國立臺東大學教育學系 教育行政碩士在職專班
碩士論文
指導教授：鄭承昌 博士
改變國中生對光合作用迷思概念之 教學實驗
研究生：沈咏佳 撰
中華民國一○三年五月
國立臺東大學教育學系 教育行政碩士在職專班
碩士論文
改變國中生對光合作用迷思概念之 教學實驗
研 究 生：沈 咏 佳 撰 指導教授：鄭 承昌 博士
中華民國一○三年五月
誌謝
論文的撰寫是在同時兼具教師與學生的角色下完成，認真說來是 人生中首次挑戰同時肩負兩項重大任務，很開心又完成一個里程碑。
謝謝指導教授鄭承昌老師在擔任系主任忙碌的期間，仍堅持每週 與我們討論論文進程，您和師母的推力和鼓勵一直是我寫論文的最佳 催化劑，也及時提供明確的方向和目標可以邁進；謝謝兩位口委蔡東 鐘老師和王士樵老師，有您的提示才能使我突破盲點，讓整篇論文更 臻完整，每一個建議都顯得無比珍貴。
我的同窗兼同事-淑廩，沒有妳的相伴，這兩年必定失色不少，真 的很感謝妳兩年來的扶持與幫助，讓我們可以一起達成目標；謝謝智 仁總是能適時地與我討論寫作的進度；來自你們的打氣與鼓勵，都是 支持我研究的動力。
謝謝可愛的導師班孩子，你們的用心和上進，不僅提升了你們的 能力也渲染了我的心情，和你們一起操作實驗的過程，緊湊卻相當充 實愉快，超喜歡你們認真的神情和探索的態度。
還有好多朋友要感謝，寫作過程中有你們的陪伴、加上三不五時 的鼓勵和加油，都很窩心，都十分重要。
最後，我親愛的家人，感謝你們鼓勵我讀研究所，創造一個無後
改變國中生對光合作用迷思概念之教學實驗
作者：沈咏佳
國立臺東大學教育行政碩士班
摘要
本研究旨在探討教學實驗對國中生瞭解光合作用相關概念與澄清迷思之影 響力。本研究採用前實驗設計中的單組前後測設計，對象為二十八位七年級國中 生。研究結果歸納如下：
一、 學生在光合作用單元存在的部分迷思概念能透過光合概念自編試卷答題檢 核和分析獲得。
二、 試卷方向配合教學實驗情境做設計能讓學生將筆試模擬情境延伸到真實現 況中。
三、 教學實驗能讓學生將部分既存的光合迷思概念獲得有效地澄清並顯著提高 多數學生對於光合相關概念的理解能力。
四、 教學實驗不僅顯著提升學生光合相關概念的正確性亦使其習得的正確概念 有效長存
五、 教學實驗提升學生實驗的嚴謹態度和操作能力。
六、 數據分析課程能使教學者更深入掌握學生學習狀態，並提升學生分析數據 能力。
最後，研究者根據本研究結論提出建議，以作為未來教學或研究之參考及依據。
關鍵詞：教學實驗、光合作用、迷思概念。
The teaching experiment of altering misconceptions of photosynthesis in junior high school students
Yung-Chia Shen
Abstract
The purpose of this study was to investigate the effects of photosynthesis-related concepts learning and misconceptions clarifying achievement by using teaching experiment for junior high school students. A pre-experimental design was adopted with 28 students of the 7th grade. The main findings of this study are summarized as follows：
1. Parts of photosynthesis-related misconceptions can befound and analyzed by checking the answer of the photosynthesis test.
2. The test had to do with the teaching experiment designed pushed students imagine simulation scenarios extended to the status of true.
3. The teaching experiment allowed students to clarify part of misconceptions related to photosynthesis and significantly improve the ability of the understanding photosynthesis.
4. The teaching experiment not only let the students enormously improve the accuracy of photosynthetic related concepts also learned to make the correct concepts of effective forever.
5. The teaching experiment enhanced students' experimental attitude and operational capabilities.
6. The educator could get a better understanding of the status of student learning via the data analysis programs and enhanced the students’ ability to analyzing data.
Finally, based upon the conclusions of this study, suggestions are given to junior high school teachers and future study for reference.
Key words ： teaching experiment 、 photosynthesis 、 misconception
目錄
第一章 緒論 ... 1
第一節 研究背景與重要性 ... 1
第二節 研究動機 ... 2
第三節 研究目的與研究問題 ... 4
第四節 名詞釋義 ... 5
第五節 研究範圍與限制 ... 6
第二章 文獻探討 ... 9
第一節 迷思概念的定義 ... 9
第二節 光合作用課程內容與迷思概念相關研究 ... 13
第三節 概念改變意涵及教學策略 ... 17
第三章 研究設計 ... 21
第一節 研究設計與流程 ... 21
第二節 研究對象 ... 25
第三節 研究工具 ... 26
第四節 教學實驗設計 ... 27
第五節 資料分析與處理 ... 29
第四章 結果與討論 ... 31
第一節 學生光合作用迷思概念分析 ... 31
第二節 課程與教學實驗 ... 37
第三節 學習成效分析 ... 44
第五章 結論與建議 ... 51
第一節 結論 ... 51
第二節 建議 ... 54
參考文獻... 57
附錄一 光合作用教學課程設計大綱 ... 59
附錄二 學生實驗小記(數據紀錄) ... 64
附錄三 實驗曲線圖 ... 68
附錄四 光合作用概念自編測驗 ... 70
附錄五 教學儀器說明 ... 71
附錄六 專家效度後修正試卷 ... 76
附錄七 試題難度與鑑別度指標分析 ... 78
附錄八 單選試題作答選項分析 ... 79
