概念（concept）是人類思考和瞭解的工具，亦是學習的基本單位。人類感官對 外在事物的知覺，不是片段經驗的組合，而是使用特定的原則，對感官經驗選擇、
組合、給予意義的過程。當人類將某些事物共有的重要屬性或特徵歸為一類，就形 成一概念。郭重吉（1992）更進一步將概念動態化，認為概念是由學習者接受外來 訊息後，再統整於原來知識或先前概念（preconception）而發展出來的結果。學習者 學習前所持既有的概念即為先前概念，它在學習過程中扮演著極重要的角色，相關 研究報告顯示，先前概念對學習新概念有著深淺不同程度的影響，有的對學習具有 正面效果，能幫助新概念的理解；有的則會產生負面作用、妨礙新概念的建立
（Champagne, Klopfer & Gunstone, 1982；Osborne & Wittrock, 1983）。
傳統的課程與教學，較少考慮學習者的另有概念，以致難以達到有意義的學習。
在學習的過程中，學習者透過與環境的互動，建立對於物理世界的了解。在面臨新 的情境時，學習者運用另有概念進行解釋或預測，若其解釋或預測能被證實，則學 習者會更加堅信另有概念；但如果其解釋或預測與科學概念不符，學習者可能會拒 絕接受科學概念，並堅持自己的另有概念；或者，學習者會修正原有的另有概念，
使其預測和解釋能與科學概念一致，進而達到有意義的學習。而這些學習者的想法，
在不同研究觀點，研究者所使用的名詞不盡相同（David, 1995；鄭湧涇，2000），
例如另有想法或另有概念（alternative conceptions）、另有架構（alternative
framework）、迷思概念（misconception）、兒童科學觀（child as a scientist）、迷你 理論、錯誤概念（error conceptions）、素樸概念（naive conceptions）等。
Fisher（1985）曾提到另有概念有以下的特性：
（一）另有概念和專家概念有差異。
（二）少數的另有概念具有普遍性。
（三）多數的另有概念很難改變，傳統的教學方式很難改變另有概念。
（四）另有概念有時包含另有的信念系統，這些系統是學生將命題在自己的認 知中連結而成的。
（五）某些另有概念和科學概念早期的發展平行，換言之，現在學生所具有的 另有概念可能是同領域早期所能接受的想法。
（六）產生另有概念可能的原因：有神經系統或基因系統的問題，日常生活的 經驗、學校或其他環境的教學。
九年一貫課程強調教師自行發展教材與自主擬訂教學計劃，今後的科學教師，
除了需具備豐富的科學素養外，尚應時加留意各種科學教育研究，瞭解兒童先備知 識與另有概念，以及教法多元化，包括實驗、多媒體、電腦與概念構圖等概念改變 教學法等，才能達到有意義的教學。教學前教師在某些科學的學科領域上對於概念 的瞭解及分析，是達成教學目標的重要變因，也是選擇教學方法及教學策略必須的 依據。因此，科學教師所持另有概念的研究及分析其來源是科學教育研究重要主題 之一，若能好好審視這些科學另有概念的意涵，針對教學措施對症下藥，相信可以 對自然科學的概念學習及教學成效有所幫助。
二、概念改變的意涵
自1962年Thomas Kuhn 發表了「科學革命的結構」一書之後，在許多學科中皆
產生了不小的衝擊，而在科學教育中革命性的概念改變也因而受到重視。在科學教 育中，有關概念改變的理論，Posner, Strike, Hewson 和Gertzog（1982）提出了概念 改變模式（conceptual change model, CCM），這個概念改變模式是根據 Kuhn 和 Lakatos 認識論的論證所發展而來的。以基模或結構的形式來思考知識時，學習者可 以下列三種方式將先前的知識融入新的知識結構中（Rumelhart & Norman, 1981）：
（一）增添（accretion）：學習者將新訊息填入既存基模，經由事實性訊息的 逐漸累積所發生的改變。
（二）調和（tuning）：個體知識結構中的演化性改變，這些演化性的改變包括 規範基模可應用的程度、決定它的預設值（default values）、及改善基模 的精確性等，使得它能以最合適的方式來詮釋新的訊息。
（三）重建（restructuring）：個體在既存基模所必須進行的改變，它包括了新 結構的衍創，及以新結構重新詮釋先前知識的內涵。此外，科學知識重 建的發生尚包括概念與概念之間新關係的獲得，這些概念之間的新關 係，有的使用新的抽象概念、修改基模、及解題的形式，而以上都是學 習者在解題運思時所缺乏。
Nersessian （1992）指出學習科學的概念結構需要的，不僅對既有概念的組成 加以重組、將新的事實置入既有的架構中，過程中也建構出新的概念、產生一個新 的架構以利概念改變。隨著科學學習心理學與認知心理學理論的發展及其在科學教 育研究上的廣泛應用，一些學者已從認知發展、個別差異、概念的學習與改變和科 學解題各層面，深入探討學習者學習科學知識與思考的內在歷程，以便對科學學習 與教學有更多的貢獻（Tyson, Venville, Harrison & Treagust, 1996）。Gentner, Brem, Ferguson, Markman, Levidow, Wolff 和Forbus（1997）也曾提到類比是知識改變機制 中很重要的一環，經由類比至先前的知識能促進吾人對新事物的洞察，並提出概念 改變中類比的四個認知過程如下：
