第一節教學概念表徵分析

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第肆章研究結果與討論

本章研究結果共分為四節，第一節為教師概念表徵的分析。第二節為教學後學生對於物質概念學習的探討。第三節為學生在教學後對於過程概念學習的探討。第四節為深入分析學生內在概念結構的轉變。

第一節教學概念表徵分析

本研究教師的教學內容總共分為兩大單元—「化學反應」和「化學平衡和反應速率」。在教學前，研究者先與教師針對課程內容與範圍進行討論，首先確認欲呈現的教學內容與概念間的連結方式和呈現順序。然後，請教師預測哪些概念是不容易被學生理解？哪些概念在教學上的表達有困難度？研究者將這些概念列為教室觀察的重點分析概念。

從表 4-1-1 發現教師自認為學生學習困難的概念，絕大多數都是過程概念，其中只有「莫耳」、「原子量」和「分子量」三個是物質概念。教學者認為莫耳雖然只是科學單位，因為不是學生日常生活習慣使用的數量單位且 1 莫耳所代表的數字十分龐大，常常造成學生的學習困難；原子量雖然代表原子的質量，卻沒有單位，原子是學生肉眼看不到的東西，本來就很陌生，而原子量的訂立又牽涉到原子間的比較值，所以常常造成學生認知上的困惑。

表 4-1-1 教師自認學生困難學習的概念

概念屬性

原子量 M 分子量 M 莫耳 M 質量守恆定律 P

化學反應方程式—係數平衡 P

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化學反應方程式—運算 P

莫耳運算 P 碰撞學說 P 影響反應速率因素—表面積 P

影響反應速率因素—催化劑 P

可逆反應 P 化學平衡 P 影響化學平衡因素—溫度 P

影響化學平衡因素—壓力 P 總計：15 物質概念：3 過程概念：11

註：物質概念以 M 表示；過程概念以 P 表示

在教學中，研究者以「教學概念表徵觀察表」與課堂錄音進行教師概念表徵資料的收集。資料收集後，對於教師所呈現的科學概念以本體論的觀點進行屬性編碼，此外，對於教師在教學所呈現的內容描述則依照「教學概念表徵分析代碼表」對不同的表徵進行類別編碼。

教學概念生態的分析從二方面來探討：

（1）當教師在進行物質概念教學時所呈現的概念生態特徵為何。

（2）當教師在進行過程概念教學時所呈現的概念生態特徵為何。

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一、教師進行物質概念教學時所呈現的教學表徵

研究者在教學前和專業教師先將教學單元的的概念，按照本體論的屬性分成物質、過程兩類，分類表格中呈現的概念順序是依照教師進行教學的順序，如表 4-1-2 和 4-1-3 所示。發現本研究教學單元的概念中，隸屬於物質概念並不多，

僅有第一個單元「化學反應」中有 9 個，其餘的均屬於過程概念，這與研究者所選擇的單元有關。

表 4-1-2 「化學反應」概念屬性分類表

教學單元一化學反應概念屬性

元素 M 元素符號 M 化合物 M 化學式—分子式 M

原子量 M 分子量 M 莫耳 M 化學反應方程式—表示法 M

化學反應方程式—限量試劑 M

化學反應 P 吸熱反應 P 放熱反應 P 化學反應現象 P 質量守恆定律 P 原子不滅定律 P 化學反應方程式—係數平衡 P

化學反應方程式—運算 P

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亞佛加厥假說 P 莫耳運算 P 總計： 19 物質概念： 9 過程概念：10

註：物質概念以 M 表示；過程概念以 P 表示

表 4-1-3 「反應速率和化學平衡」概念屬性分類表

教學單元二反應速率與化學平衡概念屬性

反應速率 P 碰撞學說 P 影響反應速率因素—物質本質 P

影響反應速率因素—表面積 P 影響反應速率因素—濃度 P 影響反應速率因素—溫度 P 影響反應速率因素—催化劑 P

可逆反應 P 化學平衡 P 影響化學平衡因素—濃度 P

影響化學平衡因素—溫度 P 影響化學平衡因素—壓力 P

總計： 11 物質概念： 0 過程概念：12 註：物質概念以 M 表示；過程概念以 P 表示

教師在進行物質概念教學時，所使用的表徵種類有 10 種，分別為：科學邏

輯陳述（G）、先備知識（K）、科學符號（H）、正例（O）、圖形（F）、反例（X）、

類比（A）、另有架構（T）、解決問題-學科化(Qa)、解決問題-生活化(Qb)。上面

前八種概念表徵在本研究中定義為「靜態表徵」，後兩種概念表徵則定義為「動

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態表徵」。其中前面八種靜態表徵在本研究中又分為靜態表徵（A）、（B）、（C）三組，所謂靜態表徵（A）是指一般教學中常見的靜態表徵，而靜態表徵(B)組為近年科學教育研究中提出對於教學有幫助的教學靜態表徵，其他不屬於 A、B 組的靜態表徵則歸類於 C 組。

表 4-1-4 是此位教師進行物質概念教學時所使用的表徵種類與使用次數統計。研究者發現教師在單一概念的教學上習慣使用 4~5 種表徵去呈現概念知識，

尤其是「原子量」和「分子量」這兩個概念高達七種表徵，而這兩個概念也是教師在教學前自評為學生較難理解的物質概念之一，這顯示出教師在面對自己認知中學生學習困難的概念會以多元化的方式呈現概念的內容，強化學生概念的學習。

另外，教師自評為學生難以理解的物質概念—「莫耳」，雖然使用了五種表徵比「原子量」和「分子量」少，但是這五個表徵中使用了三個「動態表徵」，

即是解決問題（生活化）表徵中重複給予學生三個不同問題情境，希望藉由情意的面向協助學生認知歷程的運作，提高學生對於「莫耳」概念的接受度與應用能力。而問題表徵不單是引發學生進行概念學習的動機、興趣，每一個問題也會產生一連串的概念運作機制，複雜的程度和效果非圖形、例子等其他靜態表徵所能及。

表 4-1-4 物質概念所使用的表徵種類與使用次數統計表徵類型

概念 A- G

A- K

A- H

B- F

B- O

B- X

B- A

C-

T Qa Qb ^總

﹡

數種

﹡

類

元素 2 1 4 7 3

化合物 3 3 3 9 3

元素符號 1 1 1 4 1 8 5

化學式-分子式 3 1 1 3 1 9 5

方程式表示法 5 1 1 2 1 10 5

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限量試劑 1 1 2 2 原子量 3 1 1 3 1 1 1 11 7 分子量 4 1 1 1 1 1 2 11 7 莫耳 3 1 1 1 3 10 5 表徵類別總和 25 5 6 5 20 2 5 1 3 4

1.總數

^﹡

代表單一概念教學使用表徵的數目 2.種類

^﹡

代表單一概念教學使用表徵的種類

3.「灰底」為教學者自認學生困難學習的概念

4. 表徵代號為斜體字者為「動態表徵」；其他為靜態表徵 A、B、C 三組

從上表我們發現教師在教學時以科學邏輯陳述最多，這個結果不難預見，因為一般理化科的講述式教學本來就是以科學邏輯陳述為基礎，因此在本研究中我們著重於探討教師所使用的其他非科學邏輯陳述的概念表徵。我們發現除了科學邏輯陳述外，在物質概念上，此位教師最常使用的是「正例」，而且數量頗高約有 20 次，平均單一概念教學中會有 2-3 次的正例出現，這顯示教師習慣讓學生從舉例上瞭解科學概念。

