一、 氧化還原概念問卷之設計
氧化還原概念問卷的主要目的是用以瞭解不同年級學生氧化還原心智模式 以及認知狀態之類型與比例，並進一步藉由跨年級的資料分析學生對此概念架構 之認知發展情形。統整國內外氧化還原概念相關研究以及不同年級氧化還原相關 概念課程內容安排，推測學生可能持有的氧化還原心智模式及各類認知狀態，藉 此歸納出氧化還原概念的四個主概念：概念本質、反應過程、氧化力、反應次序，
並依此設計氧化還原概念問卷。
問卷內容共包含四個主概念，第一個主概念為「概念本質」，共有五種不同 的認知狀態；第二個主概念「反應過程」與第三個主概念「氧化力」，又依據第 一個主概念「概念本質」的五種認知狀態細分為五種本質類別，各類別又包含二 至三種不同的認知狀態；第四個主概念為「反應次序」，依照對於名詞上的誤解 以及反應是否能獨立發生，可分為三類，各類別又包含一至三種不同的認知狀態
（表 3-3-1）。
問卷題型的設計包含兩種類型，一為選擇題，包含五個題組，共 30 小題；
二為開放式問答題，共 3 題。因考量不同年級學生之認知發展以及受詴者對詴題 中部分專有名詞的理解，因此選擇題的部分，設計為生活化的情境題，題組一為 關於蘋果在削皮或是切開後，果肉會由原本的淡黃色變成顏色較深的黃褐色的相 關想法；題組二為關於燃燒的概念；題組三為有關於漂白水的去污原理；題組四 為關於生鏽的概念；題組五為臭氧層遭受氟氯碳化合物破壞的相關概念。問答題 的部分，第一題為請學生說明何為氧化還原反應，第二題請學生說明如何判斷一 個反應為氧化還原反應，第三題則請學生舉出一個氧化還原反應的實例，並利用 第二題所提出的方法去說明為何此例子為氧化還原反應。
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氧化還原概念詴題中各題組第 6 小題的設計是延伸來自第 5 小題，主要目 的是為了瞭解各年級學生對主概念四「反應次序」各類型之相關想法，各選項及 其理由將詳述於第肆章第一節。問答題的設計是由於整合不同年級氧化還原相關 概念課程內容安排後發現，國小階段氧化還原概念多以生鏽或燃燒等概念呈現。
而七年級到九年級階段，教科書對氧化還原反應則是以氧的得失為主，仍屬於狹 義的氧化還原定義。到了高中階段以上，教科書才提及電子轉移及氧化數的概 念，屬於廣義的氧化還原定義。因此考量七年級到九年級階段學生可能無法理解 過多的專有名詞，所以在選擇題的設計並沒有關於氧化數的相關選項，因此問答 題設計目的便是可以從問答題的作答情形得知學生對於問卷選擇題選項之外的 想法，另外選擇題的部分也皆有設計有「其他」之選項，用意在於學生在答案群 中選不到合適的答案，或是認為有兩個以上合適的答案，都可讓學生直接於答案 卷中說明他們的想法。
考量學生作答類型的一致性，因此每一概念在問卷中皆設計有 5 小題，並 且以不同的情境呈現，而且每個選項至少都屬於一種認知狀態。學生若是在不同 情境下對於相同概念的題目選擇不同認知狀態的選項，在主概念一至主概念三，
若其中任一種認知狀態概念頻率超過三分之一以上，則視為該學生具有該種認知 狀態；相反地，若其中任一種認知狀態概念頻率皆沒有超過三分之一以上，則視 為該學生想法不具有一致性。但是由於第四個主概念反應次序不會有兩個以上的 認知狀態，因此認知狀態概念頻率以二分之一為原則，超過二分之一以上則視為 該學生具有該種認知狀態，否則將視該學生在此主概念之類型為不一致。氧化還 原概念問卷之認知狀態與選項之對應請見表 3-3-2。
氧化還原概念詴題在正式施測以前，已在桃園縣一國中先行進行預詴，預 詴結果信度達Cronbach’s Alpha=0.82，並商請大學教授及資深國中自然科教師進 行專家效度，最後才進行正式施測階段。
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圖 3-3-1 認知編碼設定原則
第一個主概念為「概念本質」，共有五種不同的認知狀態：
1-0-1 化合/分解。意指判斷一反應是否為氧化還原反應的依據為物質是 否發生化合或分解的過程，抑或物質是否由較為簡單的結構變為 較複雜的組成或由複雜的組成變回原本較為簡單的結構。例如問 卷中題組二的第 1 題 A 選項：燃燒是氧化還原反應，因為鎂可以 分解或合成產生新物質。
1-0-2 反應途徑。意指判斷一反應是否為氧化還原反應的依據為該反應是 否為可逆反應。例如問卷中題組二的第 1 題 C 選項：燃燒是氧化 還原反應，因為燃燒是一種可逆反應。
1-0-3 氧的參與。意指判斷一反應是否為氧化還原反應的依據為反應過程 中是否有氧的參與。例如問卷中題組二的第 1 題 B 選項：燃燒是 氧化還原反應，因為鎂跟空氣中的氧氣發生反應。
