2.理論基礎與文獻分析
分為概念、診斷性評量與科學知識及概念的學習等三大部分。
2.1 概念
分為概念學習、迷思概念與概念改變等三個小節。
2.1.1 概念學習
Arnone(1971；引自歐陽鍾仁,1988)指出概念是一組觀念(ideas)或是符號 (symbols)集合而成的，是反應個體已達評價程度的各種態度(attitudes)和成見 (preludices)，也是一種心理意象(mental image)，特別是指結合同一類事物的 各種象徵，使其成為一種概念(notion)的概括觀念。鄭麗玉(1993)表示概念是包 括重要屬性(attributes)或特徵(features)的同類事物之總稱。鍾聖校(1990) 則認為把個人的經驗加以歸類整理，而透過這樣的歸納整理所建立起來的範疇或 題目，就統稱為概念。它是一種意念(idea)，不同的人有許多不同想法的東西，
其概括的整體性是建立在較小的特殊事物與說明上，而對一連串特質或事件的一 種摘要式之表達。在概念的表達上，有時並非侷限於一種方式。
一個概念的名稱只是用來代表該概念，而不是概念的本身。例如：在萬有引 力概念中，在國小的學習階段，所運用的名詞重點是地心引力；而在國中的階段 中，演變成地球引力、重力；之後到了高中學習階段則為萬有引力。不論是地球 引力、地心引力、重力或是萬有引力，其概念意義範疇的內在表徵是相同的，但 是因學習階段的不同，故所學習的概念名稱也不同，且在不同的情境時，亦會選 擇最適合的名稱(余秀麗,2003)，因為在名稱上若出現混淆，則會使學生，甚是 教師產生困擾。
學習是一種獲得新知的過程，具有主動而複雜的特性。此過程是由數種關鍵
性認知過程的交互作用所造成之結果，它包含了正確的知識、想像、組織、精緻 化，經由這些歷程將使概念的連接及建構更易發生。科學教師有時認為學生只會 被動得在課堂和教科書中將所學的事物複製下來，但事實不然，學生在學習時將 會運用五官知覺，會主動選擇學生自己所要的資訊。也就是學生本身想學習的(王 美芬等,1996；姚錦棟,2002)。通常學生到了某個年齡時，便會慢慢的知道自己 所想要的是什麼。
Pella(1996；引自余秀麗,2003)認為「概念被稱為是科學過程的產品，是繼 續研究科學的根據，以及有時被認為是技術人員運用的知識。就科學方面而言，
根據一些教育工作者認為，獲得概念是理科教學所希望的結果。」例如：「力」
是一種概念，Pella(1996)曾說過「力是一種推或拉，這種推或拉是改變物體運 動狀態的原因。」並且認為概念具有以下的特徵(引自余秀麗,2003)：
(1)它是一種表徵的符號。
(2)它是一種人類所做的決定。
(3)它是根據觀察自然現象的經驗所做出的結果。
(4)它是從人類經驗中取出來的精華。
(5)它是包括超過個人經驗範疇的概括性論點。
(6)有關事實是包括有意義及合理的部分。
(7)描述人類的的創見及思想。
(8)描述一個意見，具有各種不同的複雜程度。
(9)在預測結果或解釋資料上是非常有用的。
Burton,Kimball & Wing,(1960；引自鍾聖校,1990)認為概念是一個被界定 的意念，是一個人對任何事物、人或歷程所瞭解意義的總量，能在人際間適用的 邏輯建構(a logical construct)，是一個字或其它象徵符號可代表一些物品或 情境的共同性質，而它所被設定的意義，我們能安心的相信並使用它。
另外從 Bruner 與 Piaget 的認知理論可知：Piaget 在認知發展論中提到認 知發展工具有兩種功能：即組織(organization)和適應(adaption)，其中適應過
程又分為同化與調適(陳李綢,1998；姚錦棟,2002)；Bruner 則認為人類的認知 發展是由內外兩種歷程所引發出來的。知覺、推理、思考與技巧是一種內在的心 理歷程；而教育是轉化知識，引導個人改變，是一種外在的歷程。其中在內外歷 程間尚有種內在模型(intermal model)及表徵系統。由上述的說明可知，人類的 認知發展十分複雜，但卻具有系統性與組織性。教師應瞭解學生的認知發展如何 影響學習效果，才能因應使用合適的教學策略及方法。也正因為如此，對於學生 科學概念的瞭解，知道學生內心的想法，讓教學效果提升，是科學教育最重要的 課題之一(姚錦棟,2002)。
而且，一個人的概念是以個人所經歷到的各種事物為基礎，當某些事物彼此 之間有某些共同的屬性或某種關連時，它們就會開始集結在一起，形成一個概 念。每一個人心中都有無數的概念，而這些概念皆由許多的事物來形成其意義的 範疇或意義的內涵(饒見維,1994)。例如：學生心中對於「力的種類」這個概念，
包含了許多有關物體受到力作用的各種現象，例如：當我們在騎自行車時，欲使 自行車速度變慢，就必需增加自行車與地面的摩擦，故在此時便有摩擦力的存 在；當小皮球被手壓扁了，看到小皮球變形了，因而瞭解小皮球有受到手的捏或 壓的力作用；物體掉落到地面上，是因受到地球引力的作用；兩個鐵會互相吸引，
是因具有磁力的作用等(余秀麗,2003)。所以在日常生活中所碰到的事物，皆有 其特定的概念與特性。
在某一概念意義的範疇內有一個很強的核心，這個核心稱為是這概念的原 型，這原型乃是這概念的典型例證。每一個概念的意義範疇是從這「原型」開始 其重要性會逐漸的往外減弱。而人們經由學習的歷程，對於一個概念都會賦予一 個刻板的意義，這個刻板的意義就形成了一個概念的核心意義(饒見維,1994)。
例如：在「力的作用」中，學生最先接觸到力的概念，也就是說物體必需先要接 觸才會發生力的作用，正如 Pella(1996)所說的「力是一種推或拉，這種推或拉 是改變物體運動狀態的原因」。而物體需要接觸才會發生推或拉的現象，因此接 觸才會產生力，這是學生最先形成力的概念。故在非接觸的例子中，學生往往會
因力概念的刻板意義而產生了另有概念。在人類大多數的思考歷程中，概念的原 型往往會左右了我們的思考活動(余秀麗,2003)。因而在有些時候，會出現以偏 蓋全及刻板印象，例如：四川人愛吃辣等。
而對於概念(concepts)一詞，就教育心理學的觀念而言，概念是一個名稱或 符號，是用來代表具有共同屬性(arrtibutes)等一類事物所使用的名稱或符號 (symbols)。Klausmeier(1974；引自姚錦棟,2002)認為概念是種有組織的資訊，
可使我們分別相關事物中特定的事或物，是一種由一件或多件事物(objects)、
事件(events)或過程(processes)，而在其具有的性質之中所抽取出來且具有次 序的訊息(ordered infromation)；Bruner(1967；引自姚錦棟,2002)認為概念是 具有三項要素：即為實例(example or exemplaror instance)、屬性(attribute) 即屬性價值(attribute value)；也有學者認為概念是心智表徵特質，概念是指 以一些明確定義或廣泛為大眾所接受的觀念(Duit & Treagust,1995；引自姚錦 棟,2002)。
余秀麗(2003)認為當任何新訊息與個體的認知架構中以存在相關的概念相 連結時，此時在認知架構中以存在相關的概念中同化了新訊息，二者在概念同化 的過程中通常會加以修飾(modified)，這過程稱為概念同化。但是在同化的過程 裡有時也會因曲解意義的訊息，而產生了迷思概念，這在下一節將會提到。而迷 思概念的種類繁多，例如：在天空的月球，為何不會掉落到地球上時，這樣的訊 息對於學生而言，顯少學生會去思考，所以當學生一旦必需思考這個問題時，便 在自己已有的認知架構中尋找相關的概念，試圖同化它，並修飾之，已完成所需 要的解釋。
