西方科學(xué)教學(xué)中概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)理論的形成與發(fā)展
--------------------------------------------------------------------------------

作者：袁維新  
作者簡(jiǎn)介：袁維新（1954－ ），男，江蘇淮陰人，淮陰師范學(xué)院生物系教授  
摘要：概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)是一種建構(gòu)主義科學(xué)教學(xué)理論。本文從歷史的角度回顧了概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)理論的形成與發(fā)展的過(guò)程，著重分析了概念轉(zhuǎn)變模型與概念生態(tài)等問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：科學(xué)教學(xué)；概念轉(zhuǎn)變；概念轉(zhuǎn)變模型；概念生態(tài)

一、概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)理論產(chǎn)生的背景

　　概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)理論的產(chǎn)生源于西方科學(xué)教育工作者關(guān)于前概念的研究。何謂前概念？一般認(rèn)為，學(xué)生在接受正規(guī)的科學(xué)教育之前所形成的概念可稱(chēng)之為前科學(xué)概念（pre-science conception）或前概念（preconception）。對(duì)于前概念，自20世紀(jì)70年代以來(lái)，西方一些從事科學(xué)教學(xué)研究的學(xué)者經(jīng)過(guò)大量的研究后發(fā)現(xiàn)，學(xué)生形成的前科學(xué)概念由來(lái)已久、根深蒂固，這些前概念中有些是對(duì)客觀世界的樸素觀念（naïve concept），有的則完全與科學(xué)概念相悖，后者也叫錯(cuò)誤概念（misconception）。

　　杜伊特（Duit, R. ,1994）認(rèn)為前概念與錯(cuò)誤概念的來(lái)源是不同的。[1]前概念有多種來(lái)源：1.來(lái)源于語(yǔ)言。如“太陽(yáng)升起來(lái)”；2.同家庭成員、朋友、其他成人和同伴群體之間的交互作用；3.大眾媒介；4.感覺(jué)經(jīng)驗(yàn)。而錯(cuò)誤概念的來(lái)源有：1.教師的以訛傳訛；2.大眾科普傳媒的誤導(dǎo)。例如，在德國(guó)某科學(xué)博物館的一個(gè)展覽中，提供的牛頓三定律的完全錯(cuò)誤的說(shuō)明長(zhǎng)達(dá)數(shù)年；3.學(xué)生的錯(cuò)誤理解。學(xué)生基于原有的錯(cuò)誤概念，以完全不同于教師所設(shè)想的方式理解教師所呈示的內(nèi)容。

　　霍華德（Howard, 1987）從圖式角度分析了出現(xiàn)錯(cuò)誤概念的原因。[2]1.概念須長(zhǎng)時(shí)間形成，學(xué)生的各種圖式均在形成過(guò)程中；2.學(xué)生認(rèn)為用已有圖式已足夠應(yīng)付日常生活，因而將學(xué)校里所學(xué)的都存入已有圖式中，看不出有改變已有圖式的必要性；3.有些課程在短時(shí)間內(nèi)介紹了許多概念，使學(xué)生不能深入思考達(dá)到全部理解。因而他們往往求助于機(jī)械學(xué)習(xí)。而現(xiàn)行的考試也往往鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行機(jī)械學(xué)習(xí)而不是理解；4.有些新圖式與學(xué)生的已有圖式發(fā)生嚴(yán)重沖突，學(xué)生往往拒絕接受新圖式。

　　錯(cuò)誤概念往往不單是由于理解偏差或遺忘而造成的錯(cuò)誤，它常常與日常直覺(jué)經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系，植根于一個(gè)與科學(xué)理論不相容的概念體系，有時(shí)，它恰巧是科學(xué)界以前所主張的觀點(diǎn)，如“太陽(yáng)圍著地球轉(zhuǎn)”，“重的物體會(huì)更快地落地J等。研究發(fā)現(xiàn)，[3]錯(cuò)誤概念不僅在兒童中出現(xiàn)，甚至在大學(xué)生身上也會(huì)出現(xiàn)，它們出現(xiàn)的頻率在各年齡階段變化不大。以往的教學(xué)只是關(guān)注于新知識(shí)的傳授，但正確概念的傳授并不能自動(dòng)地校正學(xué)生原有的錯(cuò)誤概念，在教學(xué)之后，兒童往往仍然信奉原來(lái)的觀點(diǎn)，所以，為了幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)由錯(cuò)誤概念向科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變，必須尋找促進(jìn)錯(cuò)誤概念發(fā)生轉(zhuǎn)變的機(jī)制、條件、途徑，而這正是概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)成為當(dāng)代科學(xué)教學(xué)研究熱點(diǎn)問(wèn)題的現(xiàn)實(shí)原因。
二、概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)理論的形成