另外，先備知識、科學符號、圖形和類比，這四種表徵教師也都使用 5 次以上。解決問題表徵在分類上雖然細分為學科化和生活化兩類，但單從解決問題表徵來看，兩類相加就有 7 次的使用次數，其中有六次都是出現在教師自評為學生困難學習的概念教學中，充分顯示教師在面對學生困難學習的概念教學上傾向使用動態表徵，因為動態表徵除了呈現知識外，還可以幫助學生進行知識的主動建構。

在此將教師進行物質概念教學時所有的表徵種類，進一步經由表徵呈現的性

質分為動態表徵和靜態表徵 A、B、C 三組統計後製成圖 4-1-1。

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圖 4-1-1 物質概念表徵類別的使用次數

從圖 4-1-1 中發現教師進行物質概念教學使用靜態表徵 A 組最多有 36 次，

然後是靜態表徵 B 組 32 次，這顯示教師教學並非一般常態教學只使用 A 組表徵，

他在 B 組的表徵使用數量也很高，此外還有一般教學中很少見到的「動態表徵」

七次。在科學教育研究上，通常 B 組表徵和「動態表徵」是屬於能有效幫助學生學習的表徵類型，研究者將兩者相加，發現此教師在物質概念的教學中呈現有效表徵（動態表徵＋靜態表徵 B 組）的數量是大於靜態表徵 A 組。顯示此位教師的教學應該是屬於有效教學，至於學生學習成果是否正如我們預期將於下一節中討論之。

至於靜態表徵 C 組只有「另有架構」一種表徵。所謂「另有架構」通常是指非正確的科學概念，是一種個人形成與科學不同的認知結構，有時另有架構還是造成學生錯誤學習的原因，因此特別分類於 C 組。然而，這位教師在進行原子量的教學時，卻使用了一個另有概念。這是教師自己產生的另有概念，並非科學上的概念理論，在此將另有概念的內容摘錄如下：

0 10 20 30 40

動態表徵靜態表徵A組靜態表徵B組靜態表徵C組

表徵類別使

用次數

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各位同學，原子量是沒有單位的喔！為什麼呢？因為 1 個原子太小了，我們眼睛看不見，

也感覺不到，所以一個原子的質量對我們來說沒有意義，因此沒有單位。但是一堆（莫耳）

原子在一起我們就可以看見，也感覺的到它的存在所以給它一個單位公克。

國際標準 1 個 C＝12 (無單位) 科學家訂立 1 莫耳 C＝12 公克

這個另有架構並非科學家解釋原子量沒有單位的說法，所以並不屬於科學邏輯，學生在接受了這樣的另有架構後，反應如何？在原子量、分子量的概念學習上產生了哪些影響？這些將於第二節中詳細探究。

本研究的物質概念有 9 個，在不考慮每一表徵類別被選用後的使用次數下，

只以單一概念中出現表徵類別的種類作統計，計算出每一種表徵被教師在 9 個物質概念的教學中出現了幾個，再除以 9 就可以得到每一種表徵的選用率。整理出來如下圖 4-1-2

某一表徵所出現的概念個數

選用率＝ ×100 ﹪ 全部物質概念個數

0%

20%

40%

60%

80%

100%

概念表徵種類教

師選用的機率

︵

百分比

﹪︶

科學邏輯陳述先備知識正例反例類比圖形科學符號另有概念

解決問題（學科）

解決問題（生活）

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圖 4-1-2 物質概念表徵類別的選用率

我們發現除了科學邏輯陳述的選用率是百分之百外，排名第二的是正例選用率接近 80﹪。類比、先備知識和科學符號的使用也超過 50﹪，從這三個表徵的選用率發現教師非常重視學生先備知識與新概念間的連結（概念網）。若從表徵分類上看，在靜態表徵 A 組中最常被教師選用的是科學邏輯陳述，接下來是先備知識和科學符號；而靜態表徵 B 組中最常使用的是正例，然後是類比。

從「選用率」可以看出教師呈現每種概念的多樣化，在自然界的的生態系中生物的多樣性造成生態平衡不易破壞，而在概念的生態系中概念的多樣性則可以讓概念容易讓學生所接受，提高概念在學生概念生態系中的概念地位。

二、教師進行過程概念教學時所呈現的教學表徵

教師在進行過程概念教學時所使用的概念表徵總共有 14 種，與物質概念教學所使用的 10 種多了 4 種，而這 4 種分別是科學史（S）、示範實驗(E)、角色扮演(P)、生活化舉例(D)，這顯示教師在面對過程概念教學時所使用的表徵種類比物質概念多，尤其是面對教師自認學生將難以學習的概念，教師習慣用認知＋情意的表徵如科學史（S）、示範實驗(E)、角色扮演(P)、生活化舉例(D)，試圖提高學生學習的動機。

研究者將教師進行過程概念教學所使用各種表徵的次數統計如下表 4-1-5。

發現在進行過程概念教學時，所使用的表徵種類和數量都明顯增加，除了動態表徵「角色扮演」的加入外，「示範實驗」也在這一部份教學佔有很高的比例（使用 17 次）。此外使用的科學邏輯陳述明顯增加，顯示教師在使用多樣化表徵的同時，也對單一概念意義陳述次數增加。靜態表徵 B 組中的正例、類比、圖形以及動態表徵中的解決問題、示範實驗的使用次數都有 10 以上。

此外，教學者在進行「自認為學生困難學習的概念」教學上，傾向使用多樣

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化表徵，每一個概念使用的表徵均超過 5 種。此外，教師在這些概念的教學上，

使用科學邏輯陳述的總數也遠比其他過程概念多。除了科學邏輯陳述外，教師最常使用的表徵為解決問題-學科化情境（18）、正例(12)、科學符號(12)、類比(8) 和先備知識(7)。這顯示教師在面對困難的過程概念上習慣給予學生「學科化情境問題」，從解決問題中進行概念學習與運用；而正例、類比則是強化學生對於概念的理解；先備知識是加強概念連結；科學符號是要讓學生熟悉科學社群語言。

教師雖然只使用了四次角色扮演，但都使用在「自評學生困難學習的概念」

教學上，顯示教師認為角色扮演可以提高學生學習困難過程概念的學習動機，幫助學生概念上的理解。此四次分別使用如下所示：

1.質量守恆定律：反應前後原子數目和種類不變，原子重新排列組合產生新物質。

☆活動：利用男女學生角色扮演原子以不同的排列組合分組。

2.方程式係數平衡：2H

²

+ O

²

→ 2H

²

O

☆活動：請男學生扮演 H 原子；女學生扮演 O 原子

3.化學計量—限量試劑。舉例：2H

²

+ O

²

→ 2H

²

O

(1)今天有 6 個氫氣和 3 個氧氣反應會產生多少個水分子？

(2)今天有 2 個氫氣和 2 個氧氣反應會產生多少個水分子？

☆活動：請男學生扮演 H 原子；女學生扮演 O 原子，並針對教師問題進行排列組合。

4.化學平衡：正反應速率＝逆反應速率

☆活動：4 個同學到教室外面扮演生成物，八個同學留在裡面扮演反應物，每

秒鐘都請教室內的一位同學跑到教室外同時請教室外的一位同學跑

到教室內，直到老師說停。

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研究者在教室觀察，發現教師在帶這四個角色扮演的活動時，班上同學覺得很有趣，聽課興致很高，活動進行中學生還要求教師給予新的指令動作，讓他們能輪流上台表演。研究者特別觀察低成就組的學生，發現低成就組的學生先是在位置上觀看其他同學表演，在活動進行兩輪後開始表現出也想上台的意願。顯示低成就組的學生從前兩輪的活動中學習到教師要他們學習的「遊戲規則」，而所謂的「遊戲規則」就是教師依照科學概念的內涵所訂立。因此，可以判斷低成就組學生的學生也學到了教學概念。至於在這四個科學概念後測的成績表現如何，

