研究內容

在元素的性質與分子的結構教材設計之前，為設定精熟學習之學習目標，本研究 依據教育部於民國九十四年一月修正頒佈的普通高級中學選修化學課程暫行綱要所編 定選修化學上冊第一章『元素的性質與分子的結構』、化學上冊第四章『原子結構與週 期表』與第五章『物質的形成』等節為主要內容，同時兼以本班所採用的康熙版選修 化學教科書，並依據教育部最新公布的高級中學課程標準，作為元素的性質與分子的 結構概念之分析；同時考慮研究對象在學習元素的性質與分子的結構概念之前，已具 有原子結構與週期表及化學鍵相關概念；並參考元素的性質與分子的結構概念相關研 究之結果與建議，建立元素的性質與分子的結構完整的概念。概念內容確定後，引用 CLD 理論將元素的性質與分子的結構概念學習分成四個階層，由低階層到高階層依序 為具體階層、辨認階層、類推階層和活用階層。依照CLD 理論元素的性質與分子的結 構分析結果，作為精熟學習目標之依據，並據以進行元素的性質與分子結構內容之編 排、設計各階層形成性評量 A、B 卷之編排、校正活動與充實活動之設計及總結性評

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理、罕德定則表示原子序 1~36 各原子及陰、陽離子的電子組態寫法，此 階層的學習目標，僅限於學生在具體階層以前已學過的元素的性質與分子 的結構相關的問題及自編教材中所提及的內容，並不涵蓋教材範圍之外的 內容。

2.辨認階層：所涵蓋的概念為「元素的週期性」。在辨認階層可以完整的認識元素的游 離能、電子親和力、電負度以及三者的週期性變化，包括游離能的定義 及原子游離能的週期性變化、電子親和力的定義及電子親和力的大小和 電子組態的關係、電負度及週期性。藉此層目標的達成，學生可以達成 元素的性質概念之精熟學習。

3.類推階層：所涵蓋的概念為「分子的結構」。在類推階層可以完整了解化學鍵形成的 原理及種類，並從原子結構之電子組態推論出化學鍵形成的規則、利用兩 氫原子的距離和位能的關係圖清楚明白氫分子形成的原理、了解路易士電 子點式結構及八隅體法則，正確表示出路易士之電子點式結構、了解共價 鍵結合的σ 鍵及 π 鍵原理：並可以清楚分類共價單鍵為 σ 鍵，雙鍵為一個 σ 鍵和一個 π 鍵，三鍵為一個 σ 鍵和兩個 π 鍵

4.活用階層：所涵蓋的概念為「分子形狀與極性」。在活用階層包含何謂混成軌域，可 以利用混成軌域的觀念解釋分子內原子間的鍵結及完整暸解中心原子混

成軌域與分子形狀間的關係；了解極性共價鍵的意義並正確由電負度來 判斷鍵的極性，並由鍵的極性和分子的幾何形狀來推測分子極性；指出

分子鍵能、鍵長及鍵角的關係。不同於辨認階層，在本階層可以認出課 本中未提到的元素的性質與分子的結構相關應用，並具有解決日後所面 臨元素的性質與分子的結構相關問題的能力。

三､元素的性質與分子的結構概念精熟學習的教學設計

本論文精熟學習的教學設計包括以下項目：分析學習目標、編輯元素的性質與分 子的結構概念學習之教學資料、編製評量試題、設計校正活動與充實活

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動，如圖3-1。

圖3-1 元素的性質與分子的結構概念精熟學習的教學設計

(一) 分析學習目標

學習目標的目的在於用明確的術語把學生所要學習的知識描述出來，主要是敘述 學生在教學情境中所須獲得的概念，決定什麼對學生是最根本，以及在什麼階段應該 做怎樣的學習，這些決定對概念的精熟學習是必要的。明確地列出學習目標，不僅有 助於教學活動的掌控，還能在學生的學習過程中做明確的評量。

本研究根據CLD 理論各階層元素的性質與分子的結構概念分析的結果，詳細列出 各階層元素的性質與分子的結構概念的學習目標，以做為元素的性質和分子的結構的 內容、形成性評量與總結性評量編製的指引。

(二) 編輯元素的性質與分子的結構概念學習之教學資料

教師為使學生學習達到精熟，需將所教授的教材內容分成連續的、較小的學習單 元，這些單元須按學習程序或知識階層編排成有意義的整體。除了基於學習遷移的考 慮外，也可以使學生因為已經精熟上一單元，而在學習新單元時可以較易進入狀況。

本研究元素的性質與分子的結構概念的教學資料安排，是按CLD 理論分析的階層學習 概念階層之結果，及各階層學習目標所預期的基準來編排。內容呈現出哪些概念是重

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要的，而什麼又是最能遷移或應用到未來的關鍵性概念，為特別強調學生「精熟」的 部分。教學內容的安排，按各階層概念編定成「教材」。其涵蓋內容分別如下：