　?。ㄒ唬└拍钷D(zhuǎn)變的方式、途徑

　　泰森等（Tyson et al., 1997）在考察同時(shí)代人研究成果的基礎(chǔ)上，提出了按概念轉(zhuǎn)變水平不同進(jìn)行分類(lèi)的兩分法模式，該模式首先按已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的改變方式將概念轉(zhuǎn)變分為二種：充實(shí)和重建。最一般的概念轉(zhuǎn)變類(lèi)型稱(chēng)之為“充實(shí)”（enrichment）。指在現(xiàn)存的概念結(jié)構(gòu)中概念的增加或刪除。人們?cè)谏钪蝎@得的大量知識(shí)充實(shí)著他們?cè)械闹R(shí)。充實(shí)的另一種形式包括對(duì)現(xiàn)存概念結(jié)構(gòu)的區(qū)分、合并以及增加層級(jí)組織?？傊?，這一途徑涉及到原有概念結(jié)構(gòu)的量的擴(kuò)展（enlargement）；另一種是重建。“重建”（restructuring）意味著創(chuàng)造新結(jié)構(gòu)，這種新結(jié)構(gòu)的建構(gòu)或者為了解釋舊的信息，或者為了說(shuō)明新信息。心理學(xué)家對(duì)不同的重建類(lèi)型作了區(qū)分。其一是區(qū)分弱勢(shì)（weak）與強(qiáng)勢(shì)（radical）重建，弱的重建就是在某一概念或一整套概念的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中進(jìn)行重組。強(qiáng)的重建就是考慮理論中的變化，類(lèi)似于科學(xué)史中理論的改變。強(qiáng)的重建發(fā)生在個(gè)人獲得一種新理論之時(shí)，這種新理論不同于其原有結(jié)構(gòu)中的老理論。弱與強(qiáng)的重建形式均涉及某一種特殊領(lǐng)域理論的重建，亦可稱(chēng)之為“特殊領(lǐng)域的重建D。另一類(lèi)的重建是全局性的重建（global type of restructurings）。其最典型的表現(xiàn)是皮亞杰描述的兒童認(rèn)知發(fā)展過(guò)程中知識(shí)結(jié)構(gòu)的變化。皮亞杰認(rèn)為，兒童認(rèn)知的發(fā)展最顯著的特征就是被稱(chēng)作“階段”的全局性重建類(lèi)型。這種重建要求的是結(jié)構(gòu)中的變化，而這種結(jié)構(gòu)則決定著兒童可以利用的表征方式的性質(zhì)。根據(jù)這個(gè)觀點(diǎn)，兒童的認(rèn)知發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)主要階段，即感覺(jué)運(yùn)算階段、前運(yùn)算階段、具體運(yùn)算階段和形式運(yùn)算階段。這種類(lèi)型的重構(gòu)影響著兒童在所有領(lǐng)域中獲取知識(shí)的能力，因此這是一種全局性的重建。[4]

