一、前測成績分布

47  Download (0)

全文

(1)

第四章 資料分析與結果

本章將依研究步驟,詳細說明各步驟資料處理的結果與統計數據,共分為 三節。第一節為前測與後測成績的統計結果分析,第二節為氣體概念的結果分 析,第三節則敘述實驗組學生參與氣體概念學習後的感受之問卷結果分析,最後 在第四節作一綜合討論。

第一節 前測與後測的統計結果分析

本節將前測與後測的成績經統計分析,進行量的研究,以了解在進行教學 後,實驗組與控制組對於氣體概念的了解是否有顯著差異,並探討不同分數群組 的學習成效。

一、前測成績分布

本研究對象為國二下學期的學生,他們在國二上學期已接受過初步的氣體 概念教學,且測試前已學過粒子觀點的章節,所以本研究前測的目的主要是想了 解實驗組與控制組對於先前氣體概念的了解程度,並收集學生的迷思概念。為探 討本研究編製的演示實驗教材對不同成績表現的學生之學習成效,本研究將學生 的前測成績由高分至低分排序,成績在前 1/2 者稱為高分群組,成績在後 1/2 者 稱為低分群組。將實驗組與控制組前測成績做 T 考驗如下頁表 4.1 所示,結果發 現實驗組的前測全體成績、高分群組成績與低分群組成績皆高於控制組,但全體 成績與高分群組成績均未達顯著差異,而低分群組成績達到顯著差異。由此可 知,實驗組的低分群組相較於控制組的低分群組存有較少的氣體迷思概念。

二、後測成績分布

在整個教學過程後對實驗組與控制組學生實施後測,實驗組與控制組的受 試學生各為 35 人與 32 人,但因考慮出席率對學習成效的影響,所以在此進行「氣 體」單元時,缺席超過兩小時以上,便不列入分析範圍內,故實驗組與控制組的 有效樣本各為 29 人與 27 人,所以前測的有效樣本乃是根據後測的有效樣本配對 而來。

將實驗組與控制組的後測成績做 T 考驗如下頁表 4.2 所示,結果發現實驗

組的後測全體成績、高分群組成績與低分群組成績皆高於控制組,但全體成績與

高分群組成績均未達顯著差異,而低分群組成績達到顯著差異。

(2)

表 4.1 實驗組與控制組「前測成績」之 T 考驗

分類 實驗組(35 人) 控制組(32 人) T 值 P 值 有效樣本:29 人 有效樣本:27 人

平均成績:55.34 平均成績:52.26 全體學生

標 準 差:8.81 標 準 差:11.62

-1.12 0.27

有效樣本:15 人 有效樣本:14 人 平均成績:62.07 平均成績:61.29 高分群組

標 準 差:4.95 標 準 差:8.38

-0.38 0.76

有效樣本:14 人 有效樣本:13 人 平均成績:48.14 平均成績:42.54 低分群組

標 準 差:5.74 標 準 差:4.39

-2.83 0.009*

註:*表示有顯著差異(P<0.05)

表 4.2 實驗組與控制組「後測成績」之 T 考驗

分類 實驗組(35 人) 控制組(32 人) T 值 P 值 有效樣本:29 人 有效樣本:27 人

平均成績:53.76 平均成績:46.96 全體學生

標 準 差:13.55 標 準 差:18.11

-1.60 0.116

有效樣本:15 人 有效樣本:14 人 平均成績:59.00 平均成績:58.21 高分群組

標 準 差:8.64 標 準 差:13.14

-0.192 0.849

有效樣本:14 人 有效樣本:13 人 平均成績:48.14 平均成績:34.85 低分群組

標 準 差:15.80 標 準 差:14.71

-2.26 0.033*

註:*表示有顯著差異(P<0.05)

三、前測與後測變異數分析

因實驗組與控制組的低分群組之前測與後測均達顯著差異,須進一步以共

變數分析以去除「前測」成績的影響,共變數分析如下頁表 4.3 所示,在排除共

變量的影響後,發現實驗組與控制組的低分群組的後測成績達顯著差異,此意味

著在教授氣體概念時,運用本研究所編製的演示實驗教學活動,確能使低分群組

的學生對於氣體概念的理解優於未使用此演示實驗教學活動。

(3)

表 4.3 低分群組之後測共變數分析

變異來源 平方和 自由度 平均平方和 F 值 P 值

組間 1191.779 1 1191.779 5.099 0.033*

組內 5843.407 25 233.736 低分群組

總和 7035.185 26

註:*表示有顯著差異(P<0.05)

四、實驗組與控制組在後測選擇題與問答題的得分情況

後測中的選擇題之主要內容為探究學生有關氣體化學相關概念,其中包括 氣體的粒子性、氣體在生活科技的應用、氣體溫度-壓力-體積之間的關係、氣 體的物質性質這些都是國二上學期空氣單元並未提及,而是在國二下學期原子與 分子、物質的粒子性的延伸教材,故選擇題主要設計目的是為了探究延伸教材的 學習成效。而問答題是針對氣體的粒子性、影響壓力與體積的因素及學生有關壓 力平衡的迷思概念,設計生活中小實驗,並依情境內容回答問題。藉此探究學生 的迷思概念是否改變,故本研究欲探討實驗組與控制組在後測選擇題及問答題的 表現是否有顯著差異,因此做此二大題型的 T 考驗,如表 4.4。

表 4.4 學生在後測各大題的 T 考驗

實驗組 控制組

題型 分類

人數 平均 標準差 人數 平均 標準差

T 值 P 值

全體學生 29 26.14 4.53 27 23.85 7.52 -1.39 0.17 高分群組 15 28.27 3.45 14 27.71 5.25 -0.337 0.739 選擇題

低分群組 14 23.86 4.54 13 19.69 7.52 -1.757 0.091 全體學生 29 27.62 10.36 27 23.11 12.19 -1.50 0.14 高分群組 15 30.73 8.08 14 30.50 10.07 -0.069 0. 945 問答題

低分群組 14 24.29 11.78 13 15.15 15.15 -2.26 0.033*

註:*表示有顯著差異(P<0.05)

從表 4.4 中可知,實驗組與控制組的低分群組學生在選擇題平均成績未達顯

著差異(P>0.05) ,表示透過老師的講解對學生概念的了解有一定的幫助。而問

答題達顯著差異(P<0.05) ,表示實驗組低分群組學生在此演示實驗教學下,透

(4)

過巨觀現象的展現、老師的講解及小組間的互相討論合作學習下,更能幫助低分 群組的學生發展形式運思思考能力及解決生活情境的問題的能力,所以比控制組 低分群組學生只聽老師的講解更能了解教材內容及其所呈現的概念,故問答題的 平均成績達顯著差異(P<0.05)。

從圖 4.1 可知,對高分群組的學生通常具有較好的形式運思思考能力,所以 演講式的闡釋教學法與藉由演示實驗-探究-討論與講解的學習環教學模式教 學對舊有概念的改變及延伸教材的學習並沒有差異,故選擇題及問答題均未達顯 著差異(P>0.05)。

30.73 28.27 27.71 30.5

24.29 23.86

15.15 19.69

0 5 10 15 20 25 30 35

選擇題 問答題

平 均 成 績

實驗組高分群組 控制組高分群組 實驗組低分群組 控制組低分群組

( 總分40分) ( 總分60分) 圖 4.1 不同成績群組的學生在後測各大題的得分情形

第二節 氣體概念之結果分析

本節針對學生前後測的答題結果進行分析,其中前測的目的在於了解進行 教學前學生的起始行為,對於大氣壓力及氣體化學概念的先備知識,此先備知識 包括國二上學期及國二下學期第八、九章原子與分子及物質的粒子性之理化學習

(5)

的部分。後測則以探究學生對於教學過程中所欲傳達的概念實際理解及改變的情 形。

一、前測結果分析

本測驗共分兩大題型,第一大題為選擇題,第二大題為是非改錯題。其命 題內容包括氣體性質與應用、大氣壓力、氣體的粒子觀點等。探討學生對於這些 已學習過的概念了解程度。

