科學語言遊戲對燃燒之迷思概念改變的研究

國 立 臺 中 教 育 大 學 科 學 應 用 與 推 廣 學 系

科 學 教 育 碩 士 學 位 暑 期 在 職 進 修 專 班 碩 士 論 文

指 導 教 授 ： 許 良 榮 博 士

科學語言遊戲對燃燒之迷思概念

改變的研究

A Study on the Changes of the Misconception on

Combustion by Scientific Language Games

研 究 生 ： 蘇 子 傑 撰

謝誌

自從進入研究所就讀，常打趣地和別人提到：現在才是真正為求知而學習 啊！不再限囿於升學壓力，而是真正為了自己教學領域的專業成長吸收學識。在 這段主動求知的旅程中，最重要的收穫便是習得「研究」的能力，了解一篇論文 是如何由知識的堆砌、實驗的進行，紮實而有系統的成就。看著自己的碩士論文， 或許它仍無法登大雅之堂，但卻是追尋研究之路的成果結晶，份外令人珍視。 這份論文的完成，當然首要感謝指導老師-許良榮教授的悉心教導。許老師 不但以自身的模範展現了最佳的研究態度，指引我在研究的方向上不致歧途，且 時時砥礪我提高論文的品質，方能有最終的成果。兩位口試委員-林曉雯教授、 吳穎沺教授提出許多寶貴的問題與意見，鼓勵我將論文修正得更臻完善，不勝感 激。另外，透過研究中兩位現職教師的教學與討論，使本研究的教學能去蕪存菁， 萬分感謝。 在學習的過程中，暑碩班的同學們培養出極佳的感情，彼此間給予協助與激 勵，相互成長學習。特別感謝一併接受許老師指導的守娟及珉甄，給予了這份論 文許多建議與幫助。而上安國小同事們的支持，則讓我能專心完成研究，不致於 分身乏術。尤其在最好的主管-玉珮主任的關心及照顧下，更是安心許多。 最後，家人的陪伴與鼓勵是完成任何成就不可或缺的助力。感謝爸媽自幼造 就了我良好的學習習慣，您們不時的關懷，總能讓我充滿動力繼續努力。貼心的 老妹偶而透過線上的問候，讓人倍感窩心。當然，還要將感謝獻給我最愛的老婆 -宛凌，不但讓我的生活毫無後顧之憂，還犧牲了許多休閒時間陪我完成研究， 無限的感謝就留待未來的美好日子中加倍的獻給妳。 還有許許多多的貴人，恕我無法一一致意，期待能以此份碩士論文的小小成 果，作為我由衷感謝的象徵。 子傑 謹誌 100.9

科學語言遊戲對燃燒之迷思概念改變的研究

摘要

本研究旨在探討現職國中教師使用科學語言遊戲教學對燃燒迷思概念改變 之成效。教學設計以粘福揚（2009）先前研究之科學語言遊戲教學設計為基礎， 包含「取代、命名、打包與拆解」四種類別的語言遊戲融入燃燒概念教學。研究 對象為兩班國中三年級學生及理化科教師。研究方法採單組準實驗研究法，於兩 次教學前後施以前後測及延宕測驗，採描述性統計及成對樣本 t 考驗檢視學生迷 思概念改變成效。另以半結構式晤談，了解現職教師之觀點與建議。 研究結果顯示：一、兩次教學後，後測答對率分別提昇 2.4％、8.6％，第二 次教學前後測平均答對率達顯著差異，教學成效較明顯。二、兩次教學之延宕測 驗與後測平均答對率均未達顯著差異，顯示概念保留情形良好。三、學生的燃燒 迷思概念具普遍性及固著性，經科學語言遊戲教學後能顯示教學成效，但未如先 前研究成效佳，教學設計仍有精進空間。四、研究對象之教師皆肯定科學語言遊 戲教學成效，認為可融入現行課程作為輔助。最後研究者根據研究結果，對教學 設計、實施方式及未來研究提出建議。 關鍵詞：概念改變、燃燒、迷思概念、科學語言遊戲

A Study on the Changes of the Misconception on

Combustion by Scientific Language Games

Abstract

The purpose of this study was to explore the teaching effectiveness of scientific language games to the change misconception of combustion. The teaching design is based on the previously study of Nien(2009) that including four categories of language games: Replacing, Naming, Packing and Unpacking. Those were integrated with the teaching concept of combustion. The subjects included students and in-service teachers of ninth grade classes in a junior high school. The teaching implemented twice by in-service teacher, adopted the single-group quasi-experimental design, implementing a pre-test, a post-test and a delayed test at each teachings. Descriptive statistics and paired sample t-test were adopted to examine the effectiveness of the students’ misconceptual change. Meanwhile, semi-structure interview was conducted to understand the opinions and suggestions of in-service teachers.

The results showed that (1) after the first and the second teachings, ratio of correct answer of the post-tests was increased 2.4% and 8.6% respectively; and there was significantly difference between the pre-test and post-test in the second teaching. (2) there was no significantly difference between the post-test and the delayed test in both teaching, it indicate the teaching allow students retain conceptions for four weeks later. (3) the students’ misconception on combustion was common and fixated, the results revealed the teaching still has room for improve the students’ learning. (4) in-service teacher was affirmative to the scientific language game teaching and convince that it’s worth to integrated into the existing curriculum. Finally, according to the results, the researcher propose some suggestions on the teaching design, methods of implementation and directions for the future researches.

Keywords: Conceptual Change, Combustion, Misconception, Scientific Language Game

目次

中文摘要 --- Ⅰ 英文摘要 --- Ⅱ 目次 --- Ⅲ 表次 --- Ⅴ 圖次 --- Ⅵ 第一章 緒論 --- 1 第一節 研究背景與動機 --- 1 第二節 研究目的與待答問題 --- 3 第三節 名詞解釋 --- 4 第四節 研究範圍與限制 --- 5 第二章 文獻探討 --- 7 第一節 迷思概念 --- 7 第二節 概念改變 --- 17 第三節 科學語言與科學學習 --- 23 第三章 研究方法與設計 --- 31 第一節 研究方法 --- 31 第二節 教學設計 --- 32 第三節 研究對象 --- 37 第四節 研究工具 --- 38 第五節 研究流程 --- 43 第六節 資料蒐集與分析 --- 45 第四章 研究結果與討論 --- 47

第二節 各類型迷思概念改變分析 --- 53 第三節 教師對科學語言遊戲教學之觀點--- 82 第四節 教師對科學語言遊戲教學之建議--- 89 第五章 結論與建議 --- 103 第一節 結論 --- 103 第二節 建議 --- 106 參考文獻 --- 109 一、中文部分 --- 109 二、外文部分 --- 113 附錄 --- 117 附錄一 科學語言遊戲教學設計 --- 117 附錄二 科學語言遊戲活動單 --- 130 附錄三 燃燒概念評量試題 --- 139

表次

表 2-1-1 迷思概念特性相關研究彙整 --- 9 表 2-1-2 迷思概念成因相關研究彙整 --- 11 表 2-1-3 燃燒迷思概念研究彙整 --- 14 表 3-2-1 科學語言遊戲教學設計與燃燒迷思概念對應表 --- 32 表 3-2-2 取代語言遊戲活動實例 --- 33 表 3-2-3 命名語言遊戲活動實例 --- 34 表 3-2-4 打包語言遊戲活動實例 --- 35 表 3-2-5 拆解語言遊戲活動實例 --- 36 表 3-4-1 活動單內容分析 --- 39 表 3-4-2 燃燒概念與認知層次雙向細目表--- 39 表 3-4-3 燃燒概念評量試題與燃燒迷思概念對照表 --- 40 表 3-4-4 訪談大綱 --- 42 表 4-1-1 燃燒迷思概念評量試題答對率分析 --- 48 表 4-1-2 第一次教學後語言遊戲教學設計與燃燒概念評量修改一覽表 --- 50 表 4-1-3 第一次教學前後測與延宕測驗之學生答對題數描述性統計 --- 52 表 4-1-4 第一次教學前後測與延宕測驗之學生答對題數成對樣本 t 考驗 --- 52 表 4-1-5 第二次教學前後測與延宕測驗之學生答對題數描述性統計 --- 53 表 4-1-6 第二次教學前後測與延宕測驗之學生答對題數成對樣本 t 考驗 --- 53 表 4-2-1 迷思概念一答對率比較分析 --- 54 表 4-2-2 迷思概念二答對率比較分析 --- 55 表 4-2-3 迷思概念三答對率比較分析 --- 57 表 4-2-4 迷思概念四答對率比較分析 --- 61