　　杜伊特根據(jù)建構(gòu)主義思想，將概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)分為兩種途徑，即連續(xù)途徑和不連續(xù)途徑。[5]連續(xù)途徑試圖避開(kāi)在不連續(xù)途徑中的基本的重建的需要，其概念轉(zhuǎn)變開(kāi)始于同科學(xué)概念一致的學(xué)生原有概念結(jié)構(gòu)或是對(duì)已有概念的重新解釋。在第一種情況中，其要點(diǎn)是概念的變更和目標(biāo)概念的協(xié)調(diào)是逐步發(fā)展起來(lái)的。在涉及科學(xué)概念和原理的解釋時(shí)，并不是任何情況下都必需從學(xué)生建構(gòu)的概念開(kāi)始的。它也可能開(kāi)始于與某些問(wèn)題領(lǐng)域中部分知識(shí)的類(lèi)比，這一問(wèn)題領(lǐng)域中的科學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)已被闡明。在第二種情況中，“重新解釋”策略稍有不同。與之類(lèi)似的是雖然它也是從學(xué)生的前科學(xué)概念開(kāi)始，但對(duì)它已用新的方式作出了解釋。在有關(guān)物理學(xué)學(xué)生前概念研究中，一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)是，任何年齡的學(xué)生都傾向于認(rèn)為，任何時(shí)候某一物體運(yùn)動(dòng)的方向就是此時(shí)力作用的方向，物體由推動(dòng)而運(yùn)動(dòng)即說(shuō)明了這一點(diǎn)（MeDermott,1984）。這種觀點(diǎn)按牛頓的經(jīng)典力學(xué)是不正確的。按照重新解釋策略，就不要告訴學(xué)生他們的概念框架是錯(cuò)誤的，而是逐步引出學(xué)生頭腦中已有的東西，并從物理學(xué)的觀點(diǎn)建構(gòu)其正確的意義。事實(shí)上，確有一種物理量總是指向該物體運(yùn)動(dòng)的方向。但這個(gè)量是動(dòng)量而不是力（Jung,1986）。另一個(gè)關(guān)于重新解釋策略的實(shí)例是關(guān)于電流概念的學(xué)習(xí)。在簡(jiǎn)單的電路中涉及電流，學(xué)生通常認(rèn)為，當(dāng)電流在電路中流動(dòng)時(shí)，電流被消耗，即一些電流被電燈利用，所以留下較少的電流流回電池。這里也不要告訴學(xué)生他們的概念是錯(cuò)誤的。相反，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生按自己的思維方式思考并找出某些完全正確的想法。事實(shí)上，電流流動(dòng)時(shí)被“利用”，即能量轉(zhuǎn)換成熱并散失。總而言之，連續(xù)途徑不需要重建科學(xué)概念結(jié)構(gòu)，它只是在原有概念基礎(chǔ)上的擴(kuò)展或重新解釋。不連續(xù)途徑的顯著特點(diǎn)是學(xué)生已有的概念與科學(xué)概念是完全不同的。在不連續(xù)途徑中，認(rèn)知沖突（cognitive conflict）策略起關(guān)鍵作用。認(rèn)知沖突主要有以下三種：首先，認(rèn)知沖突產(chǎn)生于學(xué)生的預(yù)測(cè)同其經(jīng)驗(yàn)結(jié)果相反時(shí)；其次，認(rèn)知沖突產(chǎn)生于學(xué)生的觀點(diǎn)與教師不一致時(shí)；再次，認(rèn)知沖突產(chǎn)生于學(xué)生之間的不同觀念的碰撞中。認(rèn)知沖突策略來(lái)自皮亞杰的思想，即認(rèn)知沖突引起認(rèn)知的不平衡，后者決定了同化與順應(yīng)之間的相互作用，直至新的平衡的恢復(fù)。總之，認(rèn)知沖突就是在學(xué)生的認(rèn)知心理上造成差異與不平衡。一旦引發(fā)這種認(rèn)知沖突，就會(huì)引起學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)上的不平衡，就能激起學(xué)生的求知欲和探索心向，促使學(xué)生進(jìn)行認(rèn)知結(jié)構(gòu)的同化與順應(yīng)。所以，引發(fā)認(rèn)知沖突是激勵(lì)學(xué)生概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)的契機(jī)與條件。