概念可以幫助人類簡化複雜的環境，使人類更能有效的學習。Arnone(1971) 曾以認知的觀點說明概念具有以下的五種功能(引自余秀麗,2003)：
(1)概念的發展對理解力至為重要。
(2)概念是溝通思想的捷徑。
(3)概念有助於轉變學習。
(4)概念可以幫助個體決定其態度、意見和行為。
(5)概念可以促進回憶，以及有效利用回憶。
根據 Hashweh(1988；引自姚錦棟,2002)對概念的研究有三種類型的界定，
這裡分別是描述性(descriptive)、解釋性(explanatory)及概念改變的研究，
描述性的研究，主要是以概念的描述為主，認定學生的迷思概念和先備概念；解 釋性研究重在解釋概念轉變的機制和概念的持續性，在探討新概念獲得，結構重 組及概念建構和先備概念的持續因素的解釋。概念轉變研究是由教學實驗驗證所 提出的解釋概念轉變成理論是否正確，並找出有效的解決模式(引自姚錦棟, 2002)。在第三小節我們將會呈現部分概念改變的文獻。
由上述種種可知，概念是一種認知過程(cognitive process)的形式或階層
，在認知階層中，是以思想的本質、觀點以及物體間的關係做為特徵，使固體能 做比較、概括、抽象及理解的活動，並以言語為其主要的表達工具。其在概念推 理中，若為演繹推理根據形式規則推論，結論是正確的，根據邏輯規則推理不能 確保我們的結論一定是真實的；若是根據條件是推理，則先備知識和經驗可以幫 助學生減少不確定性。而在最後的結論永遠無法完全正確，明天的經驗也許又推 翻了今天的看法(余秀麗,2003)。
2.1.2 迷思概念
其迷思概念的意義，就建構主義的觀點而言，在知識獲取的過程中，學生原 本將具有的知識扮演一關鍵性的角色。而先前具有的知識是作為一個可架構與處 理所有新狀況之基礎，也就是學習是以既有的知識為基礎，透過新舊知識的連 結，來理解新的概念；但在另一方面，面對新狀況時，學生也可能會變成一種「變 相的菱鏡」(deforming prism)，當新的知識被不適合與先前具有的知識同化，
並且對其間類比轉移的過程不熟練時，學生對於一些新領域的知識最後通常會具 有常識(common knowledge)的特徵(Bachelard,1972；Closset & Viennot,1984
，引自 Benseghir,1996；李瓊慧,2002)。
郭重吉(1988)認為學生學習形成概念的過程時，學生會建立相關的基模。而 藉由個人感觀的探索，會從基模中抽取原有的相關知識，並對感知的內容作判 斷，由於個人觀察及感知的不同，對於現象解釋的差異，也因個人背景知識而有 所不同。因此，個人背景認知的差異性，往往造成迷思概念，造成迷思概念的原 因，其因素可能為學習者帶著各種迷思概念進入學習情境(鄭麗玉,1998)。並且 由日常生活經驗和觀察直覺而得到迷思概念(黃萬居,1994)，例如：對日常生活 中的水果酸鹼性的誤判。知覺也會支配學生的思考，並建立在可觀察的特徵上，
對於不是表面觀察得到的現象，便無法判斷。例如：部分學生會以為判別物質的 酸鹼性中，將具有酸味、鹹味、甜味的物質分別歸為酸性、鹼性及中性(陳姍姍 ,1992)。
Bell et al(1985；引自黃秀珍,2003)認為學生產生迷思概念的幾種可能原 因為：
(1)學生會以自身的想法為中心來看各種現象，並且由經驗來建構自己的知 識系統。
(2)學生不認為需要對各種現象有一致的解釋，往往以自己的方式建立特例 來解釋。
(3)日常生活用語往往使學生產生與正確科學概念不同的想法，而且這些想 法可能不會隨年齡成長而改變，反而是隋著年齡成長與科學家之觀點的 差異就越來越大。
Pfundt & Duit(1991；引自黃秀珍,2003)則認為學生的迷思概念有幾個主要 來源：
(1)感官經驗：這是學生另有概念之主要的來源，來自學生會觀察周遭所發 生的現象而將它賦予意義。
(2)語言的使用：有些概念在日常生活的使用與科學上的意義有差異，因而 造成學生迷思概念的形成。
(3)文化背景、同儕團體和大眾媒體：學生從各種電子媒體、平面媒體接觸 到科學相關的知識，或和他人溝通時也會產生一些迷思概念。
(4)科學教育：來自老師、教科書、教學媒體錯誤或混淆的報導傳授，以及 學生對課文及教師的口語說明所做的錯誤推論。其中在與同學交談時，
產生迷思概念較有可能是自己本身的概念就不是很清楚。
Driver et al(1985；李瓊慧,2002)提出學生概念一般性的七個特徵，而這 些特徵容易導致學生的迷思概念：
(1)受感覺支配的思考：學生在一個問題情境中，會傾向在他們可以看得到 的特徵上做推理，例如：光只存在於投射物體表面的一小塊區域，而不 是穿過空間的整體；糖溶解時就消失了；地球只是一個有太陽在頂頭的 平面等…。
(2)有限的注意焦點：只能集中注意力在感官較容易查覺的地方，如在密閉 容器中燃燒磷，會注意到燃燒後的煙消失了，所以預測質量會變小，而 沒有注意到容器是一個密閉系統。
(3)將焦點放在「改變」而非「穩定的狀態」：如認為當運動發生時有力的作 用在其上；但在靜止狀態則否。
(4)單向因果推理：在解釋改變時，傾向以單向的因果順序作推理，而不考 慮兩系統間的交互作用。例如：在力學中，認為一個力或一個作用會產 生運動的「果」；而力交互作用的本性(作用力和反作用力的關係)，學生 就很難贊同與理解。
(5)未分化的概念：將不同意義範圍的概念簡併。例如：在直流電路中，使 用一個概念(如學生所稱的電、電流、電力)來描述或說明，而這在科學 上是包含了電荷、電流和電位差等概念。
(6)情境相異性：學生會用不同的想法來解釋科學中相同的事。例如：要用 什麼器具來使湯保溫？部分學生說用鋁製的鍋；但問哪一種容器中的溫 度只能維持一下子，學生的答案卻又是金屬的器具。
(7)一些支配地位的概念：有些另有概念會在不同的主題領域中一再出現。
在學習的過程中，學生學不好科學概念，是因為其所建構的迷思概念不易改 變，這些迷思概念不易改變的原因是當它可以用來解釋某些自然現象，學生就不 容易去改變它(郭重吉,1990；引自陳盟翔,2003)。而迷思概念其產生的來源有可 能為(引自陳盟翔,2003)：
(1)學生本身：
a.日常的經驗或觀察：學生的直覺概念常是迷思概念的來源，而直覺概念的 發生則是學生嘗試去概括學生自己本身經驗、觀察所得之因果關係而來 (Jiang,1993；Lewins & Linn,1994)，尤其是基本學科知識不足，更容易 有上述情形的發生(王春貴 & 黃萬居,1999；Nussbaum & Novak,1976)。
例如：桌上有一瓶冷飲，學生經由觀察後，常會以為這鋁罐是冷的，而產 生“鋁罐可以包裹住冷”這樣的直覺概念。
b.對類比所產生的困惑：類比是達成概念學習與改變的有效方法，但是若不 當的使用類比，則可能產生的迷思概念(王春貴 & 黃萬居,1999；Brown, 1994；Gentner,1989)。例如：使用行星系統來說明原子結構，雖然很容 易讓學生瞭解原子結構中電子是繞著原子核做運動，但也有可能使學生產 生“電子永遠以圓形軌道繞著原子核轉”這樣的迷思概念。
