Chi等(Chi,1992, 2005)提出以本體論(ontology)的概念改變架構，說明概念的本體類別具有三 種形式，包含物質(matter)、過程(process)以及心智狀態(mental state)的本體樹，若學習者欲學習 的新概念與先備知識在相同的本體樹中，其學習的遷移轉換是容易達成的，屬於輕微程度的概念
改變，而此種方式的學習相較於轉換不同本體樹的學習是不同的，在學習上若要進行本體樹的轉 換基本上是困難達成的，而學習者具有許多迷思概念原因也在於此。
Chi 指出要進行本體論的根本性概念改變，必須有三個教學步驟才能達成(Chi, 1992)：
1.經由獲得過程，學習新的本體論類別
2.經由獲得過程，學習新的本體論類別中個別概念的意義 3.重新指定一個概念到本體論的類別中
首先，學生必須了解或者被直接告知有些科學概念與其所認知的想法具有不同的本體屬性，
代表學習者必須理解物質本體與過程本體屬性的差異。其次，透過學習者知識獲得的過程來學習 這些科學概念。最後，學習者必須要能夠重新指定或是確認這些屬於過程本體的類別實體。代表 學習者除了學習科學概念本身之外，尚須經由重新歸類科學概念的實體類別並作確認或重新指定 的工作，才能夠真正學習具有過程屬性的科學概念，而非只是透過不斷地學習科學概念本身。
雖然已有許多概念改變議題的研究獲得不錯的研究成果，但是著重特定面向的概念改變理論 的教學模式仍面臨許多困境，例如：個體認知結構中概念實體事實上是相互依存的，只改變學生 個別迷思概念難以修正學生整個概念結構以及無法理解問題情境中組成變因與之間關係，因此不 易達到促進學習效果的目的。取而代之的是多面向的研究取向，並且同時著重個人與社會建構的 意涵，形成以模型為本位的師生互動形式的共構學習(Rea-Ramirez et al., 2008)，透過建構心智模 型的動態歷程，強調不同表徵模型轉變的能力(Levy & Wilensky, 2009)，讓學生比較自己所建構 的模型與科學模型的差異，不僅可以描述學生過程中概念改變的機制，亦可透過模型進行推理達 到學習遷移的目的。
三、力與運動的建模教學
目前已有研究進行迷思概念的概念改變教學，以促進學生發展一個融貫的質性概念(e.g., Rosenquist & McDermott, 1987)，然而，這些研究主要都只針對特定迷思概念進行教學，而非針對 學生形成迷思概念的預設進行修正，也就是說沒有針對學生形成的心智模型進行概念模型改變的
教學(Vosniadou, 1994)。亦即應該以系統觀的角度設計教學促使學生進行概念改變。建模教學根 基於建構主義強調誘導學生的先前想法，提供機會讓學生主動建構初始模型再據此模型進行遷移 (Hestenes, 1992; Wells, Hestenes, & Swackhamer, 1995)，若學生能夠適切遷移解釋則會強化既有模 型，若遷移失敗或者具有解釋面向的缺失，則須修正初始模型甚至重新建構新的模型以適切解釋 問題情境。Hestenes (1992)建議教師應該外顯化提供建模遊戲的規則(rules of the modeling game)，
讓學生學習科學社群建構科學模型的方法。透過規則的應用以發展科學模型，再透過多重情境的 解釋遷移，達到模型應用的目的。也就是說學生能以牛頓力學的科學模型，而非個人直觀的看法 解釋自然現象。目前學校的教學活動主要以講述教學為主，缺乏讓學生能夠主動進行模型建構與 修正的機會(White & Frederiksen, 1998)，學生雖然能夠學習學科概念知識，但是無法真正以系統 性的想法體會如何從實驗數據形成科學模型的科學建模歷程，阻礙學生對於模型內部組成與關係 的理解。
雖然已有大量文獻提出學生進入課室之前可能已經形成的迷思概念，然而這些概念以傳統方 式進行教學，學生迷思概念仍然穩固存在(Chi et al., 2012)。為了解決此一問題目前已有文獻進行 建模教學希望修正學生力與運動相關的迷思概念 (張志康，2009；Halloun, 1996; Halloun &
Hestences, 1987; Schwarz & White, 2005; White & Frederiksen, 1998)。然而這些文獻的策略多是以 電腦模擬的方式進行(張志康，2009；Jimoyiannis & Komis, 2001; Schwarz & White, 2005; White &
Frederiksen, 1998) ， 著 重 在 質 性 建 模 部 分 (張 志 康， 2009 ； Schwarz & White, 2005; White &
Frederiksen, 1998)，而無實際進行實驗器材的組裝與操作，從中實際獲得數據進行數據分析，再 進行推導以獲得數學模型，並以所建構的數學模型進行遷移。雖然電腦模擬提供理論層級的探討，
但是這些電腦模擬軟體通常直接給予變因以及數據分析的結果，學生往往不清楚這些變因從何而 來，或者只理解現象的結果呈現而忽略如何進行模型的建構、分析以及修正的歷程。
White 和 Frderiksen (1998)設計電腦模擬工具 ThinkerTools，在探究過程中輔以學生鷹架以及 提供學生機會進行反思。研究結果顯示實際參與 ThinkerTools 操作與評量的學生在物理概念表現
顯著優於對照組，特別的是經過後設認知技能的促進教學之後，低成就的學生在學習表現上有顯 著的進步。然而，White 和 Frderiksen 主要強調電腦模擬的功能，而忽略實際操作器材獲得數據 以及分析數據在建模歷程中所扮演的角色，同時亦忽略模型與建模本質觀在學生探究歷程中所扮 演的角色。
Schwarz和White (2005)修正White和Frderiksen (1998)建模歷程，以相同電腦模擬工具設計 METT(Model-Enhanced ThinkerTools)課程，探索學生學習力與運動的表現情形。不同於White和 Frderiksen (1998)單純使用ThinkerTools作為因果關係的討論，Schwarz和White額外提供學生模型 本質與科學建模的觀點，並且強調學生如何經由電腦模擬工具外顯出各自內心的想法，再以呈現 的電腦模型作為預測與修正的依據。結果顯示實際參與METT課程的學生能夠發展出深切的後設 建模能力，使其在學習表現比單純只操作ThinkerTools的學生，較能夠寫出更具體的結論，並且 在遠遷移的物理概念測驗表現較佳。
如果只有提供電腦模擬而無系統性地提供學生機會發展、應用所建構的模型，學生仍然只停 留在初始模型，仍存在許多素樸想法。或者只提供非常完美的實驗數據以確保繪製出的關係式與 課本教材相同；然而，只強調理想化的實驗數據，無法讓學生體會真實情境的下變因之間的關係，
因此，本研究希望學生實際在實驗室中進行操作、獲得實驗數據，再以實驗數據繪製關係圖，在 與理論關係圖比較時，可以顯現真實情境下摩擦力因素的存在，本研究採取真實實驗數據獲得再 提供理想化的數學關係式以供情境調度使用。研究顯示如果學生能夠真實理解實驗數據的產生，
再以理想化關係式進行學習遷移會獲得較佳的學習效果(Goldstone & Wilensky, 2008)，而非一昧 地只強調理論關係式的運算。