病菌概念與心智模式--學生與成人對病毒與細菌的瞭解

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(1)國立臺灣師範大學學位論文授權書本授權書所授權之論文為授權人在國立臺灣師範大學 __理___學院生命科學研究所 99 學年度第__2__學期取得碩士(Master)學位之論文。論文題目：病菌的概念與心智模式--學生與成人對病毒與細菌的瞭解. 指導教授：張永達. 授權事項：一、授權人同意非專屬無償授權本校將上列論文全文資料以微縮、光碟、數位化或其他方式進行重製作為典藏之用。本校在上述範圍內得再授權第三人進行重製。二、授權人同意非專屬無償授權本校及國家圖書館將前條典藏之資料收錄於資料庫，並以電子形式透過單機、網際網路、無線網路或其他傳輸方式，提供讀者基於個人非營利性質之線上檢索、瀏覽、下載、傳輸、列印等利用。本校得將上述權利再授權於第三者。三、論文全文電子檔上載網路公開時間： ■ 自 2016 年 8 月 31 日始公開。授權人姓名：林汝黛. （請親筆正楷簽名）. 學號：695430311 註：1.本授權書須列印並簽署兩份，一份裝訂於紙本論文書名頁，一份繳至圖書館辦理離校手續。 2.授權事項未勾選者，分別視同「同意」與「即時公開」。. 中. 華. 民. 國. 100. 年. 8. 月. 31. 日.

(2) 病菌的概念與心智模式—學生與成人對病毒與細菌的了解 The conceptions and mental models of germs : The Understandings about virus and bacteria of Students and Adults. 研究生：林汝黛 Ru-Dai Lin. 指導教授：張永達博士 Yung-Ta Chang. 中華民國一百年六月.

(3) 摘要本研究研究以質性研究的觀點探索成人與學生對於病菌的概念與呈現的心智模式類型。生物教育的研究焦點經常專注在學齡中的學生，但對於成人病菌概念的研究文獻稀少，因此本研究期望能為關於成人與學生病菌概念差異的研究提供參考。研究以訪談方式進行，並要求受訪者畫出想像中的「病菌」。訪談的文稿及繪圖以兩位研究者各自對研究資料進行編碼，以期獲得較高的研究信度。研究結果發現理組背景的成人比起文組背景成人，保有較接近科學模式的概念。但未曾接觸病毒相關教育的文組背景成人則具有許多的另有概念，成人與高中生間的概念並沒有隨著年齡的增長而越接近科學模式。此外只有非常少數的成人與學生能夠瞭解病毒的繁殖過程，因此即使能區分病毒與細菌的差異，也不全能以科學的模式進行兩者差異的解釋。本研究歸納出六種心智模式，其中無法區別病毒與細菌的心智模式有：1. 類動物的病菌模式；2.類細菌的病毒模式。能區分病毒與細菌差異的心智模式則有：1.病毒自然發生模式；2.類普恩蛋白的病毒模式；3.準科學模式；4. 科學模式。其中只具有科學模式的部分受訪者對抗生素能持有科學概念。關鍵字：心智模式、病毒、細菌、微生物.

(4) Abstract This interpretative study describes the conceptions and mental models that high school students and adults have about bacteria and virus. The studies in the area of biology tend to focus on the young students, only few studies have explored the conceptions of adults. The differences and similarities between students’ and adults’ conceptions are not clear. This study seeks to provide a reference of the comparison between adults and students. Semi-structured interviews were conducted with each of the participants, who were also asked to draw at least two types of germs. The interviews were audio-taped and transcribed. They were coded by two different researchers to ensure agreement on categories and as a measure of inter-rater reliability. The results present the adults who have a scientific background had a greater mscientific conceptions than those who have a liberal arts background . There is no linear progress from young students to adults. Only a few adults and students with science conception can explain the differences between bacteria and virus. In the study, the researcher generalized 6 types of mental models that the participants held. Participants who had animal-like model and bacterial-like model couldnot distinguish virus from bacteria. Participants who built a watershed between bacteria and virus that had one of the three mental models: spontaneous generation ; prion-like virus and the quasi-science model. But only those who had a science model can tell the differences between virus and bacteria with a science explanation. Keyword: mental models; microbes; virus; bacteria.

(5) 目錄第一節研究背景與重要性 ............................................................... 2 第二節研究目的與研究問題 ........................................................... 6 第三節名詞界定 .............................................................................. 7 第四節研究基本假設與研究限制 ................................................... 9 第二章文獻探討 ............................................................................... 10 第一節心智模式 ............................................................................ 10 第二節微生物發現史..................................................................... 17 第三節抗生素與抗藥性概念 ......................................................... 24 第四節病毒與細菌的概念研究 ..................................................... 27 第参章研究方法 ................................................................................. 32 第一節研究取向 ............................................................................ 32 第二節研究流程與研究概念架構 ................................................. 34 第三節研究參與者 ........................................................................ 36 第四節資料收集 ............................................................................ 38 第五節資料分析 ............................................................................ 39.

(6) 第四章結果與討論............................................................................ 42 第一節「病菌」的定義................................................................... 42 第二節病毒與細菌的形態與構造 ................................................. 45 第三節病毒與細菌的生態 ............................................................. 51 第四節病毒細菌與人體的關係 ..................................................... 60 第五節心智模式的類型 ................................................................. 72 一、細菌與病毒的區分..................................................................... 72 二、抗藥性的心智模式................................................................... 87 三、心智模式與抗藥性..................................................................... 88 第五章結論與建議 ........................................................................ 90 參考文獻 ............................................................................................... 92 附錄一. 半結構式訪談問卷 ................................................................. 96.

(7) 圖表. 表 2-2-1 微生物發展史中理論類型……………………………22 表 3-3-1 參與者-成人……………………………………………37 表 3-3-2 參與者-學生……………………………………………37 圖 3-5-1 編碼表…………………………………………………40 圖 4-2-1 文組背景學生所繪出的病毒與細菌…………………49 圖 4-2-2 理組背景學生所繪出的病毒與細菌…………………49 圖 4-2-3 理組背景成人所繪出的病毒與細菌…………………50 圖 4-2-4 文組背景成人所繪出的病毒與細菌…………………50 表 4-4-1 學生抗生素概念………………………………………70 表 4-4-2 成人抗生素概念………………………………………71 表 4-3-1 心智模式類型與抗藥性………………………………89.

(8) 第壹章. 緒論. 本章共有四個小節，第一節描述本研究的背景與重要性；第二節說明研究目的與研究問題；第三節進行名詞界定，解釋本研究所使用的名詞以及操作型定義；第四節說明本研究的設計與研究限制。. 第一節. 研究背景與重要性. 從生態的角度來看，人類活動與微生物關係密不可分。有些微生物與人類互利共生，各取所需；也有些微生物是造成人類疾病發生的主因。由社會的角度來看，人類對微生物利用的歷史悠久，可推溯至遠古的文明，例如釀酒與麵食的烘培。隨著生物科技的發展，除了食品外，微生物的利用在各式各樣的產業上也更為廣泛且越顯重要。許多國家的科學課程都將微生物的單元列入其中，正是因為體認到微生物相關知識的重要性(Byrne & Sharp,2006)。然而生物知識的發展，不論在微生物的利用或是微生物防治的專業領域知識上，已經不是一般人可以容易解釋與瞭解的。非生物專業人士對科學的解釋可能與當代科學知識落差甚大。科學知識的差異可 2.

(9) 能導致民眾對依科學專業所制定的政策感到困惑甚至不滿。這對需要全民參與的民主政治來說，是個令人擔憂的現象，也可能令專業治國的理想落入困境。 Fisher 與 Fisher 兩位心理醫療工作者分析關於 AIDS 預防理論研究，主張接受完整的訊息(information)與良好的動機(motivation)以及擁有執行行為的技能(behavioral skills)乃為個體執行特定健康行為的基本決定因子。動機直接地產生了行為技能，訊息則掌握動機的產生 (Fisher&Fisher, 1992, 2002)。追本溯源，訊息扮演著基礎核心的腳色。然而給予資訊前，瞭解接受者的知識概念，才能制訂清楚明瞭的知識內容。因此探索成人病菌的概念有助於提供成人關於病菌的知識概念，而提供衛生教育與生物教育中關於病毒與細菌相關議題的參考，以幫助成人在面對相關問題時能具有完整的訊息而做出良好的決定。然而生物教育的研究焦點經常只專注在學齡中的學生，那些曾經接受生物教育，離開學校進入社會的成人從學校裡帶走了那些概念呢？雖然科學界對病原體的研究與日俱盛，但對於一般成人病原概念的研究卻仍舊匱乏。成人在日常生活中不可避免的會接觸飲食、用藥、疾病等與微生物相關的議題，掌握生活大權的成人通常必須做出比起學生更多的處理和決定。對於微生物概念的研究中，許多研究指. 3.

