中小學生對於燃燒之迷思概念研究

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(1)第一章緒論本章將就研究背景與動機、研究目的與待答問題、名詞定義及研究範圍與限制，分成四節敘述之。. 第一節. 研究背景與動機. 壹、研究背景人類觀察自然，並從中發現及研究各種現象變化的道理，科學於是產生。有了科學，人們運用智慧，適應環境、改善生活，科技因此產生。所以說自然科學的學習與運用，使得人們的視野更開闊、想像更豐富，讓世界看起來更美好。在跨入 21 世紀的今日，科技發展日新月異，教育改革風起雲湧，各項競爭蜂擁沓至，盱衡世界發展情勢，國際社會已然成形，激發個人潛能、提昇國民素質與國家競爭力，已是不容忽視的。因此，新的教育理念重視「人與自己」、「人與社會」、「人與自然」的關係，希望藉由多元化社會中，感受自然的偉大，並從中培養現代人具備的思考與創造力（教育部，民 90）。在圖書館中各式各樣的書籍，莫不讓人眼花撩亂，若想從中挑選自己想知道的資訊，大海撈針總是比較困難，若能運用圖書館的「分類」系統，可以輕易的得到自己所要的知識。因此，在講求便捷的今日，透過「分類」等的技術，可以增強自己解決問題、處理事物的能力。隨著人們生活富庶安定而產生的「環境保護問題」，卻也成為日常生活的一部份。在一片環保意識高漲中，「垃圾回收，循環再利用」早已是生態環保人士大聲疾呼的口號。在歐、美、日等工業先進國家視「垃圾分類」為保護環境的第一要件。環保署（民 87）的資料中也顯示：「資源回收與垃圾減量」是環保的施. -1-.

(2) 行重點。要能達到此一目標，垃圾減量似乎是最適當的途徑。而如何做到垃圾分類呢？陳國成與江瑞湖（民 89）指出：大致可將垃圾分成：「可燃性垃圾」--具較高燃燒價值，適合以焚化法處理。「不可燃性垃圾」--無須經中間處理過程，直接以最終處理法處置或逕掩埋，以延長焚化爐年限。「資源垃圾」--可利用或具經濟性之物質與以回收再利用。「有害垃圾性」--具有毒害性物質，經分別貯存收集後交付回收業者。「巨大垃圾」--大型家電或家具。所以，「垃圾分類」與「可不可燃」早已成為處理環保問題中不可分的一體兩面。目前各級學校積極配合政府推行環境保護工作，也因此，垃圾分類與可不可燃這些問題與每個學童都息息相關，學童是依循什麼想法來歸類？物質是否可燃？該如何分類？這是每個學童都會去思考的問題。. 貳、研究動機學習者對於周遭生活環境的看法和想法，常影響他們對新資訊的思考。一般人在日常生活中，時時與自然界的事物和現象接觸，當然也常常發展出自己對自然現象的思考模式。Vygotsky 就指出學童自幼持有的「自然概念」是來自於每天的生活經驗，而且和日常真實世界中的現實緊密相關（Schnotz ＆ Preu 1999），di Sessa and Carey 也提及學童在尚未接受學校教育前，已具有源自日常經驗所建構的先前知識（Vosniadou, 1999）。也就是說，兒童憑藉著觀察、直覺，也已經發展出許多推論來看世界（Novak, 1988）。然而這些想法常與科學家的科學概念不相符合，甚至互相違背，而這些有異於科學家的想法，常成為學習上的障礙（Rogan, 1988）。因此，科學概念對許多學生而言，學習起來是相當困難的，這些困難是因為學生將自己的想法保留於腦海中，運用自己形成的概念解. -2-.

(3) 釋日常現象。學童會運用自己腦中的想法，與新知識做結合。根據這些研究，我們知道學童的學習並不完全來自於課堂中，而是建立於每天所做的事情，在學習過程中，學生並不是被動的擷取知識，而是試著將新資訊與自己腦中舊有的想法結合，做出合理的解釋。因此，探討學童對某一概念的看法，不但可了解其架構模式，更可作為科學課程與教學的參考依據，進而促進學童在自我的舊知識上修正、建構較符合科學界定的概念，以應用於日常生活成為解決問題的能力，並當成學習進一步知識的基礎。人類學習的最終目的是解決問題，而「概念」是學習的基本組成，其重要性不言而喻。「概念」之所以會形成，是因為我們能夠對外界事物中相同的歸為一類，來與不同類事物做理念上的區分，也就是進行歸類（categorization）工作。在個人心智歷程的運作上，歸類是學習與記憶的一種策略（鄭昭明，民 82）。以學習的觀點而言，使用類別的概念有以下的優點：（一）沒有類別則所有的事物皆是獨一的，思考和類化（generalization）將無法發生。（二）節省記憶力。（三）減低太多事物的學習。（四）讓我們不必先看到事物便知道它是什麼（Bruner et al., 1956）。（五）讓我們能區別事物（Matlin , 1983）（引自陳柏棻，民 82）。因此，若能結合「分類」與「概念」在學習上應可達到「事半功倍」之成效。「燃燒」是化學的基本概念，而且燃燒現象也是每個學生都有的日常生活經驗。從學科的觀點，燃燒牽涉到化學變化和物理變化，如氧化還原、光和熱、熔解、燃點、可燃物、助燃物和質量守恆定律等等的概念，以現行的國民中、小學教材來看，其範圍甚廣且分散在各個教學單元裡，教科書中亦有不少和燃燒有關的圖片；從科學的發展史觀點，燃燒概念的發展係經過相當長久的時間，才從燃素的概念發展到氧化還原的概念（張容君、周進洋，民 90）。而從文獻探討發現，各個年齡層的對「分類」的相關研究中，多以「生物」為分類客體，而以「是否可燃」為分類客體的研究並不多。然而，「燃燒」概念與我們生活中息息相關，. -3-.

(4) 日常生活中的許多現象，都與燃燒有關。例如：烹飪、點煙、冶鐵、點燃蠟燭… 等等。而兒童日常生活經驗中包含的化學反應，燃燒過程是最常見的，兒童對燃燒的看法多來自學校及個人經驗。關於這些，學生或許有他自己的想法，或者曾在書本、課堂學習過，然而他們的概念如何呢？學生對燃燒的概念，將影響學生對物質可不可燃的分類行為。事實上，各個年齡層的人，對「燃燒」概念，從國小、國中到成人都有很大比例的人，對燃燒概念的了解是片斷的、多變的而且相矛盾的（Ross, 1991；BouJaude, 1991）。甚至從許多研究中發現，學生對「燃燒」概念有很多迷思概念（如 Schollum & Happs, 1982；BouJaoude, 1991；鄭豐順，民 86）。因此，從「是否可燃」的分類，以了解學生在燃燒方面的迷思概念，是相當值得深究的。另外，從文獻中顯示來：研究對象屬跨學習階段的並不多，較難了解兒童在分類概念的發展情形，所以，本研究希望藉由探討跨學習階段（國小至國中）學生對燃燒的迷思概念，知悉不同年齡兒童的想法，以作為未來學校教師設計教學、分析教材的參考，使學生學習更有成效。. 第二節. 研究目的與待答問題. 壹、研究目的根據以上的研究動機，本研究的目的是：探尋不同年級的學生對物質是否可燃及燃燒的迷思概念。. 貳、待答問題基於上述研究目的，本研究的待答問題如下：一、不同年級學生對於物質是否可以燃燒所持的分類理由為何？二、不同年級學生對於物質是否可以燃燒分類之迷思概念為何？. -4-.

(5) 三、不同年級的學生，對於物質燃燒的迷思概念為何？四、不同年級的學生對於燃燒概念的思考模式為何？. 第三節. 名詞定義. 壹、分類（classification）「分類」在科學及科學教育上是科學探討上的過程能力。分類是指將某一個事物歸為一個類別要對事物分類必須具有不同類別事物的心智表徵，並決定哪一個類別最適合該事物的方法。. 貳、迷思概念（misconceptions）本研究所指之「迷思概念」，是指學生藉由日常生活經驗、學校學習或其他途徑，對於自然現象或某種科學概念所產生的認知；與現今科學界認定的概念意義不同。. 參、燃燒（burning）本研究所指的燃燒概念根據牛頓化學辭典（民78）及辭海（民70）所描述為物質需要可燃物、助燃物及到達燃點時，與氧劇烈化合而發熱與光的現象。. 肆、雙層試題（two-tier instrument）本研究之雙層試題是採用Treagust（1988）的雙層式選擇題，此種診斷的第一層是針對內容，第二階段是探索理由。此種方式可以察覺學生在概念上的狀態，不但可摒除開放式問卷的缺點，又可補單層封閉式問卷之不足。. -5-.

(6) 第四節. 研究範圍與限制. 壹、研究範圍本研究取樣樣本之研究範圍為台中市行政區所屬之公立國民中小學四年級、六年級及國二在籍之普通班學生為研究對象。. 貳、研究限制一、本研究之結果僅適於所研究對象在本研究設計範圍內的解釋。二、本研究中之晤談樣本，為研究者經過與該校老師協商得以晤談之學生，所以均非隨機抽樣。三、本研究雖尋得有經驗之教師協助，修飾問卷用詞，但文字的表達方式若引起受測者不同的思考方式可能仍是難以避免的。. -6-.

