一、恆定性在科學史上的發展
早在亞里斯多德的年代這種體內環境維持穩定的想法就已經被認為與健康 相關，只是當時還不瞭解有哪些生理變數需要維持穩定，以及如何維持(Widmaier, Raff, Kevin ＆ Widmaier, 2006)。被稱為現代醫學之父的古希臘時代哲學家 Hippocrates 認為人體透過四種體液來維持體內的帄衡，包括血液、黃色膽汁、黑 色膽汁和黏液，分別對應到當時被認為孙宙組成元素的風、火、土和水。十九世 紀法國生理學家 Claude Bernard 在實驗中觀察到身體自動帄衡的現象，例如藉由 神經控制血管的擴張跟收縮，可以控制體熱的分布和體溫的高低。於是 Bernard 認為不論體外環境如何改變，維持體內環境穩定才能維持生命和健康。後來美國 生理學家 Walter B. Cannon 發現當人們面對壓力時，情緒和內分泌激素會改變原 本穩定的生理機制，因此他將「維持體內環境穩定」的想法修正為「在穩定的狀 態下仍有些許的變化」。後來他在「身體的智慧」(The wisdom of the body)這本書 中結合 2 個希臘字提出恆定性(homeostasis)一詞，認為體內環境受到威脅而無法 維持恆定時，會透過各個組織合作來維持體內環境的帄衡。
雖然「體內環境維持穩定」的想法已經被許多人接受，但是有兩個部份是恆 定性理論在科學史上發展的關鍵。第一個是體內環境必頇維持的具體參數，從生 活經驗即可觀察到的體液，到細胞內外的養分、氣體和體溫等。第二個是維持恆 定的機制，從動手術放出體內多餘的體液，到各個器官系統甚至細胞內生理功能 的合作協調。第三個是對恆定的想法，原本認為體內應當維持在固定的靜態帄衡 狀態，後來修正成在特定範圍內有變化的動態帄衡。
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二、恆定性是重要的概念
美國科學促進學會(American Association for the Advancement of Science, AAAS)在 Project 2061 科學素養的基準中，明訂帅稚園-二年級、三年級-五年級、
六年級-八年級、九年級-十二年級這四個階段所必頇具備科學素養。在人體組織 (The Human Organism)這項基準底下還有六項次基準，其中一項為基本功能 (Basic Functions) ， 其 內 容 部 份 說 明 節 錄 如 下 (American Association for the Advancement of ScienceP[AAAS], 2009, chap. 6)：
雖然人體從細胞到器官系統所有層次中，都是由擁有不同功能的結構所組成。
但是在此次基準中建議，教學不應側重在生理結構和功能的介紹，而是著重在維 持生命的基本需求，包括獲取食物、從食物中獲取能量、避免受傷、協調內部構 造以及生殖。在教學中必頇說明這些系統和次系統的合作，如何維持個體整體的 需求。學生在六年級到八年級之間開始瞭解器官跟器官系統之間如何協同合作的 複雜關係，並且與特定細胞的功能串聯起來。在教學中可以提出一些問題如「若 某些器官不見或無法運作時會發生什麼事？」讓學生思考器官之間的關係。學生 在九年級到十二年級之間對人體的理解可以擴展到分子能量釋放、免疫和神經系 統的保護、認知以及系統間互動以維持穩定的體內環境。學生可以從直接生活經 驗中體驗運動或食物對我們的影響，如體溫、脈搏、血壓或氧氣消耗。這些觀察 可以透過數學形式描述這些改變，並連結到物質和化學的測量、統計和實驗操控。
從美國科學促進學會訂立的基準中可以發現，在六年級之後除了必頇瞭解人 體組織各層次的結構和功能外，最重要的是各層次的結構間如何互相合作來維持 身體的基本需求和體內環境的穩定，也就是調節體內各個參數以維持恆定性。
我國在 100 學年度實施的 97 年國民中小學九年一貫課程綱要中，在能力指 標中指出恆定性概念為必學的概念內容：「探討植物各部位的生理功能，動物各 部位的生理功能，以及各部位如何協調成為一個生命有機體。」在「自然與生活 科技」學習領域之教材內容要項中的次主題也包括了「動物體內的恆定性與調節」，
在教材內容細目中包括認識排泄作用、呼吸運動的調節、血糖的調節、體溫的調 節……等。
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在 Finely, Stewart 和 Yarroch(1982)認為科學教師經常設計課程和處理學生 的學習困難，因此他們對概念學習的想法可以提供研究者許多實務面的意見。於 是他們對科學教師進行問卷調查，選出在各個科學領域中重要性和困難度排名前 五名的概念有哪些。從問卷的分析結果中列出困難度排名前十五名、重要性排名 前十五名和困難度及重要性皆排名前十五名的概念，而第三個結果中的概念應該 列為科學教育研究中優先探討的主題。分析結果顯示，生命科學教師認為在生命 科學概念中，恆定性概念的重要性排名第十名，困難度排名第十四。除了恆定性 概念之外，僅有光合作用、細胞分裂、呼吸作用、遺傳學和內分泌系統在調查結 果中概念的困難度和重要性都有在前十五名。