表 次
表 二–1 不同學者間概念意義的分類 ... 9
表 二–2 康軒版國小自然課本光合作用相關課程及內容 ... 13
表 二–3 牛頓版國小自然課本光合作用相關課程及內容 ... 14
表 二–4 南一版國小自然課本光合作用相關課程及內容 ... 14
表 二–5 翰林版國小自然課本光合作用相關課程及內容 ... 14
表 二–6 光合作用迷思概念之相關研究 ... 15
表 二–7 概念改變教學之相關研究 ... 19
表 四–1 光合作用需要條件與物質概念分析 ... 31
表 四–2 光合作用產物概念分析 ... 32
表 四–3 光合作用和呼吸作用主要目的概念作答分析 ... 33
表 四–4 綠色生物光合作用和呼吸作用進行時間與相關概念作答分析 ... 34
表 四–5 學生的光合作用迷思概念 ... 36
表 四–6 學生前後測驗分數比較與平均值 ... 44
表 四–7 學生前後測驗分數之成對樣本T檢定表 ... 45 表 四–8 後測和第一次延宕測與第一次和第二次延宕測之成對樣本T檢定表 . 45
圖 次
圖 三–1 研究流程 ... 24
圖 三–2 光合作用教學實驗設計 ... 27
圖 四–1 實驗教學的設置與學生的觀察 ... 37
圖 四–2 實驗教學的設置與孔雀魚和水蘊草(1、2、3 瓶照光) ... 38
圖 四–3 實驗教學的設置-孔雀魚和水蘊草(4、5、6 瓶黑暗，蓋紙箱) ... 39
圖 四–4 實驗教學的設置與孔雀魚和水蘊草(4、5、6 瓶黑暗，蓋紙箱) ... 39
圖 四–5 教學實驗中的水蘊草光合作用時氣泡十分明顯易觀察 ... 39
圖 四–6 學生的實驗操作與數據紀錄實景 ... 40
圖 四–7 學生對數據的分析與說明(一)... 41
圖 四–8 學生對數據的分析與說明(二)... 42
圖 四–9 學生對數據的分析與說明(三)... 42
第一章 緒論
本研究的目的在了解國中生的光合作用概念的正確性，以及在經歷研究中所 進行的教學實驗處理後，其光合概念之概念改變情形，並於研究最後提出結論與 心得建議；首章劃分為五節，分別陳述研究背景與重要性、研究動機，研究目的 與研究問題，重要名詞解釋以及研究範圍與限制。
第一節 研究背景與重要性
在地球上，生態系中的生產者要將「能量」從無生命世界帶入生命世界，多 使用光合作用；自營生物運用光合作用製造養分，異營生物攝食自營生物行光合 作用製造的養分得以生存；現今人類生活中的食、衣、住、行、育、樂等，樣樣 皆與光合作用息息相關，身上的棉製衣物是由光合作用養分轉換產生；藤製、木 製家具材料的獲得也倚賴光合作用；文明生活中發動交通工具的石油燃料；書籍 與報章雜誌的原料；火力發電所用的煤炭來源，都緣起於一顆單用肉眼看不見的 葉綠體進行光合作用將光能轉換成化學能形式儲存後，再被人類以各種形式與方 法巧妙運用的成果，故光合作用在生命世界裡與現代文明社會中扮演著舉足輕重 的地位。
自然科學課程裡，光合作用的觀念自國小就開始打下根基，依照學習理論上 螺旋式的學習策略，國、高中端再進階介紹更細部的運作過程，讓學生能由淺至 深，漸進式的理解與認識；研究者於國中階段擔任自然科教師，發現學生往往在 七年級上學期自然與生活科技課本學習完光合作用的概念之後，仍舊對植物行光 合作用的觀念存有頗多迷思，而綜覽國中七年級自然課本各版本的內容，只在些 微的敘述文句上不同，內容深度和廣度幾乎沒有太大差異，且不管使用任何一種 版本教學，都存在著同樣的光合迷思概念。
第二節 研究動機
「光合作用是指葉綠體中的色素可吸收太陽能，使根部吸收的水分和經由氣 孔進來的二氧化碳合成葡萄糖，並釋放出氧氣的過程。」摘自國中康軒版七年級 自然科課本一段介紹光合作用的敘述，道出台灣所有國民中學七年級階段的學生 對於光合作用一詞所需達到的科學認知概念，其中的教學目標上也希望國中生達 到能夠解釋說明光合作用發生條件和最重要目的為何。
研究前，研究者甫教完七年級學生光合作用之概念，進行教學工作的這幾 年，只要遇到光合作用單元就常在課堂間反覆強調光合作用基本常見錯誤與迷 思，但總見學生仍前仆後繼地在相同的概念上出現迷思概念。楊坤原、張賴妙理 在 2004 年的研究中指出，單憑傳統的教學策略無法去除難以改變的迷思概念。
由於學生的迷思概念有堅固或令其感到滿意的證據支持，教師單憑言語指正尚無 法消除迷思概念。此外，許多科學理論或概念對學生而言，是外來的或未必可信 的，再加上學生對自己的想法有情緒上的偏愛，故其往往會拒絕接受或扭曲科學 上的觀點以符合自己的想法。
經過多次與學生在課堂來回對答，得知學生未內化正確概念於內，大多原由 是因既存的迷思概念干擾學習所致，而課堂所學幾乎皆是口頭說明，沒有直接實 驗操作的經驗，所以學生未曾面臨到已存之迷思概念與實際現況的具體衝突，事 而遲遲不能更正迷思。根據研究者教學經驗將學生常常無法將光合作用內化成為 植物獲得養分的方法大略分成下列三點原因：
一、 生活經驗：從小到大的觀察種植植物，都只需給予水和土壤，與光的關 係似乎並沒有這麼直接和直覺。如:植物只要澆水就會長大。
二、 順攝抑制：proactive inhibition 是指先前學習到的資料對後來學習資料 的記憶產生干擾的現象。小學階段的光合作用教學，常強調 植物會吸收二氧化碳吐出氧氣，使學生記憶停留在光合作用 會製造氧氣的觀念，忽略主要目的乃是產生養分(即葡萄糖)。
三、 直觀思考：動態事物需要能量，靜態事物無需能量，所以靜態如植物也
國中課本在光合作用概念單元上也陸續提到許多專有名詞，如：「葉綠素」、
「酵素」、「光反應」和「暗反應」，著實添增學生由中文字面釋義上的迷思觀點，
自然教師理解學生為何有迷思，迷思為何﹖故常解說和澄清，然若僅僅是口頭方 式，將盲點破解，僅能使部分學生以背誦方式記憶光合作用知識，但無法真正內 化到學生的背景知識中，造成九年級複習測驗時發現學生們又出現相同的迷思概 念。學生迷思困擾多半的是由於將光合作用的動態歷程簡化成靜態背誦的結果，
課文的靜態描述很難帶領學生充分了解光合是一種動態歷程的呈現，所以對迷思 的破除，成效自然不佳；使學生的科學知識滯留在淺顯片面的專有名詞記憶上，
無法將光合作用本質概念內化。
查閱學生學習光合作用概念國內外相關文獻，研究者也發現國內研究光合 作用迷思的文篇集中在國小階段研究學童之光合概念，其中僅有一篇是研究國中 七年級學生的光合概念改變，研究方法是利用文本及概念構圖來推動學生 (劉秀 華，2007)；而翻閱國外文獻，許多教學現場的教師除了靜態文本的教學外，常 使用帶學生親自做實驗的方式，實際觀察、驗證光合作用的理論，使自然教學更 顯得有趣又生動；故在此研究中希望能整合教學現場中學生在光合作用上的迷思 概念，再設計教學課程解決學生的問題，也萌生設計動手實驗由動態操作來導正 學生迷思之想法，冀由操作實驗讓學生從被動接受知識者，轉變成能夠探索真 理，解釋自然現象的主動學習者。
第三節 研究目的與研究問題
壹、 研究目的
基於上述的研究動機，本研究的目的有：
一、 探討教學現場的國中生在光合作用教學結束後，仍然存在 的光合迷思。
二、 設計教學課程協助學生釐清光合作用相關迷思，並能使正 確概念長存。
三、 透過實驗操作，讓學生獲取科學實作上之樂趣。
貳、 研究問題
根據上述研究目的，本研究中有三個待答問題：
一、 教學現場學生出現了哪些光合作用迷思概念?
二、 如何運用教學課程解決學生的光合作用迷思?
三、 在課室現場客觀條件限制下，如何設計簡易實驗使學生能
動態觀察到光合作用運行的歷程?