(10) 出學生對微生物的瞭解除了來自學校教育以外，大眾傳媒以及成人都是學生微生物概念的來源(Milandri&MD, 2004; Jones&Rua,2006)。因此研究成人與學生對病菌概念的異同，有助於探索深植於社會文化中對病菌的普遍概念。即使傳媒的發達使傳染病相關的資訊易於取得，但如何才能有效的教育大眾在現代社會裡做出資訊充足的決定，也成了逐漸被科學教育界所重視的方向。有鑑於此，Jones(1996)等人回顧了探討學生與成人對細胞、人體循環、哺乳動物以及生物科技概念的文獻，認為這些研究結果指出了學生與成人的概念與當代科學社群的知識落差甚大。學生、成人與專家知識的差異主要來自生理、社會、文化等環境交互作用，形成了自成一格的個人理論(personal theories)。所以「學生在成長為成人之後，就擁有與當代科學知識相符」的假設，是令人充滿懷疑的。由於探討成人微生物概念的研究門可羅雀，學生與成人概念間的異同仍不清楚。Rosser(1994)認為成人就像學生一般，同樣不斷地以質樸理論為基礎，在日常生活中來解讀有關生物的知識。因此研究成人的概念，探索成人如何以個人理論解釋病毒細菌的概念是相當重要的議題。此外，對於抗生素濫用的議題是也是微生物概念的研究者所關切的焦點。Milandri(2004)認為將微生物與健康教育的焦點放在對大眾與. 4.

(11) 學生關於細菌的認知上，可以幫助減少抗生素濫用的情況。當大眾對微生物有更佳的瞭解時，不必要的作為將可被止步。在他對義大利中小學生進行問卷調查的研究中，發現有過半的小學生認為抗生素可以同時對抗細菌與病毒的武器。而這些小學生的概念經常來自大眾傳媒以及他們的家庭成員。因此不論是瞭解學生或成人關於微生物，特別是病毒與細菌的概念，有助於提供防治抗生素濫用之參考。本研究著眼於成人與學生對於病毒與細菌的概念，進而探討這些概念認知的特徵，並參考國內研究者(吳怡嫻，2007)以概念集合的認知特徵作為心智模式類別的分類。從概念中推估成人與學生的心智模式類型，探討對病毒與細菌的概念與抗生素概念連結。對成人與學生關於病毒與細菌的心智模式的瞭解有助於學校生物教育與大眾健康教育的改進參考。深植在台灣社會文化中對於病菌的迷思，可以在比較成人與學生的概念中得到啟示。此外對於病毒與細菌心智模式與抗生素心智模式的連結的探討，也期待能夠為防治抗生素濫用的策略提供一些指引與啟發。. 5.

(12) 第二節. 研究目的與研究問題. 本研究著眼於探索成人與學生對細菌與病毒的概念與所具備的心智模式。本研究的目的如下： (1) 了解學生與成人病菌概念 (2) 了解學生與成人病菌概念的異同 (3) 了解學生與成人病菌概念的心智模式類型 (4)研究結果可作為學校生物教育與大眾健康教育改進之參考. 為達此目的，本研究的研究問題為：一、成人與學生對病菌的概念為何？此研究問題包含了以下的內容：（1）病菌定義（2）病毒與細菌的形態與構造（3）病毒與細菌的生態（4）病毒與細菌與人體關聯. 6.

(13) 二、成人與學生對病菌的概念出現哪些類型的心智模式？三、成人與學生對病菌的概念與心智模式有那些落差？. 第三節. 名詞界定. 一、成人指大學畢業以上的人士，但由於人力物力的限制，研究以便利取樣，分別各選擇 4 位大學科系屬於理組背景與文組背景的成人作為訪談對象。為避免年齡和區域性造成的差異，成人受訪者的出生年次介於 69 至 73 之間，且受訪時全居住於大台北地區，畢業學校皆位於台北市的國立大學。. 二、學生指本研究中的高中二年級學生，男女各四位。由於選擇的學校文組背景女生多於男生，因此選擇文組背景 3 女 1 男，理組背景 3 男 1 女進行訪談。受訪者於 98 學年度入學，此學年度該校基測最低錄取分 PR 值為 91。 7.

(14) 三、病菌本研究主要焦點在於病毒與細菌，Jones(2006)認為許多孩童無法說出病毒這個名詞，本研究的前導研究也出現類似的狀況。一般成人並不將病毒與細菌包含於「微生物」中，因此本研究以口語中常出現的「病菌」作為問卷的問題，用以引導出受訪者對病毒和細菌的資訊。. 三、心智模式為個體根據過去的經驗所建構出的「小模型」(small-scale models)，以進行對外在事物的解釋與預測(Kennrth Craik,1943)，且常伴隨著視覺化的影像(Henderson & Maguire, 2000)。心智模式可視為一種概念結構，包括了陳述性和程序性知識(White & Frederiksen, 1985)。本研究採納上述觀點，界定心智模式的操作型定義為：由參與者回答訪談問題時的口語與圖畫資料的呈現的概念結構。. 四、心智模式類型心智模式為概念組合而成的結構，可類比生物學分類法，以概念的特徵為心智模式類型進行細緻的分類(林靜雯，2006；吳怡嫻，. 8.

(15) 2007)。因此本研究界定心智模式類型為：歸納出概念的特徵後，以此特徵作為心智模式分類的依據。. 第四節. 研究基本假設與研究限制. 一、研究基本假定 1. 受訪者能認真回答訪談問題，且能表達出內心的真實想法。 2. 晤談口語資料及圖畫資料，能夠反應出受訪者的真實概念與想法。。. 二、研究限制 1. 本研究經由國內外文獻以及半結構式晤談所收集的概念與推估的心智模式類型，未能進行大量樣本的收集，因此在類型上可能有所限制。 2. 由於本研究為探索性的個案研究，結果僅能為一般成人與高中學生的概念提供參考，而無法進行過度廣泛性的推論。. 9.

(16) 第二章. 文獻探討. 第一節. 心智模式. Solomon(1993)主張學生科學知識的建構，可分為兩大類：一是日常生活中對世界的解釋，一為課堂中所習得的。這兩種科學知識各成模式，經常無法融貫，不但造成學生對科學學習的困難，也常造成學生認為課堂中的科學知識是無用於日常生活的(江文瑋，2008)。 Vosniadou(1994)認為學生經常擁有將自己的經驗與當代科學知識混合的心智模式，這可能是概念的不完整與另有概念所造成的結果。因此科學教育中經常使用研究心智模式的方式來探討學生概念的結構，而期望能對科學教學提供助益。下文內容將對：一、心智模式的意涵；二、心智模式的特性；三、心智模式的類型，分別進行探討。. 10.

(17) 一、心智模式的意涵最早的心智模式是由 Kenneth Craik 於 1943 年所提出，他認為人們會將外在事件自動轉譯為內在的符號或表徵，藉由操弄這些符號或表徵來進行推理，或是進行對世界的模擬(引自施宗翰，2008)。但是這種對世界的解釋，經常可能有好幾套的理論模式並存著。 Vosniaduo 提出了架構理論(framework theory)來解釋兒童的概念發展。林秀蓁(2005)認為這個架構理論限制了兒童概念的發展，就好比為 Lakatos 的研究綱領和 Kuhn 的典範限制了當代科學概念的發展一般。由於架構理論的預設，加上文化相依的情境觀察與個體自有的特殊理論的交互作用下，會形成了某些一致的信念。而在信念的基礎上，個體就形成了初始的心智模式(initial model)。 Johnson-Laird(1983)認為心智模式是內在心智架構的表現：個體在感受外在環境的過程中，提取資訊、賦予意義而組成組織的「軌道」。個體也會根據這種軌道，對外在世界進行解釋與預測。因此個體對事件的解釋與預測，可以有一致性的信念。 Rip(1994)認為因為正式的邏輯規則考慮繁複，而工作記憶量有限，利用心智模式可以減低認知工作量的負荷。Jason-Laird(1999)於是主張即使是專業領域的專家，進行推理時，所遵循的也非正式的邏輯. 11.

(18) 規則，而是心智模式。然而心智模式則受限於概念，因此對於不完整或零碎的概念的分析，將有助於建構出心智模式的類型。. 二、心智模式的特性認知心理學中所使用的心智模式，關注的焦點在於個體使用質樸理論(naïve theory)來瞭解世界的方式。Gentner 和 Steven(1983)認為心智模式是一種為了讓命題與理論合諧且有組織的理論架構。以這個主張為基礎，後續的研究建立出了四種智模式的特性：. (1) 建立因果：心智模式構成了個體對物質世界因果關係的理解，同時，心智模式也是個體預測和理解世界的基礎。Brewer(1987)尤其強調心智模式具有解釋「因果」的特性，因此特別提出了「因果心智模式」(causal mental models)來指稱這類心智呈現的形式。. (2) 心智模式可以是動態的，心智模式可以模擬物質世界的行為動作 (behavior)，且經常伴隨著動態的影像。. (3) 個體在處理相同系統(system)下的不同面向時，可能同時具有多個. 12.