c.對科學用語的不當使用：科學用語皆有完整的定義，但學生若對定義一知 半解是造成迷思概念來源的原因(王貴春 & 黃萬居,1999；Barrass,1984)
。例如：“植物白天行光合作用”這樣的科學用語，很容易聯想成“植物 只在白天行光合作用，而夜晚就只行呼吸作用”。
(2)教師和教材：
a.教師缺乏學科知識：教師本身若缺乏足夠的學科知識，就會擁有許多的迷 思概念，而這些迷思概念又會因透過教學而傳達給學生(王貴春 & 黃萬居 ,1999；蘇育任,1999；Dai,1994；Hashweh,1987；King,2000；Smith &
Neale,1989)。
b.教材本身的錯誤：教材本身編寫的方式，也容易使學生會產生迷思概念 (Barrass,1984；Jiang,1993)，而教師要有足夠的學科知識，才能將學生 引起迷思概念的教材內容之描述方式找出來(Abimbola & Baba,1996)。
(3)文化的影響：
a.日常用語的誤導：學生從小到大的日常用語，若本身對其沒有徹底的瞭 解，很容易造成迷思概念的來源(王貴春 & 黃萬居,1999；Jiang,1993)。
例如：“日出日落”容易使學生聯想成太陽從山上跑出來就是白天，而太 陽落到山後就是黑夜。
b.宗教信仰的排斥：擁有強烈宗教信仰的學生，有時會學校所教授的科學概 念排斥，而造成迷思概念(Jiang,1993)。
邱喚文(2001)利用的蓋念構圖的方法，配合晤談，深入分析 12 位國三學生 在教學前、後對「酸與鹼」的概念架構之差異、概念觀的轉變、概念學習與迷思 概念的分析。研究結果發現：教學前國三學生所含有的另有架構或另有概念是偏 向生活中的事物，深受環境、媒體的影響，對物質的酸鹼性偏向非此及彼的二分 法、道聽塗說或自行推理的方式認定，所持有的知識概念是屬於巨觀的。
當學生以日常生活用語連結並學習科學概念時，會產生許多的問題。文字本 身所代表的意義隨著所處的環境、文化及時間之不同而有所不同，而這些意義是 依情境而定的，人們可能因個別的需要，而使同一個文字但確有不同的概念或意 義(Bell,1981；引自黃秀珍,2003)。因此，對學生而言，在學習的過程中，除了 要認識這些文字符號，同時也要明瞭它使用的情境，若學生不能將所學習的文字 和與它相關的情境作適當的連結，則學生所理解的科學概念很有可能和正確的科 學定義有很大的出入。此外，Bell(1981；引自黃秀珍,2003)認為科學教育中存 在著溝通上的問題，這些溝通上產生的問題往往是因為教師和學生雖然使用同一 個字，但是對這個字各自確有不同的想法。如果學生對自己不熟悉的科學用語，
只用舊經驗中對這個語詞的認知去連結，而無法分辦使用情境上的差異，此時會 產生新舊恣意彼此不能配合的矛盾現象，進而發生學習上的困難。科學教師本身
已是半科學社群中的成員，教科書中出現科學用語對教師來說並沒有困難，但是 對學生來說卻是一個全新的領域。在科學學習的過程中，如果學生不能真正了解 教師所使用的語詞究竟代表了何種意義，也就是說教師不以學生所瞭解的語言來 解釋，學生也只能由他們所熟悉的自義中連結並理解出教師口中科學語言的意 義，很自然的，這些意義所連結出的概念通常與科學家所定義的含意是大不相同 的(引自黃秀珍,2003)。
學生所持有的許多迷思概念之間似乎並不一致(uncoherent)，這些想法是穩 定的，即使經過教學，老師也提出相反的證據，學生也很難去修正他們的想法。
迷思概念雖說是個人的，也就是說個體是以自己的方式來內化經驗，建構自己的 意義，而這些人的想法影響了資訊獲得的方式。但這並不意味著這些個人的想法 就不會為許多人所共同持有。許多迷思概念的研究均發現，不同的學生，甚至是 不同國家的學生，都會出現相同的迷思概念(Driver,1985；引自李瓊慧,2002)。
Sutton(1982；引自黃秀珍,2003)認為學生想法的來源有：(1)親身的經驗(2) 隱喻(3)同儕間認同的想法(4)正式或非正式的教學。另外，Head(1986)則認為造 成學生產生迷思概念的原因為：(1)日常生活的經驗和周遭現象的觀察(2)類比產 生的混淆(3)隱喻的使用(4)同儕文化(5)原先之相關概念(引自黃秀珍,2003)。
邱喚文(2001)在研究中指出概念學習侷限於性質、分類的探討，且多偏向以 記憶的方式學習，常因類似的名稱或指示劑檢驗顏色的多樣化而產生混淆，而所 持的概念或學習後的迷思概念較難獲得澄清。日常生活文字和科學學習所產生混 淆是不易避免的(Head,1986；引自邱喚文,2001)。黃萬居(1994)研究顯示其學生 對於「鹽」、「鹹」不分，認為食鹽水是鹹的，因此是鹼性的。又如語法中對於酸 有前導詞如：acid nitrique，而鹼則無此情形，因此學生對於酸較鹼為熟悉。
Schmidt(1991；引自鄭麗玉,1998)在研究中，學生誤認酸鹼中和後為中性，亦即 文字概念錯誤的類比作用。另外，即使是較師也會有某些迷思概念(鄭麗玉, 1998)。
當學生所持的一個觀念只侷限於一個環境，當同一現象在不同的環境中出
現，其觀念便會有所不同。學生對於相同的科學概念在思考中常常是未加以區辨 或分化，但是學生在解釋科學家認為相同狀況的一些情境時，卻常常因其外觀上 可查覺的特徵之不同而應用不同的概念來加以說明，對於表面相似性或結構相似 性無法辨別(Harlen,2001；引自蘇景進,2004)。Reif(1987；引自蘇景進,2004) 的研究顯示學生在解釋科學現象時，常會應用知識的片段，而不是概念的定義及 其應用。而在來自一些固有的觀念中，Head(1986；引自蘇景進,2004)認為學生 並非以科學的方式來處理問題。當學生解釋變化時，他們的推理傾向於遵循一個 線性的因果關係(Driver,1985；引自蘇景進,2004)。其次，注重某個特點而忽略 其它因素，兒童的觀念反應他們只注重考慮影響事物的某一個條件，而忽略其它 可能的因素(Harlen,2001；蘇景進,2004)。
在問題的情境下，學生的注意力集中在特別的知覺特徵上，只注意到部分而 無法兼顧到全體(Driver,1985；引自蘇景進,2004)。其次，在推理能力有限方面，
學生的觀念可能由此推理產生，但有時與科學推理結果不相符。例如：他們由根 據做出結論，而忽略一些他們不認同的感覺(Harlen,2001；引自蘇景進,2004)。
另外，在未能完全理解科學用詞方面，可能對自己難以表達之觀念的科學詞彙並 沒有完全理解，例如：溶解、蒸發等(Harlen,2001；蘇景進,2004)。
Piaget,1967 & Ausubel,1969；引自黃秀珍(2003)在他們所提出的教育理論 中，提出兒童認知結構對學習的重要主張，強調以認知的觀點來探討學生對於某 一種特定科學概念的學習、理解與記憶，往往在教學過程後，學生對於自然現象 的想法和自身對於此現象的解釋模型，有別於科學專家們對於該件相同事物的認 定。但是對於各種來自於學生的見解也並非是單純或單一獨立的想法，而是獨自 成一個網路般的概念架構，而且學生對各種現象已存有固有恆常的想法，其中 Fisher(1982；引自黃秀珍,2003)則認為迷思概念通常具有以下的特性：
(1)差異性：學生形成的迷思概念與同領域專家所擁有的概念間存在著相當 的差異。
(2)普遍性：在許多的迷思概念中，有些單一的迷思概念或少數的迷思概念