第四節 名詞釋義
本節將說明本研究所涉及的三個重要名詞：「迷思概念」、「設計實驗」、「概 念改變」。
一、 迷思概念
當個體在自然的狀態下對自己的先前經驗或先備知識作抽象分類，逐漸形成 一些概念或想法，當這些個體自行發展出的概念或想法與科學科目學者專家之概 念或想法不相容時，則稱之為迷思概念 (郭重吉，1988)。
本研究之「迷思概念」係指，學生在接受教學之後，所建構的認知架構，仍 然與科學家認同的觀點不同，甚至與該年紀所需理解的自然科學理論相互衝突，
稱為迷思概念(misconception)。
二、 教學實驗
本研究所謂教學實驗是指配合解決國中生光合作用迷思概念所設計的一系 列自然實驗課程，實驗裡設計不同水中情境讓學生觀察每個水域環境中溶氧量和 酸鹼值的變化，所以實驗教學一詞專指本研究中所出現的實驗與教學活動。
三、 概念改變
本研究中的「概念改變」係指受試者在進行教學課程前後，經過教學課程的 設計與操作，受試者的光合作用概念有質與量的增加和提升，或是概念上的轉 變，則為本研究所謂之「概念改變」。
第五節 研究範圍與限制
壹、 研究範圍
一、 研究地區與對象
本研究範圍中，研究對象為選取台東縣關山國中研究者導師班七年級學生 (N=28)為參與者，學校採常態編班，班級特色是個性活潑、喜愛動手操作；本研 究對象在進行該研究以前已學習完國中光合作用課程，發展研究的地區為研究者 教學課室現場。
二、 研究方法
本研究利用光合作用為主題，探討國中七年級學生學習完光合作用後仍存有 的迷思以及進行完光合實驗教學後，學生對光合作用的迷思澄清和理解狀況，研 究採前實驗研究法之單組前後測設計(one-group pretest-posttest design)，研究自變 項為進行研究者自編的光合教學實驗課程處理，對同一班學生做教學實驗；依變 項為學生光合作用概念測驗卷後測和延宕測的與前測分數相較的變化情形；控制 變項為教授課程、教材、教學時間、參與學生的性質。
在進行教學實驗前，先用自編光合作用概念試卷得分和答題檢測學生對光合 現存的概念，而後執行教學實驗，待結束後再進行一次後側和兩次延宕測，由測 驗分數量化觀察學生是否提升對光合作用的正確理解，研究亦佐以質性紀錄增加 教學的廣度和深度。本研究冀以自然科獨特的實際操作觀察來增進學生發展光合 作用的相關概念並破除學習光合作用上常出現的迷思情形，並使其正確的科學概 念長存。
貳、 研究限制
一、 研究範圍與研究對象的限制
研究者以任教學校教學現場為研究地域，故無法水平延展或推論至其他學校 的教學現場；本研究的研究對象為研究者教學現場的國中生，研究群體小、範圍 有限，可能與全國國中生的整體狀況會不盡相同。
二、 研究方法的限制
本研究中採單組前後測實驗，未能有對照組相互比較實驗結果，為本研究限 制，因此研究結果不宜作過度延伸。而研究中的處理為試圖透過「教學實驗」課 程澄清光合作用迷思，但單一教學實驗無法解決學生出現過的所有光合作用迷思 概念，故研究者只針對教學實驗下能解決之迷思進行討論，針對教學實驗當下情 境探索答案。
第二章 文獻探討
本研究的文獻探討首先說明概念的意義和分類，迷思概念的定義和成因，作 為本研究的基礎和先備知識；其次整理國小各版本光合作用課程內容，以了解學 生進入國中之前已學習過的知識背景，並整理光合作用迷思概念相關研究作進一 步的了解；最後再說明概念改變的意涵、條件、概念改變教學策略及其教學策略 的相關研究，作為本研究架構的建議與參考方向。
第一節 迷思概念的定義
壹、 概念的意義和分類
思維一件事物或歷程，歸納並理解即形成一個「概念」，概念是漸進而成，
是人類累積來的生活經驗與調適。人類在理解新事物時往往帶入已內化的概念，
簡化想法和縮短思維時間，只消將相同屬性之事物劃分在一塊，就能大量減少大 腦處理新訊息時的負擔，因此能迅速在短時間中因應大量的周遭新進資料。概念 為學習的「基本單位」，是人類思考和瞭解的工具 (黃台珠，1984)。
研究者發現不同學者間對於概念的分類名稱雖不盡相同，但意義上有極高的 相似性，大致分為「生活具體概念」和「科學抽象概念」，下表將之歸納成兩大 類別：
表 二–1 不同學者間概念意義的分類
概念類別
「生活具體概念」 「科學抽象概念」
Vygotsky (1896~1934)
自發概念
個體從日常生活自然獲得的概 念，歸納得出。
科學概念
由教育方式來學習，由抽象到具 體實例。
Gagné (1985)
具體概念
能直接具體觀察的事物，概化的 形象。
抽象概念
需要使用語句來陳述與界定。
鄭朝明 (2006)
自然的概念
自然的有極明顯的屬性，如大
人工概念
生活中所見的自然事物，難用屬
小、顏色、形狀等。概念 性全有全無劃分。
鍾聖校 (1997)
自然概念
為應付生活需要所產生，沒有具 體或特殊屬性。
邏輯概念
領域中以概念間的關係為本質 行分類與推理的基礎。
資料來源：研究者自行整理
根據 Vygotsky 的看法，發展概念通常都是先產生「知覺」再逐一走向「系 統化」的漸進動態過程，人類在吸收外來知識以後具有能力重新整理和系統化外 界資訊，所以日常生活中的自發概念能啟發科學抽象概念的發展，兩者相輔相 成，科學抽象之概念一旦系統邏輯化以後，更可以回來重建原有的日常生活概 念，如此周而復始，縝密的連結新舊訊息，平衡人類大腦對整個外界的認知。目 前教學引導學生學習上就是此方式引導學生認知，教師教學手冊上的首要步驟常 為誘發學生學習動機，而引發動機最好的方式便是結合學生生活中曾接觸過的人 事物，讓學習者快速進入狀況，運用既有的背景知識，融合新的概念，使學習上 更深刻，更快速深植學習者的內心。
貳、 迷思概念的定義
高慧蓮、蘇銘洲、許茂聰(2003)研究中，說明迷思概念多是指不正確的個人 既有的先前概念，常發生於人類在理解自然科學之事實上，最容易發生於學習完 概念以後，個我仍存有固著性的錯誤認知，但教育學界面對這些認知出現時，實 不該完全否定個人建構的知識，固有一派學者們主張以「另有概念」描述迷思概 念的現象，迷思概念不一定就是完全錯誤和學習失敗，只是描述個體在認知既有 概念和科學概念之間的差異性。林振霖(1993)所下定義為學生從生活經驗、學校 教育、同儕文化、天賦觀念等中所獲得，用於了解和解釋自然現象的一套有別於 一般公認的「專家概念」的想法或概念，稱為「迷思概念」。 楊純珠(1999)描述 學生因為過去生活經驗或學校的學習，對於某些自然科學現象有其獨特的想法或 解釋的現象稱之。科學迷思的產生源於個體欲解釋、了解和合理化這個世界時，
所發展出來與科學上相異的結構或概念，在研究者課室現場中顯而易見的是，當 學生存在有迷思概念，會阻礙他們學習新的科學知識，迷思概念的建立多由身邊 每日的生活經驗所獲得並支持，極難有所改變。
本研究中的迷思概念與以上眾學者的定義相似，具體而言，就是依照教育部 課程中國中生所需習得的光合作用知識裡，若學生存有尚未澄清且混淆的概念或 存有與教科書上陳述觀念相異之概念，是為本研究的迷思概念。
參、 迷思概念的成因
一、 生活中的經驗
直覺性迷思概念常由日常生活累積並歷經多年觀察而來，在個體企圖去理解 每天生活現象時不知不覺間產生。例如生物科上學生對於理解呼吸作用和呼吸運 動兩個專有名詞就有層出不窮的常見迷思為呼吸作用只發生肺臟，或呼吸作用等 同於呼吸運動之定義；只有動物才需要呼吸，植物不必；學生也常以為植物進行 呼吸作用時，會消耗二氧化碳，產生氧氣；肺臟由肌肉組成可以主動的補充氣體 再排出不需要的氣體 (高慧蓮等，2003)。另外學童總是認為地球是平的，而非 球體狀。以上敘述，皆由個體生活經驗自行推測出的迷思概念。
二、 口語文字
平日所使用的口語文字極易產生迷思概念，語言的發展常是在可見知覺下所 建立並產出，所以與當代科學的巨觀和微觀知識未必能夠詳實貼近和全然吻合，
甚至會增添學生學習科學概念時的障礙與難度 (熊召弟，1996)。
研究者的教學經驗中，最常見的實例，就是中文俗名，鱷魚、鯨魚、山椒魚、
衣魚、鮑魚、甲魚、魷魚、章魚、果凍魚、鱟魚全部都不是魚類；河馬、斑馬和 海馬的親緣關係不相近，但中文約定俗成的稱謂，著實讓學生在學習自然科學 時，往往增加困難度也容易產生迷思。
