本節對應到研究問題（一），學生在閱讀視覺表徵時，對表徵的理解為何？
依據「視覺表徵能力指標(VRAI)」中的四個成分分別陳述，這四個成分對應到研 究問題（一）的四個次問題，並與視覺表徵能力測驗之試題架構一致，包括知覺、
詮釋、轉換和連結、選擇和評估。
一、視覺表徵能力各成分表現
此部分回答研究問題（一）「學生在閱讀視覺表徵時，對表徵的理解為何？」， 依據「視覺表徵能力指標(VRAI)」中的四個成分作為探討視覺表徵能力的四個向 度。成分一「知覺」具有四種次成分，分別為巨觀、次微觀、部分符號、以及符 號表徵；成分二「詮釋」具有兩種次成分，分別為語法規則及語意詮釋；成分三
「轉換和連結」具有兩種次成分，分別為「語法規則的轉換和連結」及「語意詮 釋的轉換和連結」，在視覺表徵能力測驗中，「語法規則的轉換和連結」及「語意 詮釋的轉換和連結」於同一個題目測驗，當學生以語意詮釋做表徵間的轉換和連 結時，則該題答題表現為「正確」，當學生以語法規則（也就是表面特性）做表
徵間轉換和連結時，則該題答題表現為「錯誤」，也就是說，語法規則及語意詮 釋包含於同一題目的選項當中；成分四「選擇和評估」不具有次成分，學生在選 擇表徵的同時即對表徵進行評估。
由四個成分的成分平均答對率可知，學生在四個成分的答題表現由高而低依 次為：知覺、詮釋、選擇和評估、轉換和連結。「知覺」的題目，要求學生對表 徵的外觀進行描述，例如，由題目中所呈現的「水分子表徵」，選擇正確描述水 分子形狀的答案。「詮釋」的題目，要求學生對表徵進行詮釋，而非僅止於描述 表徵的外觀，例如，由題目中所呈現的「水分子生成的反應中，氫氣、氧氣、和 水的比值為2：1：2」，詮釋這個比值所代表的意義。「轉換和連結」的題目，要 求學生進行表徵之間的連結，例如，學生依據表徵的表面特性，對表徵進行分類，
則屬於「語法規則的轉換和連結」的層級。「選擇和評估」的題目，要求學生在 特定情境下選擇合適的表徵，例如，選擇適合用來體現「分子的立體結構」的化 學表徵。大體上來說，學生對表徵的外觀進行描述的能力，較對表徵進行詮釋的 能力為佳(t=6.932, p<.001)，而學生對表徵進行詮釋的能力，又較表徵之間的轉換 和連結(t=7.709, p<.001)、選擇和評估(t=8.447, p<.001)為佳（如表 4-1-1）。學生詳 細的答題表現於下段陳述。
表4-1-1 視覺表徵能力測驗表現在各成分答對率
成分 知覺 詮釋 轉換和連結 選擇和評估
次成分 巨觀 微觀 部符 符號 語法 語意 語法或語意 - 次成分答對率
(%) 71.9 42.1 69.7 46.6 57.3 40.3 - - 成分答對率
(%) 59.1 50.0 33.8 35.9
二、知覺
體的形狀會隨容器而改變」，20.7%的學生不理解液體的狀態，認為「液體的形狀
2.理解微觀表徵
由第21 題「水分子的重量」答題表現可知，58.0%的學生能理解「18 克的水 有6 × 10 23個水分子」，其餘42%的學生無法理解表徵中「18 克的水」及「6 × 10
23個水分子的意義」，其中有23%的學生誤認 1 克的水有 6 × 10 23個水分子，18 克的水則有6 × 10 23 × 18 個水分子。
由第22 題「水分子的形狀」答題表現可知，只有 26.2%的學生能理解「水分 子是由不同的粒子排成彎曲型的」。其餘 73.8%的學生無法理解表徵中的水分子 形狀，其中有 35.3%的學生認為水分子是一個球狀的粒子，28.6%的學生則認為 水分子沒有固定的形狀。
第21 及 22 題的資訊呈現於同一個表徵中，然而，只有 16.3%的學生既能理 解表徵中所表達的文字意義「18 克的水有 6 × 10 23個水分子」，又能理解表徵中 呈現的視覺資訊「水分子是由不同的粒子排成彎曲型的」。有 36.7%的學生只能 理解表徵中的文字資訊，無法理解表徵中的視覺資訊，或者保有他們自己原先對 水分子的心像，其中有19.8%的學生認為「水分子是一個球狀的粒子」，而有16.9%