(7) 第二章文獻探討本研究主要由物質是否可燃探究學生對燃燒所持的迷思概念。本章分為四節：第一節為分類重要性，主要在說明分類與概念在教育學習上的重要。第二節為概念與迷思概念，說明概念在學習上扮演的角色與迷思概念的特性及存在原因。第三節為我國燃燒概念教材分析，將就新舊課程標準及相關教材進行分析，探討我國現行教材中有關「燃燒」內容的比重。第四節為相關實例研究探討，包括有關分類迷思概念，分析學術界對分類客體間的實務研究與發現，及探討有關物質燃燒的相關研究，討論已有研究中，所發現對物質燃燒的迷思概念。. 第一節. 分類與學習. 壹、兒童分類能力的發展皮亞傑（Piaget）是開兒童認知發展，研究兒童分類能力之先的認知心理學家。在其與 Inhelder（1969）的研究，對 2159 位兒童，以常見的幾何圖形及花與動物為訪談客體，探究兒童分類認知結構的發展階層，從研究中發現：兒童直到七、八歲之後，才逐漸發展分類（classification）及排序（seriation）的認知能力。根據他們的研究顯示分類能力的發展約略分成四個階段：第一階段及第二階段稱為前運思期（preoperational stage ），這個階段大約是二歲至七歲的兒童。第三階段發生在七歲至十一歲的兒童，稱為具體運思期（concrete operational stage）（引自黃達三，民 82）。第四階段是十一歲以上的兒童，稱為形式運思期（formal operational stage）。各個階段的特徵分別為：（一）第一階段（二歲至五歲半）：將不同形狀、大小、顏色的幾何圖形分類時，此一階段的兒童會把有關係的放在一起（collective objects）。也就是排列成多樣性的小集堆（sets），或一些複雜性的物體表徵。群聚間並不是互斥的，同一群聚之內各項目之間也不具共同屬性。而且兒童會留下一. -7-.

(8) 些客體，未加以處理及歸類。在此階段兒童分類能力的發展特性如下： 1、內涵不能明確地界定外展，也就是沒有一個固定的客體特性決定客體屬於哪一個集團（collection）。 2、知覺（perception）主導分類的操作，也就是在操作進行過程中，並沒有全盤的規劃（general plan），僅是隨自己的需要把客體加以排列及堆集。（二）第二階段（五歲半至七歲）：分類過程中，兒童以相似性（similarity）為分類的依據。也就是會依幾何圖形把客體分成不同集團，看似有類似的特性。此階段兒童分類能力的發展特性如下： 1、兒童會把所有客體分類，不會留下未處理的客體。 2、內涵可以完全界定外展。也就是兒童會利用客體的特性來界定他所歸類的集團。 3、在任何一個階層（hierarchy），兒童利用客體的同一屬性（attribute）作為客體分類的標準。 4、兒童仍未能到達真正的分類階段，因為仍然忽略分類的階層性，尚未具備類包含（class inclusion）的能力。（三）第三階段（七歲至十一歲）：兒童到達真正的分類階段，不但能建立階層的分類關係，而且了解階層間的類包含。但此階段的兒童僅能操作真實客體的分類，而無法操作假設性的客體（hypothetical objects）。（四）第四階段（十一歲以上）：此一時期的兒童思維能力到達成熟階段，可以對假設客體進行假設演繹推理而分類。由上可知兒童的認知發展直到具體運思期時，才具備分類的能力。而分類是一項重要的認知能力，此項能力也是隨著年齡增長而逐漸發展的（張春興，民 85）。皮亞傑認為分類認知結構是發展邏輯運思的基礎，他的論點植基於以下列三. -8-.

(9) 個主張（Phillips & Phillips, 1989, 引自黃達三，民 82）：（一）兒童已發展分類結構者，能執著於明確的標準，面對某事物特性作邏輯推理。（二）數結構（number structure）的發展，直接以分類及排序結構的發展為基礎。（三）形式運思的認知結構，其發展及建立決定於早期分類及排序結構的發展。皮亞傑也說明合乎邏輯的分類架構應該包含以下四種特性（王文科，民 72）：（一）相互排斥：屬於一類的物體，不會同時又屬於另一類。（二）分類為其集中性（intension）所決定：同一類物體都具有某些共同的屬性。（三）分類可以外延（extension）決定：描述符合分類集中性之物體總數。（四）由集中性決定外延：依據皮亞傑的見解，兒童需至九、十歲始能掌握此種區別。另外，Caplan and Barr (1989) 發現：年幼兒童判斷分類成員時，常常不以特徵為依據，而是依自己定義種類，而且兒童多以具體的特徵來定義分類項目。Russell et al. (1991) 指出孩童會根據五個主要的標準來進行物體的分類，包括成分（composition）、功能（function）、位置（location）、直覺（perception）及物體製造方式（引自 Krnel et al., 1998）。除此之外，Annett（1959）的研究認為兒童分類行為有五種形式，隨著年齡增加分別是沒有解釋（no explanation）、列舉（enumeration）：提及不同的事實、擴展（contiguity）：連結相關事項、相似（similarity）：將相似特徵連結到分類命名（class name）（引自 Caplan & Barr, 1989），而 Kagan et al.（1963）研究也指出兒童分類模式呈現三種方式，分別是分析（analytic）：指知覺相似、. -9-.

(10) 相關（relational）：指功能或某些方式相關聯及推論（inferential）：非以客觀性質為基礎，而是推論，三種形式均會發現在所有年齡層，隨年齡增加，相關模式降低；而分析及推論方式增加，也就是年輕樣本傾向以推論和分析解釋分類理由，老年人傾向以相關理論解釋分類理由（Kogan, 1974）。綜觀上述研究發現：兒童要到七、八歲之後，才漸漸開始發展分類及排序能力，年齡漸增，才能分析、推論了解分類階層中的關係，也就是隨著兒童在不同的認知發展階段，各段期間特有的一些運作會越加熟練、統整，並且形成一個有結構的整體（郭重吉，民 81）。本研究以國小至國中學生為樣本，符合皮亞傑分類結構發展，從前運思期至形式運思期的發展。. 貳、分類的重要性分類是將具有相同或相似特徵的事物放在一起的心理運作，是一項重要的認知能力（張春興，民 85）。皮亞傑（1969）提到：在日常生活中，能夠合理的將事物分門別類者，即表示能以精確明辨的方式替代含糊籠統的反應，並且強調「邏輯分類」是日後青少年其推理思考能力的基礎。也就是說，人們會在環境中對事物加以分類，藉由類別系統（category system）來組織大量訊息，使其能被保留於長期記憶中，並藉此來引導他們的推理過程（Rosch et al., 1976；引自莊志彥、蘇育任，民 88）。鄭昭明（民 82）認為在個人心智歷程的運作上，歸類可以是學習與記憶的一種策略。陳柏棻(民 82)則綜合各學者意見認為以學習的觀點而言，使用類別的概念有以下的優點：(一)若沒有類別則所有的事物皆是獨一的，思考和通則化 (generalization)將無法發生。(二)節省記憶力。(三)減低太多事物的學習。(四) 讓我們不必先看到事物便知道它是什麼(Bruner et al., 1956)。(五)讓我們能區別事物(Matlin, 1983)。. - 10 -.

(11) 概念是知識的基本組成單元，而分類是以一些共同的特點或類似於某一原型為基礎來組織概念。Douglas and Brian（1992）認為可以把概念定義為包含某類別重要性描述的心理表徵或觀念：他們從古典觀點（The Classical View）來看，認為概念包括了可做為決定類別成員之準則的特點；從可能性觀點（The Probabilistic View）來看，概念是由類別中某單一成員其可代表性的特徵所組成的（引自鍾聖校，民 79）。正如 Braund 在 1991 年所說明的：分類工作可以使學生觀察能力進步，Thomas（1990）也提到分類學習有助於複雜現象的發展。顯示人們所持有的概念將作為分類的依據；而「分類」的認知歷程則可以協助人們觀察、體會環境，進而建構概念、組織知識，足見「分類」之重要。. 參、分類在教育上的意義再從科學教育的觀點而言，「分類」也是科學探討上重要的過程能力（Bloom, 1987）。而「分類」也是學校科學課程中重視的部分。美國 SAPA 的科學課程中認為實施科學教育最好的方法，即是利用探討的過程。進行探討的過程中，美國科學促進協會（The American Association for the Advancement of Science，簡稱 A.A.A.S.）建議運用十三種過程技術（process skill）：觀察（observing）、應用時空關係（use space/time）、分類（classifying）、應用數字（using numbers）、測量（measuring）、傳達（communication）、預測（predicting）、推理（inferring）、控制變因（controlling variable）、解釋資料（interpreting data ）、形成假設（ formulating hypotheses ）、操作型定義（ defining operationally）、實驗（experimenting）。其中前八項適用於幼稚園至三年級，後五項適用於四至六年級（引自 Hyde, 1989）。而日本初中的科學課程其中一個目標是「以探討的方式培養科學方法與態度」。並說明科學方法分為四類十二項，如下：1.收集資料（1）觀察，（2）測量。2.處理資料（1）分類，（2）製作圖表。. - 11 -.

