熱與我們人類的生活息息相關，最早的人類會用打火石敲擊產生火花、燒烤 食物或陶器….等，2500 年前，中國認為物質由金、木、水、火、土組成；古希 臘則認為自然萬物由水、火、土、氣組成。自然科學溯源於古希臘，十五世紀興 起於歐洲，十六、十七世紀，英國人培根大力提倡「科學方法」，即通過實驗、
列表、比較、排除、歸納而逐步上升到公理，奠定了西方科學嚴謹的研究方法和 傳統(賴紹榮、周更生，2004)。所以，一直等到了十七世紀末，才有關於”熱”的 科學研究與探討，對於「熱」的本質展開了研究和爭論。
首先德國斯塔爾教授提出熱是一種燃素(phlogiston)，後來荷蘭波哈維教授甚 至說熱是一種物質，熱是存在於容易燃燒的物體中的一種物質，可藉由燃燒釋放 出來(Gino,2002 田靜如譯)。另外一派是虎克、牛頓….等人都認為熱是粒子的運 動，但是這些成分究竟是什麼，還是一個謎。
一八 00 年，拉瓦錫用實驗推翻燃素說，證明熱是一種物質，他認為熱是一 種流體，這種流體無色、無味、無重量，且能由一個物質移動到另一個物質，他 把這種物質稱為「卡路里」（calorie），在拉瓦錫的《化學基礎》一書中，還把熱
列在基本物質之中。
真正對熱量測量工作有巨大貢獻的是英國學教授布雷克，他不僅成功地釐清 了溫度和熱量這兩個概念，同時提出相變潛熱的概念，並暗示出不同物質具有不 同的容量，而他的學生爾灣更是正式地提出熱容量的概念(賴紹榮、周更生，2004，
p.10)。
倫福伯爵在慕尼黑兵工廠監督監製加農炮，在大炮鑽孔時，發現大砲溫度會 不斷上升，倫福擔心炮筒的卡路里會不斷的散失到空氣中，若炮筒散失卡路里，” 熱”會一直減少，等炮筒冷卻，這些散失卡路里的炮筒，就會變成是一推廢鐵。
但是，後來炮筒仍然是原來的炮筒，並沒有改變，倫福因而斷言，熱是因摩擦而 產生，由鑽動的機械和炮筒摩擦產生，熱不是物質而是來自運動(賴紹榮、周更 生，2004，p.10)。一七九九年英國化學家戴維在真空容器中進行摩擦的實驗，發 現即使兩塊冰相互摩擦，也會使冰熔化成水，所以他認為因為摩擦進而引起物體 微粒的振動，而這種微粒的振動就熱。
最後，英國物理學家焦耳利用實驗，他在一個絕熱的水槽中裝水，中間裝有 旋轉的葉片，然後讓一鋼錘落下，帶動葉片旋轉，由於旋轉的葉片和水摩擦生熱，
讓水和絕熱水槽溫度都上升，利用機械能和熱能的轉換，成功的找出『熱功當量』
和功能互換原理，奠定了「能量守恆定律」，為熱力學的發展確立基礎。
熱是一種傳送中的能量，物體的原子或分子透過隨機運動，把能量由較熱的 物體傳往較冷的物體。能量也有各種不同的形式，它們可以通過一定的方式互相 轉換，例如：火力發電廠將熱能轉換成電能、汽車行進是將熱能轉換成動能。
熱與溫度是不同的，熱是能量的一種，是因兩點之間的溫度差而造成能量的 傳遞，使兩點之間的溫度達到相同；溫度是物質內組成粒子的平均動能之表現。
而熱的傳播方式有三種，分別為：
1. 熱傳導：是藉由分子或原子的震動，將能量傳導出去，巨觀而言，物體本身 是靜止不動的；但以微觀而言，物體的溫度和組成分子的平均動能
成正比，溫度越高，分子速度越大。以傳導的效能來說固體、液體、
氣體都可傳導熱，但效率以固體最好。
2. 熱對流：是由於流體受熱體積膨脹、密度發生改變，而產生流體流動的情形，
熱對流現象又可分為二種，自然對流：流體的運動是純靠流體內部 密度的不同而產生對流現象；強制對流：經由外力的驅動引起流體 的流動，熱也藉由流體的對流，讓熱由高溫傳向低溫。
3. 熱輻射：是任何物體在超過-273度C(絕對零度)以上時都會放出熱輻射；輻射 在真空中以光速前進，輻射熱能係以電磁波方式放出，所以兩物體 之間無需接觸，兩者間也無需有介質。
Jones, Carter 和 Rua(2000)以 61 位 15 年級的學生為研究對象，利用紙筆測驗、
繪製概念圖、卡片分類任務和訪談，探討學生熱和熱傳播的研究，從研究中可以 發現學生對熱的概念：
1. 熱是由物體產生的，例如：火爐、火、微波、電流….等。
2. 熱會產生物質，這些物質包括了：煙、蒸氣、太陽能、融化的金屬、灰燼….
