學習的過程是一種概念改變的過程，既然想要改進教學成效，就必須 促進學生進行概念改變，因此我們必須先了解概念改變的機制，才有可能 提供學生適當的學習環境，所以接下來依照年代的先後順序探討重要的概 念改變理論。
一、 PSHG 模式
Posner, Strike, Hewson 和 Gertzog 四人在 1982 提出概念改變模 式(Conceptual change Model,CCM)，是以建構主義的認識論為基礎，
牽涉到新舊知識之間的互動關係，將概念改變的形式依照不同程度分成 同化(assimilation)與調適(accommodation)。同化就是利用現存的概 念去處理新訊息，這種方式並不會使原有的概念架構發生太大的改變；
而調適就是當原有的概念無法解釋新訊息時，學生必須重組中心概念去 處理新訊息，這種方式需要進行程度較大的概念改變。Posner 等人提 出學生要能進行調適的四個條件為:
1. 必須對於舊概念感到不滿足(dissatisfaction)。
2. 新概念必須是可理解的(intelligible)。
3. 新概念必須是合理的(plausible)。
4. 新概念必須是豐富的(fruitful)。
Roth (1991) 也提出類似的觀點，指出學生必須明瞭他們個人的理 論與實驗證據相比是不足夠的(inadequate)、不完整的(incomplete)、
或是不一致的(inconsistent)，才有可能進行概念改變。在 1993 年，
Posner 等人採取了 Toulmin (1972) 的概念生態的觀點，體認到原有的 理論過於強調理性，忽略情感和社會的影響，對於原先的概念改變模式
提出了修正，認為學習與環境有關，另有概念不只是原先已經存在，在 教學中也可能產生，所以我們必須考慮學習環境的影響(邱美虹，2000)。
二、 Chi 的概念改變理論
Chi 在 1992 年時以本體論的觀點將所有概念分成三種本體類別，
分別是物質(matter)、過程(process)與心智狀態(mental state)。物 質是指含有特定屬性的東西；過程是指事件的發生，可能有序列性與因 果關係，也可能只是機率問題；心智狀態是指情意的部分，這三種類別 彼此獨立，本質上採取 Kuhn 所謂的不可共量性，而各類別下又有次類 別，詳細分類請見圖 2-2-1，所有概念分別隸屬於各個類別。
圖 2-2-1:Chi 本體樹的組織架構
(Chi,1992；1994 修正，引自邱美虹，2000)
Chi 將概念改變分成「類別內的概念改變」與「類別間的概念改 變」。類別內的概念改變是指概念改變發生在同一本體樹內作位置的遷 移，並未跨越不同的本體樹，可視為信念的修正;類別間的概念改變是 指概念改變發生在不同本體樹間，當概念原始指定的類別轉移到另外一 個類別，稱為根本的概念改變。Chi 認為跨越本體間的概念改變有三個 步驟:
1. 經由獲得的過程，學習到新的本體類別。
2. 經由獲得的過程，學習到個別概念的意義。
3. 重新將概念分類到新的類別中，可能的方式有三:
(1) 學習者主動放棄原來對某一種概念的意義或定義，並且以一 個新的意義取代原來的概念意義。
(2) 學習者以新、舊概念並存，新舊概念出現的時機則隨情境不 同而不同。
(3) 透過教學方式而加強新概念的意義，使學習者放棄原有的概 念意義。
Chi 在 1992 年提出時，是將所有的實體分為物質、事件(event)、
心智狀態，但隨後在 1994 年修正，將事件改為過程下的一個分枝並提 昇「CBI」與「事件」為相同階層。因此過程分為步驟、事件、以條件 為主的交互作用(CBI)，然而經由不斷的修正，近來將事件改成直接過 程，而 CBI 先改成平衡過程(EP)，而後又改成突現過程(EP)，在此概念 階層中，不同概念類別均有其本體屬性上的差異而被區別，而越高階層 的分類其共同屬性越少。概念改變若是發生在同一類別，是比較容易發 生的，可能只牽涉到信念的修正、增加、刪除、普遍化、區分屬性等，