(一)選擇題

欲探討學生對國中理化課本介紹到氣體的性質與應用的了解,因此選擇題 的第 2 題、第 4 題、第 5 題、第 7 題~第 10 題及第 17 題為此命題,從表 4.5 可 知,實驗組與控制組的學生對於滅火器的滅火原理、空氣污染源及氮氣的性質都 有相當正確的概念;但對氫的性質、區別空氣、氧氣、氫氣、二氧化碳的性質、

空氣組成及空氣重要組成的氣體性質等比較性題目與空氣浮力對物質重量的影 響有較多的迷思概念。

表 4.5 前測選擇題空氣的性質與應用答題人數分布表

(實驗組:29 人,控制組:27 人)

命題目標:知道滅火器滅火的原理。

2. 滅火器所產生的氣體 c不助燃,比空氣重d助燃,比空氣輕e不助燃,比空 氣輕f助燃,比空氣重。

答案

人數百分比 1* 2 3 4

實驗組 96.5﹪ 0﹪ 3.4﹪ 0﹪

控制組 88.9﹪ 0﹪ 7.4﹪ 3.7﹪

*表示正確答案

命題目標:能指出空氣污染源。

4. 下列情況一般不會造成環境污染的是 c汽車排氣形成的煙霧d煤燃燒生成的 煙e石油化工廠排放的廢氣f人呼出的二氧化碳氣體。

答案

人數百分比 1 2 3 4*

實驗組 0﹪ 0﹪ 0﹪ 100﹪

控制組 0﹪ 3.7﹪ 0﹪ 96.3﹪

*表示正確答案

命題目標:知道氫的性質。

(6)

5. 在空氣中裝氫時,必須遠離火源,否則會引起危險,主要原因是 c氫遇氧會 劇烈燃燒d氫是最輕的氣體e氫有助燃性f氫會把火熄滅了。

答案

人數百分比 1* 2 3 4

實驗組 34.5﹪ 6.9﹪ 58.6﹪ 0﹪

控制組 48.1﹪ 0﹪ 48.1﹪ 3.7﹪

*表示正確答案

命題目標:能區別空氣、氧氣、氫氣、二氧化碳的性質。

7. 能鑑別出空氣、氧氣、氫氣、二氧化碳的方法是 c分別加入適量的石灰水d 觀察氣體燃燒情形e分別滴入紫色石蕊試液f將帶火星的木條分別插入瓶中。

答案

人數百分比 1 2 3 4*

實驗組 24.1﹪ 44.8﹪ 3.4﹪ 27.6﹪

控制組 18.5﹪ 48.1﹪ 11.1﹪ 22.2﹪

*表示正確答案

命題目標:知道氮氣的性質。

8. 在氮氣中焊接精密儀器是因為 c氮氣沸點低d氮氣的化學性質穩定e氮氣沒 有氣味f氮氣沒有顏色。

答案

人數百分比 1 2* 3 4

實驗組 20.7.﹪ 75.9﹪ 0﹪ 3.4﹪

控制組 22.2﹪ 74.1﹪ 0﹪ 3.7﹪

*表示正確答案

命題目標:知道空氣的組成。

9. 下列關於空氣的各種敘述,正確的是 c空氣的組成按質量計算氧氣占 21%d 空氣是由多種氣體與液體、固體組成的混合物質e空氣中氮氣、氧氣等質量不同 但空氣組成相對均勻穩定f林區空氣比城區空氣含較多二氧化碳。

答案

人數百分比 1 2 3* 4

實驗組 41.4﹪ 27.6﹪ 31.0﹪ 0﹪

控制組 55.6﹪ 18.5﹪ 22.2﹪ 3.7﹪

*表示正確答案

命題目標:能知道空氣重要組成的氣體性質。

10.空氣中的下列氣體,化學性質最穩定的是 c氮氣d氧氣e二氧化碳f氬氣。

(7)

答案

人數百分比 1 2 3 4*

實驗組 44.8﹪ 6.9﹪ 17.2﹪ 31﹪

控制組 55.6﹪ 18.5﹪ 7.4﹪ 40.7﹪

*表示正確答案

命題目標:能知道鼓起的紙袋所增加浮力等於袋中所裝的空氣重量。

17.一個充滿空氣而鼓起的紙袋(甲)與一個完全相同但折疊起來的沒有空氣的 紙袋(乙)相比,哪一個在空氣秤起來比較重?1因甲袋中裝的空氣重量等於 袋子所受的浮力,故甲、乙秤起來一樣重2甲重3乙重4因空氣沒有質量,故 沒有重量,所以甲、乙秤起來一樣重。

答案

人數百分比 1* 2 3 4

實驗組 37.9﹪ 31.0﹪ 27.6﹪ ﹪3.4 控制組 14.8﹪ 14.8﹪ 37.0﹪ 29.6﹪

*表示正確答案 **未答題 1 人(3.7﹪)

第 3 題、第 18 題及第 19 題欲探究學生對於氣體擴散概念的了解,包括常 見的擴散現象及擴散的方向性。學生答題的結果如表 4.6 所示。

第 3 題欲了解學生是否知道何謂擴散,實驗組與控制組的學生對於擴散的 意義都有相當正確的概念。但對於氣體擴散方向性的概念卻有較明顯的迷思概 念。

第 18 題欲探討利用 CO

2

的滅火性質,知道即使密度比空氣大的氣體仍具有 向四面八方的擴散,尤其是向上擴散。實驗組與控制組的答對率分別為 69.0﹪與 48.1﹪。即表示控制組學生對於 CO

2

比空氣重卻能經由下向上擴散,最後充滿整 個容器有較多的迷思概念。

第 19 題探討氣體擴散後為充滿整個空間且達平衡。實驗組與控制組的答對 率分別為 58.6﹪與 66.7﹪。即表示學生對於氣體會經過任何肉眼看得到的孔隙而 擴散至整個密閉容器有較多的迷思概念。

表 4.6 前測選擇題氣體擴散性質與應用答題人數分布表 命題目標:知道擴散的意義。

3. 柯南上課時在教室內製造某種香氣不久全班同學都能分享這說明了氣體的哪

(8)

一種特性?c汽化d蒸發e擴散f凝結。

答案

人數百分比 1 2 3* 4

實驗組 0﹪ 0﹪ 100﹪ 0﹪

控制組 0﹪ 7.4﹪ 92.6﹪ 0﹪

*表示正確答案

命題目標:知道二氧化碳密度大於空氣密度,且會利用氣體擴散 的性質。

18.如右圖中的導管產生的二氧化碳,則 A、B、C 三隻燭火,那 一隻先熄滅? c A d B eCf幾乎同時熄滅。

答案

人數百分比 1 2 3* 4

實驗組 20.7﹪ 0﹪ 69.0﹪ 10.3﹪

控制組 18.5﹪ 7.4﹪ 48.1﹪ 25.9﹪

*表示正確答案

命題目標:能知道氣體擴散後為充滿整個空間,且達平衡。

19.如右圖中,氮、氧各 1 公升分別置於二容器中,打開 開關,有關使氣體達到平衡的情況下,下列何者錯誤?

c氮氣在甲、乙中都存在d氧氣在甲、乙中都存在e甲

容器只含氮,乙容器只含氧f最後二容器中氣體的組成比例相同。

答案

人數百分比 1 2 3* 4

實驗組 0﹪ 3.4﹪ 58.6﹪ 37.9﹪

控制組 3.7﹪ 7.4﹪ 66.7﹪ 22.2﹪

*表示正確答案

第 1、6 及 16 題欲探討物質的基本性質,包括物質與能的區別、物質的粒 子性。學生的答題結果,詳見表 4.7。從表 4.7 中可知實驗組與控制組的學生對 物質與能的區別及比較物質在三態中的粒子性質的,都有相當正確的概念;惟第 16 題實驗組與控制組的學生答對率僅 20.7﹪與 11.1﹪,表示學生對氣體受熱膨 脹存在相當多的迷思概念。

表 4.7 前測選擇題物質的基本性質答題人數分布表

命題目標:知道物質與能的區別。

(9)

1. 能與物質的主要區別在於 c前者具有質量,不占空間;後者不具有質量,占 有空間d前者不具有質量,不占空間;後者具有質量,占有空間e前者不具有 質量,占有空間;後者具有質量,不占空間f前者具有質量,占有空間;後者 不具有質量,不占空間。