等。
3. 有些事件是和熱有關連的，例如：夏天、爆破、口渴、煮飯….等等。
4. 有些物體是和熱有關聯的，例如：熔岩、電燈泡、扇子、蒸氣….等等。
5. 經驗的影響或是擬人化的影響，例如：學生會讓熱扮演一個主動、積極的角 色，因為有熱，才會有其他的物質、事件發生。
而學生在熱對流方面的想法又可以分成：
1. 有熱傳送的流，這個流會往下流動，然後會對流。
2. 熱會在水中利用流動的方式傳送熱。
3. 熱對流就是熱的蒸發，學生對於熱對流會有傳送流和物質狀態兩個並行的概 念。
Chiou & Anderson (2009)以 30 位大學物理系的學生為研究對象，利用半結構 式的訪談，誘使學生將其內在的表徵做具體化的呈現，研究者將內在的心智模型
(mental models)是其陳述的模型(expressed models)的來源，藉著陳述模型來建構 學生的心智模型，以探討學生對於熱傳導概念的想法。在此研究中，找出參與者 對於熱傳導過程的概念，共可分為五類：
1. 行進(marching)；熱傳導的過程是一步一步行進，熱進入物體之後，會一個個 前進，有規則的到達另一頭。
2. 氾濫(Flooding)：熱傳導的過程是逐步升起氾濫，熱進入物體之後，會突然但 平均的分散在物體中。
3. 傾斜(Gradient)：熱傳導的過程是傾斜的樣式，熱進入物體之後，熱會散亂的 往前急衝，傳送的熱會沿著物體而下降。
4. 傾斜--行進(Gradient–marching)：熱傳導的過程在不同的階段會有不同的方式，
一開始，熱會以傾斜方式傳送，接下來會以行進方式傳送熱。
5. 傾斜—氾濫(Gradient–flooding)：熱傳導的過程在不同的階段會有不同的方式，
一開始，熱會以傾斜方式傳送，接下來會以氾濫方式傳送熱。
另外，在此研究中，研究發現參與者對於熱的本體信念，共有三種：
1. 物質(Substance)：熱是存在的實體。
2. 能量(Energy)：熱是沒有質量的流體。
3. 交互作用(Interaction)：從分子碰種造成熱的現象。
Chiou & Anderson 將熱的本體分類和熱傳導的過程結合，以此來探討學生的心智 模式，結果發現有高達 46.7%的學生擁有『能量--傾斜』的錯誤模式，只有 16.7%
的學生擁有正確的『交互作用--傾斜』科學模式。
從 1970 年代開始，就開始有一些學者開始研究學生對於”熱”這個概念的理 解( Clough & Driver, 1985; Erickson, 1979, 1980; Erickson & Tiberghien, 1985;
Lewis & Linn, 1994; Reiner, Slotta, Chi, & Resnick, 2000; Wiser & Amin, 2001)，
Chiou & Anderson (2009)整理相關文獻後，對於熱有 4 種不同的觀點和架構：
1. 熱被視為物體本身的性質。
2. 熱被視為是固體的物質，熱素(hotness)是一種粒子，會從熱的物體移動到冷的
物體；相反的，冷素(coldness)會從冷的物質移動到熱的物質。
Vosniadou 以示意圖的方式呈現出孩童對於熱的最初模型，熱(hotness)和冷 (coldness)是物質的特性，最初的預設會影響孩童解釋他們觀察到關於熱的現 象。
