第二節 第二節
第二節 空氣單元概念之相關研究 空氣單元概念之相關研究 空氣單元概念之相關研究 空氣單元概念之相關研究
本節分析探討學生在空氣單元的另有概念，並進一步了解相關研 究中促進學生學習空氣單元成效的策略，以利教學活動的設計與進 行。
一、空氣單元的另有概念
氣體雖然是在生活中是屬於時常接觸到的一種物質，但由於氣體 粒子非常的小，在肉眼上觀察不易，因此相較於液體或固體，對於學 生在學習上屬於較抽象的物質概念。許多國內外的科學教師皆認為
「物質之微粒理論(或模式)的教學」對很多不同年齡層的學習者而言 均非常困難(林財庫, 2004)。Andersson (1990)也指出「在日常生活的 思維方式中，物質(包括氣體)被視為是宏觀、連續、靜態、和沒有真 空的存在。在另一方面，科學思維則視物質為微觀、微粒、動態和有 真空存在」。因此學生學習氣體之微粒理論時其認知的過程和規律是
從宏觀到微觀、從連續到斷續、從靜態到動態、從無真空及無交互作 用到有真空和有交互作用，故在這樣轉化的過程，學生就容易形成另 有概念。
以下為研究者收集相關研究與文獻，經由分析整理後將學生常見 的另有概念分為三個部分進行了解，茲將分類的定義如下，(一)空氣 的組成與基本性質：對空氣的組成與性質有感官與認知上的錯認；(二) 空氣的粒子性：無法將空氣認為是以粒子狀存在或對空氣的粒子性缺 乏正確概念；(三)氣體的運動與相關定律：對於空氣的運動及相關理 論、定律的不瞭解或錯誤解釋。
(一) 空氣的組成與基本性質：
1. 氣體看不見、感覺不到故不存在(Mas, Perez & Harris, 1987) 2. 氣體不佔空間故不存在(Mas, Perez & Harris, 1987)
3. 氣體不是物質(認為只有可見的固體和液體才是物體或物質，氣 體和其他不可見、沒有重量的東西等都不是物質)(Stavy, 1990) 4. 氣體不可捉摸、虛無飄渺，與思想或靈魂同類(Brook &Driver,
1989; Mas, Perez, & Harris, 1987)
5. 氣體是一團團如雲般流動的物質或流體(黃湘武、黃寶鈿, 1986) 6. 誤認空氣和其他氣體是純物質。例如認為氣體 = 空氣 = 純物
質 = 水蒸氣(Bar& Gaglili, 1994)
7. 氣體是物質，但它沒有重量(質量)或重量(質量)為負(Brook &
Driver, 1989; Stavy, 1988)
8. 空氣存在否可透過感官判斷(Se’re, 1986)
(二) 空氣的粒子性：
1. 無法想像空氣的粒子性(黃湘武、黃寶鈿, 1985)
2. 沒有「物質(包括氣體)具有基本組成」的觀念。儘管一些學生可 能會認為物質可以分解為很小的顆粒，但卻不知道(或不認為) 這些小顆粒是構成物質的基本組成，不知道這些基本組成在某 種條件下會形成各種物質(Pfundt, 1981)
3. 氣體是由一團團(一塊塊)如雲般的流體所組成，它們是靜止 的，有風才會動(Andersson 1990)
4. 氣體是由顆粒所組成，這些顆粒沒有一定的大小和形狀，顆粒 之間沒有空隙，靜態的充滿整個空間或容器中，因此氣體的體 積就是所有顆粒的總體積(Andersson, 1990; 李明中, 1993; 洪 振方, 1987; 黃寶鈿, 1990)
5. 氣體是由小顆粒所組成，這些顆粒是靜止的，而且小顆粒間有 很大的空隙(Novick & Nussbaum, 1981)
6. 學生普遍認為容器中的氣體顆粒會聚集在容器的氣嘴口或底部
(Novick &Nussbaum, 1978)
7. 空氣受熱膨脹是空氣的組成顆粒自身膨脹的結果；又容器抽氣 後小顆粒也會膨脹，然後分解成更多更小的顆粒以便再度佔滿 空間(李明中, 1993; 黃湘武、黃寶鈿, 1986)
8. 密閉容器中，氣體壓力是氣體粒子充滿空間，互相擠壓造成的，
而非互相碰撞(洪振方, 1987)
9. 九年級學生能以粒子層次解釋氣體概念，但鮮少能推及於固體 及氣體概念(Stavy, 1988)
10. 多數國小二到四年級學童認為空氣具有連續性而非粒子性，
8% 二到四年級學生能繪出氣體粒子模型概念，但不完全正確 (Benson, Wittrock & Baur, 1993)
11. 氣體無法切割成更小粒子(蘇育任, 2004)
12. 高一、高二學生超過60%能以粒子模型來描述氣體相關念，但 其概念並不穩固，可能受題幹的暗示而改變想法(鄭志鵬, 1998) 13. 能以粒子模型描述氣體的學生不一定能用粒子概念來解釋氣