表 4-2-6 迷思概念六答對率比較分析 --- 65 表 4-2-7 迷思概念七答對率比較分析 --- 67 表 4-2-8 迷思概念八答對率比較分析 --- 68 表 4-2-9 迷思概念九答對率比較分析 --- 70 表 4-2-10 迷思概念十答對率比較分析 --- 71 表 4-2-11 迷思概念十一答對率比較分析 --- 73 表 4-2-12 迷思概念十二答對率比較分析 --- 75 表 4-2-13 迷思概念十三答對率比較分析 --- 77 表 4-2-14 普遍的迷思概念類型教學成效與概念保留情形 --- 80 表 4-2-15 改變成效佳的迷思概念類型教學成效與概念保留情形 --- 81 表 4-4-1 科學語言遊戲修改範例 --- 95

圖次

圖 3-5-1 研究流程圖 --- 44

第一章 緒論

本研究以科學語言遊戲設計燃燒概念教學活動，並由現職教師進行教學與檢視，探 討現職教師使用科學語言遊戲教學對燃燒迷思概念改變之成效，及現職教師對科學語言 遊戲教學之觀點和實施狀況。本章將就研究背景與動機、研究目的與問題、名詞解釋、 研究範圍與限制分四節討論說明。

第一節 研究背景與動機

Gil-Perez 與 Carrascosa (1990) 指出科學的學習可以視為是一種概念的轉變。以概念 的「轉變」而非「建立」來詮釋科學學習，是由於學生並不是腦袋空空進入學習情境， 他們有許多先入為主的概念，而這些概念有別專家的科學概念，並且非常不容易改變（鄭 麗玉，1998）。劉俊庚（2002）也指出學生對於生活中各種的科學概念，常常已經有一 套自己的解釋，而且這些解釋往往和科學上所接受的概念不完全相同。對於這些有別於 專家或與科學上所接受之概念不相同的想法，就是所謂的「迷思概念」（misconception）。 迷思概念的形成可能來自於學生憑藉著觀察、直覺，發展出許多推論來看世界 (Novak, 1988) ，因此在接受學校教育前，已經源自日常經驗中建構先前知識 (Vosniadou, 1999) 。張靜儀（2002）整理相關研究指出學生會帶著多樣有關自然界中事物的迷思概 念進入正式的科學課程，這些迷思概念似乎導源且符合於日常生活經驗，並存在不同國 家的學生和年齡層中，若以傳統的教學策略，迷思概念非常頑強且不易消失。正因為迷 思概念存在的普遍性及不易改變性，如何藉由不同的教學方式進行學生的科學迷思概念 改變，一直是科學教育研究者的研究重點之一。 一般而言，學生學習科學概念主要是透過科學文本的閱讀，或科學教師的講解，前 者需具備對科學文本中文字敘述的理解，後者亦需由教師透過語言將科學概念傳達給學

生。意即學生透過語言來學習科學，而科學本身也是透過語言傳達科學概念，所以也可 說是科學內容的學習與語言的學習是同步的（粘福揚，2009）。但科學語言主要是以科 學家的觀點來描述這個世界，是由專門的語言所演化而成 (Halliday 1993) ，因此學生 在科學學習的過程常會被這些專門語言所困擾。Lemke (1990) 也提到科學語言不是學生 原有語言的一部份，對大多數學生而言，科學像是一種外國話，除非他們已經長久的熟 練使用，否則還是會讓他們感到不自在，而形成了不正確的概念和想法。許多研究顯示 迷思概念的來源之一就是來自於於語言問題（Duit, 1991；Duit & Treagust, 1995；洪瑞英，

1998；謝秀月，1995），科學語言在科學學習上所形成的障礙，便可能會造成科學迷思 概念的形成。 科學學習上的語言問題，包括生活中的日常用語，文字聯想，還有以科學語言寫成， 透過語言來教學的科學教科書（粘福揚，2009）。由日常用語的經驗、聯想，以及對教 科書的文本解讀，都可能會形成不正確或不精確的科學語言理解。以「熱」的概念為例， 在科學語言中，熱是一種能量的形式，但在日常用語中，當我們說到「天氣真熱」，指 的是氣溫的高低，且沒有一定的標準，學生若由日常經驗去聯想，很難理解熱為能量的 概念。由於語言在科學學習中扮演必要卻可能形成障礙的角色，如何在教學中兼顧「用 語言學習科學」與「學習科學語言」，便成了科學教學設計中的一項新思維。 「燃燒」是我們日常生活中常見的現象，舉凡烹飪、香火，或是新聞中的火災，都 是學生經常接觸及感受的。但從科學史觀點而言，燃燒理論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，2001）。可見燃燒雖然 是普遍被大家熟知的現象，然而其正確的科學概念，並非容易從現象的表徵當中獲得。 若再進一步檢視燃燒現象所牽涉的科學概念，包含物理變化、化學變化、質量守恆定律、 可燃物、助燃物、燃點、活性等，在現行的國中、小學教材中，不但範圍甚廣且分散在 各個單元裡，缺乏一個統整詳盡的單元或主題，也因此從國小、國中到成人各個年齡層 中，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) 。

因燃燒概念的複雜與零散學習，而造成學生因生活經驗及自我推論形成許多迷思概 念，在許多先前研究（BouJaoude, 1991；Driver, 1985；Ross, 1991；王瓏真，2003；張 容君、張惠博，2007；鄭豐順，1997）中皆有提及，如：不了解氧氣在燃燒中所扮演的 角色；無法同時考量燃燒的三要素，或對可燃物、助燃物、到達燃點等條件產生混淆； 以看得見的變化或直觀現象來解釋燃燒，忽略看不見的反應物或產物等。故燃燒相關迷 思概念的改變，是值得深入探究的。 基於以上所述，粘福揚（2009）發展出以科學語言遊戲融入燃燒概念教學的教學活 動設計，詴圖透過燃燒概念與科學語言的同步學習，改變燃燒的迷思概念。在其研究之 結論中，顯示了學生存在的各項燃燒迷思概念，也肯定科學語言遊戲教學對燃燒迷思概 念改變之成效，並建議進一步擴大研究對象做探討。因此本研究利用粘福揚所設計之教 學活動為基礎，由現職教師於實際教學現場實施。除探討科學語言遊戲教學經由現職教 師之教學，是否同樣能對燃燒迷思概念改變產生成效。更透過現職教師的觀點及教學方 式，了解科學語言遊戲融入的教學設計在實際教學現場的實施可行性及接受度，並提出 未來實施之建議。因考量學生的科學及語文能力，故以國中三年級學生為研究對象。

第二節 研究目的與待答問題

依前述的研究動機，本研究在探討利用科學語言遊戲的教學方式，是否改變學生的 燃燒迷思概念，形成正確的科學概念，同時檢視現職教師對於科學語言遊戲的教學設計 抱持的觀點及實施狀況。本研究的待答問題為下列三點： 一、科學語言遊戲教學前後，國中學生的燃燒迷思概念改變情形為何？ 二、科學語言遊戲教學經延宕後，國中學生的燃燒迷思概念改變情形為何？ 三、現職教師對於科學語言遊戲的教學設計有何觀點？

第三節 名詞解釋

一、迷思概念 本研究所指的迷思概念，為學生憑藉日常生活經驗、現象觀察、直覺或其他方式， 對科學現象或概念所產生出有別於科學專家或一般所接受的定義，即稱為迷思概念。 二、科學語言遊戲教學 本研究所指的科學語言遊戲教學，為根據燃燒迷思概念所設計的教學活動，由教師 先講解燃燒概念，再透過科學語言遊戲來建立正確的燃燒概念，改變燃燒迷思概念，並 同時學習燃燒的相關科學語言。教學設計包含教學活動流程及三個科學語言遊戲活動 單，由學生分組共同討論完成。其中所包含的語言遊戲類別如下： （一）取代（replace）：強調過程詞在科學語言中的多變性，不同過程詞在科學敘述 中扮演的角色，例如：氧化反應是物質與氧「結合」。句中的「結合」可以被 「化合」、「反應」與「作用」這幾個科學常用的過程詞取代，取代後所表徵 的科學概念一樣正確。 （二）命名（naming）：針對科學現象描述對應出專有名詞，以精簡的文字對自然現 象作精確描述，例如：「物質與氧結合的反應」即命名為氧化反應。另外如「燃 燒是激烈的氧化作用，伴隨著光和熱的產生」，將氧化作用予以分類，指可觀 察到光和熱的激烈氧化，讓所描述的對象更明確。 （三）打包（packing）：將幾個科學詞語或事件之間的因果關係或邏輯推理建立起來， 用以描述科學概念，例如：氧氣、二氧化碳和燃燒這三個科學詞語可以打包 成「木材燃燒會用去氧氣產生二氧化碳」。除此之外，還可了解燃燒現象發生 需具備的充要條件與必要條件，例如：「可燃物在空氣中除非達到燃點，否則 不燃燒。」