有其普遍性(許多不同團體皆擁有)。
(3)穩定性：多數學生所形成之迷思概念很難去改變，至少傳統的教學方式 很難改變這些迷思概念。
(4)隱含性：學生會將概念連結組織成知識體系，而這些知識體系中常包含 著學生的迷思概念。
(5)承接性：某些迷思概念有其歷史的淵源。換言之，現在的學生所具有的 迷思概念可能是同領域先前所接受過的想法。
Yates et al,1991；引自蘇景進(2004)認為迷思概念是具有像「理論」(theory) 般的系統性。經由實驗的主要發現包括如下：
(1)大部分受試者對不同的問題作不同的反應。
(2)受試者對問題的反應受情境的影響。
(3)小幅修改問題之後，受試者即做不同的反應。
然而 diSessa,1982；引自蘇景進(2004)則是反對迷思概念具有「理論」的，
他認為迷思概念是片段的，不能反映出理論應有的系統性和一致性。如果能針對 學生的另有概念結構加以探討並了解其學習特性，以便調整教學方法及策略，使 學生概念改變，毋寧是一件重要的方向(林振霖,1992；引自蘇景進,2004)。因為 迷思概念的診斷與釐清有助於教學的進行，因此經過概念改變的教學或引導，才 能使教學與學習成為有效的活動(蘇景進,2004)。
有關迷思概念的特性，Munson(1994；引自黃秀珍,2003)綜合許多學者對於 迷思概念的研究，指出另有概念具有下列六個特點：
(1)迷思概念可以表現出學生自己建構的概念架構中之要素。
(2)迷思概念是學生經由口語或實際的經驗所建立的。
(3)學生概念結構中的迷思概念是相當穩定而且拒絕改變的，傳統的教學法 似乎無法改變學生的概念理解。
(4)對學生而言，迷思概念是有用的。
(5)對學生而言，迷思概念是可信賴的、有意義的。
(6)迷思概念是跨年級的，不同年齡層常持有類似的迷思概念。
由上述許多被提出有關迷思概念之特性可知：「迷思概念」是很穩定的，近 來許多研究都發現，學生對許多科學概念都存有許多的迷思概念，不論是傳統式 教學或是啟發式教學都很少能改變這些迷思概念(Trowbridge & Mintzes,1988；
引自黃秀珍,2003)，自從 1980 年以來，因對學生想法與概念的大量研究，概念 改變便成為一個可以幫助學生學習的重要議題(Wandersee et al,1994；引自黃 秀珍,2003)，不管是怎樣的教學策略，探究學生的想法都是極為重要的。因此，
迷思概念的探究也是改善教學的重要基石(黃秀珍,2003)。
在本研究中，學生對水的迷思概念有可能為：
(1)對於水的蒸發相當清楚，但對水蒸氣是如何再回到水滴的狀態就不甚瞭 解(張敬宜,1997)。
(2)學生認為冰熔化時質量或重量會減小，所以冰比較重。(陳世雄,1992；
Stavy & Stachel,1984；Orsborne & Cosgrove,1983；藍瑋煥,2002)。
(3)對「水蒸氣存在於空氣中」狀態的不清楚(張敬宜,1997)。
(4)以為水蒸氣是液體的錯誤概念(葛玟菁,2002)。
(5)分不清楚蒸發與昇華(陳世雄,1992；藍瑋煥,2002)。
2.1.3 概念改變(Conceptual Change)
「概念」這個名詞，曾經被哲學家、心理學家及各行心理學家等專家爭論多 時，如(Arnone,1971；引自黃達三,2001)對概念下定義為：「是一組觀念(ideal) 或符號(symbols)所集合而成的一種觀念或符號」、「是反應個體已達評價程度的 各種態度(attitudes)和成見(prejudices)」、「是由一種心理意象(mental image )，特別是指結合同一類事物的各項特徵，使其成為一種意念(notion)的這種概 括觀念」。(Novak,1977；引自黃萬居,1993)則定義概念為物件(object)或事件 (events)的規則性(regularity)，以記號或符號表示之。(張春興,1998)對於概
念的定義，則認為「概念是對具有共同屬性事物的概括性認識」。黃台珠(1984) 則認為概念唯一心智的活動，是經由學習與經驗而來，且隨著成長而修正。
Posner et al(1982；引自王奕欣,2003)提出的概念改變理論受到很大的批 評，故在 1993 年，Posner 等人採取了 Toulmin(1972)概念生態的觀點，對於概 念改變理論提出了一些修正，而在修正的新理論裡，它們強調個體的知識結構與 他們所存在環境之間的互動，即為強調社會的情境也會影響學生的概念改變。
Venville & Treagust(1998；引自王奕欣,2003)認為 Posner 等人(1982)的概念 改變模式過於合理化，並且只專注於學生的認知部分，並未考慮到學生的動機信 念和他們在教室學習所扮演的角色。雖然，他們利用概念生態來考慮其它因素，
但他們依然沒有將動機因素納入考慮。Trumper & Gorsky(1993；引自王奕欣,2003) 則認為如此的狀況並未在一般的教室情境下來被提供，他們認為學生的先前概念 假如沒有被明確地呈現，一般來說，學生依然會保持原先完整的概念，並且實際 上是沒有受到學校的知識所影響(王奕欣,2003)。
若一個競爭概念不能衍生不滿意，新概念被舊的概念同化。Hewson(1981；
引自蕭立成,2004)稱之為概念捕捉(conceptual capture)，當競爭概念間的不滿 足揭露他們的不相容性，可能會發生兩種情形，假如新概念比起先前概念抵達較 高狀態，「調適」Hewson(1981；引自蕭立成,2004)稱之為概念交換(conceptual exchange)便可能發生，假如舊概念維持在高層次，概念改變將暫時不進行。就 個體目前的概念，其概念生態將影響新中心概念的篩選，Posner et al(1982；
引自蕭立成,2004)建議稍後的概念將可決斷調適的方向：
(1)異常(anomalies)：既定觀念特定面貌中的失敗，對於概念生態選擇其繼 承者是重要的。
(2)類比與隱喻：提供新觀念且使其明白易懂。
(3)認識路承諾：
(a)解釋型觀念：大部分場域有一些特定學科題材的看法且為成功的解 釋。
(b)知識特色的一般看法：成功知識的一些標準，如幽雅、經濟與儉約。
(4)形上學信念與概念：
(a)科學的形上學信念：宇宙的和諧秩序(orderliness)、對稱與不隨機 性常對科學作品而言是重要的，導致選擇或拒絕特定解釋。
(b)科學的形上學概念：特定科學概念常具有形上學品質，這有關於宇宙 終極品質，例如：絕對空間與時間的信念。
(5)其它知識：
(a)其它領域的知識。
(b)競爭概念(competing concept)。
而(Duit,1991；引自王美芬譯,1996)也認為有關學生概念架構的主要來源包 括：感官的印象、日常用語和學生在社會環境中的學習等。因此當老師只有基本 的解說觀念和連結，則這種解說對於許多學生而言這並無意義，因為他們並沒有 經過概念改變的過程，甚至教師應用實驗和演示來證明之後，學生仍用他們自己 先備概念的用語來解釋，或者他們根本仍未理解呢！(許嘉玲,1997)。
Chi(1992,1994；引自邱顯博,2002)指出，概念可已被分類為物質(matter)、
過程(process)與心智狀態(mental state)三大類別，而每一類別下又可在分為 次類別，每一次類別又可以在分為次次類別，如此下去而構成階層性關係。例如：
