以多重表徵教學探究高二學生氧化還原、電池和電解的概念改變
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(2) 摘要 本研究目的主要探討多重表徵教學活動對於學生學習氧化還原概念、電池 和電解概念的概念改變，本研究設計以多重表徵作為教學方法，以電子白板為 教學載具，以即時回饋系統作為評量載具，針對新北市某市立高中二年級自然 組兩班學生進行研究，將兩班隨機分派為實驗組與對照組，實驗組學生有 33 位，對照組學生有 32 位，共 65 位。實驗組與對照組的主要教學差異為前者以 明示法呈現次微觀表徵，後者則是以暗示法呈現次微觀表徵，教學研究為期兩 週，共七堂課。 研究結果以量化和質性兩者兼具的方法進行分析。在量化方面，採用 SPSS 統計軟體分析概念表現情形與其差異，而在質性方面，將學生的概念圖進行概 念類別以及概念類型的演變路徑分析。 本研究結果顯示：1.以明示法呈現次微觀表徵的多重表徵教學能幫助學生 建立電池機制。2. 以明示法呈現次微觀表徵的多重表徵教學能有助於學生概念 改變。3. 以明示法呈現次微觀表徵的多重表徵教學能幫助學生將氧化還原概念、 電池概念以及電解概念作連結。 本研究建議教師在化學教學時，要將相關的概念一同教學將有助於學生學 習，此外在教學的設計上要使用明示法來呈現次微觀，也要同時呈現巨觀、符 號以及語言的表徵，將有助於學生理解化學概念。. 關鍵字：概念改變、多重表徵教學、氧化還原概念、電池概念、電解概念. II.
(3) Abstract The purpose of this study was to investigate the effectiveness of multiple representations teaching activities on students’ learning of the concept of oxidation-reduction reaction, electric cell and electrolysis, and their conceptual change after the instruction. The study was designed as a teaching method with multiple representations, whiteboard was used as a teaching vehicle, and Interactive Response System(IRS) was used to assess students’ performance. Sixty-five 11th graders from a local high school in New Taipei city were involved in this study, and two classes of students were randomly assigned to the experimental group (33) and the control group (32). The differences between the Experimental group and the Control group was that the former was presented with explicit explanations of submicroscopic characters of chemical phenomenon, while the laster was designed to use the same materials without explicit explanations of the submicroscopic nature of chemical phenomenon. The results were analyzed quantitatively and qualitatively. As for the quantitative perspective, the use of SPSS statistical software was adopted to analyze the performance of the students on the pre- and posttests.. As for the qualitative perspective, the analyses of student concept maps and conceptual evolution paths were conducted for both groups. There were three major results. First of all, the experimental group using the explicit instruction on the submicroscopic representations significantly improved students’ competence of building battery mechanism. Secondly, the explicit submicroscopic representations supported students for conceptual change.Thirdly, the explicit submicroscopic representation facilitated students’ learning of the concepts of oxidation-reduction reaction, electrolytic cell and their relationships. The study suggests that teaching with explicit explanations and multiple representations (including macroscopic phenomenon, chemical symbols, and verbal descriptions) will help students construct scientific knowledge effectively.. Keywords: conceptual change, multiple representations instruction, oxidation-reduction, electric cell, electrolysis. III.
(4) 目錄 第壹章 緒論.................................................................................................................. 1 第一節 研究背景與動機...................................................................................... 1 第二節 研究目的與問題...................................................................................... 2 第三節 名詞解釋.................................................................................................. 4 第四節 研究範圍與限制...................................................................................... 5 第貳章 文獻探討.......................................................................................................... 7 第一節 多重表徵.................................................................................................. 7 第二節 氧化還原與電池、電解概念................................................................ 11 第三節 概念改變................................................................................................ 14 第四節 電子白板與即時回饋系統.................................................................... 17 第參章 研究方法與步驟............................................................................................ 19 第一節 研究對象................................................................................................ 19 第二節 研究設計................................................................................................ 20 第三節 教學設計................................................................................................ 21 第四節 研究工具................................................................................................ 26 第五節 研究流程................................................................................................ 28 第六節 資料處理和分析.................................................................................... 29 第肆章 研究結果與討論............................................................................................ 33 第一節 教學成效的分析.................................................................................... 33 第二節 學生在課堂中的概念改變.................................................................... 64 第三節 概念圖分析............................................................................................ 75 第四節 多重表徵教學情意面向分析................................................................ 87 第伍章 結論與建議.................................................................................................... 95 第一節 結論........................................................................................................ 95 第二節 建議........................................................................................................ 96 參考文獻...................................................................................................................... 97 附錄一、概念圖........................................................................................................ 101 附錄二、化學反應測驗試題雙向細目表................................................................ 102 附錄三、化學反應測驗試題.................................................................................... 104 附錄四、課堂評量.................................................................................................... 125 附錄五、概念圖試題................................................................................................ 130. IV.
(5) 表目錄 表 3-3-1 實驗組與對照組在氧化還原概念的教學內容差異 .................................. 23 表 3-3-2 實驗組與對照組在電池和電解概念的教學內容差異 ............................... 24 表 3-4-1 研究工具的設計 ........................................................................................... 26 表 4-1-1 實驗組學生在第一部分的答題表現 .......................................................... 35 表 4-1-2 對照組學生在第一部分的答題表現 ........................................................... 37 表 4-1-3 實驗組學生在第二部分的答題表現 ........................................................... 39 表 4-1-4 對照組學生在第二部分的答題表現 ........................................................... 42 表 4-1-5 實驗組學生在第三部分的答題表現 .......................................................... 45 表 4-1-6 對照組學生在第三部分的答題表現 .......................................................... 48 表 4-1-7 實驗組學生在第四部份的答題表現 .......................................................... 51 表 4-1-8 對照組學生在第四部份的答題表現 .......................................................... 54 表 4-1-9 教學前實驗組與對照組在化學反應測驗試題的獨立 t 考驗 .................... 56 表 4-1-10 實驗組前、後、延宕測驗的組內答對率 ................................................. 57 表 4-1-11 實驗組前、後、延宕測驗的成對 t 考驗 .................................................. 58 表 4-1-12 對照組前、後、延宕測驗的組內答對率 ................................................. 59 表 4-1-13 對照組前、後、延宕測驗的成對 t 考驗 .................................................. 60 表 4-1-14 實驗組與對照組後測與延宕測驗的 ANCOVA 比較 .............................. 61 表 4-2-1 實驗組與對照組在氧化還原第一堂課的獨立 t 考驗 ................................ 64 表 4-2-2 實驗組與對照組在氧化還原第二堂課的獨立 t 考驗 ................................ 66 表 4-2-3 實驗組與對照組在電池第一堂課的獨立 t 考驗 ........................................ 67 表 4-2-4 實驗組與對照組在電池第二堂課、電解第一堂課的獨立 t 考驗 ............ 68 表 4-2-5 實驗組與對照組在電解第二堂課的獨立 t 考驗 ........................................ 70 表 4-3-1 實驗組學生的概念類型分佈 ...................................................................... 81 表 4-3-2 對照組學生的概念類型分佈 ....................................................................... 84 表 4-4-1 實驗組與對照組學生對電子白板的想法 ................................................... 87 表 4-4-2 實驗組與對照組學生對 IRS 之想法 ........................................................... 89 表 4-4-3 實驗組與對照組學生對實驗影片之想法 ................................................... 92 表 4-4-4 實驗組學生對粒子影片之想法 ................................................................... 94. V.
(6) 圖目錄 圖 2-1-1 化學中的表徵層級(Johnstone, 1993) ............................................................ 7 圖 2-1-2 化學教育四面向(Mahaffy, 2006) .................................................................. 8 圖 2-1-3 影響化學學習的因素(Chiu, 2012) ............................................................... 9 圖 2-3-1 概念本體樹(Chi, 2008) ............................................................................... 15 圖 2-3-2 Vosniadou 的架構理論圖(Vosniadou, 1994) ................................................ 16 圖 3-2-1 研究理念圖 ................................................................................................... 20 圖 3-3-1 教學設計圖 ................................................................................................... 22 圖 3-5-1 研究流程圖 ................................................................................................... 28 圖 4-1-1 教學前實驗組與對照組的學生在化學反應測驗試題的答對率 ............... 56 圖 4-1-2 實驗組前、後、延宕測驗的答對率 ........................................................... 58 圖 4-1-3 對照組前、後、延宕測驗的答對率 ........................................................... 60 圖 4-1-4 兩組學生在教學前、後、延宕測驗的氧化還原概念答對率比較 ........... 61 圖 4-1-5 兩組學生在教學前、後、延宕測驗的電池概念答對率比較 ................... 62 圖 4-1-6 兩組學生在教學前、後、延宕測驗的電解概念答對率比較 ................... 62 圖 4-2-1 實驗組與對照組在氧化還原第一堂課的答對率比較 ............................... 65 圖 4-2-2 實驗組與對照組在氧化還原第二堂課的答對率比較 ............................... 66 圖 4-2-3 實驗組與對照組在電池第一堂課的答對率比較 ....................................... 67 圖 4-2-4 實驗組與對照組在在電池第二堂課、電解第一堂課的答對率比較 ....... 69 圖 4-2-5 實驗組與對照組在在電解第二堂課的答對率比較 ................................... 70 圖 4-2-6 實驗組學生表現與教學內容的關係 ........................................................... 72 圖 4-2-7 對照組學生表現與教學內容的關係 ........................................................... 73 圖 4-3-1 A 概念類型的範例 ....................................................................................... 75 圖 4-3-2 B 概念類型的範例 ....................................................................................... 75 圖 4-3-3 C 概念類型的範例 ....................................................................................... 76 圖 4-3-4 D 概念類型的範例 ....................................................................................... 76 圖 4-3-5 E 概念類型的範例 ....................................................................................... 77 圖 4-3-6 F 概念類型的範例 ........................................................................................ 77 圖 4-3-7 G 概念類型的範例 ....................................................................................... 78 圖 4-3-8 H 概念類型的範例 ....................................................................................... 78 圖 4-3-9 I 概念類型的範例......................................................................................... 79 圖 4-3-10 J 概念類型的範例 ...................................................................................... 79 圖 4-3-11 K 概念類型的範例 ..................................................................................... 80 圖 4-3-12 L 概念類型的範例 ..................................................................................... 80 圖 4-3-13 實驗組學生的概念類型分布比例 ............................................................ 81 圖 4-3-14 實驗組學生概念類型的演變路徑圖 ........................................................ 83. VI.