（四）拆解（unpacking)：理解科學文本重要的過程，可視為打包的反向操作，例如： 「在密閉系統中，燃燒的蠟燭會熄滅，可能是因為氧氣用完了。」可拆解成 「在密閉系統中，蠟燭會熄滅。」還有「氧氣用完，蠟燭會熄滅。」 三、燃燒概念 本研究所指的燃燒概念，係指九年一貫自然與生活科技領域有關「燃燒」方面的概 念，主要分為「燃燒現象、燃燒三要素、物質變化與燃燒產物」三個方面的概念，其涵 蓋的內容如下述： （一）燃燒現象：包含燃燒的過程和現象，並了解各種物質是否可燃。 （二）燃燒三要素：包含燃燒應具備的三項條件，包含可燃物、助燃物、達到燃點 等，並能了解氧氣在燃燒中所扮演的角色。 （三）物質變化與燃燒產物：了解燃燒前後物質的變化，及燃燒產物的種類、特性， 並能以物理變化與化學變化、質量守恆定律等解釋之。

第四節 研究範圍與限制

由於受限於研究者的地域與經費，本研究之研究對象選取中部地區兩所國中各一個 三年級班級的理化科教師與學生，故受地區、年級、學校規模等其他因素影響。研究中 僅針對九年一貫自然與生活科技領域有關「燃燒」方面的概念，以先前研究（粘福揚， 2009）所發展之燃燒概念科學語言遊戲教學設計與評量詴題測驗為基礎進行研究，且本 研究旨不在形成一般性的理論與法則。因此研究結果僅適用於解釋研究範圍內的研究對 象、科學概念及教學法，在多種因素的限制下，研究範圍有限，不宜做過度的推論。

第二章 文獻探討

本研究旨在探討科學語言遊戲對燃燒迷思概念改變之成效，本章針對研究中的三項 相關主題：迷思概念、概念改變、科學語言與科學學習，以文獻探討之方式分成三節討 論。

第一節 迷思概念

一、概念的意義 對於「概念（concepts）」一詞，許多專家學者給予不同的意義，陳淑筠（2002）指 出早期的心理學家認為，所謂概念，就是由一群事物的某種屬性，找出其共同性或相似 性，以符號來代表之。郭惠芳（2003）則表示對認知學派而言，認為概念是一種心智活 動，是藉由學習與經驗所建構而成的，其內容會隨著個體成長而修正；而行為學派的學 者則認為，概念是一群能產生特定反應的相似刺激。張春興（1996）也曾對概念提出了 廣義與狹義的定義：廣義定義而言，概念是指個體對具同類屬性事物獲得的概括性之單 一經驗；狹義定義則表藉由單一概括性的名稱或符號，可將具有共同屬性的一類事物的 全體加以分類，此名稱或符號所代表者為概念，概念具有歸類與共通性。 黃台珠（1984）認為概念是人類思考和了解的工具，亦是學習的基本單位，經由有 意義的學習而獲得的概念，使得人類能夠具有深入思考的能力。並指出概念存在於人的 心智中，當人接觸到世界上的各種事物與現象，並詴圖找出其共通性，將此共通性符號 化，故概念有三種特性： （一）共同性：相同物體在事件或其它概念中有共同性。 （二）符號化：概念的命名是人為界定的，方便溝通與個體認知架構中使用。

（三）使用者：概念並非原本就存在於世界上，是人所創造的。其存在方便了人與 人之間的溝通，並存在於人類心智之中。 鄭昭明（1997）提出概念是知識系統的組成單位，也是認知上極為重要的一環，它 可用來代表外界事物及事件的共有性。而蔡明儒（2004）亦表示當一個符號代表一組具 有共同屬性的事物時，我們就說它是一個「概念」，人使用概念來歸類與整理環境中的 事物與經驗，並進行思考，因此概念為認知的重要單位。 由上述研究可知，概念是經由經驗或學習得到的一種具共通性、歸類性、符號化的 認知或學習單位，透過概念來組織及進行思考，以理解各種事物及現象。 二、迷思概念的特性與成因 既然概念可來自於經驗及學習，所以學生在進入新的學習情境時，並不是全然從零 開始吸收。陳淑筠（2002）便指出學生在學習之前，就已經存有許多自己的想法，這些 先入為主的概念，對於他們的學習，有相當大的干擾。當新學習的概念，與他們先前存 有的概念相衝突時，自然而然會產生一股抗衡的力量，而兩相衝突之下，當然會對學習 的成果有所不利。這個學生先入為主的概念，通常有別於專家的科學概念，且非常難以 改變。由於學生的這些概念，以科學家的觀點來看都是不正確的，所以這些概念被稱為 迷思概念（misconception）。 林珮如（2002）也在研究中提及：所謂的迷思概念是指學生在學習時常會帶著已有 的自發觀念，用自己的想法或經驗來學習，這些早已擁有的、存在心中先入為主的概念， 有別於教科書上所定義的，與專家認定的概念不相容的概念。 國外學者對於迷思概念亦有類似定義，Driver (1981) 便認為兒童在成長的過程中， 會由與周遭人物產生互動行為，或由兒童自己觀察自然界現象，加以整理歸納而得到一 些他們自認為正確，卻與正統科學有矛盾的概念，即為迷思概念。

迷思概念的研究已有國內外學者諸多研究，茲將針對迷思概念特性的相關研究彙整 如表 2-1-1。 表 2-1-1 迷思概念特性相關研究彙整 研究者 迷思概念特性 Driver (1985) 1.個人化的：個體會用自己的方式來內化相同事件或教學，因此會 產生不同的解釋，建構出自己的意義。 2.不連貫的：兒童不了解知識一致性的重要，所建立的知識是不連 貫，無法形成一個範圍的模型。 3.穩定的：兒童會以自我意識或架構來解釋習得的概念，且強化自 我信念，即使在教學之後仍不會修正。 4.動態發展的：兒童對於同一概念的內容與架構，會隨著年齡的增 長或經驗的累積，而有不同的發展。 Fisher (1985) 1.想法和領域專家不同。 2.單一或少數的具有普遍性（即很多不同個體都擁有之）。 3.許多迷思概念無法靠傳統教學方法改變。

4.迷思概念有時涉及另有信仰系統(alternative belief system)，這些 系統是學生把命題邏輯地連結組合的方法。 鍾聖校（1994） 1.過程性：迷思概念是在概念發展或學習的過程中出現的。 2.不完備性：當面對問題時，因思考的不周延，而使概念出現片段 或零碎。 3.非正統性：鑑定迷思概念的依據是來自正統的專家或是科學家的 概念來判斷。 4.思考性：迷思概念仍會有概念思考的成分。 5.個別性：許多有迷思概念是相當特別的，屬於個別專有。 6.普遍性：某些迷思概念可發現其普遍性。 7.不穩定性：迷思概念是相當不穩定性的，因此容易出現也容易拋 棄。 8.頑固性：有些迷思概念雖經教師講解，仍一再出現。 陳瓊森（1998） 1.迷思概念普遍存在於自然科學或人文社會學科。 2.迷思概念存在於不同國家及各年齡層的兒童中。 3.兒童發展的迷思概念，在科學發展史上也大都曾有相似的先例。 4.迷思概念大部分導源於兒童日常生活經驗，但亦有源於教師不當 教學。 5.傳統教學法很難改變學生的迷思概念。

Mintzes, Wandersee, & Novak (1998) 1.學習者不是「一塊白板」，他們帶著和教師或教科書上相互矛盾 的見解，進到學習科學概念的正式殿堂上。 2.許多迷思概念和年齡、能力、性別、文化界線有關，在日常生活 中扮演有用的角色。 3.這些學習者帶入的見解非常固執，在傳統教學策略下難以更改。 4.學生原有知識會和教學的知識產生交互作用。 5.學習者的解釋通常很像科學家早期提出的解釋。 6.迷思概念是個人經驗多樣化的產物。 7.教師通常和學生有著相同的迷思概念。 綜合以上國內外相關學者對於迷思概念的描述，可以整理出幾項關於迷思概念相同 或類似的特性： （一）部分迷思概念具有普遍性：儘管迷思概念會因年齡、地域、文化、性別等因 素而有所差異，但許多研究發現部分的迷思概念具有普遍性，代表迷思概念 的產生並非無法掌握，教師可以詴圖探究多數學生容易產生的迷思概念，並 予以指導改正。 （二）迷思概念常是日常經驗的產物：許多迷思概念是來自於日常經驗中，包含所 直覺到的現象、日常的用語等，故迷思概念改變可藉由連結日常經驗與正確 概念間差距的方向著手。 （三）學生的迷思概念可能出現在科學發展史或教師教學中：由科學發展史的歷 程，可以尋找學生迷思概念產生的可能成因；另外迷思概念出現在教師教學 的情形，顯示教師需對自身的教學常進行反省檢視。 （四）傳統教學法很難改變迷思概念：學生所發展的迷思概念為長期經驗的累積， 利用傳統的講述等教學法，難以改變其迷思概念，教師需探尋更多元的教學 方式來改善之。 許多先前研究，針對迷思概念形成的可能因素進行探討，詴圖釐清學生迷思概念產 生的脈絡，以下茲就國內外學者對於迷思概念成因的相關研究進行彙整如下頁表 2-1-2：