(19) 心智模式，而這些模式可能有部分的重疊與矛盾。例如一位具有基督教信仰的生物教師可以同時相信達爾文的演化論與聖經中的神創論。. (4) 個體的表現與心智模式具有一致性。個體中有許多心智模式的存在是為了因應各個模式各自的需求，而這也使得個體的行動落入冗贅。這種特性有時會被稱作「迷信」(superstitious)，意即不需要證據來做出結論。Hederson 和 Maguire (2000)舉了這樣的例子作說明：人們因為藥理效果的心智模式選擇了服用藥物，但即使知道擁有同一種擁有專利權的藥和非專利藥物的作用與效果並無不同，由於其他的心智模式使然，他們仍會傾向選擇具有專利權的藥物服用。. 三、心智模式的類型 Vosniadau 曾對地球的形狀、日夜循環、熱學與力學四個概念對學生進行概念的晤談，發現即使是不同文化背景下的學生，對科學知識的模式大都可以歸納為三大類：. 13.

(20) 1.. 初始模式(initial model)：經由生活經驗而來，由基礎信念所組成，不受成人科學模式的影響。. 2.. 混合模式(synthetic model)：將經驗與文化背景以及科學知識作調和，屬於综合性的模式。. 3.. 科學模式(scientific model)：與科學觀點一致的模式。. 但是當科學模式出現時，並不意味著其他模式就會被取代或消失。就如 Solomon(1993)所認為的，學生可以依情境的不同展現出不同的心智模式。國內外不乏對特定概念進行心智模式的研究，例 Slaughter(2004) 以 8 位不同國籍背景的成人進行半結構式的訪談，以研究非專業人士 (laypersons)對於 SARS 的心智模式。她針對訪談內容中成人呈現出不完整的零碎概念，提出了三種心智模式：感染過程的質樸模式、疾病傳染誤解模式、SARS 突變的不完整模式。這三個模式都可以歸類為混合模式(synthetic model)。國內對中學生科學概念心智模式的研究，發現學生表現出的模式中缺乏初始以及科學的模式。這可能是因為學生已經接觸過科學教育，而能將經驗與當代科學知識進行混合的緣故。另一方面，由於研. 14.

(21) 究中探討的概念範圍較小，例如：層析法概念、氧化還原概念、重力概念(吳明珠，2005；余秀麗，2003；江文瑋，2008)。在這種放大的檢視下，學生的概念要與當代科學知識完全符合，理所當然是相當不容易的。這些研究對於混合模式下的概念進行分析，歸類出更細緻的心智模式類型。而更細緻的心智模式類型可以如何分類呢？國內學者認為由各種組合概念結合成的心智模式，可以採用生物學的分類方法，以心智模式的特徵來進行命名與分類(林靜雯，2006；吳怡嫻，2007)。例如吳明珠(2005)分析「層析法」發展的歷史，將層析法發展的理論，分為五個理論類型。再對學生進行問卷的調查，發現學生在教學前後的的心智模形與「層析法」的發展史類型有相似之處：由最原始的「過濾模型」，發展到較接近當代科學知識中的「速率模型」。而 Hederson(2000)等人對一個班級的大學生進行開放性問卷調查，將叢聚的概念歸納為 3 種遺傳疾病的心智模式，而這三種心智模式也與遺傳學的發展史有雷同之處。這些研究結果都展現出在科學史發展中曾經出現的當代科學理論，可能與混合的心智模式有相符類似的情況。Kuhn 也認為學生的科學概念架構經常與科學史的發展平行(王美芬，1996)。孩童由直觀. 15.

(22) 的經驗開始對世界進行解釋，在成長的過程中經由知識的累積，逐漸能發展出與當代科學一致的知識。這些文獻對於本研究的啟示是：混合類型的心智模式，可能與該領域的科學發展史曾經出現的理論有類似之處。由於科學概念與理論的發展史與學生的認知發展間，存在著平行的關係，因此科學史在暸解學生的迷思概念上有重要的價值。Carey 就曾指出學生科學概念的重建，與科學革命具有相類似的情況(引自張榮燿，2000)。 Wandersee(1986)也認為學生所敘述的概念常和科學史中曾出現的論點類似，因此學生可能保有先前科學所認同的知識，儘管如今這些知識可能早已被推翻或進行了大幅度的修正。因此，欲對混合的心智模式進行更細緻的歸類，可以由科學發展史中所出現的相關理論得到借鏡。藉由對微生物發展史的理論，進行模式的歸類，將有助於對微生物概念心智模式的分類。因此，因此下節將探討微生物相關理論的發展背景與歷史。. 16.

(23) 第二節. 微生物發現史. 一、微生物的發現十七世紀的荷蘭人，雷文虎克(Leuwenhock)，被認為是最早在顯微鏡下發現微生物的觀察家。他以自己製作的顯微鏡觀察各式各樣的組織與物品，對微小世界的狂熱，使他在水滴中發現了微生物，而在科學史上留下鼎鼎大名。接著他在齒垢、浸泡過乾草以及胡椒粉的水滴中繼續發現了細菌，和培養細菌的方法。他的發現得到了英國皇家學會的肯定，也為生物學開了一扇大窗，因此有人稱他微微生物學之父。雷文虎克發現以肉眼觀察的蝨子，構造粗超又簡單。但在顯微鏡之下，蝨子的構造卻是細緻複雜的。雷文虎克以「小動物」(beasties 或 animalcule)來指稱他在水中發現的生物，他認為這些小動物也應該擁有類似蝨子的構造。由於當時顯微鏡放大倍率至多只有 270 倍，因此他所能觀察的景象只有簡單的球形、桿形和螺旋形等輪廓。曾在顯微鏡下觀察過血管與血液的雷文虎克，主張這些生物是動物的一種，因此在他寄給皇家學會的報告中，甚至進行了對微生物血管管徑的估算，即使在他的觀察中未發現這些血管。 17.

(24) 二、生命來源的爭論：自然發生論的爭論在十八世紀前，由亞里斯多德而起，生物學家對生命來源，常以自然發生論做為解釋。意即，生物可以從無生物的交互作用中而產生。即使是在化學與植物生理學上具有很大貢獻的 Van Helmont，都認為：「在黑暗的頂樓上，有潮濕和污穢的碎布，以小麥的核仁或一小塊乾酪，在適合時間內便可出現小老鼠。」(引自關崇智，1997) 直到十七世紀中的 Francesco Redi，被認為是首度公開反對自然發生論的科學家。由於支持自然發生論的學者，認為空氣是生物自然發生的重要因子，因此 Redi 的實驗將肉類放入瓶中後，加上紗布，以保持瓶內空氣的流通。他發現蠅纇會在瓶口盤旋，且將卵產在紗布上，而造成蛆在紗布上的孵化。但他的觀察發現蛆絕不會在腐肉上直接生成。因此 Redi 在 1688 年提出肉腐所生的蛆，是蠅纇產卵所致，而非腐肉所自然發生。但是在微生物發現後，自然發生論卻再度死灰復燃。這是由於許多科學家進行微生物實驗而起的。其中尤以 Needham 於 1745 年提出「自然發生論」的證據最廣為人所知。他將浸泡過枯草的液體煮沸，殺死裡頭的微生物後靜置，封蓋。數天候，再以顯微鏡觀察這些液體，竟然發現枯草液體中有微生物的出現。於是以 Needham 為首，有一派. 18.

(25) 的學者強力的支持自然發生論。但同時 Lazzaro Spallanzani 將玻璃瓶以火焰融燒封口，確保微生物不隨著空氣進入瓶中，而說服了大多科學家自發產生論的謬誤。. 三、微生物不是小動物 Spallanzani 繼續對微生物進行相關的實驗，一開始他認為這些微生物的「卵」除了能忍受較高的溫度外，其他的原則與動物並無差異。但在往後的實驗中，他發現微生物即使沒有空氣也可以生存，令他感到十分震驚。同時在他的探索過程中，他曾經發現兩隻微小的動物緊密的靠在一起，推測應該這兩個小動物應是在進行交配。直到他的細心的友人，提出兩個小東西黏在一起時，是正在進行分裂，這是這些微生物的繁殖方式。Spallanzani 支持這樣的說法，並設法將單一隻細菌隔離，而觀察到細菌的分裂。. 四、細菌與病毒即使在微生物被發現後，人們仍不認為微生物與傳染疾病有很大的關連。十六世紀的 Hieronymux Fracastorius 解釋傳染病是因為疾病擁有如種子一般的「病子」(Seminaria)，如洋蔥的氣味般，可在空氣中. 19.