(7) 圖 4-3-15 對照組學生的概念類型分布比例 ............................................................ 84 圖 4-3-16 對照組學生概念類型的演變路徑圖 ........................................................ 86 圖 4-4-1 實驗組學生對電子白板想法的分布圖 ...................................................... 88 圖 4-4-2 對照組學生對於電子白板想法的分布圖 .................................................. 88 圖 4-4-3 實驗組學生對於 IRS 想法的分布圖 .......................................................... 90 圖 4-4-4 對照組學生對 IRS 想法的分布圖 .............................................................. 90 圖 4-4-5 實驗組學生對實驗影片想法的分布圖 ...................................................... 92 圖 4-4-6 對照組學生對實驗影片想法的分布圖 ...................................................... 92 圖 4-4-7 實驗組學生對於粒子影片想法的分布圖 .................................................. 94. VII.
(8) 第壹章 緒論 本研究旨在探討不同的表徵活動對於學習氧化還原和電池、電解概念的理 解，本章第一節從 97 年版高中基礎化學課程綱要為出發點，並結合以往的研究 發現來說明研究背景和動機；第二節由研究的主軸闡述四大研究目的及其研究 問題；第三節名詞釋義，說明本研究提及的名詞及其內容；第四節說明研究範 圍與限制。. 第一節 研究背景與動機. 由於 97 年版高中基礎化學課程綱要中課程目標強調教材內容著重在基礎 的化學原理及應用，且核心能力也同樣強調學科能力應注重概念的理解與應用 (教育部, 2008)。當學生要理解化學概念時，必須能夠在巨觀、次微觀、符號三 種表徵之間作轉換(Johnstone, 1991)，如此才能對化學概念有深層的理解。邱美 虹(2000)指出科學概念學習困難的原因有下列幾點：1.受到個人經驗的影響，2. 概念本身是抽象的，3.概念本身是複雜的，4.概念本身是微觀的。學生在學習化 學概念時，從巨觀角度觀察與學習是容易的，但要從微觀角度來解釋巨觀現象 時卻有其困難性，因此，微觀想法相當重要。 學習氧化還原和電池、電解概念更需要微觀想法來協助學生瞭解機制，的 確學生無法清楚了解氧化還原反應過程中的電子轉移微觀機制，而應用氧化還 原概念的電池概念與電解概念亦是，Sanger 和 Greenbowe(1997)回顧許多研究 後提及學生無法清楚地了解電化學的微觀機制，此外，氧化還原概念中有些名 詞的運用容易造成學生的誤解。Chiu(2012)提出語言是另一個影響學生理解複 雜科學概念的因素，因此本研究以巨觀、次微觀和符號(Johnstone, 1991; Treagust et al., 2003)並結合語言(Chiu, 2012)四種表徵作為主軸，以氧化還原概念並結合 其應用層面的電池、電解概念為教學內容，探討具備基本氧化還原概念的學生 在學習氧化還原概念、電池概念以及電解概念的成效為何？及其表現與教學內 1.
(9) 容的關係為何？ 此外，國內外相當多研究指出電子白板能促進教學成效，而即時回饋系統 (Interactive Response System，簡稱 IRS)能即時讓教師了解學生的學習成效，兩 者工具的結合更能增加師生互動的教學環境，故本研究使用電子白板作為教學 載具，以即時回饋系統作為評量載具，了解教學和評量載具對於學生學習態度 的影響，更進一步利用即時回饋系統評量學生課堂中的概念演變情形。. 第二節 研究目的與問題 本研究基於上述的背景和動機，研究目的與問題分別陳述如下： 研究目的一. 探討不同表徵教學活動下，學生在學習氧化還原和電池、電解概 念的學習成就表現情形。 問題 1-1. 兩組學生在氧化還原概念的學習成就表現情形為何？ 問題 1-1-1. 兩組學生在教學前，氧化還原概念的先有概念為何？ 問題 1-1-2. 兩組學生在教學後，氧化還原概念的學習表現為何？ 問題 1-1-3. 兩組學生在教學後，氧化還原概念的學習表現異同為何？ 問題 1-1-4. 兩組學生在延宕測驗，氧化還原概念的表現為何？ 問題 1-2. 兩組學生在電池概念的學習成就表現情形為何？ 問題 1-2-1. 兩組學生在教學前，電池概念的先有概念為何？ 問題 1-2-2. 兩組學生在教學後，電池概念的學習表現為何？ 問題 1-2-3. 兩組學生在教學後，電池概念的學習表現異同為何？ 問題 1-2-4. 兩組學生在延宕測驗，電池概念的表現為何？ 問題 1-3. 兩組學生在電解概念的學習成就表現情形為何？ 問題 1-3-1. 兩組學生在教學前，電解概念的先有概念為何？ 問題 1-3-2. 兩組學生在教學後，電解概念的學習表現為何？ 問題 1-3-3. 兩組學生在教學後，電解概念的學習表現異同為何？ 問題 1-3-4. 兩組學生在延宕測驗，電解概念的表現為何？. 2.
(10) 研究目的二. 探討利用即時回饋系統評量學生課堂中的概念改變情形。 問題 2-1. 兩組學生在學習氧化還原概念的概念改變情形為何？ 問題 2-1-1. 兩組學生在學習氧化還原概念的概念改變差異為何？ 問題 2-1-2. 兩組學生在氧化還原概念的概念改變與教學內容的關係為何？ 問題 2-2. 兩組學生在學習電池概念的概念改變情形為何？ 問題 2-2-1. 兩組學生在學習電池概念的概念改變差異為何？ 問題 2-2-2. 兩組學生在電池概念的概念改變與教學內容的關係為何？ 問題 2-3. 兩組學生在學習電解概念的概念改變情形為何？ 問題 2-3-1. 兩組學生在學習電解概念的概念改變差異為何？ 問題 2-3-2. 兩組學生在電解概念的概念改變與教學內容的關係為何？ 研究目的三. 探討學生在多重表徵教學活動過程的概念演變之情形。 問題 3-1. 學生學習氧化還原概念過程中概念演變情形為何？ 問題 3-2. 學生學習氧化還原概念過程中概念演變類型為何？ 問題 3-3. 學生學習電池概念過程中概念演變情形為何？ 問題 3-4. 學生學習電池概念過程中概念演變類型為何？ 問題 3-5. 學生學習電解概念過程中概念演變情形為何？ 問題 3-6. 學生學習電解概念過程中概念演變類型為何？ 研究目的四. 探討學生在多重表徵教學活動的學習態度之情形。 問題 4-1. 學生對多重表徵的學習態度之情形為何？ 問題 4-2. 學生對於以電子白板為教學載具的態度為何？ 問題 4-3. 學生對於以即時回饋系統為評量載具的態度為何？. 3.
(11) 第三節 名詞解釋 本研究中所提到的專有名詞，分別說明如下： 一、多重表徵 化學的表徵系統有三種層級(Johnstone, 1993; Treagust et al., 2003)：巨觀層 級(Macroscopic level)、次微觀層級(Submicroscopic level)以及符號層級 (Symbolic level)並結合 Chiu(2012)提及的語言表徵，本研究中多重表徵亦 指這四種表徵。 二、氧化還原 氧化還原概念著重在氧化數及電子轉移的相關概念上，至於氧化還原滴定 只進行基本觀念和基本計算的教學。 三、電池概念 電池概念著重在成分以及其微觀機制的部分，成分涵蓋電極、電解質、鹽 橋以及外電路，微觀機制分為電子移動和離子移動，屬於自發反應。 四、電解概念 電解概念著重在成分以及其微觀機制的部分，前者涵蓋電極、電解質、鹽 橋以及外電路，微觀機制分為電子移動和離子移動，屬於非自發反應。. 4.
(12) 第四節 研究範圍與限制 本研究的研究範圍與限制陳述如下： 一、本研究的教學設計只限定在已學習基礎化學(一)課程的學生，其具備基本 的氧化還原反應，包括氧化還原概念以及常見的氧化劑與還原劑及其應用， 具備此條件的學生經過不同表徵的教學活動其學習成效進行討論，因此研 究結果不宜過度推論。 二、本研究對象為新北市某市立高中兩班升高二自然組學生，樣本人數共計 65 位，此為方便取樣，故不宜類推至全國所有升高二自然組學生。 三、本研究的教學內容為氧化還原、電池和電解概念，而電池、電解概念為基 本的電化學概念，因此研究結果不宜廣泛推論至艱難的電化學原理。. 5.