表 2-1-2 迷思概念成因相關研究彙整

研究者 迷思概念成因

Osborne, Bell, & Gilbert (1983) 1.以個人為中心來看事物，只考慮事物的本質。 2.直接從日常生活經驗來建構知識。 3.對特殊事物給予特別解釋，不考慮是否合乎邏輯與矛盾。 4.社會的日常用語影響。 Fisher (1985) 1.文字的聯想。2.知識的混淆。 3.知識的衝突。4.知識的不足。 Duit (1991) 1.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。 2.日常生活用語：這是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。 3.與生俱來的概念：大腦內部想法。 4.從學生的社交環境中所學：日常生活與其他人的交流中，學到 片斷的科學知識和迷思概念。 5.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。 陳啟明（1991） 1.是個體與生俱來的理念。 2.從日常生活中觀察而來。 3.從帄常的用語或隱喻而來。 4.從類比、文字的聯想、混淆而來。 5.被允許的意見或是同儕文化而來。 6.由正式或非正式的教學而來。 7.由錯誤的教科書內容而來。 王美芬與熊召弟 （1995） 1.教師對學童的迷思概念缺乏察覺心及興趣。 2.日常生活用語-即隱喻-的影響。 3.教師持有「只要教，馬上會學會」的假設。 4.教師持有「學生回答正確的字或話語，即代表了解」的假設。 5.教科書呈現錯誤概念。 6.過分強調假設法。 Mintzes, Wandersee, & Novak (1998) 1.對自然的觀察和感覺。 2.同儕文化。 3.日常生活用語。 4.傳播媒體的影響。 5.來自老師的教學。

Treagust (2000) 1.感覺經驗。2.語言經驗。3.文化背景。 4.同儕團體。5.大眾媒體。6.科學教學。 陳淮璋、黃萬居與 賴文榮（2002） 1.感官的印象：在接觸自然現象的日常生活經驗中，隨處都有感 官的印象。 2.日常用語：我們的日常用語保留了許多錯誤的概念。 3.大腦內部構造：大腦內部構造，因人類日常生活的需要，而在 演化過程中發展出來的。 4.社會生活、同儕文化的影響：在日常生活與朋友、父母、其他 人的交往談話中，學生拾取了零星的科學知識和迷思概念。 5.大眾傳播媒體：大眾傳播媒體有時亦傳播不嚴謹的科學知識， 而造成學童的迷思概念。 6.科學教學：學生的迷思概念有一部份是來自教師不當的教學。 蔡明儒（2004） 1.迷思概念來自於生活經驗：個體本身的觀察經驗，生活的直覺 想法，自行發展出一套合理的解釋。 2.個人特質：個體認知發展不成熟，背景知識不足導致迷思概念 產生。 3.語言：日常用語的誤導、隱喻的使用、不適當的科學名詞、類 比的聯想易導致迷思概念的產生。 4.教學：教學的過程中，教師學科知識不足或錯誤、教師未留意 學生的想法、教科書上的錯誤所致。 粘福揚（2009） 1.日常生活與感覺經驗：諸如對自然現象的觀察與感覺，以觀察 到的表面現象，進行單一方向的推理，建構知識。 2.語言經驗：包括日常生活用語和隱喻以及文字聯想、科學名詞 的誤用等。 3.科學教學：來自教科書的教材內容影響，還有正式教學或非正 式教學中的教學所得問題。 廖哲政（2009） 1.語言應用的因素：日常用語的誤導、隱喻的使用、不適當的科 學名詞、類比的聯想易導致迷思概念的產生。 2.與外在環境互動的因素：學生本身的生活經驗，靠著似是而非 的生活經驗，自行發展出一套合理的解釋，或是個人直覺式的 想法。 3.個人因素：學生認知發展不成熟，起點行為不足導致迷思概念 產生。 4.教學過程：教師學科知識不足或教科書上的錯誤。

上述關於迷思概念成因的彙整中，有幾項成因是被多數專家學者所共同認定的，研 究者將其整理如下面三點： （一）日常經驗因素：學生本身在日常生活中的體驗、觀察、直覺，會對現象形成 自行解釋的概念，卻未必符合正確的概念。 （二）語言經驗因素：學生被日常語言、隱喻、文字聯想等語言因素所影響，導致 迷思概念的產生。 （三）教學過程因素：教師本身所存在的迷思概念、教學過程的疏忽，以及教材中 的錯誤概念，皆會造成學生迷思概念的產生。 這三點迷思概念形成的因素中，語言經驗因素在一般的教學中不易被注意，卻又影 響甚大。因為教室是一個充滿語言和文字的環境，任何學科的教學活動，不管是單向的 傳遞訊息，或是雙向、多向的溝通，都必頇透過語言、文字來進行（李暉，2000）。而 粘福揚（2009）於先前研究中亦指出：雖然迷思概念不同之成因與來源，可能由於各個 學科特質不同或是研究主題的差異，關注的面向有所差異造成，但從迷思概念的成因與 來源文獻探討可知，國內外學者多認為語言因素為迷思概念產生的原因之一。 三、燃燒迷思概念相關研究 前述提到部分的迷思概念具有普遍性，不僅在不同國家中皆有類似的迷思概念產 生，甚至還遍及不同的年齡。其中，「燃燒概念」便屬於一項普遍性的迷思概念，且燃 燒為生活中常見的自然現象，故國內外針對燃燒的迷思概念已有豐富的研究，茲將國內 外相關的燃燒迷思概念研究彙整如下頁表 2-1-3。 由彙整表中可以將學生普遍出現的燃燒迷思概念，歸類為「燃燒現象」、「燃燒三要 素」、「燃燒的物質變化與產物」等三部分，茲分述如後。

表 2-1-3 燃燒迷思概念研究彙整 研究者 研究對象 燃燒迷思概念 Driver (1985) 中學 1.之盪空氣或氧是燃燒的必要條件，但對其作用並不清 楚。 2.燃燒會產生煙或類似煙的物質。 3.對於化學變化中系統的界定，是以可以觀察的系統來 進行守恆推理，忽略看不見的反應物或產物。 Meheut, Saltiel, & Tiberghien (1985) 11-12歲 1.認為蠟燭燃燒只是熔化，而酒精燃燒是蒸發的現象， 所以燃燒前後物質相同。 2.認為燃燒後物質性質會改變，是因為產生灰、煙等新 物質。 BouJaoude (1989) 八年級 1.氧氣可以幫助燃燒但不會消耗 2.在燃燒過程中，物質性質不會改變。 3.物質燃燒過程如同物質蒸發。 4.燃燒時，物理變化與化學變化可交替發生。 Ross (1991) 成人 1.燃燒是一種破壞過程。 2.火焰是破壞過程的主要物質。 3.氧氣在燃燒中的角色是助燃，而不是反應物。 王春源（1992） 小學六年級 到 國中三年級 1.在密閉的系統中燃燒火柴，燃燒後整個系統的質量會 改變。 2.引燃煙火時有白色的氣體，是因為煙火衝向空中時， 把周圍的空氣擠下所產生的。 謝志仁（1993） 國中 1.熱是其他物質（如空氣）或火所散發出來的。 2.火是空氣、氧、蠟油等物質或熱結合轉變而來的。 3.蠟燭燃燒後，因為蠟燭變短，使系統總質量減少。 4.蠟燭燃燒後由於水、二氧化碳的出現，使系統總質量 增加。 5.蠟燭燃燒後系統總質量不變，是因為物質並未改變 （蠟燭仍存在）。

