複雜系統觀點在擴散教學的應用 鐘建坪 新北市立錦和高級中學 hexaphyrins@yahoo.com.tw n  前言 化學學科知識具備巨觀（macro-）、符號（symbolic）與中觀（meso-）三個向度（邱美虹和鐘建坪，2014; Johnstone, 1982, 2006; Mahaffy, 2006; Treagust, Chittleborough, & Mamiala, 2003）。其中巨觀指可觀察到的化學現象與相關實驗操作，符號指化學式、化學反應式以及實驗過程繪製的圖、表等，而中觀則指利用原子、分子與離子等符號解釋巨觀現象。對於不易觀察到的化學世界，科學家利用看不見的粒子解釋巨觀現象的發生原因，例如氣球的壓力來自於內部氣體粒子隨機碰撞造成的結果。此種利用中觀粒子的運作機制說明巨觀現象的改變，即屬於複雜系統（complex system）的概念層級。自然科學的領域多屬於複雜系統，因此學習科學不應該只有片段或是局部的事實記憶，而是應該提升層級從更宏觀的系統視野學習科學才能提升跨領域的整合（Wilensky & Reisman, 2006）。有鑒於此，本文嘗試先介紹複雜系統的意義，接著說明專家與生手對於複雜系統的差異觀點，最後提供化學擴散教學的相關範例作為化學教師教學上的參考。 n  複雜系統定義與介紹 複雜系統並非單純說明系統的複雜性質而是強調個體元件之間的關聯性所產生的突現結果（emergence），而系統中不同層級具備不同的行為，無法由個別單一的個體行為解釋整體系統的運作（Chi, Roscoe, Slotta, Roy & Chase, 2012; Hmelo-Silver & Azevedo, 2006; Wilensky & Resnick, 1999）。不僅自然科學中的混沌（chaos）、平衡（equilibrium）、演化（evolution）與非線性系統（nonlinear system），甚至日常生活惱人的塞車問題都屬於複雜系統的範圍（Bar-Yam, 1997）。例如：蝴蝶效應（butterfly effect）即是說明牽一髮而動全身的非線性複雜系統，當蝴蝶震動翅膀時牽涉相關因素產生變化，初始變化不易察覺，但是一旦突破臨界時即會產生巨大的結果。或者一隻喜鵲是獨立個體，而許多喜鵲組成一個群落，而不同群落之間的交互作用形成生態系，而生態系中不同物種個體之間的交互作用即為構成物種演化的動力來源。 n  專家生手對複雜系統感知差異 複雜系統通常是反直觀的，學生普遍缺乏此種概念的理解（Hmelo-Silver & Azevedo, 2006; Goldstone & Wilensky, 2008; Jacobson & Wilensky, 2006），而透過專家與生手對於複雜系統觀點的研究能夠提供後續教師提供教學策略模式的參考。相較於專家，生手對於複雜系統的想法主要受到知覺的影響而強調單一個體的個別行為忽略複雜系統是個體間交互作用突現的結果（Chi, […]