本研究以問卷調查方式探討跨年級學生之物質三態變化相關概念，研究對象 分佈由國民小學四年級至高中十二年級，共 9 年級，人數為 832 人。以下將依次 說明問卷調查之發現與結果，共分為五小節，分別為一、「粒子本質暨物質三態 變化問卷」研究對象答題分析；二、物質觀點問卷逐題分析；三、粒子本質問卷 逐題分析；四、物質三態變化問卷逐題分析。茲將結果分述如下：
一、「粒子本質暨物質三態變化問卷」研究對象答題分析
本研究概念調查總人數合計 832 人，人數分佈四年級 86 人、五年級 84 人、
六年級 95 人、七年級 109 人、八年級 80 人、九年級 92 人、十年級 97 人、十一 年級 96 人、十二年級 93 人，詳細人數分析請參考表 4-1-1 物質三態變化研究對 象分佈表。
表 4-1-1 跨年級概念調查之研究對象人數及百分比 年級
卷別 四 五 六 七 八 九 十 十一 十二 卷別 總和 甲式 (人) 52 40 33 25 5 12 3 4 8 182
(%) 60 48 35 23 6 13 3 4 9 22 乙式 (人) 33 44 62 84 80 80 94 92 85 650
(%) 40 52 65 77 94 87 97 96 91 78 年級分佈 86 84 95 109 80 92 97 96 93 832
概念調查範圍內填寫甲式問卷的研究對象屬於物質連續觀，研究對象必需認 為固態、液態、氣態三種不同狀態下的物質都不是由粒子組成，由表 4-1-1 可知 填寫甲式問卷的研究對象由四年級到八年級比例逐年漸少，九年級到十二年級比 例則呈現上下起伏的狀況，但大致上物質連續觀已降到二成以下；而乙式問卷由 四年級到八年級比例逐年增加，在九年級到十二年級比例則亦出現上下起伏的狀 況，詳細資料可參考表 4-1-2 及圖 4-1-1。
表 4-1-2 四到十二年級甲式問卷及乙式問卷人數及百分比
卷別 年級 四 五 六 七 八 九 十 十一 十二 甲式 人數 52 40 33 25 5 12 3 4 8
比例(%) 60 48 35 23 6 13 3 4 9 乙式 人數 34 44 62 84 75 80 94 92 85
比例(%) 40 52 65 77 94 87 97 96 91 總人數 86 84 95 109 80 92 97 96 93
圖 4-1-1 四到十二年級甲式問卷及乙式問卷分佈比例圖
由表 4-1-2 及圖 4-1-1 可看出甲乙式問卷回答比例在四年級時回答甲式問卷 的人數多於乙式問卷，但在五年級時已有過半數學生回答乙式問卷，且逐年增加 至八年級，在九年級後比例都維持在八成以上。本研究施測最小的年級位於五年 級的交叉點之前，可代表施測範圍內的研究對象已測得由連續觀轉變為粒子觀的 年級段。回答乙式問卷的研究對象認為物質(或在某一種物質狀態下)是由相同的 粒子所構成，代表學生具有部份粒子觀的想法，綜觀整個發展的趨勢可看出粒子 觀在由四年級到八年級之間便穩定地發展，進而成為學生主要的物質組成概念。
二、物質觀點問卷逐題分析
本研究跨年級測驗先以物質觀點問卷將學生分類為不具粒子觀(甲式問卷) 及具粒子觀(乙式問卷)，四組圖片題分別代表「無雜質的冰」、「無雜質的純水」、
「開水水壺(白煙處)」及「開水水壺(無白煙處)」，各題均包含五種相同待答選項，
分別為「沒有物質」、「連續構造」、「微小冰塊(或水滴、水珠)」、「相同的微小粒 子」及「其他想法」。研究對象只要在四組題目之一選答到相同的微小粒子，將 被歸類為具粒子觀(或混合觀)，下一步會作答乙式問卷；反之，如果四題皆未選 答相同的微小粒子則會被歸類到連續觀，此類研究對象將回答甲式問卷。以下將 四組圖片題的研究發現逐一進行說明，分述如下：
(一)物質觀點問卷-無雜質的冰
由表 4-1-3 及圖 4-1-2 可發現選擇「微小的相同粒子」的研究對象出現逐年 上升的趨勢。選擇「沒有物質」的研究對象在五、六、七年級中的比例約落在 15%，但在更高的年級中比例則降到 5%以下。選擇「連續物質」的研究對象在 四年級及六年級最多，分別為 58.14%及 37.89%，下降到八年級後維持相似的比 例，皆有約 20%的學生認為冰是連續的物質。選擇「微小冰塊」的研究對象在五 年級人數最多，分佈比例在八年級後便逐漸下降。
表 4-1-3 四到十二年級「無雜質的冰」答題分佈及百分比
選答 年級 四 五 六 七 八 九 十 十一 十二 1 人數 6 12 15 17 5 4 1 2 2
比例(%) 7 14 16 16 6 4 1 2 2 2 人數 50 20 36 31 14 21 15 22 21