（一）強調（highlighting）：人類的表徵基本上是許多龐大豐富且交織在一起 的概念所組成的網路，尤其是初期的表徵傾向保守，它保有許多情境學 習中的細節。透過類比可創造一個可掌控相關資訊的部份集合，使一些 未必被注意到的關係之共同性得以彰顯。
（二）投射（projection）：並非所有的推論都是正確的，所以事後對應過程
（postmapping processes）是必須的，以確保推論的正確性。
（三）再表徵（re-representation）：對目標物或類比物表徵的改變是在改進對 應的關係，其基本上是在修補兩個不配對的關係。
（四）重建（re-structuring）：在一個目標領域中，將所組成元素作一大尺度的 重新組合，以便形成一個新的一致性的解釋，稱為重建。這個重組可以 是增加或減少因果連結或改變特定的概念，並推測大部份重建的發生是 多重類比反覆使用的結果。
Tyson, Venville, Harrison 和 Treaguest（1996）檢視相關的概念改變研究文獻，
分析歸納學者對於概念改變的看法，最基本的概念改變發生在概念結構中知識簡單 的「增加」，這種形式的概念改變稱做知識的調適，但不涉及重建（Carey, 1985）；
另外，有一些概念結構上的改變，涉及現有概念結構上的改變而不是簡單的修正，
這種概念改變就稱為「修正」，要比信念上的修正及概念上的調適程度大，一般的學 者將它分成了「強修正」與「弱修正」。圖 2-1-1 以二分法觀點來作解釋：
認知結構改變
增加
修正 弱修正
強修正
圖 2-1-1 概念改變的二分法觀點（修自 Tyson, Venville, Harrison & Treagust, 1996）
此外，Ponser 等人（1982）認為，只有在強的修正或是調適發生時，才可以稱 為概念改變；但 Hewson 和 Hewson （1983）則認為，很多概念改變的情形，都是 在進行較弱的修正；Tyson 等人（1996）則主張，兩者都可以適用於概念改變的模 式，亦為本研究所採用之概念改變模式。從另一個角度來看，圖 2-1-2 顯示的是概念 改變的動態觀點，如果將學生在接受教學前的先前概念的觀點加以考慮，在新的概 念建構的過程，就必須視為是一種動態的過程。
Driver（1983）也進一步認為，在得知學習者對於自然現象所自我建構的概念 之後，教師的工作就是要幫助學習者修正他們的另有概念，朝向科學界更能接納的 概念。而有關透過引起學習者另有概念製造概念衝突的情境，以達概念改變的目的，
已有相當多的文獻可供參考：
（一）Driver 和Oldham 所提出之建構主義的教學模式，其內容包含確定探討 的方向、引出學習者的想法、學習者想法的重組、應用新的想法、回顧 想法的改變等五步驟（郭重吉，1992）。
（二）Liem（1987）的差異性事件（discrepant event），以與預期不同的實驗 來進行教學的活動，也是創造一個認知衝突的情境。
（三）Chinn 和Brewer （1993）的異例（anomaly）方式，先引起學習者先前 的知識，再以衝突的產生來改變其認知結構或心智模式（mental model）。
時間 1
時間 2
概念知識 1
概念知識 2
圖 2-1-2 概念改變的動態觀點（修自 Tyson, Venville, Harrison & Treagust, 1996）
（四）POE 策略的活動（White & Gunstone, 1992），先要求受試教師根據自己 原有的科學知識對一科學現象進行預測，然後觀察實驗之進行，再對所 觀察的實驗結果提出適當的解釋。
POE 策略符合建構主義的觀點，且能產生概念與所觀察之現象產生衝突的情 境，就科學學習的研究而言，若能在教學活動設計或認知診斷測驗編製之初，即對 各課程與試題妥予安排，則可從學習及測驗的結果歸納出學習者的迷思類型或解題 策略，進而推測可能的認知機制（楊坤原，2004）。邱美虹（2000）也認為，在使 用這些策略時，教師必須對概念的本質以及學習者教學前所持有的先前概念有所瞭 解，才能設計出適切的教學內容與活動，以促進有意義的學習。在POE 每個階段的 設計上，考量了學習者面臨新情境的衝突。依據建構主義的論點，科學概念的建構 可能具有下列三種方式（郭重吉，1992）：
（一）知識是由個人自行建構出來的，而這些知識是暫時性的，它會經過不斷 地修正及成長。
（二）我們是以自我的認知能力主動地建構知識，而不是只有被動地接受知識。
（三）建構是經由「同化（assimilation）」與「調適（accommodation）」得來，
以現有知識同化新知識，並調適新舊知識間互相衝突的部分。
Keil（1999）認為對概念改變下操作型定義是很困難的，但可以從五個彼此不 互斥的向度來探討概念改變，這五種概念改變的特質如下：
（一）在許多向度中特質、性質或價值的改變（features or property changes and
（一）在許多向度中特質、性質或價值的改變（features or property changes and