概念改變的教學應用
陳正元，物理教育專論期末報告
科學的學習可以看做是一種概念的改變（Gil-Perez＆Carracosa，1990），因此學者對於學生科學現象的概念和想法感到非常有興趣，也投入大量的研究。如“先前概念”、“迷思概念”、“另有概念”等…。科學教育要考慮到學生的先前概念和迷思概念，才能促進學生有意義的學習與概念的改變。因此，教師在教學上應如何了解學生既有知識，並且深入探測或修正其錯誤概念，便成為教學上的重要課題(余民寧、陳嘉成、潘雅芳，1996)。
今天教師要修正學生的迷思概念，可以運用Posner, Strike, Hewson和Gertzog（1982）所提出的概念改變模式（conceptual change model, CCM），其包含四種情況：
(1)對現存概念感到不滿。
(2)新的概念可被理解(intelligible)。
(3)新的概念必須是合理的(plausible)。
(4)新的概念能提出有效的研究方法(research programme)。
教師可以依上述模式設計教學情境或狀況來做概念改變教學應用及創新。
回顧文獻，一些學者也提出幾種有效改變概念的教學方法，像張靜儀（2002）歸出幾種教學方法，包括學習環（learning cycle）、類比教學（analogy teaching）、概念衝突（concept conflict）、後設認知（metacognition）、群體討論（group discussion）。邱美虹(2000)提出概念改變的教學法有
1.科學史的認知分析教學
2.類比教學（analogy teaching）
3.概念衝突（concept conflict）
4. CBI 教學
5.動態評量的運用
6.概念圖
接下來於下文逐一介紹上述的概念改變教學法。
一、科學史的認知分析教學
McCloskey (1983) 曾對Johns Hopkins 大學的學生進行有關運動概念的研究，研究結果指出，即使修過高中物理的學生對於物體運動持有一些素樸(naïve)的想法，McCloskey 稱為衝力理論(impetus theory)。這個理論有兩個基本的假設：一為使物體運動需施加一種內力或「衝力」使其維持運動狀態；另一為運動物體的衝力會逐漸消失（可以是自發性或外力的影響），以致物體運動逐漸減慢或停止。McCloskey 認為學生這些素樸的理論，可追溯到六世紀Philoponus 或十四世紀John Buridan 等人的觀點，他們之間有其類似處，故利用科學史的介紹，也可以使學生解答疑惑且接受概念改變。
二、類比教學（analogy teaching）
Flick（1991）發現類比的選擇和應用，可以幫助學生使用過去的經驗，主動探究欲學習的目標概念，而達到概念的學習和改變。如電流和水流。在許多研究中均指出，使用類比來幫助概念的改變確實有其優勢（Brown 1992a，1992b；Brown＆Clement 1989；Joshua＆Dupin 1987），但也有很多例子指出在許多環境中類比似乎又失去其影響力。因為有時老師認為是好的類比例子，對學生來說不一定適用。
三、概念衝突（concept conflict）
在教學中引入異例事件（anomaly event），讓學生在面臨問題時與原有概念產生認知衝突，促使學生對原有概念和觀察事實的差異主動去探究，尋找新的答案來解釋異例，進而改變其概念，接受正確科學概念。舉個例子來說：若學生認為中空的物體就上會下沉，此時我們可以去找一個密度比水大的中空金屬球，將此金屬球丟入水中，此時學生就會產生概念衝突。
上面的例子，算是一種POE教學，何謂POE(Prediction-Observation- Explanation)( White & Gunstone, 1992)，中文翻譯是：預測— 觀察— 解釋，使學生預測和觀察實際有極大落差，再請學生給予解釋來使其概念改變。另一種概念衝突教學可用蘇格拉底的詰問法，教師用一連串相關的問題，使學生概念衝突，去激發學生思考，舖成一條探求真理之路。
四、學習環
學習環是「以學生為中心」、「以活動為中心」的探究式教學法。Karplus於1967年提出於1977年修正的學習環理論，是將教學的過程教學分為三段層次：
初探(Exploration)：藉著現象的觀察或實驗，讓學童來解釋或預測。教師一方面扮演傾聽和觀
察的角色，一方面要設法讓學生發表自己的看法，讓學生激起疑惑。
概念引介(Concept Introduction)：適時的引進新的方法、新的觀點、或新概念，讓學童能以更