答案

人數百分比 1 2* 3 4

實驗組 3.4﹪ 96.6﹪ 0﹪ 0﹪

控制組 7.4﹪ 85.2﹪ 7.4﹪ 0﹪

*表示正確答案

命題目標:能比較物質在三態中的粒子性質。

6. 物質的三態中,粒子間的距離很大,粒子可自由移動,也可以均勻散布在空 間中的是 c固態d液態e氣態f三態均是。

答案

人數百分比 1 2 3* 4

實驗組 3.4﹪ 6.9﹪ 86.2﹪ 3.4﹪

控制組 0﹪ 3.7﹪ 81.5﹪ 14.8﹪

*表示正確答案

命題目標:能從粒子觀點知道肥皂泡變大是空氣粒子間距離變大。

16.以肥皂膜套上空瓶口,放入於熱水時生成大的肥皂泡,

如右圖所示。設放入熱水前瓶中有小的空氣粒子,肥皂泡 變大時,瓶中空氣粒子變成怎樣?從c到h選出。

c從外面進入更多空氣粒子 d空氣粒子增加 e空氣粒子間間隔變大

f空氣粒子受熱上升

g空氣粒子變大 h不知道

答案

人數百分比 1 2 3* 4 5 6

(10)

實驗組 6.9﹪ 10.3﹪ 20.7﹪ 24.1﹪ 37.9﹪ 0﹪

控制組 7.4﹪ 18.5﹪ 11.1﹪ 37.0﹪ 25.9﹪ 0﹪

*表示正確答案

第 11~15 題及第 20 題欲探討理想氣體定律與應用,包括溫度與體積、壓力 與體積及壓力平衡。學生的答題情形如表 4.8 所示。從實驗組與對照組的學生答 對率來分析,僅第 15 題氣體受熱膨脹與學生的舊經驗有關,所以答對的學生分 別有 24 人(82.8﹪)與 22 人(81.5﹪);但連結前面第 16 題,兩題皆答對的學 生僅 4 人(13.8﹪)與 3 人(11.1﹪)。表示約有 9/10 的學生無法分辨物質的巨 觀世界與微觀的粒子性之間的差異,並存在相當多的迷思概念。

第 11~15 題皆運用到氣球內的氣體等於外面的大氣壓力,即壓力平衡的觀 點出發才能作答,故宜先分析第 13 題。

第 13 題實驗組與對照組的學生答對比例分別為 55.2﹪與 25.9﹪,表示學生 對氣球內外壓力平衡有相當多的迷思概念。若是如此,有不少的學生對第 12、

14 及 15 題的答題方式,僅單純用物質熱脹冷縮的概念來思考,而第 11 題僅以 大氣壓力與高度的關係來作答。

第 12 及 14 題欲探討溫度對氣體體積的關係。因第 12 題與學生舊經驗有關,

而第 14 題為現象的解釋,故答對率第 12 題較高。但第 12 及 14 答對率均約為 1/2~7/10 之間,表示約有 3/10~1/2 實驗組與控制組的學生存在溫度影響氣體體積 的迷思概念。

第 11 題實驗組與控制組的學生答對率分別為 48.3﹪與 44.4﹪表示約有 1/2 的學生存在壓力影響氣體體積的迷思概念。

第 20 題則欲探討亞佛加厥假說的了解,即是「同溫同壓下,體積相同的一 切氣體,都含有相等數目的分子」 。從實驗組與控制組答對率分別為 34.5﹪與 37.0

﹪,表示約有 2/3 對此假說存在迷思概念。

表 4.8 前測選擇題理想氣體定律與應用答題人數分布表 命題目標:能列舉大氣壓力隨高度增加而遞減的例子。

11.一個已吹氣的氣球,放在那一個地點,體積會比較大(若此四個地點溫度相 同)?c玉山d阿里山e陽明山f澄清湖。

答案

人數百分比 1* 2 3 4

(11)

實驗組 48.3﹪ 3.4﹪ 0﹪ 48.3﹪

控制組 44.4﹪ 11.1﹪ 14.8﹪ 29.6﹪

*表示正確答案

命題目標:能舉例溫度對氣體體積變化的生活實例。

12.一個氣球在下列的季節會比較大?(假設大氣壓力相同) c在寒冷的冬天d 炎熱的夏天e溫暖的春天f與溫度無關。

答案

人數百分比 1 2* 3 4

實驗組 6.9﹪ 69.0﹪ 3.4﹪ 20.7﹪

控制組 0﹪ 55.6﹪ 7.4﹪ 37.0﹪

*表示正確答案

命題目標:能知道壓力平衡。

13.當時的的大氣壓力為 1 atm,若已吹氣的氣球內的氣體壓力為(設氣球的彈性 良好) c1 atmd小於 1 atm e大於 1 atm f視氣球體積大小而定。

答案

人數百分比 1* 2 3 4

實驗組 55.2﹪ 6.9﹪ 31.0﹪ 6.9﹪

控制組 25.9﹪ 25.9﹪ 40.7﹪ 7.4﹪

*表示正確答案

命題目標:能預測實際結果,並說出科學判斷的理由。

14.如圖所示,今有一個玻璃容器,瓶口套上薄的塑膠膜,並放 入冰水中。下列敘述何者正確? c當質量固定時,空氣因受

冷而體積收縮,故壓力增加d瓶內空氣遇冷,體積縮小,故塑膠薄膜會凹陷e 瓶內空氣遇冷收縮,壓力增加,故塑膠薄膜不會凹陷f在瓶內的空氣試圖要逃 出,於是會推薄塑膠膜;故瓶內空氣壓力大於大氣壓力。

答案

人數百分比 1 2* 3 4

實驗組 10.3﹪ 58.6﹪ 13.8﹪ 17.2﹪

控制組 18.5﹪ 48.1﹪ 22.2﹪ 11.1﹪

*表示正確答案

命題目標:知道氣球變大是氣體受熱體積膨脹。

15.一個氣球套在瓶口上,瓶子放在一盤熱水中加

熱,一會兒(不久後)氣球變大,如右圖所示。請

問氣球為什麼會變大? c瓶內空氣膨脹d瓶內空

(12)

氣收縮e瓶內空氣壓力減少f瓶外空氣壓力減少g玻璃瓶膨脹。

答案

人數百分比 1* 2 3 4

實驗組 82.8﹪ 0﹪ 6.9﹪ 10.3﹪

控制組 81.5﹪ 0﹪ 11.1﹪ 7.4﹪

*表示正確答案

命題目標:能知道亞佛加厥假說。

20.下列四種情形,何者所含的氣體分子數目最多? c0℃、1 大氣壓力、1 公升 的氧氣 d0℃、1 大氣壓力、1 公升的空氣e0℃、1 大氣壓力、1 公升的氫 氣f因溫度、壓力與體積均相同,所以此三氣體的分子數目相等。

答案

人數百分比 1 2 3 4*

實驗組 6.9﹪ 44.8﹪ 13.8﹪ 34.5﹪

控制組 7.4﹪ 44.4﹪ 11.1﹪ 37.0﹪

*表示正確答案

(二)是非改錯題

是非改錯題以空氣的性質與應用、大氣壓力與壓力平衡、氣體擴散性質與 應用及氣體的粒子觀點這幾項主題來命題,為開放性題目,主要目的是想了解學 生的先備知識中的迷思概念。

是非改錯題第 1、2、7、8 及 9 題是以理化課本第二章來命題,欲探討學生 對原課本學習內容認知程度。本研究根據學生的回答情形將其歸類如表 4.9。

表 4.9 前測是非改錯題空氣的性質與應用答題人數分布表 命題目標:能解釋空氣是物質。

( )1. 空氣是看不見,摸不著,所以不能認為空氣是客觀存在的物質。

分數 內 容

控制組

人數 實驗組 人數

測驗全 體人數

3

1空氣具有質量,占有體積

2能描述空氣具有物質的特性

2 2 4

2

1知道空氣存在,但不是以物質具有質量,占有體積來描述

16 14 30

1

1答〝X 〞,但沒有描述空氣的存在;或舉例不相關

0 6 6

(13)

0

1答〝O 〞,不認為空氣是客觀的物質

2未作答(8,3,11)*(共 11 人)