(26) 傳播。即使 Edward Jenner 能以接種牛痘來預防天花，但也無法解釋成功預防天花的原因。直至十九世紀的 Casimir Davaine 首度證明特殊微生物能引發特殊病因。微生物病學的開始，有不少科學家提出單一細菌可能引起多樣疾病，或是宣稱微生物可以治療疾病的推論。十九世紀末的 Robert Koch 已能將致病細菌分離，以證明單一種細菌會引起單一種疾病。証明微生物與引發疾病有關聯。. 在微生物與疾病的關係被建立後，可傳染性疾病為微生物造成的這種概念，普遍的流傳。於是在對煙草葉鑲嵌病的觀察與實驗後，當時的科學家認為引起這種疾病的原因也是細菌。但是因為它可以通過可濾出細菌的陶瓷濾網，所以 Martinus Willem Beijerinck 在 1898 年另為這個史無前例的「小細菌」取名為 Virus。爾後，藉由過濾性試驗，相繼發現了近百種病毒病害認為病毒是一種與細菌類似的病原體，所不同的僅在於病毒必須在生活的細胞內才能繁殖，再就是體積十分微小，以致在顯微鏡下不能見到，能夠通過細菌濾器。. 拜電子顯微鏡的問世，人類得以肉眼觀察病毒的形態。1939 年，G.A.Kansche 在電鏡下直接觀察到了菸草鑲嵌病毒(TMV)與番茄黃化花葉病毒(TYMV)的顆粒，必以奈米為單位指出了病毒的大小。1953 20.

(27) 年，病毒與細菌的不同逐漸被顯露出來，科學家注意到病毒的的增殖需要活體細胞的存在。往後的研究科學家發現噬菌體是一種以細菌為寄主的病毒。雖然非常微小，僅為 10nm，但它們具有高度整齊而複雜的結構，它們有圓的頭和起初被認為是尾巴的附屬物，像個小蝌蚪。在爭論多年以後，確定了噬菌體的附屬物沒有運動的功能，但它對噬菌體吸附於細胞表面和注射病毒的遺傳物質進入到細胞中卻有很重要的作用。自從 1953 年 DNA 雙螺旋結構理論建立以來，由於分子生物學的迅速發展，使得病毒學的研究步入了分子病毒學的發展時期。也引導人類能以分子層次來觀看生命的本質。1967 年，T.O.Diener 在試圖分離馬鈴薯紡錘形塊莖病的病毒時，發現其病原不是病毒，而是一種不含有蛋白質，而只有帶有遺傳訊息的 RNA 分子。這樣小的 RNA 分子不編碼任何蛋白質，於是將它命名為類病毒(Viroids)。隨後的研究表明，類病毒 RNA 還有特殊的複製機制。類病毒的發現在分子病毒學史上是一個重要事件，它不僅揭示了自然界存在著比病毒更簡單的生物，而且也使人們加深了對生命起源的認識。羊瘙癢病(scrapie)起初也被認為是由類病毒引起的。Prusiner 於 1982 年證實羊瘙癢不是類病毒所以起，而只是一種蛋白質。這種蛋白. 21.

(28) 質之後被稱為毒蛋白(prion)。由於這個發現，他陸續提出狂牛病、庫魯症也都是由毒蛋白所引起的。除此以外，70 年代出現的 DNA 重組技術，使一些病毒基因能在細菌中能夠得到大量複製和產生產物，因而有利於探尋病毒的基因組結構和功能。隨著生物分子技術的發展，人類對微生物的利用也越來越廣泛。. 五、微生物發展史小結由上述的微生物發展史，可以看到一些科學概念的演變歷程。下頁的表格對微生物發展史中所出現的理論，進行整理。. 22.

(29) 表 2-2-1 微生物發展史中曾出現的理論類型理論類型. 理論意涵. 代表人物與年代. 自然發生論. 無生命物質的交互作用可自然產生微生物. Needham(1745). 先存微生物論. 微生物的出現必定來自前一個微生物. Pasteur(1872). 類動物的細菌. 分不出細菌與其他微生物的差別。. Leuwenhock(1673). 細菌的生活形態與動物無差異，擁有多樣器官細胞觀的細菌微生物泛病論. 細菌具有獨特的生活形態，沒有特化的器官. Spallanzani(1729). 微生物為導致疾病的因素，單一微生物可引發多種疾 Sydenham(17 世紀) 病. 一微生物一疾病論. 單一傳染病為單一微生物所引起. Koch(1876). 類細菌的病毒. 病毒是極小型的細菌. Beijerinck(1898). 類病毒與毒蛋白傳染論無生命的遺傳分子與毒蛋白(prion)可造成傳染性疾 T.O.Diener(1967)Prusiner(1982) 病 23.

(30) 第三節. 抗生素與抗藥性概念. 第一個被發現的抗生素就是盤尼西林，是由黴菌所產生的物質，可以抑制細菌的生長。隨著科技的進展，有越來越多的抗生素被發現，也有些抗生素是由生物體製造後，再加以改良其化學結構而增強療效的。隨著這些藥物的大量使用，抗藥性的問題也隨之而來。抗生素的濫用是個受矚目的議題，因此關於微生物概念的研究也經常將抗生素與抗藥性列入探討的重點(Milandri, 2004；Simonneau,2000)。但研究中也同時顯現出，學生對抗生素的概念並不完整，因而對抗藥性的發生也可能呈現混合式的心智模式。在先前的研究中，普遍發現學生對抗生素並不瞭解，Miladri 與 MD(2004)發現有過半數的學生認為抗生素可以同時殺死細菌與病毒。是個值得注意的現象。此外關於抗藥性的發生，具生物背景的人士會以類似達爾文的演化論來進行詮釋，認為這是物競天擇的結果(盧柏樑，2003)。同樣地，為了探討科學發展史中的概念特徵，用以歸納出心智模式類型，以下內容將進行對演化論歷史的說明。. 24.

(31) 一、拉馬克的演化論 18 世紀的 Comte de Buffon 為法國的博物學家，他推想很多因子都能影響演化的變化，對於後天獲得性徵的遺傳，尤為重視。查爾達爾文(Charles Darwin)的祖父 Erasmus Darwin 也曾出版書籍，闡述對後天獲得性遺傳的心得。因此拉馬克的演化論並非新創，這個學說承襲了前人的觀點，只是拉馬克兌演化論做了詳盡的解釋。他認為在自然界中，低等簡單的生物會演化為高等複雜的生物，因此他主張： (1) 環境因子可以改變植物和動物。 (2) 新的需要可以改變舊的器官，而有新器官的生成 (3) 經常使用的器官就會發達，不用就會退化 (4）後天的改變可以遺傳給後代. 二、達爾文的演化論達爾文在小獵犬號的航行，在加拉巴哥島的觀察，發現是物種的形態會隨著島嶼不同而不同，即使島嶼只距離五、六十英里。他提出這樣的主張：生物演化的原動力來自兩個步驟，一是個體變異，二是環境的選擇。達爾文認為生物是可變的，但對於進化的動力的主張則. 25.

(32) 與拉馬克不同。他從馬爾薩斯的《人口論》得到啟發，他認為生物可產下大量的子代，而子代各有不同的些微變異。由於自然資源有限，只有那些最能適應環境的子代可以生存下來。這就是達爾文有名的天擇說。拉馬克與達爾文的演化論中，對於進化的動力所提出的主張最為不同。拉馬克認為後天所獲得的特徵可以遺傳給下一代，而達爾文則認為是因為天擇決定了以後的世代可能出現的特徵。因此，這兩者的分界可以以後天的改變是否能遺傳給子代做為分界。. 26.

(33) 第四節. 病毒與細菌的概念研究. 關於病毒與細菌概念的研究文獻資料並不多，大多的研究焦點在 5 到 15 歲孩童的概念上(Byrne,2011)。對年紀較長的學生和成人的研究中，Simonneaux(2000)探究了高中生關於微生物的概念，並將焦點放在推論過程中。而 Rua 與 Jones(2006)則以訪談和分析受訪者的繪畫，分析 8 至 11 歲的學童以及成人的病菌(germs)概念。這些研究都指出學生具有對病毒與細菌的另有概念，其中無法區別病毒與細菌的差異是普遍存在的現象。Rua 與 Jones(2006)認為學童和成人對病菌的概念並不具有線性漸進的關係，即使是中小學教師有存著許多另有概念。但比較成人與學童概念的文獻仍十分缺乏(Rua&Jones,2006)，有待更多的研究來更進一步描繪與確認成人與學童概念與當代科學概念間的落差。. 學生的概念近年對學生的微生物概念的研究卻非常稀少(Byrne,2011; Jones&Rua,2006)。但仍不乏一些值得注意的研究發現。例如研究都發現年紀較小的學生傾向把微生物視為較微小的動物，甚至在被要求畫出微生物時會繪出類似昆蟲或擬人化形態的圖形。但隨著年紀的 27.

