Page 58 - 海洋科學6-8_教師手冊_0529-1

科學內容背景

物質、原子與分子
水的特質

構成真實世界裡的所有「東西」，就稱為「物質」。星球、空氣、水、岩石、樹木、肌肉以及血液，
都是由物質構成。不過，並非所有的現象都是物質構成：例如，能量就不是物質。太陽是物質構成（大
部分是氫氣），卻能釋放出不是物質的光和熱能。電流靠著物質構成的導線（銅）流動，但是電流本
身是一種能量，而非物質。在本小節，學生只需概略性了解物質是什麼，並理解「熱」是一種能量。
若詳述物質與能量，已經超過本單元的範疇。除了本單元的內容外，教師可能想融入能量或物質的教
材。縱使物質是學生經驗中的素材，就因為是每天接觸的對象，學生並不會把物質視為一種特別的範
疇。一開始，學生會把物質的概念限縮在能夠去觸摸感受的東西上。當學生體驗過本單元的內容，可
以將原有的概念擴及到肉眼看不見的氣體，例如：空氣中的氣體。

原子

原子是構成物質的基礎，所有物質都是由原子構成。原子是極其微小的粒子，無法以化學方法再行創
造或摧毀。如果想體驗一個原子的大小，不防想像一下：一百萬個原子頭尾相接排列，大約是這個句
子的長度。如果要進一步把原子分解成電子、質子和中子等「次原子」（subatoms），也就是原子
的構成物質，就需要巨大的能量和複雜的設備。次原子的不同組合，構成不同的原子；目前原子的種
類超過百種。這些原子通稱為「元素」，例如：常聽到的氧、碳與氫。週期表以大小、活性，以組織
的方式收錄元素，每種元素有個別的序號和符號。地球上各種不同的物質，都由分子或化合物構成；
而分子或化合物，就由不同的元素組合構成。

分子

原子由化學鍵結合，形成分子。特定物質的分子，由相同的原子以相同的比例和排列方式構成。舉例
來說，水分子由兩個氫原子和一個氧原子構成，三個原子以「米老鼠耳朵」的樣貌排列。一個分子可
能只含兩個原子（例如氫分子，化學符號是 H 2 ），也可能由數百個原子組成。分子是穩定的化學單位，
構成物質並決定其特性。例如：水分子的結構，決定了水分子之間的內聚力、表面張力、比熱，還有
凝固點與沸點。如果水分子的構造改變，這些性質也隨之不同。

以原子與分子的角度看待物質，這樣的觀點稱為「對物質的特殊看法」（particular view of
matter），而非以連續性的概念看待物質，以學生看來，其實並不容易，但是這樣的看法非常重要。
Nussbaum (1985) 在《孩童的科學想法》（Children’s Ideas in Science）一書中提到「在現代
的科學，所有物質都由分子組成而非連續性質，對於物質所有變化的因果解釋，可說極其重要」。一
開始，學生可能認為原子或分子就像鑲嵌著的物質，就好像瑪芬中的藍莓，而非整體的組成單位（Lee
et. al. 1993）。不妨讓學生思考這個問題：「如果你把椅子裡面所有的原子取出來，最後剩下什麼？」
答案是：「什麼都沒剩下了。」在學生眼中，因為物質這種特殊性是難以想像的，因此有些研究者則
強調以下教法的重要性（Gabel 1999）：學生先學習巨觀的世界，然後以「對物質的特殊看法」的觀
點來解釋世界。《海洋科學系列教材——六年級到八年級》便是讓學生透過觀察水的運動，引導他們
發掘：物質的分子觀如何解釋水的運動。

海洋科學序列教材 57
—G6-G8 進階海洋素養