為 Carey (1985) 所稱的弱重建，而 Keli 稱為非根本概念改變，而跨 越本體間的概念改變是比較困難的(邱美虹，2000)。
值得注意的的是從直接過程轉變成突現過程雖然是歸屬於同一過 程類別間轉變，但由於學生缺乏突現過程的類別觀，或是無法察覺必須 進行概念改變，因此也歸屬於較困難的概念改變。
三、 Thagard 概念革命的觀點
Thagard (1992, 引自邱美虹，2000) 利用科學史上科學革命的實 例來將概念改變作分類，他以種類關係和部分關係排序，並將概念改變 分為九種層級：(1)增加新例子(2)增加弱原則(3)增加強原則(4)增加新 的部分關係(5)增加新的種類關係(6)增加新概念(7)瓦解部分種類的階 層(8)藉由分枝跳躍重組階層性(9)樹的轉變。前三種只是信念的改變，
後五種牽涉到概念階層的變動。他以知識改變的方法論架構來看概念改 變，他將信念的修正分為增加與刪除，而概念的改變包括增加、刪除、
重組以及重新界定階層；而簡單的重組包括區分、合併、分解，修正的 重組就是分枝的跳躍，而重新界定階層即為樹的轉換(圖 2-2-2)。他指 出信念修正、概念的增加刪除、簡單的概念重組在科學知識發展中是比 較常見的，而分枝跳躍和樹的轉換必須伴隨著概念革命才有可能發生。
圖 2-2-2 Thagard 的知識改變分類圖
資料來源：概念革命(49 頁)，邱美虹等譯(2003)，台北市，洪葉文化。
四、 Vosniadou 的概念改變理論
Vosniadou (1992) 提出了架構理論(framework theory)與特殊理 論(specific theory)的主張，他不同意 diSessa 所提出的知識片段觀 點，他認為學生的信念其實已經形成內在一致性的知識結構。Vosniadou 和 Brewer 認為知識結構並不是由許多小的概念經由相似性所連結而 成，而是先有一個大的架構之後才逐漸填充其中細部的概念，孩童所具 有的大架構稱為素樸架構理論，來自於本體論與認識論的預設，主要源 自於學生早期的日常生活經驗，而細部的概念稱為特定理論，包括描述 物理事件的性質和行為的相關命題和信念，其產生受到架構理論的限 制，是透過架構理論去解讀外界所呈現的訊息(圖 2-2-3)。他認為概念 改變必須從豐富(enrichment)與修正(revision)兩方面去探討，逐步修 正自己對外在世界的心智模式。豐富是指將新概念加入現有的理論架 構，而修正學生所欲學習的與原有架構不一致或受限於特定理論時，會 修正原有的特定架構或預設、信念，其中又細分為下列三種 (Vosniadou, 1994) (1)單純特定理論的修正。(2)牽涉到架構理論的特定理論的修 正。 (3)架構理論的修正。其中，豐富是最容易發生的，修正時，架構 理論的改變比特定理論的改變困難，尤其當概念改變必須牽涉到基本預 設的改變時，概念改變會變得相當困難。其他學者也提出特殊理論較架 構理論容易修正的原因有三:
1. 學習者無法覺知這些隱含的本體與認識預設的存在。
2. 這些預設不斷的被驗證與增強。
3. 當架構理論被修正時，以它為基礎的特殊理論勢必跟隨修正。
圖 2-2-3 Vosniadou 的架構理論(1994, 引自鍾曉蘭，2007)
五、 多面向概念改變理論
在 1997 年，Tyson、Venville、Harrison 與 Treaguest 統整了各 派學者的研究與主張，提出概念改變的多元架構，必須從三個面向考 慮，分別是本體論、認識論與情意面向(圖 2-2-4)。本體論用來了解學 生是如何看待事物的本質；認識論探究學生是如何理解外在事物的知 識；情意面向是用來了解概念改變與情境、學習動機等是否有關。並且 從三面向去探討概念改變的情形，見圖 2-2-5(引自鍾曉蘭，2007)。
圖 2-2-4 概念的多面向架構 圖 2-2-5 概念改變的歷程
六、 邱美虹的 RAINBOW 理論