則在第三節討論。

除了角色扮演外，教師在自認學生困難學習過程概念的教學中還呈現了一些特殊的表徵模式，研究者將這些表徵列舉如下：

（一）圖形

莫耳運算：莫耳、質量個數間的三角關係。

莫耳

×6×10

²³

÷分子量

÷6×10²³

×分子量

分子數（此路不通）質量

（二）

類比 1. 碰撞學說

反應物要產生有效碰撞兩大條件（就好比男生追女生）：

甲、足夠的能量（有錢）

乙、適當的方位（喜好）

2. 催化劑

（1）對於原本就無法進行的反應，加入催化劑無法使其反應。例如：好的運動

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鞋可以讓短跑選手速度加快，但是如果有一選手腿斷了，給他再好的球鞋都沒有用了。催化劑就好比球鞋

（2）從粒子的觀點來說，催化劑的存在改變了反應的途徑和能量。好比：原本要翻越山到另一邊和直接從山腰開隧道到另一邊，後者路途短而且耗費的能量低，抵達的速率當然快。

表 4-1-5 過程概念教學時所使用的概念表徵統計表

概念表徵 A- G

A- K

A- H

B- O

B- F

B- X

B- A

B- S

B-

D

Qa Qb E P

總數種類

化學反應

3 9 1 13 3

吸熱反應

5 1 2 1 9 4

放熱反應

3 2 1 6 3

化學反應現象

2 5 7 2

原子不滅定律

2 1 3 2

亞佛加厥假說

3 1 1 1 6 4

反應速率

4 1 1 6 3

影響 R 物質

本質

2 1 3 2

影響 R 濃度

4 2 1 1 2 2 12 6

影響 R 溫度

1 3 4 2

影響 Ea 濃度

3 1 1 1 6 4

總計

32 2 5 6 2 0 4 1 9 0 5 9 0

質量守恆定律

5 1 2 2 1 11 5

方程式係數平

衡

³ ¹ ¹ ³ ¹ ⁸ ¹ ¹⁸ ⁷

方程式運算

4 2 2 1 4 1 14 6

莫耳運算

4 1 1 2 1 1 4 14 7

(13)

碰撞學說

5 1 1 1 1 9 5

影響 R 表面積

3 1 1 4 3 2 14 6

影響 R 催化劑

3 1 1 2 1 3 3 14 7

可逆反應

4 1 1 2 1 1 3 2 15 8

化學平衡

6 1 2 3 2 2 4 2 1 23 9

影響 Ea 溫度

3 1 1 1 1 7 5

影響 Ea 壓力

3 1 1 1 1 7 5

總計

43 10 13 14 10 8 7 0 0 26 4 8 4

表徵類別總和

75 11 18 20 12 8 11 1 9 26 9 17 4 221

1.總數

^﹡

代表單一概念教學使用表徵的數目

2.種類

^﹡

代表單一概念教學使用表徵的種類 3.「灰底」為教學者自認學生困難學習的概念

4. 表徵代號為斜體字者為「動態表徵」；其他為靜態表徵 A、B 組

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

科學邏輯陳述先備知識科學符號正例反例類比圖形科學史生活化舉例解決問題︵學科︶解決問題︵生活︶示範實驗角色扮演

表徵種類使

用次數

過程概念Ⅰ 過程概念Ⅱ

圖 4-1-3 過程概念部分：教師對於自評學生困難學習與非自評學生困難學習概念所使用表徵次數之比較

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

科學邏輯陳述先備知識科學符號正例反例類比圖形科學史生活化舉例解決問題︵學科︶解決問題︵生活︶示範實驗角色扮演

表徵種類使

用次數

過程概念Ⅰ 過程概念Ⅱ

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研究者將所有過程概念分成兩部分：「概念Ⅰ」是指教師自評學生接受度高學習的過程概念；「概念Ⅱ」是指教師自評學生困難學習的過程概念。將這兩部分的概念都各自有 11 個，恰巧各為過程概念的一半。接下來統計教師進行兩部分過程概念教學時分別使用表徵的種類和次數比較如圖 4-1-3。發現除了「生活化舉例」外，教師在進行「概念Ⅱ」教學時所使用的其他表徵的次數都明顯比「概念Ⅰ」多。

在此將教師進行物質概念教學時所有的表徵種類，進一步經由表徵呈現的性質分為動態表徵和靜態表徵 A、B 兩組統計後製成圖 4-1-4。從圖中可以看出當教師在進行過程概念教學時，雖然「靜態表徵 A 組」還是所使用的次數還是最高，

而「靜態表徵 B 組」和「動態表徵」使用次數也都有 50 次以上，對進行教學的 22 個過程概念而言，平均每一個概念就有使用兩個靜態表徵 B 組和動態表徵。

顯示教師教學表徵的多元化，而且教師在教導學生學習過程概念時，除了一般常態教學表徵的使用外，還會搭配其他科學教育研究上提到可以增進學生學習效果的表徵進行概念教學。

圖 4-1-4 物質概念表徵類別的使用次數 0

5 10 15 20 25 30

高成就中成就低成就組別

物

質

概

念

得

分

(15)

本研究的過程概念有 22 個，在不考慮每一表徵類別被選用後的使用次數下，

只以單一概念中出現表徵類別的種類作統計，計算出每一種表徵在 22 個概念中分別出現了幾個，再除以 22 就可以得到每一種表徵的選用率。整理如下圖 4-1-5。

某一表徵所出現的概念個數

選用率＝ ×100 ﹪ 全部物質概念個數

0 10 20 30 40

科學邏輯陳述先備知識正例反例類比圖形科學符號解決問題︵學科︶解決問題︵生活︶科學史示範實驗角色扮演生活化舉例練習

表徵類別率

﹪

圖 4-1-5 過程概念表徵類別的選用率

我們發現除了科學邏輯陳述的選用率是百分之百外，排名第二的是科學符號選用率接近 75﹪，正例的使用也超過 50﹪。值得注意的是解決問題學科＋生活化情境也超過 50﹪，顯示教師認為在過程概念教學中給學生問題情境可以幫助此類概念的學習。

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

科學邏輯陳述先備知識正例反例類比圖形科學符號解決問題︵學科︶解決問題︵生活︶科學史示範實驗角色扮演生活化舉例練習

選用率

﹪

(16)

這部分的特徵是有高比例的示範實驗，這與教學單元的性質有關，這是因為反應速率和化學平衡的過程概念本來就是來解釋化學反應現象的發生，教師藉由示範實驗可以讓學生藉由觀察中理解過程概念的內涵。

從「選用率」可以看出教師呈現每種概念的多樣化，在自然界的的生態系中生物的多樣性造成生態平衡不易破壞，而在概念的生態系中概念的多樣性則可以讓概念容易讓學生所接受，提高概念在學生概念生態系中的概念地位。至於教師所選用的表徵在教學後學生的概念學習效果如何？將於第二節進行探討。