　　（二）概念轉(zhuǎn)變模型

　　發(fā)生在學(xué)生頭腦中的概念轉(zhuǎn)變的機(jī)制是什么呢？這一過(guò)程如同庫(kù)恩（Kuhn,1970）指出的科學(xué)發(fā)展中的范式轉(zhuǎn)換（paradigm shift）那樣，更類(lèi)似于皮亞杰（Piaget,1985）的同化與順應(yīng)機(jī)制。波斯納等人（Posener el al,1982）在1982年提出了概念轉(zhuǎn)變模型（Conceptual Change Model, CCM），[6]J 0 K這個(gè)理論是在皮亞杰的認(rèn)知建構(gòu)主義理論基礎(chǔ)上，參照庫(kù)恩的科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)對(duì)知識(shí)的“范式更替”的觀點(diǎn)提出來(lái)的。這一理論提出了概念轉(zhuǎn)變的條件（Conditions），即為了促使學(xué)生進(jìn)行概念轉(zhuǎn)變，必須提供以下四個(gè)條件：/% 學(xué)習(xí)者對(duì)當(dāng)前的概念產(chǎn)生不滿（dissatisfied）。只有感到自己的某個(gè)概念失去了作用，他才可能改變?cè)拍?，甚至即使他看到了原?lái)的概念的不足，也會(huì)盡力作小的調(diào)整。個(gè)體面對(duì)原來(lái)的概念所無(wú)法解釋的事實(shí)（反例），從而引發(fā)認(rèn)知沖突，這可以有效地導(dǎo)致對(duì)原有概念的不滿；2.新概念的可理解性（intelligibility）。學(xué)習(xí)者需懂得新概念的真正含義，而不僅僅是字面的理解，他需要把各片段聯(lián)系起來(lái)，建立整體一致的表征；3.新概念的合理性（plausibility）。個(gè)體需要看到新概念是合理的，而這需要新概念與個(gè)體所接受的其他概念、信念相互一致，而不是相互沖突，它們可以一起被重新整合。這種一致包括：與自己的認(rèn)識(shí)論信念的一致；與自己其他理論知識(shí)或知識(shí)的一致；與自己的經(jīng)驗(yàn)一致；與自己的直覺(jué)一致等。個(gè)體看到了新概念的合理性，意味著他相信新概念是真實(shí)的；4.新概念的有效性（fruitfulness）。個(gè)體應(yīng)看到新概念對(duì)自己的價(jià)值，它能解決其他途徑所難以解決的問(wèn)題，并且能向個(gè)體展示出新的可能和方向，具有啟發(fā)意義。有效性意味著個(gè)體把它看作是解釋某問(wèn)題的更好的途徑。概念的可理解性、合理性、有效性之間密切相關(guān)，其嚴(yán)格程度逐級(jí)上升，人對(duì)概念有一定的理解是看到概念的合理性的前提，而看到概念的合理性又是意識(shí)到其有效性的前提。亨森(Hewson)把概念的可理解性、合理性和有效性稱(chēng)為概念的狀態(tài)(conceptual status)， 即可理解的(intelligible)、可相信的(plausible)及可廣泛應(yīng)用的(fruitful)等三個(gè)狀態(tài)。[7]K學(xué)習(xí)者對(duì)于概念所處的狀態(tài)愈高，其發(fā)生概念轉(zhuǎn)變的可能性也就愈高；也就是說(shuō)，概念轉(zhuǎn)變是發(fā)生在學(xué)習(xí)者能夠充分理解與應(yīng)用新概念時(shí)。他還提出，不僅新概念的狀態(tài)，原有概念的狀態(tài)也會(huì)對(duì)概念轉(zhuǎn)變產(chǎn)生影響，兩者之間存在交互作用。這里應(yīng)注意，概念的上述三種狀態(tài)不是概念實(shí)際上如何，而只是個(gè)體所看到、所意識(shí)到的可理解性、合理性和有效性，是個(gè)體對(duì)新、舊信息整合過(guò)程的元認(rèn)知監(jiān)控。根據(jù)波斯納的觀點(diǎn)，如果滿足了上述概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)的四個(gè)條件，學(xué)生所持有的錯(cuò)誤概念就會(huì)被科學(xué)概念所替代或改變。