鄭豐順（1997） 國中 二、三年級 1.蠟燭燃燒時熔化的原因是「火」。 2.蠟燭燃燒的可燃物是「燭芯」。 3.氧氣助燃但不減少。 4.是一種物理變化。 5.燃燒是一種破壞的過程。 Gabel, Stockton, Monaghan, & MaKinster (2001) 8-13歲 1.認為糖加熱變成黑色物質就是糖的燃燒，忽略燃燒要 放出光和熱。 2.不了解可燃物的角色，認為燭芯是蠟燭燃燒的主要燃 料。 3.知道燃燒會產生新的產物，但對新產物的組成卻不了 解。 4.認為密閉容器中燃燒蠟燭，質量會增加或減少。 郭國成（2002） 小學 四、六年級 1.燃燒會產生煙。 2.氧能助燃，但不參與反應。 3.燃燒前後物質，因學生觀察重點相異而有不同解釋。 4.燃燒前後重量變化，因學生觀察重點相異而有不同解 釋。 5.物質需有火的介入才能燃燒，不會主動燃燒。 6.熱是火所散發的，火焰越大，所散發的熱越多。 王瓏真（2003） 小學 四、六年級 國中 二年級 1.認為鐵不會燃燒，熔化與燃燒現象的混淆。 2.對於燃燒需要可燃物、助燃物及達到燃點的條件並不 清楚，無法全盤考量。 3.學生以不同形式描述不同物體的燃燒，以觀察到具體 的變化來做解釋。 4.混淆酒精燃燒與酒精蒸發。 5.不清楚氧的角色，認為燃燒後，氧用完就剩二氧化碳。 6.認為燃燒產生的黑煙就是二氧化碳，顯示學生會有混 淆反應物與生成物的情形。 7.燃燒一定要點火。

（一）「燃燒現象」迷思概念

燃燒是日常生活中一種相當常見的現象，但也因而造成了學生用直觀、直覺 去解釋燃燒現象，或將其與其他科學現象發生混淆。如學生會認為酒精燃燒只是 酒精蒸發的現象，並認為燃燒時也會有蒸發現象（BouJaoude, 1991；Meheut, Saltiel,

& Tiberghien, 1985；王瓏真，2003）。另外學生亦容易將熔化與燃燒現象混淆， 如認為蠟燭燃燒只是蠟燭的熔化，或將玻璃受熱熔化的現象視為燃燒（Meheut,

Saltiel, & Tiberghien, 1985；王瓏真，2003）。

謝志仁（1993）提出學生對於燃燒現象的觀察，僅注意可觀察的反應物，而 忽略蠟燭參與反應前的狀態改變。王瓏真（2003）則表示學生會利用不同形式去 描述不同物體的燃燒，且多以觀察到的具體變化來做燃燒現象的解釋。 （二）「燃燒三要素」迷思概念 燃燒三要素-可燃物、助燃物、達到燃點-在國小階段即為教材內容，但學生 對於其詳細的意義及作用方式亦產生迷思概念。如王瓏真（2003）指出學生對於 燃燒需要可燃物、助燃物及達到燃點的條件並不清楚，無法全盤考量。謝志仁 （1993）與 Gabel 等 (2001) 則是發現到學生會忽略燃燒時可燃物的必頇存在。 學 生 知 道 空 氣 或 氧 是 燃 燒 的 必 要 條 件 ， 但 對 其 作 用 並 不 清 楚 (Driver, 1985) 。王瓏真（2003）指出學生不清楚氧在燃燒中的角色，認為燃燒後，氧便 用完而剩二氧化碳。另外在謝志仁（1993）及 Ross (1991) 的研究中皆指出，研 究對象知道氧的助燃功能，但是不清楚氧是燃燒的反應物與空氣是含氧的混合 物。BouJaoude (1991) 則是發現學生認為空氣不是主動包含在燃燒中。 （三）「燃燒的物質變化與產物」迷思概念 學生對於燃燒屬於何種物質變化仍有許多迷思，如認為燃燒是一種物理變 化，物質並無經歷化學變化（BouJaoude, 1991；鄭豐順，1997）。而對於物質變 化時質量守恆的情形，學生則會依觀察重點相異而有不同解釋（郭國成，2002），

Driver (1985) 的研究顯示學生認為物質燃燒後重量會減少，且對於化學變化中系 統的界定，是以可觀察的系統來進行守恆推理，忽略看不見的反應物或產物。王 春源（1991）與 Gabel 等 (2001) 的研究中也發現學生認為在密閉系統中燃燒， 整個系統的質量會增加或減少。謝志仁（1993）則指出學生認為蠟燭燃燒後出現 新物質，所以燃燒重量會增加。 學生知道燃燒後有新產物，但對新產物的組成並不了解，而且會忽略燃燒必 定會放出光和熱 (Gabel 等, 2001) 。如 Driver (1985) 及 Meheut 等 (1985)皆發現 學生會認為燃燒產物為灰、煙等物質。謝志仁（1993）提到學生對於燃燒產物的 迷思，包含：「水」是原本就存在空氣中的水蒸氣；「火」是由物質的結合，或物 質與熱結合轉變產生；「熱」是其他物質，如空氣或火所散發出來的。 由以上研究資料顯示，燃燒雖然是生活中常見的現象，但對於現象背後的科學概 念，卻容易誤解形成迷思概念，且不論是國內外、學生或成人皆可能存有。故在迷思概 念的研究上，燃燒迷思概念是一個相當需要深入研究探討的方向。

第二節 概念改變

一、概念改變相關研究 張春興（2005）指出在 Piaget 在其認知發展理論中，指出學習的產生是因為個體要 適應環境，改變內在認知結構的歷程，其作用方式有兩種：一是同化；一是調適。這種 概念改變的歷程也就是認知結構改變的歷程，個體已有的認知結構就是其已有的概念， 經由同化或調適而改變過了的認知結構，即是所形成的新概念。 而 Appleton 也指出學童在新的學習情境下有兩種可能類型的反應：一是若新資訊可 與學童既有觀念共存，學童將會同化這些新資訊；而若新資訊與學童既有觀念產生衝

突，將有認知衝突的現象發生，此時又分成三種可能反應，包含等待權威給予指導、逃 避，或由學童調適自己創造一個新的概念網路（郭生玉，1998）。

耿筱曾（2000）進一步將學童概念改變的可能類型歸類如以下三點：

（一）概念獲取型（conceptual capture）：此類型的概念改變相當於 Piaget 的「同化」， 即新概念與原有概念不產生衝突，或是比原有概念更高階，學生很容易便能 將新概念納入原有概念架構中，產生「量」的改變。

（二）概念重組型（conceptual restructuring）：此類型的概念改變相當於 Piaget 的「調 適」，當學生遇到到認知衝突時，能藉由將原有概念重組或分化來接受新的 知識，屬於「質」的改變。

（三）概念替換型（conceptual exchange）：屬於概念改變的最高境界，如同 Kuhn 的典範遷移，給學生帶來的衝擊也最大。學生直接以新概念替換原有的概 念，新概念會轉變為學生概念生態的一部份。

由上述研究可以發現，學生在面對新的學習情境時，會利用同化、調適，甚至是替 換等方式，來改變原有的概念以符合所面對的情境。對於概念改變的模式，有諸多學者 提出其理論說明，茲彙整各概念改變理論如下：

（一）PSHG 概念改變模式（Conceptual Change Model）

由 Posner, Strike, Hewson, 與 Gertzog (1982)提出的概念改變模式，是最廣為 人知的概念改變理論之一。此模式從學習的觀點出發，認為學習並非單純地加入 新的片斷訊息，而應該涉及新舊知識之間的互動關係。學習可視為一連串概念改 變的過程，學生的概念在新概念與新發現交互作用下發生改變，即是學習的歷程。 PSHG 概念改變模式中提到概念改變必頇符合四個條件： 1.對現存的概念感到不滿足：學生在本身所持有的概念無法解釋所遭遇的現 象，或無法解決問題的時候，才會想要改變他們的概念。 2.新概念必頇是可理解的：學生必頇理解新概念的內涵，在對新概念有所認

識的情況下，才能產生概念的改變。 3.新概念必頇是合理的：新的概念必頇與其它的概念相符合，能與學生過去 的經驗一致，或具有解決其原來問題的能力，才可以替代先前的概念。 4.新概念必頇是豐富的：新概念不僅可以解決學生原有的問題，還需具有解 決其它問題的潛力，能進行新領域的探索。 上述四個條件中，「對現存的概念感到不滿足」可說是概念改變過程的中心， 因為透過這一條件，學生了解到只有取代或重組舊概念，才能使其成功地接受其 它新的知識概念，亦即是強調學生迷思概念的地位必頇降低，而在學生心目中的 科學概念必頇提高，如此一來才會產生概念改變（蔡明儒，2004）。 （二）Chi 的本體論（Ontology） Chi (1992) 以本體論的角度來分析概念結構，將概念分為三種類別：物質 (matter)、過程(process)與心智狀態(mental state)。「物質」指含有特定屬性的東西； 「過程」指事件的發生具有序列性與因果關係；「心智狀態」則指情意的部分（邱 美虹，2000）。這三種類別皆有其特殊的屬性，而類別之間的屬性，則又明顯的 區分並且具有階層性，本體論所謂的概念改變，即是發生在知識內容的本體屬 性，不同於原本的認知結構時，概念會由原先的類別，重新放置到另一種類別上。 依照概念在本體樹跨越的情形，可區分成兩類：