在物質分類中便又分成自然種類與人造物質兩個次類別，而在自然種類的次類別 中又可再分成有生命及無生命兩個次次類別，依此類推。在此觀念階層中，不同 的概念類別均有本體屬性上的差異而能被區分，而越高階層的分類其共同屬性越 少，例如：物質類別的屬性便與過程類別的屬性不相同，而且這些屬性是不可共 量的。利用這樣的觀點，Chi(1992,1994；引自邱顯博,2002)便提出概念改變是 有困難程度之分的，因為在本體樹的架構下，物質、過程與心智狀態三大類別間 屬性均為不可共量，因此概念改變是十分困難的，此種狀況條件下的概念改變便 被稱為根本性的概念改變；而在同類本體樹內，例如：在物質類別本體樹內之屬 性是較能共量比較的，故概念改變較為容易，便被稱微弱的概念改變(邱顯博,
2002)。Chi 的本體樹架構如下頁圖所示：
Vosniadou 與 Brewer(1992；引自邱顯博,2002)提出了合成模式(synthetic models)的想法，兒童以生活經驗建構出初始之心智模式(initial models)後，
為了與新資訊取得協調而主動產生了合成模式，根據此看法，概念改變便是一種 漸進的，由最初的心智模式，透過合成模式轉變為正確之科學模式(Scientific models)的歷程，置於概念改變的形式有兩種，一種被稱為豐富化(enrichment)，
將新的概念加入現有的理論架構中，另一種則為修正(revision)，修正發生在新 資訊與現有理念或預設想法不一致時。另外，修正有難易之別，首先，他們並且 提出了架構理論(framework theory)與特殊理論(specific theory)的主張，這 兩種理論於問題解決情境時可提供心智模型的產生，並成為心智表徵的基礎，而 兩種理論所不同的是架構理論具有對目標領域根深蒂固的本體論及認識論預設，
這些預設在生活及學習中不斷地被驗證，並產生了特殊理論的信念；而特殊理論 則是對目標領域現象的特殊解釋，因此對特殊理論的修正比起對架構理論的修正 要容易得多，特殊理論較架構理論容易修正的第一個理由是，學習者並無法覺知 這些隱含的本體及認識預設之存在，第二個理由是因為這些預設不斷地被驗證而 遭增強，第三個理由是因為架構理論被修正時，勢必將牽動以它為基礎的特定理 論必需跟著被修正才行。因此，由他們的理論看來，概念改變需要對架構理論的 預設進行漸進式的修正並伴隨對先前經驗的重新解釋才行(Vosniadou & Brewer, 1994；邱顯博,2002)。
圖 2.1.3-1 Chi 的本體樹架構(引自邱美虹,2000)
所有的實體
過程
物質 心智狀態
是紅的、是重的、是瘦的、
有重量的、佔有空間的(石 頭、建築物)
一小時之久、昨天發 生的(假期、雷雨)
是真的(作夢、想像)
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
固定的、破的 (檯燈)
執行、序列 (綁鞋帶)
起因於、有始 有終(如接 吻、打架)
一致的、同時發生
(煙霧、塞車) 害怕 渴望
活的 不是活的 意圖的 隨機的 自然現象 人造
擲銅板 閃電、物種形 電流
成 有目的的(接
吻、打架)
植物 動物 固體 液體
(蜜蜂) (鑽石) (牛奶、水)
凋謝(花朵)
討論概念改變的議題時，大部分的研究者可能只專注於一個或是兩個部分 (Hashweh,1986；引自王奕欣,2003)，因此為了建立一個整體和豐富的概念改變 之模式，與實際考量影響概念改變的因素，而不是只專注於學生的知識結構。
Tyson et al(1996；引自王奕欣,2003)提出了多重向度架構的觀點來看概念的改 變。在本體論、認識論與社會/情境三方面所組成的三角關係裡，若以教學和學 習的立場來看，這些觀點相互影響，不論是相互妨礙或是增長。通常在本體論觀 點裡，主要是檢驗學生是如何理解事物的本質，認識論是檢測學生如何理解理解 關於事物的知識，置於社會/情境的觀點則是檢驗概念改變所需的情況(王奕欣, 2003)。
Vosniadou(1994；引自蔡聰暉,2001)以地球形狀、日夜循環、熱與力等四個 概念來研究孩童心智模型的改變，提出知識架構並不是由許多小的觀念經相似性 所連結而成，而是先有一個大的架構之後才逐漸充填其中細部的概念，其中較大 的架構稱為素樸的架構理論(native framework theory)，反之另外細部的概念 則統稱為特定理論(specific theory)。架構理論源自於孩童早期的日常生活經 驗，而特定理論則來自於個人的觀察或教學的脈絡中。架構理論中包括了認識論 和本體論兩個部分的預設(presupposition)，並且可能會成為孩童建構特定理論 時的限制(蔡聰暉,2001)。
而知識的產生乃源於我們過去的經驗與現有的概念間發生衝突和矛盾所造 成的結果，由於矛盾和衝突形成不平衡，我們的認知結構便不斷地在做同化和調 適，加以融合新的概念和擴展舊有的知識結構，而形成概念改變。因此，學習本 身就是一種概念轉變的過程，若要使學童發生概念改變，必需讓學童主動去發現 一些事實、主動去理解概念，如果只是憑教師片面告訴學童知識，真正的學習是 難以發生的(Posner,Strike & Gertzog,1982；蔡春來,2003)。
Greca & Moreira(2000；引自蔡聰暉,2001)由心智模式和科學概念模式的理 論來解釋概念改變如下：
(1)心智模式讓我們了解所謂的另有概念為何不易改變的原因。這些心智模
式不是單獨的概念，雖幫助解釋現象而被想像和概念模式是相似的，但 是兩者卻無法組合成理論，因為心智模式既不明確也不一致。
(2)假如開始的模式是以實用為目的，修正和理解一個概念以取代另一個概 念，將是不容易的。而 Vosniadou(1994)亦認為概念改變是豐富先前的 模式，並在最後的例子終將這些模式完整的回顧。
(3)因為心智模式是個人的建構，科學上有意義的學習其最適當的路徑是對 這些表徵建構的過程之教學，稱為模式化(modeling)，這樣的教學策略 會比教科學概念模式本身更加一般化。
除了以發展心理學為基礎的概念改變理論外，隨著科學哲學與科學使學門的 蓬勃發展，結合認識論與科學哲學觀的概念發展理論也應運而生，其中 Posner, Strike & Gertzog,1982；引自邱顯博(2002)便以 Kuhn 的科學典範轉移及 Lakatos 的研究綱領轉換類比在概念改變上，而提出了概念改變模式(Conceptual Change Model,CCM)，他們認為概念改變的模式有兩種，一種為同化，即以現有概念來處 理新現象，另一種則為調適，及現有概念不足以處理新現象及問題時，必需得對 現有概念加以取代或重新整理，而發生根本上的概念改變。Posner et al 認為 調適模式發生需滿足四項要件：對寄存的概念不滿足、新概念必需是可理解的、
新概念必需是合理的、及新概念必需能提供豐富的研究可能性。受 Toulmin 的科 學哲學觀所啟發，他們提出個體現存概念形成概念生態及概念生態演化的觀念，
而且例如：異例(anomalies)、類比與隱喻(analogies and metaphors)、認識論 的準則(epistemological commitments)、形上學信念及概念、及其它知識的比 對與競爭是調適模式進行時重要的決定因素(邱顯博,2002)。