1.具體階層：

此階層之教材內容包含了高二階段、原子的基本結構、原子軌域與電子組態，架 構如下圖3-2。了解原子的基本結構，包含元素的原子序、質子數、電子數、中子數和 質量數的關係。再者指出電磁波波速、波長和頻率間的關係、了解波耳氫原子模型、

氫原子光譜與氫原子中電子能階的關係。進而了解現代的原子模型及軌域的概念，包 含利用量子力學的結論定性描述軌域的種類及形狀，多電子原子的軌域與氫原子軌域 的不同。利用遞建原理、包立不相容原理及罕德定則填寫各元素及陰、陽離子的電子 組態；舉例說明按照遞建原理填寫電子組態時，也會有例外的情形發生。最後指出元 素週期性與其電子組態間關係。而當學生精熟此階段之後，在辨認階層便能導入元素 的週期特性。

圖3-2 元素的性質與分子的結構具體階層概念架構

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2.辨認階層：

包含暸解游離能、電子親和力和電負度的定義並能對其的大小順序作大致解釋，

架構如下圖3-3。透過此階層的精熟，作為下一個學習階層的基礎。

圖3-3 元素的性質與分子的結構辨認階層概念架構 3.類推階層：

類推階層基本為辨認學習階層的延伸，其主要概念為由「觀察」與「推論」建立 化學鍵與價電子有關，而其中價鍵理論在下一階層才提及，架構如下圖3-4。包含非金 屬元素間的結合方式，以共用電子來滿足惰性氣體電子狀態；以H2分子使學生明瞭共 價鍵的形成使系統能量降低而穩定；認識化學鍵建立在結合價電子的改變，以達成類 似惰性氣體的電子組態(八隅體)；並介紹單鍵、雙鍵、叁鍵常見的分子，並分辨 σ 鍵與 π 鍵。

圖3-4 元素的性質與分子的結構類推階層概念架構

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4.活用階層：

此階層最主要的分子構造概念，包含了「分子結構」與「極性」，架構如下圖3-5。

故教材內容包含利用混成軌域的觀念解釋分子內原子間的鍵結；並利用中心原子混成 軌域與分子形狀間的關係及比較各分子間鍵能、鍵長與鍵角關係。使學生了解極性共 價鍵的意義，並活用判斷分子極性。

圖3-5 元素的性質與分子的結構活用階層概念架構 (三) 編製評量試題

前述的元素的性質與分子的結構概念的學習目標及各階層的內容重點，就是評量 的標準，而評量工具就是根據這些標準而設計的，本研究設計的評量工具是標準參照 精熟評量(criterion-referenved mastery measurement)，這種標準參照精熟評量是用來評量 學生是否達到各階層精熟的標準。一套標準參照精熟評量的試題必須與學習目標緊密 地相配合，此種評量的結果可以告訴我們學生的學習是否已精熟。標準參照精熟評量，

可評量學生在學習過程中要學會哪些概念，學習效果如何？如何補救？學生的學習是 否有學習遷移等。

本研究評量試題的編製，分成兩部分，一部份是各階層的形成性評量；另一部份 是總結性評量。形成性評量與總結性評量都是標準參照精熟學習，即學生成績的評定，

不是與其他學生的成績做比較而分等，而是以個別學生實際的表現，和事先訂定的精 熟的標準做比較而得，表現若優於此標準則評定為「精熟」，若未達到此標準則評定為

「未精熟」。本研究精熟的標準設定在80％~90%之間。試題的編製分別說明如下：

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1.各階層形成性評量

為配合各階層的學習目標，編製形成性評量。形成性評量是在教學過程中，協助 教師診斷出學生的錯誤和誤解，提供教師及學生立即性的回饋。學生的回饋是可以透 過形成性評量知道該學習單元重點在哪裡，使學生知道哪些已經學會、哪些還沒有弄 懂、還需要再下功夫。教師得到的回饋是使教師很清楚地暸解學生的進步情形，並反 應教學的成效，使教師知道哪些教的好，哪些沒教好，以作為教學調整的根據。簡言 之，形成性評量最重要的特徵是能迅速而正確地提供學生有關學習進展的回饋，作為 補救學習困難之用。

B 卷所測量的內容不同，不同的在於試題內容選項有些變化。每份 A、B 卷出題，與研 究目標相配合，並參考文獻中具代表性的類型，經研究者綜合之後出題，再經專家校 正參考。其中，B 卷隨著 A 卷施測後結果作修改，若 A 卷有不適當的題目或選項，可

B 卷所測量的內容不同，不同的在於試題內容選項有些變化。每份 A、B 卷出題，與研 究目標相配合，並參考文獻中具代表性的類型，經研究者綜合之後出題，再經專家校 正參考。其中，B 卷隨著 A 卷施測後結果作修改，若 A 卷有不適當的題目或選項，可