讓呼吸看得見---從會考通過率最低的生物題談起

通過率最低的是…..
你知道103年的國中教育會考自然科全國平均通過率是多少嗎？答案是53.15%，有點低吧，其實就是不及格阿!以下是103國中教育會考自然科各題評量結果統計，更詳細的資料請參考宜蘭縣自然與生活科技領域專任輔導員陳怡翔的分析（這裡）。
以生物科老師的習性，當然是先看生物科的哪一題通過率最低，結果是編號34的那一題，通過率只有0.26，這也是自然科所有考題中通過率次低的一題，只比第45題的0.25高一點點(但在宜蘭，這兩題的通過率都是0.20)。


以上是第34題----
選項命中迷思概念
這題會成為生物科甚至是自然科通過率最低的題目，應該有些老師會覺得很訝異：這不是我們一再強調的概念嗎？就只是考「所有細胞都是經由呼吸作用分解養分釋出能量」這樣的概念，沒有計算、也不需要統整其他概念，為什麼通過率會這麼低?但以我來看其實意料之中，因為歷年TASA測驗結果都顯示：學生對呼吸作用有很根深蒂固的迷思概念，包括
1認為只有呼吸器官(動物的鰓、肺、氣管，植物的葉子)才會進行呼吸作用
2認為葉子白天進行光合作用、晚上進行呼吸作用
3認為植物的呼吸作用白天呼出氧氣、晚上呼出二氧化碳。
迷思概念形成的原因
之所以會出現這樣的迷思概念，原因可能包括：
1缺乏具體經驗---七年級學生有很多仍在「具體操作期」，必須有具體經驗或實務操作來協助思考，但是呼吸作用是很抽象的---看不到、摸不著，所以學生會把動物的呼吸運動（有親身經驗）誤認為呼吸作用，而植物則連可觀測到的呼氣、呼氣現象都沒有，學生很難想像根莖花....有在進行呼吸作用。
2生物教科書中呼吸作用出現的順序和選用的題材不利建構完整的呼吸作用概念：有關呼吸作用的教材出現在
（1）、第一冊第三章「食物與能量」---此時學生對化學反應與能量尚無概念，只能死記「細胞會進行呼吸作用釋出能量」
（2）、第一冊第六章，在動物---以呼吸運動來強調體內如何維持二氧化碳的恆定，但沒有連結到「二氧化碳是來自所有細胞的呼吸作用」、「呼吸作用是分解養分釋出能量」的概念，造成學生誤認呼吸運動就是呼吸作用；在植物部分則僅以「種子萌發時的呼吸作用」活動，強調植物也是呼出二氧化碳的，還是沒辦法讓對「根、莖、花....所有細胞都有在進行呼吸作用」。
（3）、強調葉子白天氣孔開、吸進二氧化碳呼出氧氣，讓學生錯誤連結以為「植物的呼吸作用白天呼出氧氣、晚上呼出二氧化碳」，或「葉子白天進行光合作用、晚上進行呼吸作用」。
迷思概念的澄清
看到這題的超低通過率，很多生物老師都生氣的說：明明每次都有特別強調....、講過幾百遍了還錯….!是的，講幾百遍還是會錯，所以... 「麥擱共啊」!我們換個方式---做給他看甚至讓他自己做，要讓學生有感啊!
讓學生看到植物在呼吸
關於呼吸作用的迷思概念，我曾經設計過兩個活動(植物的吸氣、呼氣---光合作用、呼吸作用）希望能協助學生澄清概念，基本的原理是利用BTB液遇氧成藍色，遇二氧化碳成黃色的特性設計實驗，讓學生觀察植物的哪些部分會進行呼吸作用、什麼情況會進行光合作用!請參考以下兩篇教學紀錄
關於植物吸氣、呼氣---學生怎麼想？
植物的白天與黑夜---氧還是二氧化碳?
BTB的變色反應

教學設計(簡化影片版)