(13) 6.
(14) 第貳章 文獻探討 本章分為四節，第一節為多重表徵，第二節為氧化還原和電池、電解文獻 回顧，第三節為概念改變，第四節為電子白板和即時回饋系統的相關文獻。. 第一節 多重表徵. Gilbert(2008)提及表徵有兩種類型，一為外在表徵(external representation)， 另一為內在表徵(internal representation)，前者亦指透過圖或表等方式呈現資訊， 後者指從外部表徵所形成的心智表徵，故個人的心智表徵會受到外部表徵所影 響。就外部表徵而言，Johnstone(1982)曾提出化學概念具有三層級，第一層級 為描述和功能層級，如物質屬性等；第二層級為表徵層級，如：分子式等；第 三層級為解釋層級，如以原子和分子來解釋化學物質的行為等。 之後化學的表徵系統三層級(Gabel, 1999; Johnstone, 1993; Treagust et al., 2003)：巨觀層級(macroscopic level )、次微觀層級(submicroscopic level)以及符 號層級(symbolic level)，巨觀層級為可觀察的化學現象，如顏色變化、物質的 生成或消失；次微觀層級為解釋巨觀現象，如粒子移動；符號層級為代數、物 理和計算形式，如化學方程式(圖 2-1-1)。. 圖 2-1-1 化學中的表徵層級(Johnstone, 1993) 這三種表徵在學生學習化學中扮演了很重要的角色，而 Gabel(1999)曾指出 化學教育通常著重在抽象的符號層級，然而，教師通常沒有知覺到自己在思考 的過程中已經在這三種表徵間做轉換，換句話說，教師在教學中無意識自己已 7.
(15) 從一表徵到另一表徵，導致學生在理解化學概念上較為不易，因此，為了讓學 生在三種表徵間具有良好的轉換，教學內容上應該要同時呈現巨觀表徵、次微 觀表徵以及符號表徵。 Johnstone(1991)同樣也認為三種表徵之間作連結更能使學生在巨觀、次微 觀以及符號表徵間作轉換，由此可見學生要理解化學概念必須要能在巨觀、次 微觀以及符號三種表徵間做連結及良好的轉換是相當重要，換句話說，化學概 念雖然常以抽象的符號表徵來呈現，但這些化學概念中也常有巨觀的現象以及 造成巨觀現象的微觀特性，因此，往往正確的科學概念需要以微觀來解釋巨觀 現象，但是學生卻不易以微觀的想法來解釋巨觀現象。 綜合上述，學生要學習化學概念除了要瞭解巨觀以及符號表徵以外，也必 須從微觀的角度來理解巨觀現象，此外，學生在學習化學概念的過程中更必須 能在各種表徵間作正確連結以及轉換。 然而，學生在學習化學概念的過程中，除了會使用到巨觀、次微觀以及符 號這三種表徵外，仍有重要的因素會影響學生學習化學，Mahaffy(2006)強調化 學教育要和學生的經驗作連結，因而提出人的因素(human element)這面向，如 圖 2-1-2。Chiu(2007)研究中發現語言會影響學生的化學學習，因此 Chiu(2012) 也提出語言是另一個影響學生理解複雜科學概念的因素(圖 2-1-3)，而本次研究 將著重在巨觀、次微觀、符號及語言四種表徵，因此本研究的理論圖只為下圖 中最下方四方型的部分(圖 2-1-3)。. 圖 2-1-2 化學教育四面向(Mahaffy, 2006). 8.
(16) 圖 2-1-3 影響化學學習的因素(Chiu, 2012) Boulter 和 Buckley (2000)以表徵方式及表徵屬性兩個面向進行分類，他們 將表徵方式分成十個類別，分別為具體的(concrete)、言語的(verbal)、視覺的 (visual)、數學的(mathematical)、動作的(gestural)、具體混合(concrete mixed)、 言語混合(verbal mixed)、視覺混合(visual mixed)、數學混合(mathematical mixed) 以及動作混合(gestural mixed)，具體表徵是指 3D 模型，例如：塑膠心臟；言語 表徵是利用描述、解釋、比喻等方式看見或聽見，例如：心臟像一個幫浦；視 覺表徵是指看的見的模型，例如：圖表、動畫、模擬；數學表徵是指公式或方 程式，例如：行星運動方程式；動作表徵是指身體的移動來表示，例如：學生 當作太陽系的星球，而學生的走動當作星球的運動；具體混合表徵是使用具體 表徵搭配言語表徵或視覺表徵等，例如：太陽儀的說明標籤；言語混合表徵是 使用言語表徵搭配視覺表徵等，例如：用言語解釋心臟結構圖；視覺混合表徵 是使用視覺表徵搭配言語表徵等，例如：心臟結構解說圖；數學混合表徵是指 數學表徵搭配言語表徵來解釋；動作混合表徵是指動作表徵搭配言語表徵的解 釋。而表徵屬性分成量的(quantitative)或質的(qualitative)、靜止(static)或動態 (dynamic)、確定性(deterministic)或隨機性(stochastic)，舉例來說：心臟像是一 個幫浦是言語表徵，其表徵屬性為質的且為靜止；血液循環的動畫則是視覺表 徵，其表徵屬性為質的、動態且為確定性。 依據 Boulter 和 Buckley (2000)表徵方式的分類，本研究的多重表徵為巨觀、 次微觀、符號以及語言則是屬於視覺混合表徵以及言語混合表徵。. 9.
(17) Ainsworth(1999)提出多重表徵有三個重要的功能，一為表徵間可相互補充， 補足資訊，使資訊更完整；二為一種熟悉的表徵能解釋其他較不熟悉或者抽象 的表徵，三為多種表徵可以一同協助學生建立深層理解，因此，由此可見外在 表徵對於內在表徵是相當重要的，而多重表徵能夠有效協助學生理解化學概念。 而 Nakhleh 和 Postek(2008)曾指出視覺化表徵都能幫助學生理解化學。 綜合上述，化學教師在設計教學與設計教材時，應該要將化學概念的巨觀、 次微觀、符號以及語言一同放入教學內容中。在課堂上，教師更要強調巨觀、 次微觀和符號之間的連結，以協助學生能理解化學概念並能在表徵間作轉換。 更重要的是，化學教師在課堂中講解的語言要慎用，並注意概念是否會受到語 言影響，可藉由教學過程澄清，讓學生能順利理解化學概念，如此一來透過完 整的多重表徵(外在表徵)以協助學生建立正確的心智表徵(內在表徵)。因此本研 究將以多重表徵(巨觀、次微觀、符號和語言)進行教學內容的設計，探討經歷 不同表徵教學的學生，其學習成效為何？. 10.
(18) 第二節 氧化還原與電池、電解概念 在氧化還原反應概念中，學生學習過程會受到語言的影響，例如學生會將 氧化的定義為氧的增加，還原的定義為氧的移去，在 Garnett 和 Treagust(1992) 發現中學 12 年級學生會認為有氧參與的反應就是氧化還原反應、還原反應就是 去除氧的反應、甚至認為氧化與還原過程可以獨立存在，此外，中學生也認為 氧化數可以表示出原子在分子中的真正帶電狀態、氧化總是要加入氧(Oran & Schreck,1994;引自詹耀宗、邱鴻麟, 2004)，同樣在詹耀宗和邱鴻麟(2004)針對 3520 位國二學生、3441 位國三學生以及 2885 位高二學生進行概念學習測驗的 結果發現學生對氧化還原及燃燒概念的命題陳述理解的不完整以及學生對氧化 還原及燃燒概念的相關概念有不當的錯置與連結。研究者認為造成上述中學生 的迷思概念是因為學生對氧化還原反應過程中電子轉移的微觀機制不甚了解而 造成其對氧化還原反應的迷思。 黃靖婷(2010)以 CCM 理論融入 5E 探究學習環之探究活動為主，探究活動 設計多以巨觀的實驗觀察為主，沒有太多微觀部分的探討，國中學生不容易對 氧化還原中價數的升降或是電子轉移進行判斷，因此教材設計能針對微觀的部 分將能增進學生對氧化還原的概念理解。因此，研究者從這研究中的確發現在 學習氧化還原概念時，教師教導學生的微觀想法是相當重要。 除了中學生會對氧化還原有迷思概念外，大學生也同樣擁有氧化還原的迷 思概念，王貴春和黃萬居(1998)研究發現師院學生對氧化還原的迷思概念有下 列情形：氧化還原是可逆反應，若向右是氧化則向左是還原;自身氧化還原反應 不需要加入物質就可產生反應；有氧參與的反應就是氧化還原反應;沒有元素產 生就不是氧化還原反應；氧化劑和還原劑都是催化劑，用來加速氧化還原反應， 本身不會參與反應；所有的化學反應都會有電子的得失(引自詹耀宗、邱鴻 麟,2004)，從此研究中可以發現師院學生對氧化還原有六項迷思概念，此六項 迷思概念皆為學生不清楚氧化還原微觀觀念，因而使學生過度推論或者產生誤. 11.