三、 教師
老師在教學過程中，可能因出現錯誤的詮釋、缺乏科學知識本質的瞭解，或 是企圖簡單化概念，都有可能造成學生迷思概念的累積 (郭惠芳，2002) 。
舉例來說，建構式數學甫在台灣推展時，就有輿論指出少部分教師墨守成 規，要求學生一定要照著數學課本的建構算式一個步驟、一個步驟依樣畫葫蘆，
跳了步驟或是和教科書標準算式不一致，就不認同學生的答案，反而因此約束學 生邏輯能力上自由發揮的空間。
四、 教科書與其他因素
課堂時間有極大部分應用與集中在教科書的使用，因為教科書內容與編排經 過許多學者和教學專家的討論所制訂，較具組織性、邏輯性，讓教學現場的教師 清楚要教什麼，甚至已經幾乎完全決定領域學科的課程內容，然往往因學生把所 使用的教科書內容一律視為真理，才更容易在教科書內容卻出現錯誤或誤差時，
變成為迷思來源出現的原因 (郭惠芳，2002)。
何宗儒(2013)指出，小學國語教科書中就有出現自然科學概念的謬誤，大致 分為三類：圖片內容、文字內容、圖文對應內容的謬誤。可以見得，教科書中如 果出現與事實不符之情況，也能成為學生迷思概念產生的原因。除上述原因之 外，學生也會因背景知識不足而天馬行空的臆想而出現迷思現象。甚至有部分學
習者在面對和自己既有迷思概念的相反證據時，還是始終不放棄自己原有想法，
堅持不改變概念配合新證據，使迷思固存。
第二節 光合作用課程內容與迷思概念相關研究
光合作用單元是生物學裡學生相當難以理解的主題之一 (王雪紛，1997)。
學生所擁有的有關光合作用的先備知識，與光合作用本身並沒有直接關聯，而是 分散於植物的機能和天然物質上的相關觀點，但這些先備知識對往後教室的學習 有重大的影響。研究者任教於國中階段，而本研究的目的是希望解決國中階段學 生的光合作用迷思概念，進行研究前有其必要往前追溯學生在國小階段所習得的 光合作用相關知識，以了解學生光合作用概念的發展歷程與起點。
壹、 國小光合作用概念之課程內容
此段整理九年一貫後國小自然課本(康軒、牛頓、南一及翰林版)中相關光合 作用單元及分布年級，分別陳述如下表所示。(課程前為年級別、後為學期別)
表 二–2 康軒版國小自然課本光合作用相關課程及內容
課程 單元名稱 光合作用相關之內容
三上 植物的身體 觀察植物的型態、特色。認識根、莖、葉、花和果實。
三上 看不見得空氣 空氣特性、空氣佔有空間。
三下 種蔬菜 種植植物需要的條件。植物生長需要土壤、水和肥料。
三下 百變的水 水的重要性、水的應用、植物生長需要水。
四上 水生家族 水生植物生長方式、水生植物外型和構造。
四上 奇妙的光 介紹光的特性，直進、反射、折射、以及美麗的色光。
四上 交通工具與能源 提到太陽能也是可以利用的能源之一。
四下 水的移動 認識毛細現象、虹吸現象和連通管現象。
五上 觀測太陽 陽光幫助植物製造生長所需的養分。
五上 植物世界面面觀 植物根、莖、葉的功能和葉片的蒸散現象。
六上 大地的奧秘 風化後的土壤，是植物生長的所在。
六下 生物與環境 生物與其所處環境互為影響。
資料來源：研究者自行整理
表 二–3 牛頓版國小自然課本光合作用相關課程及內容
課程 單元名稱 光合作用相關之內容
二上 奇妙的種子 豆子吸水後，發芽及生長情況。
二下 豆子的生長 豆子生長需要水、空氣、陽光和土壤。
四上 水裡的生物 經由觀察培養浮萍。瞭解光對植物生長的影響。
四上 植物的身體和水 植物由根部運送水分，再由莖送到葉蒸散。
水是植物生存不可缺少的物質。
四下 光合作用 植物葉子用陽光製造養分。光、水和溫度會影響植物生 長。
植物用光、水和二氧化碳行光合作用。
六下 生態的平衡 介紹生產者、消費者和分解者概念。
生物和環境互相影響使生態平衡。
資料來源：研究者自行整理
表 二–4 南一版國小自然課本光合作用相關課程及內容
課程 單元名稱 光合作用相關之內容
一下 大家來種豆 豆子吸水後，能發芽及生長，所以豆子生長需要水分。
二上 種玉蜀黍 植物生長需要陽光、空氣、水和土壤。
二下 大家來種花 植物生長需要陽光、空氣、水和土壤。
比較不同環境下植物生長情況。
四上 植物的吸收和蒸散 植物用根、莖、葉，進行吸收、輸送和蒸散水分。
四下 光合作用 植物用葉子行光合作用。植物利用光、二氧化碳、水 進行光合作用製造養分。植物行光合作用可以吸收二 氧化碳，產生氧氣。
四下 水中生物 影響植物生長與分布的因素有：溫度、光線和水。
水生植物有適應水中生活的特殊構造。
資料來源：研究者自行整理
表 二–5 翰林版國小自然課本光合作用相關課程及內容
課程 單元名稱 光合作用相關之內容
一下 豆子發芽了 豆子吸水後，能發芽及生長，所以豆子生長需要水 分，所以要定時澆水。
二上 種豆 豆子生長需要陽光、水、空氣和土壤。
四上 植物的吸收和蒸散 植物的水分是藉由根、莖、葉，來吸收、運輸和蒸散。
四上 水中生物
水生生物的生態。
影響植物生長因素：溫度、光線和水。
水生植物有適合水中生活的特殊構造。
四下 光合作用
植物用葉子行光合作用。
植物利用光、二氧化碳、水進行光合作用製造養分。
植物行光合作用可以吸收二氧化碳，吐出氧氣。
六上 族群與群落 介紹生產者、消費者和分解者。
生物和環境皆會相互影響彼此。
資料來源：研究者自行整理
觀察上列四表，研究者發現目前國小自然課本中，只有康軒版並未直接出現 專有名詞「光合作用」，課程內容囊括光合作用主題所需具備的相關概念，確實 散布在各年級的相關單元之中，若是國小自然科教師在教學過程中從未提到「光 合作用」一詞，則學生升上國中後，將為首次接觸，而這單元又是國中課程中，
教材首次出現的動態進行的自然概念，因此學生要整理散佈在小學課程中的先備 知識並結合國中新上的科學觀念的確有一定的困難度。
牛頓、南一、翰林版皆有「光合作用」單元，但南一和翰林版將光合作用概 念延伸到地球上氧氣與二氧化碳的氣體平衡觀點，此概念雖為存在的事實也是極 重要的概念，但往往因為教師和教科書重複強調植物能吸收二氧化碳氣體，產生 氧氣，更催化學生出現常見的三大迷思：一為光合作用主要目的是製造氧氣；二 為光合作用存在的目的是為幫人類製造氧氣，為利他行為；三也容易使學生以為 氧氣的來源與二氧化碳大為相關，甚至有因果關係，氧氣的出現是二氧化碳裂解 產生；此三大迷思困惑許多已升上國中階段的學生，且也極易發現這些迷思概念 都不大容易藉由傳統教學破除及變更。
貳、 光合作用迷思概念之相關研究
此小節整理國內外學者在研究光合迷思概念時的發現和結果，以及學生常見 的光合作用迷思概念，作為研究者在研究期間的教學參考與發展課程設計的來 源，並提供研究者設計教學課程上的啟示。
表 二–6 光合作用迷思概念之相關研究 研究者(年代) 研究對象 研究結果 王雪紛(1997) 五年級
學生
即使經過教學，學生對於葉綠素是進行光合作用重要 條件之一、澱粉和光合作用的關係和光合作用的概念 上仍存有不少迷思概念。
林佳平(2001) 四.五.六 年級學生
學童對光合作用有許多迷思。不同背景變項(城鄉、
地區、族群和年級)的學童對光合概念有顯著差異。
郭惠芳(2002) 四年級 學生
學生在教學前後，對於植物維生方式，植物對光能使 用以及植物在生態系中的重要性這三方面，仍有許多 另有概念，可見得光合作用的學習是有困難存在。大 部分學生概念改變的情形在教學後所呈現的是以直 觀經驗與教學學習到之概念結合調整；所以，當教學 無法豐富合理地解釋學生舊有經驗時，在教學後，學 生可能僅是短暫保有教學之內容，經過一段時間，可 能又回覆到原先想法，因此要將學生另有概念轉變成 科學概念並不容易。
Lisa
Weise(2006) 高中生
植物只進行光合作用。作者藉由實驗觀察植物呼吸。
靜態植物無需能量。作者由實驗證明植物細胞呼吸將 來自光合作用的葡萄糖轉變為能量、二氧化碳和水，
以供給細胞利用。促使學生重建自然界中物質與能量 循環的概念；植物除呼吸以外還會光合，提供植物生 長的養分外還能將之儲存；植物光合所產生的氧氣量 確實遠比呼吸出的二氧化碳量大。
Andrew M. Ray
& Paul M.
