有關於迷思概念（或是直接稱其為學生概念）的研究，自1980 年代開始蓬 勃發展至今，已超過 8300 篇相關的論文（Duit, 2011）。在如此巨大的文獻資料 中，概念改變（conception change）的研究是主要的大宗。其中，對於概念改變 的機制，更是許多學者研究的重點。Chi（1992）在早年提出本體論（ontology）
的假設，把概念分類於不同的本體樹（ontological tree），而概念的改變就是在本 體樹之內或之間的轉移。晚近，Chi（2005）又提出突現過程（emergent process）
作為其本體論的進一步補充。其理論主要就在說明學生常將科學概念誤置於錯誤 的類別（如熱、電子、化學平衡），以致於在學習時造成學習困難。不同於 Chi 本體論的觀點，Vosniadou（1994）則是採認識論（epistemology）的角度，認為 孩童先天的預設（presupposition）會影響到其對於科學概念的學習，並提出所謂 的架構理論（framework theory）作為概念改變的理論基礎。由於孩童的信念、
觀察、生活經驗等也都會影響在其形成知識的內在表徵時產生。另外一派的學者，
以Pintrich（1993）等人為主，則認為概念改變的機制除了概念本身與學童之外，
其他社會的情境（social context）也是一項重要的因素，包括學習動機以及同儕 與教師之間的互動。這些研究基本上是就概念改變的機制作探索，提供了教學改 善的基礎。除了機制上的探索外，學生概念發展的歷程也是文獻的重點之一，包 括不同年級學生對不同主題的概念了解情況。舉例來說，Chiu（2007）等人，利 用兩階試題（two-titers）的方式，大規模調查台灣地區學生，對於不同的化學主 題，其迷思概念呈現的情況。此篇文獻橫跨不同階段的學生，又包括化學中的主 要概念，如化學平衡、酸與鹼、粒子模型、氧化與還原、有機化合物、分類與電 池等。研究結果顯示，微觀世界粒子結構、行為、語言與符號，對學生化學概念 的建立都有其影響。這些描述微觀世界的概念與語言，對學習者而言，確實是項 困難的挑戰。
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就化學學習而言，何謂巨─微觀思考？有三個主要的方向，分別是：原子性
（atomicity）、化學鍵結（chemical bonding）以及結構與性質的關係。原子性是 指學生必須要了解物質的粒子性質（particulate nature of matter），必須能夠區分 物質的性質與原子、分子或離子結構的不同；化學鍵需要有關於共價鍵、離子鍵 和金屬鍵的不同模型，以及不同形式的分子間作用力；結構與性質的觀點建立了 物質巨觀和微觀表徵的橋樑。就這三方面，有許多學生的迷思概念以及學習上受 到阻礙之處，以下就這三方面作說明。
就物質的粒子性質而言，學生對於了解粒子之間是空的空間（empty space）
概念是困難的。根據Novick 及 Nussbaum（1978, 1981）的研究，學生將原子視 為物質僅有的一種組成（only one compound of matter）。在原子之間，存在有灰 塵、氫和氧、液體或是未知的氣體。有些學生則認為原子是緊密結合在一起，所 以原子之間是沒有任何東西存在。也就是說，學生的想法是，大自然總是想辦法 避免空的空間。這類想法，其實是一種直觀的想法。例如：以學生常見的鐵為例，
鐵是由鐵原子所組成，固體鐵之間似乎沒有任何肉眼可見到空的空間；但鐵原子 與鐵原子間的排列，就有許多空隙在其中？對學生而言，這種巨觀─微觀的轉換，
確實存在許多困難。就物質的粒子性質而言，學生還有一項直觀的想法，就是將 兩種密度不同的氣體置於一密閉容器內，有許多的學生會選擇，密度大的氣體粒 子會沉在容器的底部，而密度小的氣體粒子會浮在容器的上層。這種直觀的想法，
不僅於概念研究中見到（Chiu, 2007；Liang, Chou,& Chiu, 2011），也出現於入學 考試中。為使學生能夠破除密度大的粒子會不動地沉在容器底部的想法，Wu &
Chiu（in prep.）利用傳統蠟燭實驗的設計，結合微觀的氣體粒子動力學與巨觀的 氣體性質，讓學生在觀察實驗後，得到一些反思與回饋，進一步了解氣體粒子的 動力學性質。
除了粒子的性質外，學生對於固、液與氣三態之間的關係也常會產生誤解。
學生通常認為液態是固態與氣態的過渡，故液態粒子之間的空間（spacing）是介
於固態和氣態之間（Adadan et al., 2009；Adbo & Taber, 2009）。另外，學生會將 物質一些外觀的特質，如：顏色、軟硬度或物理狀態的改變，歸因於個別粒子的 特性。也就是說，學生會將物質的特性視為個別粒子的整體行為（collective behavior of particles）（Buck et al., 2001；Talanquer, 2009）。而且，當加熱或冷卻 時，分子間距離的改變與粒子大小無關，但有些學生仍認為加熱時，氣體粒子會 膨脹（Adbo & Taber, 2009）。
就化學鍵結而言，研究者同樣發現許多學生的迷思概念，例如：Taber（1994）
顯示許多學生對NaCl 的粒子感到困擾，尤其是固體結晶與溶於水的狀態，有時 是以晶格的方式，有時卻又存在個別的鈉離子與氯離子。Schmidt（1992）發現 學生對異構物的概念產生困難，學生們認為屬於同一類物質或官能基（如：酸、
