科瑕 (10.2) 科瑕→科其→科其 (5.0) 科瑕→科其→科瑕 (5.1) 體積→混合→混合 (5.0) 混合→科其→科瑕 (5.1) 混合→混合→分子量 (7.5) 演變途徑類型
混合→科其→體積 (5.1) －
科學有瑕疵 (7.7) 科學+其他 (2.5) 未改變類型
體積(2.6) 混合 (12.5) PS: 5％以下的變動不顯示
正確性大
科學模式 (0.0/23.0/25.6)
科學有瑕疵 (28.2/35.8/46.1)
科學+其他 (17.9/17.9/7.7)
體積 (5.1/5.1/7.7)
混合 (30.1/10.2/5.1) 圖 4-3-3 實驗組氣體壓力心智模式的分布及演變途徑
(7.5/10.0/7.5)
體積
二、氣體擴散的心智模式類型、分布及演變途徑
學生對於氣體壓力的心智模式的類型主要分為六大類型（詳見表 4-3-4）：科學模 式、分子量模式、分子體積模式、引力模式、動能模式、活性模式，再細分為十一種 心智模式（sub-mental models）。
學生在診斷式試題回答四題相關氣體擴散微觀的解釋理由，藉以判斷學生的心智 模式，因此判斷出學生的心智模式除了原有的六大類型之外，還有科學有瑕疵、科學
＋其他、兩種心智模式並存的雙模式，以及不一致的混合模式。從前測的結果分析（表 4-3-5），實驗組學生以引力(25.6％)、動能(23.1％)兩種模式為主，而控制組則以活 性模式最多(27.5％)。不過在擴散心智模式的分布上，呈現出與其他子概念非常不同 的情形，兩組學生在教學前心智模式是散佈各種模式的，顯示學生們對於氣體擴散的 先備概念是非常多樣性的，雖然國中課程中有說明紅色染料在不同水溫的擴散情形，
同學也只能從巨觀現象瞭解到溫度越高紅色染料的擴散速率越快，對於微觀粒子的運 動及影響不同粒子的運動速率的因素無從探索與深入瞭解微觀世界中粒子擴散的情 形。即使國三學生學過動能公式(Ek＝1/2mv2)，學生仍然無法將動能公式與粒子的運動 速率相連結，也因此產生許多的迷思概念。兩組學生都有接近二成的學生認為擴散的 快慢與分子間引力大小有關，認為分子之間的引力越大則運動速率變慢，這種想法可