Beardsley(2008)
9~12 年級 學生
光合作用一直是必修課程，但學生對於植物的概念常 停留在澆水就可長大的迷思。
Susan Piper &
Edward Lewis Shaw Jr.(2010)
三年級 英文語言 學習者
本研究在提供教學方式協助對非以英語為主要語言 之學生理解光合作用，及採取不同的評量診斷其學習 成果，使其免受英文不利的影響。
Ilona Ahopelto etc. al.(2011)
國小師資 培育教師 ( 未 來 教 師)
研究顯示實驗後可改善光合作用迷思概念。內在學習 的目標對概念改變似乎有重大的影響。國小師資培育 學生儘管接受多年的高等教育仍有一些基本的迷思 存在。冀望及時導正，避免學童也繼承來自老師的科 學迷思。
資料來源：研究者自行彙整
閱讀文獻之後，發現其實無論國內或國外的學生，學習光合作用概念時的癥 結點其實大同小異；面對此困境時，國外的教學者常推動學生運用實驗的手段，
直接操作，觀察實證以獲得光合作用概念上的啟示與促使概念上的改變；而國內 的教學者較少使用實驗來驗證課本上的知識，反思此間差異，或許和我們國內規 劃的自然科教學課程內容豐富，然教學時間有限有關，在緊湊約定時間內要學生 學完的最快方法就是直接講述教學，所以國內學生親手玩實驗的時間短、頻率 低，也逐漸於無形間消磨掉部分學生對自然科學的熱衷與喜愛，淪於片段知識的
第三節 概念改變意涵及教學策略
本節針對由理論到實務，分層介紹三大主題，第一部分是「概念改變的意 涵」，第二部分是「概念改變教學策略」，第三部分是「科學上運用概念改變教學 的相關研究」。
壹、 概念改變意涵與條件
個體在沒有歷經強烈的認知衝突下，人類不會進行調適，所以極少有機會出 現自發性地產生概念改變，科學教育發展時在探討「概念改變」的意涵與發生條 件上不遺餘力。要發生概念改變前，個體須先認知到自己既有的理論與呈現之事 實和證據相比是不完整、或不具功能甚至不一致時，才會迫使自己再重新解釋和 定義概念，同時外界提供的科學性解釋也必須更具說服力，方能有機會取代既有 概念和達到概念改變的目的，本研究的立論正以此奠基 (梁雅琇，2007)。
奧蘇貝爾的理論中也提到，新概念如果是不可理解的，無法直覺判斷的，
就很難發生概念改變，所以新概念還須是可被當時年紀的個體理解的範圍，並且 具有意義，個體才有可能進行概念改變。且新概念須是夠豐富，使個體不僅能解 決現存問題，也能提供未來探索的新方向。
概念改變約可分成兩大項度，其中一種是增加擴大其豐富度，另一種是修正 既有概念，前者是指個體面對新知與已知的概念架構一樣時，學習只是增加其廣 度和深度所以不難發生，例如沙漠缺水，生活在此環境下的生物必須發展出功能 更強大的防止水分散失功能，所以仙人掌葉子演化出針狀葉避免水分過度流失並 將發展肉質莖來保水；後者係指當個體所學之新知內容與其原有概念和生活經驗 到的不一致，所以不易變更原有想法，概念改變比較難發生，例如地球是球狀體，
然生活經驗中，從視覺上看地表，感覺卻是平坦的 (郭惠芳，2002)。
綜合在翻閱文獻時的心得，從簡單概念的增加或減少知識內容，到整體知識 架構的重組，都是概念改變的範疇，也提供研究者切入學生概念改變時的參考依 據。以下，再針對以概念改變理論為出發點，發展教學策略的文獻做整理，提供 教學設計上更進一步的具體方向。
貳、 概念改變教學策略
學生在學習科學時的困難與障礙，大多源自於個體存有的迷思概念，迷思概 念的改變有其難度，但換個方式思考，若積極運用教學策略推動學生，讓學生原 有觀念解構再重組，達到概念改變便可以增強學生此方面的科學相關知識基礎；
以下提出學者研究中提出的概念改變教學策略。
盧秀琴、黃麗燕 (2007)彙整文獻策略提出 5E 學習環教學策略，五點如下：
一、 參與(engagement)：設計教學活動引起學生興趣，學生主動積極參 與，由提出問題、定義問題和呈現矛盾，帶出探討的問題和觀念。
二、 探索(exploration)：給予充足時間進行活動、探索活動，透過操作 過程，使學生建構和教科書中或科學家的相同共識。
三、 解釋(explanation)：先讓學生自我詮釋、說明自己的想法，再由教 學者以學生想法為基礎，透過口頭、圖片、影片或教學媒體，再 補充介紹相關科學概念以及過程。
四、 精緻化(elaboration)：能活用在新的情境中，推展到日常生活裡。
五、 評量(evaluation)：教師對學生理解的程度進行評量，並提供學生 應用科學知識與過程技能的機會，也可讓學生作自我評量，使其 更進一步了解自己的學習情況。
上述教學策略與模式，研究者發現文獻中前輩的建議都是先找出學習者的既 有概念與迷思，再由活動設計教學，讓學生主動參與，造成概念衝突，嘗試讓學 生自我詮釋，最後概念調整與重組。故研究者進行研究時，首先了解學生光合作 用迷思概念為何，其二選擇並安排課程實驗活動讓學生能實際觀察具體事物的變 化，進而讓學生在事實與推測上出現差異造成概念衝突後，再引導學生運用所學 課本知識或自行找尋資料來合理地闡釋觀察到的數據和現象，已達成最後概念轉 變之目的。
參、 科學上運用概念改變教學的相關研究
以下整理運用概念改變教學策略與對生物相關單元概念教學建議的相關研 究，如表 二–7 所示：
表 二–7 概念改變教學之相關研究
研究者 研究題目 研究方法與教學建議
曾千虹 耿正屏 (1993)
國小、國中及高 中學生之細胞概 念發展
1. 教材的內容應避免造成或增強學生的迷思概念。
2. 教學前，教師應先知道學生的原有想法。
3. 落實實驗課程。
4. 視聽多媒體教材之應用
5. 以概念構圖工具作為一向後設教學評量之參考。
盧莉閔 王國華 (1998)
國中生物科施行 概念改變教學策 略之研究
Driver and Oldham(1986)提出的五階段概念改變教學 策略:
1. 確定探討的方向 2. 引出學生的想法 3. 學生想法的重組 4. 應用新的想法 5. 回顧想法的改變
劉俊庚 (2001)
迷思概念與概念 改變教學策略之 文獻分析－以概 念構圖和後設分 析模式探討其意 涵與影響
成功的概念改變需要考量的因素:
1. 教學前需要考量學生已存在的概念。
2. 教師應了解概念改變是多重步驟，教學過程中，我 們應提供學生許多實際經驗，使學生了解日常生 活經驗與科學理論的關係。
3. 時間對概念改變而言是一項重要因素。
藍治平 簡秀玲 張永達 (2002)
教學表徵多樣化
的理論與應用
－國中生物『遺 傳』的概念
利用教學表徵方式來進行教學: 類比、隱喻、因果說 明、範例說明、名詞定義、圖表說明、展示說明、示 範說明、問題引導、問題討論、學生操弄、模擬遊戲、
家庭作業及其他（如閱讀或練習解題）。 林陳涌
徐毓慧 (2002)
國一學生對血糖 恆定性的先前概 念
教學上應該可以從明顯可觀察現象的生活事例，如冷 氣、洗衣機等電器運作的原理，介紹「動態平衡」概 念，對未來學習微觀知識領域學習應該較有幫助。
廖睿紅 王國華 (2003)
國一學生對「能 量」相關概念發 展之研究
1. 可採主題式的統整教學策略。
2. 教師運用生活中的例子或對比鮮明的說明會讓學 生印象深刻。