9 7 16

*代表(控制組,實驗組,測驗全體)的答案人數

命題目標:能舉例有色或(和)有味道的氣體。

( )2. 所有的氣體都是無色無味。

分數 內 容

控制組

人數 實驗組 人數

測驗全 體人數

3

1能夠描述不是所有的氣體都是無色無味的,並且能夠舉出適當的例

6 4 10

2

1能知道不是所有的氣體都是無色無味的,但並未舉例說明

18 20 38 1

1答〝X 〞,但未說明(1,0,1)*(共 1 人)

2答〝X 〞,但舉例錯誤;例如:CO、O2有味道

1 2 3

0

1答〝O 〞

2 3 5

*代表(控制組,實驗組,測驗全體)的答案人數

命題目標:能說明實驗室收集氧氣用排水集氣法的原因。

)7. 因為氧氣比水輕,所以可以用排水集氣法收集氧氣。

分數 內 容

控制組

人數 實驗組 人數

測驗全 體人數

3

1能夠描述因氧氣難溶於水,故收集氧氣用排水集氣法

2 2 4 2

1文字描述不夠恰當

例如:氧氣不溶於水;氧氣難溶於水,且氧氣比水重

1 4 5

1

1答〝X 〞,但並未解釋(1,0,1)*(共 1 人)

2答〝X 〞,但解釋不正確(2,3,5)*(共 5 人)

例如:氧氣比水重

3 3 6

0

1答〝O 〞

21 20 41

*代表(控制組,實驗組,測驗全體)的答案人數

命題目標:能知道不同溫度下氮氣的化學活性。

( )8. 氮氣在常溫常壓下化學性質安定,但在高溫時容易與氧或一些元素產 生反應。

分數 內 容

控制組

人數 實驗組 人數

測驗全 體人數

(14)

3

1答〝O 〞

21 21 42

2 0 0 0

1 0 0 0

0

1答〝X 〞,但未解釋(2,0,2)*(共 2 人)

2未作答(0,1,0)*(共 1 人)

3答〝X 〞,但解釋並未正確

例如:氮氣不會與氧反應;氮氣不容易與氧反應;氮氣在高溫下性質 安定

6 8 14

*代表(控制組,實驗組,測驗全體)的答案人數

命題目標:知道Ⅷ A 族氣體的化學反應性。

( )9. Ⅷ A 族氣體早期稱為惰性氣體是因為它在任何情況下都不會發生化學 反應。

分數 內 容

控制組

人數 實驗組 人數

測驗全 體人數

3

1不容易反應

2在少數的反應條件下,還是會反應的 3活性小,不易發生化學反應

13 13 26

2

1 不一定不會發生反應

2常溫常壓下不會發生化學反應

3 1 4

1

1答〝X 〞,但解釋不適切

例如:會發生化學反應,只是很慢而已:任何情況下極難發生化學反 應;常溫常壓下不會發生化學反應,但在高溫或低溫下才會發生反應;

高溫才會;與氧的活性小

2 3 5

0

1答〝O 〞

2未作答(0,1,1)*(共 1 人)

9 12 21

*代表(控制組,實驗組,測驗全體)的答案人數

第 3、4、5 及 6 題是以理化課本第一冊第六章來命題,欲探討學生對原課

本學習內容認知程度。本研究根據學生的回答情形將其歸類如表 4.10。

(15)

表 4.10 前測是非改錯題大氣壓力與壓力平衡答題人數分布表 命題目標:能知道高度及氣候是改變大氣壓力的因素能知道。

( )3. 大氣壓力會隨高度及氣候而改變。

分數 內 容

控制組

人數 實驗組 人數

測驗全 體人數

3

1答〝O 〞

23 25 48

2 0 0 0

1 0 0 0

0

1答〝X 〞,並解釋錯誤

例如:不受氣候影響(2,2,4)*(共 4 人);不隨高度而改變(1,1,

2)*(共 2 人);會受氣候及高度影響(1,1,2)*(共 2 人)

4 4 8

*代表(控制組,實驗組,測驗全體)的答案人數

命題目標:能知道大氣壓力的形成原因及大氣壓力有各方向壓力。

( )4. 大氣壓力是大氣的重量所造成的,所以大氣壓力只有向下壓力,而沒 有向上壓力或側壓力。

分數 內 容

控制組

人數 實驗組 人數

測驗全 體人數

3

1能夠描述大氣壓力具有各方向的壓力 2能夠描述大氣壓力具有向上、向下或側壓力 3能夠描述大氣壓力四面八方都有

15 16 31

2

1僅以答〝有 〞的方式作簡答 2答〝X 〞,並且部分答對 例如:有上壓力;有側壓力

3 5 8

1

1答〝X 〞,但未解釋(1,2,3)*(共 3 人)

2答〝X 〞,但解釋並未正確

例如:大氣壓力是空氣擴散時產生的力量(1,1,2)*(共 2 人)

2 3 5

0

1答〝O 〞

7 5 12

*代表(控制組,實驗組,測驗全體)的答案人數

命題目標:能知道大氣壓力的存在事實。

( )5. 一個放在桌上的空玻璃杯,由於靜止不動,所以不受有大氣壓力的作

用。

(16)

分數 內 容

控制組

人數 實驗組 人數

測驗全 體人數

3

1能夠描述杯子內外接受大氣壓力,且內外大氣壓力平衡所致

4 7 11 2

1能夠描述杯子受有大氣壓力,但未提及內外大氣壓力平衡

15 14 29

1

1答〝X 〞,但未解釋(0,2,2)*(共 2 人)

2答〝X 〞,但解釋並不相關

例如:只有桌子的向上推力;受大氣壓力及浮力作用;若此空玻璃杯 不受大氣壓力,可能就會亂漂,不會靜止不動;有大氣壓力的作用,

只是和桌子的支撐力抵消;不動是因為桌子有支撐力;因為大氣壓力 和桌子支撐力一樣,所以靜止不動;大氣壓力與地球引力達平衡。

5 8 13

0

1答〝O 〞

3 0 3

*代表(控制組,實驗組,測驗全體)的答案人數

命題目標:能由科學史知道大氣壓力的發現事蹟。

( )6. 馬德堡半球實驗室第一次以科學的方法,直接證明大氣壓力的存在和 大小,但流於粗略不夠精確。

分數 內 容

控制組

人數 實驗組 人數

測驗全 體人數

3

1答〝O 〞

24 22 46

2 0 0 0

1 0 0 0

0

1答〝X 〞,但解釋並未正確

例如:並沒有直接證明大氣壓力的大小(3,7,10)*(共 10 人)*

3 7 10

*代表(控制組,實驗組,測驗全體)的答案人數

第 10、11 及 17~ 20 題是以氣體擴散性質與應用為命題中心,欲探討學生對 氣體擴散後為充滿整個空間,且達平衡的先備知識。氣體不會因受地球引力而下 沈及空氣浮力而上浮,因此集中在容器的上半部或下半部。本研究根據學生的回 答情形將其歸類如表 4.11。

表 4.11 前測是非改錯題氣體擴散性質與應用答題人數分布表

命題目標:知道氣體具有擴散性(氣體的本性) ,故不會因受地球引力而下沈。

( )10.將空的玻璃瓶放置一天後,裡面的氣體分子因受地球引力影響,會沈

到瓶底。

(17)

分數 內 容

控制組

人數 實驗組 人數

測驗全 體人數

3

1氣體分子會均勻分布於玻璃瓶

2氣體分子到處運動,不會因地球引力而沈下來

10 12 22 2

1知道不會沈到瓶底,但並沒有描述氣體分子分布於玻璃瓶

2知道不會沈到瓶底,但解釋有點瑕疵(氣體的浮力>地球引力)

6 6 12

1

1答〝X 〞,但並未解釋(1,0,1)*(共 1 人)

2答〝X 〞,但解釋不正確

例如:會浮上來;氣體是沒重量的;不受地球引力;不受氣體分子影 響;只在同一層移動

3 7 10

0

1答〝O 〞

2未作答(0,1,1)*(共 1 人)

8 4 12

*代表(控制組,實驗組,測驗全體)的答案人數

命題目標:知道氣體具有擴散性(氣體的本性) ,故仍會充滿整個容器。

( )11.利用真空罐將裡面的空氣抽掉一半,則裡面的空氣只剩下在罐子的下 半部。

分數 內 容

控制組

人數 實驗組 人數

測驗全 體人數

3

1仍充滿整個瓶子

2仍充滿整個瓶子,且分子間的距離加大

17 20 37 2

1文字描述不夠恰當

例如:分布在四周;不會固定在同一個地方

0 3 3

1

1答〝X 〞,但並未解釋(1,1,2)*(共 2 人)

