貫一設計以心理學基礎、教學論基礎、科技基礎、文化基礎和實用基礎為其 核心，其本質內涵是強調核心基礎和假設的精緻協調，強調方法與手段以與其認 識論一致的方式相聯結。它並不提倡和假設某種特定的認識論和方法論對設計具 有內在的優先權，而是提供了一個框架，將不同的設計實踐和相關思想系統的基
本信條融合在一起(Hannafin & Land, 1997)。其要求進行貫一設計時有四個基本 條件：基於自洽的和普遍接受的理論框架、與證實該理論框架的研究的結果相一 致、具有可概括性適用於其他案例或情境、通過連續的試用和修正應用證實是有 效的(Hannafin, et al., 1997)。依此，本研究有關概念學習認知支持環境設計和發 展，綜合考慮了Piaget(1954)、Bruner(1956)、Vygotsky(1962)等概念發展和概念 形成的各階段過程觀點，以及Vygotsky(1962) 的最適發展區(Zone of Proximal Development 簡稱 ZPD)觀點，Erickson(2002)的以概念為基礎的課程觀，Caine 和Caine(1994) 的基於腦的學習理論，Paivio(1971)和 Snodgrass(1999)的記憶和編 碼的表徵理論，Wittrock(1974)的學習生成理論，Spiro(1988)認知靈活性理論，
Hannafin、Land 和 Oliver(1999)的致能情境、資源、工具、鷹架四個要素，
Jonassen(2000)的心智工具(Mind tools)觀點，以及網路資訊科技的發展趨勢，並 從概念學習與認知的三個層次來說明設計方法上的基礎概念：
1.在整體系統觀上：由於人是一個整體認知者，會對各種現象有所感、有所 思、有所知、有所為，並在感、思、知、為中，會對現象主動進行詮釋，進行意 義的建構。而在詮釋和建構的過程及結果中，都需要用到概念和符號，以便進行 敘述和說明。此包含了整體認知、認知發展、環境因素、學習者的知識狀態和思 維能力。故從巨觀來看，需納入符號學、認知論、建構主義、闡釋學和溝通理論 的觀點，此可從個體之整體認知與概念的關係來思考本研究的整體系統(如圖 10)。
圖10 概念與思維認知的整體觀
圖10 綜合了符號學、語義學、闡釋學、溝通理論、認知論和建構論的觀點 所繪製，顯示出人們經由個體的心智模式，藉觀察、推理、想像等活動臨摹或類 比真實世界，然後運用符號（語言與圖像）與世界中的物理、生命、社會現象互 動接觸，依此而建構了各自個體內在表徵的世界（如概念和意象）。當溝通活動 發生時，傳達者持這些概念和意象，透過語言、圖像、動作等符號系統為媒介與 他人進行溝通，接收者則依此符號系統匹配或映射真實世界，以達成彼此間的對 話和聯結。在對話情境中，互相以既有的心智世界（概念、知識、思維、情感、
文化）為基礎，交互進行著訊息和意義的傳達、詮釋、理解、建構等活動。在活 動過程中，彼此又重新組織了個體的認知結構、概念架構、知識系統、情感態度，
並賦予內在表徵世界新的意義，及做為新認知的再出發。由於每個個體對世界的 認識和表達都受其認識論的信仰所影響，且基於不同的認識論又產生不同的知識 觀和學習觀，再加上個人的認知能力難以究竟全知整體的真實世界，所以只好將 真實世界暫時視為是由不同的認知者所各自建構之世界的綜合反映(共同一致性 接受)。因此，進行概念學習環境設計時，需考量每個人對於世界的認知陳述或 概念表達，都是一種認知選擇也是一種價值或情意驅動選擇的事實。故此整體認 知的觀點需於概念學習整體課程中來回交互的思考。
2.在中觀層次上：因每個人運用心智模式對真實世界所建構的知識或概念，
是經累積、傳遞、紀錄而構成私有的體系架構與共有的體系架構，其形式包括了 內隱於大腦內和外顯於大腦間。但不管是私有架構或共有架構，也不管是內隱於 大腦內或外顯於大腦間，都可用「概念體系」一詞來加以描述（如圖11）。
圖11 概念體系的學習與理解
「概念體系」是一種關係的表徵結構，它的稱呼在不同的使用情境、使用者 上，有不同的稱呼：框架(frame )、架構(framework)、語義網絡(semantic network)、