(12) 3.（1）解釋圖表，（2）解釋照片，（3）預測與推理，（4）建立模型，（5）形成假設。4.其他（1）實驗，（2）能實驗操作型定義，（3）紀錄和傳達。（歐陽鍾仁，民 76）而在我國國小自然科課程標準（教育部，民 82）中，一年級就以「指導兒童從學習中，擴展五官之觀察能力，習得辨認特性及異同比較的觀察方法。」藉此指導兒童的分類能力；在九年一貫課程「自然與生活科技」學習領域的能力指標的其中一項次目標—就包含「比較與分類」之過程技能，能力指標中明確提到「依特徵或屬性，將事物歸類」（1-1-2-1）【註】、「知道依目的（或屬性）的不同，可做不同的分類」（1-2-2-4）及依差異的程度，做第二層以上的分類（1-3-2-3），亦即希望學生能運用觀察、測量、蒐集資料、比較異同、歸類與解釋資料等科學技能達到「主動探索與研究」的基本能力（教育部，民 90）。也就是說「分類」是自然科學學習時，學生所應具備的科學素養。綜觀中外科學課程，可知「分類」是認知學習的一項重要「技能」，對學生在學習科學概念時，是相當重要的，因此，在中外的科學課程中均受到重視與肯定。. 註：九年一貫自然與生活科技分段能力指標的「a-b-c-d」編號，「a」代表能力目標，「b」代表學習階段序號：1 為第一階段一二年級，2 為第二階段三四年級，3 為第三階段五六年級，4 為第四階段國中一二三年級，「C」代表能力指標之次目標（-2-為比較與分類）序號，「d」則是流水號。. 第二節. 概念與學習. 壹、概念的形成與特性一、概念的形成概念是人類思考和研究的工具，然而，思考是一種複雜的行為模式，而人類. - 12 -.

(13) 藉由思考，將個人經驗歸類整理，卻是人類的基本能力之一。Mervis and Rosch （1981）認為透過歸類整理出建立起來的範疇或類目，就稱為概念（concepts）（引自鍾聖校，民 79）。一個概念通常是指對某一類事物的獨特心智表徵特質（鄭湧涇，民 89 ）。概念之所以形成，是因為我們能對外界事物進行歸類（categorization）；把相同的事物歸為一類，以與不同類的事物在理念上分開（鄭昭明，民 82）。概念讓我們對外界的事物進行有效而正確的辨識，因此，概念的形成可以說是對事物一種基本分類的過程與結果。鍾聖校（民 79）認為就某方面而言，分類是概念作用的表現；它是一組事物視為具有某種程度的相似，可以把他們放在一堆，或以相同的名字稱呼他們，或對他們做相同的反應。她以過去學者的分類研究，說明概念的形成分成智慧與生態基礎：（一）智慧觀（intellectual view）認為分類並不完全訴諸外在認識的特性。因為對原型（prototype）或有層級結構（graded structure）的認識，就不能用外在特性充分說明。兒童在分類時可能依賴某種完全真實（real）的特質，及某種「歷史觀」。因此，概念形成還要訴諸個體對事物的潛在直覺（intuition）和信念（beliefs）。（二）分類的生態觀認為環境提供無限的機會，讓個體認知世界。從生命的開始，凡可知覺的東西，包括物體、物體的屬性和其所關聯的事物，就具有可觸接性（affordances），當經驗增多人會變成更熟練（skillful）、有效的知覺者。概念是個人思考和了解的工具，更是處理資料的重要依據。當人們接觸不同事物後，把新經驗套入舊經驗中，在環境中找出共通性，將物體思考分類，將有助於概念的形成。二、概念的特性概念依存於人類文化中，沒有人類就沒有概念。鄭昭明（民 82）認為自然概. - 13 -.

(14) 念具備下列兩個特性： 1.典型性（typicality）：人們所認為的概念的例子，符合此概念的程度。例如「麻雀」比「鴨子」更像一隻典型的鳥類。 2.朦朧性（fuzziness）：概念與概念之間不存在著明顯而清楚的界線。以 Labov 在 1973 年的研究：「杯子」、「盤子」與「花瓶」是不同的概念，但是當「杯子」的寬度逐漸增加時，漸漸地被認為是「盤子」；當「杯子」的高度逐漸增加時，則被認為是「花瓶」。由此可知，人類的智慧系統能在不精確（ imprecise ）與非量化（nonquantitative）的朦朧狀態下進行思考、推理與決策。因此，人類的學習也顯得有彈性而能自由應變。此外，概念是人們為了方便溝通，將事物具有的共通性抽離出來，而產生的符號化的產物。例如：文字與語言，無不包含複雜概念，學習因此產生。黃台珠（民 73）指出概念具有三個主要特性： 1.共同性（reqularity）：一個概念在物體、事件或其他概念之中有共同性。所以了解一個概念是只知道其分類規則，並且能夠知道此一概念和其他概念之間的關係及其差異。 2.符號化：概念的產生是為了人類之間的溝通，以及個人使用認知結構中的概念。所以，概念是人為的、符號化的。 3.使用者：符號是人類所創，存於人類心智中，為了方便與溝通而產生的。因此，概念是文化的產物，會因不同個體、不同文化背景與時間而發生變化。而且在概念獲得的歷程中，會因思考、推理方式的不同，概念會不斷加深、加廣並統整，使概念有不斷的改變。. 貳、概念的學習與改變概念是學習的基本單位，透過概念的改變而產生概念的學習，逐漸累積成整. - 14 -.

(15) 體概念系統。Piaget 認為人類腦中的概念系統，不是認知的產物，而是知識習得的過程。想要闡明概念學習的問題，就必須探求這個變化過程的結構與規律（莊嘉坤，民 81）。亦即人們在不同的認知發展階段，會利用不同的認知形式來學習新概念，透過認知運作的的方式，將新概念統合於概念系統中，使概念系統不斷精緻與擴大（李曉雯，民 90）。概念並可被視為從一群觀念（ideas）及事實（facts）中，對基本性質的綜合（Pella, 1966）。個體依據經驗建構概念架構（或基模），會成為處理新資訊及預測未來事件的基礎，並幫助評估過去預測的正確性（郭重吉，民 77），也就是學習者利用自己的背景知識與經驗，主動建構知識。知識的獲得是指同一個概念的加深或加廣；或是指不同概念間統整、分化的結果，因此，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 et al. (1994) 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。所以，我們可以把知識的學習視為概念獲得或概念改變的歷程。概念是深根於每日生活經驗並以如此經驗連續不斷的累積。概念奠基在相關的感官經驗，在發展期間藉面對經驗引發出現本有的架構（Duit, 1999）。Schnotz and Preuß （1999）也認為學童就學之前已有一些日常經驗和對於日常事物的常識，這樣的常識會與學校中獲得的新知識互相影響；一方面先存知識會比新知識優先被採用，另一方面先存知識也會阻礙新知識的理解與學習，因為先存知識常常與新知識是不相容的，因此「學習」不只是要取得新知識，也時常在重組已存有的知識，而其過程便是種『概念的改變』。就學習的觀點而言：概念改變的形. - 15 -.

(16) 式分為同化（assimilation）及調適（accommodation）兩類；同化意指學生利用既存概念取處理新資訊，調適則是指學生無法以現存概念了解新資訊時，必須對既有概念，置換或重新組織。Strike and Posner（1985）強調，學習是緩慢且片段的過程。調適應是漸進的，每次的調適應是新的調適的基礎，逐漸累積成整體概念的重組或改變（引自李曉雯，民 90）。概念改變的理論是依據學生擁有另有概念的想法，這想法是內部一致性、健全的不易熄滅的（Vosniadou, 1999）。一般而言，一個新概念不可能取代舊有概念，因為假如概念是深植而且已經成功的在先前的生活情境中，對概念將沒有不滿。更進一步，假如沒有可利用的概念，要改變學生透徹的想法，幾乎不會成功，這將是可理解的而且似乎是合理的。學生經常不能理解新的理論，因為就概念提供概要說明，睜大眼睛去說、去看新的科學概念。因此，對學生來說，新的概念變得不是可理解而且不合理了（Duit, 1999）。除非當個體遭遇困難，而這個新的、合理的概念可以解決這些困難。依據目前科學教育界普遍採行的認知觀點，認為學習就是概念的改變（郭重吉，民 77），Posner et al.（1982）提出概念改變的四個條件：一、不滿（dissatisfaction）：學習者必定對現在的概念有所不滿。二、可理解的（intelligible）：新的概念必須是可理解的。三、合理的（plausible）：新的概念最初的出現必須是合理而真實的。四、廣泛的（fruitful）：新的概念應該是適用性較廣的。學生不會立即放棄自己的想法，這些根深蒂固的觀念，即使以合理的方式來解釋試圖扭轉想法時，也會拒絕改變，只有當學生不滿意自己的原有觀念時，才有概念的改變，也就是說，學生會因學校制式的教學及日常生活中非制式的資訊學習，這些不同來源的知識衝擊，使概念發展，並形成自己的知識結構( Rowlands, 2001)。. - 16 -.