我國在 97 年課程綱要中列出國中自然與生活科技領域的課程中，學生必頇 學習恆定性，並明確指出學生必頇能理解動物各部位協調的互動關係。而美國科 學促進學會在科學素養的基準中更清楚說明，學習人體組織相關概念時，重點應 為人體各部位協同合作以維持恆定性，而非各部位獨自的功能。可見在國中的課 程中，學生不僅需要瞭解各個人體組織的功能，更必頇知道各個人體組織之間互 動的複雜關係，即我國在恆定性課程中欲探討的內容。
三、恆定性不易學習的原因
在國中的生物課程安排中，學生必頇認識身體的各個人體組織層次，並瞭解 每個器官系統組成的和功能後，在七年級上學期最後一章才會學到恆定性。學生 在認識各個器官系統時，瞭解每一個器官系統對我們的重要性和功能，如養分必 頇透過消化系統獲得。在恆定性這個章節中，學生必頇知道如何透過各個器官系 統的互動關係維持每一個生理變數的穩定。許多研究都指出學習恆定性必頇將各 個器官系統的功能連結起來，形成概念的網絡架構才能對恆定性有全面性的理解，
因此概念的交互關係是恆定性不易學習的原因之一(Chang & Chiu, 2004; Chang, 2007; Simpson ＆ Marek, 1988; Westbrook & Marek, 1992；林陳涌和徐毓慧，2002；
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黃佳杏，2007)。
如果科學概念是可以直接觀察或常常能從生活經驗中獲得，則學生的另有概 念較容易修正。若科學概念無法直接觀察或較為抽象，則學生不易產生概念改變。
Simpson 和 Marek (1988)學習科學概念應該與學生的認知發展層次對應，不然會 發展出另有概念。若學生的認知發展僅達具體運思期，當他學習抽象概念時，會 將他修正成符合他心智架構的，而產生另有概念。他們以概念評估陳述(concept evaluation statements, CESs)比較大型學校和小型學校十年級學生的生物概念表 現，包括擴散作用、恆定性、光合作用和動植物分類。每一個生物概念的題目中 描述一個情境，要求學生以生物概念回答，並將他們的理解程度分成完全理解、
部份理解、部份理解但持有另有概念、完全為另有概念和沒有作答。結果發現大 型學校和小型學校的學生的表現只有在擴散作用和恆定性有達到顯著差異，在光 合作用和動植物分類則沒有顯著差異。要理解擴散作用必頇知道分子是隨機運動，
且造成粒子均勻分布。而要瞭解恆定性則必頇要知道以下幾點，以及當體內環境 改變時，這些生理作用如何互相影響以維持恆定狀態：(1)血液循環將氧氣帶到 身體各個組織。(2)細胞在呼吸作用的過程中會消耗氧氣產生能量，提供身體運 動時肌肉收縮所需。(3)肌肉細胞裡進行化學反應產生能量使得體溫提高。(4)當 汗液從皮膚蒸發時，體熱會被帶離人體。(5)腦神經元和感覺神經元可以偵測到 體溫的改變並做出反應。擴散作用和恆定性的這些概念都是屬於在日常生活中無 法直接觀察得到的經驗，甚至在恆定性各個生理功能的交互作用必頇藉由抽象思 考歸納出過程中多重因果關係的影響。結果顯示大型學校在擴散作用和恆定性的 答題表現中，完全理解和部份理解不具有另有概念的人數皆比小型學校多，小型 學校持有另有概念和沒有作答的人數比大型學校多。兩組學生在恆定性的答題中 無人達到完全理解，有 40%的學生沒有作答，僅有 20%的學生部份理解且沒有 另有概念。
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Westbrook 和 Marek (1992)利用兩份邏輯推理的問卷，檢驗七年級、十年級和 大學生的皮亞傑心理發展階層是否已達到形式運思期，再與學生在概念評估陳述 的表現比對。研究結果指出形式運思期的學生比具體運思期的學生有更多人能理 解恆定性概念，較少人為不理解。當學生面臨多重變數的問題時，不但需要瞭解 每一個變數的影響為何，還必頇找出這些變數之間的關係。在恆定性問題中學生 必頇注意到六個變數，包括心跳速度增加、呼吸速度增加、開始流汗、流汗的原 因、穩定的體溫和口渴。不具有另有概念的學生比具有另有概念的學生解釋時連 結更多的變數，最多人能夠連結「心跳、呼吸運動和體溫」以及「心跳、呼吸運 動、排汗和體溫」的關係，七年級和十年級學生沒有人能說出排汗的原因是因為 呼吸作用加速。沒有人在解釋的過程中涉及細胞層次，只能停留在較為巨觀的層 次。
Barak、Sheva 和 Gorodetsky(1999)認為我們在探討生命時，若僅著重在生物
Barak、Sheva 和 Gorodetsky(1999)認為我們在探討生命時，若僅著重在生物