第五節 概念的改變
壹、概念改變的條件與內涵：
概念的改變普遍被認為是困難的，原因是因為概念具有以下幾個
特點：1.概念會受到個人經驗的影響、2.概念本身是抽象的、3.概念 本身是複雜的、4.概念本身是微觀的。有關於概念改變的理論，較為 大家熟之的是 Posner，Strike，Hewson 和 Gertzogl（1982）所提出的 概念改變模式（conceptual change model），表示概念改變需四個條件 為：
1. 學習者必須對現有的概念感到不滿意（dissatisfaction）。 2. 新的概念必須可以是被理解的（intelligible）。
3. 新的概念必須是合理的（plausible）。 4. 新的概念必須是更有效果的（fruitful）。
Roth（1991）也提出類似的理論：當學生個人的概念與實驗證據 相比是不足夠、不完整或不一致時；而且科學性的解釋可作為一個更 具說服力且合理的取代物，如此概念改變才可能發生。
Rumelhart 和 Norman（1981）認為概念改變有三種型態：增加
（accretion）、調整（tuning）、重建（restructuring）。「增加」為在既 有知識模組中以不改變先前的架構而增加知識；「調整」則為修改既 有知識模組，使其執行較為順暢、有效；而「重建」即為知識重組的 過程，以獲得更深層的理解與頓悟。另外有學者指出概念改變有三個 層次：1.信念修正（belief revision）－指所相信的事實改變；2.理論 改變（theory change）－指在整體知識結構上的改變；3.概念改變－
指在組成信念結構中基本概念的改變。
貳、其他概念改變的理論 一、Chi 的本體論
Chi（1992）認為概念改變應分為本體類別內的概念改變（ within ontological conceptual change）與跨越本體類別間的概念改變（across ontological conceptual change）。依據他的理論，把所有實體（entity）
分成三個類別：物質（ matter）、過程（process）、和心智狀態（ mentel
state）。「物質」指含特定屬性的東西，如綠色植物、金屬元素；「過 程」指事件的發生，有序列性、因果關係，如烏雲密佈而下雨、水加 熱而溫度上升；「心智狀態」指情意的部分，如害怕老鼠、蛇。而本 體類別內的概念改變，乃是概念的改變只在同一類別中調整連結位 置，並藉由增加（ addition）、刪除（ deletion）、普遍性（ generalization）
和區分（discrimination）的過程進行概念的重組，而屬於本體認知結 構上局部的變化。如鯨魚常被誤認為魚類，但經由對鯨魚的瞭解，使 既有的知識表徵逐漸與哺乳類的特性連結，則鯨魚是魚類的概念改變 成了哺乳類。因魚類和哺乳類的概念同屬於「物質」類別，所以這個 改變是本體類別內的概念改變。至於跨越本體類別間的概念改變則屬 於根本的概念改變，常發生於物理學的概念。如力、電、熱和溫度，
這些概念在初學者的觀點中屬於「物質」的本體類別，而忽略了這些 概念牽涉到粒子的交互作用，應屬於「過程」類別。所以學生很難瞭 解科學概念的原因並非這些概念是複雜的、抽象的、或是動態的，而 是學生原本的概念與所學的科學概念屬於不同的本體類別，而產生兩 者不能相容的現象。因此在進行概念研究時，檢視概念的屬性和本質 是有其必要性的。
二、Thagard 的概念改變理論
Thagard(1992)以科學史例來解釋概念的改變。他認為概念改變包 含了部分相關性(part-relation)及種類相關性(kind-relation)的改變，並 指出概念改變有九個階層：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.分枝跳躍、9.樹遷移。這九個階層中，
Thagard(1992)認為其中增加新例子、增加弱原則、增加強原則為「弱 的概念改變」，增加新的部分關係、增加新的種類關係、增加新概念、
瓦解部分種類的階層為「強的概念改變」，而分枝跳躍、樹遷移為「根 本的概念改變」。例如：達爾文的演化論的提出，在人類歷史上的概
念改變層次中，包括了減少「上帝創造所有物種」的概念而增加了「天 擇」的新概念；而從原來的神創造人與其他生物（包括動物），進而 跳躍至人是動物的一種，屬於分枝跳躍的概念改變；至於將宗教中所 堅守的神創論，轉換為人其實是動物的其中一種且為演化而來，則為 樹轉換的部分。所以一整個概念系列的改變，可能包含著不同的概念 改變類型。Thagard(1992)也認為新舊理論的概念改變過程有四種可能 性：合併(incorporate)、含攝覆蓋(sublate)、取代(supplant)與忽視不理 (disregard)。依照他的分析，例如：拉瓦錫的氧化論、達爾文的演化 論、地質上的板塊學說、哥白尼的地心說、牛頓的重力說屬於「取代」;
愛因斯坦的相對論、量子論與認知學派屬於「含攝覆蓋」。其中「取 代」是將舊的理論完全摒棄，以新理論取代之，「含攝覆蓋」是丟棄 舊概念再重新組織，甚至在舊理論中加入新假說，成功的納入新的理 論中（引自邱美虹，2000）。
參、迷思概念的改變方法
若迷思概念具有類似理論之狀態時，則欲修正或替代這些概念 時，典範轉移的歷程將無法避免（Kuhn，1962），這在教學上是很困 難且艱鉅的。但若迷思概念是片段而非理論性質時，Chang（1993）