楊坤原 張賴妙 理 (2004)
遺傳學迷思概念 之文獻探討及其 在教學上的啟示
1. 教學前，應審慎考慮學生的先前經驗，並藉助教具 或提供認知衝突的機會來增進學生的了解。
2. 解釋課文內容或引用日常實例時，需清楚指出日常 用語和科學詞彙間的差異，免得為顧及學生的了 解卻反而造成學生對詞意有不當的聯想或類推。
梁雅琇 (2007)
電腦病毒迷思概 念與概念改變教 學成效之研究
以自編之電腦病毒概念圖作為發展紙筆測驗及課程 內容的架構，採準實驗研究法，設定為實驗組 1 施 以研究者自編之電腦病毒概念改變課程，實驗組 2 學童施以電腦病毒推廣教材，控制組不施以任何教 學。教學後，以量化統計分析探討三組學生在電腦病 毒概念的學習成效。
盧秀琴 黃麗燕 (2007)
國中「細胞課程」
概念改變教學之 發展研究
1. 先分析國中生學習後具有的另有概念類型
2. 使用 5E 學習環教學策略，搭配類比教學、概念構 圖和實驗設計「細胞課程」的概念改變教學活動。
3. 研究採用準實驗研究，以班級教學方式進行實驗。
許照紅 許德發 (2011)
用以促進遺傳物 質概念獲得之教 學方法的探究
1. 教學採講述、看圖填空、拼圖、模型類比演示、
操作與製作等策略。讓學生在動手模擬、製作細 胞分裂模型時，從中探究並理解箇中原理。
2. 研究採 13 位國中一年級學生單組前後測設計，針 對染色體概念的理解發展二階段式診斷工具，四 等量表測試用於評量細胞分裂概念的學習成果。
Lisa Weise (2006)
Simple Inexpensive Respirometers Demonstration
自製簡易便宜的呼吸偵測計，帶領學生用 實驗佐證植物的光合作用和呼吸作用。
Andrew M Ray &
Paul M Beardsley
(2008)
Overcoming Student Misconceptions about Photosynthesis: A model-
and Inquiry-Based Approach Using Aquatic
Plants
使用 5E 學習環，運用水生植物實驗與觀 察，探討光合概念。(engage、explore、
explain、extend、evaluate)
Susan Piper &
Edward Lewis
Shaw Jr.(2010)
Teaching Photosynthesis with ELL Student
英語學習者(ELL)學習光合作用的困難點 在於缺乏對英文語言的理解。
提供教學方式:1.繪畫 2.文章 3.ppt 呈現 或上網查詢 4.查詢雙語辭典，協助對非以 英語為主要語言之學生理解光合作用。
資料來源：研究者自行彙整
研究者參閱者些文獻以後，發現促進概念改變之教學方法其實不少，舉凡從 講述、類比、心智圖、圖表說明、示範說明、模擬遊戲、日常生活應用與延伸與 設計實驗接囊括於內，但以光合作用概念改變教學策略來看，許多研究者皆選擇 以設計實驗方式來企圖達成概念轉變的目的，也提供研究者更具體明確的教學設 計方向。
第三章 研究設計
本研究旨在探討國中七年級學生的光合作用概念與迷思情形，並設計一套光 合作用教學實驗課程，探究該課程的實施是否能有效促進教學現場學生對於光合 作用迷思概念發生概念改變並提升學生對光合作用相關概念的理解；本研究結果 以量化兼具質性來分析學生學習脈絡和紙筆測驗的結果。本章分成五節進行說 明，分別是研究設計與流程、研究對象、研究工具、教學實驗設計、資料分析與 處理。
第一節 研究設計與流程
壹、 研究設計
本研究的處理是對已習得光合作用概念的學生再次進行教學，教學採自然科 教學實驗課程形式，藉由操弄不同條件的實驗組情境，使學生了解光合作用進行 時需要的條件、主要目的、代謝出的產物、得知光合與呼吸作用的代謝能使環境 中氣體循環平衡，和所有生物都需要進行呼吸作用的概念。
研究首先對台東縣關山國中七年級導師班學生施以前測，測驗工具為自編紙 筆測驗「光合作用概念測驗試卷」，藉由施測結果分析學生在光合作用概念上的 迷思，隨後進行「光合作用教學實驗」處理，期望透過教學歷程促使學生再次思 考，並使其轉變其既存的迷思概念，研究者並於教學完畢以後實施後側和兩次延 宕測，觀察得分情況，探究教學後學生的光合作用概念是否有提升和課程的實施 是否能使學生持續存有正確概念，最後完成結論和提出教學建議。
冀研究中的教學實驗能將理論與實證互相結合，協助學生驗證光合作用的動 態行進特性和存在，提高學生對光合作用的相關概念的理解與延伸。研究目的不 在於產生新理論，而是藉由教育實務工作者掌握實際教學現場的脈絡和學生問題 所在，透過文獻參考與指導教授的討論領導，在教學課程和師生互動的實驗操作 歷程下，發展出本研究的結論與成果。
貳、 研究流程
本研究對象為國中七年級學生，並設計教學實驗課程讓學生親手操作、觀察 實驗，也讓學生有機會運用數據觀察和分析光合作用發生以後對水域環境的影 響，最後根據實驗的數據變化，讓學生綜合整理教學實驗後的概念與轉變，敘述 原因及相呼應的概念，並由教學前後的測驗結果驗證學生的學習成效，研究者將 歷程中的發現撰寫報告提出綜合性結論與建議。研究之實施過程分為下列六個重 要階段，茲分述如下：
一、 閱讀相關文獻並確立研究主題
研究者首先廣泛閱讀與蒐集相關光合作用課程議題，並結合指導教授建議進 而確認研究主題與發展方向後，將所閱讀相關文獻加以綜合整理，作為本研究之 基礎，並於研究期間不斷蒐尋相關文獻及資料以豐富相關知識。
二、 擬定研究架構與流程並設計課程
確認研究方向與主題後，開始歸納整理相關研究文獻的內容分析，再擬定教 學實驗，確立實驗變項之間的關係和所涵蓋的光合作用內涵，最後彙整資料與指 導教授討論，以擬定研究架構與流程。由文獻資料中發展出一套既適合國中生又 於課室現況能順利進行的光合作用教學實驗課程，並選定教學實驗材料與儀器，
以利固定教學實驗中的控制變項。
三、 發展測驗
研究中結合光合作用教學實驗發展出相關概念的「光合作用概念自編試卷」
進行教學實驗課程進行前測驗，評估學生是否能夠準確預測不同環境條件與光合 作用的關係和對生物的影響，再利用測驗中錯誤部分和選擇的錯誤選項，分析課 室學生存在的光合作用迷思概念，根據學生的問題設計接下來要進行的教學課 程。
四、 進行教學實驗
推動學生在教學實驗課程進行中，親手操作和觀察不同水域環境的生物狀 況，並於固定時間作量測與紀錄，由教學實驗期間紀錄光合作用實驗的溶氧量和 酸鹼度兩項數據，並指導學生在操作實驗過程中需要建立的研究態度與精神和誠 實紀錄實驗數據。
五、 數據之分析與詮釋
為了解教學實驗是否能讓學生結合光合概念分析並詮釋實驗數據變化之原 委，待實驗數據開始有規律性變化時，研究者設計一堂數據分析課程，請學生觀 察溶氧量和酸鹼度數據之起伏，嘗試說明數據變化的原因，根據學生的說明來質 性分析學生的光合認知程度，教學實驗結束後也再度施測「光合作用概念測驗試 卷」，做為後測依據，以量化評量學生學習成效，三週和六週後再施以兩回延宕 考驗，評量光合相關概念維持情形，使研究者了解學生在經過一系列的教學實驗 課程，其光合作用之相關概念上的改變與整合情形，以作為本實驗研究結束後分 析之依據。