如果老師們只是想建立「植物的所有器官都會進行呼吸作用」，那不一定要使用BTB液，只要選用合適的酸鹼指示劑即可(課本中所用的石灰水反應，反應沒那麼靈敏也不如變色明顯)，我想---根據學生的迷思設計可觀察甚至可動手做的教學活動(其實是很好的探究活動)，才是破解迷思的可行之道。
＊因為整個教材(含設計理念、參考資料.教師手冊.....等)資料很多，若有需要更詳細資料的老師請留言通知我，我私下分享給你喔!
＊上文所說的課程是國教院教材原型計畫跨科模組---全球暖化的一小部分,此模組光是生物科的部分就有將近100頁,我覺得老師們一定懶得看!所以我把其中的光合作用與呼吸作用的活動節錄下來(含活動的教用版---即學生活動學習單但有答案版_),及實驗指導手冊,教學示例,及閱讀資料!恩...不是很完整但比較不會太繁瑣,不知這樣是不是對大家有幫助?(上文中所附兩篇教學紀錄是我依現有課程將模組內的理念及教學設計融入後所做的教學)

植物吸氣呼氣實驗指導及活動紀錄 from Bell Wu

關於植物吸氣、呼氣---學生怎麼想？

在教學過程中常見學生對植物的「吸氣」、「呼氣」有許多迷思概念，最常見的是：（1）植物白天進行光合作用，晚上進行呼吸作用（植物白天進行光合作用，但不進行呼吸作用，植物也有呼吸作用但只在夜間進行）。或（2）植物的呼吸作用在白天和晚上是不一樣的，白天吸收二氧化碳、吐出氧，晚上吸收氧、吐出二氧化碳。

這兩個迷思概念常被做成選擇題的選項來考，如：以下關於植物的代謝作用何者正確？ A 葉片只能進行光合作用，不會進行呼吸作用 B 植物在白天只進行光合作用不會進行呼吸作用 C 植物的呼吸作用是：白天吸收二氧化碳、吐出氧，晚上吸收氧、吐出二氧化碳 D葉片在白天時光合作用是出的氣體多於呼吸作用（答案D）。

但評量只能用來診斷學生是否確有這些迷思概念，無法幫助學生澄清既有想法，建構正確概念。這次我嘗試利用情境題目來前測學生的迷思概念，再以教學方法協助學生澄清並建構正確概念。課程設計及教學過程如下： 

一、先以情境題進行前測 

（一）情境題一：如果用兩個透明杯子分別放入葉片，一組放在日光下(A)，一組用紙箱或鋁箔紙包住隔絕光線(B)（如下圖）

 

一小時後，將點燃的線香放入杯，則：

1.當線香放入A杯中時，會繼續燃燒或熄滅？為什麼？

2.當線香放入中時，會繼續燃燒或熄滅？為什麼？

（二）、情境題理念說明：

B杯的設計是---白天時，使葉片處於無光（無法進行光合作用）的情形下，若葉片仍有排出氣體，則表示葉片在白天時，有在進行光合作用以外的其他作用──呼吸作用，而其排出的氣體（二氧化碳）即為呼吸作用釋出產生的氣體。用意在幫助學生澄清：「植物白天進行光合作用，但不進行呼吸作用」的錯誤觀念。A、B組同時討論後可幫助學生澄清：「植物的呼吸作用在白天是吸收二氧化碳、吐出氧」的錯誤觀念。

（三）、學生的反應分析：

1、多數組對第一題都能很快答出「繼續燃燒，因為葉片會行光合作用放出氧氣。」，可見得學生對「葉片會行光合作用放出氧氣」這個概念是很清楚的。但是第二題時就出現一些爭議了，討論情形如下：

（1）部分學生答：「會繼續燃燒，因為葉片會行光合作用…」，不過這個答案很快被其他學生糾正：「沒有光不會光合作用啦….」，表示學生已具有「光合作用需要光這個概念」。