概念(concept)、圖像(images)、表格(grid)、本文(text)、脈絡(context)、基模(schema)、
組塊(chunk)、鷹架(scaffolding)、表徵組織(representation organizer)等，這些稱呼 雖名有所別，但從更高的抽象層次來看其實都具有接近相同的所指(reference)，
正如Case(1978)所說：「人類的全部知識，無論是事實性的或程序性的，它們都 可以假定是用稱為「基模」這種實體儲存於心理系統中的，正如同計算機模擬研 究者所假定的知識單位一樣。」換言之，它們彼此具有同構性(isomorphic)。更 簡略的說：人類大腦普遍是以組織的方式，去組織認識結果，並以組織的方式儲 存認識的結果，每個人只是在組織程度、結構層次、結構形式和結構大小上有所 差異而已。至於個體建構之「概念體系」的有效性則是建立在學習和理解的深淺 程度上，而其指標則是洞察和遷移的靈敏程度，但關鍵則是組織結構是否可在特 定情境中被激活。這其中，核心概念做為整個概念體系的再組織和再淬煉上扮演 著重要的功能。
核心概念是一個大觀點、主要觀點或重要觀點，具有普遍性、廣泛性、永恆 性和抽象性，能聚合概念並依此可整合主題或事例使其聚焦。通過概念聚合的聚 焦探討，可使學習者在探討新知識形成過程的模式及規律時達到思維的整合，也 可幫助學習者達到深層的理解層次，亦能有效協助學習者建立出組織良好的知識 結構(Bransford et al., 1999; Erickson, 2000; Wiggins & McTighe, 1998)。又兒童早 期接觸重要概念性的觀點具有潛在的好處，不僅可培養學習者的思維技巧或思維 策略，亦可使其對學科產生整體的理解，且對學習遷移也有促進作用(Bransford et al., 1999)。因此，建構以「核心概念」為基礎的概念學習課程，是進行概念學習 認知支持環境設計時對於結構分析的一個重要的關鍵思考點。
3.在微觀層次上：概念學習是一個非常細緻的認知過程，但許多概念認知發 展的研究，是以母群統計的觀點來看兒童的概念學習，因此深入去設計一個概念 學習活動除以整體認知的觀點和母群統計為參考外，更需以微觀的認知角度出 發。從建構主義的學習論觀點來看，概念學習就是概念的一種改變。而概念改變 從始態到終態的認知描述，可做為概念學習活動設計時有關認知過程的一個參考 (如圖 12)。
圖12 中Ａ、Ｂ、Ｃ表示三個概念群，A'、B'、C' 表示兒童在三個概念群中 所建立的典型性(typicality)或表徵(representation)，而 α、β、γ 則表示三個概念群 中在一般社會或科學上認知下的典型性。開始時兒童會以A'、B'、C'來表示三個 概念群Ａ、Ｂ、Ｃ，或以A'、B'、C'來代表三個概念群Ａ、Ｂ、Ｃ的典型事例，
同時也運用這三個典型性來辨別區分新的情境或事件(如：a、b、c)是否屬於該概 念。在這過程中，a 可能被 A'同化，B'可能去適應 b，也可能造成 C'和 c 並列，
這些情形都是概念學習的可能結果，而且也是學習者主動構成的。然而這種結果 可能並不一定符合社會或學術上對α、β、γ 是Ａ、Ｂ、Ｃ的典型性的普遍認知。
因此就「教學設計」就是「賦予學習意義」的概念而言，概念學習設計即是首先 要提出α、β、δ 和Ａ、Ｂ、Ｃ，並確知兒童內在之 A'、B'、C'的結構與情境中 a、
b、c 的結構形式，並建立概念學習的環境；其次說明如何幫助兒童建立 α、A'、
a 與 β、B'、b 與 γ、C'、c 的內在關係和完成異同區辨的能力；最後設計出可以 使學習者從中學習到建構關係、形成概念的最佳策略，並利用這個最佳策略建立 出最適的概念結構。
圖12 概念學習與改變的認知過程
整體來說，這三個層次就是「大腦之間、腦內與腦外之間和大腦之內」三個 領域的系統觀。因此，整體貫一設計的觀點和方法需通盤考慮其個別性和交互作 用，這樣才能更貼近於描述和解釋概念學習的複雜性，進而設計出有效的認知支 持學習環境。