六、 資料分析及撰寫論文
根據學生前測試題得分、誘答題項的選擇、試題的難度與鑑別度、學生教學 實驗過程的提問與行為、學生數據分析的文本資料、和後測與延宕測分數的變 化，綜合歸納出本次研究成果，並提出結論與建議，最後完成論文的撰寫。本研 究以臺東縣縣立關山國中七年級研究者導師班學生為受試者，說明學生經過教學 實驗後概念改變與進步的整體狀況。
圖 三–1 研究流程 相關文獻探討 擬定研究主題
設計教學活動與發展評量
實施前測
評量測驗之前測
分析預試並與專家討論 選取樣本進行預試
六週後延宕測驗 三週後延宕測驗
實施後測
教學與未來建議 分析結果及教學省思 擬定研究計畫審查書
進行教學實驗課程 研
究 準 備 階 段
修 正
修 正 撰寫研究論文
論文審查 論文口試、完成論文
微 調 考 卷， 進 行 選 項 次 序 調 整， 測 驗 難 度、 概 念 不 改 變 課
程 教 學 階 段
研 究 完 成 階 段
修 改
第二節 研究對象
本研究以國中七年級導師班學生為研究對象，並於七年級下學期利用測驗試 卷尋找學生光合作用的迷思概念並進行教學實驗，期望課程的實施能有效提升學 生對光合作用正確概念。此節將分別以預試樣本、正式樣本説明研究採用的對象。
壹、 預試樣本
為求研究者自編「光合作用概念測驗試卷」之信度，研究者於自編的紙筆測 驗卷完成後進行預試，預試樣本為研究者之七年級任課班學生，預試測驗卷回收 後，根據學生作答時提出的疑問和參酌學生的答題情況，進行試卷題目的分析與 文字上的修正與修飾。
貳、 正式樣本
在第一節研究設計與流程中已說明本研究為解決教學現場學生的光合作用 迷思概念，故選取研究者導師班學生進行教學實驗。在教學實驗前對學生進行光 合作用概念前測，分析並了解學生的先備知識基準以及光合迷思為何；在教學後 再讓學生接受光合作用概念後測，最後在教學結束三週及六週以後再施以延宕測 驗，了解教學實驗課程是否能有效提升，並且持續地讓學生保有光合作用的正確 概念。
第三節 研究工具
壹、 測驗編製依據與經過
本試卷「光合作用概念測驗試卷」為研究者決定教學實驗課程以後，由實驗 設計中可發展出的光合作用概念進行編製的自編試卷。研究者參考光合作用教學 相關文獻上之題目與形式，再套用上自己要指導與進行的教學實驗，自編試卷的 效度請指導教授以及三位國中自然科教師針對題目內容與措辭提供修改意見，修 改後進行預試，根據學生作答的情況和反應與得分再次微調題目與文字說明，最 後與指導教授商討，完成概念測驗試卷定稿，審定前試題與聯合專家建議後和預 試反應後進行調整的題目形式皆置於附錄六。
後測和兩次延宕測的光合概念試卷題目則根據前測題目加以調整選項和圖 形順序，在難度和概念不調整的情形下，於教學後進行後三次施測。
貳、 試題計分方法
本試卷題型以選擇題為主，每個題目有四個選項，配合題形式之選擇，可視 為改良式的選擇題型，能於短時間內測得一系列問題。選擇題與配合題記分方式 皆則採二分法，全對即得分，答錯與空白者不給分，得分愈高代表光合作用概念 能力愈好。最後再將施測成績利用統計軟體 SPSS 進行成對樣本 t 檢定，評估學 生學習後的成效是否顯著。
參、 教學實驗使用器材與數據分析紙本
教學實驗中使用到兩種測試儀器，一是溶氧計 EZDO7031，二是 pH 計 EZDOPH5011A，偵測不同水域環境變化，溶氧計偵測水中溶氧量多寡，pH 計測 量每個水域環境中水質的酸化程度，因二氧化碳氣體溶於水呈酸性，故能間接獲 得二氧化碳含量變化的訊息，兩種教學實驗儀器的詳細介紹與操作說明置於附錄 五。另外，數據分析課研究者讓學生個別書面以文字解釋實驗數據變化的紙本，
也是本研究中的研究工具之一。
第四節 教學實驗設計
本研究中的光合作用教學課程實驗，其實施工具、項目與條件，如圖三–3。
圖 三–2 光合作用教學實驗設計
實驗數據 1. 溶氧量
2. pH 值(酸鹼值) 實驗工具
水瓶 水源 光源 地點 時間 溫度
實驗條件 實驗組 1：
光照下，水瓶中放異 營生物(孔雀魚) 實驗組 2：
光照下，水瓶中放自 營生物(水草) 實驗組 3：
光照下，水瓶內兼具 自營生物及異營生 物(水草、孔雀魚) 實驗組 4：
黑暗，水瓶中放異營 生物(孔雀魚) 實驗組 5：
黑暗，水瓶中放自營 生物(水草)
實驗組 6：
黑暗，水瓶內兼具自 營生物及異營生物 (水草、孔雀魚) 對照組：
水瓶中無生物
自變項 依變項
控制變項
壹、 教學實驗課程中實驗控制變項
控制變項主要在控制固定可能影響「實驗組（experimental group）」及「控 制組（control group）」實驗結果之變項。本研究的控制變項主要有實驗地點和工 具包含玻璃瓶大小、地下水、光源、時間、溫度，實驗材料上的取得以現有資源 使用或就近取用為佳。
貳、 教學實驗課程中的實驗自變項
「實驗組 1」水瓶放置於光照處，每日照光十小時，瓶中僅放置異營生物，
異營生物係指無法自行產生營養，需要倚靠外界物質為養分來源之生物，也就是 只行呼吸作用而不具有光合作用能力的生物，如孔雀魚。「實驗組 2」水瓶放置 於光照處，每日照光十小時，瓶中僅放置自營生物，自營生物指能自行產生養分 的生物，實驗中的自營生物使用水草，第一輪實驗使用水草虎耳，第二輪實驗使 用水蘊草。「實驗組 3」水瓶放置於光照處，每日照光十小時，水瓶內放置自營 和異營生物(水草和孔雀魚)。「實驗組 4、5、6」皆處於黑暗環境(無光照刺激下) 實驗，水瓶內的差異在於「實驗組 4」只有放置異營生物、「實驗組 5」只有自營 生物以及「實驗組 6」兼具異營和自營生物。「控制組」即對照組係指一般地下 水，不放生物也不進行處理。
參、 教學實驗課程中的實驗依變項
每輪實驗時間維持四天，「實驗組」與「控制組」於實驗教學階段期間，每 日的早上七點，中午十二點半以及下午五點，固定使用溶氧計和 pH 計檢測每一 個實驗組及對照組水域中的溶氧量數據和酸鹼值數據，此兩樣數據為教學實驗中 的依變項，檢測後由研究者指導學生紀錄並一同觀察數據的變化。
第五節 資料分析與處理
本研究從不同的向度做資料蒐集，以求資料分析的豐富性和完整性。以下將 研究資料的蒐集、資料的整理與分析詳述如下：
壹、 資料的蒐集
研究從教學中的觀察、數據分析課的學生文本資料、光合作用概念測驗試卷 和學生（觀察小記），做研究資料的蒐集。茲將資料蒐集的方式和內容分述如下：
一、 教學中的觀察
包含教師布置情境、學生分析的原因和推測的結果、師生互動、教師 如何引導教學之進行、兩節講解課堂(學生對預試題目的提問和數據分析課) 上學生的問題和反應、以及其他發生於教學和學生操作實驗期間之所有資 料。
二、 數據分析課的學生文本資料
數據分析課的課堂上，研究者發給學生教學實驗中所量測出的實際實 驗數據，請學生觀察出數據的起伏變化與規律性後，思考可以用哪些概念 解釋數值的升降，並嘗試用文字書寫進行回饋與分析，最後由研究者回收，
質性觀察學生對實驗數據的文字描述能力與概念的正確性。
三、 光合作用概念測驗試卷
研究者於實驗教學前與教學後，利用光合作用概念測驗試卷做前測、