小結：

從上面的分析結果可以發現教師在概念教學上，不論是物質概念或過程概念，他所呈現的教學概念生態組成中除了常態教學表徵-「靜態表徵 A 組」外，

最常使用「靜態表徵 B 組」來輔助教學，當教師在進行過程概念教學時還會特別大量地使用「動態表徵」來協助同學進行概念學習。研究者特別觀察到教師在面對「自評學生困難學習概念」教學時，不論是物質或過程概念，他都會使用五種以上不同的靜態或動態表徵來呈現單一概念的教學情境。

此教師在學校中教學後學生的成績表現一直優於其他班級，再本研究稱為

「效能教師」。從教師教學概念生態的特徵，發現此教師對於教學的概念有一定

程度認知之外，還會以學生的角度評估概念學習的難度，當教學進行時會採用多

元化和多重表徵去呈現欲教學的概念，給予單一概念多樣性的生態，讓學生能在

這樣的生態中從不同的角度、面向去認識概念的意涵，達到認知學習的目標。

(17)

第二節教學概念生態對學生物質概念學習之影響

研究者在教學前先學生進行前測，然後在每一個單元教學後進行後測，並根據學生施測的結果進行晤談。學生在面對教師給予的概念表徵後，學生對於概念的認知程度是在「記憶」、「理解」、「應用」中達到哪一個認知層次。本節的研究結果分為學生前測、後測兩部分，經由前後測的結果比較學生概念學習程度。本節我們先從「物質概念」的面向探討教學概念生態與學生概念學習的交互影響。

一、學生對於「物質概念」的前測分析

本研究受試的學生有 18 人，依照先前自然科成績的表現分為高、中、低成就三組。研究者在教師教學前給學生進行「開放式紙筆測驗」（如附件），測驗上列出教師將教學的科學概念並請學生圈選出知道的科學名詞，研究者在學生施測後根據學生圈選的科學概念進行晤談，從晤談中瞭解學生對於科學概念的認知程度。研究者對於判斷學生是否達到概念理解的標準如下所列：

(1) 元素

﹡能說出元素屬於純物質的一種 ﹡能說出元素是由一種原子構成 ﹡能列舉出一個元素例子

(2) 元素符號

﹡能說出元素符號為元素的代表符號 ﹡能列舉出一個元素符號例子

(3) 化合物

﹡能說出化合物屬於純物質的一種

﹡能說出化合物是由兩種以上的原子構成

(18)

﹡能列舉出一個化合物例

(4) 化學式—分子式

﹡能說出分子式是分子的代表符號

﹡分子可以是單原子或兩個以上原子組合 ﹡能舉例一個分子式

（5）原子量

﹡代表一個原子的質量

﹡不具有單位

﹡是一個比較值

(6)分子量

﹡代表一個分子的質量

﹡不具有單位

﹡是一個比較值

（以上都是每一概念理解的必要條件，缺一不可）

本研究高、中、低成就三組的學生對於物質概念的圈選情形整理如表 4-2-1。

表 4-2-1 高、中、低成就組物質概念前測分析甲、高成就組

科學概念 H1 H2 H3 H4 H5 H6 總計

元素 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ 6+0

元素符號 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ 6+0 化合物 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ 6+0 化學式—分子式 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ 6+0

化學反應方程式—表示法〤〤〤〤〤〤 0

(19)

化學反應方程式—限量試劑〤〤〤〤〤〤 0

原子量 ○ 〤 ○ ○ ○ ○ 0+5 分子量 ○ 〤 ○ ○ ○ ○ 0+5

莫耳〤〤〤〤〤〤 0

得分 4 4 4 4 4 4 24 分乙、中成就組

科學概念 M1 M2 M3 M4 M5 M6 總計

元素 ○ ˇ ○ ˇ ˇ ○ 3+3

元素符號 ○ ˇ ○ ˇ ˇ ○ 3+3 化合物 ○ ˇ ○ ˇ ˇ ○ 3+3 化學式—分子式 ○ ˇ ○ ˇ ˇ ○ 3+3

化學反應方程式—表示法〤〤〤〤〤〤 0 化學反應方程式—限量試劑〤〤〤〤〤〤 0 原子量〤 ○ 〤〤 ○ 〤 0+2 分子量〤 ○ 〤〤 ○ 〤 0+2 莫耳〤〤〤〤〤〤 0

得分 0 4 0 4 4 0 12

丙、低成就組

科學概念 L1 L2 L3 L4 L5 L6 總計

元素 ○ ○ ○ ○ ○ ○ 0+6

元素符號 ○ ˇ ○ ○ ○ ˇ 2+4 化合物 ○ ○ 〤 ○ 〤 ○ 0+4 化學式—分子式 ○ ○ 〤 ○ 〤 ○ 0+6

化學反應方程式—表示法〤〤〤〤〤〤 0

化學反應方程式—限量試劑〤〤〤〤〤〤 0

原子量〤〤〤〤〤〤 0

分子量〤〤〤〤〤〤 0

(20)

莫耳〤〤〤〤〤〤 0

得分 O 1 0 0 0 1 2

註：ˇ：代表圈選且概念正確 ○：代表圈選但是另有架構〤：代表不圈選

由表中可以發現高成就組的學生六人對於「元素」、「元素符號」、「化合物」

和「化學式-分子式」的科學概念都能理解並舉出實例。這四個概念是教師列出學習本研究兩大化學單元的重要先備知識，之前學生們在理化課「物質的構造」

的單元已經學過。

從圖 4-2-1 顯示高成就學生在先備知識的表現上的確優於中、低成就的學生。中成就組的學生在此只有三位學生（M2、M4、M5）具有完整的先備知概念，

其他三位學生則無法明確的說出元素與化合物的差異在於組成原子的種類在元素符號與分子式呈現混亂的現象；低成就組的學生則只有 L2 和 L6 這兩位同學能正確舉出「元素符號」，但是對於元素的定義卻說不清楚，低成就組面對這四個先備概念明顯地是以熟悉的名詞而圈選，記憶中曾經看過這些名詞，但是不知道概念本身的意義。

圖 4-2-1 高中低成就組物質概念前測得分之比較

0

5 10 15 20 25 30

高成就中成就低成就

組別物

質概念得分

(21)

研究者發現由於這四個概念彼此有比較與附屬關係，因此高、中成就組的學生若能正確理解「元素」則必能正確理解「化合物」（比較關係）；若能說出「元素」定義者必能正確理解「元素符號」（附屬關係），具有內在一致性。

在「原子量」和「分子量」的除了 H2 學生外，其他五位學生均圈選了，但是在晤談過程中都只是單從字義上解釋：

「原子量」就是….原子的重量

「原子量」就是….原子的質量

「分子量」就是…分子的重量

「分子量」就是…分子的質量」

這樣的述說無法達到研究者對於此兩概念理解所定的標準，不過這也顯示這五位同學對於概念的學習會初步的從字義上去揣測其意義。中成就組學生只有 M2、M5 兩位圈選「原子量」和「分子量」，但也只是從字義上解釋，認為「原子量」是原子的重量或質量；「分子量」是分子的重量或質量。這樣的述說一樣無法達到研究者對於此兩概念理解所定的標準，但是這兩個學生在先備概念四個概念的表現上是優於其他的學生，代表學生對於先備概念正確的理解有助於對「半陌生概念」的預測，提高學習動機與信心。

對於其他「全陌生」的物質概念，如「莫耳」、「化學反應方程式-表示法」，由於學生無法從表面的字義上與先備概念連結，所以均選擇未圈選。在本研究中將學生未圈選的部分一律視為新概念，並將學生對新概念的認知在教學前定義為