(19) 解所導致。. 除此之外，國內文獻在探討能有效促進學生學習氧化還原概念的教學方式 相當多元，邱鴻麟和蔣勝發(2000)的研究是以氧化還原反應電腦輔助學習軟體 CAL(computer-assisted learning)來協助 92 位高三學生達到有意義學習，研究發 現 CAL 能有效促進學生學習氧化還原概念；陳香如(2000)針對高一學生進行精 熟教學，研究發現精熟教學是能促進學生氧化還原概念的學習；同樣地，丁鋐 鎰(2000)針對國三學生進行精熟教學，研究發現精熟學習的教學策略是能促進 學生學習氧化還原概念；李岱芳(2003)針對大學生進行情境學習模式的氧化還 原反應網路教學，研究發現學生在情境式網路學習中的學習成效優於在非情境 式網路學習中的學習成效。從上述研究中發現國內對於促進學生學習氧化還原 概念的教學方式是使用精熟學習的教學策略或者是以電腦或網路為主的學習， 然而本研究想要透過多重表徵教學的方式協助學生在氧化還原概念的學習。 電化學相關概念必須奠基於氧化還原概念之上，Sanger 和 Greenbowe(1997) 提及學生無法清楚了解電化學的微觀機制，如：無法清楚的瞭解電流流動的情 形，因此可能造成了學生難以區別電解、電池中的正極、負極，也無法區分陰 極與陽極。再者，學生認為電子可以在溶液中流動，從陰極進入溶液再經鹽橋 至陽極，以形成電流(Garnett & Treagust, 1992; Sanger & Greenbowe, 1997)。 郭順利(1997)針對 575 位高一和高二學生進行電化學概念的診斷，研究發 現學生在電化學中的主要錯誤概念為 1.認為電流只是電子的移動，不包括離子 移動 2.鹽橋的功用是溝通兩個電解槽中的離子，而不是提供離子 3.以化學活性 的大小判斷陰陽電極 4.對電解電池與電化電池的陰陽極之判斷方式不同。 在國內文獻中探討促進學生在學習電化學概念的教學方式多是以電腦來輔 助學習，邱美子(2001)針對國三學生使用電腦動畫輔助教學媒體來協助學生建 構電化學之微觀概念，研究顯示此方法確實能提升學生學習成效，也能協助學 生建立粒子模型的觀念；張秀澂(2002)以電腦動畫教材融入講解式教學法、實. 12.
(20) 驗教學法以及小組示範實驗教學法進行國中學生的電化學概念研究，研究發現 電腦動畫教材融入講解式教學法以及實驗教學法的成效較好；林香岑(2000)以 電化學概念教學媒體作為教學輔助工具探究高二升高三學生在電化學概念的學 習成效，研究結果顯示使用此教學媒體的學生的學習成效顯著高於未使用者。 從上述研究發現在電化學的學習上需要協助學生建立微觀概念，因此本研究教 學設計上也著重微觀的教學。 綜合上述，造成學生學習困難的原因為概念本身是抽象的、是微觀的(邱美 虹, 2000)，氧化還原和電池、電解概念的確如此，此外學習氧化還原概念還會 受到語言的影響。然而，學生建構電池、電解概念會產生困難除了微觀的影響 外，可能是因為學生還必須要整合氧化還原概念的知識。因此本研究預探討在 不同表徵教學中，有效破除各迷思概念的教學成效為何？. 13.
(21) 第三節 概念改變. 邱美虹(2000)指出科學概念學習困難的原因有下列幾點：1.受到個人經驗的 影響，2.概念本身是抽象的，3.概念本身是複雜的，4.概念本身是微觀的。就受 個人經驗的影響來說，因為科學概念易與學生的素樸想法相違背(Vosniadou, Vamvakoussi, & Skopeliti, 2008)，因為科學概念與學生的初始信念不相容而導致 學生學習困難(Chi, Slotta, & deLeeuw, 1994)，從上述發現學生學習科學時，其 先前知識是相當重要的，然而就 Chi(2008)說明學生在科學課室中有三種先前知 識的類型，分別為學生對於將要學習的概念沒有先前知識，只是沒有先前概念 情況下則學習將發生增加新知識，再者為學生對於將要學習的概念可能有些許 正確但是概念是不完整，在此情況下則學生會將填補差距(gap filling)，最後為 學生已有想法但與將學習的概念相衝突，這種情況下只能在概念改變下才能獲 得知識。前兩者概念獲得為豐富的類型，後者改變先前概念至正確概念，為概 念改變類型。 許多學者對於概念改變的想法不盡相同，Posner, Strike, Hewson, 和 Gertzog(1982)根據科學史和科學著學的認識論觀點，認為概念改變需要滿足四 大條件：對現存概念不滿足(dissatisfaction)、新概念是可理解的(intelligible)、新 概念是合理的(plausible)、新概念是豐富的(fruitful)，需要滿足這四條件後再經 歷調適(accommodation)過程才能概念重組並達成概念改變的目的。 Carey(1985)則認為概念改變有輕微的概念改變以及強烈的或根本的概念 改變兩種，前者屬於弱重建(weak restructuring)亦指生手獲得缺乏的知識，後者 屬於強重建(strong restructuring)亦指理論的改變。. 14.
(22) Chi(1992)認為概念改變有兩種，一為概念改變發生在同一本體樹，這類型 的概念改變是容易的；另一為概念改變發生在不同的本體樹，這類型的概念改 變是困難的，因為科學概念與初始信念的屬性是不相容。本體樹是從本體論的 角度分析概念，分成三個類別，分別為實體(entities)、過程(process)以及心智狀 態(mental status)，如圖 2-3-1。. 圖 2-3-1 概念本體樹(Chi, 2008). Vosniadou(1994, 2012)則認為概念改變是緩慢的過程，可以透過豐富與修正 兩種方式，豐富是將新資訊增加至既有的概念結構中，這樣的概念改變較容易 發生，修正是涉及個人信念或預想的改變，此概念改變較不易發生。 Vosniadou(1994)針對地球形狀、日夜循環，力以及熱這四個例子提出架構理論 (圖 2-3-2)，架構理論中的預設會限制特定理論，而架構理論與特定理論的相互 作用後會形成心智模式，心智模式分成三種類型：初始心智模式、合成的心智 模式以及科學心智模式。. 15.
(23) 圖 2-3-2 Vosniadou 的架構理論圖(Vosniadou, 1994). 綜合上述，研究者認為概念改變發生有賴於概念本身的難易程度亦或者新 概念與學生的先前概念之關係所影響，關係越複雜概念改變越不容易，換句話 說，當學生的先前概念和新概念不相容時，要達成概念改變必須要符合四大條 件，當學生沒有先前概念或者先前概念是不完整時，可透過教師教學來豐富既 有概念結構是較容易。而研究者較認同 Vosniadou(1994)認為概念改變是漸進的 過程，學生要將新資訊增加至既有的概念結構中是較容易發生，但若涉及個人 信念或預想的改變，此概念改變較不易發生，故本研究預瞭解哪些概念對學生 而言是容易概念改變？哪些概念不容易透過多重表徵教學而概念改變？. 16.
(24) 第四節 電子白板與即時回饋系統. 互動式電子白板是一種整合教學資源的新介面，能使教學突破時空限制(陳 惠邦, 2006)，互動式電子白板具有高互動性減少教師和學生間的距離(Northcote, Mildenhall, Marshall, & Swan, 2010)。因此，互動式電子白板是一項教學工具，提 供教師教學與學生學習有一樣視野的利器，便於教師與學生操作，但教師在教學 前必須完善進行教學內容的設計，使內容多樣及豐富，有利於學生學習。為了更 能增加電子白板互動性的教學環境，並同時採用即時回饋系統，陳寶山(2008)指 出即時回饋系統能提供立即圖像化的回饋，使學生對問題產生反應，並進一步強 化學生主動參與討論之動機，並協助教師由答案中立即找出學生的學習問題，充 分協助教師評估狀況，有效澄清概念，啟發後續的討論。因此即時回饋系統能立 即呈現測驗結果，立即討論，以促進課堂師生互動，更能有效修正學生錯誤概念。 廖乃瑩(2010)以互動式電子白板融入國中二年級理化科教學，並以傳統講授 教學作對照，為期兩個月的觀察實驗，研究結果發現互動式電子白板教學有助於 學習者應用整合抽象概念，且對於低成就學習者更具顯著效果；陳玉嬋(2011)針 對國二學生進行電子白板融入自然科教學的研究，以傳統式教學作為對照組，研 究發現電子白板教學對於高成就學生的學習成效有正向影響；劉亦恭和王鄭慈 (2010)針對國中學生進行電子白板應用在數學學科的成效，將研究對象分為三組， 分別為實施全電子白板教學、實施部分電子白板教學、傳統黑板講述教學，其結 果發現學生在數學成就上以部分電子白板教學的組別表現最好，其次為全電子白 板教學的組別。回顧國內對於應用電子白板以及即時回饋系統在教學成效上的文 獻，發現多數研究對象為國中小的學生或教師，然而針對高中學生進行電子白板 和即時回饋系統應用在教學上的研究極少，因此本研究以電子白板作為教學載具， 以即時回饋系統當作評量載具，提供互動式的教學環境，教師能即時了解學生的 學習成效，能適時修正錯誤概念，因此本研究在情意面向針對高中學生對以電子 白板作為教學載具和以即時回饋系統作為評量載具的想法為何？. 17.
(25) 18.