2答〝X 〞,但解釋不正確

例如:上半部(1,1,2)*(共 2 人);不一定(1,2,3)*(3 人)

3 4 7

0

1答〝O 〞

7 2 9

*代表(控制組,實驗組,測驗全體)的答案人數

命題目標:能知道混合氣體的各成分氣體分子會充滿整個容器。

( )17.空氣的平均組成中(體積百分比) ,氮氣約占 80﹪。若今將 1 公升的空 杯蓋上蓋子,則杯子裡的氮氣之體積約占 4/5 公升。

分數 內 容

控制組

人數 實驗組 人數

測驗全 體人數

3 0 0 0

2 0 0 0

(18)

1

1答〝X 〞,但並未解釋(2,1,3)*(共 3 人)

2答〝X 〞,但解釋不正確

例如:是體積占全體杯子體積的 4/5;不一定;占 0.1﹪;不一定,氣 體也有重量,所以不會占 80﹪;3/5 公升;8/10 公升;占 70﹪

5 5 10

0

1答〝O 〞

22 24 46

*代表(控制組,實驗組,測驗全體)的答案人數

命題目標:能了解氣體的擴散是四面八方的,與氣體分子量的大小無關。

)18.氦氣與二氧化碳放入同一容器內;過一段時間後,則氦氣在上層而二氧 化碳在下層,不會均勻混合。

分數 內 容

控制組

人數 實驗組 人數

測驗全 體人數

3

1能明確說出氣體分子會運動,所以會均勻混合

18 9 27

2 0 0 0

1

1答〝X 〞,但並未解釋(1,0,1)*(共 1 人)

2答〝X 〞,但解釋不正確

例如:二氧化碳在上層,氦氣在下層

2 0 2

0

1答〝O 〞

7 20 27

*代表(控制組,實驗組,測驗全體)的答案人數

命題目標:能了解因為氣體是四面八方的擴散,所以仍會充滿整個容器。

( )19.將 44 公克的乾冰放在 1 L 的容器裡,等過一段時間之後;二氧化碳充 滿整個容器。若今將 22 公克乾冰放在 1 L 的容器裡,等過一段時間之後;

二氧化碳只充滿容器的一半。

分數 內 容

控制組

人數 實驗組 人數

測驗全 體人數

3

1能明確說出二氧化碳氣體充滿整個容器

2二氧化碳氣體充滿整個容器,只是濃度變小

18 20 38 2

1已說出二氧化碳氣體充滿整個容器,但卻提及另一些不適切的答案

例如:濃度不一定;只是距離加大

3 3 6

1

1答〝X 〞,但並未解釋(2,1,3)*(共 3 人)

2 1 3

0

1答〝O 〞

4 5 9

*代表(控制組,實驗組,測驗全體)的答案人數

命題目標:能運用氣體的擴散與氣體分子量的大小無關,而判斷 CO

2

是否能滅 火。

( )20.將一支蠟燭固定在軟木上,而放在含有 100 mL 的稀鹽酸及一些大理石

(19)

碎片的 1 L 大燒杯中。今點燃蠟燭,且軟木浮在液面上;則燭火不可能熄 滅。

分數 內 容

控制組

人數 實驗組 人數

測驗全 體人數

3

1知道〝稀鹽酸 + 大理石 〞能夠產生二氧化碳,且能夠解釋 CO2

會充滿整個容器,故燭火熄滅

0 1 1

2

1知道〝稀鹽酸 + 大理石 〞能夠產生二氧化碳,但未解釋因 CO2

充滿整個容器,故燭火熄滅

14 15 29

1

1答〝X 〞,但並未解釋(0,1,1)*(共 1 人)

2答〝X 〞,但解釋不正確

例如:燭蕊燒完就會熄滅,而且那樣無法製造氧;蠟燭將倒下並熄滅;

蠟燭旁邊的溼氣會讓蠟燭熄滅

0 4 4

0

1答〝O 〞

13 9 22

*代表(控制組,實驗組,測驗全體)的答案人數

第 12~16 題是以國中學生常見氣體的粒子觀點來探討學生對微觀世界下粒 子的了解情形。其中包括氣體分子本身的大小、氣體體積的定義及氣體分子的隨 時在做不規則運動的本性,且溫度愈高運動愈快。本研究根據學生的回答情形將 其歸類如表 4.12。

表 4.12 前測是非改錯題氣體氣體的粒子觀點答題人數分布表 命題目標:能知道氣體分子本身的體積,不隨外在環境而改變。

( )12.當容器體積變為原來的 3 倍,則氣體分子本身的體積也變為原來的 3 倍。

分數 內 容

控制組

人數 實驗組 人數

測驗全 體人數

3

1氣體分子本身的體積,不隨容器體積而變

12 13 25

2

1答〝並不會〞,但並未切確說出體積仍保持不變

2氣體分子本身的體積,不隨容器體積而變,而是因為壓力

3氣體分子本身的體積,不隨容器體積而變,只是量變多變大(1,1,

2)*(共 2 人)

2 4 6

1

1答〝X 〞,但並未解釋(1,0,1)*(共 1 人)

2答〝X 〞,但解釋不正確

例如:不一定,性質不同變化也不同;空氣不會無故增加;不一定變 為原來 3 倍

3 1 4

(20)

0

1答〝O 〞

10 11 21

*代表(控制組,實驗組,測驗全體)的答案人數

命題目標:能知道氣體體積就是其活動範圍。

( )13.氣體的體積為氣體分子本身的體積總和,所以其體積不隨容器的體積 而改變。

分數 內 容

控制組

人數 實驗組 人數

測驗全 體人數

3

1能明確說出氣體的體積就是氣體活動的範圍,就是容器的體積

1 1 2 2

1氣體的體積會隨容器的體積而改變,但並沒有確切說出氣體的體積

就是氣體活動的範圍

11 11 22

1

1答〝X 〞,但並未解釋(1,2,3)*(共 3 人)

2答〝X 〞,但解釋不正確

例如:氣體沒有體積;氣體的體積為氣體分子的數目;隨容器形狀而 改變

3 3 6

0

1答〝O 〞

12 14 26

*代表(控制組,實驗組,測驗全體)的答案人數

命題目標:能知道氣體分子本身的體積,不隨溫度而改變。

( )14.一般物質會熱脹冷縮,所以加熱時氣體分子本身受熱膨脹而變大。

分數 內 容

控制組

人數 實驗組 人數

測驗全 體人數

3

1知道氣體分子本身的體積是不隨加熱而有所變化

2氣體體積膨脹只是氣體分子間的距離變大而已

2 5 7

2

1知道氣體分子本身不會受熱而膨脹,但卻提及其它非〝絕對 〞的結 果。例如:壓力改變

2加熱時只是給氣體分子更多的能量而已

1 1 2

1

1答〝X 〞,但解釋不正確

例如:氣體較不同,它是冷脹熱縮

0 2 2

0

1答〝O 〞

24 21 45

命題目標:能了解氣體的本質,其為不規則的布朗運動,且溫度愈高運動愈快。

( )15.加熱時氣體分子作規則的移動,且移動較快速。

分數 內 容

控制組

人數 實驗組 人數

測驗全 體人數

3

1知道氣體分子加熱時作不規則的移動,且移動較快速

2 6 8

2 0 0 0

(21)

1

1答〝X 〞,但解釋不正確

例如:氣體分子加熱時移動較慢(2,2,4)*(共 4 人);移動不變

(1,0,1)*(共 1 人);作規則運動,且移動較慢(1,0,1)*(1 人)

4 2 6

0

1答〝O 〞

21 21 42

*代表(控制組,實驗組,測驗全體)的答案人數

命題目標:能知道氣體分子無時無刻在運動。

( )16.在有風的時候,空氣中的氣體分子才會運動;沒有風時,氣體分子則 靜止不動。

分數 內 容

控制組

人數 實驗組 人數

測驗全 體人數

3

1能明確說出氣體分子均勻散布,且可自由移動

2無時無刻皆在運動

15 17 32

2

1答〝X 〞,但解釋的語句有所不妥之處

例如:氣體分子不會受風的影響;氣體分子是不會受到限制才移動;