　　由此可見(jiàn)，所謂概念轉(zhuǎn)變就是學(xué)習(xí)，就是學(xué)生原有概念改變、發(fā)展和重建的過(guò)程，就是學(xué)習(xí)者由前科學(xué)概念向科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變過(guò)程。為了促進(jìn)學(xué)生實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變，就要進(jìn)行概念轉(zhuǎn)變教學(xué)。為此，教師必須充分了解學(xué)生相關(guān)學(xué)科的原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)背景，了解學(xué)生有哪些錯(cuò)誤概念，并充分運(yùn)用學(xué)生的原有概念創(chuàng)設(shè)教學(xué)中的認(rèn)知沖突（情境），以此作為引發(fā)學(xué)生進(jìn)行概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)的契機(jī)。因?yàn)橐D(zhuǎn)變學(xué)生的錯(cuò)誤概念，僅僅告訴學(xué)生“正確”的概念是無(wú)效的。只有在激勵(lì)性的情境中，在學(xué)生的前概念與科學(xué)概念的激烈碰撞中，才能解決前概念與科學(xué)概念之間的矛盾沖突，實(shí)現(xiàn)由前概念向科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變。
三、概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)理論的發(fā)展

　　波斯納等人在提出概念轉(zhuǎn)變模型時(shí)，認(rèn)為當(dāng)學(xué)生在學(xué)習(xí)新概念的時(shí)候，若能滿足概念轉(zhuǎn)變的條件， 也就是不滿足（Dissatisfied）、更合理（Intelligible）、更可信（Plausible）、更豐富（Fruitful）四個(gè)條件時(shí)，新概念的相對(duì)狀態(tài)（Status）就會(huì)升高，學(xué)生自然而然的就愿意接受新的概念，放棄原有的概念。然而事實(shí)上，這樣的理論并不如預(yù)期中的順利，例如，許多的科學(xué)知識(shí)在用于解釋現(xiàn)象時(shí)，比前概念還要不能令人滿意或難以理解，學(xué)生自然沒(méi)有理由要去進(jìn)行概念轉(zhuǎn)變。此外，學(xué)生也都缺乏對(duì)新概念的元認(rèn)知（Metacognition），所以學(xué)生常會(huì)繼續(xù)持有他們的錯(cuò)誤概念，而將科學(xué)概念置之不理（Wandersee, Mintzes and Novak,1994）。[8]這樣的結(jié)果促使研究者再次重新審視學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的困難，認(rèn)為影響學(xué)生概念學(xué)習(xí)的因素不單單只需要滿足概念轉(zhuǎn)變模式中的四個(gè)條件，還應(yīng)該有更多因素參與概念轉(zhuǎn)變的過(guò)程，影響學(xué)生接受新的概念的意愿。

　?。ㄒ唬└拍钷D(zhuǎn)變的多維解釋框架

　　針對(duì)概念轉(zhuǎn)變模型僅局限于認(rèn)知方面的不足，平特里克（Pintrich,1993）及其合作者提出了一種新觀點(diǎn)，探討學(xué)生的目標(biāo)、價(jià)值觀以及情感因素在概念轉(zhuǎn)變過(guò)程中的作用。齊等人（Chi et al.,1994）的研究依據(jù)本體論觀點(diǎn)，將概念轉(zhuǎn)變看作是具有非科學(xué)觀念的學(xué)生必須改變其看待概念的方式的過(guò)程。本體論范疇將概念歸于學(xué)生的心理，認(rèn)為概念轉(zhuǎn)變必須從非科學(xué)類(lèi)別轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)類(lèi)別。

　　為了建構(gòu)一個(gè)更加整體化的模型，泰森等綜合波斯納等人(1982), 的概念轉(zhuǎn)變模型、弗斯萊特(Vosniadou,1994)架構(gòu)理論及心智模型觀點(diǎn)、齊等人(1994)的本體論觀點(diǎn)以及平特里克(1993)的情緒觀點(diǎn)，提出概念轉(zhuǎn)變的多維解釋框架(multidimensional interpretive framework)，藉此解釋學(xué)習(xí)者的概念轉(zhuǎn)變。這個(gè)架構(gòu)主要是從認(rèn)識(shí)論(epistemology)、本體論(ontology)與社會(huì)/情意(social/affective)三個(gè)維度來(lái)解釋學(xué)習(xí)者的概念轉(zhuǎn)變。其中，本體論探討的是學(xué)習(xí)者對(duì)于自然現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)與概念的本質(zhì)。以密度概念的本質(zhì)為例，物質(zhì)內(nèi)部的微觀觀點(diǎn)將是本體論探討的重點(diǎn)。認(rèn)識(shí)論探討的是學(xué)習(xí)者對(duì)于所學(xué)知識(shí)的理解情形，也就是學(xué)習(xí)者如何看待知識(shí)。以密度概念為例，學(xué)習(xí)者是否能夠以密度概念作為判斷物體浮沉問(wèn)題，將是認(rèn)識(shí)論探討的重點(diǎn)。社會(huì)J 情意觀點(diǎn)探討的重點(diǎn)是學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)時(shí)的態(tài)度與情感，例如參與程度，喜好程度等因素。當(dāng)然，概念生態(tài)組成因子可能不只這些，例如問(wèn)題解決的策略(problem-solving strategies)、文化、語(yǔ)言及歷史等，都可能對(duì)不同的學(xué)習(xí)者的概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)產(chǎn)生影響。