(34) 增長，雖然學生不再直接描述微生物或病菌具有動物的體型，但在面對將微生物分類時，仍會傾向將他們分類為動物(Byrne, 2011;Jones& Rua2006)。. 學生對細菌的概念經常是呈現負面且危險的。例如雖然細菌被認為是普遍存在，到處都有的，但大多的學生仍會傾向任為垃圾堆等骯髒的地方會有最多細菌的存在（Jones& Rua,2006; Miladri& MD, 2004;Simonneaux,2000）而細菌的活動也常被學生以人類中心 (anthropocentric)的觀點來描述，認為他們是人類的敵人，會導致人類的疾病(Byrne et al., 2009; Miladri& MD, 2004)。但學生對微生物導致疾病和傳染的機制及方式的了解卻是相當貧乏的。而在所有年齡的學生都曾被發現對微生物的體型大小具有另有概念（Byrne, 2010; Byrne et al.,2009; Jones&Rua,2006）。學生認為病毒比細菌大，因為病毒引起的疾病與不適比細菌更嚴重。作者認為這可能是由於教學中缺乏具體的微生物來作實際大小比較的結果。而學生普遍認為病毒和細菌具有負面的形象，例如在問及人類可以如何作為人類所用時，「生化武器」則是相當普遍的答案，學生認為病毒與細菌對人類的傷害遠大於對人類的益處。在人類相關的疾病上，國外的學生認為感冒與病毒較有關係，因為口語上常以病毒來敘述特定的 28.

(35) 症狀。例如發燒和喉嚨痛人們常說：I have a virus(Jones&Rua,2006)。. 成人的概念對於成人關於病菌認知的研究多為公共衛生領域的文獻。由於近來國內推廣接種子宮頸癌疫苗，許多研究也指出對子宮頸癌發生有關的人類乳突病毒認識越高，則接種意願則越高(王美卿，2010；林怡岑，2008；溫麗芬，2007)。在 2003 年引起亞洲恐慌的 SARS 病毒是研究中所關切的主題之一。陳麗淑(2005)以隨機抽樣的問卷方式對一千兩百多名嘉義社區民眾 20 歲以上成人進行對 SARS 的認知與行為研究，認為教育程度愈高則對 SARS 的知識越高。但在嘉義的民眾中年齡愈大者對 SARS 知識與嚴重性認知也愈低，且對採行 SARS 預防行為可能性也愈低。這些研究的結論都指出，對於病毒的認知越高，越能採取正面的行為來面對這些病毒所引起的疾病。有著同樣見解的 Slaughter 與 Patel(2004)為了探索一般大眾對於在 SARS 的心智模式中，有哪些概念的環節出現知識的不足，於是他們在香港對非生物專門人士(laypersons)進行關於 SARS 的研究，探索一般人存在著哪些與科學模式不符的心智模式類型。他們認為一般人對 SARS 的心智模式出現謬誤與破碎的概念主要有三個部份：(1)即使. 29.

(36) 成人可以描述出正確的感染症狀，但是對 SARS 病毒對人體的感染過程具有質樸的心智模式。（2）對於疾病的傳染機制無法做出完整的解釋，例如在詢問那些人容易感染 SARS 時，受訪者傾向認為某些特定的階級族群，而不是那些容易接觸到病毒的人。(3)SARS 病毒的消滅與人類的抵抗力有不完全的心智模式，例如有些受訪者認為在歷經 SARS 風暴中，那些少數沒有 SARS「抗體」(antibodies)的人已經死亡了，而目前存活者則是已經通過 SARS 考驗而具有「抗體」的人。成人，尤其是非生物專門人士，對病菌的概念具有不穩定和質樸的概念與心智模式，不足的知識與資訊往往造成錯誤的決策。當我們對一般成人的病菌心智模式有更多的了解，我們就越能提供對一般人較有效的傳播與教育內容。 Jones and Rua(2006)認為目前並無有關成人對於病菌概念的研究，因此關於成人與學童間概念的差異仍不清楚。為了對成人的概念提供更多的資訊，他們的研究中除了對中小學生進行研究以外，也囊括了中小學教師和醫學專家一起作為訪談的對象。研究結果發現雖然中小學教師對病毒與細菌有些許的了解，但是仍與科學知識中存在著許多落差。在他們的研究中，認為成人比起中小學生更能了解細菌扮演的生態角色和對人類的益處，但是細菌如何對人體造成傷害的機制. 30.

(37) 以及病毒如何複製繁殖的機制，大多的中小學教師都呈現著破碎或質樸的概念。醫學專家對細菌的分裂生殖以及病毒將遺傳物質注入宿主細胞產生新病毒的概念的知識都相當充足。但是中小學教師對病毒與細菌的繁殖則是相當不熟悉的。同樣地，醫學專家可以解釋細菌在人體中產生有毒的代謝物質而影響周圍細胞。但細菌對人體細胞如何產生影響，中小學教師也往往呈現質樸的概念，大多人只能指出細菌在人體中大量繁殖，而無法指出細菌產生的有害物質。Jones &Rua(2006)認為在此研究的受訪者中，以經驗與原有的概念模式來解釋自己所不瞭解的事情，由此產生出新的但是不精確完全的詮釋。但這些詮釋不一定是穩定而無法改變的。關於學生與成人病菌概念的差異的文獻缺乏，也只有 Jones 和 Rua(2006)的研究提供了較多的資訊。他們以訪談方式探索了學生、教師與醫學專家三個組受訪者，比較之間對病菌概念的差異。發現從學生到專家間的概念並不是線型漸進的關係。其中一些中學教師以及大多的小學教師對病菌的知識只比學生稍多一些。其中最缺乏的知識為病毒與細菌的差別。無法辨別病毒與細菌，可能直接產生的問題是對流行疾病的防治與處置（Milandri, 2004）。. 31.

(38) 第参章研究方法本章敘述本研究的研究方法，第一節解釋研究取向；第二節以圖示說明研究架構與研究流程；第三節說明受訪者的取樣及背景；第四節的資料收集說明訪談的準備與準備過程，以及半結構式問卷的設計。第五節資料分析說明分析文本及繪圖的編碼方式。. 第一節. 研究取向. 本研究以質性詮釋研究來探索成人以及高中學生對「病菌」的概念。研究工具為研究者本人，輔以半結構式問卷的訪談以及受訪者對病菌所做的繪圖，進行資料的收集。訪談內容在訪談結束後轉成逐字稿，輔以繪圖內容與錄影資料進行分析並做出詮釋與解釋，用以回答本研究的研究問題。 Bauer& Gaskell (2000)認為要量測社會的現象和事實，必先對社會現象和事實進行分類。由於關於本研究的主題病毒與細菌概念的研究文獻稀少，本研究屬於初始性的探索性研究，因此選擇使用質性研究法來進行對成人與學生病菌概念的探索，就如同 Bauer& Gaskell 所有，欲得知「滿園花朵的顏色分布，必須先建立顏色的分類，從而 32.

(39) 能夠開始計算各種的花朵有多少」(Bauer& Gaskell,2000)是一樣的道理。因此為了回答本研究所欲回答的研究問題與達到研究目的，採取質的詮釋性研究乃為最佳的方式。. 33.

(40) 第二節研究流程與研究概念架構本研究的概念架構如下：. 34.

(41) 研究流程如下：. 35.

(42) 第三節. 研究參與者. 本研究以便利取樣的方式，選擇成人與高中生作為兩組訪談的對象，進行一對一的訪談。高中生組為台北市某高中的高二學生，該學年度該校的 PR 值為 91。學生曾在高一學習過微生物的單元，採用的是依民國九十四年發布的基礎生物暫綱編輯而成的高一基礎生物課本。所採納的教科書中分述細菌與病毒的形態構造與繁殖 (鍾淑紅;莊雪芳；童武夫, 2009)。成人組的出生年次為民國 69 至 73 年，皆畢業位於台北市的國立大學，受訪時的身分為研究生或社會人士。參與的成人在高中時接受的是民國 84 年至 95 年採行的生物課綱。高一基礎生物的內容以生態為主，僅介紹微生物所引起的疾病，而未提及細菌與病毒的構造與差異(夏蕙蘭, 2007)。兩組受訪者皆居住在大台北區域，以避免學歷與區域性造成的差異。高中生組選擇：社會組 4 人、自然組 4 人，共八人。而成人組則選擇高中與大學畢業科系文組背景的 4 人、理組背景的 4 人，共八人。關於八人受訪時的職業，理組背景的受訪者分別為：住院醫師、微生物免疫所研究生、生化助理、軟體工程師。文組背景分別為：軟體訓練師、銀行投資顧問專員、雜誌雜誌記者與中文所研究生。本研究的參與者成人組為社具有高學歷的份子，而學生則屬於學業成就較高的份子，本研究選擇的參與者屬於受過良好教育的族群。. 36.

(43) 參與者編碼第一碼 A 表示成人(adult)，S 表示學生(student)；第二碼 S 表示理組背景( science)，L 表示文組背景(liberal artists)；第三碼表示性別，M 為男性(male)， F 為女性(female)。表格整理如下：. 表 3-3-1 參與者-成人教育背景現職編碼. 理組背景住院醫師. 微免研究生. ASM1 ASF2. 文組背景. 軟體工程師 ASM3. 生化助理 ASF4. 軟體訓練師 ALF1. 銀行投顧 ALM2. 雜誌雜誌記者 ALM3. 中文所研究生 ALF4. 表 3-3-2 參與者-學生高中分組編碼. 理組背景 SSM1. SSM3. SSM4. 文組背景 SSF2. 37. SLF1. SLF3. SLF4. SLM2.