隨時在變動;氣體也會行動;不一定

0 5 5

1

1答〝X 〞,但並未解釋(1,0,1)(共 1 人)

2答〝X 〞,但解釋不正確

例如:濃度不同時,也會運動;氣體分子會因為空氣濃度關係而分散 平均;會有擴散作用;沒風時氣體分子則往上;如敲擊也會

3 3 6

0

1答〝O 〞

9 4 13

*代表(控制組,實驗組,測驗全體)的答案人數

二、後測結果分析

本測驗共分兩大題型,第一大題為選擇題,第二大題為問答題。其命題的 範圍包括國二上學期及國二下學期第八、九章原子與分子、物質的粒子性之理化 學習的部分及本研究「氣體概念」教材內容。

(一)選擇題

選擇題主要是根據前測分析的結果及演示實驗教學所要傳達的概念而設

計,包括物質與能的區分、氣體的擴散、氣體的溫度-壓力-體積的關係、壓力

平衡、氣體的性質與應用、空氣占有空間、密閉容器內的氣體壓力及氣體的粒子

性。實驗組與對照組選擇題答對百分比如下頁圖 4.2;各題答題分析的結果如下

頁表 4.13。

(22)

0.0%

10.0%

20.0%

30.0%

40.0%

50.0%

60.0%

70.0%

90.0%

100.0%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

選擇題題號

控制組 實驗組 全體測驗學生

答 對 百 分 比

80.0%

圖 4.2 後測選擇題答對百分比

表 4.13 後測選擇題答題情形統計表

(實驗組:29 人,控制組:27 人)

命題目標:能區分物質與能量。

1.(a)雷聲(b)銅(c)木材(d)閃電(e)空氣;五者中 c均為物質d均為 能量e(b)(c)(e)是物質,(a)(d)是能量f(b)(c)是能量,(a)(d)(e)

是物質。

答案

人數百分比 1 2 3* 4

實驗組 0﹪ 0﹪ 100﹪ 0﹪

控制組 3.7﹪ 0﹪ 92.6﹪ 3.7﹪

*表示正確答案 從答對人數百分比分析,表示學生對區分物質與能量都有相當正確的概 念。

命題目標:能經由實驗知道擴散的方向是四面八方。

(23)

2. A、B 二廣口瓶,分別盛有氣體 M 與紫紅色氣體 N,設 M、N 不起化學變化,

則最後狀態下列何者正確? cA 瓶仍為無色dA、B 均含M、N二氣體eA 只 含 N,B 含 MfA 只含 M,B 含 N。

答案

人數百分比 1 2* 3 4

實驗組 17.2﹪ 48.3﹪ 6.9﹪ 27.6﹪

控制組 22.2﹪ 37.0﹪ 0﹪ 40.7﹪

*表示正確答案

本題主要是評量學生是否了解擴散現象為充滿整個密閉空間的動態平衡,

分析答題結果發現實驗組約 45﹪學生與控制組約 51﹪學生認為氣體分子只在原 來的空間運動,而沒有互相混合的概念。而實驗組學生答對人數百分比只有 48.3

﹪,表示大部分學生仍存在物質受到地球引力影響的概念加諸於氣體粒子本質的 迷思概念存在,造成答對人數偏低。即代表此次演示實驗關於氣體的擴散現象教 材宜再加強粒子互相混合的現象及概念的說明,俾使學生能夠獲得較正確的概 念。

命題目標:能知道定壓氣體溫度計是應用熱脹冷縮的原理。

3.大雄使用同一氣體溫度計,依下列甲、乙、

丙三圖之裝置進行實驗,來訂定溫標,其所

應用的原理是 c壓力一定時,氣體的體積,隨溫度的上升而變大d溫度一定 時,氣體的體積,隨壓力的下降而變大e體積一定時,氣體的壓力,隨溫度的 上升而變大f氣體受熱時,壓力及溫度都同時增大。

答案

人數百分比 1* 2 3 4

實驗組 51.7﹪ 13.8﹪ 17.2﹪ 17.2﹪

控制組 33.3﹪ 18.5﹪ 25.9﹪ 22.2﹪

*表示正確答案

本題的評量概念是定壓體積溫度計的設計原理,即燒瓶內的氣體壓力等於

外面的大氣壓力,當壓力一定時,氣體的體積,隨溫度的上升而變大。從實驗組

學生答對率約 1/2,其餘答案答題人數約相同,表示答錯的學生可能不知道題目

的情境,或是操縱變因、控制變因與應變變因分不清楚所致(因為溫度或壓力改

變均可能影響氣體體積) 。

(24)

命題目標:能經由實驗中知道氧可以助燃性、二氧化碳不助燃。

4.實驗桌上有空氣、氧、二氧化碳三瓶氣體,均為無色、無臭、無味,分別盛於 A、B、C 三廣口瓶中,若以點燃的線香分別插入,則其燃燒的劇烈程度是 c A

=B=C d A>B>C e B>C>A f B>A>C。

答案

人數百分比 1 2 3 4*

實驗組 0﹪ 6.9﹪ 3.4﹪ 89.7﹪

控制組 0﹪ 0﹪ 11.1﹪ 88.9﹪

*表示正確答案

從答對人數百分比分析答對率約九成,表示學生對此三氣體助燃的性質有 相當正確的概念,約一成的學生無法判斷正確。

命題目標:能經由實驗中知道空氣占有空間。

5.右圖中,漏斗中的水無法在進入瓶中,下列各項理由何者最正 確? c空氣比水推的更有力d空氣比水重e空氣占有空間,有 對外的壓力,阻止漏斗中的水進入f玻璃管太細。

答案

人數百分比 1 2 3* 4

實驗組 3.4﹪ 0﹪ 96.6﹪ 0﹪

控制組 0﹪ 0﹪ 100﹪ 0﹪

*表示正確答案

從答對人數百分比分析,表示學生有空氣占有體積相當正確的概念。

命題目標:能經由實驗中知道定溫下,壓力與體積的關係。

6.如右圖,在裝有適當水量的水槽中,將一空玻璃杯,杯口朝下,

用力壓入槽底,發現杯內水面較杯外低,則使杯內水面降低的 原因與杯內空氣有何關係? c體積變大,壓力變大d體積變 大,壓力變小e體積變小,壓力變大f體積變小,壓力變小。

答案

人數百分比 1 2 3* 4

實驗組 17.2﹪ 10.3﹪ 62.1﹪ 10.3﹪

控制組 18.5﹪ 14.8﹪ 59.3﹪ 3.7﹪

*表示正確答案

從實驗組學生答對率約 62﹪,表示答錯的學生可能無法想像氣體可以被壓

(25)

縮、密閉容器各點壓力相等及靜止液體同一液面壓力相等的相關概念,或是將第 5 題的概念加諸於第 6 題的情境與體積變大(小)時壓力就會隨之變大(小)的 迷思概念存在。

命題目標:能知道體積愈大壓力越小,造成與大氣壓力差愈大所需拉力愈大。

7.如右圖,將一個 50 c.c.的注射筒拉到 30 c.c.刻度線,隨即用橡皮塞塞住開口端,

已知大氣壓力是 76 ㎝-Hg,則將活塞逐漸往外拉至 40 c.c. 刻度線,則所需的拉力大小 c保持不變d逐漸增 加e逐漸變小f不需拉力。

答案

人數百分比 1 2* 3 4

實驗組 17.2﹪ 62.1﹪ 13.8﹪ 6.9﹪

控制組 11.1﹪ 77.8﹪ 11.1﹪ 0﹪

*表示正確答案

本題主要是評量學生能否應用演示實驗中大氣壓力的衍伸概念,從學生的 答題分析得知,控制組學生的答對人數百分比高於實驗組的學生。可能原因是在 控制組講課時有一再強調此題解題概念,而實驗組僅是概念的介紹,造成兩組答 對率控制組較高。

