质量守恒定律迷思概念二段式测验诊断工具的发展与结果

質量守恆定律迷思概念二段式測驗診斷工具的發展與結果

蔡智文

高雄縣立燕巢國民中學

TEL:（07）615-1791

E-mail:tcw1203@

周進洋

國立高雄師範大學科學教育研究所

TEL：（07）7172930

摘要

本研究旨在發展二段式測驗診斷工具，藉此探討高雄縣國三學生於教師教學後依然存在的質量守恆相關概念常見之迷思概念。精緻後之診斷工具為一包含國中現行理化教材9個中心概念共10道題目之二段式測驗診斷工具，測驗工具本身數據為：難度：0.503 ；鑑別度：0.692 ；信度分析：0.8156 ；所有題目皆經專家審核修訂以確立專家校度。

針對高雄縣不同學校國三學生進行抽樣與施測，本研究統計出11項常見的迷失概念，可歸納為4種不同類型。

關鍵詞: 二段式測驗診斷工具、迷思概念、質量守恆

一、緒論

研究者從教學中發現，無論利用何種教學方法或策略，或對教材內容及計算題型多次講解與示範演算，許多學生的學習效果並不良好，尤其國中理化的質量守恆定律相關概念最為明顯。歸諸原因，或因研究者教學之初未曾考慮學生的想法，一廂情願灌輸自己認為理所當然的知識所致，此一現象激起了研究者探討學生在此一主題所擁有的想法的興趣。

（一）研究背景與動機

Mayer（1986）指出：每個人都會以某種「先前概念」（preconceptions）來處理學習或思考，並將這些概念帶進學習情境，而且這些概念具有自動自發、不易改變的特性。假若教師未留意到學生的先前概念，而學校的評量也忽略此一事實，即使學生的想法有誤，也無法即時予以糾正（Hashweh，1988）。這些學習之初就具有的先前概念，科教學者習慣稱為「迷思概念」（misconception），教師在教學之初就應該要考慮到學生已經具有的迷思概念。

近年來研究學生迷思概念的工具多半以晤談法（interview）與開放式問答（open-ended responsequestions）為主，不可諱言的這些方法存在著施測耗時、施測教師須受過專業訓練、資料不易量化與結果不易解釋．．．等缺點。因此，研究者選定選擇題型的二段式測驗診斷工具作為主要的研究工具，希望能快速診斷出國三學生在教學之後依然存在的迷思概念，且

因二段式答題選項設計可減少學生猜題傾向與機會，所以施測結果應能表現學生內心的想法。（二）名詞解釋

１、二段式（Two-Tier）測驗

指整份的測驗試題中的每一道題均包括兩大部分，第一部分包含有題幹和2個簡單的定性答案選目（事實選項）所構成；第二部份為根據第一部分的答案所擬出數個可能的理由（理由選項）所構成。必須同時選對第一、二部分的選項，方能視為正確的答題。

２、迷思概念

在本研究中，迷思概念被定義為學生在理化的學習中，對某一科學概念或現象因某種因素所產生的錯誤想法，與目前科學社群公認的知識相衝突，可由二段式測驗探究得知。本研究中，假若學生在某測驗題目對某一錯誤選項選取比例超過10﹪便視作具有迷思概念存在。

３、質量守恆定律（the law of conservation of mass）

本研究中的「質量守恆定律」並非侷限於：反應前後反應物及生成物的總質量為一定值；或是反應前後原子不滅，而是包括國中理化課本除了核能反應之外所有的物理、化學反應。例如溶解、沉澱、氧化（生鏽）、燃燒、酸鹼中和、蒸發、電解、．．．等，均為研究的對象。

（三）研究範圍與限制

本研究旨在發展出二段式測驗，作為國三學生質量守恆定律迷思概念的診斷工具，並探討學生常見的迷思概念為何，以作為教學的參考與改進。但礙於人力、時間及抽測範圍為有限數目的學生，本研究之結果不宜作過度的引伸。此外本研究著重於探討多數學生共同具有的迷思概念，因此對於少數個別的學生詳細的迷思概念暫時不做深入的研究。

二、文獻探討

本部分將概述迷思概念的意義、特質、研究方法與質量守恆定律相關研究，分述如下﹔（一）迷思概念的意義、來源與特質

Osborne和Wittrock (1983)指出：幼童在接受學校的科學教育之前對許多科學早有一套異常頑強且不易改的觀點，這些錯誤的觀點可稱為學童所具有的迷思概念。一般而言，學生會傾向於此概念可適用的情況，而忽略不適用的情況。Duit（1995）指出概念來源有五方面：1.日常用語 2.感官印象 3.大腦內部構造 4.教學 5.學生在社會環境中的學習。此外例如言語表達、文化背景、學生年齡、大眾媒體、科學介紹、家長灌輸、學生本身思考模式、同儕團體．．．等等，亦是形成迷思概念的可能來源。這些迷思概念具有以下特性：1.不易改變 2.不可能完全錯誤 3.不是單獨孤立存在（Strike & Person, 1983；饒見唯，1994）。（二）迷思概念研究方法回顧

常見研究方法有：開放式紙筆測驗、單字聯想法、示範式群測及示範觀察、臨床晤談、事例晤談、事件晤談、二段式測驗．．．等等。而Treagust及Peterson（1986；1989）曾設計出二段式測驗診斷工具，學生必須同時答對某道題目內容知識部分(即第一層事實選答)和理由部分(即第二段理由選項)，才表示有具正確的認知。其發展步驟如下︰

1.對特定主題，畫出階層式概念圖，同時對應每個概念給予一個命題知識的敘述。

2.專家學者和教師檢視概念圖、命題知識陳述與研究主題的關係以確立內容效度。

3.利用非結構化開放式問題對學生進行晤談以獲取學生的迷思概念。

4.針對上述概念編製含命題知識陳述之選擇題型測驗，對學生進行施測，並要求學生寫

出每題選答的理由，以便從中獲取正確答案或迷思概念。

5.設計涵蓋主題之兩段式題目，並編製成診斷工具。綜合回顧文獻、晤談和上述紙筆測

驗所獲得的正確或迷思概念之理由配置於測驗題的第二部分選項。

6.對不同班級或不同群學生施測，以求每題均能正確找出學生的迷思概念，否則再依上

述步驟3、4、5修正該診斷工具。在正式診斷中，學生必須同時達對某道題目中第一層及第二層的選項後，才表示具有正確的認知。

（三）質量守恆定律相關研究：

根據文獻顯示，在質量守恆推理方面，常見的正確推理方式有（黃寶鈿、陳世雄，1993）︰1.應用物質變化過程的知識 2.可逆性、同一性及互補性推理 3.使用定律或定則。

此外，不正確推理方式，國外部分有( Driver，1985；Piaget & Inhelder，1974；Stavy，1991)︰1.物質不可見則不存在 2.氣體沒有重量或重量比液體、固體輕 3.只考慮物質產生變化的過程與結果 4.以物理變化的觀點來解釋化學變化 5.錯誤的化學知識﹔而國內部份有（黃寶鈿、陳世雄，1993）：1.缺乏物質變化過程的知識 2.缺乏整體性的考量，僅考慮物質產生變化的部分 3.錯誤的物質概念 4.受日常經驗的誤導。

三、研究方法與步驟

本研究旨在探查高雄縣國三學生對於理化課本中與質量守恆定律相關內容之迷思概念。研究方法與步驟如下:（一）建立質量守恆定律相關概念之命題知識陳述（二）畫出質量守