認為老師可以將同樣性質的問題置於不同的情境中，然後鼓勵學生考 慮在不同情境中的推理過程是否具有一致性。若他建議我們對改變學 生概念有較樂觀的看法時，教師可採取下列的方法：
1、 激勵學生對問題說出明確的看法。
2、 促使學生的迷思概念與科學概念相互遭逢 3、 找出學生迷思概念的來源。
4、 解釋迷思概念與科學概念的差異性及二者之應用範圍。
實際的教學上，有些學者提出下列的教學方法，以改變學生的迷 思概念：
一、搭橋類比法（bridge analogy）
Oppenheimer（1956）曾說過：除非我們立於熟悉的舊有基礎上，
我們無法處理新奇的事情；除非我們已有對該事物應是如何（ought to be）的看法，我們對某些事情無法有驚奇或錯愕之感。這種歷程事實 上就是一種類比的作用。在科學教育上，類比推理之教學方式已被應 用甚久，且常被認為是將新訊息統整融入知識系統的有效方法
（Clement，1987）。
Clement（1987）在研究中指出，中學生有 76﹪的學生認為桌子 不可能對靜置於其上方的書本產生一向上的作用力。但這些學生中有 96﹪的學生相信用手壓一直立的彈簧時，彈簧可對手產生一向上的作 用力。因此 Clement 設計了搭橋類比的教學策略，來促進學生概念的 改變。搭橋類比法所使用的步驟如下：
第一步驟：找尋概念錨（conceptual anchor）
概念錨是直覺上看起來可被瞭解的正確事件。教學上可藉概念錨 當作是一引領學達到待教目標的媒介。例如此例的概念錨為：用手壓 一直立的彈簧時，彈簧可對手產生一向上的作用力。但於此階段，仍 存有很多學生無法將概念錨的情境與教學「目標」（target）相互類比。
第二步驟：搭橋（bridging）
為了使概念錨與教學目標產生一類比作用，所以需要找尋一居於 此二者之間的情境來充當橋樑使二者銜接起來。這種歷程稱為搭橋
（bridging）。如此例的橋樑可為：將書置於具有彈性的長橫板上。
由以上可知教師能藉： 定錨→搭橋→目標，以此連續類比的教 學策略引領學生作一有效的邏輯轉移。Clement 在他的研究中指出，
這種策略是幫助學生學習科學概念的有效途徑，若能輔以蘇格拉底式 對話法，則效果將更顯著。
二、異例法（discrepant event or anomaly）
異例（anomalies）的使用主要是為了誘發學生產生概念衝突。例 如當學生認為等速率運動與等速度運動相同時，教師可以用等速率圓 周運動的例子來說明二者的不同。Nussbaum＆Novick（1982）認為 異例法的教學程序可分成三個階段：
第 1 階段：製造暴露事件（creation of exposing event）
此階段的意思是呈現一「工作」（task）給學生，並要求學生對此 工作說出他們的想法及其背後的理由。老師以採取中立但幫助學生引 出他們自己觀念的立場。
第 2 階段：引入異例（introduction of an anomaly）
異例的作用為當作是一媒介物，以促使學生察覺個人的概念與觀 察到的現象彼此之差異，並藉由此種歷程引發學生產生認知衝突。
第 3 階段：調適期（accommodation）
當認知衝突發生後，老師應鼓勵學生尋找答案來解釋異例，以便 調整原先之迷思概念，進而接受正統的科學知識。
綜合而言異例法與類比法的不同在於類比法著重舉例做為學習 概念目標的橋樑，而異例法著重舉例來製造學生的概念衝突，所以兩 者舉例的目的不相同。例如前述 Clement（1987）研究的例子：學生 認為桌子不可能對靜置於其上方的書本產生一向上的作用力。若使用 異例法，則可問學生：若沒有桌子，書本會不會掉下來？桌子扮演什 麼角色？所以若這二種方法能交互運用，再輔以蘇格拉底式對話法，
則應較能引發學生概念的改變（張川木，1995＆1996）。
三、蘇格拉底式對話法（socratic dialogue）
蘇格拉底式對話的教學重點在於師生間之對話歷程。在此師生對 話過程中，學生被迫對某問題進行推理活動。其目的在訓練學生察覺
其推理歷程之不一定性，以便幫助他重建原有的知識結構（Collins，
1977）。此種教學策略可分三階段進行：引出澄清概念（eliciting and clarifying ideas）、示範解釋情境（demonstrating an explaining
situations）、概念遭逢和調適（ideational confrontation and accommodation）。分述如下：
在引出澄清概念階段，使學生對某一情境預測其可能發生的情 形，並能明確的說出理由來支持其預測答案，同時也在接受他人的質 疑時能防禦自己的觀點。如此可使學生自己更瞭解自己的想法。緊接 著進入示範解釋情境階段：教師示範正在討論的情境，並用相關的知 識解釋其該情境的背後原理。最後在概念遭逢和調適階段中，教師要 求學生比較他們自己的想法及專家的想法，並找出兩者間的差異和相 似性。如此可幫助學生察覺他們自己的概念之不準確和不一致性，進
在引出澄清概念階段，使學生對某一情境預測其可能發生的情 形，並能明確的說出理由來支持其預測答案，同時也在接受他人的質 疑時能防禦自己的觀點。如此可使學生自己更瞭解自己的想法。緊接 著進入示範解釋情境階段：教師示範正在討論的情境，並用相關的知 識解釋其該情境的背後原理。最後在概念遭逢和調適階段中，教師要 求學生比較他們自己的想法及專家的想法，並找出兩者間的差異和相 似性。如此可幫助學生察覺他們自己的概念之不準確和不一致性，進