　?。ǘ└拍钌鷳B(tài)

　　面對(duì)批評(píng)者的質(zhì)疑，波斯納等人開(kāi)始重視影響學(xué)生學(xué)習(xí)的更復(fù)雜的其他背景因素，他們把影響概念發(fā)展的個(gè)體的經(jīng)驗(yàn)背景稱(chēng)為“概念生態(tài)”（Conceptual ecology）。波斯納認(rèn)為，概念生態(tài)為學(xué)生提供了一個(gè)概念轉(zhuǎn)變的環(huán)境，在該環(huán)境中的各個(gè)因素都影響著學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的進(jìn)行。近年來(lái)，許多研究者指出，在學(xué)生的概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)中，構(gòu)成概念生態(tài)的要素對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程產(chǎn)生著非常重要的影響（Hullasnd &Munby,1994;Demastes,Good,&Peebles,1995;hewson,1989,1999:Jones,Carter,&Rua,2000），而且概念生態(tài)中的要素也有相當(dāng)多的交互作用，它們是影響學(xué)生建構(gòu)新概念的原因。那么，構(gòu)成概念生態(tài)的因素有哪些呢？綜合關(guān)于概念生態(tài)的研究，一般認(rèn)為概念生態(tài)包含以下七個(gè)組成因子：

　　1.認(rèn)識(shí)論信念(epistemological commitments)。認(rèn)識(shí)論信念與個(gè)體對(duì)概念的理解、相信以及應(yīng)用的程度有關(guān)(Posner,et al.,1982;Strike & Posner,1985,1982)，也就是說(shuō)，個(gè)體具有的認(rèn)識(shí)論信念會(huì)影響其對(duì)概念所處的狀態(tài)。亨森(1985)和波斯納等人(1982)的研究指出，通過(guò)深入了解學(xué)生的概念，研究者可以找出他們對(duì)知識(shí)的認(rèn)識(shí)論信念的類(lèi)型。同時(shí)，亨森等人(1985)也指出，通過(guò)對(duì)學(xué)生有關(guān)認(rèn)識(shí)論信念的了解可以幫助教師決定學(xué)習(xí)者所處的概念狀態(tài)(Beeth 1993; Hewson, 1981,1985; Hewson&Hewson,1991)。

　　2.原有概念(prior knowledge)。學(xué)習(xí)者的原有概念通常來(lái)自于過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)。鮑勃(Pope)和吉爾伯特(Gilbert)(1983)指出，個(gè)人的過(guò)去經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)的建構(gòu)息息相關(guān)；也就是說(shuō)，知識(shí)的學(xué)習(xí)必須與學(xué)習(xí)者本身的經(jīng)驗(yàn)有所關(guān)聯(lián)。[9]有研究者(Blum,1986:brody和Koch,1989:Ostman和Parker,1987)將某些科學(xué)概念與學(xué)習(xí)者非正式教育所得的經(jīng)驗(yàn)加以連結(jié)進(jìn)行研究，結(jié)果顯示，非正式教育環(huán)境所接觸的課程、閱讀、媒體、朋友及親人，都是學(xué)生概念與知識(shí)獲取的來(lái)源，特別是參與課外的科技活動(dòng)，對(duì)于學(xué)生科學(xué)概念的發(fā)展有重大的幫助。