「空白」。

(22)

二、學生對於「物質概念」的後測分析

在每一單元的教學後，研究者給予學生單元試題進行測驗後測的試題如附件，每一份測驗前都有一段文字說明（如下所示），讓學生在沒有壓力的情況下完成測驗，真實的達到自我評量的標準。

「各位同學本測驗不計分，一個自我評量。

請閱讀完題目後寫下你認為的正確答案，

如果沒有答案或不知道請填「？」。謝謝！！」

測驗完後除了研究者將學生錯誤和「？」的部分進行晤談，進一步瞭解學生對於概念理解的程度之外，還會計算單一概念每組學生概念習得的正確比率，而正確比率的計算公式如下所示。在物質概念的後測分析方面，研究者從先備概念、新學習概念和教師自認學生難學習的概念三部分探討。

「單一概念」每組正確人數

「單一概念」組別概念習得正確率＝__________________________ × 100﹪

每組總人數

（一）先備知識分析

後測試卷在（A）先備知識部分的題目有四題，分別檢測學生「元素」

、「元素

符號」、「化合物」和「化學式-分子式」四個概念。根據上述四個概念，研究者

將學生前、後測的表現與教師教學進行所使用的概念表徵類別和數量整理如下表

4-2-2。

(23)

從表中可以發現先備概念在經過教師的教學後對於高成就組並沒有影響，而中成就組在教師的教學後概念學習從原來的 50﹪增加到 67﹪、83﹪、100﹪，在

「元素」和「化合物」上的學習則達到 100﹪，此外「元素符號」和「化學式」

之所以無法大幅度提高的原因是學生認為元素符號和化學式都是用英文表示而且種類太多，需要花時間背，而且背了又容易忘記，造成學生的答對機率下降。

這一點在低成就組中也發生相同的情況，由於低成就組學生不喜歡背書，所以造成教師在教學前後元素符號和化學式並沒有成長，由於接下來的其他新概念的學習中，特別是「過程概念」，會常常應用到「元素符號」和「化學式」作為基礎必備知識，一開始的三組間的差異勢必會影響之後的答題的正確率。

表 4-2-2 教學概念表徵對先備物質概念學習的影響

先備概念元素元素符號化合物化學式教學概念表徵種

類

2 靜 5 靜 3 靜 4 靜+1 動

教學概念表徵數目

(2A+4B)靜 (2A+4B)靜 (3A+6B)靜 (5A+3B)靜+1 動

100﹪ 100﹪ 100﹪ 100﹪

高成就組前測

後測 100﹪ 100﹪ 100﹪ 100﹪

50﹪ 50﹪ 50﹪ 50﹪

中成就組前測

後測 100﹪ 83﹪ 100﹪ 67﹪

0﹪ 33﹪ 0﹪ 0﹪

低成就組前測

後測 67﹪ 33﹪ 67﹪ 0﹪

註：「靜」代表「靜態表徵」（具 A、B、C 三組）

「動」代表「動態表徵」

(24)

（二）新學習概念分析

從表 4-2-3 中發現教師在教學中所給予的概念表徵種類和數目並不會影響高成就組學生進行「新物質概念」學習的效果，但是對於中、低成就組學生對「新物質概念」的學習就有明顯差異，兩組的差距都接近 33﹪左右。這顯示教師在教學中對同一概念呈現的表徵數量愈多和種類愈多樣性，則有助於中低成就學生對於物質概念的學習。

表 4-2-3 教學概念表徵對新物質概念學習的影響

新概念化學反應方程式—表示法化學反應方程式—限量試劑

教學概念表徵種類 4 靜 2 靜

教學概念表徵數目 (6A+3B)靜 (1A+1B)靜高成就組後測 100﹪ 100﹪

中成就組後測 100﹪ 67﹪

低成就組後測 50﹪ 17﹪

註：「靜」代表「靜態表徵」（具 A、B、C 三組）

「動」代表「動態表徵」

（三）教師自認學生難學習之新概念分析

本研究中教師自評為學生難以學習的物質概念有三，分別為「原子量」、「分

子量」和「莫耳數」。研究者將這三個概念學生學習狀況和教師教學上表徵的呈

現分析如表 4-2-3。發現教師在概念教學上習慣呈現多樣化表徵，而且表徵的數

目也很高（均超過 10 個）。在使用的表徵種類中「動態表徵」不論在種類和數量

上都明顯增加。

(25)

表 4-2-3 教師自認學生難學習之物質概念分析

新概念原子量分子量莫耳數

教學概念表徵種類 6 靜+1 動 6 靜+1 動 4 靜+1 動教學概念表徵數目 (5A+4B+1C)靜+1 動 (6A+3B)靜+2 動 (5A+2B)靜+3 動高成就組後測 100﹪ 100﹪ 100﹪

中成就組後測 100﹪ 100﹪ 100﹪

低成就組後測 50﹪ 50﹪ 67﹪

註：「靜」代表「靜態表徵」（具 A、B、C 三組）

「動」代表「動態表徵」

雖然這三個概念是教師自認為學生較難理解的概念，但是研究者發現經過動態又多元化的表徵呈現後，學生對於概念的接受程度極高，高、中成就組對於概念的理解度均高達百分之百；低成就組也有到達 50﹪以上，其中「莫耳數」的概念還遠比「原子量」和「分子量」高，這是由於教師在「莫耳數」概念的教學上運用的動態表徵中有三個屬於解決問題-生活化(Qb)，引起學生學習動機也與學生生活經驗連結。

由此可知不同種類的概念表徵即使是同屬於「動態表徵」的性質，其刺激學生認知的動力也不盡相同。在此將教師介紹莫耳意義所使用的「動態表徵」的三個生活化問題情境摘錄如下：

【情境一】如果今天有一個人跟你簽約，如果違約你要支付他 1 莫耳的一塊錢，你要不要簽？

一塊錢乍看之下好像很少，可是當有 1 莫耳的一塊錢總是多少呢？我們來一起數看看 600,000,000,000,000,000,000,000（各十百千萬……）共六千億兆元，如果你學過理化就知道這千萬不能簽喔！一個人的財產如果有 1 莫耳的一塊錢，那他就是世界首富了，由此可知 1 莫耳的數量有多大！！

【情境二】你媽媽會不會要你到超市買 1 莫耳個蘋果？

同學們你們家放得下這麼多蘋果嗎？吃得下這麼多蘋果嗎？

(26)

【情境三】你這一輩子有沒有辦法喝到 1 莫耳杯的珍珠奶茶？

同學假設你能活到 100 歲，你們知道 100 年有幾秒嗎？ 3110400000 秒，如果從出生就開始每秒都喝一杯不睡眠不休…………. 你最多才喝 3110400000 杯，距離 1 莫耳還差的遠……….