醇、醚）是為異構物，故正丙醇與異丙醇是異構物，但丙醇和甲基乙基醚，則不 被認為是異構物。就分子間或分子內作用力而言，凡得瓦力（Van-der Waals force）、 分子的極性、以及氫鍵，乃至於共價鍵的八隅體規則（octet rule）或分子的形狀 等，這些概念都涉及巨─微觀思維的改變，常是文獻中學生概念出現的焦點。在 Peterson, Treagust 與 Garnett（1989）的研究中，只有 13%的 11 年級學生與 38%
的12 年級學生，可以正確地預測NBr 的形狀。當問到學生是如何預測分子形狀3 時，有學生說是鍵極性，有學生說是雙鍵影響，有學生說是鍵結電子對的互斥，
大部分學生忽略非鍵結電子對的影響。至於問到影響分子極性的因素，很少學生 能夠考慮到電負度（electronegativity）的不同，或是由分子形狀預測分子的極性。
關於氫鍵的部分，學生可以正確地解釋氫鍵形成的原因，但是對於從化學式預測 氫鍵以及對物質性質影響卻有困難。
從上述的物質的粒子性質或是化學鍵結的相關概念，都是由巨觀現象尋求次 微觀的解釋，這種次微觀表徵，由於是肉眼無法觀察，故對學生的學習造成較大 的挑戰，故本章的第二節利用各種表徵來幫助學生學習，已成為科教研究的重點 方向之一。
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雖然累積了這麼多相關的研究，學生概念和入學考試試題之間可否提供相互 借鏡之處？入學考試與學生概念研究中所鋪陳的試題，有許多不同之處。首先，
入學考試是屬於高風險的考試，其成績對學生的未來有著重大的影響，而學生概 念研究中的試題，則是屬於低風險的測驗（low-stake test），學生即使成績不佳，
一般而言，對其未來並不會造成決定性的影響，故學生在面臨兩者的心態有所不 同。其次，不論是教學或是學習過程中，學生概念的測試，是屬於診斷性（diagnostic）
與形成性（formative）測驗，為的是希望能夠了解學生概念的形成及其背後原因，
並作為學習介入（intervention）及教學參考；而入學考試則是綜合幾年學習的成 果，作一總和性（summative）的測驗，以其成果作為入學分發的依據，故對其 概念形成的原因，並不易作探討。故就這兩項特徵來說，學生概念研究的結果與 入學考試呈現的結果，兩者在學生答題的動機上以及機制上有明顯的不同。
從另外一個角度來看，過去科教社群研究所得的成果，對學生學習未嘗不是 一個大型的資源。舉個例子來說，過去對化學平衡概念的研究中，有研究顯示：
14~15 歲的學生中，大約有 76%對於所謂的動態平衡（dynamic equilibrium）是 有迷思存在的，學生們認為「當反應完成時，即成了一穩定狀態，反應不再進行，
除非加入其他的物質」（Maskill and Cachapuz, 1989）。相似的結果，同樣呈現於 Gorodetsky 及 Gussarsky（1986）以及 Gussarsky 及 Gorodetsky（1990）的研究中，
他們發現在 17-18 歲的學生中，只有高成就的學生，才能將動態（dynamic）與 化學平衡（chemical equilibrium）相連結。此外，Chiu（2007）台灣學生大規模 調查中，也印證此一觀點。以方糖溶解為問題的例子中，對於平衡狀況的動態本 質，答對的高中生比例也僅佔24%。這樣的結果，也呈現於入學考試中。
以96 學測自然考科第 53 題為例，當考生被問到「在達到化學平衡狀態時，
正反應與逆反應的速率都是 0」，只有 17%考生認為是正確。這樣的結果，一方 面反應：有部分學生的概念於迷思概念研究中與入學考試的試題，應有一致的形 態（pattern）；但是，另一方面，卻又顯示，在這種高風險測驗中，學生的答題
狀況，似乎要比一般迷思概念研究中所得的結果，正確性的比例要高（吳國良、
蔡尚芳與邱美虹，2008）。這種現象，背後的因素相當複雜，包括試題鋪設的情 境、不同國別的樣本、考生的答題心態、考生的年齡等，不論其背後的原因為何，
可先就入學考試中，學生作答的相關反應進行分析研究，並與過去學生概念的研 究作比較。
過去迷思概念的研究，集中於其過程機制與教學的介入所造成的影響，以及 學生概念研究的類型和比例的調查結果。這些調查的結果與入學考試的關係，有 許多相關一致性或是表現不一致之處。這些異同的結果，以及其產生原因都是相 當值得探討的課題。故不論是由入學考試的結果與學生概念進行互相驗證，或是 由這兩項結果所提供命題與教學的啟示，應對命題與教學上有著很好的互動關 係。
從另一方面來看學生的概念，科學（science）是由拉丁文的知識（knowledge）
而來的，科學所重視的是邏輯的應用（application of logic）、理性的探究（rational investigation）以及聲明（claim）之間的證據關係（evidential relationship）（Quine
而來的，科學所重視的是邏輯的應用（application of logic）、理性的探究（rational investigation）以及聲明（claim）之間的證據關係（evidential relationship）（Quine