Kuhn 在 1962 年發表了「科學革命的結構」一書,讓全世界開始引發概念改變 的關注,書中提到:「科學概念的改變過程中,新、舊概念的轉換,就如同進行革 命一般」。根據 Kuhn 的觀點,概念改變就如格式塔(Gestalt)的轉換,是在一瞬 間變化成全有或全無的過程。
雖然 Kuhn 在 60 年代及提出有關科學概念的轉換,但到了 80 年代,因另有概 念研究的興起,才有較多學者投入概念改變的研究。Hashwen(1988)發現學生在 學習過程中,容易產生另有概念,必須使用有別於傳統的講述教學法的教學策略,
才能改變學生的另有概念。然而近來的許多研究發現,許多學生在學習科學概念時 常存有迷思概念,不論是使用傳統的講述教學法或是啟發式教學,對於學生的迷思 概念改善並沒有多大的幫助,這些迷思概念對學生而言是根深蒂固且不易改變的。
(Trowbridge & Mintzes,1988)
有關概念改變的理論,一些學者提出不同的看法,以下就不同學者及其理論加 以敘述。
一、PSHG 模式
在科學教育領域最早提出概念改變的為 Posner、Strike、Hewson、Gertzo 等 人,認為概念改變有兩種面向,一種為同化,另一種則是調適。同化是指利用原有 的概念去處理新的訊息。而調適則是當現有概念不足以處理新訊息時必須調整原有 想法,即所謂的概念改變。而要發生調適,則必須滿足以下四點條件:
1. 學習者對先前知識感到不滿意。
2. 新知識對學習者是可理解的。
3. 新知識必須是合理的概念。
4. 新知識必須是豐富的概念。
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當學習情境符合上述四個條件,透過調適的方式使原有概念重組而達到概念改 變。
Posner 和 Strike 在 1985 年修正原有的 PSHG 模式,提出概念生態的觀點,將 影響概念改變的因素擴大成七大範疇:(1)異例現象;(2)類比與象徵;(3)範例 與影像;(4)後來經驗;(5)認識論的立場;(6)形而上的信念;(7)其他知識來 源;以豐富原有模式的解釋範圍。
此外,Posner 和 Strike 在 1992 年體認到原有理論過於強調理性及線性,忽略 了其他面向的考量,所以另外加入了情意與社會面向,即概念生態包括科學概念與 迷思概念,是以動態方式不斷交互作用而發展。
二、Chi 的本體論觀點
Chi(1992)和 Chi,Slotta & deLeew(1994)從本體論的角度分析概念結構,
將實體分為三種類別:
1. 物質(matter):含有特定屬性的東西。
2. 過程(process):事件發生具有序列性與因果關係或僅是機率問題。
3. 心智狀態(mental state):情意部份。
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圖 2-2-1 概念本質的本體樹(Chi,Slotta & deLeew,1994,引自邱美虹,2000)
在這三種類別中,每一類皆有其特殊的屬性且彼此獨立,並分別有次類別,如 自然種類、人造物質、步驟、事件、條件為主的交互作用、情緒的、意圖的等等。
所謂的概念改變,是指當知識內容的本體屬性,不同於我們原先的認知結構時,則 概念會由由原先的類別,重新轉換到另一種類別。
因此,由 Chi 的本體樹架構,可將概念改變分為兩類:
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1.本體類別內的概念改變:
是指概念改變發生在同一本體樹內,是概念在本體樹內的上下位置遷移,並未 跨越到不同的本體樹,可視為信念的修正。這類型的概念改變,通常發生在缺乏 知識或練習。學習者只需以增加、刪除、普遍化和區分屬性的方式來改變概念結 構,而不需產生重大的認知結構改變。
2.跨越本體類別的概念改變
當科學概念由一個本體樹,遷徙至另一棵本體樹時,這類型的概念改變被稱為 跨越本體類別的概念改變。由於這樣的改變相當困難,所以這類型的轉移又稱為 根本的(radical)概念改變。原則上,物質、過程和心智狀態,其本體屬性是 獨立的,所以三者間的轉移為根本的概念改變。
而在根本的概念改變過程,Chi(1992)認為有三項必須經歷的步驟:
1.經由獲得的過程,學習新的本體分類方式。
2.經由獲得的過程,學習到個別概念的意義。
3.重新連結概念到新的分類方式,有三種方式:
a.主動放棄原來對某一概念的定義,並以新的定義取代之。
b.使新、舊概念並存,而新、舊概念的出現視情境而定。
c.透過教學等方式,強化新的意義而放棄舊有觀念。
因此,本體論可歸納出兩個要點(邱美虹,2000;引自蔡春來,2002)
1.本體類別內的概念改變與本體類別間的概念改變是完全不同的。本體類別內的概 念改變是不適用於本體類別間的概念改變,而且不能將本體類別間的概念改變看 成是一種完全改變,較適當的說法是根本的概念改變是新概念的獲得與發展,而 原本的概念可能仍保留著原封不動。
2.科學概念並非都是不易改變的。若概念改變只是牽涉類別內的轉變,則是容易的 且較常發生,例如原子的結構。但概念改變如果牽涉到類別間的轉換,則是較少 且不易發生的,例如化學平衡。而在科學領域中的學習常常需要跨越本體類別的
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概念改變,這正是學習困難的原因。及原有知識與待學習的新知識具有共同的屬 性,概念改變是容易的。反之若彼此缺乏共享的屬性,則概念改變是困難的。
三、Vosniadou 的架構理論
Vosniadou(1994)認為:概念改變要先有大的架構,然後在逐步增加新的知 識去充填細部的概念。他將孩童所具有的「架構理論」稱為素樸架構,源自於孩童 從日常生活中的經驗,構成了某些功能性本體論和知識論的預設。預設中的細部概 念則源自「特定理論」,事由一組有相互關係的命題或描述物件的屬性和行為的信 念所構成;心智模式則是一種特殊的心智表徵。以「架構理論」解決問題情境時會 影響心智模式形成。
圖 2-2-2 Vosniadou 的架構理論(引自邱美虹、林靜雯,2002)
Vosniadou 在針對孩童對地球形狀的心智模式發生概念改變時提出解釋,他認 為概念改變的形式有兩種:
1. 豐富化(enrichment)
將新的概念加入現有的理論架構中,當新的概念與現有的理論架構內容一致 時,學生可以很容易接受新的知識,是最容易的概念改變形式。
2. 修正(revision)
當現有的概念架構與新的概念不同時,則必須進行修正。而修正可以分為三 個層次:特殊理論的修正、有關架構理論的特殊理論修正、架構理論的修正。
16 由樹轉換(tree switching)以及分枝跳躍(branch jumping)的觀點,來說明概 念改變的機制。Thagard 認為概念改變的階層共有九種,如表 2-2-1 所示:
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在表中所述前三種階層只牽涉到增加與刪減,所以稱為信念的改變。而後面六 種則牽涉到概念階層的改變,必須透過分解、合併與區分等過程,尤其是第八及第 九階層,必須放棄原有概念和重新定義,才能產生類別階層性或部分階層性根本的 轉變。
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