1.本體類別內的概念改變（within ontological conceptual change）：當概念改變 的發生只是在同一本體樹內上下的轉變，而非跨越不同的本體樹時，稱為 類別內的概念改變。這種改變只是在同一類別內的概念歸屬改變，可視為 信念上的修正，只需要將學習者現有知識裡的屬性，改變成其它正確的屬 性就可以完成。

2.跨越本體類別間的概念改變（across ontological conceptual change）：概念從 一個本體樹，遷移到另一個本體樹時，這種類別間的轉移，稱為本體類別

間的概念改變，又稱為根本上的概念改變。物質、過程與心智狀態，這三 類概念間的轉換即屬於此種概念改變。 Chi 認為既有的知識與待學的知識是相容的，他們有共享的屬性，概念改變 較容易發生；當既有的知識與待學的知識是不相容的，也就是無共享的屬性，概 念改變便不易發生。而 Chi 也提及學童在學習科學時會將新的訊息同化到他舊有 的或是錯誤的類別中，因此學童就很難對這個概念產生徹底的理解（曾燕玲， 2005）。 （三）Thagard 的概念革命 Thagard (1992) 認為，概念組織是由種類（kind）與階層（hierarchy）而形成， 如果一個概念系統或規則，被另一個新的組織系統所取代，便稱為概念上的革 命，亦即種類關係與階層關係之間的改變。Thagard 的概念改變理論中，利用樹 轉換與分枝跳躍的觀點來探討其中的機制，將概念改變的階層分為九種（邱美 虹，2000）： 1.增加新事例：概念是瑣碎的。如海洋遠處看到的黑色小點是鯨魚。 2.增加（減少）弱原則：視其實用性決定原則強弱。如鯨魚可在北冰洋發現。 3.增加（減少）強原則：視其實用性決定原則強弱。如鯨魚吃浮游生物。 4.增加（減少）新的部分開係：概念的分支。如鯨魚有肺臟。 5.增加（減少）新的種類關係：利用上層的關係來結合兩個概念。如豚是鯨 魚的一種。 6.增加（減少）新概念：有助於科學知識發展。如電學與磁學合成磁學。 7.瓦解部分種類的階層：放棄原有的辨別方式。如牛頒放棄亞理斯多德觀點。 8.藉由分枝跳躍重組階層性：如哥白尼認為地球是行星而非「地心說」。 9.樹的轉變：改變己有階層性的樹狀組織原理，從一階層樹的分枝轉移到另 一分枝。如達爾文改變分類的意義，人是由其他生物演化而來。

廖哲政（2009）指出 Thagard 的概念改變過程包含了信念修正與概念改變， 其中信念修正包括了信念的增加與信念的減少；而概念改變則有概念的增加、減 少、重組與重新界定階層，也就是樹的轉變。另外，Thagard 亦表示信念修正、 增加概念、簡單重組概念階層在科學知識的發展中常見，但分枝跳躍與樹轉變在 概念革命中則較罕見（蘇雅芳，2003）。 二、概念改變策略 紀宗秀（2004）指出許多研究發現學生迷思概念抵抗教師的慣例教學策略，現場教 師或許知道「迷思概念」對學生的學習有影響，但卻沒有潛在的方法去改變這種情況， 學生舊有的概念固著且不易改變，因此教師如何設計有效的教學方法，幫助學生獲得正 確的科學概念顯得相當重要。 而對於概念改變的教學策略，魏金財（1992）認為雖然各方學者有不同的看法與作 法，但基本上都包含了三個階段：察覺（awareness）、失衡（disequilibrium）與更新 （reformation）。耿筱曾（1999）也提及教學者要經由教學使學生發生概念改變，首先要 瞭解學習者的概念架構改變的可能性，再者應鼓勵學生根據現有的認知架構來解釋，當 解釋出現矛盾時，學生才最有機會重新思考和調整他自己的概念架構，這種經由學習過 程的概念改變也最為珍貴。國外的研究也顯示概念改變教學重視學生表達自己的想法和 解釋自然現象的理由，並要求學生懷疑他們所持的理由，期待學生能主動發現自身想法 與科學家想法間的差異，進而為了發展與科學家想法相似的概念，而重新建構他們自己 的想法 (Posner 等, 1982；Vosniadou ＆ Brewer, 1987) 。

以上關於概念改變策略的敘述，也符合前述 PSHG 概念改變理論，必頇讓學生對於 現存概念感到不滿足，進而詴著發展出新的概念。因此概念改變教學策略需包含讓學生 面對新概念挑戰，挑戰結果決定於新舊概念之間的互動情形，若無法將新概念融入於整 個概念理解中，學習者會拒絕新概念，然而如果學習者察覺到需要將新概念轉化融入既

有架構中，則架構將發生改變，且降低學習過程困難度。因此，教師必頇先分析學習者 既有概念，進而判斷是否需將概念改變教學模式納入教學中（熊召弟等譯，1996）。 而針對概念改變的教學策略，中外學者都提出許多具體的方式。如 Smith ＆ Anderson (1981) 指出為了使學習者對於新概念能有較明顯的調適，其接觸新概念時應 採取以下步驟： （一）提供學習者挑戰的情境， 如此可看出學習者原有概念。 （二）允許學習者在學習環境中與他人分享自己的觀點。 （三）提供一個看來像是別的但是正確的觀點。 （四）提供學生對每個觀點討論的機會。 （五）協助學生探尋結果和調適。 蕭月穗（2005）則提到三種常用的促進概念改變的策略： （一）蘇格拉底式對話：透過師生之間的對話，讓學生發現思考與推理的不一致， 因而重建原有的知識。 （二）異例法：利用不一樣的例子或現象，造成學生面對問題時產生認知上的衝突， 進而重建認知架構。 （三）類比搭橋法：運用類比關係，以學生熟知的舊知識為基礎了解新知識。 張靜儀（2002）指出有五種教學策略已被研究證明能有效改變學生迷思概念，且彼 此不互斥，而能相輔相成，包含：學習環、類比教學、概念衝突、後設認知、群體討論。 另外教師在進行概念改變教學時，可利用「小組合作學習」的學習型態，提供學生 同儕間溝通交流的機會，使每位學生在課室中不僅只聆聽教師說些什麼，也要仔細分辨 同學發表內容的合理性，針對教師的提問不斷挑戰自我（劉新、林如愔、李秀玉、楊雯 仙、張永達，2006）。Valanides, Nicolaidou, & Eilks (2003) 也在研究中指出，應該要設 計一個促使學生以各種方式表達概念與概念發展的學習環境，如透過小組與他人經常性 的溝通合作解決問題和回答問題。

綜合以上學者所提出對於概念改變的教學策略，可以整理出幾個共同的方向：產生 認知衝突、運用類比教學、提供分享討論情境。因此在本研究中採用的科學語言遊戲教 學，便是以語言遊戲作為媒介，讓學生對於新概念與既存概念間引發類比或衝突的想 法，並在遊戲中進行討論、分享，進而提出解釋，改變其迷思概念。

第三節 科學語言與科學學習

語言與學習之間的關係是互相影響的，人類利用語言來協助學習，同時卻也需要學 習使用語言的方式。而對於科學學習，語言不但有緊密的影響，且科學語言更有其獨特 性。以下便由語言與學習之關係開始論述，並進一步對科學語言與科學學習間的影響進 行研究，最後則探討科學語言如何以遊戲的方式進行。 一、語言與學習 Vygotsky 曾表示社會互動影響兒童的思維發展，而思維的實現就是語言（黃德祥、 謝龍卿，2005）。陳淑敏（1994）也提及對 Vygotsky 而言，思考的發生是由人際互動開 始，人際的互動就必頇借助語言符號。 陳烜之（2007）提及 Levinson 將語言對思考的三種影響： （一）發生在知覺經驗的時候：把經驗到的事件登錄在記憶裡。 （二）發生在說話的時候：把經驗到的事件說出來。 （三）發生在語言表達之後回憶的時候。 故語言與思考是一同存在的，人類藉由語言傳達及擷取訊息，同時也進行思考，對 訊息編碼、儲存與提取。 陳淑敏（2004）則指出 Vygotsky 將兒童語言和思想發展分為四個階段： （一）原始或自然階段：語言與思考無關。