(17) 參、迷思概念 Schnotz and Preu ( 1999 ) 認為很多研究已指出學生會源自日常經驗取得其另有架構，就科學界定的觀點又可視為「迷思概念」。在學校裡學生獲得「科學用語」，也學習到於考試時再呈現此知識去回答老師的問題，然而學校外他們卻繼續使用其舊有的知識，甚至經過好幾年的形式教育，這些舊知識仍與新科學概念並存。Driver, Guesne and Tiberghien ( 1985) 提出學生迷思概念的特徵有（引自邱弘毅，民 87）：一、由感覺支配思考（perceptually dominated thinking）：學生在一個問題情境中，會傾向將他們的推理建立在可觀察到的特徵上。二、有限的注意焦點（limited focus）：學生會把注意力集中於感官上特別突出的特徵上，並且只考慮特殊情境中有限的幾個方面，所以當學生解釋一個現象時，只會適用特定性質，而不會考慮所有因素。三、集中於改變的而非不變的狀況（ focus on change rather than steady-state situation）：學生傾向將注意力集中於事件的順序上或隨時間修正的狀態上。亦即傾向於系統的過渡狀態而不是平衡狀態。四、線性的因果推理（linear causal reasoning）：學生對事件的看法呈現只考慮重要因素的傾向，導致學生在考慮系統間的相互作用關係時有所困難。也就是，學生在思考事件的因果關係時，有特定思考方向的傾向，就如科學家認為是可逆的，對學生卻不容易理解。五、未區別的概念（undifferential concepts）：學生想法有一使用範圍，而這範圍可能和科學家不同，甚至比科學家認定還廣，使得學生容易在課程中跳脫或忽略，沒有真正了解。六、情境相依性（context dependency）：學生使用不同的想法來解釋科學家. - 17 -.

(18) 眼中相同的事物。七、一些顯著概念（some predominant conception）：許多迷思概念在不同主題中一再出現，且這些概念在不同的主題中都相當普及而具有影響力。鍾聖校（民 83）提出迷思概念一共具有八種特性：一、過程性：迷思概念是在概念發展及概念學習的過程中出現。二、不完備性：學童對問題思考不周，概念的系統是片面且零碎的。三、非正統性：學童對概念的想法是有別於科學家對概念的定義。四、思考性：學童於概念的學習時有時會採用直覺、錯誤的類比、不正確的推理，以及不成熟的運思。五、個別性：迷思概念與個體本身的概念系統有關。六、普遍性：學生普遍具有。七、不穩定性：沒有確定的見解，容易出現，也容易拋棄。八、頑固性：根深蒂固的，不易經由教學而改變。綜而言之，學生靠個人經驗解釋不同現象觀點，造成迷思概念有很大的變化性及獨特性，且迷思概念常會有超越文化的特性 ( Gonzdlez, 1997) 。迷思概念是學生在學習過程中所產生的有別於科學家的定義，因此，迷思概念不但具有多元的屬性，並且普遍存在於學生想法中，這些想法常是因為學生的感官經驗或特定思考而產生的普遍概念，所以不容易經由教學而改變。. 肆、迷思概念的來源迷思概念的形成，一方面可能是學生受到不適當的觀察與推論而產生的另有概念；一方面也可能是在教學中或週遭生活環境中，因為錯誤訊息或是本身不適當的整合而引起的。所以，迷思概念的原因相當繁雜，近年來，已經有越來越多的學者提出學童迷思概念產生的原因，根據 Duit ( 1991）的研究，學生迷思概. - 18 -.

(19) 念的來源大略可分成五點：一、感官上的印象：日常生活經驗中，有許多對自然現象的感官印象，如熱、聲音、光、力、運動和燃燒…。二、日常生活用語：這是日常生活概念的主要來源之一，但其中包括許多過時的科學概念，容易使學生產生迷思概念。三、與生俱來的概念：大腦內部想法。四、從學生的社交環境中所學：日常生活中，學生從和父母、朋友或其他人的交流中，學到片斷的科學知識和迷思概念。而其他資訊的來源，也會給學生一些正確或不正確的觀念。五、從教學中所得：教學中有時會導致迷思概念，或是支持學生舊有的概念架構。迷思概念的來源，可能來自於老師提供的錯誤資訊，或教科書和老師對正確知識所做的不正確詮釋。國內學者郭重吉(民 77)綜合 Champage , Klopfer and Gunstone（1982）以及 Osborne and Wittrock（1983）的研究理論指出：1.學生在學校教學之前，對一些常見自然現象的形成原因，即有他們自己一套的想法(conception)；2. 上述想法常常有異於學校所要教的正統科學概念；3.學生對於自然現象的想法，常可藉由推測其來由，而歸納成為數有限的幾種類型；4.學生傾向於保護他們原有的想法，在傳統教學方法上，學生原有的想法很不容易改變；5.學生原有的想法可能成為學習的阻礙。因為學生學習時是以先入為主的觀點解釋所見所聞。因此他們所得的解論和解釋，很可能和課本或老師所要教的不同：6.有些學生學習上的困難並非由於推想能力不足，而是因為對該學科的背景知識不足。 Treagust（2000）指出迷思概念的原因來自於感覺經驗、語言經驗、文化背景、同儕團體、大眾媒體及科學教學。因此，綜合以上所述，學生迷思概念的原因具多樣化，因此，教師於教授自然科時，如能先了解學習者的迷思概念，教師. - 19 -.

(20) 將可以採取適當的方式因應。. 伍、概念研究的方法張惠博（民 91）提出 Duit, Treagust and Mansfield 在 1996 年探究學生理解相關科學研究，歸納的五種概念研究方法，包括：（一）自然情境（naturalistic setting）研究：指紀錄學生在教室內口語與非口語的行為，以及課堂中學生互動情形。（二）晤談：這是最常用，而且最有效獲得資料的方法。晤談技巧包括個人晤談、團體晤談、皮亞傑的臨床晤談（即針對事例或事件晤談）、以及預測—觀察—解釋的 POE 晤談或展示—觀察—解釋的 DOE 晤談。（三）概念連結：藉由紙筆的方式繪製概念圖或關係圖。（四）診斷測驗：包括問答題的測驗，或是先以選擇題測驗，再跟隨解釋或說明的回答。（五）電腦診斷測驗：以電腦模擬情境，讓學生回答並記錄答題過程。許多方法都可被用來探索學生的概念想法，其中，晤談是最常被使用的，因為晤談不但可用以探究學生的理解與概念，還可以對學生知識架構做評估（郭重吉，民 89）。研究者可以儘可能的真實描述學習者的觀念探查學生所持概念。而概念圖在科學教育上被當成了解學生知識架構的方法。概念圖可提供學生如何在心理組織架構在知識領域上的重點概念（ Ruiz-Primo, Schultz, Li & Shavelson, 2001 ）。另外，診斷式測驗可以區分學生所持之各種不同的先存概念（preconception），不僅僅檢驗答案是否「正確」。Tan, Goh, Chia and Treagust (2002) 指出雙層診斷工具可以設計來檢視領域中學生所持有的迷思概念，並藉由雙層診斷工具使教師注意教學的研究價值。鄭湧涇（民 89）也提到發展雙層式. - 20 -.

(21) 診斷測驗，應就學生所具主要迷思概念為主題，和學生晤談，蒐集學生想法，再以學生想法為基礎，發展診斷式測驗。如此一來，不但可了解學生的概念，還可以探索學生思考的過程。 Tan et al. (2002) 指出了解學生概念理解的方法主要有概念圖、概念晤談及多層選擇診斷工具。Treagust (1995)提到評量學生科學知識的方法說明雙層式的設計，應先以確定命題敘述、發展概念圖然後連結命題敘述與概念圖來決定內容，接下來利用探查相關文獻、進行非結構性晤談及以開放性方式進行多重選擇內容選項獲得有關學生概念的資訊，最後以發展雙層( two-tier) 診斷工具、設計檢核表再持續精緻化來發展診斷試題，藉此揭露學生對某一概念的細緻想法。因此，本研究為探知學生在燃燒分類概念上的想法，以概念圖確定研究方向，利用晤談了解學生想法為基礎，配合雙層試題，以達到本研究之目的。. 第三節. 我國燃燒概念教材分析. 近十年來，正處於我國教改階段，教材內容從部訂的統編本教材，到 82 年開放民間的審定本教科書，再到從 90 學年度開始分四年全面實施以學校本位為主的九年一貫課程，不同時期就學的學生可能適用不同的學習內容，本節將依目前就學階段學生可能涉及的教材，將有關於燃燒部份進行分析，以理解學生的學習內容。. 壹、國小舊教材（一）民國六十四年統編本教材在民國六十四年頒定的自然科課程中，與燃燒相關的單元共有 2 個，分別是第七冊的「悶熄蠟燭」與第九冊的「氧和二氧化碳」，其中相關的概念如表 2-3-1。. - 21 -.

