「熱對物質的影響」單元探討

「熱」的相關概念不只在自然與生活科技單元中被教授，在一般日常 生活中隨時都接觸得到，但學生對於「熱對物質的影響」尚存有許多迷思概 念(邱怡倩，2006、蔡孟均，2007)，因此本研究想就由 PISA 科學素養融入 探究式教學法協助教師在教學過程中診斷學生在熱一單元中是否有些迷思概 念，進而協助學生提升其學習成效。

一、 熱的一般性質

在物理學上對「熱」的探討分為溫度測量、熱的移動、狀態的變化、

熱力學以及熱機。其意涵簡單敘述如下：

(一) 溫度測量：

物體會隨著溫度的改變而有所變化，一般而言，溫度上升物體會膨脹、

溫度下降物體會收縮。

(二) 熱的移動：

熱是一種能量的形式，熱的移動則是從溫度高的地方往溫度低的地方移 動，其移動方式有傳導、對流、輻射等 3 種。傳導意指熱由物質內的某一分 子傳至另一分子，而物質本身並未移動；對流是指熱藉由物質本身的移動，

傳至整體物質，最常見的是液體與氣體；輻射是指熱無須依賴中間任何物質 作為媒介，即可傳至他處。

(三) 狀態的變化：

即包括固體、液體、氣體，當壓力一定時，物質保持固體狀態，當溫度 上升，則轉變成液體，溫度若持續上升，終將轉變成氣體。反之，溫度下降 時，物質即從氣體轉變成液體，再轉成固體。

(四) 熱力學和熱機：

以熱是一種能量的概念，所形成的熱性質，其中蘊含四條定律，並廣泛 運用於各種科學與工程領域中。

關於熱的一般性概念中，本研究所要探討的範圍在於溫度的測量與熱的 移動，藉由探究式教學的模式探討學生對熱與物質是否存在些迷思概念。

二、 「熱對物質的影響」之課程分析

在九年一貫課程綱要(教育部，2010)國小自然與生活科技領域部分的學 習領域之教材內容要向中，「熱對物質的影響」隸屬於兩部分，一是自然界 的組成與特性→物質的組成與特性→物質的組成與功能；二是自然界的作用

→改變與平衡→溫度與熱量，其中所屬細項，說明如下。

(一) 物質各具特質

察覺物質各具性質(例如不同物質雖然大小相同，輕重卻不同；導熱性 不同； 有的易溶於水有的不易；有的硬脆有的可延展)。利用物質性質或外 表特徵來區分物質。觀察發現物質的形態會因溫度的不同而改變。

(二) 探測物質的性質

實驗發現物質性質各自不同(例如有的易導電有的不易；有的易導熱有 的不易；水溶液的酸鹼性)。實驗發現溫度高低不同，物質的形態、性質會 改變(如水的凝固或氣化，熱脹冷縮、溶解量、擴散快慢)。

(三) 探討物質性質的改變

探討影響物質形態或性質的因素(例如溫度、壓力等)。

(四) 熱源

知道「熱」的來源很多，太陽、燃燒、摩擦等，均可產生熱，並會使用 溫度計。

(五) 熱會傳播，溫度會變化

知道可用很多方法去比較冷熱的程度，及察覺熱會由高溫處傳到低溫處。

溫度與物質性質的改變。察覺溫度高低，造成水的三態變化。

(六) 熱傳播與溫度改變

知道熱可由傳導、對流、輻射等方式傳播，並利用此傳播性質於日常生 活中 (例如保溫、散熱等)。

(七) 熱的傳播

探討熱的傳播方式，如傳導、對流與輻射。

(八) 溫度與物質性質的改變

定性瞭解氣體體積、溫度與壓力的關係；知道加熱會改變物質形態，發

生脹縮、熔化、蒸發、擴散等現象。

上述細項概念也是國小高年級學生必須學習的科學知識，但有研究顯 示學生對於此單元的學習存有迷思概念(邱怡倩，2006)，也有許多研究指出 探究式教學能有效提升學生的學習成效(李美青，2012、朱志強，2014、陳 淑玲，2015)，加上國際評量對科學素養的日益重視(羅柏風，2015、留君毓，

2015)，因此藉由 PISA 科學素養融入探究式教學的教學研究，想了解對於學 生的科學學習是否有所提升。