的學生認為「水分子沒有固定的形狀」（如表4-1-5）。
表4-1-5 水分子的重量與水分子的形狀答題表現比較 22.水分子的形狀(人次，%)
1 2 3 4 總計
21.水分子的重量 (人次，%)
1 1.2 2.3 0.9 2.3 6.7 2 3.8 3.5 2.0 2.9 12.2 3 16.9 19.8 5.0 16.3 58.0 4 6.7 9.6 2.0 4.7 23.0 總計 28.6 35.3 9.9 26.2 註：灰色網底為正確答案
3.理解部分符號表徵
由第23 題「反應物的判斷」答題表現可知，有 70%的學生可能理解表徵中的 符號「箭頭」所要表達的意義，認為H2和O2是此化學反應中的反應物。在判斷 錯誤的學生中，有21.3%的學生認為只有 H2或O2其中之一是反應物。
由第24 題「生成物的判斷」答題表現可知，有 69.4%的學生可能理解表徵中 的符號「箭頭」所要表達的意義，認為 H2O 是此化學反應中的生成反應物。其 餘有30.6%的學生將全部或部分的反應物視為生成物。
第21 及 22 題的資訊呈現於同一個表徵中，有 59.2%的學生完全理解表徵中 的符號「箭頭」所要表達的意義，認為在此化學反應中，H2和O2是反應物，且 H2O 是生成物。其餘有部分的學生，僅能正確判斷反應物或生成物的其中一個（如 表4-1-6）。
表4-1-6 反應物的判斷與生成物的判斷答題表現比較 24.生成物的判斷(人次，%)
1 2 3 4 總計
23.反應物的判斷 (人次，%)
1 0.6 2.6 1.2 3.2 7.6 2 3.5 2.9 2.0 5.2 13.7 3 3.8 3.8 3.2 59.2 70.0 4 1.5 1.2 4.4 1.7 8.7 總計 9.3 10.5 10.8 69.4 註：灰色網底為正確答案
4.理解符號表徵
由第25 題「水分子的組成」答題表現可知，有 46.6%的學生能理解「水分子 由氫原子和氧原子組成」。而在53.4%的答錯學生中，有 25.7%的學生傾向以 H2O 表徵的表面特徵詮釋水分子的組成，認為「水分子(H2O)中含有氫氣(H2)」；其餘 27.7%的學生可能無法理解表徵中的視覺及符號資訊，或者保有他們自己原先對 物質組成的觀點，認為「水分子裡除了有氫原子和氧原子外，還包含了其他成 分」，或「水分子不一定都由固定的原子組成」（如表4-1-7）。
表4-1-7 水分子的組成答題表現
題目 選項 人次(%)
25. 關於水分子的組成，下列何者正確？ 1 14.9
2 25.7 3 12.8 4 46.6
註：灰色網底為正確答案
三、詮釋
（一）詮釋的答對率
此部分回答研究問題（一）-2「學生在閱讀視覺表徵時，對表徵的詮釋為何？」
測驗詮釋的題目具有兩個次類別，一為語法規則，一為語意詮釋，語法規則的題 目是為了測驗學生是否能依據語法規則理解表徵，包括化學式的命名規則、表徵 的表面意義描述等，都屬於語法規則的層級；語義詮釋的題目是為了測驗學生是 否能依據語意理解表徵，包括化學式背後蘊含的化合物性質、數學關係式的詮釋 等。由詮釋層次的答對率可知，學生對表徵中體現的語法規則的理解，較語意為 佳(t=9.119, p<.001)，語法規則的平均答對率為 57.3%，語意詮釋的平均答對率為 40.3%。語法規則題目的答題表現，答對率大致都介於 50.7%到 60.3%之間，第
19 題「去概念化命名規則」與第 20 題「概念化命名規則」，所需應用的語法規 則相同，唯第19 題採用的是一般代號，第 20 題採用化學式的符號，以瞭解概念 的負載對學生詮釋語法規則的影響。學生在第19 題的答對率為 50.7%，較第 20 題的答對率57.7%為低，兩題之答題表現達顯著水準(t=2.185, p<0.05)；語意詮釋 題目的答題表現，答對率都介於37.6%到 43.1%之間（如表 4-1-8）。
