迷思概念與科學學習

人本建構論者（Human Constructivist）的回顧指出：「1978年是科學 教育的研究由學院派（例如Bruner, Gagne, Piaget, Schwab and Skinner 等代 表人物的理論）轉變到人本建構論的重要一年。相對於學院派時期（著重 學科的結構、科學的探究、人類認知之發生和發展時期的劃分以及行為的 改變等），現在的科學教育著重有意義的學習、知識的重建以及概念的改 變。科教研究的這種轉向深受認知科學和科學史哲之研究成果的影響」。

（Mintzes& Wandersee, 1998, p.65。引自林財庫，2004)。另外Nussbaum指 出：「建構論者在科教領域的蓬勃發展相當受益於學生迷思概念的研究」。

而以往自然科學的教材組織、活動設計，往往以正統科學知識結構為依 歸，再經由專家學者的轉化加以編排、呈現，至於學生對此科學知識的看 法為何，並未被列入考慮。然而有關兒童迷思概念(misconception)的研究 結果已達成一個共識，那就是兒童有許多想法常常和正統科學不一致，有 時甚至是互相衝突，因而，學生在學習時產生很大的困難。因此，教學者

應該關心學生的學習過程，深入的瞭解學生如何解釋他所面對的科學知 識；又當學生在學習新概念時，其概念改變的過程為何，以及其間可能有 哪些關鍵性的影響因素等。如能掌握以上學習的各個環節，診斷出學習的 困難所在，才能設計適切的教學活動，以幫助學生達到概念的改變。

先前的研究顯示，學習者概念的發生、發展（或重建）和轉換（或改 變）的模式、過程和機制與科學哲學之知識發展觀、認知科學之認知發展 觀以及科學史中科學家個人或群體之概念或思維的發展觀等，有某種平行 關係（例如Piaget, 1972; Mintzes, Wandersee & Novak,1998, p.76。引自林 財庫，2004），因此可由認知科學各流派的認知發展觀以及科學史中重要 科學家之個人或群體的概念或思維的發展觀來嘗試分析學習者迷思概念 和概念結構的樣式（patterns）、層次以及成因，以瞭解學習者在學習時之 困難，促成學習之成效。

壹、迷思概念產生的原因

概念之形成是由於我們能夠對外界的事物進行歸類（categorization），

以行為學派的觀點而言：概念是指一群能夠對特殊的反應產生相關的刺 激；而認知學派傾向認為：概念是一種心智性的活動，經過不斷的學習並 由各種經驗中獲得，經由不斷的學習和經驗，學生對於某一些特定概念的 認知，逐步由模糊而清晰，由具體而漸次發展為抽象的複雜過程。但是每 個人擁有的概念並非穩固不變，Driver（1994）等人指出，兒童對世界的 看法會隨著年齡不同而有所差異，在不同年齡發展層次的兒童會以不同的 的語言和經驗來解釋其所看到的外在知識；亦即隨著年齡的增長，個人對 於同一個概念的理解與解釋是時時在變的。迷思概念的形成原因相當繁 雜，就以下幾點加以分析：

一、日常生活經驗

迷思概念可能起因於學生企圖去理解每天日常生活中的經驗（Bendall, Goldberg., & Ggalili, 1993; Garnett et al., 1995），透過此理解的過程，學生 會發展自發的概念，其中也會包括某些迷思的概念。例如Lewis ＆ Linn

（1994）的研究裡，學生在熱平衡的概念上，他們會認為金屬在熱的環境 裡，金屬會比外在的環境更熱，相反地，若是金屬在較冷的環境裡，金屬 會比外在的環境更冷，雖然他們知道物體會和環境達成相同的溫度，但是 日常經驗卻不是如此的結果；因此，Lewis ＆ Linn（1994）認為學生的直 覺概念是歷經許多年的觀察，並且企圖去理解每天日常生活的現象所產 生。

二、文化語言因素

學生除了與物理環境的接觸外，學生也可能會從他們生活的社會環境 中獲得一些迷思概念。因為他們所使用的語言、文化的信念與他人的互 動，也是迷思概念主要的來源（BouJaoude, 1991; Bergquist & Heikkinen, 1990; Lewis & Linn, 1994; Longden et al., 1991; Trumper & Gorsky, 1993）。

Solomon（1993）的研究認為，學生的先前概念會受到其根深蒂固的文化 所影響，因此會對於反應回答產生的程式和認知都有重要的影響。而且，

此文化及語言的效應是無法被學生的教學所消滅的。Lewis & Linn（1994）

認為每天所使用的語言是導致直覺概念的來源，他們能夠使用許多合適的 語言，或是字彙，但卻有很少的理解，會造成如此的因素是每天所使用的 語言並未明確地來使用，並且是限制於特殊的經驗，所以會促成了與科學 原理不一致的直覺概念。因此，在平時的教學過程中，教師應特別地強調 每天日常用語和科學語言之間的相異之處，藉以改變學生的迷思概念。

三、社會因素

除了文化的影響是產生迷思概念的原因，學生在與社會中的互動過程 中也會產生迷思概念，因為他們會傾向於簡化科學的概念，而使得他們更 易瞭解這個社會（BouJaoude, 1991）。在Prieto, T., Blanco, A., & Rodriguez, A. （1989）對於學生溶液概念的研究裡，他們亦認為學生的情境（如課 堂、實驗室和教科書）與社會情境（家庭、電視、收音機、烹飪食譜），

都是學生概念的主要來源。Galili & Lavrik（1998）也認為由於社會的互動，

和天真想法廣泛地被使用（通常是以“常識”的形式），如此將豐富了學生 自發的想法，並且減低了正常化教學的效益。

四、教師與教科書因素

有許多研究指出，教師是迷思概念的來源（例如：Bar & Travis, 1991;