命題目標:知道氫氣的性質。

8.氫氣將成為新能源是由於 c比空氣輕d難溶於水e是無色氣體f資源豐富,燃 燒時熱效率高,無污染。

答案

人數百分比 1 2 3 4*

實驗組 34.5﹪ 0﹪ 6.9﹪ 58.6﹪

控制組 37.0﹪ 3.7﹪ 3.7﹪ 55.6﹪

*表示正確答案

從實驗組與控制組答對的比例來分析,約六成的學生答對此題。探討學生 答錯的原因可能是學生從教科書或其先備知識及實驗的經驗都覺得氫一旦受熱 即會產生爆炸的危險,不可能為4的答案,再者課本對氫氣的另一個重要概念是 比空氣輕,所以才將近四成的學生選擇1的答案。

命題目標:能知道物理變化的粒子觀點。

(26)

9.氮氣變為液態氮主要是因為 c分子間隔發生變化d分子運動發生變化e分子 本身大小發生變化f分子本身發生變化。

答案

人數百分比 1* 2 3 4

實驗組 72.4﹪ 17.2﹪ 3.4﹪ 6.9﹪

控制組 70.4﹪ 11.1﹪ 7.4﹪ 11.1﹪

*表示正確答案

從學生的答題結果分析,雖然本題是教課書內的觀念仍有約三成的學生無 法從粒子的觀點去建構物質三態改變的正確概念。甚至約有一成的學生不知分子 本身發生變化就是產生化學變化。其可能的原因是演示實驗呈現巨觀現象,投影 片及老師的講解都是較為抽象且靜態的描述,造成部分學生無法修正其迷思概 念。

命題目標:能知道氣體體積、溫度與壓力的關係。

10.為了減少定量氣體的壓力,最好是? c擴大氣體的體積且升高溫度d減少氣 體的體積且升高溫度e減少氣體的體積且降低溫度f擴大氣體的體積且降低溫 度。

答案

人數百分比 1 2 3 4*

實驗組 20.7﹪ 24.1﹪ 41.4﹪ 13.8﹪

控制組 14.8﹪ 7.4﹪ 40.7﹪ 37.0﹪

*表示正確答案

從學生的答題分析,實驗組學生答對率僅 13.8﹪且低於控制組學生答對率 的 37﹪。其可能的原因是從演示實驗教學中讓學生知道溫度及體積都會影響氣 體壓力,但並未強調什麼條件下適用該情形,以致造成學生更多的混淆。再者,

大部分學生的舊經驗中存有壓力變大,氣體體積就會變大的迷思概念,所以才會 反向思考,要壓力減少所以氣體的體積要減少。

命題目標:能知道氣體體積、分子數目、溫度與壓力的關係。

11.下列何種情形下,氣體的體積一定增加? c定量下增大壓力,且降低溫度d

定壓下,降低溫度,且減少氣體的數量e定溫下,降彽壓力,且減少氣體的數

量f降低溫度,且加大壓力及減少氣體的數量。

(27)

答案

人數百分比 1 2 3* 4

實驗組 20.7﹪ 3.4﹪ 62.1﹪ 13.8﹪

控制組 11.1﹪ 22.2﹪ 51.9﹪ 14.8﹪

*表示正確答案

從學生的答題分析,實驗組與控制組學生答對率分別約 62﹪及 52﹪,表示 仍有四成至五成的學生答錯,其可能的原因是學生無法在短時間內將理想氣體定 律正確概念建立,以致什麼條件下可以成立毫無所知,甚至與第 10 題結果相似 約二成實驗組學生仍有壓力變大,體積就會變大的迷思概念存在。

命題目標:知道科學家的研究事蹟。

12.早期用實驗證明〝空氣由氧氣與氮氣組成〞的科學家是 c拉瓦錫(節)d普 利斯特里e舍勒f亞佛加厥。

答案

人數百分比 1* 2 3 4

實驗組 65.5﹪ 24.1﹪ 3.4﹪ 6.9﹪

控制組 66.7﹪ 14.8﹪ 11.1﹪ 7.4﹪

*表示正確答案

從學生的答題結果分析,實驗組與控制組學生答對率約 66﹪,表示學生在 聽科學史的介紹,約三成學生不會將重要發現的科學家銘記於心。

命題目標:能知道大氣壓力隨高度增加而遞減。

13.氫氣球升到適當的高空即爆破,主要是因為 c高空氣壓高d高空氣壓低e高 空溫度高f高空溫度低。

答案

人數百分比 1 2* 3 4

實驗組 20.7﹪ 72.4﹪ 6.9﹪ 0﹪

控制組 40.7﹪ 55.6﹪ 0﹪ 3.7﹪

*表示正確答案

從學生的答題分析,實驗組與控制組分別有二成及四成的學生認為高空氣壓 高的迷思概念在。

命題目標:能知道密閉容器內各點氣體壓力均等。

(28)

14.右圖的氣球上有 A、B、C 三點,若不考慮空氣的重量,你認為氣球之壓力何 者最大? cAdBeCf因此氣球為密閉容器,所以 A、B、C 三點壓力相等。

答案

人數百分比 1 2 3 4*

實驗組 10.3﹪ 0﹪ 17.2﹪ 72.4﹪

控制組 11.1﹪ 7.4﹪ 11.1﹪ 70.4﹪

*表示正確答案

從學生的答題分析,實驗組與控制組約七成的學生答對,而約有一成學生 認為氣球最頂端壓力最大;另外實驗組與控制組分別約 17﹪及 11﹪學生認為愈 底部壓力愈大,其可能的原因是將液體壓力或大氣壓力的性質誤用於此,因而有 愈下層壓力愈大的迷思概念存在。

命題目標:能知道空氣分子彼此之間是「真空」 。

15.右圖表示錐形瓶中空氣的放大圖形(黑點表示空氣分子) ,

則你認為在黑點之間的是什麼? c空氣d污染物e灰塵f氧氣g空無一物。

答案

人數百分比 1 2 3 4 5*

實驗組 20.7﹪ 0﹪ 13.8﹪ 10.3﹪ 55.2﹪

控制組 29.6﹪ 0﹪ 22.2﹪ 3.7﹪ 44.4﹪

*表示正確答案

從學生的答題分析,實驗組與控制組分別約 55﹪及 44﹪的學生答對,約有 二成至三成的學生仍認為空氣粒子間仍存在有空氣的迷失概念,表示這些學生仍 將巨觀空氣充滿整個空間的概念加諸於微觀粒子不連續性的概念上。甚至有一成 至二成的學生認為是污染物或灰塵,表示以直觀眼睛看到的影像來作答。

命題目標:能知道氣體體積、溫度與壓力的關係。

16.已知有一個密封性及彈性良好,內裝一定量的氣體的氣球下列那一種情形氣 球將會比原先大?c壓力和溫度都增加d壓力減少,溫度增加e壓力和溫度都 減少f壓力增加,溫度減少。

答案

人數百分比 1 2* 3 4

實驗組 10.3﹪ 69.0﹪ 6.9﹪ 13.8﹪

控制組 18.5﹪ 63.0﹪ 0﹪ 18.5﹪

*表示正確答案

(29)

從學生答對的人數百分比,實驗組與控制組分別有 69﹪及 63﹪學生答對,

表示仍約有三成的學生認為壓力增加體積就會增加的迷思概念。

命題目標:知道氣體的特性。

17.有關氣體的特性,下列敘述何者正確? c氣體粒子本身大小比彼此之間的距 離要大d氣體粒子很少運動e氣體的密度通常很小f氣體是不可壓縮的。

答案

人數百分比 1 2 3* 4

實驗組 31.0﹪ 0﹪ 55.2﹪ 13.8﹪

控制組 51.9﹪ 0﹪ 37.0﹪ 11.1﹪

*表示正確答案

學生答1的比例偏高,實驗組與控制組分別有 31﹪及 52﹪,分析其原因可 能是教科書中氣體示意圖或練習題中常常會出現粒子大小很大而距離很小的圖 出來,以製造成學生有如此的迷思概念。再者答4的學生,可能受到氣體占有體 積的影響,才會認為氣體是不可壓縮的。