(22) 表 2-3-1. 六十四年課程國小自然科「燃燒」教材分析. 冊別. 單元名稱. 相關概念. 第七冊. 悶熄蠟燭. 影響蠟燭燃燒時間的變因. 第九冊. 氧和二氧化碳. 氧和二氧化碳具有可辨認的特性. （二）民國八十二年審定版教材八十二年九月公佈「國民小學課程標準」（教育部，民 82），自八十五學年度第一學期（85 年 8 月）由一年級起逐年實施，其中提及燃燒相關的概念如表 2-3-2，包括一年級時應知道燃燒可以提供熱能，四年級學生應該了解物質燃燒需要氧。因此根據課程標準，在審定本的各教科書對於燃燒的相關概念，均有單元配合，如表 2-3-3。以康軒版教科書為例，在第一冊的烤麵包及第八冊熱的傳播，說明燃燒產生熱；在第七冊中認識氧和二氧化碳，並進一步知道氧會助燃。. 表 2-3-2. 領域. 八十二年審定本國小自然科「燃燒」教材分析. 內容. 項目. 年級. •溫度與熱二、熱現象的探討 •日光或燃燒等都可提供熱能。物質與能. 一年級. •氧和二氧化碳是生命所必須七、空氣的探討 •物質燃燒需要氧。八、氧化還原的探討 •了解燃燒需要空氣。. - 22 -. 四年級三、四年級.

(23) 表 2-3-3 國小審定本教科書與燃燒相關教材內容分析. 版. 本冊. 別. 單. 元. 第一冊四、烤麵包康軒版（1~12 冊）. 牛頓版（1~12 冊）. 國編版（1~12 冊）. 南一版（1~12 冊）. •燃燒產生熱 •氧是助燃的氣體，二氧化碳是不助. 第七冊四、氧和二氧化碳. 燃的氣體。 •物質燃燒需要空氣中的氧。. 第八冊二、熱的傳播. •蠟燭燃燒會產生熱空氣。. 第八冊五、物質的燃燒. （1~12 冊）. •物體怎樣才能燃燒。 •氧、二氧化碳與燃燒的關係。 •製造氧氣和二氧化碳. 第八冊四、氧和二氧化碳. •檢驗氧和二氧化碳 •物質燃燒需要氧. 第八冊三、兩種空氣. •氧的性質 •二氧化碳的性質 •蠟燭燃燒會產生熱. 第二冊六、冷和熱翰林版. 相關概念. •蠟燭受熱會變成蠟油. 第五冊三、奇妙的空氣第八冊二、兩種氣體. •空氣可以使火燃燒的更旺 •氧的性質 •二氧化碳的性質. 此外，康軒版及翰林版的教科書都以蠟燭為例來說明燃燒。值得注意的是只有在牛頓版的教科書有明白提到「物體怎樣才能燃燒」，其餘均僅說明燃燒需要氧。. 貳、國中部編本教材八十三年十月修正頒佈「國民中學課程標準」（教育部，民 84），自八十七學年度起，正式使用依據該課程標準所編輯的教科用書。課程標準中的教材綱要包括以生活為中心的十個主題，其中與燃燒相關內容如表 2-3-4 所列。包括以「物質的粒子世界」、「大氣與水」與「化學反應」等的領域主題，內容則以設計實驗了解燃燒相關概念，如理解物質組成一定，及反應前後質量守恆或以實驗說明反應物與生成物的概念。. - 23 -.

(24) 表 2-3-4. 八十三年十月修正頒佈之「國民中學課程標準」教材綱要分析. 領域. 內容. 教材綱要 •設計實驗以觀察:物質三態的變化及溫度變化. 三、物質的粒子 (如吸熱、放熱現象)。 2.物質的變化 •利用實驗測量反應前後物質質量，理解物質世界組成一定，及反應前後質量守恆。四、大氣與水. 3.空氣組成 1.化學變化. •介紹空氣的重要成分，以及氧氣的製造和收. 集。 •實驗說明反應物與生成物的概念。 •化學反應的進行有快有慢。 •日常生活上幾種常見金屬、非金屬的活性比. 五、化學反應 2.活性. 較。 •實驗中瞭解反應難易與元素的活性有關， (實驗中至少含一種燃燒實驗，並簡介氧化反應). 表 2-3-5 國中部編本教科書與燃燒相關教材內容分析. 冊別. 第一冊. 單元名稱第二章空氣 2-2 氧 2-3 二氧化碳. 相關概念 •氧與物質的燃燒 •二氧化碳的性質. 第五章熱 5-4 熱對物質的影響. •熱會使物質狀態改變 •燃燒會產生化學變化. 第七章物質變化 7-1 物質變化 7-3 化學反應現象第二冊. 第九章化學反應 9-1 元素活性. •認識物理變化及化學變化. •對氧活性大容易燃燒 •對氧活性小不易燃燒 •鈉的燃燒. - 24 -.

(25) 國中理化課程是從國二開始，由表 2-3-5 得知，僅在國中二年級的課程中提及與燃燒相關概念，像在第一冊第二章中說明氧與物質的燃燒的關係，事實上，這與國小課程是相重疊的概念，直至第一冊第五章開始，對於燃燒才有再進一步的深入探究，包括了解燃燒是化學變化，及第二冊說明活性時，提及的對氧活性大容易燃燒，對氧活性小不易燃燒等相關概念。. 參、九年一貫課程國民教育九年一貫課程經學者專家及社會賢達的共同努力下，教育部在民國九十年一月正式公佈課程綱要。九年一貫課程自九十學年度開始在國小實施，自九十一學年度起在國中實施。其中「自然與生活科技」學習領域內容包括「物質與能、生命世界、地球環境、生態保育、資訊科技等內容。注重科學與科學研究知能，培養尊重生命、愛護環境的情操，善用科技與運用資訊的能力，並能實踐於日常生活中」。而與燃燒相關的能力指標如表2-3-6。表 2-3-6. 九年一貫課程「自然與生活科技」課程與燃燒相關能力指標內容. 項目. 認識物質. 能力指標 2-2-3-1 認識物質除了外表特徵之外，亦有性質的不同，例如溶解性質、磁性、導電性等。並應用這些性質來分離或結合它們。知道物質可因燃燒、氧化、發酵而改變，這些改變可能和溫度、水、空氣等都有關 2-3-3-2 探討氧及二氧化碳的性質；氧的製造、燃燒之了解、氧化(生銹等)，二氧化碳的製造、溶於水的特性、空氣污染等現象. 2-4-5-2 了解常用的金屬、非金屬元素的活性大小及其化合物交互作用的 2-4-5-3 知道氧化作用就是物質與氧化合，而還原作用就是氧化物失去認識氧變動與平衡. 2-4-7-2 認識化學平衡的概念，以及影響化學平衡的因素 2-4-7-3 認識化學變化的吸熱、放熱反應. - 25 -.

(26) 九年一貫課程「自然與生活科技領域」提及與燃燒相關的能力指標，在中年級要知道物質可因燃燒、氧化、發酵而改變性質，這些改變可能和溫度、水、空氣等都有關；到了高年級對燃燒之了解；直至國中階段了解與燃燒相關的活性、氧化、化學變化等概念。「自然與生活科技」學習領域課程之教材，分為五大課題，再以主題、次主題細分，其中與燃燒相關的內容如表2-3-7所列。從表2-3-7得知：與燃燒相關課程在低年級中提到燃燒、摩擦…均可產生熱；中年級則能以生活中的例子認識燃燒需要空氣…；高年級要知道燃燒的三要件(燃點、可燃物、助燃物－通常為氧氣)，並根據此三要件介紹常見的滅火原理以及火災發生時的處理方法與應變措施。而國中了解質量守恆定律，並藉由實驗了解常用金屬元素、非金屬的活性大小及其化合物，在進一步理解氧化作用。由課程內容看來，並無直接且深入探討燃燒現象中需要觀察且應深入探討的相關概念。表 2-3-7 九年一貫課程「自然與生活科技」學習領域之教材內容要項課題主題次主題* 內容細目熱源. 改變 214 溫度與熱量 1a.知道「熱」的來源很多，太陽、燃燒、摩擦…均可產生熱，與並會使用溫度計。平衡質量守恆定律 219 化學平衡 4c.了解質量守恆定律。避免氧化的方法 2a.能以生活中的例子認識燃燒需要空氣… 燃燒與滅火自 3a.知道燃燒的三要件(燃點、可燃物、助燃物－通常為氧氣)，然並根據此三要件介紹常見的滅火原理以及火災發生時的處界理方法與應變措施。的元素的活性與化合物作交互 4a.藉由實驗了解常用金屬元素、非金屬的活性大小及其化合物。用 225 氧化與還原燃燒與金屬冶煉作用 4b.能以實驗說明氧化作用就是物質與氧化合，例如物質燃燒變成氧化物就是一種氧化作用；而還原作用就是氧化物失去氧，並能由蒐集資料中了解金屬冶煉過程中的氧化還原作用。化學電池與電解 4c.藉由鋅銅電池與電解硫酸銅溶液的實驗了解廣義的氧化還原定義，認識化學電池的使用方式(包括充電與放電)。註：內容細目中之 1、2、3、4 分別代表國小低年級、國小中年級、國小高年級及國中等四個學習階段；a、b、c 為流水號。. - 26 -.