表4-1-9 原子守恆答題表現
題目 選項 人次(%)
18. 關於化學反應時的原子排列，下列何者正確？ 1 60.3
2 10.5 3 19.2 4 9.9 註：灰色網底為正確答案
由第19 題「去概念化命名規則」答題表現可知，50.7%的學生能依據語法規 則命名未知的化合物，如題中，某化合物的化學式為 AnB2n+2，當 n=1 時，此化 合物為AB4。其餘49.3%的學生無法依據試題中提供的文字線索，理解未知化合 物的命名規則。
由第20 題「概念化命名規則」答題表現可知，57.7%的學生能依據語法規則 命名未知的化合物，如題中，烷類的化學式為 CnH2n+2，甲烷只有一個碳原子，
也就是n=1 時，此甲烷的化學式為 CH4。其餘42.3%的學生無法依據試題中提供 的文字線索，理解烷類的命名規則。
如前述，第19 和 20 題具有相同的語法規則，有 36.4%的學生能同時在概念 化與去概念化的情境中，運用語法規則命名未知化合物。然而，學生在第20 題
「概念化命名規則」的答題表現較第19 題「去概念化命名規則」佳，經過顯著 考驗後，發現兩題之答題表現達顯著水準(t=2.185, p<0.05)。可能的原因為，學生 要透過文字陳述理解語法規則，需要某種程度的邏輯推理能力，而文字本身就屬 於一種抽象的表徵，在沒有先備概念的前提下，理解文字所傳達的語法規則，仍 然較為抽象，因此，這可能導致學生在概念化情境下的答題表現較去概念化情境 下的答題表現為佳。
此外，由學生在第19 和 20 題的答題趨勢來看，除了兩題都答對的 36.4%學 生外，其餘學生只有 9.9%在兩題都選答同一個選項，也就是說，大多數的學生
都沒有察覺兩題屬於相同的語法規則（如表4-1-10）。
2.語意詮釋
由第26 題「H2O 的性質」答題表現可知，40.2%的學生能理解符號 H2O 的化 學意義，認為「H2O 包含 H 和 O 原子，是一種純物質」。有 59.8%的學生無法理 解符號H2O 蘊含的背後意義，其中有 31.5%的學生認為「H2O 包含 H 和 O 原子，
是一種混合物」，而有 19.5%的學生認為「H2O 分子中會有 H2的性質」，上述兩 群學生偏向於以表徵所觀察到的表面特徵詮釋表徵，有8.7%的學生將 H2O 視為 水的英文代號，無法顯示水的其他性質（如表4-1-12）。
表4-1-12 H2O 的性質答題表現
題目 選項 人次(%)
26. 關於 H2O，下列何者正確？ 1 8.7
2 19.5 3 31.5 4 40.2
註：灰色網底為正確答案
由第 28 題「水的生成」答題表現可知，有 37.6%的學生能理解「H2分子和 O2分子反應後，形成H2O 分子，H2O 分子的化學性質與 H2不同」。其餘62.4%
的學生可能無法理解「H2分子和O2分子反應生成H2O 分子」及「H2O 的性質」，
其中有 21.6%的學生瞭解「H2分子和 O2分子反應後，形成 H2O 分子」，但認為
「H2O 分子具有 H2的特性」，其餘學生則認為H2O 分子的生成，是分子和原子、
或原子和原子間的反應，且 H2O 分子具有 H2的特性或 H 和 O 的特性（如表 4-1-13）。
表4-1-13 水的生成答題表現
題目 選項 人次(%)
28. 關於 H2O 的生成，下列何者正確？
2 ： 1 ： 2
1 20.7 2 20.1 3 21.6 4 37.6
註：灰色網底為正確答案
由第29 題「定比定律」答題表現可知，有 43.1%的學生理解表徵中比值的意 義，認為「2：1：2 代表反應中 H2、O2和H2O 的分子數量比例」。其餘 56.9%的
由第29 題「定比定律」答題表現可知，有 43.1%的學生理解表徵中比值的意 義，認為「2：1：2 代表反應中 H2、O2和H2O 的分子數量比例」。其餘 56.9%的