(2）多數學生答：「會熄滅，因為葉片不會行光合作用，所以沒有氧氣…」，此答案仍以光合作用的有無來判斷，為了瞭解學生對植物呼吸作用的既存概念，於是我提出：「原來燒杯中有沒有氧氣呢？」，這時學生想到「燒杯中原來是有氧氣」，於是又修正答案變成「燃燒一下子又熄滅了，因為氧氣被燒完了…」。從這些討論中可看出學生完全沒有「葉片會進行呼吸作用用掉氧氣」的想法；於是我又提出「植物除了光合作用外有沒有其他代謝作用會吸入或釋出氣體？」，學生才想到：「葉片會進行呼吸作用」，但又有學生問：「葉片進行呼吸作用也是吸入氧氣呼出二氧化碳嗎？」，此時可看出學生對植物的呼吸作用概念並不明確，所以我補充說明：「植物的呼吸作用和動物一樣，這點我們以後會用實驗來證明」，於是學生將答案修正成：「黑暗中葉片會進行呼吸作用，用掉氧氣呼出二氧化碳，所以線香會熄滅….」，總算接近原先設定的答案了！

接著我們將此題轉換為情境題二：

（一）、情境題二：如果有和上述相同的兩組裝備，但檢測時間是在晚上，a組以日光燈照射，b組仍以鋁箔紙覆蓋，則：

3.當線香放入a杯中時，會繼續燃燒或熄滅？為什麼？

4.當線香放入b杯中時，會繼續燃燒或熄滅？為什麼？

（二）、情境題理念說明：

情境題二的目的是要澄清學生「植物白天進行光合作用，晚上進行呼吸作用」的迷思概念，希望建構「光合作用決定於有無光線而非日間或夜間」，「在有光時植物釋出的氣體主要來自光合作用的產物，而非呼吸作用」，「植物的呼吸作用在日間和夜間都一樣是吸入氧氣呼出二氧化碳」。

（三）、學生的反應分析：

（1）多數學生答：「熄滅，因為黑暗中葉片會進行呼吸作用釋放出二氧化碳」：經過前面的討論後，第4題的答案較統一無爭議。

   而第3題的答案則較分歧，如：

（2）有學生答：「會熄滅，因為晚上不會進行光合作用…」，這表示學生還是以白天或晚上而非以有光或無光來判斷會不會進行光合作用。

（3）另有學生提出：「熄滅，因為只有日光燈而沒有日光，葉片不會進行光合作用而會進行呼吸作用，釋放出二氧化碳」，這位學生認為「光合作用需要日光….」，但是題目中是「日光燈」影響了他的作答，這是題目資訊較不週全的地方，於是我補充：「日光燈也可以使植物進行光合作用，但是效率較差…」，於是學生獲得「會繼續燃燒，因為夜間照光時，植物也會進行光合作用釋出氧氣」的共識。 

※迷思概念之二---「植物各部位呼氣的比較」

學生具有呼吸相關的直接經驗主要來自自身的「呼吸運動」，學生易認：植物行呼吸作用也和動物一樣，有呼吸器官進行吸氣和吐氣。而由於課本在介紹葉片的構造與功能時，會強調葉片具有氣孔，氣孔是氣體進出的孔道，學生很容易產生「氣體進出植物體要有特殊的孔道──氣孔或氣孔是植物的呼吸器官」的連結，所以會誤認為沒有氣孔即沒有氣體進出，也就是沒有呼吸作用，出現：植物只有葉子（有氣孔）會進行呼吸作用（吸氣、呼氣），其餘部位不會的迷思概念。

（一）、情境題三如果用兩個透明密閉杯子分別裝入紫色野牡丹的葉子(A)和花(B)，放在日光下（如下圖），

一小時後用點燃的線香放入杯中，則：

1.當線香放入A杯中時，會繼續燃燒或熄滅？為什麼？

2.當線香放入B杯中時，會繼續燃燒或熄滅？為什麼？

（二）、情境題三理念說明：

此題的目的是要用實例來強化「所有細胞都會進行呼吸作用」這個事實，並檢測學生對植物對各部位進行呼吸作用的既有想法。

（三）學生的反應分析：

（1） 第1題因為和情境題一相同，所以學生的回答都是：「繼續燃燒，因為葉片會行光合作用放出氧氣。」

但的2題就出現較多激蕩澄清的過程，如：

（2）有學生說：「B有光合作用…」，其他學生會糾正說：「應該沒有光合作用，它又沒有葉綠體….」（這裡可看出學生有光合作用需要葉綠體的概念），又有學生說：「它會呼吸作用嗎？」，然後很多學生開始說：「不會吧！又沒有氣孔….」、也有人說：「會啦，它有細胞…」，最後更出現：「會啦，它有粒線體…」，所以經由討論後，學生終於確認最終的答案為：「會熄滅，因為花會呼吸作用用掉氧氣釋出二氧化碳…」。