(44) 第四節. 資料收集. 半結構式問卷：由於本研究的參與者年齡層較大，包括了高中生與成人，因此本研究的半結構式開放式問卷參考針對成人與高中生設計的問卷例如 Jones&Rua(2006),與 Simonneaux(2000)等人的題目，選擇本研究問題相關的題目進行編撰修改，作為訪談資料收集的問題大綱，如附錄一。. 作圖：本研究要求參與者畫出至少一個「病菌」的圖像，作為分析的輔助。. 錄音：訪談時進行錄音，並立即真實的轉錄出逐字稿。. 錄影：訪談中同時錄影。當參與者以畫圖的方式進行動態步驟的說明時，可以清楚地得知參與者所表達的概念。. 38.

(45) 第五節. 資料分析. 本研究以質性研究法，以訪談法進行成人與中學生對於「病菌」概念的探索。為了加強本研究的效度，訪談時除了錄音，也要求受訪者以圖畫的方式畫出病菌。研究者收集圖形後，將這些圖形分成(1)病毒 (2)真核細胞 (3)細菌 (4)其他。研究者與另一位研究生個別進行分類，第一次的一致性為 92%。不一致的圖片只有一張要求受訪者畫出病毒的圖形，以及兩張要求受訪者畫出的細菌圖形。配合參與者畫圖時口語的敘述，進行討論後再各自編碼，第二次的編碼則到達百分之百的一致性。編碼是質性研究分析中組織與使文本有意義的重要步驟。研究者在進行資料分析時，運用一套有組織的符號系統進行分析，並將資料轉變成概念的持續歷程。其方式是藉由對文字資歷的裂解(fracturing)，規律地檢視資歷間的關聯，將瑣碎的資料歸納、統整與再意義化使原始資料轉變成抽象概念 (劉世閔, 2006)。因此本研究在錄音黨轉為逐字稿後，也進行編碼。第一層編碼為病菌定義、抗生素概念、病毒概念、細菌概念。第二層編碼則細分參與者對病毒與細菌概念各自的形態構造、生態、與人體的關係。形態構造下再細分：大小與構造；生態概念分為：位置(意指生存的位置)、運動、攝食、繁殖；與人體的關係分為：益處、疾病、與抗體的反應。編碼表如下頁所示：. 39.

(46) 圖 3-5-1 編碼表. 40.

(47) 41.

(48) 第四章. 結果與討論. 本研究主要目的在於探討成人與學生對病毒與細菌的概念。對於孩童微生物概念的研究中，經常發現孩童無法提出「病毒」一詞(Jones & Rua, 2006)。而本研究的前導研究也發現成人對「微生物」的定義經常不包含病毒與細菌，因此本研究選擇以「病菌」而非「微生物」來做為開放式問卷題目中的主題。因此本章第一節首先分析受訪者對病菌定義的認知；第二節分析病毒與細菌形態與構造的概念；第三節為病毒與細菌的生態；第四節為病毒細菌與人體的關係；第五節探討心智模式的動態變化。. 第一節. 「病菌」的定義. 本研究使用「病菌」一詞，作為與受訪者訪談的主要議題，由「病菌」一詞可以探索受訪者對於致病微生物的相關概念。然而病毒與細菌為訪談與分析的焦點所在。即使「病菌」一詞經常出現在報章傳媒中，當詢問受訪者甚麼是病菌時，仍出現具有不同的定義。理組背景教育背景的成人對病菌的定義包含全都包括了病毒與細菌或更多其他的微生物。微免研究生 ASF2 認為： 42.

(49) 以我的感覺嘛，就是會引發疾病，字面上的意思我會覺得是會引發疾病的細菌，可是會引發疾病應該不只細菌，可能還有包括病毒啊，一些微生物…像原生動物啊，或是一些蠕蟲之類的，寄生蟲之類的應該都會，所以應該是… 會引發疾病的微生物吧！. 理組背景的軟體工程師 ASM3 除了認為細菌和病毒以外，還包含了更多的微生物：. 病菌…嗯，我不知道你要把…病菌是細菌跟病毒，合在一起講嗎？…通常我們會稱為病菌的東西，就是能夠致使人產生病症的一些東西，那通常，嗯，會用病菌這樣的形式來講，不是使用有害物質的方式去說讓它表示說它是具有生命體的。. 而文組背景的受訪者則把病菌的定義侷限於細菌上，雖然銀行投顧 ALM2 提起「微生物」一詞，但要求舉出這些微生物的例子，他的答覆則僅出現對於細菌的名詞：. 螺旋病…螺旋桿菌阿，這種…生物，非生物…應該是生物，對！全部病菌都是生物阿。. 43.

(50) 即使文組背景的成人在訪談繼續進行後，認為病毒與病菌有所關聯，但由於對病毒不熟悉，關於病毒的概念並不會立即出現在思考的「工作檯」上。不同於成人的想法，8 位受訪的高二學生有 7 位全都回答出病毒和細菌(但唯一例外的學生 SLM2 在被要求畫出病菌時，卻畫出了噬菌體的形態)，而不被成人關注的黴菌也是每位學生都會注意的文組背景病菌。. SLF1：就 SARS 阿，或者是發霉。病菌就是病毒跟細菌，然後病毒就是…就是什麼…那個叫什麼東西…那個愛滋病啦，然後細菌的話感覺就是…ㄧ般感冒啦，普通感冒，沒有那麼嚴重的感冒，就是…還有像養樂多之類的，對。. 學生記憶中對病毒、細菌、黴菌產生相連結的聯想，且直覺反應將「病菌」的字面意義解釋為「病毒與細菌」的簡稱，這現象的原因可能來自於高一生物課程的安排。受訪者在高一的生物課採用康軒版的基礎生物為教科書。該教科書第二章的「生物多樣性」，內容同時包含了病毒、細菌與黴菌等三個單元。而文組背景的成人受訪者就讀高中時只有在高一未進行分組時才有生物課程，但高一的生物課程與教材並未編排病毒的獨立單元，只舉出一些微生物所引起的疾病。同樣地，他們在大學也未接觸與病毒相關的課程，從未在學校正式接受有關病毒的生物教育。於是文組背景的成人在描述病菌時易於忽略病毒，也是容易被瞭解的。. 44.

(51) 第二節. 病毒與細菌的形態與構造. 病毒與細菌的大小如同前人的研究(Simonneaux, 2000; Byrne,2011 )，所有的受訪者均認為不論病毒或細菌都非肉眼可視，必須透過放大才能觀察。而在本研究中只有一位學生 SLM2 有較特殊的想法。他認為即使病毒比細菌大，但由於病毒存在的方式與細菌不同，無法以顯微鏡來進行觀察，但對於病毒比細菌大的概念，SLM2 學生則只能回答出「一種感覺」。Jones&Rua(2006)的研究發現不少學生認為病毒比細菌大，因為他們認為病毒引起的疾病與不適比細菌更嚴重。Jones 認為這可能是由於教學中缺乏具體的微生物來作實際大小比較的結果。學生受訪者的高一基礎生物教科書中，具有圖示具體說明各樣不同微生物與哺乳類大小之間的關係，教師上課的投影片也強調了病毒與細菌的大小差異，可能可以解釋本研究中絕大多學生（八分之七）都具有病毒比細菌微小的概念。所有的受訪者皆認為普通的顯微鏡可以看到細菌，而病毒必須要以精密的、高倍率的電子顯微鏡才可以觀察。但所有的成人與一半的學生都未提及病毒與細菌的實際大小，而理組背景的 4 位學生則全都以長度單位來作為答覆，但所有的回答都認為病毒只有 1 奈米或比奈米更小。. 45.

(52) SSM1：病毒可能只有幾＿而已，十的…，我記得好像比奈米小吧，十的十二、十三、十四，對啊，因為那個我又不常算那個東西啊。. 病毒極微小的概念雖然普遍存在，但是過度高估病毒、細菌與細胞的比例的現象也出現在成人與學生上。例如銀行投顧 ALM2 高估了細菌與病毒的比例，而學生 SSM3 與 SSM4 甚至認為由於病毒太小，白血球可能無法感知病毒的存在。. ALM2：細菌可能比這個(病毒)大唷，一比一百萬吧。研究者：一比一百萬？ ALM2：一千萬。研究者：細胞比細菌更大？ ALM2：對。研究者：大多少？ ALM2：大多少唷，就像是我們人類跟宇宙的比例的感覺，不要啦，人類跟地球好了。. 研究者：你覺得病毒進到體內會怎麼被消滅？ SSM3：它…嗯…應該會被那種，排、排出來的吧，用代謝排出來的，因為， 46.