　　3.學(xué)習(xí)的本質(zhì)(the nature of learning)。指學(xué)生如何獲取知識(shí)，例如，記憶的方式或理解的方式。以密度概念的學(xué)習(xí)為例，知識(shí)的本質(zhì)探討的是“什么是密度，它與物體浮沉有何關(guān)連性”的問(wèn)題，學(xué)習(xí)的本質(zhì)探討的是“學(xué)生如何學(xué)習(xí)密度概念”的問(wèn)題。
　4.概念的本質(zhì)(the nature of conceptions)。概念的本質(zhì)探討的是學(xué)習(xí)者如何呈現(xiàn)知識(shí)。例如，學(xué)習(xí)者可能用反例(anomalies)、模擬(analogies)、隱喻(metaphors)、范例(exemplars)或圖像(images)等方式來(lái)解釋密度/浮沉的概念，這些呈現(xiàn)方式都是概念本質(zhì)的一部份。這些概念的本質(zhì)會(huì)影響學(xué)習(xí)者直覺(jué)地判斷自然現(xiàn)象的合理性(Beeth,1993;Posner,et. Al., Strike & Posner,1985,1990)。例如，當(dāng)學(xué)生被教師問(wèn)及重物是否比較容易下沉?xí)r，學(xué)生可能會(huì)以輪船或大樹(shù)干也很重的實(shí)例，來(lái)解釋重物不一定就會(huì)下沉的現(xiàn)象。以下是一些常被學(xué)生用來(lái)解釋概念的方式：

　?。?）反例(anomalies)。當(dāng)某事例與原有的概念發(fā)生某種沖突時(shí)，學(xué)習(xí)者會(huì)將它視為反例。這種沖突對(duì)于概念生態(tài)的發(fā)展有相當(dāng)重要的影響(Beeth,1993;Lemberger, 1995;Posner, et.  al.,1982; Strike & Posner,1985)。

　?。?）模擬(analogies)與隱喻(metaphors)。有研究者(Stavy和Tirosh,1994)針對(duì)概念生態(tài)如何影響問(wèn)題解決的研究中指出，“模擬”在科學(xué)概念的發(fā)展上，扮演一個(gè)極其重要的角色。[10]當(dāng)人們?cè)诮鉀Q一個(gè)不熟悉的問(wèn)題時(shí)，通常會(huì)用自己熟悉的類(lèi)似的事物來(lái)詮釋。此外，他們?cè)谘芯繉W(xué)生將某一問(wèn)題模擬到其他問(wèn)題的方法時(shí)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生模擬問(wèn)題的方式大多著重于外在的因素，如視覺(jué)或數(shù)字等。此外，隱喻在真實(shí)世界與文化的經(jīng)驗(yàn)中是很常見(jiàn)的。亨森等(1984) 指出，隱喻可以讓個(gè)體利用某類(lèi)事物來(lái)理解或檢驗(yàn)另一類(lèi)事物。[11]隱喻是在解釋難以理解的抽象概念時(shí)，使用的一種重要的概念性工具，因此，它可以促使新概念得以被理解(Posner, et. al., 1982)。例如，密度這個(gè)抽象概念可以用具體的視覺(jué)模型（如以點(diǎn)狀多少代替質(zhì)量大小，正方形大小代替物體的體積）來(lái)詮釋物體質(zhì)量分布的情形，進(jìn)而理解密度的概念。

　　3.范例(exemplars)或圖像(images)。范例與圖像也會(huì)讓學(xué)習(xí)者對(duì)事物合理性的直覺(jué)產(chǎn)生沖突(Strike & Posner,1985)。當(dāng)學(xué)生有某些錯(cuò)誤概念時(shí)，以范例的方式進(jìn)行概念的詮釋有時(shí)無(wú)法有效地增進(jìn)學(xué)習(xí)。例如，直接以輪船為范例，告訴學(xué)生重物不一定會(huì)沉。其結(jié)果可能讓學(xué)生認(rèn)為只要是船都不會(huì)沉。因此，雖然范例可以幫助學(xué)生理解新的概念，但是教師在使用范例時(shí)必須注意，除了范例本身對(duì)學(xué)生而言必須是可理解或可接受的之外，教師必須適時(shí)澄清范例所要傳達(dá)的概念，以免誤導(dǎo)。

