金屬迷思概念之相關研究

壹、金屬的定義

史前人類使用金屬的開始，便是文明的開端，例如：「青銅器時代」

便是人類用當時使用的金屬定義歷史年代的一種方式。對現代人來說，「金 屬」是一個多麼普通的概念。製作炊具的鋁，製造罐頭的鋅，打製首飾的 金，還有製作各種工具的鐵等等，不都是金屬嗎？在門捷列夫的元素週期 表中，左下角絕大部分是金屬的領域，僅右上角才是非金屬的地盤。在人 類至今認識的109 種化學元素中，非金屬只有 22 種，而金屬占了近 80％。

這些金屬在常溫常壓下，都是具有光澤而不透明的固體（除汞外），它們

與非金屬之間存在著一條涇渭分明的界限。日常我們見到的金屬有相當 多，這些純金屬雖各具有不同性質，但基本上仍具有其共通性，依據何培 之（1988）對金屬的界定如下：

一、金屬都具特殊的金屬光澤（metallic luster）。除銅、金等個別金屬外，

一般金屬都是銀色或灰色。

二、與非金屬固體比較，除了鋰、鈉外都有較高的密度。

三 、 有 良 好 的 導 熱 性 （thermal conductivity ） 和 導 電 性 （ electrical conductivity）；它們均隨溫度的升高而降低。

四、有很好的可塑性和延展性（ductility and malleability）。

上述的金屬性質都是其內部結構特徵和鍵結方式的反映。由於同種金 屬原子的大小相同，因此金屬晶體結構可用等徑圓球堆積（close packing）

來描述。由於堆積的緊密程度常用空間利用率，即金屬原子體積所占整個 空間的百分比來表示。因此金屬物質的密度大都高於非金屬固體。（引自 何培之，1988，56 頁）。由此可知，「金屬」屬於集合概念，不是由導電、

容易導熱、延展性佳、有光澤、沸點高…等等單一性質所界定，而是這些 性質的集合才屬於金屬。整理關於金屬之概念圖，如圖2-1-1 所示：（引自 陳舜佳，2003）。

包括

貳、學生金屬之迷思概念相關研究

在現行的九年一貫自然與生活科技教科書中，也有不少和金屬有相關 的單元，以下就國中的九年一貫課程綱要做說明：

表2-1-1 國民中學自然與生活科技學習領域課程綱要（教育部，2002）

編號 分段能力指標

1-4-1-2 能依某一屬性(或規則性)去做有計畫的觀察 2-4-4-2 探討物質的物理性質與化學性質

2-4-4-4 知道物質是由粒子所組成，週期表上元素性質的週期性 2-4-5-2 瞭解常用的金屬、非金屬元素的活性大小及其化合物

2-4-4-5 認識物質的組成和結構，元素與化合物之間的關係，並瞭解 化學反應與原子的重新排列

＊ 編號第一碼代表主項目序號、第二碼代表年段(4 代表第 4 階段國中 一、二、三年級)、第三碼代表能力指標之次要目標序號、第四碼代表 流水號

教科書的內容是學生學習經驗的主要來源之一，學生或許曾聽教師講 授過，但是本身固有的概念、隱喻及不當的聯想以及錯誤的示範、操作等，

都可能讓學生形成迷思概念。White(1988)指出若要將物質加以分類，例 如：動物、植物、金屬等，專家和兒童會以不同的分類方法而分類。當區 分金屬和非金屬時，專家會觀察物質的特性然後再做分類，學生則會依照 金屬的定義、功能來做分類。學生的分類方法可能是兩種情形：

一、直觀（intuitive）的方法：直接靠感覺去猜的，不是真正熟悉他們 兩組間的關係或不同點。

二、分類有時不是十分瞭解它們之間的內涵。

國內外文獻對於金屬之概念的相關研究中有某些研究指出學生對於

金屬具有值得注意的迷思概念，Biddulph & Osborne（1983）以晤談研究 38 位九、十年級學生對於金屬的觀念，研究顯示學生對於何謂金屬所持的 理由相當多樣性，例如重量、光澤顏色、軟硬程度、磁性等等，有40%學 生認為金屬可以被磁鐵吸引，有55%學生認為奶粉罐子上的鋁片因為可以 彎曲所以不是金屬，顯示學生對於金屬的特性具有迷思概念。de Posada

（1997）以開放性問題探討高中學生（10∼12 年級）對於金屬內在結構的 概念，研究結果顯示十年級學生有37%持有非連續觀點（缺乏原子分子之 粒子概念），11、12 年級則降至 5%以下。而持有非連續（粒子）觀點的學 生也未必能恰當地解釋金屬結構。此外，Coll, Richard., & Treagust（2000）

半結構（semi）訪談高三、大學、研究所各 8 位的學生對金屬鍵的心智模 式（mental model），研究結果發現高中生對金屬格狀結構感到困擾，而大 學生及研究生則會畫圖甚至會加以說明格狀結構，但是雖然大學及研究所 學生比高中生學習者提供較多有關於金屬本質--格狀結構意義，但仍然無 法完整的將合金架構及其結構做解釋。Coll, Richard., & Treagust（2000）

指出，學習者雖無法提供具探究性的心智模式解釋金屬物質的導電性

（conductivity）及延展性，但學習者的心智模式具有獨特性，是根據自己 的發現做總結的。

根據許良榮（2003a）研究發現學生在金屬性質的迷思概念包括了以 下幾項：

1. 認為「鑽石是金屬」的學生由小四到高二分別為 27.8%，22.0%，

18.7%，6.1%

2. 認為鑽石不是金屬的學生中以勾選「因為鑽石不會被磁鐵吸引」

的理由為最多，由小四到高二都在17.4%以上。

3. 小四總計有 63.5%、小六有 56.7%認為水銀不是金屬，其理由以「因

為金屬是固體，而水銀是液體」為最多（小四37.7%；小六 33.2%）； 其次為「因為水銀不能被磁鐵吸引」（小四13.5%；小六 15.2%）。

4. 中學生認為汞是金屬的人數比小學多，國二總計有 74.3%、高二有 88.3% 認 為 汞 是 金 屬 ， 但 是 其 所 持 理 由 在 國 二 達 到 近 半 成

（48.6%）、高二則有10.6%的學生認為是「因為汞有『銀』的成分」

5. 小四到高二分別有 14.3%、22.4%、12.6%、16.7%認為水銀（汞）

是金屬的理由是「容易導熱的就是金屬，而水銀（汞）容易導熱」。

6. 國二學生有近半成（49.5%）、高中則只有 5.7%學生認為碳棒不是 金屬的理由是「因為金屬都會生銹，碳棒不會」。

7. 認為「名稱有『金』字邊的就是金屬」的小四到高二分別為 7.5%、

3.2%、25.7%、31.1%，顯示中學生傾向以物質名稱為判斷的依據 比小學生高出不少。

8. 認為鋁不是金屬的學生當中，小四與小六在三項理由的選答比率 頗為平均，依序為「因為鋁比較輕、軟」（小四18.7%、23.8%）；「因 為金屬的成分是鐵」（小四14.7%、13.7%）；「因為鋁不會被磁鐵吸 引」（小四15.9%、24.9%）。

誠如上述，學生關於金屬之迷思概念具有相當之多樣性，其成因包含 生活經驗、語言、邏輯推理以及學校學習經驗等等，值得進一步關注與研 究。