(53) 它，因為太小了，血球那些都還感覺不到它的存在。. 研究者：所以體內的病毒要怎麼直接消滅，有辦法嗎？ SSM4：應該只有白血球吧，可是會不會太小，好像會。研究者：為什麼太小？ SSM4：因為病毒很小啊，阿白血球比它大，大很多。對啊病毒太小了，不知道。. 病毒與細菌的構造理組背景的四位成人都能描述出病毒的構造具有殼、DNA 或 RNA。除了住院醫師 ASM1 畫出球狀病毒以外，其餘三位都畫出了噬菌體。這些理組背景成人不論作畫或口述，都能表達出病毒與細菌形態與構造的明顯的差異。但是在提及細菌的構造時，所有理組背景的成人都認為細菌具有「核」。成人當中理組背景的住院醫師 ASM1 認為細菌的主要構造有：夾膜、細胞壁、製造蛋白質的胞器、核。住院醫師在治療細菌感染的病患時，必須決定抗生素的使用。而抗生素的作用機制常與住院醫生所提及的構造相關，這可能是醫生對細菌的構造瞭解較仔細地原因。而微免所研究生 ASF2 和軟體工程師 ASM3 都提到了「纖. 47.

(54) 毛」與「鞭毛」以及細胞壁、細胞膜。而在細部的構造上，理組背景成人無法指出細菌與動物細胞的差別，只認為動物細胞應該更複雜。文組背景的軟體訓練師 ALF1 認為細菌和病毒的構造皆有細胞壁、細胞膜與核。雜誌記者 ALM3 和中文所研究生 ALF4 則完全無法想像病毒的構造，但認為細菌可以是球狀的。而銀行投顧 ALM2 則認為細菌可能是螺旋狀、長條狀或球狀，他將焦點放在具有「附著」功能的構造，例如細菌需要有「黏毛」的構造。而同時，他認為由於病毒非常微小，螺旋狀或樹枝狀的身體就具有容易附著的特性。這種注重「附著」的想法也同樣出現在學生上。有 5 位學生描述出細菌外具有纖毛的構造，其中 3 位認為此構造與附著有關。所有的學生都能指出病毒與細菌外部形態的差異，只有一位無法畫想像出病毒的形態，但他仍描述病毒中心沒有核，沒有像細菌細胞中的構造。學生中有 2 位畫出球狀的病毒，5 位畫出了類似噬菌體形態的病毒，而 SLM2 一開始認為自己畫出的是細菌，但是在訪談過程中他改變想法，認為他畫出的噬菌體是一種病毒，因為他認為這種形態的物體不像生物，不曾在顯微鏡下觀察過任何類似這種構型的生物。能畫出病毒的受訪中，四分之三的成人和七分之五的學生都繪出了類似噬菌體形態的病毒。這個結果和 Jones(2006)對成人與孩童做出的結果相符。雖然噬菌體佔所有病毒的比例病毒大，但噬菌體的圖像卻經常出現在教科書上，這可能是參與者頻繁的畫出噬菌體作為病菌的圖像的原因。. 48.

(55) SLF1. SLM2. SLF3. SLF4. 細菌. 病毒. 圖 4-2-1 文組學生所繪出的病毒與細菌. SSM1. SSF2. SSM3. 細菌. 病毒無法想像. 圖 4-2-2 理組學生所繪出的病毒與細菌. 49. SSM4.

(56) 住院醫師 ASM1. 微免研究生 ASF2. 軟體工程師 ASM3. 生化助理 ASF4. 細菌. 病毒. 圖 4-2-3 理組背景成人所繪出的病毒與細菌. 軟體訓練師 ALF1. 中文所研究生 ALF4. 雜誌雜誌記者 ALM3. 無法想像. 無法想像. 細菌. 病毒. 圖 4-2-4 文組背景成人所繪出的病毒與細菌. 50. 銀行投顧 ALM2.

(57) 第三節. 病毒與細菌的生態. 哪裡有細菌？先前的研究(Vasquez,1985;Simonneaux,2000; Jones & Rua,2006 Byrne,2011)都指出不論成人或孩童都認為細菌是普遍存在於環境各處的，但認為人為接觸的地方細菌數量最多，本研究也得到同樣的結果。學生 SLF4 認為人為接觸的地方較多則是因為：人類活動的地方潮濕溫暖，也正好適合細菌生存。溫暖潮濕的地方是文組背景成人認為細菌最多的地方，受訪的成人中，銀行投顧 ALM2 也有同樣的解釋：. (細菌)比較容易繁殖吧，因為我們常常說滋生細菌的溫床，所以他一定要有適合的溫度和水分和空氣嘛，感覺空氣、溫度是我們人體裡面非常的就是充沛嘛，所以它應該可能比較容易繁殖。. 但在訪談中繼續詢問細菌生存的條件後，中文所研究生 ALF4 意識到這可能只是心理作用所帶來的感覺：. 沒有啊，我們這裡也有陽光空氣水啊，可是這環境是比外面的環境乾淨的，所以我覺得這好像也是我們自己想的，就是你會，你熟悉的地方你自然覺得 51.

(58) 他比較乾淨，你不熟悉的地方你就覺得他髒，然後充滿細菌，你自然的。其實兩者差不多. Byrne(2006)發現從 7 歲 11 歲到 14 歲的孩童中，年紀越大的孩童，越會將疾病與微生物作為關聯。她認為這可能是學校的教育中，越高年級就接觸越多關於傳染疾病的資訊所致。當詢問草履蟲為何不是細菌時，學生 SLF3 認為由於平常聽到的細菌都是與人體有關的，而草履蟲則與人體無關，於是她描述了自覺的經驗：. 不知道唉…感覺就是…它好像也是細菌的一種唉！可是…就是…跟…因為我覺得好像平常講到的細菌都是…比較多…跟人體有關的，就是…可能就是像大腸桿菌啊、什麼菌，那好像，對啊，那好像光學也可以看到唉，光學、光學顯微鏡，就是在你人體之內，然後…可能造成好的也可能造成不好的，可是就比較跟人有關。. 這位學生自我的解釋正好驗證了 Byrne 的論點：由於接觸許多關於疾病的相關訊息，所以會傾向認為細菌與人體的關聯性是很高的。在詢問哪裡沒有細菌時，成人與學生都回答無菌室可是是細菌較少的地方，因為無菌室會進行消毒、滅菌，空氣也會經過過濾。但他們也體認到這些地方還是會. 52.

(59) 有少量的細菌。有些成人會聯想可以消滅細菌的方式，而回答在「熱開水」、「碘酒」、「消毒水」裡沒有細菌。一位學生 SSM1 也認為細菌無法存活於化學溶液和酒精裡。此外，有一半的學生和文組背景的成人認為細菌的生存需要空氣，因此「真空」狀況下是沒有細菌的。認為細菌的生存並不一定需要空氣的學生與成人則都認為真空狀態下也是有細菌生存的。此外所有受訪者也認為人體會有細菌，其中「腸道」是每位受訪者都會回答的答案。在先前的研究中(Simonneaux,2000; Jones & Rua,2006 Byrne,2011)，雖然提到某部分的受訪者會回答在腸道中，都未曾提到受訪者有如此全面一致性的答案。若排除本研究受訪者較少的原因，導致這個現象的原因可能是台灣大眾傳媒中，乳酸菌廣告的頻繁所致。. 哪裡有病毒中文所研究生 ALF4 認為病毒是一種小型動物，但只有在被人類發現對人體產生危害時才被命名為病毒。延續一致的想法，她認為對人類產生危害的病毒在人為接觸的地方以及專門培養病毒的實驗室裡。而無害的病毒由於形體比細菌微小，所以更無所不在。其他兩位文組背景的成人具有病毒是絕對寄生的概念，因此認為病毒只在活體中才能生存，在外界則無法延續生命。理組背景的成人則全都有病毒絕對寄生的概念。學生都認為生物存在的地方病毒會較多，例如人類接觸的地方、醫院裡有較多. 53.

(60) 的病毒。但除了具有病毒絕對寄生概念的學生以外，其餘學生認為這是因為生物體比其他環境能提供更充足的養分來源所致。成人全都具有病毒只存在活體上的概念，但只有理組背景受訪者能以病毒繁殖方式做解釋。而其他的成人雖然則認為病毒需要空氣與水和養分，但在意識到養分、空氣和水同樣也可以在非生物體上獲得時，就產生了矛盾。中文研究生 ALF4 於是放棄了病毒絕對寄生的理論，認為病毒就像細菌與其他生物一樣，可以生存適合生物生長的地方。其他文組背景的成人無法以科學概念解釋病毒與活體的關係，但堅持認為病毒是絕對寄生的，於是各自發展了解決矛盾和達成一致性的理論，這個部分在第五節內容中進行詳述。. 細菌與病毒的運動關於細菌病毒是否會運動，理組背景的成人會思考細菌是否有運動的構造。認為有運動構造的細菌可以移動，而沒有運動構造者則無法移動，但由於細菌微小而輕，所以可隨空氣漂浮、傳播。所有理組背景成人都認為由於病毒並非一般生物，所以不會自主性的移動。. ASM3：「嗯…就沒有移動的機構(機制)了…沒有移動的…因為它基本上是一個固型的東西啊，就是它存在…它存在的時候就有點像是一個就是靜態的結構體一樣的東西，如果這樣描述可能會比較接近一點，對。 54.