Vygotsky,1934；引自張春興(1998)認為個人的知識來源有兩種：第一種是 自發知識；兒童與環境的交互作用下，自然獲得的知識。第二種是正式知識：兒 童經由學校的介入而獲得的知識。按 Vygotsky 的看法，人類自出生的嬰兒開始，
他就生長在屬於人的社會裡，以後隨著年齡的成長，經歷兒童期、青少年以至成 年，一直也離不開人的社會。社會中的一切：食、衣、住、行、育、樂等所有的
行為、制度及規範，也影響著正在成長的兒童。因此，兒童的認知發展，無異是 在社會學習歷程中進行的(張春興,1998)。
蕭立成(2004)認為假如一個明白易懂的概念並無矛盾且學生瞭解其意義，則 它是可感測的(sensible)，學生必需能建構連貫的表徵與其它知識重新調和；就 像可信的意旨，除了學生知曉概念意指內容之外，還發覺此概念是可相信的，學 生面對此新概念必需收編進入既存的概念中，相信為真；假如新概念幫助學習者 解決其它疑難問題或建議新的研究方向，及新概念建議一種新取向，且學習者是 內心自發地選擇此新概念，則其便可為廣泛應用。
在學習過程中，學習者因既存知識的重組而產生學習前後概念的不同，便可 謂學習者發生概念改變(Caravita & Hallden,1994；Carey,1985,1991；Chi, 1992；diSessa,1988,1993；Duit,1994；Vosniadou,1994；Vosniadou & Brewer ,1987,1992,1994；引自邱顯博,2002)，因此概念改變的過程不只是認知學習理 論所關心的中心議題，更是教學設計時欲增加學習成效所不能不考慮的面向。特 別是對從事科學教育的工作者而言，早在教學前學習者便從日常生活中主動建構 出種種的先有概念，當他們擁有的是另有的迷思概念(不同於現有科學概念的概 念)時，如何設計出能夠打破迷思概念並擁抱科學概念的教學活動，概念改變的 研究及理論於是便成為科教工作者所不能不了解的教學內容知識(Pedagogical Content Knowledge,PCK)(邱顯博,2002)。
DiSessa(1993；Vosniadou,1994；引自蔡聰暉,2001)文章中的 p-prims (phenomenological principles)將知識分割成許多個知識片段，產生另有概念 的原因是因為學生以其中某些特定的 p-prims 解釋現象，而 Vosniadou(1994；
引自蔡聰暉,2001)則認為學生的信念其實已經形成內在一致的知識結構，會產生 迷思的原因是因為學生想要將新的訊息加入舊有的概念結構中。比較生手和專家 的區別不在於生手的知識是片段的，而是專家的知識能聯繫成原理和定律，而生 手的知識聯繫在本體論和認識論預設下提出與經驗上信念較相近而不同的解釋 架構。因此，diSessa(1993；引自蔡聰暉,2001)認為專家比生手更能整合這些小
概念，而 Vosniadou(1994；引自蔡聰暉,2001)則認為生手之所以表現不同是因 為基本上所具有的基本概念結構已經不同，並且他們不會去質疑所抱持的預設，
另有概念是一種自發建構出來的暫時狀態，而真正難以改變的是學生的「預設」
(蔡聰暉,2001)。
Thagard(1992；引自蔡春來,2003)的觀點與 Chi(1992；引自蔡春來,2003) 很類似，Thagard 是從樹轉換(tree switching)和分支跳躍(branch jumping)的 觀點來探討概念的機制。Thagard 認為概念改變涉及事實上概念系統的改變，及 種類關係(kind-relations)與部分關係(part- relations)的改變。所謂的「種 類」即為階層中較上位的概念，而「部分」即為階層中較下位的觀念。概念改變 便是「種類」與「部分」關係的改變。Thagard(1992；引自蔡春來,2003)指出概 念改變的階層可分為九種，如下表：
表 2.1-1 Thagard(1992) 概念改變的階層(引自邱美虹,2000)
階 層 特 質 範 例 1.增加新例子 瑣碎的 遠處的小班點是鯨魚 2.增加弱原則 強弱視其實用性 鯨魚可在北冰洋發現 3.增加強原則 強弱視其實用性(實用性指解題與解釋) 鯨魚吃沙丁魚 4.增加新的部分關係 分解 鯨魚的脾臟 5.增加新的種類關係 利用上階關係來結合兩個概念 海豚是鯨魚的一種 6.增加新概念 有助於科學知識的發展 電學與磁學合稱電磁學 7.瓦解部分種類的階層 放棄原有的識別知識 牛頓放棄亞里斯多德的觀點 8.藉由分支跳躍重組 從一階層樹的分支轉一到 哥白尼認為地球應是行星之
階層性 另一分支 一而非自成一類的觀點 9.樹的轉變 改變以具有階層性的樹狀組織原理 達爾文改變分類的意義
此九個階層的前三個階層牽涉到增加與減少兩部分的改變，所以稱之為信念 的改變；從第四個階層到第九個階層牽涉概念階層之間的種種改變，例如：分解
(decomposition)、合併(coalescence)、區辨(differentiation)等，尤其以第 八階層和第九階層的改變最劇烈，此二階層的改變無法經由簡單的增加、刪減以 及瓦解的改變而發生，需先放棄原有概念和重新定義階段本質，重新建構一個新 蓋念，才能產生分枝跳躍與數的轉換概念改變(蔡春來,2003)。
許嘉玲(1997)認為學習者在日常生活的經驗中不斷受到生活世界知識的影 響。因此，學習者在日常生活中透過經驗建構出以生活世界為主的想法，在不同 的情境中有不同的標準和思維準則，而不同的現實與情境當中個體所呈現的表徵 系統也不相同，隨著情境與需要的不同，學習者在兩種表徵之間不斷地做決策，
而決策的同時，以生活世界所形成的表徵具有優先性，同時也具有較大的權威。
在同一個典範中兩個理論是否能轉變，可能需要兩種分析：第一種是考慮理 論的預測性和健全性，它能夠解釋多少個證據和解釋的可靠性；第二種是需要理 論的結構性和一貫性。進而歸納出引起科學發現、革命和思考的五個步驟(蔡聰 暉,2001)：
(1)一組異例的存在。
(2)異例的充足達到危機的狀態。
(3)新的假設被提出和被歸納出來。
(4)設計實驗來驗證新的假設，一個新的理論是以實驗為基礎而形成。
(5)新理論被接受。
近期有相當多的研究者在研究學習者先前的素樸概念，這些概念是在學習前 由日常生活中的經驗所得到的，其性質多半是直觀(intuitive)的現象詮釋，其 中 diSessa(1993；引自邱顯博,2002)便從對兒童在物理上的素樸概念研究結果
，提出以原始現象原則(phenomenological-primitive principle)建構素樸概念 的理論，他的想法與 Carey(1985,1991；引自邱顯博,2002)的觀點迴異，diSessa 認為，由原始現象所得到的種種素樸概念是零碎的，它們因為沒有被整合成系統 化知識 ，故不具一貫性，這是因為後設認知的缺陷所致。以他的觀點來看，概 念改變是將感知的現象透過現象原則間的整合，來使知識的系統性與一貫性增加
之過程，若以 Thagard 的概念組織來看，diSessa 便是認為先會產生節點，而後 透過概念改變才會有連結的。若是以 Carey 的觀點來看，他認為種種的素樸概念 已經組成了系統性、一貫性的知識系統，故學生在學習時每次的概念改變皆是對 學習者直觀理論的概念改變(邱顯博,2002)。