（二）質樸的心理（naïve psychics）階段：兒童將自身經歷應用在工具使用上。兒 童在不了解自己如何使用文法的情形下，已開始使用正確的文字形式和結 構。亦即兒童在精熟思考的法則之前，已能精熟語言的構成法則。 （三）利用外在的符號和運思解決內在問題的階段：借助手指或記憶來運算，此 階段語言以自我中心語言為主。 （四）內在成長（ingrowth）階段：外在運思開始內化，兒童開始用內在的符號去 思考。此階段語言發展為內在的，是無聲的語言。 在社會互動中，兒童與他人交談時，會把對話的語言內化成自己個人語言的一部 份，並以類似的方式組織自己的語言。語言乃是內化複雜概念的關鍵，發展語言能力有 助於發展孩子的思考能力（黃德祥、謝龍卿，2005）。 綜合上述，語言是兒童思考發展的一大關鍵要素，也因此影響著兒童學習的表現。 若進一步將語言對學習的影響聚焦在概念學習的部分，Lemke (1990) 曾提出任何概念或 想法都是透過詞彙與其他概念產生關係，而這些概念之間的關係則被語言所組合。科學 或技術性學科的內容都可以語言來表達（如：數學、物理），由於我們能使用不同的詞 彙與語法來表達相同的意義，所以相同的科學概念也可以運用許多不同方式表達。以科 學話語過程來舉例：教師可以跟那些同屬科學社群的成員溝通較為良好，但學生使用他 們自己的日常生活語言來對相同的主題解釋意義，這些意義可能與教師所產生的解釋不 同，也因此造成教師與學生對某一科學主題的對話可能有困難。 林生傳（2002）則提到兒童的認知發展與概念的學習，往往需要靠語言來進行，語 言有問題的兒童，其認知發展也常有問題，可見語言對概念學習有絕對的影響力。語言 將基本的概念符號包裝成一個個的單位，方便思考活動進行，思考的結果會產生新的概 念，再用語言包裝成另一單位，如此循環，讓概念愈來愈複雜，思考也可以更深入廣泛。 廖哲政（2009）在研究中也指出不同的背景的學生對於概念和語言的認識是不同 的，有的比較全面，有的則不夠全面。當一個人所掌握的語言達到了完整的高度，那麼

他也掌握了較完整的概念；如果一個人所認識的語言是不完整的內容，那麼他所掌握的 概念也是一個不完整的概念。換言之，對語言的理解是建構正確概念的必要條件。 由以上研究可知語言對概念學習有相當大的重要性存在，因此欲改變學生的迷思概 念，從語言的方向出發，應該是有別於傳統教學法的一個重要途徑。 二、科學語言 Halliday (1993) 認為科學社群的語言系統不容易被非科學社群的人們所理解，因而 產生了所謂的「科學語言」（language of science），以區別科學社群應用的語言與日常生 活應用的語言。在科學課堂上，教師會使用科學語言教導學生科學概念，但學生卻未必 能理解這些科學術語，因科學語言不屬於學生日常的語言系統，對多數學生而言，若沒 有長期接觸及使用科學語言，科學語言就如同外國語言一般 (Lemke, 1990)。 莊耀郎（2001）認為如果以類型來分類，語言大體上可分為描述語言，情感語言和 啟發語言三類。科學語言即屬描述性語言，其功能在於描述所觀察到的一切狀況，記述 實驗過程中所有曲折變化的細節，以致科學語言精確度的要求相當高，以科學語言傳達 的科學知識也相當嚴謹。Fang (2008) 也指出科學理論的構作是一種特殊的語法，而非 單獨的字詞，這種語法形式，讓科學家可以創造技術性的意義，且形成一種可推理的論 述。科學語言為了呈現科學方法、科學論證和科學理論，而與日常生活的語言不同，科 學語言包含了特殊的詞彙、語意及語法（陳惠如，2008）。 由上述研究可以發現科學語言是一種不同於日常生活語言，且有其特殊功能、結 構、用途的語言類別。許多研究針對科學語言的特性進行分析，陳世文與楊文金（2006） 提及科學語言的一個主題特色在於科學術語的使用，這些術語是架構整個科學知識學習 所不可或缺的要角，但同時，這些術語經常是精緻的包裝產物，是經過層層訊息包裝的 過程而產生的，某個術語被包裏完成，到了下一個步驟，可能又變成只是另外一個科學 術語的訊息成份。另外，兩人也提到科學知識的語言與一般口語表達的差異，主要是科

學語言的語法特徵不同於生活語言，這些特徵包含語法隱喻與科學事物的技術性建構 （陳世文、楊文金，2008）。 劉宏文（2001）研究探討中文教科書書中科學語言的特性，他以 Halliday 和 Martin 的語言學分析模式，發現科學語言有以下五個特性： （一）概念與定義的糾結：科學教科書的書寫方式常夾雜著科學概念與科學術語的 陳述。一個科學術語有其特定的指稱，由數個被假設為已知的概念定義而 來，而且此一定義又成為下一個更新定義的基礎。 （二）分類標準的建立：科學知識在探求與尋找自然中的規律，所以科學知識內含 很多分類的架構。 （三）高密度的科學術語：科學語言構作的科學教科書，其所攜帶的訊息詞彙密度 較日常生活對語中的訊息詞彙密度高出許多。 （四）名詞化與物件化：科學內容在將事件或事物階層式的分類，以利建立科學知 識的系統性及呈現事件的因果關係，故會有將過程詞（動詞）轉換成實體詞 的名詞化現象。例如：「蠟燭燃燒用去氧氣」轉換成「蠟燭燃燒用去的氧氣」。 （五）語意不連貫：在科學教科書的書寫方式中，常見的形式是先描述一個實驗， 以此實驗的結果作為已知的事件起點，再由此引出結論，因此造成語意不連 貫的現象。 林文杰（2006）則歸納科學語言的特徵有以下三點： （一）語法隱喻：在日常語言當中，語意和語法類別之間通常都是相互對應的，亦 即物件以名詞來體現、性質以形容詞來體現、過程以動詞來體現等等。而從 日常語言進入學科專門語言之時，這種簡單的對應體現關係也隨之變化，而 語意和語法類別之間的的對應關係改變的現象，稱為隱喻（metaphor）。 （二）名物化：科學理論事物多涉及過程、性質與關係，這些過程、性質與關係必 頇透過語法隱喻將過程、性質、關係轉換為語法上的物件。從語法類別來說，

即是透過語法隱喻，將動詞、形容詞或連接詞轉換為名詞組。 （三）技術性建構：Halliday (1993) 指出透過名物化過程可以建立技術性詞彙，而 此一建立技術詞彙的名物化過程有特殊的脈絡可循。 綜合以上研究，科學語言的特性主要為含有較日常語言更高密度的詞彙，因而利用 語法隱喻將科學論述名物化，技術性建構出各種科學語言。這些特性都是讓科學語言擁 有其獨特性而不易理解或使用的原因。楊文金（2006）將上述科學語言的特性區分為四 項學習重點： （一）利用語法隱喻將科學論述名物化的過程稱為「命名」。 （二）透過技術性建構來構作一個新的科學敘述稱為「打包」，是將眾多事件濃縮 為一個事件的方法。 （三）「打包」的相反歷程稱為「拆解」。 （四）技術性建構中，會使用到過程詞（如合成、轉換、化合等）來說明，但學習 者不應單純只學習其中一種過程詞的使用方式，而是應該習得一個過程詞集 合元素間的異同，稱為「取代」。 藉由這四種科學語言的學習重點，能讓學生學習並熟悉不同於日常語言特性的科學 語言使用方式，故成為本研究中科學語言遊戲教學的設計基礎。 三、科學語言與科學學習之影響 科學語言與科學學習間存在相當緊密的影響。陳世文與楊文金（2008）指出如果要 協助學生學習科學，則必頇先確保他們懂得正確理解語言，學生從書中的內容論述來學 習科學知識，而學生能否習得這些科學知識，主要取決於他們是否能理解書中所表達的 語意。Wellington 與 Osborne 整合科學學習與科學語言之關係，認為有四點可能產生的 問題（全中帄，2004）：

（一）科學的字彙或術語對學生學習上產生問題，但如果用非科學的字彙或術語， 又會造成對科學的誤解，並且有許多科學語言的字有著不同的意義，往往也 會造成問題。 （二）不同的字彙組成的科學語言應該要很明確的給予定義，而日常生活用語往往 會造成學生科學學習上的問題。 （三）許多科學語言的誤解會造成學習上的障礙，並且還很難去改變。 （四）理解科學語言是科學學習很重要的第一步，需在讀、寫、說、聽的情況下能 夠確實地理解科學語言。 王彥（2005）也提及掌握科學語言是學習科學知識的基礎，而科學語言教學是科學 語言的關鍵。他並指出掌握科學語言對科學學習的幾項意義： （一）掌握科學語言，有助於提高與發展邏輯思維能力。 （二）掌握科學語言是解決科學問題的前提。 （三）掌握科學語言，有助於思維品質的形成。 （四）掌握科學語言，能激起學習科學的興趣。 蔡佩君（2007）整理相關研究，指出語言符號在科學概念學習中扮演的角色有五種： （一）概念的發展是由自發性概念至科學性概念，語言符號則扮演中介者的角色。 （二）語言是溝通個體思維的工具，透過語言將學生的想法傳達，故科學概念的學 習需要藉由語言來建立。 （三）透過話言的分析，有助於教學者了解與檢視學生內在的概念。 （四）科學概念的建構學生要能統合所經驗的自然現象，使用社會所接受的語詞來 陳述概念，並透過語言符號表達其內在的具體到抽象，簡單到複雜的特性。 （五）語言的修補有助於學生科學概念的建構。 由科學語言與科學學習的關係之中，可以了解掌握科學語言與否，影響著科學學習 的成效，甚至是對科學學習的興趣。透過語言的媒介，學生才能正確吸收並建構教師所