(27) 第四節. 概念之相關研究. 壹、分類概念之研究為了使學習者藉由對某些事物的分類，提供他們對這些事物所擁有的相關知識，分類就成為人們對經驗編碼及學習的基本方法，關於學生分類概念的研究，國內外多集中於探求學生在生物（包括動物、植物）方面的思考情形。包括黃達三（民 82，民 87）研究結果發現：邏輯分類認知結構發展快的學生，學科概念發展與建構比較快；學科概念發展比較完全的學生，其客體分類能力較強，而且比較能以同一分類標準，把晤談客體做同一分類階層的分類，而所提的解釋也較接近「專家概念」的知識系統。同時，動物及動物分類概念的發展受到年齡增長而影響，高二學生的概念知識比國二及小六學生來得好。研究顯示兒童的對動物分類主要根據他們的視覺經驗（Chen & Ku, 1998；莊志彥，民 87）。Braund（1991）認為 12-14 歲女孩分類能力比男孩好，觀察能力也較好，故假定分類能力與觀察能力相關，但學生存有許多受限的概念需要在經驗上加以加廣。Trowbridge and Mintzes（1988）則認為學生動物分類概念如果沒有學好，對於學習生態和演化等科目會較困難。莊志彥（民 87）的研究結果顯示，國小兒童對許多動物仍出現很高的錯誤分類情形，不同背景受試者中，二∼六年級兒童在分類能力上明顯優於一年級；高學業成績組學童亦明顯優於中、低學業成績組學童。另外，邱美虹、侯政宏與唐國詩（民 86）對高一學生進行岩石分類行為的表現研究中發現：高成就組在分類過程中正確性及一致性優於低成就組，且所使用的專業術語推論次數亦多於低成就組。 Chen and Ku（1998）對原住民兒童以植物的類別、構造和生理屬性來分類，研究中發現：在分類時，兒童分別植物的類別和生物學家不同。但是和一般非專. - 27 -.

(28) 業的成人相似；為植物分類時，兒童常先把植物和自己的植物心像比對，再考慮植物的構造或生理特徵。他們不但應用科學上可接受的特徵分類，也用許多科學上不能接受的特徵分類。分類過程中常以人類為中心觀點，時常偏離了主題，也有不自覺的自我矛盾現象。. 表 2-4-1 分類概念的相關實徵研究作者黃達三（民 82）. 研究對象. •學科概念建構比較完全的學生，分類能力較強。小一至小六. 小六、國二、. （民 82）. 高二. （1998）莊志彥（民 87）. 之原住民兒童. 小一至小六. （民 86）. •受測學生普遍具對動物及動物分類的迷思概念。. •分類過程中以人類為中心觀點。 •二∼六年級兒童在分類能力上明顯優於一年級。 •高學業成績組學童明顯優於中、低學業成績組。 •學生動物分類概念如果沒有學好，對於學習生態和演化等科目會較為困難。 •女孩分類能力比男孩好，觀察能力也較好，故假. 12~14 歲. 定分類能力與觀察能力相關。 •學生有許多受限的概念需要在經驗上加廣。. 邱美虹、侯政宏與唐國詩. 不顯著，高二則顯著優於小六及國二。. •國小兒童對許多動物仍出現很高的錯誤分類。. 小學、中學、大學 Mintzes（1988）. （1991）. •小六、國二學生的動物及動物分類概念知識差異. 小二、小四、小六 •兒童分別植物的類別和生物學家不同。. Trowbridge and. Braund. •邏輯分類認知結構發展快的學生，學科概念的發展也較快。. 黃達三. Chen and Ku. 所引用的主要研究結果. 高一. •高成就組在分類過程中正確性及一致性優於低成就組，所使用專業術語推論次數亦多於低成就組。. - 28 -.

(29) 貳、兒童對燃燒的概念在兒童日常生活經驗中包含的化學反應，燃燒過程是最常見的。兒童對燃燒的看法多來自學校及個人經驗。然而各個年齡層的人，對「燃燒」概念，從國小、國中到成人都有很大比例的人，對此概念不清楚（Ross , 1991）。甚至在 Watson, Prieto and Dillon（1995）的研究中，發現只有 2.7%的學生真正了解「燃燒」概念。Schollum（1981）利用事件晤談了解學生想法，發現學生對燃燒有許多迷思概念。 Schollum and Happs（1982）研究澳洲 10 到 18 歲學童有關燃燒的觀點發現和科學家的觀點是不同的。研究結果顯示：學童認為空氣不是主動包含在燃燒中，在燃燒過程中，熱以物質型態形成，燃燒之後，物質不是用完就是產生新物質，而且燃燒時分子被破壞。Driver（1985）研究中亦指出學童雖知道空氣或氧是燃燒的必要條件，但對其功能並不清楚，物質燃燒後重量會減少，並會產生煙或類似煙的物質。 Meheut, Saltiel and Tiberghien（1985）對 11~12 歲的法國兒童以蠟燭和酒精燃燒為例，進行晤談，研究結果發現有些學童認為燃燒只是蠟燭熔化與酒精蒸發的現象，所以燃燒前後物質相同；卻也有些學童認為因為燃燒會產生灰、煙等新物質，所以燃燒前後物質不同。也就是學生經常以直覺觀察陳述對燃燒的看法。BouJaoude（1991）使用晤談技巧調查國中學生有關燃燒概念的理解。亦發現學生學生的理解奠基於燃燒期間發生具體可觀察的改變。兒童使用記憶解釋觀察，對於燃燒概念的理解多是零碎、不一致，在不同現象有不同想法（蠟融、酒精蒸發、麵包變色），也就是對特殊活動產生解釋，沒有共通性。國內學者對燃燒概念的研究有：林哲彥（民 81）以晤談方式了解學生對蠟燭燃燒的想法，發現學童認為燃燒產生的碳粒就是二氧化碳。郭國成（民 91）對國小四年級及六年級學生進行雙層診斷測驗，輔以事件晤談探討學童的燃燒概念，. - 29 -.

(30) 發現學生存有許多另有概念：認為燃燒是因受外物作用與物質本身無關；木炭燃燒前後性質並無改變等，且學童會以日常生活經驗、自我邏輯觀、學過的科學知識及自我天真的想法來解釋燃燒現象；另一方面發現，學童燃燒概念會因學校及年級有顯著差異，但與性別無關。鄭豐順（民 86）探討國中學生的燃燒概念發現：學生對燃燒概念的答對率由「溫度與熱」、「燃燒的產物」、「燃燒的條件」到「相變化」逐漸遞減；學生的迷思概念有：認為蠟燭燃燒時熔化的原因是「火」、會忽略燃燒時「可燃物」的必須存在，並認為燃燒是一種物理變化，而且只有 20﹪不到的學生，了解「質量守恆」。此外，探討年級和性別與燃燒概念，均發現都沒有顯著差異。並歸納學生燃燒概念迷思概念的來源為感官經驗、日常經驗、置換（displacement）、錯誤概念的延伸及科學名詞的誤用。綜上所述，國內外對學生燃燒概念的研究，發現學生對「燃燒」這個日常生活中最常見的反應，還有許多迷思概念。尤其學生常容易受其感官刺激--即日常經驗的想法所影響，認為燃燒只是相變化、只是火的產生等，造成對於燃燒概念的理解多是零碎、不一致，甚至在不同現象有不同想法。茲整理燃燒相關研究如表 2-4-2。. - 30 -.

(31) 2-4-2 燃燒概念的相關實徵研究作者. 研究對象. 所引用的主要研究結果. •燃燒是一種破壞過程。 •氧氣在燃燒中的角色是助燃，而不是反應物。 •空氣不參與燃燒。 •燃燒過程物質沒有被消耗。 Schollum 國小、大學、教師（1981） •物質燃燒時不會產生新物質，會產生熱物質。 •燃燒時也會有蒸發現象。 •學童知道空氣或氧是燃燒的必要條件，但對其功能並不清楚。 Driver 中學（1985） •物質燃燒後重量會減少。 •燃燒會產生煙或類似煙的物質。 •學童認為空氣不是主動包含在燃燒中，在燃燒過程中，熱以物質型態形成。 Schollum and 10-18 歲 Happs（1982） •燃燒之後，物質不是用完就是產生新物質。 •燃燒時分子被破壞。 •有些學童認為燃燒只是蠟燭熔化與酒精蒸發的現象，所 Meheut, 以燃燒前後物質相同。 Saltiel and 11-12 歲 •也有些學童認為因為燃燒會產生灰、煙等新物質，所以 Tiberghien 燃燒前後物質不同。（1985） •學生學生的理解奠基於燃燒期間發生具體可觀察的改變。 BouJaoude •兒童使用記憶解釋觀察，對於燃燒概念的理解多是零八年級（1991）碎、不一致，在不同現象有不同想法（蠟融、酒精蒸發、麵包變色），也就是對特殊活動產生解釋，沒有一般性。 •燃燒產生的碳粒就是二氧化碳。林哲彥國小五年級 •火焰熄滅後有煙是因為產生二氧化碳。（民 81） •燃燒是因受外物作用與物質本身無關。 •木炭燃燒前後性質並無改變等。 •學童會以日常生活經驗、自我邏輯觀、學過的科學知識郭國成（民 91）小四、小六及自我天真的想法來解釋燃燒現象。 •學童燃燒概念會因學校及年級有顯著差異，但與性別無關。 •學生對燃燒概念的答對率由「溫度與熱」、「燃燒的產物」、「燃燒的條件」到「相變化」逐漸遞減。 •學生認為蠟燭燃燒時熔化的原因是「火」、會忽略燃燒時「可燃物」的必須存在。 •學生認為燃燒是一種物理變化。鄭豐順（民 86）國二、國三 •只有 20﹪不到的學生，了解「質量守恆」。 •年級和性別與燃燒概念，沒有顯著差異。 •學生燃燒概念迷思概念的來源為感官經驗、日常經驗、置換、錯誤概念的延伸及科學名詞的誤用。 Ross （1991）. 成人. - 31 -.