當概念改變時會發生什麼變化呢？Dysktra et al(1992；引自蔡聰暉,2001) 檢驗出概念改變有四種層次：
(1)有關於觀念(conception)中的一個概念(concept)。
(2)概念間的關係。
(3)在本體論中。
(4)在觀念下的架構理論。
在第一種層次下，學習使用概念來描述現象，可以使得概念更精確和獲得新 概念。第二種層次下，了解不同概念間的連結或問題中描述的現象之不同面向。
第三種層次下，概念不僅更加精確，並在本體論上做改變，產生本體類別上改變 或解釋成另一種類別。第四種層次，在觀念下的架構理論產生改變，先前理論將 會被一個心理論所取代或新理論與舊理論並用，因此當學習新理論時，舊理論並 不會消失，可能兩者同時存在(蔡聰暉,2001)。
概念的改變的確是很困難的，尤其是核心的部分(Wittrock,1985)。當學習 者陷入概念衝突時，一個人並不是調整其概念，而是防衛或保護其既存的概念。
如同 Amos et al(1990；引自許嘉玲,1997)所提到，並非所有衝突都能產生概念 改變，有意義的衝突(meaningful conflict)可能只能對於學習者知識庫中之經 驗地帶會產生衝擊，而對於核心的部分無法做根本的改變。(Amos Dyerfus et al, 1990；Linn & Siegel,1983；Champague et al,1985；引自許嘉玲,1997)。只有 少數的學生會自發性的參與(概念改變意義化)的學習方法，大部分的學生仍用記 誦和回憶去迎合教師的要求(Anderson & Roth,1989；Smith,王美芬譯,1996；引 自許嘉玲,1997)，而且舊有的概念並不會被遺忘，只能被取代或者是修正(Driver et al,1985)，在一個新的問題情境之中，錯誤的概念仍會在無意中出現，而與
正確的觀念相競爭(許嘉玲,1997)。
Greca & Moreira(2000；引自蔡聰暉,2001)同時提出一般教學經常失敗的原 因有以下兩點：第一點是因為學生沒有必需的領域知識來解釋。第二點是因為學 生經常不瞭解科學概念模式是一種簡化和理想化的表徵，然而老師並沒有告知真 實的情境和現象(蔡聰暉,2001)。
科學學習必需是以理解(understanding)為基礎，而且必需要經過認知改變 (cognitive changes)的過程：理解以及知識結構的認知理論，對照學生質樸概 念(native conceptions)和科學概念的研究。然而並非所有的認知衝突皆可造成 概念的轉變。例如：Smith 曾晤談一位八歲的兒童，問他渡輪是什麼做的？(註：
這位兒童了解木器會浮在水面上，而鐵塊則沈入水中)，兒童回答是鐵塊做的。
當 Smith 進一步詢問，那渡輪如果是鐵做的，為何不下沈時？兒童經過一番的沈 思後，回答說：「我記錯了，渡輪是木材做的。」(譯自 McCloskey,1983；許嘉 玲,1997)。
另一個例子是 Linn(1983)要求一位學生預測體積相同的鐵塊和鋁塊投入水 中時，那一個排水量大？這位學生回答：「是鐵塊，因為它較重」。但實驗證實兩 者具同等的排水量後，此學生確認為那是實驗者作弊，實驗者所用的事一種魔術 水(譯自 McCloskey,1983；許嘉玲,1997)。
Chi,Slotta & deLeeuw(1994；引自蔡聰暉,2001)認為概念改變無法藉由校 正既有的概念來習得，強調根本概念改變的困難不在於改變過程的本身，而在於 兩個獨立的過程：(1)新知識的類別必需先備學習、了解和被歸納出來。(2)必需 歸納出欲理解的概念是不屬於原來所指定的類別中。概念會在各別樹狀中獨立發 展得很好，所以無法對概念在本質上所發生之轉變(shift)做呈現，即使那結果 呈現出來像是一種轉變(shift)，在一個本體論樹狀中的新概念應該是各自逐漸 地發展出新的本體樹，而非改變既有的本體樹，即使發展的最後結果好像是「改 變」會突然(abruptly)的發生(蔡聰暉,2001)。
Holyoak & Thagard(1995；引自蔡聰暉,2001)認為藉由形成心智模式、以適
當方式來表徵外在世界的內在結構並做預測，類比即是一般心智模式上所採取的 一個步驟。而心智模式亦是環境部分的表徵，舉例來說，我們對於水的知識提供 我們水是如何流動的知識；同樣地，我們對聲音的知識提供我們聲音是如何經由 空氣傳聲，這些心智模式聯繫著內在表徵和外在的真實性(蔡聰暉,2001)。
而概念為何難以改變呢？(Hashweh,1986；引自邱美虹、陳英嫻,1994)由相 關研究指出概念難以改變的原因在於先入概念的難以改變，而先入概念執著的原 因可以由心理因素和外在因素兩方面來討論。他認為心理因素包括：
(1)先入概念已變成難以改變的程序性知識之形式。
(2)用來了解特定情境的概念並不是唯一的。
(3)使用不當的認知過程或同化策略。
(4)原來持有之錯誤知識及信念的影響。
而影響先入概念的外在因素則包括：
(1)教師不知道學生的原有想法。
(2)評量的方式並未偵測到學生的先入概念。
(3)教師未能適時指正學生的錯誤概念。
(4)文化背景的影響。
(5)日常生活所使用的語言之影響。
(6)日常生活經驗的影響。
2.2 診斷性評量
診斷性評量(diagnostic evaluation)是好的教學工作之一個基本組成部分
。進行診斷性評量，是為了使教學配合學習者的需要和背景。教師進行診斷的目 的，是設計一種可以排除學習障礙的教學方案。另外，經由辨識出那些已經精熟 了一部份或全部教材內容的學生，設計出一些依賴他們的長處並防止厭煩和自滿 情緒的(學習)實踐方式出來。在一門課程或一個新單元開始的時候，傳統的做法 是使所有的學生都從一個假想的「零點」一起開始。換言之，教師心照不宣地假 定，沒有那個學生已經精熟了計畫好的任何一項目標，但所有學生都具有開始學 習該課程或該單元所必需的認知、情意和動作技能方面的先決條件。這種對教育 背景相同性的假定是不可靠的(Balow,1962；Goodlad & Anderson,1959；Yates ,1966；引自 Bloom et al,1989；邱淵等譯)。診斷性評量的一個重要功能，是 識別那些高出或低於零點的學生，這樣就可把他們分置在最有益的教學序列中 (Bloom et al,1989；邱淵等譯)。
因此，在教學開始前進行的診斷性評量，其主要功能就是安置(placement)，
它可以採取幾種形式，它可以試圖決定學生對開始上學的「準備程度」。隨後，
診斷性評量就可以集中在被認為是學習該課程或單元必需先具備的入門行為或 技能上。它可以試圖確定學生是否已經精熟了某些目標或全部目標，並發現學生 可以在更高水準上開始學習。最後，診斷性評量可以根據某些特徵把學生加以分 類—興趣、個性、背景、才能、技能或以往的學歷—這些特徵都被假定是與某一 特定的教學策略或教學方法有關的。通常，成績不好的學生，尤其是那些生活條 件差、社會地位低下的學生所碰到的一些問題，是要求他們常常在不具備基本的 先決條件的情況下，開始一門課程或一個單元，因而他們就落在了假想的零點以 下。所以，首先幫助某些學生，特別是那些生活條件差、社會地位低下的學生獲 得必要的技能。(當然，這正是根據中小學教育第一部份而制定的許多補償教育 方案的目標)。另一方面，有些學生因為已經精熟了該課程或單元計畫培養的所