1-0-4 電子轉移。意指判斷一反應是否為氧化還原反應的依據為反應過程 中是否涉及電子轉移。例如問卷中題組二的第 1 題 D 選項：燃燒 是氧化還原反應，因為燃燒會發生電子轉移的現象。
1-0-5 氧化數增減。意指判斷一反應是否為氧化還原反應的依據為反應物 的氧化數是否發生改變。例如學生認為鎂帶燃燒是氧化還原反 應，因為鎂的氧化數由 0 變為+2。
第二個主概念為「反應過程」，依照五個概念本質分類，又可細分為十種不 同的認知狀態：
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（一）類別 1「化合/分解」
2-1-1 簡單變為複雜組成是氧化反應，複雜變為簡單組成是還原反應。例 如問卷中題組二的第 2 題 A 選項：鎂由元素轉變成化合物是氧化 反應。
2-1-2 複雜變為簡單組成是氧化反應，簡單變為複雜組成是還原反應。例 如問卷中題組二的第 2 題 C 選項：鎂由化合物轉變成元素是氧化 反應。
（二）類別 2「反應途徑」
2-2-1 可逆反應中的正反應是氧化反應，逆反應是還原反應。例如問卷 中題組二的第 2 題 I 選項：鎂燃燒後變成氧化鎂，是可逆反應中 的正反應，也就是氧化反應。
2-2-2 可逆反應中的逆反應是氧化反應，正反應是還原反應。例如問卷中 題組二的第 2 題 K 選項：鎂燃燒後變成氧化鎂，是可逆反應中的 逆反應，也就是氧化反應。
（三）類別 3「氧的參與」
2-3-1 得到氧是氧化反應，失去氧是還原反應。例如問卷中題組二的第 2 題 E 選項：鎂得到氧氣中的氧原子發生氧化反應。
2-3-2 失去氧是氧化反應，得到氧是還原反應。例如問卷中題組二的第 2 題 G 選項：鎂失去本身的氧原子發生氧化反應。
（四）類別 4「電子轉移」
2-4-1 得到電子是氧化反應，失去電子是還原反應。例如問卷中題組二的 第 2 題 M 選項：鎂得到外界的電子發生氧化反應，此反應與氧原 子無關。
2-4-2 失去電子是氧化反應，得到電子是還原反應。例如問卷中題組二的 第 2 題 N 選項：鎂失去電子發生氧化反應，此反應與氧原子無關。
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（五）類別 5「氧化數增減」
2-5-1 氧化數增加是氧化反應，氧化數減少是還原反應。例如學生認為鎂 的氧化數由 0 變為+2，因此鎂發生氧化反應。
2-5-2 氧化數減少是氧化反應，氧化數增加是還原反應。例如學生認為鎂 的氧化數由 0 變為+2，因此鎂發生還原反應。
第三個主概念為「氧化力」，依照五個概念本質分類，又可細分為十二種 不同的認知狀態：
（一）類別 1「化合/分解」
3-1-1 一物質愈容易化合成其他物質，氧化力愈強。例如問卷中題組二的 第 4 題 A 選項：鎂很容易化合成氧化鎂，所以鎂的氧化力比較強，
因此鎂可在二氧化碳中燃燒。
3-1-2 一物質愈容易分解成其他物質，氧化力愈強。例如問卷中題組二的 第 4 題 B 選項：鎂很容易分解成氧化鎂，所以鎂的氧化力比較強，
因此鎂可在二氧化碳中燃燒。
（二）類別 2「反應途徑」
3-2-1 可逆反應中，反應物的氧化力愈強。例如問卷中題組二的第 4 題 H 選項：鎂燃燒變成氧化鎂，反應較傾向往正反應方向進行，也就是 鎂的氧化力比氧化鎂較強。
3-2-2 可逆反應中，生成物的氧化力愈強。例如問卷中題組二的第 4 題 J 選項：鎂燃燒變成氧化鎂，反應較傾向往逆反應方向進行，也就是 鎂的氧化力比氧化鎂較強。
（三）類別 3「氧的參與」
3-3-1 氧原子數量愈多的物質，氧化力愈強。例如問卷中題組二的第 4 題 E 選項：二氧化碳中的氧原子比較多，所以氧化力比較強，因此
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鎂可在二氧化碳中燃燒。
3-3-2 搶奪氧原子能力愈強的物質，氧化力愈強。例如問卷中題組二的第 4 題 F 選項：二氧化碳中的碳原子搶奪氧原子能力比鎂來得強，
所以碳原子的氧化力較強，因此鎂可在二氧化碳中燃燒。
3-3-3 搶奪氧原子能力愈弱的物質，氧化力愈強。例如問卷中題組二的第 4 題 G 選項：二氧化碳中的碳原子搶奪氧原子能力比鎂來得弱，
所以碳原子的氧化力較強，因此鎂可在二氧化碳中燃燒。
（四）類別 4「電子轉移」
3-4-1 電子數量愈多的物質，氧化力愈強。例如問卷中題組二的第 4 題 L 選項：二氧化碳中的電子比較多，所以氧化力比較強，因此鎂可 在二氧化碳中燃燒。
3-4-2 搶奪電子能力愈強的物質，氧化力愈強。例如問卷中題組二的第 4 題 N 選項：二氧化碳中的碳原子搶奪電子能力比鎂強，所以氧化 力較強，因此鎂可在二氧化碳中燃燒。
3-4-3 搶奪電子能力愈弱的物質，氧化力愈強。例如問卷中題組二的第 4
3-4-3 搶奪電子能力愈弱的物質，氧化力愈強。例如問卷中題組二的第 4