(26) 第參章 研究方法與步驟 本研究主要以氧化還原和電池、電解為教學內容，以多重表徵作為教學設 計，以電子白板作為教學載具，以即時回饋系統作為評量載具，並以化學反應 測驗試題和概念圖作為評量工具，以下分為六節加以說明，分別為研究對象、 研究設計、教學設計、研究工具、研究流程、資料分析與處理。. 第一節 研究對象 研究對象分成兩部分，一為預試階段研究對象，另一為正式階段研究對象： 一、預試階段研究對象 預試對象為方便取樣，為新北市某市立高中三年級自然組兩個班級的學生， 共 69 人。學生已修畢基礎化學和化學之課程，因此具備高中階段完整的氧化還 原反應之概念，且已有基本化學電池簡單原理的概念，因此選擇高三學生作為 預試對象。預試所使用的研究工具與正式階段相同，藉此修正試題，再作為正 式階段的研究工具。 二、正式階段研究對象 本研究對象為方便取樣，為新北市某市立高中即將升二年級自然組兩個班 級的學生，共 65 人。兩個班級是以高一成績 S 型的方式進行分班，因此兩班 的平均分數差異不大。此外就學生的先前知識而言，學生都已具備基本的氧化 還原概念，包括常見的氧化劑與還原劑及其應用，但都屬於基礎概念。在進入 本研究前將兩班隨機分派為實驗組和對照組，兩個組別皆由同一位具有科學教 育相關背景並為資深化學種子教師所教導，實驗組學生有 33 人，對照組學生有 32 人。. 19.
(27) 第二節 研究設計 本研究設計理念以電子白板當作教學載具，以即時回饋系統當作評量載具， 並以多重表徵(巨觀、次微觀、符號與語言)作為教學設計理論，因此本研究設 計理念如圖 3-2-1。 教學方法 多重表徵. 教學內容 氧化還原概念 電池概念 電解概念. 以多重表徵教 學探究高二學 生氧化還原和 電池、電解概 念演變情形 科技. 電子白板 即時回饋系統 圖 3-2-1 研究理念圖. 20. 研究工具 化學反應試題 課堂評量 情意問卷 概念圖.
(28) 第三節 教學設計 本研究設計以化學反應測驗試題以及概念圖當作研究工具，以氧化還原和 電池、電解概念為教學內容，氧化還原概念的教學時間為四堂課，電池概念的 教學時間為一節半的時間，電解概念的教學時間也為一節半的時間，總共七堂 課。 對照組和實驗組皆以電子白板作為教學載具，以即時回饋系統作為每堂課 的評量載具，實驗組和對照組唯一的差別是實驗組的教材和教學內容是使用明 示的次微觀，而對照組則使用暗示的次微觀，其餘巨觀、符號以及語言表徵兩 組都有使用。在教學前使用兩種研究工具，分別為化學反應測驗試題與概念圖； 教學中只使用了概念圖；教學後再次使用兩種研究工具；最後延宕測驗中，也 同樣使用兩種研究工具(圖 3-3-1)。 依據不同表徵的方式來設計教學，兩組的表徵呈現只有在次微觀有所差異， 以下就次微觀的部分進行討論。實驗組除了在教學內容中以明示的次微觀表徵 進行內容的教學外，實驗組教學內容中還應用了實驗操作影片或動畫，此為巨 觀現象的影片或動畫，並搭配解釋其巨觀現象的次微觀影片，最後教師用口語 再次解釋，然而對照組的教學內容只應用了與實驗組相同的實驗操作影片或動 畫，無提供次微觀影片，但教師輔以口語方式解釋次微觀，而視其教學內容需 要提及次微觀的部分則以符號表徵表示並搭配教師口頭解釋次微觀，是屬於暗 示次微觀表徵，此外研究者加以控制兩班教學進度，因此兩組的每堂課教學進 度相同，每堂課皆為 50 分鐘。 兩組是以電子白板為教學載具進行七堂課的教學，因此每堂教學都有師生 互動的部分，在每堂課的教學前和教學後皆有進行以即時回饋系統作為評量載 具的測驗，此測驗搭配該堂課的教學內容。本次教學文本是採用國內兩個版本 所拼湊而成，其內容為氧化還原和電池、電解概念文本，兩組文本的唯一不同 是實驗組教學文本中多了明示次微觀表徵。. 21.
(29) 圖 3-3-1 教學設計圖 本研究的教學共有七堂課，但由於氧化還原第三堂課以及第四堂課主要概 念為氧化還原反應的平衡及滴定，實驗組與對照組在此兩節課的教學內容設計 上沒有差異，依據教學內容的安排，最後只有五節課的教學內容有不同，分別 為氧化還原概念的第一、二堂課(2 節)以及電池概念第一堂課(1 節)、電池第二 堂課／電解第一堂課(1 節)以及電解概念第二堂課(1 節)，以下為每一堂課的教 學內容差異表。 從表 3-3-1 中可以知道氧化還原第一堂課的教學內容分成三概念，其中有 兩概念的教學內容在實驗組與對照組是不同的，分別為氧化數以及氧化還原反 應的定義，前者從元素週期表的資訊呈現上不同，實驗組有最基本的元素週期 表外，還有明確的電子以及中子、質子在數量及排列上的呈現，而對照組只有 最基本的元素週期表；後者為電負度說明電子轉移，實驗組有以電子點式來輔 以說明電子轉移的過程。氧化還原第二堂課的教學內容主要分成兩概念，為氧 化反應及還原反應，實驗組有以電子點式來輔助說明。 從表 3-3-2 中實驗組與對照組在電池概念第一堂課教學內容的差異主要在 電池機制的部分，實驗組有以次微觀的動畫輔助說明巨觀現象，屬於明示次微 觀，而對照組也有以次微觀來說明概念，但沒有次微觀的動畫來輔助，屬於暗 示次微觀。而在電池概念第二堂課教學內容的差異主要在鋅銅電池及其機制的 部分，兩組都是使用巨觀的實驗影片、符號及語言，但實驗組有以次微觀的動 畫呈現巨觀現象，屬於明示次微觀，而對照組也有次微觀來說明概念，但沒有 22.
(30) 次微觀的動畫來輔助，屬於暗示次微觀。 實驗組和對照組在電解概念第二堂課的教學內容差異主要在於電解水以及 電解硫酸銅溶液的部分，實驗組有明示次微觀的動畫，而對照組只有暗示次微 觀，其餘表徵皆相同。 從上述發現兩組在這五堂課的差異中有七個部分不相同，分別為氧化數、 氧化還原反應的定義、氧化反應及還原反應、電池機制、鋅銅電池及其原理、 電解水、電解硫酸銅溶液，實驗組在這七個部分中都有以明示次微觀的表徵呈 現，而對照組只以暗示次微觀的表徵呈現，其餘表徵在兩組的教學內容上都相 同。 表 3-3-1 實驗組與對照組在氧化還原概念的教學內容差異 節課. 概念內容. 實驗組教學內容. 對照組教學內容. 氧化數. 氧化還原 第一節課 氧化還原反應 的定義. 分辨 氧化還原反應. 同. 氧化反應 氧化還原 第二堂課 還原反應. 23.
(31) 表 3-3-2 實驗組與對照組在電池和電解概念的教學內容差異 電池的物理與 化學定義. 同. 電池裝置. 同. 電池 第一堂課 電池機制. 無. 電池 第二堂課 /電解 第一堂課. 鋅銅電池 及其原理. 無. 還原、氧化電位. 同. 電解原理 及定義. 同. 24.
(32) 電解裝置. 同. 及機制. 電解水. 無 電解 第二堂課. 電解 硫酸銅溶液 無. 25.
(33) 第四節 研究工具 本研究所使用的工具可分為量化及質性工具，前者為化學反應測驗試題、 課堂即時回饋系統的評量以及情意問卷，後者為概念圖。研究工具設計的目的 與使用時機如下表 3-4-1。 表 3-4-1 研究工具的設計 研究工具. 化學反應測驗試題. 研究目的 研究目的一. 探討不同表徵教學活. 教學前. 動下，學生在學習氧化還原和電池、. 教學後. 電解概念的學習成就表現情形。 量化 工具. 課堂評量. 情意問卷. 使用時機. 研究目的二. 探討利用即時回饋系 統評量學生課堂中的概念改變情形。 研究目的四. 探討學生在多重表徵 教學活動的學習態度之情形。. 延宕測驗 五堂課的 課堂前與 課堂後 教學後 教學前. 質性 工具. 概念圖. 研究目的三. 探討學生在多重表徵. 教學中. 教學活動過程的概念演變之情形。. 教學後 延宕測驗. 一、化學反應測驗試題 試題是由國科會計畫─化學教育中建模模式的研發與實踐─子計畫四(邱 美虹，2008)進行修改，再由三位專家進行審查，分別為一位大學化學科教授， 二為高中資深化學教師，專家效度的同意度為 89%，再從專家們給予的意見進 行修改。預試對象為 69 位高三學生，已具備完整的氧化還原概念以及基本的電 池機制，試題信度為 0.883。. 26.