有與許多能力，他們可能遠遠超出零點。另一種型式的診斷，是要確定某學生對 某課程要達到的目標已經精熟的程度為何？已經達到全部或許多計畫目標的學 生，應該選另一門課，或者把最適當的地方作為學習起點。適當安置有助於使那 些已經精熟課程目標的學生不感到厭煩、沒有興趣，也能幫助那些缺乏先決條件 的學生避免沮喪和受挫之感(Bloom et al,1989；邱淵等譯)。
紙筆測驗是一種常被使用以診斷概念的工具，它可以包含各種不同形式的命 題方式，它可以涵蓋記憶、理解、應用等不同學習層次，也可以包括對事實、概 念及原理等科學知識與觀察、測量等科學過程的評量。因此，若經由設計良好的 測驗，也是一種有效探究學生科學概念的好方法(郭重吉,1990；姚錦棟,2002)。
評量是一種緊密連接實證與現代主義對實相與知識的看法，主要的器具是大 規模、常模參照的標準測驗，課堂教師主要關心是否這些評量提供每日教學與課 程決策，所要求的必備資訊。相信知識是分離學習者而存在的，學生的工作是習 得而非建構，視學習為從教師到學生的知識傳遞，相信意義在文本(text)中，在 標準測驗中只接受一種詮釋或判斷。在此典範下客觀性、標準化、與信度優先於 教師與學生的投入，教師的角色抄寫電腦所做的分數，為了確保公正並安全地存 放考卷。學生在測驗方策(propram)中主要角色是接受者，少有機會進行自我評 鑑與省察。而設計標準測驗是為了比較大規模之教育方策與提供公眾利益關係人 (stakeholders)之績效責任，而非支持教室教學，由於此標準測驗關係到高風險 的綱領，測驗可能是高度競爭性。所收集的資訊以及評鑑資訊的手段通常是由教 室外的權威所決斷，甚少使用檔案夾評量(蕭立成,2004)。
對於入學準備程度的其它方面，教師可能希望從可以得到的工具中進行挑 選。有許多大批供應的、標準化的認知程度測量法，評定社會情感的調查表也在 研究文獻中找到。有很多極好的原始資料，教師可以從中找到這類對入學準備程 度的測量法(Boyer,Simon & Karafin,1973；Buros,1972；Collier,1971；Cazden, 1971；Gislason,1975；Guthrie & Horne,1971；Horpfner,Strickand,Stangel, Jansen & Patalino,1970；Johnson & Bonmarito,1971；Kamii,1971；Rosen,1971；
Simon & Boyer,1970；引自 Bloom et al,1989；邱淵等譯)等。Gislason(1975；
引自 Bloom et al,1989；邱淵等譯)就入學準備程度測驗，編制了一份文獻目錄，
以幫助那些希望制定評量入學準備程度步驟的學校系統。另有一份鑑定入學準備 程度的測驗—其它類型的教育測驗和心理測驗的資料，叫做測驗信息錄，由設在 教育測驗服務社(ETS)的教育研究資料中心(ERIC)的測驗、測量和評量資料交換 所出版。這本專著提供了一份關於書籍、其它印刷材料和資料系統的目錄，以供 人們查閱有關測驗的資料。並且還提供了一些可以利用的收集可用方法之資料策 略。在挑選測驗入學準備程度的方法時，教師應該密切注意下列幾點(Bloom et al,1989；邱淵等譯)：
1.與測驗幼童有關的特殊問題，如注意力集中時間短，容易分心；出現新的情境；
由陌生人實施測驗工具(Bradley & Caldwell,1974)。
2.實施的方式(單獨進行或按小組進行)。
3.效度(該測驗評定的各方面資料，是否可用於實際預測在幼稚園或一年級的有 效程度？)。
4.信度(從評定各方面所得的估計，其穩定性程度如何？)。
5.對於美國心理學會、美國教育研究協會、全國教育測量評議會(APA-AERA-NCME) 的《教育和心理測驗標準》(Standards for Educational and Psychological) 中提出的標準，該測驗和測驗手冊符合的程度(美國心理學會,1974)。
Harlen & Crick(2003；引自蕭立成,1994)認為許多研究概述了可縮小測驗 對學習動機的負面衝擊之清楚訊息。像是避免測驗的操勞與實務，使用一種教室 評量的型式、認可測驗的限制、阻止教學內容與方法局限於測驗，採取避免學生 面對測驗時感到不能成功之步驟。這對那些感到不能抗拒測驗體制的人而言似乎 不務實，但當條件允許時，避免測驗的負面效果之建議可被認可為追求的宗旨。
Gallagher(2003；引自蕭立成,1994)試圖以新評量典範：學習者中心原理，來調 和測驗的傳統，鼓勵對學習成果探索另類方式，重視多種可能解法。透過知識的 轉變，學生能展露延伸到新領域的才能。創意的評量將捕捉有創意的內容遷移到
另一脈絡的能力。教育者看待詮釋性的評量工具作為互補而非標準測驗的反證 (蕭立成,2004)。
當一個評量若能觀看學生如何把新知識連接到先前知識上，將有助於推估學 習風格與進展情形，做為教師採行教學模式或策略的依據。評估科學學習的評 量，目的在於引發學生參與科學探究、測量學生先備知識與進步情形、反應學生 學習方式並促成教學的改進，這必需結合多方面的評量結果來才可達成(蕭立成 ,2994)。
2.3 科學知識及概念的學習
分為教學互動與學生學習與建構科學知識及概念兩個小節。
2.3.1 教學互動
一般學習過程的研究是把學習視為接受知識的傳統看法，改變為積極的知識 建構。並且學生使用先前知識、技能和策略來積極處理新資訊（Resnick,1989；
引自 De Jager et al,2002）。此外，學習是一種建構、累積、自我調節、目標 導向、配合、協同、個人化地建立與建構知識（De Corte,2000；引自 De Jager et al,2002）。當今的教育不應該只專注於基本技能，也應注重更複雜、難度較 高的成果。例如：後設認知技能。這個技能能夠監控並調節自身的學習過程。為 了調適學生所日益呈現的理解力，所以在進行教學時，教師應該和學生分享專家 如何處置事物的方法等明確清楚的資訊。理想上，教師應作為中介者，在師生相 互體會課程的當中，來扮演積極的角色。這種反覆、互惠的交互作用將激發學生 理解力的發展。然而，在教與學的理論洞見和學校實踐之間有一段實質距離(De Corte, 2000；引自 De Jager et al,2002)。教師在示範新技能後，學生以小組 的方式研究指定的作業，指定的作業是開放且複雜的，提供表述學習過程與使用 技能的機會，並進一步讓學生們相互比較其學習過程。最後，在課程結束時的回 饋是很重要的一環，因為學生常傾向立刻忘記課堂上所學之內容及學習的理由
（Muijs & Reynolds,2001；引自 De Jager et al,2002）。
Gwimbi & Monk(2003)的研究中認為，在理論課程方面，教學資源豐富的學校 與教學資源貧乏的學校，有下面的不同：個別組織、習題演練、教室組織和聽從 教師的指導；在實務課程方面，教學資源豐富的學校與教學資源貧乏的學校，有 下面的不同：教室組織、小群體組織、聽從教師的指導、說明及討論。其中在教 室的實務之觀察方面：Eggleston,Galton & Jones(1976)；Hacker & Rowe(1997)；
Hinton(1985)；Hacker(1984)；Newton,Driver & Osborne(1999)；引自 Gwimbi