所以 1 莫耳並不是日常生活中常用的單位，他是科學研究上的單位，專門拿來計量你眼睛看不到的原子、分子的數量。

教師利用與學生生活貼近的「珍珠奶茶」、「蘋果」和「一塊錢」去突顯莫耳這個數量單位所代表數字的龐大，也讓學生體會到為何莫耳這個單位無法在日常生活中出現，充分將莫耳在科學上的實質意義傳達學生瞭解。

小結：

教師在物質概念的教學上大多使用靜態表徵 A、B 兩組搭配使用，而且表徵的種類和數量愈多，特別是靜態表徵 B 組的使用比例愈高，該概念的學習成效中、

低成就組的表現會比較好。高成就組在此無任何差異。

在教師自評學生困難學習的部分除了靜態表徵外，也加入了動態表徵，學生

在學習這部分概念時中成就組學生表現和高成就組一樣，好習得率到達百分之

百。當動態表徵使用比例提高，低成就組學生的概念習得比率也增加。

(27)

第三節教學概念表徵對學生過程概念學習之影響

在上一節教學概念對學生「物質概念」學習的探討後，接下來研究者依照相同模式探討教學概念表徵對學生「過程概念」學習的影響。本節結構分成兩部分：

學生對於「過程概念」的前測分析和後測分析。

一、學生對於「過程概念」的前測分析

本研究受試的學生有 18 人，依照先前自然科成績的表現分為高、中、低成就三組。研究者在教師教學前給學生進行「開放式紙筆測驗」（如附件），研究者在學生施測後根據學生圈選的科學概念進行晤談，從晤談中瞭解學生對於科學概念的認知程度。本研究高、中、低成就三組學生對於過程概念的圈選情形整理如表 4-3-1.a、表 4-3-1.b、表 4-3-1.c。

從下表中可發現高成就組學生對於「化學反應」、「吸熱反應」、「放熱反應」、

「化學反應現象」、「質量守恆定律」和「反應速率」的圈選率高。這是因為這六個科學名詞在日常生活中常聽到而且名詞的文字組合中均含有學生以往曾學習過的概念，例如質量、化學、反應、吸熱、放熱、現象、速率，所以容易讓學生

「望文知義」。即使這六個科學名詞並未正式出現於學生先前的理化課程中，但是大多數的高成就學生還是能正確理解其基本意義。

「化學反應」、「吸熱反應」、「放熱反應」、「反應速率」和「化學反應現象」

圈選率高（83﹪）而概念理解的正確率也高（100﹪）。其中，H2 同學仍然保持保守的態度，只圈選「化學反應」、「化學反應現象」。

在「質量守恆定律」上五位圈選的學生均為只是從文字表面解釋：「一物質

的質量會一直固定、保持不變」，並未說出構成此概念的內涵：反應物、生成物

以及反應前後的時間差。

(28)

由於這部分的概念是教師之前沒有教過，屬於新概念，因此研究者不會要求學生一定要使用專業科學社群語言去解釋概念的意義，只是單純判斷學生是否對這六個概念基本定義達到理解程度，標準如下所列：

（1）化學反應

﹡物質在外觀或本質上產生變化的反應 ﹡舉例說明

（2）吸熱反應

﹡物質吸收熱量的化學反應

﹡環境（系統）溫度下降

（3）放熱反應

﹡物質放出熱量的化學反應

﹡環境（系統）溫度上升

（4）化學反應現象

﹡物質發生化學反應而產生可以觀察的現象

﹡舉例說明

（5）質量守恆定律

﹡任何物質在化學反應前後的總質量保持不變

（6）反應速率

﹡化學反應進行的快慢

至於其他的過程概念由於名詞於高成就組學生由較多陌生文字組成，所以學

生選擇不圈選。

(29)

表 4-3-1a 高成就組過程概念前測分析甲、高成就組

科學概念 H1 H2 H3 H4 H5 H6 總計

化學反應 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ 6+0 吸熱反應 ˇ 〤 ˇ ˇ ˇ ˇ 4+2

放熱反應 ˇ 〤 ˇ ˇ ˇ ˇ 4+2

化學反應現象 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ 6+0 質量守恆定律 ○ 〤 ○ ○ ○ ○ 0+5 反應速率 ˇ 〤 ˇ ˇ ˇ ˇ 5+0 原子不滅定律〤〤〤〤〤〤 0 化學反應方程式—係數平衡〤〤〤〤〤〤 0

化學反應方程式—運算〤〤〤〤〤〤 0

亞佛加厥假說〤〤〤〤〤〤 0 莫耳運算〤〤〤〤〤〤 0 碰撞學說〤〤〤〤〤〤 0 影響反應速率因素—本質〤〤〤〤〤〤 0

影響反應速率因素—表面積〤〤〤〤〤〤 0 影響反應速率因素—濃度〤〤〤〤〤〤 0 影響反應速率因素—溫度〤〤〤〤〤〤 0 影響反應速率因素—催化劑〤〤〤〤〤〤 0

可逆反應〤〤〤〤〤〤 0 化學平衡〤〤〤〤〤〤 0 影響化學平衡因素—濃度〤〤〤〤〤〤 0

影響化學平衡因素—溫度〤〤〤〤〤〤 0 影響化學平衡因素—壓力〤〤〤〤〤〤 0

得分 5 2 5 5 5 5 27

註：ˇ：代表圈選且概念正確 ○：代表圈選但是另有架構〤：代表不圈選

(30)

從下表中可以發現前六個概念的圈選率和正確率都明顯下降，這可能是因為高、中成就組學生本身具有的先備知識不同所導致。對於中成就組學生而言，

「化學反應」和「化學反應現象」這兩個概念的基本定義容易解釋，M2、M5 學習動機和自信度比較高，所以圈選的概念數目也高於其他組員，對於「吸熱反應」

和「放熱反應」也能正確理解。

在「質量守恆定律」上兩位圈選的學生和高成就組圈選同學相同，只是從文字表面解釋：「一物質的質量會一直固定、保持不變」，並未說出構成此概念的內涵：反應物、生成物以及反應前後的時間差。這顯示學生們對此名詞的接受度雖然高，但並不知道這個定律要套用的情境與標準狀況為何。

「反應速率」M2、M4、M5 的同學都粗略說明是代表化學反應的速率或快慢。

至於其他的過程概念學生都未圈選，屬於新概念。

表 4-3-1.b 中成就組過程概念前測分析乙、中成就組

科學概念 M1 M2 M3 M4 M5 M6 總計

化學反應 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ 6+0 吸熱反應〤 ˇ 〤〤 ˇ 〤 2+0

放熱反應〤 ˇ 〤〤 ˇ 〤 2+0

化學反應現象 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ 6+0 質量守恆定律〤 ○ 〤〤 ○ 〤 0+2 反應速率〤 ˇ 〤 ˇ ˇ 〤 3+0 原子不滅定律〤〤〤〤〤〤 0 化學反應方程式—係數平衡〤〤〤〤〤〤 0

化學反應方程式—運算〤〤〤〤〤〤 0

亞佛加厥假說〤〤〤〤〤〤 0

莫耳運算〤〤〤〤〤〤 0

碰撞學說〤〤〤〤〤〤 0

(31)

影響反應速率因素—本質〤〤〤〤〤〤 0 影響反應速率因素—表面積〤〤〤〤〤〤 0 影響反應速率因素—濃度〤〤〤〤〤〤 0 影響反應速率因素—溫度〤〤〤〤〤〤 0 影響反應速率因素—催化劑〤〤〤〤〤〤 0