(34) 化學反應測驗試題的內容有氧化還原和電池、電解概念，本試題依據本研 究概念圖進行設計(附錄一)，再製作試題雙向細目表(附錄二)，本工具有六大題 組，題組一為主要判別非氧化還原概念與氧化還原概念，題組二為金屬冶煉， 題組三為漂白劑與自來水淨化處理的日常生活情境，題組四為鎳銅電池，題組 五為粗銅精製，最後題組六為開放式問答，電池與電解的比較。最後試題共有 59 題，其中有 9 題為開放式試題，有 6 題填充題，每一題組有一題信心程度， 其餘 38 題皆為單選題。 二、課堂評量 課堂評量是依據該堂課的教學內容所設計(附錄四)，課堂評量的使用時機 是在課堂的教學前以及教學後，本次課堂評量只使用在五節課中，分別為氧化 還原第一、二堂課(2 節)以及電池第一堂課(1 節)、電池第二堂課／電解第一堂 課(1 節)、和電解第二堂課(1 節)。 三、情意問卷 學習情意問卷改編自鍾曉蘭(2007)情意問卷，本問卷有四題開放式問題， 其餘皆為李克氏量表。問卷分別針對實驗影片（巨觀）和粒子影片（次微觀） 設計三種問題，分別為增進概念理解、提升學習興趣以及造成學習負擔三個面 向，此外，針對電子白板和即時回饋系統設計兩種問題，分別為提升學習興趣 及造成學習負擔兩個面向，再以開放式問題來了解學生對於各項的優缺點或者 改進之處，藉此提出本次研究協助學生之處，並藉此修正教學活動設計。 四、概念圖 概念圖是由研究者提供氧化還原和電池、電解概念中可能會出現的專有名 詞，同時提供學生繪製概念圖的規則（附錄五） ，在教學前、中、後以及延宕分 別讓學生繪製概念圖，以瞭解學生的內在表徵。. 27.
(35) 第五節 研究流程 本研究流程如圖 3-5-1：. 圖 3-5-1 研究流程圖. 28.
(36) 第六節 資料處理和分析 一、化學反應測驗試題 將試題依概念分為氧化還原概念、電池概念以及電解概念，分別計算學生 答對的題數，除以各概念的總題數，即可得答對率。再使用 SPSS 進行成對 t-test， 比較每一組學生前測、後測以及延宕測驗間是否有進步。再使用 SPSS 進行獨 立 t-test，比較實驗組和對照組的前測是否達顯著差異。最後使用共變數分析， 比較實驗組和對照組兩組的後測、延宕測驗與前測相比較是否有顯著進步。 二、課堂評量 依照每一堂課，分別計算學生的答對題數，除以各概念的總題數，計算答 對率。再使用 SPSS 進行成對 t-test，比較每一組學生在該堂教學前、教學後是 否有進步。再使用 SPSS 進行獨立 t-test，比較實驗組和對照組在教學前是否達 顯著差異。最後使用共變數分析，比較實驗組和對照組兩組的教學後測與前測 相比較是否有顯著進步。 三、概念圖 依照學生在教學前、中、後以及延宕所繪製的概念圖進行概念類型的分類， 再從分析結果瞭解學生在教學前、中、後以及延宕的概念類型演變的路徑。 概念類型的分類方式是針對學生在概念圖試題中所呈現的上階概念進行分 類，共分為 12 類(表 3-6-1)，Ａ至Ｇ概念類型屬於獨立的類別，為上階概念彼 此間關係是屬於互相獨立存在；Ｈ至Ｉ概念類型屬於相交的類別，為上階概念 間有一重要概念作交集，Ｊ至Ｌ概念類型屬於交互作用的類別，為上階概念是 氧化還原概念，其餘概念是緊密相連結。. 29.
(37) 表 3-6-1 概念類型及編碼表 類別. 概念類型. 編碼. 定義. Ａ. 上階概念有兩個，分別為氧化還原 反應以及電池，這兩個上階概念是 獨立存在，沒有交集。. Ｂ. 上階概念有兩個，分別為氧化還原 反應以及電解，這兩個上階概念是 獨立存在，沒有交集。. Ｃ. 上階概念有兩個，分別為氧化還原 反應以及電解質，這兩個上階概念 是獨立存在，沒有交集。 上階概念有兩個，分別為氧化還原. 獨立. Ｄ. 上階概念間彼 此獨立存在. 其他(四個以上). Ｅ. 上階概念有兩個，分別為氧化反應 以及還原反應，這兩個上階概念是 獨立存在，沒有交集。. Ｆ. 上階概念有三個，分別為氧化還原 反應、電池以及電解，這三個上階 概念是獨立存在，沒有交集。. Ｇ. 上階概念是四個以上，這些上階概 念都是獨立存在，沒有交集。. 相交 Ｈ. 30. 反應以及電子轉移，這兩個上階概 念是獨立存在，沒有交集。. 上階概念有兩個，分別為氧化還原 反應以及電池，這兩個上階概念間 有一重要概念作交集，此概念為電 子移動。.
(38) 兩個上階概念. 上階概念有兩個，分別為氧化還原. 間會有一重要 概念作交集. Ｉ. Ｊ. 交互作用. Ｋ. 以氧化還原概 念為上階概 念，將所有概 念緊密連結. 反應以及電解，這兩個上階概念間 有一重要概念作交集，此概念為電 子轉移。 上階概念為氧化還原反應，其餘概 念間是緊密連結，但認為電子能在 鹽橋中移動。 上階概念為氧化還原反應，其餘概 念間是緊密連結，但認為電解質中 離子間會電子交換，其交換方式為 氧化還原。. Ｌ. 上階概念為氧化還原反應，其餘概 念間是緊密連結。. 本研究的受試者共有 65 位學生，每位學生有四份概念圖，共 260 份。本次 評分者一致性是以兩位評分者進行 87 份概念圖類型的編碼，評分者一致性達 96.6%，兩位評分者意見不同部分，再經過討論後達成共識。 四、情意問卷 本問卷採用的是李克氏量表的四等第─非常同意、同意、不同意、非常不 同意，非常同意給予 2 分、同意給予 1 分、不同意給予-1 分、非常不同意給予 -2 分，問卷將以量化的方式呈現，開放式部分則進行意見統計與整理作為教學 改進的參考。. 31.
(39) 32.
(40) 第肆章 研究結果與討論 本章主要是透過本研究中的各種研究工具所蒐集的資料，進行資料的分析 與討論，以瞭解並回應所有的研究問題，本章共分為四節，第一節在探討兩組 學生在教學前、後與延宕測驗的表現，以回應研究目的一的問題；第二節在探 討兩組學生在五節課堂中的概念改變情形，以回應研究目的二的問題；第三節 在探討學生在多重表徵的教學活動中的概念演變的情形，以回應研究目的三； 第四節則為學生情意面向的分析，探討多重表徵教學活動的學習態度，以回應 研究目的四。. 第一節 教學成效的分析. 本節研究是以化學反應測驗試題診斷升高二學生對於氧化還原概念、電池 概念、電解概念在多重表徵教學前、後與延宕測驗的表現，因此，本階段分成 四部份討論：第一部分為兩組學生在教學前、教學後以及延宕測驗中的答題分 析；第二部分為分析實驗組與對照組兩組學生先備概念，藉以瞭解兩組學生的 起點行為是否相近？其概念為何？是否與文獻相互呼應？第三部分為實驗組學 生教學成效，藉以瞭解學生經過明示的次微觀多重表徵教學是否達顯著差異？ 第四部分為對照組學生教學成效，藉以瞭解學生經過多暗示的次微觀多重表徵 教學是否達顯著差異？第五部份為實驗組與對照組兩組學生教學成效比較，藉 以瞭解不同的多重表徵教學是否達顯著差異？如果兩組教學達到顯著差異再進 一步探討哪些教學活動有助於學生的學習？第六部分為小結。. 33.
(41) 一、兩組學生在教學前、教學後以及延宕測驗中的答題分析 從化學反應測驗試題(附錄三)中挑選部分試題來分析兩組學生對於電池機 制以及電解機制的表現，分別為 4-6 至 4-8、4-9 至 4-11 為電池機制，5-6 至 5-8、 5-9 至 5-11 為電解機制，共為四部分。每一部分都是跳答方式作答，舉例來說： 第一部分的 4-7 以及 4-8 會依照學生在 4-6 所選擇的答案而跳答，因此學生在 4-6 選擇 A 或 B，則不需要作答 4-7 以及 4-8；若學生在 4-6 選擇 C 選項，那學 生就只要作答 4-7-I 以及 4-8-I；若學生在 4-6 選擇 D 選項，那學生就只要作答 4-7-II 以及 4-8-II，以此類推每一部分。 從表 4-1-1 中可以發現在教學前有 54.5%的實驗組學生選擇 4-6(C)選項電子 從銅棒至鎳棒，而這群學生在 4-7-I 中有 18.2%的學生選擇(A)選項：電子只經 由鹽橋，其理由大多為 4-8-I 的(A-1)選項：因為銅棒較易失去電子，所以釋放 出的電子會經鹽橋到鎳棒而形成通路。另外有 27.3%的學生會選擇(B)選項：電 子只經由導線，其理由大多為 4-8-I 的(B-1)選項：因為銅棒較易失去電子，所 以釋放出的電子會經導線到鎳棒而形成通路。再從答題信心程度發現學生在教 學前的作答是較沒有信心(平均分數為 1.5，1 為非常沒有信心、2 為沒信心、3 為有信心、4 為非常有信心) 在教學後有 75.8%的學生選擇 4-6(D)選項電子從鎳棒至銅棒，而這群學生 在 4-7- II 中有 63.6%的學生會選擇(B)選項電子只經由導線，其理由大多為 4-8-II 的(B-1)選項：因為鎳棒較易失去電子，所以釋放出的電子會經導線到銅棒而形 成通路。學生在教學後的作答情況是偏向有信心(平均分數為 2.7)。 在延宕測驗中有 78.8%的學生選擇 4-6(D)選項電子從鎳棒至銅棒，而這群 學生在 4-7- II 中有 63.6%的學生會選擇(B)選項電子只經由導線，其理由大多為 4-8-II 的(B-1)選項：因為鎳棒較易失去電子，所以釋放出的電子會經導線到銅 棒而形成通路。學生在延宕測驗中的作答情況較無信心(平均分數為 2.5)。 此外，從下表中還可以發現不論在教學前、教學後以及延宕測驗中，仍有 部分學生會認為電子可以經導線到達另一極，再經過鹽橋回到極棒，仍然不清 楚電子移動的情形。. 34.