(61) 而文組背景的成人的概念較分歧，由於無法明顯區分病毒與細菌的構造，因此將病毒與細菌等同視之，有些認為由於病菌沒有腳所以不會移動，有些則認為會自主移動，但不知道如何運動。大多學生(八分之六)認為細菌會自主做移動，並認為這是細菌和動物細胞有所差別的一個特徵。. SLF1：細菌會(移動)阿，它是生物阿，它會用旁邊那個開始…毛毛的開始那邊撥，然後它就開始動了。 SLF4：應該會吧，因為是同一個地方不就死掉了嗎？. 有 6 位學生都認為病毒是無法移動的，即使其中三位稱噬菌體的尾部纖維為「腳」，但認為其功能為附著，並且認為看起來雖然像是可以運動但實際上並不會動。. SLF3：病毒會移動嗎…病毒會移動嗎？啊…可它有長腳耶，可是它有長腳，可是我覺得它不會移動，我覺得它腳只是讓它附著用的，它不會移動。它就是…在那邊就是在那邊，可是…會擴散是因為它會一直不斷的複製，所以就會感覺它在移動，可是其實它沒有. 55.

(62) 這些認為病毒不會移動的學生也都認為病毒在不會攝食。而其他兩位學生中，一位學生 SLM2 無法區分病毒與細菌的差異，另一位學生 SLF4 則認為病毒是非生物，但是細菌可以進行的現象病毒也可以進行，只是「比較不發達」。. 細菌與病毒的繁殖大部分(14/16)受訪者都認為細菌是以分裂進行生殖，但中文所研究生 ALF4 和學生 SLM2 認為細菌以「出芽」的方式進行生殖。有三位理組背景的成人能解釋了病毒的繁殖方式：病毒注入遺傳物質，使細胞製造出更多的病毒，但描述的過程並不仔細。. ASM3：RNA 會，就是，它會進入細胞核內然後就是會產…欸，也許會有類似這樣做，不過，反正就照我以前印象，然後就是會產生非常多的那個…，然後，之後就，會…就是會撐破細胞壁，然後出去。. 但文組背景成人則沒有人能夠了解病毒繁殖的科學模式，而做出了個人理論，這些理論將在本章第五節中探討。學生對於病毒繁殖的概念較為多樣，只有 3 位學生 (SSM1、SSM4、SSF2)具有病毒將遺傳物質注入細胞產生新病毒的概念，但這樣的細. 56.

(63) 節的部分也不完全符合科學概念：. SSM1：那病毒的話，最簡單就是把它的那個 DNA RNA 去接在人體的那個細胞上，然後透過這個細胞去，當它那個細胞炸開的時候，它就放出更多的病毒出來，一而再、再而三的擴散下去，對。. SSM4：呃，先跑到一個細胞裡面，然後從他的外殼進去這樣以後，然後這個細胞的基因會改變……被吃掉一段，然後被它的基因取代掉一段，再用它原本的寄主的基因複製出帶有它病毒的基因出來，然後這個寄主就會死掉，變出很多個病毒。. 學生 SLF3 認為病毒在活體外也可以分裂繁殖，而在寄主中有充分的養分來源可以加速分裂的進行。其他的學生的片段知識，在解釋病毒繁殖時出現了混合式的科學模式，他們都認為與宿主的 DNA 或與宿主細胞製造蛋白質有所關聯，只是解釋方法各異。例如學生 SLF1 認為病毒以特殊的方式將宿主 DNA 和蛋白質進行轉換後可成為自身的能量，而進行分裂。. 57.

(64) SLF1：就一樣…一樣把它要的 DNA，就是…這樣子人家製造的新養分吸過來它就跑進去然後一樣把它要的東…就是像人體不是有製造…什麼，假如說，A 型的蛋白質，可是這個病毒它要的是 B 型的蛋白質，它就把它…把裡面 A…就人體製造 A 型蛋白質的一些細胞，把它裡面 DNA 或 RNA 拿出來，換成它要的，那我們的細胞就會去…去製造一些就是病毒要的 B 型的蛋白質。就最後…它就會，因為它有把東西放進去阿，它有把…它製造一些 DNA 只要能量，它只能轉換成能量吧！. 學生 SSF2 對病毒繁殖的描述則混雜了病毒 DNA 插入宿主細胞的潛溶週期：. SSF2：就先，它把先把細胞膜打開嘛，然後它進去之後有些是接到那個ＤＮＡ上面，然後，就愛滋病病毒就是直接控制體細胞，直接叫它幫它分裂。對啊，然後就產生，不是，就叫那個細胞產生它要的東西然後之後再丟出來。… 應該細胞分一次，它就分裂一次，應該是這樣子。. 而認為病毒是如細菌一分為二的方式進行繁殖的學生中，學生 SLF4 認為病毒不若細菌發達，需要有宿主給予充足的養分才能分裂。而另一位堅持病毒必須透過活體細胞供給養分才能完成分裂，帶有類似披衣菌能量寄生的混合式科學概念：. 58.

(65) SSM3：它需要那種活的細胞，隨時要供給它能量。研究者：這樣好了，細胞打爛成食物供給它？ SSM3：它，需、需要靠那種，嗯，被它託付的那種活體生物，然後，的細胞給它養分，它才會複製一個小的病毒。. 最為特殊的是學生 SLM2，他認為有機物質產生變化的時候就會產生病毒，例如屍體腐爛的時候會產生病毒。這種從細胞產生病毒的另有概念在 Jones 和 Rua(2006) 的研究有類似的發現，有些位受過微生物教育的孩童認為細菌可以製造出病毒，因為壞的東西會產生壞的東西。. 59.

(66) 第四節. 病毒細菌與人體的關係. 對人體的益處每位受訪者都認為必然有對人體有益處的細菌，全面性被提及的是腸道中的細菌。. ASM1：一般的腸子的益菌可以防止其他的細菌長太多，防止其他的菌長太多，就不會容易被感染啊。. ASF4：好的功能…像如果是乳酸菌的話，就是可以讓你腸道蠕動啊，消化好啊。. 成人對身體益菌的描述僅限於腸道的細菌，而學生的概念則較多樣。除了認為腸道中的細菌可以幫助腸道蠕動之外，學生認為細菌可以長存在身體必然對人體有所助益。. SLF1：就是…很多一些…很多東西好像只有細菌能夠分解，我們的酵素是不能分解，或者是說一些東西就是吃下去，我們…我們要的是 B，可是我們只能吃下 A，然後讓細菌把它弄成 B，所以有些營養還是要靠細菌才可以獲得。 60.

(67) SSM1：大腸菌，就是…人體裡面的大腸菌，我記得就是，在幫助人體完成可能消化、消化的工作，或者是可能去消除不需要的東西或什麼東西…但是它一定是對人體有益的啊。. 這樣的概念可能來自於生物課，高一基礎生物教科書內容曾經提及：大腸桿菌能合成對人體有益的維生素 B 和維生素 K。更有甚者，當學生認為細菌在人體各處都存在時，就會聯想細菌可以在該處幫助人體生理反應的進行。例如另有概念較多的學生 SLM2 認為胃裡的細菌可以幫助分解、腸道裡的細菌可以幫助吸收。當學生認為一個健康的人在肝、腎等器官也都長存著細菌時，這些細菌也在幫助產生能量協助功能的進行。. SLF3：心、肝跟腎…有吧，因為它們還是要…心跟肝跟腎，它們還是要進行基本的代謝啊，就是也不是代謝啦，就是它們還是要氣體交換或什麼的，然後也會製造出…就是…也會耗能，然後也會需要能量，然後可能細菌也可以幫它們吧！. 有些學生認為血液中也有長存著細菌，可以幫助「訓練」白血球，甚至成為免疫系統的一分子，幫助抵抗外來的細菌病毒。例如學生 SLF1 與 SLF4：. 61.

(68) 研究者：那如果血液裡面都沒有細菌，對人有影響嗎？ SLF1：有阿！研究者：怎麼說？ SLF1：因為…因為感覺就像是人…就是一定要有才會讓…白血球才會有… 多多少少才會去運動到吧，因為不然這感覺像，人如果活在一個無菌的空間的話，久了就是免疫力會下降那種感覺。. SLF4：就是如果，就是不是都是……就是像訓練軍隊那樣阿，就是平常要給它們演習之類，然後就像疫苗那些打進去，就是不要…就是這樣的話就會有那個抗體。. 學生 SSM3 也同樣認為血液裡的細菌可以幫助白血球增強「免疫力」，並敘述了自己概念來源：. SSM3：就是像廣告，那種什麼，那種比菲多的廣告。那種，好像有說的，那些菌進到體內好像就對人體比較好，就增強免疫力，那種抵抗力。. 62.