概念改變

壹、概念改變之基本理論

近來許多科學教育的研究發現，很多學生對於科學概念存有許多迷思 概念，他們同時也發現無論是傳統演講－實驗（lecture- lab），或是啟發 式科學（discovery science）教學法，二者對於幫助學生們摒棄、或實際上 改變他們的迷思概念之效果都很小，這些迷思概念大多是根深蒂固不容易 改變（Trowbridge & Mintzes, 1988）。而概念改變成為一個研究的議題，

主要是源自在1980年代另有概念運動的快速發展（Wandersee, Mintzes, &

Novak, 1994）。它與其他的學習理論不同之處在於，它是在知識的獲得被 視為主動建構的過程的建構主義認識論自然發展的結果（Tyson et al., 1997）。

在科學教育領域裡概念改變最具影響力的理論，即屬Posner et al.

（1982）所提出的概念改變理論。Posner et al.（1982）從學習的觀點出發，

他們認為學習並不是單純地加入新的片斷訊息而已，而應是涉及新舊知識 之間的互動關係。並且概念改變的形式可分大範圍與小範圍，稱之為同化

（assimilation）及調適（accommodation）。若學習者僅是將新知識加入原 有的知識當中，而新、舊知識二者並未重新組織，稱之為同化這種學習方 式並未使原有的概念體系發生重大的改變。此外，若學習者的現有概念不

適當，使其無法成功地掌握新情況時，學生必須取代或重新組織他們的概 念，則稱之為調適，這種學習方式需要較大規模的概念改變。典範的轉移 或個人的概念核心改變亦可稱為調適的例子。

Posner等人所提出的概念改變需要滿足四個條件，分別為（1）必須對 於現存的概念是感到不滿意（dissatisfaction）；（2）新的概念必須是可以被 理解的（intelligible）；（3）新的概念必須具有似真性（plausible）；（4）新 的概念要具有可應用於不同情境的豐富性（fruitful）。最後三個條件--可理 解的、似真的和豐富性，Hewson & Hewson（1992）稱之為「概念狀態

（status）」(見表2-4-1)，由Hewson & Hewson的觀點而言，科學教學的目 標是增加科學概念的狀態而不是「消減」迷思概念。

Roth（1991，引自邱美虹，1994）亦提出與 Posner 等人相似的看法，

認為學生必須明瞭他們個人的理論與實驗是不適當的（inadequate）、是 不完整的（incomplete）、或是不一致的（inconsistent），而科學性的解 釋可作為一個更具說服力且合理的取代物，那麼概念改變才有可能發生。

Gallagher（2000）則認為學生不能理解和應用新的科學訊息，是表現在課 堂上的四個相關事實：（1）它對學生不是真實的，而評量和測驗需要遠超 事實的回想；（2）學生未被教導應該如何處理新的訊息，並使其有意義；

（3）學生未被教導應如何將先前學過的訊息和訊息連接，而能更深入的 瞭解科學（4）很少重視科學知識的應用﹙given little importance in science classes﹚，並由考試決定成績。

Hewson & Hewson（1992）提出的概念改變模式指出：首先符合某些 條件以使學生進行概念改變； 第二，個人的概念生態提供了影響概念改 變之發生、賦予意義的情境。概念生態包括個人現有的概念和信念（包括 知識論及形上學的信念），及他們之間多重的相關性。

表2-4-1 概念改變模型之描述訊息

概念 描述

可理解性

(INTELLIGIBLE to me)

-我必須知道這個概念的意義

(PLAUSIBLE to me)

-它必須是可理解的

(FRUITFUL to me)

-它必須是可理解的

(譯自 Hewson，1992；p177) 在討論概念改變的意義，Hewson & Hewson（1992）認為「改變」並 非完全清除或消除了學生的概念，其原因有：首先，學生的既有概念在日 常生活的大多數情境是有價值的。第二，大多數成年人以及專家擁有的各

領域概念，不是學生所熟悉。最後，研究顯示舊概念不可能完全被消除，

經常與新概念共存。由此觀點，科學教學的目標不是要清除學生的舊概 念，而是使正確的科學概念更有價值，舊概念被限定的情境。

貳、由本體論看概念改變

Chi（1992，引自邱美虹，2000）從許多文獻的研究，發現某些學生 的概念在教學之後是容易改變，然而有些概念則是在具有堅固、拒絕改變 的特性，而這些拒絕改變的迷思概念是一些特定的物理概念，例如力學和 電學的概念。為什麼有些特定的科學概念難以改變？是什麼阻礙去改變 呢？Chi等人（1994）認為最困難的改變是涉及本體論類別的重新分類，