傳達的科學概念，也才能表達及運用這些科學概念。但相對地，若無法成功理解科學語 言，反而成為科學學習上的一大阻礙。 因此科學教師在教導學生科學術語時，應多給予機會讓學生使用這些科學術語，如 造句便是可採納的方法之一，可藉由學生造句中所使用的情境來瞭解學生對該術語的理 解為何（陳雅惠，2007）。李暉（2000）也指出，學生將科學術語組織起來，成為一個 有意義的語句，用以陳述想法或遂行目的，可視為學習科學的具體表徵之一。 四、科學語言遊戲 Moyles (1989) 於著作-「不只是遊戲」中提到，遊戲是促進語言發展與語言使用創 新的有效媒介，特別是對於新字彙和概念的澄清，激發語言的使用與練習，還有語言知 識的發展和字句的思考。故科學語言的學習便適合以遊戲的方式進行，形成科學語言遊 戲。 以學者對於「科學遊戲」的研究來檢視其定義，如陳忠照（2003）指出「科學遊戲」 需具備四項特質： （一）趣味性：能玩得快樂且自在。 （二）規律性：能有遊戲規則，且過程需講到裡、有禮貌。 （三）創造性：在遊戲過程中伴隨而生創意的成長，可能隨時湧現更新的看法。 （四）分享性：在遊戲的團體互動中，能學習與人同樂，並分享過程與結果。 許良榮（2004）則認為「科學遊戲」就是蘊含了科學原理或科學概念的活動，能提 供學生「玩科學」的機會，而此活動的必要條件就是參與的兒童會認為「好玩」，並且 有高度的意願參與。另外，林堂麗（2003）也提及「科學遊戲」乃是結合科學原理，在 具有教學目標的彈性規則下，動手操作完成的科學遊戲。 因此本研究所採用粘福揚（2009）所設計之科學語言遊戲，便參酌科學遊戲的定義， 以前述楊文金所歸納的科學語言四項學習重點作為遊戲主題，讓學生經小組討論操作科

學詞卡的選擇、拼組或替換，達到分享、操作、創意激盪的遊戲形式，將科學概念以命 名、打包、拆解與取代等方式進行學習。以期能深入理解科學語言所傳達的意涵，熟悉 科學語言的運作方式，並進一步使用科學語言來闡述學習成果，達到科學學習的最佳效 果。

第三章 研究方法與設計

本章就研究方法、教學設計、研究對象、研究工具、研究流程及資料蒐集與分析， 分成六節討論之。

第一節 研究方法

由於本研究目的是探討科學語言遊戲對學生燃燒迷思概念改變之成效，不與傳統教 學或其他教學法之比較，故研究中的兩次教學分別採用準實驗研究法之單組前測後測設 計，以燃燒概念測驗詴題作前後測及延宕測驗，進行兩次單組準實驗研究。透過學生在 燃燒概念測驗詴題的前後測答對率變化情形，了解科學語言遊戲教學是否能影響學生的 燃燒概念學習，有助於學生對於燃燒概念的理解，並在教學後一段時間進行延宕測驗， 以得知概念保留狀況。 再者，本研究欲了解現職教師對於科學語言遊戲的教學設計有何觀點，故由現職國 中理化科教師擔任教學者，利用深入訪談作為研究方法。訪談分為教學前與教學後兩 次，以半結構式晤談，在教學前針對現職教師對於學生燃燒迷思概念了解、科學語言遊 戲教學設計看法進行訪談；教學後則對於科學語言遊戲教學之實際狀況、成效、心得及 建議進行訪談。藉由訪談結果配合實際教學情況錄影，探討現職教師對科學語言遊戲之 觀點及教學現況，並作為量化結果說明之輔助。 為使研究成果更有利於科學語言遊戲的實際運用與推廣，本研究以行動研究的精 神，於第一次教學後，根據教學成效及現職教師的觀點，進行教學設計及評量詴題的修 改，將修改後的成果，運用於第二次教學及評量。本研究也讓現職教師能彈性運用教學 設計，以本身對教學設計的了解與掌控進行教學，以期真實了解現職教師使用科學語言 遊戲的方式，並發展出更完善且適合教學現場使用的教學設計。

第二節 教學設計

本研究中科學語言遊戲教學採用先前研究（粘福揚，2009）所設計的科學語言遊戲 教學設計（如附錄一），其設計是以王瓏真（2003）所發現的燃燒迷思概念為基礎，選 擇其中十三項燃燒迷思概念，設計出三大部分教學內容，包含：燃燒現象、燃燒三要素、 物質變化與燃燒產物，此三部分與所對應的燃燒迷思概念關係如表 3-2-1，期藉由教學 改變所對應之燃燒迷思概念。 表 3-2-1 科學語言遊戲教學設計與燃燒迷思概念對應表 教學設計 教學目標 教學概念 燃燒迷思概念 燃燒 現象 1-1 了解物質與氧結合的反 應稱為氧化反應，簡稱 氧化。 1-2 了解燃燒現象是激烈的 氧化作用，伴隨著光與 熱。 1-3 了解燃燒會放出光能和 熱能，是為放熱反應。 ◎燃燒的過程 和現象 ◎物質是否可 燃 1.不清楚空氣是含氧的混合 物。 2.爆炸不是燃燒。 3.金屬不能燃燒。 燃燒 三要素 2-1 燃燒過程中會消耗氧 氣，由於會參與反應幫 助燃燒。 2-2 知道燃燒除了需要氧氣 外，還需要可以燃燒的 物質，以及必頇達到適 當的燃燒溫度，也就是 燃點，缺少其中任何一 個條件，物質就不會燃 燒。 2-3 了解物質是否燃燒與是 否達到燃點有關。 ◎燃燒的條件 ◎氧的角色 4.對於燃燒需要可燃物、助 燃物 及達到燃點 的條件 並不 清楚，無法 全盤考 量。 5.燃燒一定要點火。 6.燃燒一定產生二氧化碳。 7.氧氣可以幫助燃燒但不會 消耗。 8.知道空氣或氧是燃燒的必 要條件，但對其功能並不 清楚。 9.氧氣在燃燒中的角色是助 燃，而不是反應物。

物質變化 與 燃燒產物 3-1 明瞭物質熔化由固態變 成液態，是屬於型態改 變本質不變的物理變 化。 3-2 明瞭物質和氧作用，是 一種化學變化，反應後 的生成物和原來反應 物的性質不同。 3-3 理解化學反應前後，反 應 遵 守 質 量 守 恆 定 律，總質量不變。 ◎物理變化與 化學變化 ◎燃燒前後物 質性質改變 ◎質量守恆定 律 10.熔化與燃燒現象混淆。 11.在密閉系統中，燃燒後整 個系統的質量會改變。 12. 蠟 燭 燃 燒 後 的 產 物 「水」，是由其他物質轉 變而來的。 13.燃燒前後物質性質並無 改變。 本研究教學設計之目的除改變學生迷思概念，也欲讓學生同步學習科學語言之運 用，了解科學語言構成科學文本的方式，以進一步增進學生對燃燒概念的理解，故教學 設計中採用四種語言遊戲：取代、命名、打包及拆解，以下分別敘述其活動進行方式： 1.取代（replace）語言遊戲 取代語言遊戲主要讓學生學習科學語言中過程詞的變化性，並能正確的替換語 詞，而不造成科學概念的意義有所差異或錯誤。活動內容實例如表 3-2-2。 表 3-2-2 取代語言遊戲活動實例 教學設計 教學目標 語言遊戲活動內容 燃燒現象 1-1 了解物質與氧結合 的 反 應 稱 為 氧 化 反應，簡稱氧化 選擇替換取代的語詞。 氧化反應是物質與氧結合。上句中的結合可 以用哪一個詞取代：  化合 反應 作用 交換 燃燒三要素 2-1 燃燒過程中會消耗 氧氣，由於會參與 反應幫助燃燒。 燃燒的過程中會用去氧氣，而燃燒產生的氣 體中，有一種叫「二氧化碳」。句中的用去 可以用哪一個詞取代：  吸附 生成 消耗 形成