比例(%) 58 24 38 28 18 23 15 23 23 3 人數 15 31 19 21 16 15 3 6 7
比例(%) 17 37 20 19 20 16 3 6 8 4 人數 15 20 25 37 45 49 74 62 61
比例(%) 17 24 26 34 56 53 76 65 66 5 人數 0 1 0 3 0 3 4 4 2
比例(%) 0 1 0 3 0 3 4 4 2 總和 86 84 95 109 80 92 97 96 93 註解：右側代號分別代表 1 沒有物質、2 連續構造、3 微小冰塊、4 相同的微小 粒子及 5 其他想法。
圖 4-1-2 四到十二年級「無雜質的冰」答題分佈百分比圖
註解：右側代號分別代表 1 沒有物質、2 連續構造、3 微小冰塊、4 相同的微小 粒子及 5 其他想法。
(二)物質觀點問卷-無雜質的純水
由表 4-1-4 及圖 4-1-3 各年級物質觀點(無雜質的純水)答題分佈圖可看出選 擇「微小的相同粒子」的研究對象為逐年上升至十年級，但十一年級及十二年級 反而減少。選擇「沒有物質」的研究對象在四年級時比例最高(33.72%)，逐年減
少至九年級後均不到 10%。選擇「連續物質」的研究對象在四年級比例最高 (31.37%)，除五年級下降幅度較大外，各年級後逐漸降至十年級，但在十年級後 又出現比例上升的狀況，至十二年級約 19.35%。選擇「微小水滴」的研究對象 四年級至八年級的人數比例皆大於九年級到十二年級。
表 4-1-4 四到十二年級「無雜質的純水」答題分佈及百分比
選答 年級 四 五 六 七 八 九 十 十一 十二 1 人數 29 27 26 27 14 8 2 4 8
比例(%) 34 32 27 25 18 9 2 4 9 2 人數 27 12 19 18 11 9 5 8 18 比例(%) 31 14 20 17 14 10 5 8 19 3 人數 16 18 14 24 15 12 7 9 9
比例(%) 19 21 15 22 19 13 7 9 10 4 人數 14 27 35 39 39 63 82 71 58
比例(%) 16 32 37 36 49 68 85 74 62 5 人數 0 0 1 1 1 0 1 4 0
比例(%) 0 0 1 1 1 0 1 4 0 總和 86 84 95 109 80 92 97 96 93
圖 4-1-3 四到十二年級「無雜質的純水」答題分佈百分比圖
(三)物質觀點問卷-水蒸氣(白煙處)
由表 4-1-5 及圖 4-1-4 各年級物質觀點(水蒸氣-白煙處)答題分佈圖可看出選
擇「微小的相同粒子」的研究對象為逐年上升至十年級達到最高(50.55%)，但十 一年級及十二年級反而減少。選擇「沒有物質」的研究對象在各年級皆未超過 5%。選擇「連續物質」的研究對象在四年級比例最高(60.00%)，逐年降至十年級 最低(7.22%)，但在十一年級後出現比例上升的狀況，至十二年級約 19.35%。選 擇「微小水滴」的研究對象比例上呈現上下起伏的狀況(35.29%至 53.57%範圍內)，
在各年級都出現相當的比例。
表 4-1-5 四到十二年級「水蒸氣-白煙處」答題分佈及百分比
選答 年級 四 五 六 七 八 九 十 十一 十二 1 人數 2 0 1 5 1 1 0 2 3
比例(%) 2 0 1 5 1 1 0 2 3 2 人數 52 35 35 39 21 21 7 9 16 比例(%) 60 42 37 36 26 23 7 9 17 3 人數 30 45 48 42 38 47 39 38 39
比例(%) 35 54 51 39 48 51 40 40 42 4 人數 2 4 11 22 20 23 50 44 34
比例(%) 2 5 12 20 25 25 52 46 37 5 人數 0 0 0 1 0 0 1 3 1
比例(%) 0 0 0 1 0 0 1 3 1 總和 86 84 95 109 80 92 97 96 93
圖 4-1-4 各年級物質觀點(水蒸氣-白煙處)答題分佈圖
(四)物質觀點問卷-水蒸氣(非白煙處)
由表 4-1-6 及圖 4-1-5 各年級物質觀點(水蒸氣-非白煙處)答題分佈圖可看出 選擇「微小的相同粒子」的研究對象為逐年上升至十一年級達到最高(58.33%)，