可逆反應〤〤〤〤〤〤 0 化學平衡〤〤〤〤〤〤 0 影響化學平衡因素—濃度〤〤〤〤〤〤 0

影響化學平衡因素—溫度〤〤〤〤〤〤 0 影響化學平衡因素—壓力〤〤〤〤〤〤 0

得分 2 5 2 3 5 2 19

註：ˇ：代表圈選且概念正確 ○：代表圈選但是另有架構〤：代表不圈選

由下表可知低成就組的學生是圈選率和正確率都是三組最低的，這與他們本身先備知識和學習動機有關。比較有趣的是，他們都可以說明「化學反應現象」

所代表意義，但是對於「化學反應」並無法解釋，他們一致的答案是：「化學反應就是化學反應啊！」

顯然對於低成就組的學生「化學反應」是一個靜態的概念名詞，也是一個

基本的概念單位。研究者在晤談中要其舉例說明，有四位完成正確舉例，或許他

們內在知識結構已經瞭解這個概念所代表的含意，但是無法或者不習慣使用科學

邏輯敘述的方式呈現。因此，低成就學生在面對教師如果大量使用「科學邏輯敘

述」表徵進行概念教學時，學習成效又是如何，我們會再接下來的部分討論。

(32)

表 4-3-1c 低成就組過程概念前測分析丙、低成就組

科學概念 L1 L2 L3 L4 L5 L6 總計化學反應 ○ ○ ○ ○ ○ ○ 0+6

吸熱反應〤〤〤〤〤〤 0 放熱反應〤〤〤〤〤〤 0 化學反應現象 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ 6+0 質量守恆定律〤〤〤〤〤〤 0 原子不滅定律〤〤〤〤〤〤 0 化學反應方程式—係數平衡〤〤〤〤〤〤 0

化學反應方程式—運算〤〤〤〤〤〤 0

亞佛加厥假說〤〤〤〤〤〤 0 莫耳運算〤〤〤〤〤〤 0 反應速率〤〤〤〤〤〤 0 碰撞學說〤〤〤〤〤〤 0 影響反應速率因素—本質〤〤〤〤〤〤 0

影響反應速率因素—表面積〤〤〤〤〤〤 0 影響反應速率因素—濃度〤〤〤〤〤〤 0 影響反應速率因素—溫度〤〤〤〤〤〤 0 影響反應速率因素—催化劑〤〤〤〤〤〤 0

可逆反應〤〤〤〤〤〤 0 化學平衡〤〤〤〤〤〤 0 影響化學平衡因素—濃度〤〤〤〤〤〤 0

影響化學平衡因素—溫度〤〤〤〤〤〤 0 影響化學平衡因素—壓力〤〤〤〤〤〤 0

得分 1 1 1 1 1 1 6

註：ˇ：代表圈選且概念正確 ○：代表圈選但是另有架構〤：代表不圈選

(33)

0 5 10 15 20 25 30

高成就中成就低成就組別

過程概念前測得分

圖 4-2-2 高中低成就組過程概念前測得分之比較

雖然過程概念這個部分並沒有像物質概念一樣具有先備知識，但是從圖 4-2-2 顯示高成就學生在前測的表現上的確優於中、低成就的學生，而低成就組明顯表現得比較差。對於 22 個「過程概念」而言，學生的得分還是過低，因為滿分是 132 分，單就高成就組的得分 27 分來看：

27/132×100﹪＝20﹪

顯示即使是高成就組還是只有 20﹪的正確前測概念存在，大部分的過程概念在學生內在認知構造中並不具有任何意義。

二、學生對於「過程概念」的後測分析

由於本研究的「過程概念」有 22 個，其中「化學反應」、「吸熱反應」、「放熱反應」、和「化學反應現象」在學生的前測中曾被圈選，而且有些學生能正確理解概念的意義，除了以上四者其他均屬於新概念。在「過程概念」後測分析中，

研究者一樣將這 22 個過程概念分為：先備概念、新概念和教師自評學生較難學習概念三部分來分析。

0 5 10 15 20 25 30

高成就中成就低成就組別

過程概念前測得分

(34)

（一）「過程概念」-先備知識分析

本組概念群集是由「化學反應」、「吸熱反應」、「放熱反應」和「化學反應現象」四個概念組成。從教師概念表徵種類和數目來分析，在過程概念教學上教師在「動態表徵」的使用次數有增加的趨勢。

教學後發現中、低成就學生進步最多將近 70﹪這顯示採用多樣性表徵可以將高、中、低成就組學生概念學習差距所縮小。而動態表徵的使用次數愈多，對於低成就組學生在進行過程概念學習時，學習成效愈大，例如表 4-3-2 中低成就組學生在「化學反應」概念學習上的前測為 0﹪，經過教學後後測高達 83﹪，這個進步遠比「吸熱反應」和「放熱反應」的 67﹪還多，主要是因為教師在「化學反應」上使用了 10 個「動態表徵」，在數目上遠大於其他概念。

表 4-3-2 教學概念表徵對先備概念學習的影響

教學概念化學反應化學反應現象吸熱反應放熱反應教學概念表徵種

類

1a+2 動 1 靜+1 動 2 靜+2 動 2 靜+1 動

教學概念表徵數目

3 靜+10 動 2 靜+5 動 6 靜+3 動 5 靜+1 動

100﹪ 100﹪ 100﹪ 100﹪

高成就組前測

後測 100﹪ 100﹪ 100﹪ 100﹪

100﹪ 100﹪ 33﹪ 33﹪

中成就組前測

後測 100﹪ 100﹪ 100﹪ 100﹪

0﹪ 100﹪ 0﹪ 0﹪

低成就組前測

後測 83﹪ 100﹪ 67﹪ 67﹪

註：「靜」代表「靜態表徵」（具 A、B、C 三組）

「動」代表「動態表徵」

(35)

（二）過程概念-新概念

屬於這部分的過程概念總共有七個，研究者將教師在教學中使用的表徵種類和數目，以及高中低成就三組學生學習成效整理如下表 4-3-3。

從表中可以發現當教師在進行概念教學時給予學生的表徵數量愈多，學生表現愈好如表中的「影響 R 濃度」的概念；另外，若使用「動態表徵」的次數愈多時，中、低成就組的學生表現更佳。這顯示教師多重、多樣化表徵的使用可以幫助原本學習能力較差的中成就組學生，此外「動態表徵」的使用對於中、低成就組學生在過程概念的學習上均有幫助，尤其是低成就組最顯著。

表 4-3-3 教學概念表徵對過程-新概念學習的影響

教學概念 C 表徵種類 C 表徵數目高成就組中成就組低成就組

原子不滅定律 2 靜 3 靜 100﹪ 67﹪ 33﹪

亞佛加厥假說 3 靜+1 動 5 靜+1 動 83﹪ 83﹪ 33﹪

反應速率 2 靜+1 動 5 靜+1 動 100﹪ 83﹪ 50﹪

影響 R 物質本質 2 靜 3 靜 100﹪ 67﹪ 50﹪

影響 R 濃度 5 靜+1 動 10 靜+2 動 100﹪ 100﹪ 67﹪

影響 R 溫度 1 靜+1 動 1 靜+3 動 100﹪ 100﹪ 83﹪

影響 Ea 濃度 2 靜+2 動 4 靜+2 動 83﹪ 100﹪ 33﹪

註：「靜」代表「靜態表徵」（具 A、B、C 三組）

「動」代表「動態表徵」

（二）過程概念- 教師自評學生難以學習的概念

本研究教師自評學生困難學習的概念有 11 個，將教師教學中表徵的種類和

數目依照「動態表徵」和「靜態表徵」進行分類，再將高中低成就三組後測的結

果一併整理如表 4-3-4。

(36)