(32) 參、燃燒概念的發展張容君與周進洋（民 90）採用調查研究法，對國中學生使用發展完成的「燃燒」二段式診斷性進行施測。研究結果發現：(1)國一學生主要的燃燒迷思概念，在國二和國三學生中，也仍然是大多數學生的迷思概念；(2)國一和國二學生對於燃燒迷思概念內容及其發生頻率的人數比例分配較為相近；(3)國三學生選答正確的人數比例不高，且人數比例分散在各個理由選項，顯示國三學生依然存有多種迷思概念；(4)在燃燒的條件中，三個年級的人數比例分佈大致相同，顯示學生在此方面的概念學習沒有明顯成長。 Andersson（1986）提出一個分類系統企圖有意義分出有關學生物理和化學改變的觀念，包括氧化燃燒（combustion）概念，它設計了五種類：（一）消失（displacement）：對物質消失沒有解釋。（二）置換（Displacement）：化學變化的產物，是從反應物被替代。（三）修正（Modification）：化學變化後的新物質，事實上和原物質相同的，只是狀態改變了。（四）變質（Transmutation）：化學變化後，物質轉換成新物質，但產物錯誤。（五）化學變化（Chemical interaction）：原始物質可以和其他物質反應形成新物質。在 Rahayu and Tytler（1999）針對一、三、六年級學童所做對燃燒概念的研究中發現：修正和置換兩種分類方式解釋現象，被運用在最多的年齡層；愈高年級使用變質的分類方式愈普遍，但對國小學童而言，化學變化是複雜的觀念，需要很多聯想和知覺。Prieto, Watson and Dillon（1992）研究有關 14-15 歲兒童對燃燒過程的觀念發現學生由「修正」到「變質」到「化學改變」三階段方式分類，顯示中學生解釋現象的方式會從變質逐漸進展到化學變化。將燃燒概念. - 32 -.

(33) 發展相關研究整理如表 2-4-3。. 表 2-4-3 燃燒概念發展的相關實徵研究作者. 研究對象. 所引用的主要研究結果 •國一學生主要的燃燒迷思概念，在國二和國三學生中，也仍然是大多數學生的迷思概念 •國一和國二學生對於燃燒迷思概念內容及其發生頻率的. 張容君與周進洋. 國中. （民 90）. 人數比例分配較為相近 •國三學生選答正確的人數比例不高，且人數比例分散在各個理由選項，顯示國三學生依然存有多種迷思概念 •在燃燒的條件中，三個年級的人數比例分佈大致相同，顯示學生在此方面的概念學習沒有明顯成長。 •修正和置換兩種分類方式解釋現象，被運用在最多的年齡層. Rahayu and Tytler. 一、三、六年級 •愈高年級使用變質的分類方式愈普遍\ •就國小學童而言，化學變化是複雜的觀念，需要很多聯. （1999）. 想和知覺。 Prieto, Watson and Dillon. •學生由修正到變質到化學改變三階段方式分類，顯示中 14-15 歲. 學生解釋現象的方式會從變質逐漸進展到化學變化。. （1992）. 綜觀上述研究發現：過去研究發現學童對於燃燒的分類概念發展，由具體逐漸至抽象，但在各階段的兒童，對燃燒仍持有迷思概念，對各物質燃燒概念之成因呈現不一致的思考方式。因此，本研究希望藉由燃燒概念的雙層試題，研究學童的燃燒概念是否和其他國家的兒童相似？他們認為哪些物質可燃？哪些物質不可燃？分類的理由是什麼？不同階段的學生是否有不同思考方式？燃燒是什麼? 他們有哪些迷思概念？希望藉由了解這些問題，對未來小學課程設計和教學有所助益。. - 33 -.

(34) 第三章研究設計本章將就研究方法、研究對象、研究工具、研究流程以及資料蒐集與分析等五節，分述內容如下：. 第一節研究方法本研究採取 Treagust（1995）所發展之雙層式試題（two-tier）之方法，第一層為是非或選擇題型式，通常有二到三個選項；而第二層則將上層的答案選項所對應的理由列出，要求學生選擇最符合其想法的敘述理由，陳述可源自晤談學生的資料分析；可藉由概念診斷測驗區分學生所持各種不同先存概念，並做為研究學生另有概念的機制之一。因此，本研究先從晤談開始，蒐集學生在「物質燃燒」上的深層想法，再根據晤談結果，並參酌相關文獻，編製雙層試題，藉以了解學生在燃燒方面之概念。評量問卷的發展首先分析許良榮（民 90）研究之國小四年級、六年級、國二的晤談資料，該研究之晤談樣本來源為先經過一次開放性紙筆評量後，選取具有特定迷思概念之學生，目的在瞭解學生所具有迷思概念的想法。因該研究僅針對「物質是否可燃」進行晤談，因此，研究者為收集研究問題三及研究問題四的資料，因此從該研究中「燃燒」概念部分，再加以擴張、強化，設計晤談大綱，從各年級中再選取晤談樣本，為能充分收集學生想法，本次樣本的取得是委請班級級任老師推薦班上表達能力佳、發表力強且具特定迷思概念的學生，進行晤談工作。本研究在取得許良榮（民 90）之晤談原始記錄，以及研究者的晤談結果，兩次晤談資料，經由編碼後加以分析，再進行編修問卷，問卷初稿設計完成後，先進行專家效度以及重測信度之考驗，而後修正定稿。本研究之問卷，每一年級均採取雙層式試題方式，各項問題之下則有不同的理由選項，並加上「其他」選項，. - 34 -.

(35) 以符合學生非預期的反應，使所蒐集之資料，能提供研究者對研究問題的瞭解。. 第二節研究對象本研究的研究對象為國小四年級、六年級及國中二年級學生，所選取樣本包括晤談樣本及施測樣本。在樣本的選擇上，受限於研究者時間、人力的限制與各學校行政方便性，本研究以台中市為研究範圍。. 壹、晤談樣本為了探索學生在燃燒分類方面的迷思概念，本研究的晤談樣本資料分為兩部分：第一部份為許良榮（民 90）經過一次開放性紙筆評量後，選取具有特定迷思概念之學生，此部份的晤談原始資料，各年級共 10 人；第二部份為研究者為擴展並強化許良榮（民 90）研究中，學生對燃燒概念的了解，研究者選取研究者任教學校四年級、六年級及鄰近國中國二學生，請級任老師推薦班上發表能力強、表達能力佳的學生，每年級各四名，進行晤談，兩次晤談樣本編號如表 3-2-1 所示。. 表 3-2-1. 年級國小四年級國小六年級國中二年級. 初探研究之晤談資料樣本編號. 晤談樣本編號. 人數. A401.A402.A403.A404.A405.A406.A407.A408.A409.A410 B401.B402.B403.B406 A601.A602.A603.A604.A605.A606.A607.A608.A609.A610 B601.B602.B603.B606 A801.A802.A803.A804.A805.A806.A807.A808.A809.A810 B801.B802.B803.B805. 註：1.表中 A 為許良榮（民 90）之晤談樣本；B 為研究者之晤談樣本 2.各樣本中數字第一碼為年級；第二、三碼為流水碼。. - 35 -. 14 人 14 人 14 人.