但十二年級反而減少。選擇「沒有物質」的研究對象四年級最高(41.86%)，除五 年級下降幅度大，六年級後呈現逐年下降的情況。選擇「連續物質」的研究對象 在各年級均佔有一定的比例(10.31%至 19.05%範圍內)。選擇「微小水滴」的研究 對象呈現上下起伏的狀況，但整體來看比例逐漸減少。值得注意的是十二年級有 許多研究對象選擇其他，主要的理由為含有其他的氣體粒子。綜合上述，在水蒸 氣題，相較於凝固現象更高比例的學生認為蒸發後的水蒸氣非粒子組成。
表 4-1-6 四到十二年級「水蒸氣-非白煙處」答題分佈及百分比
選答 年級 四 五 六 七 八 九 十 十一 十二 1 人數 36 17 29 28 22 26 17 16 13
比例(%) 42 20 31 26 28 28 18 17 14 2 人數 12 16 16 15 11 10 10 9 11
比例(%) 14 19 17 14 14 11 10 9 12 3 人數 21 25 20 31 13 20 12 6 13
比例(%) 24 30 21 28 16 22 12 6 14 4 人數 17 26 28 35 33 36 54 56 46
比例(%) 20 31 29 32 41 39 56 58 49 5 人數 0 0 2 0 1 0 4 9 10
比例(%) 0 0 2 0 1 0 4 9 11 總和 86 84 95 109 80 92 97 96 93
圖 4-1-5 各年級物質觀點(水蒸氣-無白煙處)答題分佈圖
小結：綜合上述結果可發現四年級學生半數以上不具有粒子觀，甚至高達四 成以上認為純水中沒有物質，三成以上認為空氣中無白煙的位置沒有物質存在，
而物質連續存在的想法比例均十分地高，特別是冰和水蒸氣兩種不同狀態的物質。
在水蒸氣白煙處的題目中，各年級認為是微小的水珠比例呈現上下起伏的狀況 (均接近四成)，研究者認為可能的原因是較低年級的研究對象不具有粒子觀，認 為白煙是由更小的蒸氣所組成，而高年級的研究對象有相當的比例知道白煙是由 水蒸氣凝結的小水珠，因此選擇微小的水珠並不代表學生不具有粒子觀。整體來 看，研究對象回答微小粒子比例均呈現逐年上升的情況，大部份十年級到十二年 級的研究對象都已具有物質由粒子構成的概念。
二、粒子本質問卷逐題分析
粒子本質問卷讓學生以五分等第選擇冰、水、水蒸氣性質或其粒子性質的傾 向。研究者以兩個部份呈現研究結果，分別為(一)冰、水、水蒸氣的巨觀性質及 (二)冰、水、水蒸氣的粒子性質。將結果分述如下：
(一)冰、水、水蒸氣的巨觀性質
本研究所有概念調查的研究對象均回答五題關於冰、水、水蒸氣的性質，所 針對的概念分別為重量、可見度、流動性、溫度、及疏密度。本研究將綜合分析
在冰、水及水蒸氣三種不同物質狀態下，研究對象可能出現的概念差異，將各年 級五分等第的答題結果平均後進行跨年級的比較，以依序呈現研究結果：
1. 冰、水及水蒸氣的重量相同
研究對象在此需回答皆為 20 公克的冰、水及水蒸氣何者重量較重。參考表 4-1-7 及圖 4-1-6 跨年級冰、水及水蒸氣的重量之答題分佈圖，研究者發現出各 年級對物質重量的概念容易認為三態物質的重量不同，且重量大小依序為冰最重、
水次之、而水蒸氣最輕，特別是水蒸氣重量變輕的比例即使在十二年級平均都還 是落在 1.92，相較於冰和水落於 3.42 及 3.29 上，大部份的研究對象還是會認為 水蒸氣的重量較輕。在冰及水的重量差異在低年級時差距較大，在高年級時差距 有逐漸變小的傾向。
表 4-1-7 四到十二年級冰、水及水蒸氣的重量大小之答題結果 年級
狀態 四 五 六 七 八 九 十 十一 十二 冰 3.67 4.00 3.84 3.83 3.55 3.39 3.53 3.51 3.42 水 2.94 2.80 3.01 3.06 3.17 3.33 3.22 3.22 3.29 水蒸氣 1.23 1.35 1.60 1.50 1.46 1.73 1.75 1.91 1.92
圖 4-1-6 四到十二年級冰、水及水蒸氣的重量之答題分佈圖
研究者進一步將選擇中間值 3 的研究對象於表 4-1-8 及圖 4-1-7 進行討論，
由圖表可看出各年級的選擇中間的比例隨年級逐漸增加。但值得注意的在水蒸氣 部份選擇 3 的比例低，主要的原因為選擇重量輕的人數在各年級都有很高的比例 (例如：四年級為 86%；五年級為 85%；六年級為 73%；七年級為 73%；八年級 為 73%；九年級為 68%；十年級為 58%；十一年級為 51%；十二年級為 52%)，
值得深入進行探討。
表 4-1-8 冰、水及水蒸氣的重量為中間值(3)的人數比例表
表 4-1-8 冰、水及水蒸氣的重量為中間值(3)的人數比例表