(42) 表 4-1-1 實驗組學生在第一部分的答題表現 4-6 試問，此裝置中電子移動的方向為何？(n=33). 百分比% 前. 後. 延. (A) 像交流電一樣，無一定方向. 0.0. 0.0. 0.0. (B) 在裝置中電子不會移動. 3.0. 0.0. 3.0. (C) 電子從銅棒至鎳棒. 54.5. 24.2. 18.2. (D) 電子從鎳棒至銅棒. 42.4. 75.8. 78.8. 4-7-I 試問，此 裝置中電子移 動 的 情 形 為 何？ (A). (B). (C). 4-7-II 試問，此 裝置中電子移 動 的 情 形 為 何？ (A). (B). (C). 百分比%. 前. 18.2. 27.3. 9.1. 後. 0.0. 15.2. 9.1. 延. 0.0. 9.1. 24.2. 9.1. 後. 3.0. 63.6. 9.1. 百分比%. 前. 後. 延. 12.1. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 6.1. 0.0. 0.0. 24.2. 12.1. 0.0. 3.0. 3.0. 3.0. 0.0. 0.0. 3.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 6.1. 9.1. 6.1. 0.0. 3..0. 3.0. 3.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 6.1. 12.1. 百分比%. 前. 4-8-I 承上題，造成電子移動 的原因為何？. 延. 4-8-II 承上題，造成電子移動 的原因為何？. 0.0. 百分比%. 前. 後. 延. 6.1. 0.0. 0.0. 0.0. 3.0. 0.0. 3.0. 0.0. 0.0. 18.2. 54.5. 54.5. 0.0. 3.0. 6.1. 3.0. 3.0. 3.0. 3.0. 3.0. 0.0. 0.0. 6.1. 15.2. 0.0. 0.0. 0.0. 9.1. 3.0. 0.0. 63.6. 15.2. 35.
(43) 從表 4-1-2 中可以發現在教學前有 62.5%的對照組學生選擇 4-6(C)選項電子 從銅棒至鎳棒，而這群學生在 4-7-I 中有 25.0%的學生會選擇(B)選項：電子只 經由導線，其理由大多為 4-8-I 的(B-1)選項：因為銅棒較易失去電子，所以釋 放出的電子會經導線到鎳棒而形成通路。另外有 25.0%的學生選擇(C)選項：電 子會經導線也會經由鹽橋，12.5%學生的理由為 4-8-I 的(C-1)選項：因為銅棒較 易失去電子，所以釋放出的電子會經導線到鎳棒，並經鹽橋回到銅棒而形成通 路；12.5%學生的理由為 4-8-I 的(C-2)選項：因為銅棒較易得到電子，所以硫酸 鎳中的電子會經由鹽橋被銅棒吸引，電子再經由導線回到鎳棒而形成通路。另 外再從答題信心程度發現對照組學生在教學前的作答是沒有信心(平均分數為 2.0，1 為非常沒有信心、2 為沒信心、3 為有信心、4 為非常有信心) 在教學後有 56.3%的學生選擇 4-6(C)選項電子從銅棒至鎳棒，而這群學生 在 4-7-I 中有 53.1%的學生會選擇(B)選項：電子只經由導線，其理由大多為 4-8-I 的(B-1)選項：因為銅棒較易失去電子，所以釋放出的電子會經導線到鎳棒而形 成通路。學生在教學後的作答情況是較沒信心(平均分數為 2.5)。 在延宕測驗中有 56.3%的學生選擇 4-6(D)選項電子從鎳棒至銅棒，而這群 學生在 4-7- II 中有 46.9%的學生會選擇(B)選項電子只經由導線，其理由大多為 4-8-II 的(B-1)選項：因為鎳棒較易失去電子，所以釋放出的電子會經導線到銅 棒而形成通路。學生在延宕測驗中的作答情況較無信心(平均分數為 2.1)。 此外，從下表中還可以發現不論在教學前、教學後以及延宕測驗中，仍有 部分學生會認為電子可以經導線到達另一極，再經過鹽橋回到極棒，仍然不清 楚電子移動的情形。. 36.
(44) 表 4-1-2 對照組學生在第一部分的答題表現 4-6 試問，此裝置中電子移動的方向為何？(n=32). 百分比% 前. 後. 延. (A) 像交流電一樣，無一定方向. 0.0. 0.0. 0.0. (B) 在裝置中電子不會移動. 0.0. 0.0. 0.0. (C) 電子從銅棒至鎳棒. 62.5. 56.3. 43.8. (D) 電子從鎳棒至銅棒. 37.5. 43.8. 56.3. 4-7-I 試問，此 裝置中電子移 動 的 情 形 為 何？ (A). (B). (C). 4-7-II 試問，此. 百分比%. 前. 12.5. 25.0. 25.0. 後. 0.0. 53.1. 3.1. 延. 0.0. (A). (B). (C). 3.1. 9.4. 25.0. 後. 3.1. 37.5. 3.1. 前. 後. 延. 9.4. 0.0. 0.0. 3.1. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 18.8. 43.8. 28.1. 6.3. 3.1. 3.1. 0.0. 3.1. 0.0. 0.0. 3.1. 0.0. 12.5. 0.0. 3.1. 12.5. 0.0. 6.3. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0..0. 0.0. 百分比% 前. 百分比%. 43.8. 裝置中電子移動 的情形為何？. 4-8-I 承上題，造成電子移動 的原因為何？. 延. 百分比%. 4-8-II 承上題，造成電子移動的 原因為何？. 0.0. 前. 後. 延. 3.1. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 3.1. 0.0. 3.1. 34.4. 43.8. 3.1. 0.0. 3.1. 3.1. 3.1. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 12.5. 0.0. 3.1. 9.4. 0.0. 6.3. 3.1. 0.0. 0.0. 0.0. 3.1. 0.0. 46.9. 9.4. 37.
(45) 從表 4-1-3 中可以發現在教學前有 21.2%的實驗組學生選擇 4-9(A)陽離子自 由隨處亂動，有 36.4%的實驗組學生選擇 4-9(B)選項陽離子不會移動，有 21.2% 的學生選擇 4-9(C)陽離子從銅棒至鎳棒，而這群學生在 4-10-I 中有 12.1%的學 生選擇(B)選項，其理由大多是因為正負相吸，銅棒釋出的 Cu2+會經由鹽橋移向 負極的鎳棒。另外 21.2%學生選擇 4-9(D)陽離子從鎳棒至銅棒，而這群學生在 4-10-II 中有 9.1%的學生選擇(B)選項，而這些學生所持的理由都不同。再從答 題信心程度發現學生在教學前的作答是較沒有信心(平均分數為 1.5)。 在教學後有 66.7%的學生選擇 4-9(D)選項陽離子從鎳棒至銅棒，而這群學 生在 4-10- II 中有 42.4%的學生會選擇(C)選項，其理由大多為 4-11-II 的(C-2)： 銅棒為陰極，故陽離子會經由溶液往陰極移動。學生在教學後的作答情況是偏 向有信心(平均分數為 2.7)。 在延宕測驗中有 66.7%的學生選擇 4-9(D)選項陽離子從鎳棒至銅棒，而這 群學生在 4-10- II 中有 48.5%的學生會選擇(C)選項，其理由大多為 4-11-II 的 (C-2)：銅棒為陰極，故陽離子會經由溶液往陰極移動。學生在延宕測驗的作答 情況是較無信心(平均分數為 2.5)。. 38.
(46) 表 4-1-3 實驗組學生在第二部分的答題表現 4-9 試問，此裝置中陽離子移動的方向為何？(n=33). 百分比% 前. 後. 延. (A) 陽離子自由隨處亂動. 21.2. 9.1. 9.1. (B) 陽離子不會移動. 36.4. 3.0. 3.0. (C) 從銅棒至鎳棒. 21.2. 21.2. 21.2. (D) 從鎳棒至銅棒. 21.2. 66.7. 66.7. 4-10-I 試問，此 裝置中電子移 動 的 情 形 為 何？ (A). (B). (C). 百分比%. 前. 0.0. 12.1. 3.0. 後. 0.0. 0.0. 15.2. 延. 4-11-I 承上題，造成電子移動 的原因為何？. 0.0. 6.1. (E). (F). (G). 0.0. 3.0. 3.0. 3.0. 0.0. 3.0. 0.0. 前. 後. 延. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 9.1. 0.0. 0.0. 3.0. 0.0. 6.1. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 3.0. 15.2. 9.1. 0.0. 3.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 3.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 3.0. 3.0. 3.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 3.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 9.1. (D) 0.0. 百分比%. 3.0. 0.0. 3.0. 0.0. 39.