表 4-3-4 教學概念表徵對教師自評學生難學習的概念之影響

教學概念 C 表徵種類 C 表徵數目高成就組中成就組低成就組質量守恆定律 2 靜+4 動 6 靜+6 動 100﹪ 100﹪ 50﹪

方程式係數平衡 4 靜+4 動 7 靜+12 動 100﹪ 83﹪ 17﹪

方程式運算 5 靜+3 動 9 靜+9 動 83﹪ 67﹪ 0﹪

莫耳運算 5 靜+3 動 9 靜+7 動 83﹪ 67﹪ 33﹪

碰撞學說 4 靜+3 動 6 靜+4 動 100﹪ 100﹪ 100﹪

影響 R 表面積 4 靜+2 動 8 靜+6 動 100﹪ 100﹪ 50﹪

影響 R 催化劑 5 靜+2 動 8 靜+6 動 83﹪ 67﹪ 50﹪

可逆反應 5 靜+3 動 9 靜+6 動 100﹪ 100﹪ 67﹪

化學平衡 5 靜+4 動 14 靜+9 動 100﹪ 100﹪ 50﹪

影響 Ea 溫度 3 靜+2 動 5 靜+2 動 83﹪ 67﹪ 0﹪

影響 Ea 壓力 2 靜+3 動 4 靜+3 動 83﹪ 50﹪ 0﹪

註：「靜」代表「靜態表徵」（具 A、B、C 三組）

「動」代表「動態表徵」

從表中發現在這部分教師大量使用概念表徵的種類和數目去進行概念教學，下表中概念表徵種類至少 5 種以上，最多至 9 種；概念表徵數目至少 7 次，

最多達到 23 次。這顯示教師對於他自評困難的概念會習慣以多樣化、多重性的方式呈現。

在「動態表徵」的數目上，這個部分教師使用的數量和種類也遠高本研究單元中其他的物質概念或過程概念，代表教師在面對困難概念教學時傾向選用「動態表徵」幫助學生進行教學認知活動。

至於高中低成就學生在此部分概念的後測成績表現上，雖然教師在這兩個概念的教學上呈現了高數量教學表徵種類和數目，但是明顯地在「方程式運算」、

「莫耳運算」成績表現較差。這是因為這兩個概念牽涉到數學運算能力，即使學

生能理解科學概念，也必須將科學概念、解題技巧和數學運算能力一起運用才能

完成作答。這部分尤其是低成就組學生最為明顯。

(37)

第四節學生概念轉變歷程之分析比較

本研究在教學前先對學生進行前測，教學後進行後測。前測是根據學生圈選的已知概念進行晤談，確認在教學前學生是否真得理解所圈選的概念，對於學生未圈選的概念一律視為「陌生概念」，所以不進行晤談；後測能瞭解學生在教學後習得哪些概念，研究者再根據後測試卷中學生錯誤或空白的試題進行晤談進一步發現學生未習得概念的另有架構。經由前、後測二個階段的概念檢測和晤談結果，分別建構出高、中、低成就三組的學生內在概念的轉變歷程並進一步比較三組學生概念轉變歷程的不同。

一、高成就組學生的概念轉變歷程

教學前從圖 4-4-1 中發現，高成就組的六位學生在教師進行教學前在「物質概念」上均從存在著「元素」、「元素符號」、「化合物」和「化學式-分子式」

這四個概念；在「過程概念」上只有 H2 學生未圈選「吸熱反應」、「放熱反應」

和「反應速率」，顯示此三者概念在 H2 學生內在概念中是屬於陌生概念。另外「質量守恆定律」概念中除了 H2 外，其他五位學生均圈選，但是晤談時發現這五位同學不是單純地從概念名詞上的字義去解釋，就是與自己的先備知識做連結產生了有趣的另有架構，五人並未正確說出概念的重要意涵。下面列出五位同學對於

「質量守恆定律」的說明內容：

H1: 物質的質量…會永遠保持不變。

H3: 就是…所有的質量會….一直保持一樣的質量。

H4: 質量應該不會改變…只要….除非……..反正就是說….像是瓶飲料放在那裡，不打開喝掉，它的質量就不會減少。

H5: 指質量會永遠……維持不變的定律。

H6: 因為質量不受重力作用，所以不隨著地點而改變，因此質量會

守恆。

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從上面的內容可以看到 H4 學生是最接近質量守恆的意涵，因為此概念還沒學過，所以無法順利地使用「科學邏輯陳述」來解釋，最後選擇使用舉例的方式來表達自己對此概念的理解程度，顯示此為學生的理解、表達能力很好。而 H6 學生是最為有趣的一位，他選擇將此概念與先備知識做連結，「質量」和「重量」

的概念是二年級上學期第一章的內容，經過了半年，他還可以正確地應用此概念，顯示出 H6 學生對於新概念的學習習慣與先備概念連接後再進行建構和理解，

概念習得可長久保存長期記憶中並能正確地提取使用。而這兩位學生在後測中是高成就組學生中表現最好的。

教學後，高成就組學生在「物質概念」的習得率是百分之百；而過程概念只有 H4 和 H6 是完全正確理解教師給予的教學概念，其他的學生經由研究者晤談的結果分述如下：

（1） H1 學生

研究者問學生可否說出「亞佛加厥假說」的內容，H1 生可以完整的說出定義，但是反問他為何在面對下面試題時卻解不出答案。

H1 生說：「因為…題目上沒有寫到亞佛加厥假說……我就沒想到要用這個來寫這題…，因為…..雖然老師說…亞佛加厥假說…氣體的體積比會等於分子數比。但是我覺得不同的東西，他們的體積和數量是不成比例的….」

由於無法認同亞佛加厥假說的因此對於影響化學平衡的因素「溫度」和

「壓力」的判斷原則也出現質疑。

已知 3 升氫與 1 升氮在催化反應下可形成 2 升的氨，而氫與氮的分子量分別為 2 和 28，則氨的分子量為多少？ (A) 30 (B) 26 (C) 17 (D) 15

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教學前高成組學生內在概念結構物質概念（M）

1 元素 2 元素符號 3 化合物

4 化學式-分子式

過程概念（P）

1 化學反應

2 吸熱反應 (H2 缺) 3 放熱反應 (H2 缺) 4.化學反應現象 5 反應速率 (H2 缺)

教學進行中

教學後高成就組學生內在概念結構物質概念（M）

1.元素 2.元素符號 3.化合物

4.化學式-分子式 5.化學方程式表示法 6.化學方程式-限量試劑 7.原子量

8.分子量 9.莫耳數

過程概念（P）

1. 化學反應 2. 吸熱反應 3. 放熱反應 4. 化學反應現象 5. 反應速率 6. 原子不滅定律 7. 質量守恆定律

8. 亞佛加厥假說（H1 缺）

9. 碰撞學說

10. 方程式係數平衡 11. 方程式運算（H5 缺）

圖 4-4-1 高成就組學生前、後測內在概念結構之比較註：若沒有（）表示此概念正確存在於高成就組 6 人；

若有（）則括號內的學生為缺乏此概念者。

12.莫耳運算（H5 缺）

13.影響 R 物質 14 本質影響 R 濃度 15.影響 R 溫度 16.影響 R 表面積

17.影響 R 催化劑（H2 缺）

18.可逆反應 19.化學平衡

20.影響 Ea 濃度（H3 缺）

21.影響 Ea 溫度（H1 缺）

22.影響 Ea 壓力（H1 缺）

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第一節 教學概念表徵分析

第肆章 研究結果與討論

本章研究結果共分為四節，第一節為教師概念表徵的分析。第二節為教學後 學生對於物質概念學習的探討。第三節為學生在教學後對於過程概念學習的探 討。第四節為深入分析學生內在概念結構的轉變。