　　4.問(wèn)題解決的策略(problem-solving strategies)。當(dāng)學(xué)習(xí)者解決問(wèn)題時(shí)，其概念生態(tài)潛在地影響學(xué)習(xí)者形成假設(shè)、澄清假說(shuō)，進(jìn)而解決問(wèn)題的過(guò)程。帕克(Park, 1995)指出，看待問(wèn)題的方式會(huì)隨概念生態(tài)的改變而改變。對(duì)于某一特定問(wèn)題，并不是所有概念生態(tài)的組成因子都會(huì)有影響，而這樣的限制會(huì)隨問(wèn)題的不同而有所不同。此外，概念生態(tài)組成因子間也不是獨(dú)立的，在許多情況下，組成因子間的界線是相當(dāng)模糊的或是相互關(guān)聯(lián)的。雖然學(xué)習(xí)者在問(wèn)題解決的過(guò)程中，不會(huì)呈現(xiàn)出所有的概念生態(tài)組成因子，但是問(wèn)題解決的策略還是被視為探討概念生態(tài)的重要依據(jù)。

　　5.情意領(lǐng)域(affection field)。情意領(lǐng)域?qū)τ趯W(xué)生的學(xué)習(xí)有相當(dāng)大的影響。例如，學(xué)習(xí)態(tài)度不佳或?qū)W習(xí)情緒低落都是學(xué)生學(xué)習(xí)的障礙。研究發(fā)現(xiàn)(Dreyfus, Jungwirth, Eliovitch, 1990)，學(xué)校教授的知識(shí)大部分都不是直接易懂的，因此，很容易讓學(xué)生對(duì)所學(xué)的知識(shí)產(chǎn)生不信任或厭惡的感覺(jué)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)意愿低落，無(wú)法進(jìn)行有效的概念學(xué)習(xí)，最后學(xué)生的概念還是停留在一些他們認(rèn)為親切且實(shí)用的概念上。[12]再者，學(xué)生對(duì)于教師的授課或傳授的知識(shí)所持的態(tài)度，也會(huì)影響學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)的程度與自我建構(gòu)學(xué)習(xí)的能力。因此，教師不能不重視學(xué)生在情意領(lǐng)域方面的表現(xiàn)。

　　6.科學(xué)的本質(zhì)（the nature of science）。學(xué)生對(duì)“科學(xué)本質(zhì)”的看法也影響學(xué)生對(duì)知識(shí)本質(zhì)與學(xué)習(xí)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。例如，假如學(xué)生認(rèn)為科學(xué)的本質(zhì)是科學(xué)概念和理論，學(xué)生就會(huì)堅(jiān)持客觀主義的知識(shí)觀，把在學(xué)校所學(xué)的科學(xué)知識(shí)作為客觀事實(shí)和絕對(duì)的真理，那么學(xué)生的學(xué)習(xí)可能會(huì)著重于事實(shí)的記憶。假若學(xué)生認(rèn)為科學(xué)的本質(zhì)并不是科學(xué)理論和法則，而是這些理論與法則的建立中隱含著的科學(xué)探索精神和科學(xué)方法，學(xué)生就會(huì)堅(jiān)持建構(gòu)主義的知識(shí)觀，認(rèn)為這些科學(xué)原理是會(huì)變化的，并且認(rèn)為科學(xué)知識(shí)一定是通過(guò)科學(xué)方法獲得的。綜上所述，有關(guān)概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)理論大多來(lái)自建構(gòu)主義思想。應(yīng)該說(shuō)國(guó)外對(duì)概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)的研究已經(jīng)取得了豐碩的成果，但是，仍有很多問(wèn)題有待研究。諸如如何引發(fā)學(xué)生對(duì)原有概念的不滿（產(chǎn)生認(rèn)知沖突）？學(xué)習(xí)者是如何對(duì)新概念的狀態(tài)（可理解性、合理性和有效性）進(jìn)行自我監(jiān)控的？概念生態(tài)的組成因子是如何對(duì)具體的概念轉(zhuǎn)變產(chǎn)生影響的？這些因子之間是如何整合的等等，都需要深入研究。另外，當(dāng)前加強(qiáng)概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)的本土化研究顯得尤為迫切與必要。