由於本研究是在探討物質的性質與變化，因此將相關的研究文獻整理如下 ： 一、化學變化
化學變化的基本定義為「產生新物質的一種現象改變過程 」，然而多數學生 對此基本定義並不清楚，而教師也未將此定義視為教學重點，加上日常生活語言 上的誤用及學生習慣以感官知覺來理解事物等因素，造成學生對於化學變化概念 的錯誤認知，及對於物理及化學變化的辨別能力缺乏，許多研究就曾對此方面作 探討：
Schollum(1981)指出，學生將沸騰、溶解過程視為化學反應 ；學生將有發生 嘶嘶聲、氣泡、氣體逸出、顏色改變等現象視為化學變化；而學生在學習過程外 會自己發展出另類的概念 ，其對科學的解釋是來自於 「直覺的觀察」，而不是由 學校學習中所得來的知識 。Hesse & Anderson(1992)曾研究國中學生描述化學變 化所使用的概念，其研究結果顯示，極少數的學生能將肉眼觀察的現象以原子 、 分子觀點的角度去作說明解釋 ，大多數學生僅能就其表面上的觀察作說明 。 Abraham, Grzybowski, Renner & Marek(1992) 分析七、八年級學生對於化學概念的 瞭解及錯誤概念之研究中指出，學生應該理解化學變化是一種物質發生轉變的過 程，並且有新的物質形成，而非僅是物質的形式發生變化，然而多學生卻認為當 沒有「化學物質」產生或參與反應時則不是化學變化 。
Andersson(1986)的研究中歸納出五種學生對化學變化的想法 ：
(一)就是那樣(It is just like that)：學生對於現象並不瞭解，也無法作解釋，並且對 於現象改變對感興趣，僅對表面現象的物質消失作描述 。
(二)移位(Displacement)：學生認為新物質的出現是因為它從別處來的 。從多數的 回答中得知學生認為產物原先存在反應物中 ，經由反應的分開而展現出來 。 而在化學教學過後，還是很少學生會運用原子、分子的概念去說明化學變化 的現象，學生反而將巨觀概念套用於微觀粒子上 ，例如學生認為燃燒產物的
粒子原先是存在於可燃物中 。
(三)修改(Modification)：學生認為產生的新物質事實上就是原來的物質 ，只是改 變成了另一種外觀形式而已 。在巨觀解釋方面，學生認為化學反應是原來的 物質改變為另一種物質產物的現象 ；在微觀解釋方面，學生認為在不同情況 下的粒子顆粒會改變成不同的外觀形態 ，此依舊是將巨觀的想法套用於微觀 粒子的錯誤概念。
(四)轉變(Transmutation)：許多研究討論學生運用各種 「轉變」的概念去說明化 學反應的現象。在巨觀解釋方面，多數學生解釋的理由為「原有的物質完全 轉變為另一種新的物質」、「原有的物質部分轉變成能量」、「原有的物質消失 不見了(或耗盡、破壞、不存在等)、「熱轉變成蒸氣」等；在微觀解釋方面，
學生認為「本來的原子完全轉變為新原子 」或「本來的原子消失不見了」。
(五)化學相互作用(Chemical interaction)：這是正確的化學變化進行過程，物質粒 子間進行相互作用，在原子重新排列的結果下產生新物質 ，然而很少學生能 運用此概念去解說化學變化現象 。
Stavridou & Solomonidou(1998)曾研究國中至高中學生對化學反應現象之概 念。研究結果指出，隨著學校的教學層次發展，學生漸漸具有科學領域概念，也 漸漸會運用科學範的方式對現象作分類，且使用的頻率次數也隨年級而增加。但 儘管概念的發展與改進，有些學生在修習完中學課程後，依然跟沒有學過科學課 程的學生一樣覺得反應過程中「物質消滅」的情形。而學生對化學廣應的概念理 解情況，從低年級學生不瞭解化學反應的概念，他們將現象的表現解釋為起始物 的改變，而忽略掉反應的最終態以及每個轉變的結果。漸漸具有概念性的重組 ， 而常識性的概念也明顯地減少，但多數學生誤認起初態具有兩個物質的現象就是 化學現象，而只具有一個起始物質的現象為物理現象；也有多數學生對新物質的 理解是根據常識，認為與起始物看起來不同就是新物質 (如：食鹽溶在湯中)，而 蛋煮熟還是蛋，所以是物理現象。上述的這些錯誤現象是導因於學生不會辨識新 物質或者對物質轉變時的守恆概念不清楚。在高年級的學生方面，對化學反應所
下的定義已具有微觀或原子的層次，但是大多數的學生無法將物質結構的改變與 新物質的生成相連結，這應該是對化學物質概念的欠缺所致 。
Ahtee & Varjola(1998) 以研究學生對物質成、特性、辨別別及反應的瞭解來 探究學生對化學反應的概念理解。其研究結果顯示，多數中學生對化學變化沒有 概念或僅會描述化學反應的文字定義 ，且大多數學生將一些物理現象 (溶解、相 態變化等)誤解為化學變化，並且缺乏對於物理變化及化學變化區別的概念 。對 於微觀的概念，僅有極少數學生能指出化學變化的原子重新排列與鍵結概念 ，而 能運粒子模型解釋化學變化的學生就更少了 。Ahtee 等人認為，光由觀察外表的 性質變化是很難去界定物理與化學變化，只有等到被引入物理變化與化學變化間 的原子概念差異，才能夠判別反應種類。然而，學生需要不同情況的實際經驗去 瞭解運原子理論去解釋的種種情況，所以教師不可以急於教導學生對於原子的描 述。