體行為，學生只是單純接受氣體或物質是由許多分子組成，可 以用一顆顆粒子來描述(鄭志鵬, 1998)
(三) 氣體運動與相關定律：
1. 氣體有重量，但在有氣體參與的狀態變化中質量不守恆(例如 在物理變化中，液體變氣體後質量(或重量)減少(Bar& Travis, 1991)
2. 在化學變化中若有氣體產生則質量不守恆(Andersson, 1990) 3. 存在氣體顆粒均勻分布後即停止運動的迷思(Novick
&Nussbaum, 1978)
4. 空氣存在否和其運動狀態有關(Se’re, 1986)
5. 空氣須先受外力作用(加熱、擠壓等)，處運動狀態下，才會產 生作用力(壓力);平衡狀態下，空氣沒有作用(Se’re, 1986) 6. 空氣產生的作用力是單一方向(Se’re, 1986)
7. 若地球表面上沒有空氣則物體將不會下落，物體的重量將變 成零(Ruggieroet et al., 1985)
根據研究者分析文獻之結果，發現學生們最易產生另有概念的為
「空氣的粒子性」，研究者認為「空氣的組成與基本性質」與「氣體 的運動與相關定律」對學生而言是可以藉由背誦或精熟的方式來記 憶，惟有「空氣的粒子性」概念在本單元中是屬於較為抽象的，所建 構出的知識也會因人而產生較大差異性。
二、粒子概念與教學建議
粒子概念是科學家嘗試以微觀的角度去解釋物質現象的一種模 型，但粒子模型並非以觀察方式所得，也不是用儀器探測得知，而是 科學家以「想像」方式所推測出來的模型。因此，學習粒子概念也必 須透過「想像」的方式，這也是學習粒子概念最困難的地方(黃瑞仁, 2002)。Nussbaum (1998)也認為粒子觀點是一個很重要的知識論議 題，它攸關於教師的教學與學生的學習。粒子概念是在不同的科學學 科中，皆使用來解釋不同的科學現象，例如物質狀態的轉變、化學反 應、水循環、氣體性質、擴散作用與細胞生物學等(Harrision & Treagust, 2002)。粒子概念是在國中時期的課程中才開始介紹引入，一直到高 中課程的教材中，還持續描述並深入探討。對課程學習而言，粒子概 念是非常基礎且重要的觀念，如果學生沒有建立出正確的粒子概念，
便無法理解並說明自然科學中的許多現象。
Vos與Verdonk (1996)整合了基本粒子概念，提出五項在相關課程 中應設計與命題概念：(一)氣體是由不可見的粒子所組成的；(二)氣 體粒子在密閉空間中為均勻散佈的；(三)氣體粒子是不斷持續運動並 且是彈性碰撞的；(四)在物質三態變化中，粒子的體積大小是不變 的；(五)組成物質的粒子，在其三態中都是不斷運動的，氣體運動最
快、液體次之，固體中的粒子運動最慢。黃瑞仁(2002)引述Mitchell &
Kellington及Johnson的相關研究認為學生的粒子概念是由教學得到 的，一旦產生錯誤的粒子概念，就很不容易改變，並難以接受正確的 粒子概念，因此我們應該注重粒子概念的教學。並建議教師應提供學 生非常簡單的粒子理論解說，課程設計要能讓學生漸漸理解粒子理 論，而活動設計也要配合學生的程度與能力。Benson, Wittrok & Baur (1993) 曾對1098位國小二年級至大學化學系學生，以繪圖的方式來 探討學生對氣體粒子的概念，分析學生繪圖的含意中發現學生對氣體 粒子的認知相當有限。Tytler (1998)則認為透過適當的教學活動，較 能讓學生熟悉某一概念，並將其成功地應用於某些現象上；並且透過 同儕或教師的討論會重新定義或延伸他們的想法，使之較不容易隨時 間而改變。Tsai (1998)在研究台灣國二學生實施基礎原子理論教學 後，學生的科學成就、科學認知信念及其認知結構間的關係皆有增加 的趨向。其研究指出，相較於學習科學持經驗認知觀點的學生，持建 構式觀點的學生較易記憶更多的資訊、適應性亦較佳，也較易有正確 的知識回憶能力，同時有較佳的後設認知能力。但在資訊回饋速率 上，則是持經驗認知觀點的學生較優於持建構式觀點的學生。
空氣單元的相關概念對於學生而言是個抽象難以理解的，因為無 論是微觀粒子、不可見的性質與組成……等等，在學生學習本單元
時，教師常會藉由實驗活動的方式，來讓學生體會氣體的性質，研究 者則是以如何協助學生與教師產生更好的知識理解為出發點，進行本 單元實驗活動教學的規劃，希望使學生能在達到教學目標之前提之 下，有效地提生學習成效。