圖 2-4-1 熱的最初心智模型示意圖(Vosniadou, 1994)
Vosniadou 研究國小學童對於熱的心智模式，她發現有些學童會從他最初的 認識論
模型發展到與科學模型一致，這樣的過程是逐漸修正他原先架構理論的預設和信 念。教學前的起始模式是存在「冷」、「熱」兩個作用物，且須經由直接接觸傳播 至另一個物體；不過，經教學後，會產生以下四種綜合模式：
1. 兩個作用物模式，熱度／冷度不須直接接觸也能傳播 2. 兩個作用物模式，熱度／冷度有數量和強度上的差異 3. 熱傳播概念
4. 熱傳播概念，但有數量和強度上的差異
這四種心智模式，從「冷」、「熱」兩個作用物轉變為「熱」一個作用物，並 且開始考慮冷和熱存在數量和強度上所造成的影響。
甲.起始模式
1.兩個作用物，熱度／冷度須直接接觸傳播
熱 較不熱
冷 較不冷 乙.綜合模式
1.兩個作用物模式，熱度／冷度不須直接接觸傳播
熱 較不熱 冷 較不冷 2. 兩個作用物模式，熱度／冷度有數量和強度上的差異
熱 較不熱 冷 較不冷 3. 熱傳播概念
熱 較不熱
4. 熱傳播概念，但有數量和強度上的差異
熱 較不熱
圖 2-4-2 孩童對熱的心智模式 Vosniadou (1994)
Reiner、Slotta、Chi 與 Resnick(2000)整理、分析文獻，找出有關熱的另有概 念，並且分成四大類：
1. 熱和冷是物體天生固有的性質：
Guesne(1980)研究發現九歲的學童認為熱和冷是熱物質和冷物質所造成的。
Erickson (1980)、Tiberghien (1979)和 Engel (1982)研究了較大的學童(約 12~16 歲)，
有些學童認為熱是獨立存在於物體內，他認為熱是一種卡路里(caloric)，所以熱 有兩種不同的具體化機制，一種是熱是物體與生俱來的；一種是熱是物質的材 料。
2. 冷是一種不同的物質而不是比較少熱
Engel、Clough、Driver (1986)、Erickson (1979)和 Tiberghien (1979)的研究中 都發現學童把”冷”視為是一種物質，把熱和冷都視為是一種不同的物質。
3. 熱和冷會流動，且會有明確的物體位置。
熱和冷是一種物質且它們存在於不同的位置。Reiner (1982)提出學童認為熱 需要一段時間才能到達另一端，且必須接觸物體，不能傳太遠。Erickson (1979) 的研究發現，提出學童對於熱的素樸想法有：
(1)比較大的棒子傳熱比較快，因為他有比較大的空間可以傳熱。
(2)蠟融化比較快是因為它是軟的物質而且它比較容易讓熱穿越。
(3)金屬比起木頭或糖更容易熱，是因為金屬較不容易讓空氣進入讓金屬冷卻。
4. 熱和冷可以累積也可以被控制
Tiberghien (1979)的研界中把鐵湯匙和塑膠湯匙擺在同一熱水中，許多參與 者都認為鐵湯匙比起塑膠湯匙，它可以累積比較多的熱。Stavy 和 Strauss (1983) 把 2 杯 10 度 C 的水倒在一起，許多研究者會說倒在一起的水溫度會變成 20 度 C。
Wiser(1988)研究發現學生認為熱由熱源發散出來，溫度高發散的熱較強，溫
Wiser(1988)研究發現學生認為熱由熱源發散出來，溫度高發散的熱較強，溫