命題目標:能知道氣體溫度與壓力的關係,以及當有 壓力差時,氣體由高壓推向低壓。

18.右圖中二個容量相同,內裝空氣的玻璃泡,中間以

細玻璃管相通,管內置一有色水柱。現在將右玻璃泡塗黑,並將整個裝置放在 太陽下曝曬,管內的有色水柱將如何移動? c向左d向右e不動f先向左,後 向右。

答案

人數百分比 1* 2 3 4

實驗組 62.1﹪ 31.0﹪ 3.4﹪ 3.4﹪

控制組 63.0﹪ 18.5﹪ 7.4﹪ 11.1﹪

*表示正確答案

從學生的答題分析,實驗組與控制組的學生答對率約六成,其最可能的原 因是兩個玻璃泡均受熱,皆有可能受熱膨脹或是壓力增加,若是如此就有許多可 能性結果。學生無法去分析當壓力增加不同時(即有壓力差) , 一定從壓力大往 壓力小的地方推。

命題目標:知道氣體總是充滿整個空間。

(30)

19.假設在溫度為 350K,有一氣體裝在一密閉的容器內,如圖(a)所示,若溫 度從 350K 降至 150K(溫度降為原來 3/7 倍) ,則(b)—(d)何者才是正確的 圖示? c b d c e d f b, c, d。

答案

人數百分比 1 2* 3 4

實驗組 34.5﹪ 20.7﹪ 41.4﹪ 3.4﹪

控制組 14.8﹪ 25.9﹪ 44.4﹪ 14.8﹪

*表示正確答案

從學生答對的比例偏低,且選擇 b 或 d 答案的學生高達七成。表示學生仍 把巨觀現象與微觀的粒子性混淆。表示短時間的教學,無法完全修正學生的迷思 概念,學生仍保有即使定容條件下,氣體粒子間的距離仍受溫度影響的物質熱脹 冷縮思考模式。

命題目標:知道不同氣體分子能相混合而充滿整個空間。

20. 假設在溫度為 300K,某一容器內混有氦(原子 量:He=4)及氙(原子量:Xe=131)兩單原子 氣體,則下列何者是此二氣體混合最好的表示法

( 藍色=He;綠色=Xe )? c a d b e c f a, b, c。

答案

人數百分比 1 2 3* 4

實驗組 13.8﹪ 0﹪ 72.4﹪ 13.8﹪

控制組 14.8﹪ 7.4﹪ 49.3﹪ 18.5﹪

*表示正確答案

從學生的答題分析,實驗組答對的比例 72﹪高於控制組答對的 49.3﹪。但 仍約有一成五的學生仍保有固態或液態物質密度大的在下層的觀念用於氣體身 上,無法想像氣體粒子本質就是不斷的在運動,最後會均勻混合。

綜合圖 4.2 及表 4.13 的後測選擇題統計圖表及分析,第 1 題、第 4 題及第 5

題實驗組與控制組的學生約有 9/10 答對,表示對物質與能的區分、氣體的檢驗

(31)

及空氣占有空間的概念的判定都有相當正確的概念。

第 6 題~第 9 題、第 12 題~第 14 題、第 16 題及第 18 題實驗組與控制組的 學生約有 3/5~4/5 答對。表示學生對密閉容器壓力與體積的關係、壓力與壓力差、

氫氣的性質、物質三態改變的粒子觀點、大氣壓力隨高度而改變及密閉容器內各 點氣體壓力相等有較多的迷思概念。

第 2 題、第 3 題、第 10 題、第 11 題、第 15 題、第 17 題、第 19 題及第 20 題實驗組與對照組的學生答對比例偏低。表示學生對擴散現象的動態平衡(即粒 子運動方向是四面八方)、氣體溫度-壓力-體積關係、氣體粒子之間是〝空無 一物〞、氣體的性質、定體積下氣體粒子之間的距離不會因溫度改變而改變及不 同重量的氣體粒子混合後,彼此仍充滿整個密閉容器存有相當多的迷思概念。

(二)問答題

問答題主要是根據前測結果及教學過程中所要傳達的概念的實際理解情形 而設計,包括溫度與氣體壓力及壓力與體積的巨觀現象與微觀的粒子性、理想氣 體定律的運用與大氣壓力與壓力差、空氣組成的微觀世界、溫度不影響氣體分子 大小及理想氣體定律。欲探討學生(1)是否了解巨觀現象及微觀的粒子性、 (2)

能否將化學概念與化學現象相連結,發展出統整的概念架構。本研究根據學生的 回答情形將其歸類如表 4.14。

表 4.14 後測問答題答題人數分布表

命題目標:能運用情境解釋溫度對氣體壓力的影響,並描述氣體分子的粒子性。

1.營火冒險:

費爾和寶拉組隊參加一次竹筏冒險。費爾正點燃生起一堆營火來從事炊事的 工作。他很有條理地檢查,並沒有發生叢林大火的危險性,但是他仍忽略了將一 罐噴霧殺蟲劑放在非常靠近火源處。突然間,他看見寶拉衝過來拿開它。

A. 如果寶拉沒有拿開噴霧殺蟲劑,將可能發生什麼事?

B. 描述一下當噴霧器罐加熱時,其內的氣體可能會發生什麼事?

第 1 題 A 部分

得分人數

得分 答 題 內 容

控制組 實驗組 全體

2

1可能會爆炸

27 28 55

0

1未作答

0 1 1

數據

表 4.1  實驗組與控制組「前測成績」之 T  考驗  分類  實驗組(35 人)  控制組(32 人)  T 值  P 值  有效樣本:29 人  有效樣本:27 人  平均成績:55.34  平均成績:52.26 全體學生  標  準  差:8.81  標  準  差:11.62  -1.12 0.27  有效樣本:15 人  有效樣本:14 人  平均成績:62.07  平均成績:61.29 高分群組  標  準  差:4.95  標  準  差:8.38  -0.38 0.76  有效樣本:14

表 4.1

實驗組與控制組「前測成績」之 T 考驗 分類 實驗組(35 人) 控制組(32 人) T 值 P 值 有效樣本:29 人 有效樣本:27 人 平均成績:55.34 平均成績:52.26 全體學生 標 準 差:8.81 標 準 差:11.62 -1.12 0.27 有效樣本:15 人 有效樣本:14 人 平均成績:62.07 平均成績:61.29 高分群組 標 準 差:4.95 標 準 差:8.38 -0.38 0.76 有效樣本:14 p.2
表 4.3  低分群組之後測共變數分析  變異來源  平方和  自由度  平均平方和  F 值  P 值  組間  1191.779 1 1191.779  5.099  0.033*  組內  5843.407 25 233.736 低分群組  總和  7035.185 26   註:*表示有顯著差異(P<0.05)  四、實驗組與控制組在後測選擇題與問答題的得分情況  後測中的選擇題之主要內容為探究學生有關氣體化學相關概念,其中包括 氣體的粒子性、氣體在生活科技的應用、氣體溫度-壓力-體積之間的關係、氣

表 4.3

低分群組之後測共變數分析 變異來源 平方和 自由度 平均平方和 F 值 P 值 組間 1191.779 1 1191.779 5.099 0.033* 組內 5843.407 25 233.736 低分群組 總和 7035.185 26 註:*表示有顯著差異(P<0.05) 四、實驗組與控制組在後測選擇題與問答題的得分情況 後測中的選擇題之主要內容為探究學生有關氣體化學相關概念,其中包括 氣體的粒子性、氣體在生活科技的應用、氣體溫度-壓力-體積之間的關係、氣 p.3
表 4.10  前測是非改錯題大氣壓力與壓力平衡答題人數分布表  命題目標:能知道高度及氣候是改變大氣壓力的因素能知道。  (    )3.  大氣壓力會隨高度及氣候而改變。  分數  內                                        容  控制組 人數  實驗組人數  測驗全體人數 3  1答〝O  〞  23 25 48 2  0 0 0  1  0 0 0  0  1答〝X  〞,並解釋錯誤  例如:不受氣候影響(2,2,4)*(共 4 人) ;不隨高度而改變(1,1,

表 4.10

前測是非改錯題大氣壓力與壓力平衡答題人數分布表 命題目標:能知道高度及氣候是改變大氣壓力的因素能知道。 ( )3. 大氣壓力會隨高度及氣候而改變。 分數 內 容 控制組 人數 實驗組人數 測驗全體人數 3 1答〝O 〞 23 25 48 2 0 0 0 1 0 0 0 0 1答〝X 〞,並解釋錯誤 例如:不受氣候影響(2,2,4)*(共 4 人) ;不隨高度而改變(1,1, p.15

參考文獻