Banerjee, 1991; McClelland, 1984; Osborne & Cosgrove, 1983; Quilez-Pardo

& Solaz-Portoles, 1995）。老師有可能在教學過程中有錯誤的詮釋、缺乏 科學知識的本質的瞭解或是企圖簡化概念（Bonder, 1991），而來提供對 於概念描述，如此都可能使學生產生迷思概念。舉例來說，在教室裡，當 學生的實驗結果與老師的標準答案不相同時，學生可能會受到責罵，如此 是不同於課堂外真實的科學實驗，結果的檢驗是根據自然的定律，而不是 對或錯。在這樣的情況之下，學生會發展出兩種形態的知識，而這兩種知 識是不相容的。例如當老師在解釋理想氣體方程式時，事實上教師使用了 兩種知識來傳達給學生，一個是理想狀態，是使用在課堂之中和實驗室；

另一個則是真實狀態，是可以用來解釋每天日常生活的經驗（Fensham, 1982）。在如此的教學模式之下，學生也可能對概念有錯誤的詮釋。

此外，教科書亦是學生迷思概念的來源之一（Andersson, 1986; Jones &

Lynch, 1989;Stavridou & Solomonidou, 1998），在Summers（1983）分析一 些教科書對於熱的定義，他發現在不同的教科書中對於熱有不同定義的方

式，但似乎都會困擾學生，使學生獲得不同熱的概念，例如常把熱與內能 混在一起，或把熱當作物質的熱質理論。因此，Summers建議應該把heat 改 為heating，因為heating 屬於一種過程，當物體的內能改變時，則會導致 物體溫度的改變。老師與教科書設計者應多留心學生的概念，在課程上應 呈現多樣的化學反應，包含只有一個反應物的化學反應，如此才能避免學 生迷思概念的產生。

根據許良榮（2003a）國科會專題研究成果顯示，對於「金屬」的分 類學生有類似的傾向，例如小學生除了傾向以直接知覺（例如固體、磁鐵 吸引、輕重、清脆聲音…等等）做為歸類依據，並且有隨著題目而變化（分 類的客體不同以及選項之變化）的不穩定現象。例如「摔在地上有清脆聲 音」的判準而言，在「鋁」的分類小四與小六都有超過10% 的學生選答這 個理由，但是在「鑽石」的分類，小四與小六選答此項判準的都不到4%。

顯示小學生對於金屬之分類，並未有一致性的歸類依據。類似的情形是「是 否被磁鐵吸引」的歸類依據，在「鑽石」選擇此項依據的到了高二都還有 17.4%，但是在「汞（水銀）」以及「鋁」只有小學生選答的比率維持在15%

以上，中學生選答此項判準的都約在5%以下。由研究也發現不論中學小 學，語言對於學生的歸類具有頗為重要的影響，有不少學生將「汞（水銀）」 解讀為含有「銀」的成分，尤其國二有幾近一半學生（48.6%）持有此項 觀點，小四學生則有11.9%認為水銀含有水所以不是金屬。而國二與高二 認為「因為名稱有金字邊就是金屬」的比率比小學高了約20%，顯示年級 越高，語言的影響有越明顯的傾向。因此在教學或教材設計時，應注意如 何避免學生過度的通則化語言（或文字）的意涵。

貳、迷思概念的研究方法

在迷思概念的研究法上，主要有幾種不同的研究取向，包括診斷性測 驗（diagnostic test）(例如Anderson, 1986; Erickson, 1980; Treagust, 1992)、

臨床訪談法（clinical interviews）（例如Novick & Nussbaum, 1978; Hewson

& Hewson, 1983; Brumby, 1984）、概念圖法（例如Novak & Gowin, 1984;

Novak, 1996）、自由分類（free sorting）（例如Gorodetsky & Gussarsky, 1986;

Hambleton & Sheehan, 1977）和畫圖法（例如Galili et al., 1992; Sanger, 2000）。在許多的迷思概念研究中，我們會發現有些研究者通常不會單獨 使用一種方式，他們在一個研究裡會使用兩種以上的研究方式（Osborne &

Cosgrove, 1983; Ross & Munby, 1991）。Jones等人（2000）認為使用不同 的評量方法會引出知識的不同形式。例如概念圖在描述學生在教學之前已 存在的基模相當具有成效；卡片的分類測驗則可以提供學生的概念組織的 訊息；訪談與對話的轉譯則可用來反映當學生以現有的知識來詮釋新的觀 察的過程和先前的知識。在Duit 等人（1996）的研究裡，他們也認為使用 不同的方式意謂著將會導致不同學生的概念。

王美芬(1991)指出研究者常用晤談法（interview）及紙筆測驗法來診 斷學生的錯誤概念。常見的紙筆測驗方式可分為封閉式和開放式測驗兩 種，郭生玉（1997）指出開放式問卷雖然資料較能深入，但資料難以數量 化和解釋，且回收率低。封閉式問卷的問題答案形式標準化，可得到較高 的信度，但不易探入瞭解所要探討的事實。Treagust(1988)採用二段式選擇

王美芬(1991)指出研究者常用晤談法（interview）及紙筆測驗法來診 斷學生的錯誤概念。常見的紙筆測驗方式可分為封閉式和開放式測驗兩 種，郭生玉（1997）指出開放式問卷雖然資料較能深入，但資料難以數量 化和解釋，且回收率低。封閉式問卷的問題答案形式標準化，可得到較高 的信度，但不易探入瞭解所要探討的事實。Treagust(1988)採用二段式選擇