Solomonidou & Stavridou(2000) 以 POE(Predict-Observe-Explain)方式來探究 13~14 歲學生進行化學物質特性的概念。研究結果指出，大多數學生將物質的顆 粒大小、溶液中動作、顏色的改變視為特性的改變 ，而稱之為「變化」，只有少 數學生在物質產生改變時才使用「變化」這個動詞。部分學生認為在現象變化中，
物質特性發生改變，但物質依舊守恆不變，可見學生對產生新物質的想 法則已經 超過其思考範圍。而大部分學生認為利用物質特性的改變來考慮起始物質轉變為 另一種新物質是很困難的；此外，僅少數學生理解新物質的元素是原先存在在起 物質內部中。此研究指出，化學教學應該從化學物質的的認知開始，而化學教育 需幫助學生從未知物的觀點去考慮物質的每一個物理、化學性質，而概念形成的 第一步驟應去了解物質間相互作用反應 。
Johnson(2000)曾藉由研究國中學生對熔化及沸騰的科學想法來探討學生對 物質特性的概念發展，結果顯示學生不會自然地體會出物質概念在科學上的意 義。研究中也指出，學生在未被教學前，幾乎完全沒有所謂化學變化的科學概念；
學生無法想像某種物質會經由化學變化而生成另一種新物質，大部分學生認為新
物質是混合在原物質中，只是經由變化將其分離出來 。Johnson 進行一連串的教 學過程，內容從介紹物質性質開始，接著引導學生藉由物質特性來辨別純物質與 混合物及區別物質間的差異，最後教導學生從「新物質的產生與否」之觀點來區 別化學變化的發生與否。在研究後期的結果顯示，學生經由教學設計的指導後 ， 已經能正確辨認出簡單的化學變化現象 。
二、物質轉變與粒子守恆
化學變化的過程就是物質進行轉變現象。從巨觀方面來看，反應物進行作用 而消失，產生也在同時產生出來；從微觀方來看，反應物的組成原子間鍵結被破 壞而打散，在原子重新排列、鍵結後而生新的物質(即產物)：這過程中涉及到物 質作用過程中的消長，也關連到粒子概念中，原子轉移及重新排列的守恆概念 。 但是學生卻難以理解此抽象推理的過程 ，相關研究也曾對此作探討 ：
Yarroch(1985)以面談方式對高中學生進行化學反應式的平衡工作，但卻缺乏 對定比定律及物質轉變時守恆概念的認知。Andersson(1990)指出學生認為變化中 有新的物質出現或者舊的物質消失 ，而產生與消失是個別的現象，並沒有相關 連，也就是說，物質會單獨與其他物質作用，但並不是形成產物。而很少學生會 去運用反應物間相互作用的概念來解釋反應現象 。Andersson 建議對於化學反應 式，使用圖形教學會比以文字教學來的有效、正確，因為以文字教學容易造成學 生誤認反應是一種加法的過程 ，而粒子圖示教學可以教導學生粒子轉移而非消 失，生成的概念。Hesse & Andersson(1992)在其研究中也建議，學生應被教導以 原子及分子理論來對現象變化做解釋，並且強調物理、化學或核變化的不同可以 物質或粒子的破壞來解釋 ，而反應前後是有守恆性的。
Abraham 等人(1992)分析七、八年級學生對於化學概念的瞭解及錯誤概念的 研究中指出，學生應該理解化學變化是一種物質發生轉變的過程；在「原子守恆」
的概念中，學生應該理解平衡反應時要注意反應前後的原子種及個數是相同的 ， 但是研究結果卻只有極少數學生能真正清楚地說明此概念，而大多數的學生是不
清楚原子守恆的道理及反應式中要表達的意義 。
Abraham, Williamson & Westbrook(1994) 曾研究國中、高中、大學 學生對於 化學變化及其過程之相關概念，研究結果中顯示，學生對於原子、分子的概念十 分缺乏，雖然對於原子或分子名詞之使用頻率隨年級而增加，但對於此粒子概念 在化學變化中的過程認知卻是不甚清楚。學生對於巨觀化學現象多從現象表面之 觀察來作解釋，未能從產生的來源角度思考；而學生雖然能完成化學平衡式的工 作，但由於推理能力的不足而導致缺乏對反應過程中原子轉移及守恆的概念 。 Haidar(1997)曾探討職前教師對於物質守恆概念及莫耳 、原子守恆、質量守
Abraham, Williamson & Westbrook(1994) 曾研究國中、高中、大學 學生對於 化學變化及其過程之相關概念，研究結果中顯示，學生對於原子、分子的概念十 分缺乏，雖然對於原子或分子名詞之使用頻率隨年級而增加，但對於此粒子概念 在化學變化中的過程認知卻是不甚清楚。學生對於巨觀化學現象多從現象表面之 觀察來作解釋，未能從產生的來源角度思考；而學生雖然能完成化學平衡式的工 作，但由於推理能力的不足而導致缺乏對反應過程中原子轉移及守恆的概念 。 Haidar(1997)曾探討職前教師對於物質守恆概念及莫耳 、原子守恆、質量守