換句話說，概念改變就是改變一些已存在的概念，依據這樣的觀點，概念 的類別明顯地重要，因此在此理論裡，概念被安排那一個類別決定了概念 的意義。

Chi（1992，引自許良榮，1998a）以本體論為基礎研究學生之科學概 念 的 改 變 ，Chi 將 物 理 世 界 分 為 三 個 基 本 的 本 體 類 別 （ ontological categories），分別是物體（matter）、事件（event）與抽象（abstract），三 個基本類別分別有次級類別（參見圖2-4-1）。所謂「物體」是指物體有特 定的條件，能指出它所擁有的狀態和屬性。如紅色的衣服、石頭是重的；

「事件」則是指事件的發生，可能有序列性、有因果關係，也可能只是機 率問題，但它反映出自己特定的屬性；而「抽象」是指情意的部份，如情 緒或傾向。

Chi（引自許良榮，1998a）指出科學概念的改變包含，(1)本體類別之 內的改變，例如「熱」的概念由「流體」轉變為「粒子」的概念改變，是 屬於本體類別之內的改變，因為都是將熱視為一種「物質」的本體觀；(2)

本體類別之間的改變，例如對於「熱」的概念由「物質」轉變為「能量」

的概念改變，由於物質與能量是不同的本體類別，因此是本體類別之間的 改變。Chi 指出本體類別之間的概念改變是一種全然翻新的概念改變

（radical conceptual change），需要跨越本體樹類別間，即為根本概念改 變。此種概念改變比本體類別之內的概念改變更為困難，這也是造成科學 概念之學習效果不彰的主要原因之一。

所有本體

物 體 事 件 抽 象

自然的 人造的 意圖的 有範疇的 情緒的 心智的

生物 非生物 自然發生 人為建構

植物 動物 固態 液態

圖2-4-1 本體類別（取自Chi，1992；p.131。引自許良榮，1998a）

許多研究發現學生通常會將例如光、熱、電流等困難的概念賦予物質 的性質。概念改變則需考慮這些這些物質概念的安排，並且也需要考慮這 些迷思概念是如何在教學過程中來被改正。在這些研究中（Fredette &

Markman, 1980; Cohen, Eylon, & Ganiel, 1982; Shipstone, 1984）也指出初學 者傾向於將電流視為一個真實的物質，而不是某些物質的運動。

如果以原子、分子的抽象概念為例，可以發現有些因素是由於我們在 教學上忽略了學生之本體觀與科學上之本體觀的差距。Pauling（1983）的 研究指出大一以及中學的化學教科書對於原子與分子的概念，主要是以理 論性的、抽象的方式處理，此種偏離學生本體觀的課文使學生的學習產生

問題。Osborne & Cosgrove（1983）也指出學生不容易學習原子理論可能 的原因是一般的科學教學常以抽象的方式教導原子、分子理論。因此，如 何設計教學以銜接學生與科學家之本體觀的差距以幫助學生學習科學概 念，是概念改變研究應重視的問題之一。

類似於Chi的本體論分類，Thagard(1992)利用科學革命的案例研究來 建 立 概 念 的 改 變 的 模 式(如圖2-4-2)，他將科學史中的「認識論改變

（epistemic change）」分為「信念修正（belief revision）｣與「概念改變

（conceptual change）」，其中「概念改變」共有七種類型，包括「概念加 成（addition）」、「概念刪除（deletion）」、「概念重組（reorganization）」與

「階層的重新界定（hierarchy；本體樹的轉移）」，其中「概念重組」包括 了 「 修 正 （ 本 體 分 枝 的 跳 躍 ）」 以 及 「 單 純 （simple ）」 的 「 區 分

（differentiation）」、「合併（coalescence）」與「分解（decomposition）」三 種。

認識論改變

信念修正 概念改變 加入 刪除

加入 刪除 重組 階層重新界定

（本體樹的轉移）

單純 修正

（分枝的跳躍）

區分 合併 分解

圖2-4-2 認識論改變種類的分類(Thagard，1992)

上述文獻討論提供了我們對於概念改變的理論基礎，瞭解兒童之概念 發展的本質與特徵。本研究之所以著重「本體論」之類別區分的理論基礎，

是因為本研究專注於探索學生金屬「分類」之迷思概念，「本體論」之類 別區分對於學生在物質之「分類」的迷思概念，提供了迷思概念之發展與 成因的本質之瞭解與方法學之理論基礎，對於將進行的概念改變研究，具 有引導性以及啟發性的作用。