(47) 4-10-II 試 問， 此裝置中電子 移動的情形為 何？. 百分比%. 前. 0.0. 後. 0.0. 延. 4-11-II 承上題，造成電子移 動的原因為何？. 3.0. 百分比%. 前. 後. 延. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 3.0. 3.0. 0.0. 3.0. 3.0. 0.0. 0.0. 3.0. 15.2. 6.1. 0.0. 0.0. 0.0. 3.0. 42.4. 48.5. 0.0. 0.0. 0.0. 3.0. 0.0. 0.0. 0.0. 3.0. 0.0. 0.0. 3.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 3.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 3.0. 0.0. 0.0. 3.0. 0.0. 3.0. 0.0. 0.0. 3.0. (A). (B). (C). 9.1. 3.0. 15.2. 42.4. 9.1. 48.5. (D) 3.0. 3.0. 0.0. (E) 0.0. 6.1. 0.0. (F) 0.0. 0.0. 0.0. (G) 6.1. 0.0. 6.1. 40.
(48) 從表 4-1-4 中可以發現在教學前有 56.3%的對照組學生選擇 4-9(B)陽離子不 會移動，從答題信心程度發現學生在教學前的作答是沒信心(平均分數為 2.0)。 在教學後有 46.9%的學生選擇 4-9(D)選項陽離子從鎳棒至銅棒，而這群學 生在 4-10- II 中有 31.3%的學生會選擇(C)選項，其理由大多為 4-11-II 的(C-2)： 銅棒為陰極，故陽離子會經由溶液往陰極移動。學生在教學後的作答情況是較 無信心(平均分數為 2.5)。 在延宕測驗中有 50.0%的學生選擇 4-9(D)選項陽離子從鎳棒至銅棒，而這 群學生在 4-10- II 中有 31.3%的學生會選擇(C)選項，其理由大多為 4-11-II 的 (C-2)：銅棒為陰極，故陽離子會經由溶液往陰極移動。學生在延宕測驗的作答 情況是沒有信心(平均分數為 2.1)。. 41.
(49) 表 4-1-4 對照組學生在第二部分的答題表現 4-9 試問，此裝置中陽離子移動的方向為何？(n=32). 百分比% 前. 後. 延. (A) 陽離子自由隨處亂動. 9.4. 9.4. 6.3. (B) 陽離子不會移動. 56.3. 12.5. 0.0. (C) 從銅棒至鎳棒. 15.6. 31.1. 43.8. (D) 從鎳棒至銅棒. 18.8. 46.9. 50.0. 4-10-I 試問，此 裝置中電子移 動 的 情 形 為 何？ (A). (B). (C). 百分比%. 前. 0.0. 6.3. 3.1. 後. 0.0. 9.4. 21.9. 延. 4-11-I 承上題，造成電子移動 的原因為何？. 0.0. 15.6. 0.0. 0.0. (E) 0.0. 0.0. 0.0. (F) 3.1. 0.0. 0.0. (G) 3.1. 0.0. 前. 後. 延. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 3.1. 0.0. 3.1. 0.0. 0.0. 0.0. 3.1. 9.4. 12.5. 0.0. 3.1. 9.4. 3.1. 18.8. 15.6. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 3.1. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 3.1. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 3.1. 25.0. (D) 0.0. 百分比%. 3.1. 42.
(50) 4-10-II 試 問， 此裝置中電子 移動的情形為 何？ (A). (B). (C). 百分比%. 前. 0.0. 6.3. 3.1. 後. 0.0. 15.6. 31.3. 延. 4-11-II 承上題，造成電子移 動的原因為何？. 0.0. 15.6. 0.0. 0.0. (E) 0.0. 0.0. 0.0. (F) 9.4. 0.0. 0.0. (G) 0.0. 0.0. 前. 後. 延. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 6.3. 0.0. 3.1. 0.0. 0.0. 3.1. 9.4. 15.6. 0.0. 3.1. 6.3. 3.1. 28.1. 25.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 6.3. 0.0. 0.0. 3.1. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 3.1. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 31.3. (D) 0.0. 百分比%. 3.1. 43.
(51) 從表 4-1-5 中可以發現在教學前有 60.6%的實驗組學生選擇 5-6(C)選項電子 以順時針方向移動，而這群學生在 5-7-I 中有 33.3%的學生選擇(C)選項，其理 由大多為 5-8-I 的(C-3)選項：因為外加電壓所釋放出的電子會經導線到達右邊 的銅棒，並且電子經由水溶液到達左邊銅棒，再經導線回到外加電壓。再從答 題信心程度發現學生在教學前的作答是較沒有信心(平均分數為 1.7)。 在教學後有 78.8%的實驗組學生選擇 5-6(C)選項電子以順時針方向移動， 而這群學生在 5-7-I 中有 54.5%的學生選擇(A)選項，其中 27.3%學生的理由為 5-8-I 的(A-4)選項：因為外加電壓所釋放出的電子會經導線到達右邊的銅棒，並 且與水溶液的離子交互作用，電子會再經左邊銅棒與導線回到外加電壓，另外 24.2%學生理由為 5-8-I 的(A-1)選項：因為左邊銅棒失去電子，所以釋放出的電 子會經導線到右邊銅棒而形成通路。從答題信心程度發現學生在教學後的作答 是偏向有信心(平均分數為 2.8)。 在延宕測驗中有 78.8%的學生的實驗組學生選擇 5-6(C)選項電子以順時針 方向移動，而這群學生在 5-7-I 中有 51.5%的學生選擇(A)選項，其中 33.3%學 生的理由為 5-8-I 的(A-1)選項：因為左邊銅棒失去電子，所以釋放出的電子會 經導線到右邊銅棒而形成通路。從答題信心程度發現學生在延宕測驗的作答是 偏向無信心(平均分數為 2.4)。 此外，從下表中還可以發現不論在教學前、教學後以及延宕測驗中，仍有 部分學生會認為電子可以在溶液中移動，仍然不清楚電解中電子移動的情形。. 44.
(52) 表 4-1-5 實驗組學生在第三部分的答題表現 5-6 試問，此裝置中電子移動的方向為何？(n=33). 百分比% 前. 後. 延. (A) 像交流電一樣，無一定方向. 3.0. 0.0. 0.0. (B) 在裝置中電子不會移動. 3.0. 0.0. 0.0. (C) 順時針方向. 60.6. 78.8. 78.8. (D) 逆時針方向. 33.3. 21.2. 21.2. 5-7-I 試問，此 裝置中電子移 動 的 情 形 為 何？. (A). (B). (C). 百分比%. 前. 21.2. 6.1. 33.3. 後. 54.5. 0.0. 24.2. 延. 5-8-I 承上題，造成電子移動 的原因為何？. 百分比%. 前. 後. 延. 15.2. 24.2. 33.3. 3.0. 3.0. 0.0. 0.0. 0.0. 3.0. 3.0. 27.3. 15.2. 3.0. 0.0. 0.0. 3.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 6.1. 3.0. 6.1. 9.1. 3.0. 3.0. 18.2. 18.2. 18.2. 51.5. 0.0. 27.3. 45.
(53) 5-7-II 試問，此 裝置中電子移 動 的 情 形 為 何？. (A). (B). (C). 百分比%. 前. 6.1. 0.0. 27.3. 後. 12.1. 0.0. 9.1. 延. 5-8-II 承上題，造成電子移動 的原因為何？. 百分比%. 前. 後. 延. 3.0. 3.0. 12.1. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 3.0. 0.0. 3.0. 6.1. 3.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 6.1. 6.1. 3.0. 12.1. 3.0. 3.0. 9.1. 0.0. 0.0. 15.2. 0.0. 6.1. 46.
(54) 從表 4-1-6 中可以發現在教學前有 50.0%的對照組學生選擇 5-6(C)選項電子 以順時針方向移動，而這群學生在 5-7-I 中有 37.5%的學生選擇(C)選項，其中 18.8%的學生理由為 5-8-I 的(C-1)選項：因為左邊銅棒失去電子，所以釋放出的 電子會經導線到右邊銅棒，並經過硫酸銅溶液回到左邊銅棒而形成通路；另外 18.8%學生的理由為 5-8-I 的(C-2)選項：因為左邊銅棒易得到電子，所以硫酸銅 中的電子會經由溶液吸引到左邊銅棒，電子會再經導線到右邊銅棒，以維持整 個電路的電中性。從答題信心程度發現學生在教學前的作答是較沒有信心(平均 分數為 1.8)。 在教學後有 71.9%的對照組學生選擇 5-6(C)選項電子以順時針方向移動， 而這群學生在 5-7-I 中有 62.5%的學生選擇(A)選項，其中 43.8%學生的理由為 5-8-I 的的(A-1)選項：因為左邊銅棒失去電子，所以釋放出的電子會經導線到右 邊銅棒而形成通路。從答題信心程度發現學生在教學後的作答是偏向有信心(平 均分數為 2.6)。 在延宕測驗中有 68.8%的學生的對照組學生選擇 5-6(C)選項電子以順時針 方向移動，而這群學生在 5-7-I 中有 56.3%的學生選擇(A)選項，其中 43.8%學 生的理由為 5-8-I 的(A-1)選項：因為左邊銅棒失去電子，所以釋放出的電子會 經導線到右邊銅棒而形成通路。從答題信心程度發現學生在延宕測驗的作答是 偏向無信心(平均分數為 2.2)。 此外，從下表中還可以發現不論在教學前、教學後以及延宕測驗中，仍有 部分學生會認為電子可以在溶液中移動，仍然不清楚電解中電子移動的情形。. 47.
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