心得:

採用小組討論發表的方式比選擇題方式更能檢視學生迷思概念所在，而且透過討論，學生能在互有衝突矛盾的意見中澄清既有概念，有助於之後的教學，老師可依據前測中的發現引導、協助學生建構出正確的概念。

但是我還想不出較好的方式能讓學生體會：植物在白天時同時有呼吸作用和光合作用，只是光合作用大於呼吸作用，所以能測到"釋出氧氣"的結果。不知老師們有無較好的建議！

植物的白天與黑夜---氧還是二氧化碳?

光合作用是生物學裡面重量十足的單元---他是國一生物中第一個有反應式,第一個有操縱變因的實驗...總覺得有了光合作用才像在教科學!
知識概念不難教,不易好奇動機 !生物學家們覺得光合作用很重要,因為它在無機物和有機物間搭起一座橋,連接無生物和生物.這是發生在細胞內,卻牽動整個星球的反應!課本總是用"葉內澱粉的測定"試圖呈現光合作用最重要的功能--製造養份.但是這種無聲無息,默默進行的反應,由於看不到,摸不到,學生無感於它的存在,在教學上它的難題不在過程.結果.原理的理解,反而是不易找到切入點---不易引起"疑問""動機".
植物的白天與黑夜今年光合作用的教學我嘗試直接以學生最常見的迷思---"植物的呼吸作用是吸入二氧化碳呼出氧",或"植物白天進行光合作用,晚上進行呼吸作用 ",激起學生的爭辯,當學生在為這兩句話的對錯爭論不休時,老師就有切入點可以說:那我們來驗證一下呀!怎麼驗證呢?首先要有可以測氧和二氧化碳的好方法,我這兩年一直使用BTB液來做測定:找兩個學生出來各給一杯水,都滴入BTB液至藍綠色,接著請其中一個學生用吸管對BTB液吹氣,讓學生親眼看著BTB液變成黃色:另一個學生則用針筒(不要有針頭)對BTB液壓氣,直BTB液變成藍色.稍加解釋後可以得出---二氧化碳可以使BTB液變成黃色,氧氣可以使BTB液變成藍色的結論.然後利用BTB液變色的方法來設計一個小小的測試---


在裝有黃色的BTB液的錐形瓶(玫瑰四X飲的空瓶也很好用),然後加入各種植物---如水蘊草(水生)翠盧莉的葉,花等,密封,其中一瓶有葉片的則加鋁箔只隔絕日照,拿出去照日光---讓學生預測會有什麼樣子的顏色變化?推測的理由是什麼?當我們做出(或秀出)結果時,指導學生發現---只有在光照下的葉片才會呼出氧氣,沒照光的葉片或照光的花,果實,種子(可以多做幾組)其實都是釋出二氧化碳的!光照下的葉片呼出氧氣---這是植物的特異功能:光合作用!接著就可以進入光合作用的教學---幾乎每個生物生物老師都會練幾套獨家的教法:或擬人化或比遇或說故事甚至唱歌....無所不用其極就是為了讓學生弄懂(畢竟這裡是出考者的最愛)!

這樣的教法試圖讓學生看到---植物也是呼出二氧化碳的(不管白天或晚上)的事實,只有在光(照光)與葉綠體(綠色葉片)兩大條件都聚足的條件下才會啟動製造氧氣(光合作用)的作用!在光合作用的教學之後,才能做光合作用製造了澱粉(課本實驗)並讓學生分組試著去設計並實作一個可以不要靠打氣就活得很好的水族箱(我打算用大氣壓力那個寶特瓶水族箱)!這樣應該可以讓學生對光合作用較有"感覺"吧!