(36) 貳、施測樣本本研究對象為台中市市立國民中小學四年級、六年級、及國中二年級學生。各年級階段之選擇的考量上，研究者受限於對抽樣樣本由兒童至成人長時間之縱斷研究規模過大，因此研究者採取同時以間隔兩年不同年級學生為研究對象之方式，來探討學生對物質之燃燒概念在不同學習階段的發展情形。參照教育部網站公佈之八十九學年度臺中市學生人數，依 Rea et al.（1997）所提出的抽樣誤差計算公式（如公式 3-2-1），為使每一年級抽樣人數差距接近，抽樣誤差定為 5﹪，計算出本研究之抽樣樣本數，每年級約為 374~375 人；再以每班 32 人計算，算出各年級抽測班級數約為 12 班。 n：樣本數. Z. n=. Z. 2 α. 2 α. Z. [ p(1 − p)]N. α. [ p (1 − p )] + ( N − 1) C p. ：信心水準 95﹪（1.96）. 2. C. p. ：抽樣誤差. N：母群體數 p：0.5（特徵比例）. 公式 3-2-1. 九十一學年度台中市公立國小共計五十七所，44 班以下，44~57 班及 58 班以上各有 19 所學校；公立國中計二十六所；41 班以下、42 班以上各有 13 所學校。研究者決定各年級受測班級數後，選擇台中市公立國小十二所，每一所學校隨機選取四、六年級各一班學生；公立國中六所，每一所國中抽取兩個班作為施測對象，各學校規模如表 3-2-2、3-2-3。表 3-2-2 國小施測學校規模及地域分配表學校規模. 44 班以下. 44 班~57 班. 58 班以上. 3. 5. 4. 抽取學校數所在區域學校數. 中、東、南區. 2. 北屯區. 西屯區 2. - 36 -. 3. 西、北區. 南屯區. 3. 2.

(37) 表 3-2-3 國中施測學校規模及地域分配表學校規模. 41 班以下. 42 班以上. 4. 2. 市區（東西南北區）. 屯區（西屯北屯南屯）. 2. 4. 抽取學校數所在區域抽取學校數. 總施測人數為國小四年級 413 人，國小六年級 431 人，國中二年級 394 人，刪除問卷中五題以上（含五題）不符合作答方式，包含規律填答、單層未選、重複選答或空白太多之樣本人數（小四 26 人，小六 19 人，國二 9 人），有效樣本數為小四 387 人，小六 412 人，國二 385 人，總計 1184 人。如表 3-2-4 說明。. 表 3-2-4. 各年級抽樣人數. 學習階段小學四年級小學六年級國中二年級小計. 總人數. 抽樣誤差抽樣班級數抽樣人數. 有效樣本. 16298 人. 4.9%. 12 班. 413 人. 387 人. 15517 人 14569 人. 4.8% 4.9%. 12 班 12 班. 431 人 394 人. 412 人 385 人. 46384 人. 4.9%. 36 班. 1238 人. 1184 人. 第三節. 研究工具. 本研究在探討國小學童「燃燒」概念之迷思概念，為了有效達到研究目的，本研究先以概念圖確定命題方向，再以晤談和自編之評量問卷蒐集相關資料；晤談工作，主要作為先探知學生對物質燃燒分類的一般想法；而自編評量問卷是根據晤談整理的結果，再參酌相關文獻，編製出問卷了解學生對物質燃燒的相關概念。. 壹、晤談. - 37 -.

(38) 依據許良榮（民 90）晤談資料，選取有關燃燒概念的晤談內容，再予以擴張，作為晤談大綱（附錄一），其目的在於求更深入與廣泛的探求樣本所具有物質「燃燒」的迷思概念，進行進一步的資料蒐集。為求資料蒐集的完整及正確而訪談技巧則參考郭重吉（民 89）及 Novak（2000）（引自張靜儀，民 90）所提供技巧如下：一、訪談前 1. 藉由文獻及教學經驗慎選晤談焦點，設計合適事例或事件；訪談題目應先設計好，但題目並非一成不變，應視情況修改部分內容。 2. 先對少數學生進行初步的晤談，藉以修正晤談的內容與技巧。二、訪談時 1. 以輕鬆的方式開始，並說明晤談的目的，時時注意晤談目的在於了解學生的意義，而非尋求由外在規範來評估的答案。 2. 交相運用封閉式與開放式問題。針對先前的問題，提出問題請學生補充說明，以便了解學生想法。 3. 當學生提出意料之外的回答時，可以重述學生問題，請其進一步解釋，但不要改變學生用詞。 4. 當學生表示懷疑或猶疑不絕時，應加以追問；當學生回答前後矛盾時應予以澄清。 5. 訪談進行時，訪談者要隨時注意受訪者的反應。包括不出聲、在椅子上亂動、臉部表情不對。 6. 當學生回答愈來愈短、等很久不說話，最好放棄。 7. 為便於轉錄，對話時要指明所討論的卡片內容。 8. 若錄音造成受訪者的憂慮，則寧可採用筆錄的方式，在進行訪談前做互相介紹時，就要先徵求受訪者是否同意錄音。. - 38 -.

(39) 三、訪談者原則 1. 訪談者要能決定何時間問下一題；速度不要過快或太慢。 2. 訪談勿對受訪者提出對或錯的評論，以免造成受訪者說出迎合的答案。不做批評是一個重要的原則。 3. 訪談者愈少說話愈好，使訪談能順利進行。 4. 訪談者若已經知道受訪者所有概念，則無須再進行下一次的訪談。. 貳、雙層試題以晤談結果作為設計問卷基礎，試題分成兩個部份，一個部份是「物質是否可燃」的想法，題目從第一題至第六題；另一個部份是「物質燃燒」概念，從第七題至第十五題，共計九題，題目內容包含燃燒條件、燃燒現象及燃燒結果。試題與晤談分析結果之檢核表如表 3-3-1 及表 3-3-2 所示。且國中與國小使用不同問卷，差異在學習程度及用詞不同。每一年級均採取雙層式試題。. - 39 -.

(40) 表 3-3-1 項次. 物質是否可燃分類理由晤談結果與雙層試題對照表原因. 國小. 國中. ×. 3a4. A1. 塑膠（不）可以燒. A2-1. 氣體（不）能燒. A2-2. 固體都可以燒. A3. 金屬（不）可燃. A4. 太硬、太輕、太滑不能燒. B1. 含有油的成分可燃燒. 4a1. B2. 含酒精成分. 4a2. B3. 物質中含氧. C1-1. 爆炸不算燃燒. C1-2. 爆炸是燃燒. C2-1. 高溫熔化，不是燃燒. C2-3. 熔化是燃燒. 5a2. C3. 是否產生紅熱現象. 2a3. C4. 是否有煙. C5. 溫度夠高. D1. 是否有臭（焦）味或毒氣產生. D2. 保麗龍會燒焦，不會弄出火. 3b3. D3. 是否產生新物質. 1b4. E1. 活性大、沸點高. E2. 燃點高低. ×. F1. 日常生活中觀察或使用. 1b3、2a1、2a2、4a3、4b1、5a3、6a3 2a1、2a2、4a3、4b1、5a3、6a3. F2. 課本寫的. G2. 直覺. 1a1、2a1 5a1 2b2、6a2、6b2 1a1、2b4、5b1、3a1. 1a1、2b4、5b1、1b3、3a1. ×. 5b4 2b2、4b2 1a3 2b1、5b3、3b4、6b4. 2b3、3a3、6b3 2a4、6a4. × 1a4、3b2、3b1. ×. 4a4 2a4、6a4. 6b4 4b3、6a1. 註：1.表中代號為 A 為外在屬性，B 為內含成分，C 為燃燒過程，D 為燃燒結果，E 為化學性質， F 為經驗學習，G 為直覺。 2.題號第一碼代表題號，第二碼英文字代表第一層選項，第三碼數字代表第二層選項號碼。. - 40 -.

(41) 表 3-3-2 燃燒概念晤談結果與雙層試題對照表項目. 概念類型. 國小. 國中. 產生熱. 8a1. 要需要火焰有（點）鑽木取火火. 7a2. × 7a3. 溫度上升溫度助燃. 7a1 8a3、9b1. 9b1. 到達沸點、熔點. ×. 7a2. 到達燃點. ×. 8a3. 到達一定溫度. 有氧. 9a2、9b3. 有空氣. 8b2、9a3. 有風. 8b3. 紙或酒精等易燃物當助燃物. 8a2. 物質中含油. 7b3. 物質中含酒. 10a4. 物質中含氧. 9a1. 物質必須可以看到. 9b2. 其. 可燃物、助燃物、到燃點. 7b1. 他. 生活經驗. 9a2. 物可燃物. 變成液體、氣態. 燃燒. 還是可以燃燒. 11a2、12a2. 成分相同. 12a1、12a3. 有一些東西被蒸發. 10a4、12b1、13a1. 變成灰. 後. 物質不能再燃燒. 性. 化學變化. 質. 產生新物質. 變. 外觀改變. 化. 10a2、11a1、13c1. 14b1、15b2 12b2. ×. ×. 10b2. 10a1、11b2、13b1、10b2、14b1 10a1、11b2、13b1、14b1 11b3. 結構改變. ×. 物質減少. 10b4、10b3、13a2、14a2. 東西不見了. 10a3、11b1、13a3. 變成碳重量變化. 產物. 12b2. ×. 變輕--二氧化碳與氧結合跑掉了. 14b3 14a3. 變與氧結合. 13b2、14b2. 重剩下油不變—質量守恆. 13c3、14c3. 產生水（蒸氣）. 15b1、. 13b3. 產生其他氣體：除了二氧化碳及水產生二氧化碳. 15c2 10b1、15a2. 原因氧用完了. 10b1 15a1. 氧化物. ×. - 41 -. 15a2.