後測與延宕測，觀察學生得分上的變化，並分析學生前測作答情況以此引 導教學，並檢視教學實驗課程可以改變的概念，將無法使用實驗現象觀察 到的概念坐在講述課堂上作說明，最後用教學前後學生試卷得分狀況檢視 教學實驗對學生的影響。
四、 學生（觀察小記）
學生操作實驗時的觀察小記是本研究重要的數據資料來源。學生在教 學實驗活動進行時，所做的數據紀錄與觀察發現，是師生交流的來源，透 過每天數據的變化，研究者向學生拋出問題，學生再把他們的想法、運用 口頭方式分析出來，老師根據學生描述了解學生解讀實驗的概念，調整教 學指導方式，並從中發現學生光合概念轉變的情形，以及影響學生概念轉 變的關鍵因素，能更清楚掌握學生的學習動態。
貳、 資料的整理與數據分析
本研究在每天教學活動結束後，研究者整理來自教學實驗整體的觀察記錄、
學生的觀察小記、光合作用概念測驗試卷中的答題狀況和數據分析課的學生文字 描述狀況文本等資料後，開始進行資料分析。
數據分析上，研究中會分析光合作用概念自編試卷中各題目的難度與鑑別 度，其分析結果與解釋置於附錄七，並藉由學生在光合作用概念自編試卷中前 測、後側與兩次延宕測驗的分數，做 SPSS 統計軟體的成對樣本 t 檢定，觀察學 生學習成效的顯著性，佐以質性的觀察評估，撰寫報告；根據測驗結果與師生的 互動來描述與詮釋教學現場或其他文件資料的意義，並省思、評估此教學歷程整 體情境脈絡的優點與缺點，審慎地整理出教學現場的真實情況，在研究的最後盡 可能完整呈現。
第四章 結果與討論
本章主要探討光合作用概念教學實驗的實施過程與內容，並將研究所得 的資料做分析與討論。本章分為三節，第一節分析學生光合作用迷思概念，
第二節說明課程進行與教學實驗，第三節討論教學實驗後學生學習的成效。
第一節 學生光合作用迷思概念分析
本研究探討學生的光合迷思概念，研究者的判斷來源主要來自光合作用概念 自編試卷前測的作答結果與前測之後與學生的問答後的紀錄；以下茲分述研究者 所觀察出來的學生光合迷思概念。
壹、 光合作用的條件與產物
光合作用的進行，需同時具備數個充足的條件才能促使此代謝活動成立，首 先環境中的生物必具備葉綠體或葉綠素，其二需要充足的光能，第三還需有水和 二氧化碳的提供，滿足此三個條件之下，光合作用才能順利執行。
前測試卷中有兩題針對此概念進行提問，以下表格為全班二十八位學生針對 此概念作答後的結果：
表 四–1 光合作用需要條件與物質概念分析
題型題號 單選第一題 配合第三題 (複選) 題目 觀察圖中各組情境，請問那些正
在進行「光合作用」
植物行光合作用時需要的條件 和物質有
作答正確人數 21 人 6 人
作答錯誤人數 7 人 22 人
現象一 6 人忽略光合需要「綠色生物」 有 7 人只忽略光合執行需「水」
現象二 1 人忽略自營生物光合需要「光」
從選擇題第一題分析學生作答結果，全班二十八位學生中有六位忽略生物需 具備葉綠體才能進行光合作用，回答的錯誤情境為「所有照光的生物皆能進行光 合作用」，並未考慮到動物身上沒有葉綠體構造，此為學生迷思概念之一；另有 一位學生雖考慮到進行光合作用必須要有綠色生物，但卻忽略光合作用需要光，
故選擇的錯誤情境為「所有存在綠色生物的環境皆有光合作用」，此為學生迷思 概念之二。
從配合第三題分析學生是否能正確描述出光合作用需要條件與物質，更發現 全班只有六位同學能完整寫出光合作用需要的所有條件，近八成的學生無法完整 描述，細觀作答結果，有七位作答錯誤學生僅忽略「水」為光合作用需要的原料，
此為光合作用需要物質中，學生常出現的迷思概念之三；另有八位作答錯誤學生 僅多寫或少考慮了一個條件；剩下的七位學生對於光合的條件和需要物質錯誤選 項至少有兩個以上，其迷思概念較多，甚或有對光合條件完全不清楚的學生。
光合作用的產物共有三項，一為光反應進行時產生的氧氣，二為暗反應產生 的水以及三最主要的產物葡萄糖(養分)；分析學生是否清楚光合作用產物的概念 時，試卷使用配合第四題複選方式提問，下表為學生作答情況：
表 四–2 光合作用產物概念分析
題型題號 配合第三題 (複選)
題目 植物行光合作用時會產生哪些物質
作答正確人數 1 人
作答錯誤人數 27 人
現象一 作答錯誤中有 7 人只忽略了光合產物中有「水」；餘 20 位學生在 此項回答光合產物作答中至少錯誤兩個以上
現象二 作答錯誤中有 16 人混淆光合作用主要產物「養分」和呼吸作用的 主要目的產生「能量」
光合作用產物的作答情形顯示學生概念模糊不清，且常常忽略次要產物「水」
的存在，此為迷思概念之四；而「養分」與「能量」的混淆是迷思之五。
貳、 光合作用的目的
異營生物透過攝食獲得養分，然而自營生物大多不能移動也沒有攝食構造，
不能透過攝食補充養分來源，所以透過葉綠素或葉綠體進行光合作用自行合成養 分供自己生存與利用，是故光合作用進行的目的主要為「產生養分」。
然而學生往往分辨不清楚「產生養分」和「產生能量」的代謝作用為何，在 文獻中發現學習者常將「氧氣」視為光合作用主要目的，故本測驗利用配合題第 一題和第二題向學生提問光合和呼吸作用的主要目的，下表為學生作答情況：
表 四–3 光合作用和呼吸作用主要目的概念作答分析
題型題號 配合第一題 配合第二題
題目 「光合作用」的主要目的是產生 「呼吸作用」的主要目的是產生
作答正確人數 10 人 10 人
作答錯誤人數 18 人 18 人
兩題皆對人數 8 人
現象一 正好將光合「產生養分」與呼吸「產生能量」寫顛倒者有 2 人
現象二
將光合目的誤認為是「產生能量」的有 11 人 將光合目的誤認為是「產生氧氣」的有 4 人 將光合目的誤認為是「產生光」的有 2 人
將光合目的誤認為是「產生二氧化碳」的有 1 人
由作答結果顯示，學生對於光合作用的目的最常出現的迷思概念為「產生能 量」，此與上頁描述的迷思之五相同；另有學生以為光合目的是「產生氧氣」此
為迷思之六；另有三人由觀察測驗作答情形和研究者與學生問答結果顯示，學生 的光合作用概念不明，甚至可以說是忘記了或沒有學起來。
參、 水域環境的平衡和綠色生物的光合與呼吸
光照下，綠色生物利用葉綠體進行光合作用，也持續運用粒線體進行呼吸作 用，兩構造運行目的不同、相互獨立，並不彼此干擾；黑暗中，植物停止進行光 合，但為維持生命和動物一樣，全天進行呼吸作用，持續產生能量和釋出二氧化 碳與水。
前測試卷中有四題，針對學生是否了解綠色生物光合與呼吸進行時間與相關 概念進行提問，以下表格整理學生作答情況：
表 四–4 綠色生物光合作用和呼吸作用進行時間與相關概念作答分析 題型題號 單選第四題 單選第七題 單選第十一題 單選第十二題
題目
按照組別二的 情境，請問水 瓶中的水草能 製造何種氣體
按照組別五的 情境，請問水 瓶中的水草能 製造何種氣體
按組別二裝置，
瓶中放入水草，
每天給予充足的 光線，問此裝置 給水草的資源足 夠嗎
觀察各組別的配 置，請預測哪些 組別可以維持瓶 中二氧化碳與氧 氣的來源，使生 命得以存活
作答正確人數 16 13 10 16
作答錯誤人數 12 15 18 12
現象一
光照環境下的水草，
有 11 位學生只記得水草能行光合作用，釋出氧氣，卻忘記呼吸作 用持續進行，仍會放出二氧化碳。
另有 1 位同學仍覺得水草只釋放二氧化碳。