合理的方式來解釋他們先前觀察到的現象，讓初探過程中的經驗中導得一些意義。
概念應用(Concept Application)：引領學童將發展出來的新概念應用於新情境，解答相關
的問題。
之後又發展出5E 建構式學習環教學模式，1980 年代由美國生物科學課程之小學課程發發展出來的BSCS(Biological Science Curriculum Study)課程，是屬於建構式的教學模式，共分為「投入(E1)→探索(E2)→解釋(E3)→精緻化(E4)→評鑑(E5) 」。
五、CBI 教學
各學科中名詞的界定（如化合物的概念）就較易學習，但若是屬於具有動態屬性的交互作用關係的概念則不易學習（如化學平衡，見邱美虹、劉嘉茹、周金城、和梁家祺，1999; Chiu, Chou,Liu 和 Chang, 2000）。在Chi本體論中過程本體以限制條件為主(constraint-based interaction, CBI)的交互作用，或平衡過程概念(equilibration process, EP, Chi, 1998)，例如擴散作用，就是屬於具有動態無始終屬性的交互作用的概念。根據Chi (1997)的觀點，類似EP 概念如熱轉換(heat transfer)、電流(electricity)、天擇(natural selection)、擴散(diffusion)、供與需(supply and demand)、蹺蹺板(seesawing)、拔河(tug-of-war)、一群以人字形飛翔的鳥(a flock of birds flying)、塞車(a traffic jam)等皆是。因此，Chi (in press)認為應積極創造或活化一個融入『平衡過程』概念的適當基模，才足以幫助學生學習屬於『平衡過程』的科學概念。Slotta、Chi和Joram (1995)已有實驗的證據顯示CBI 教授的特質有助學生進行概念改變。
六、後設認知（metacognition）和動態評量的運用
建構主義者主張：讓學生從後設認知觀點回顧學習過程，明瞭自己如何學，即學習「如何去學習」（Learning how to learn），使其成為知識概念擁有者，激發學習興趣與潛能並奠定日後學習基礎；故教導學生適當學習策略並重視學生學習過程，就顯得格外重要（耿筱曾，1997）。後設認知對認知的察覺，回顧學習過程發現錯誤，即造成概念改變。
動態評量的特質在於了解學習的歷程及認知的改變。Magnusson, Templin, & Boyle（1997）認為動態評量是探究概念改變最適當的方法，因為動態評量可用來評量知識的建構過程，瞭解學生如何利用既有的知識去建構新的概念，例如學習檔案的使用。
七、概念圖
Novak & Govin (1984) 提出以概念圖(concept map)的方式將學生的知識結構表現出來，其主要的目的就是在於了解學生心智中概念的多寡和概念與概念之間的關係。
總結以上，當進行概念改變教學實用上的注意事項：(黃萬居、葉欣儒、張萬居，2005)
1、每位學生的生活經驗、學習方法不盡相同，所以各有獨特的認知結構，而且有些概念過於
抽象，並不適合讓學生自行建構。
2、抽象的概念雖然適合用類比進行教學，但基於類比並非具備有完全一對一的關係，在加上
學生會私下使用自認為適當的類比，而造成迷思概念（邱美虹，1993）。
3、融合多種策略於建構理念的教學模式中，應能提升概念改變教學之成效。
Clement提出類比是幫助學生學習科學概念的有效途徑，但是若輔以蘇格拉底的討論法，其
效果將更加顯著（引自張川木1996）。劉純興、林建隆與徐順益（1999）也以小組討論搭
配類比學習進行物理概念轉變的研究。
4、學生的認知架構因年齡而有異，故使用概念構圖的教學模式時，宜考慮兒童的認知發展。
而進行概念改變的教學策略(蘇禹銘，2003)
1、營造真實的學習情境：Ausubel 認為：學習的起點在學習者原有知識架構之上，才能使
舊知識與新知識結合，產生新的概念架構，達成有意義的學習。
2、融入符合科學本質的教學活動：Nersessian（1992a）指出，唯有對科學的發現的過程以
認知的角度加以分析，才有助於學生學習科學家的思維方式、瞭解科學概念的演進，進而
建構推理的過程（邱美虹，2000）
3、善用概念改變的條件，營造概念衝突學習情境：
4、重視歷程評量：科學的學習活動是一種動態的歷程，因此、實施動態評量才可以讓學生
專注於關鍵現象的觀察與解釋，
最後進行概念改變教學的建議(黃萬居、葉欣儒、張萬居，2005)
1、教學前宜先瞭解學童的迷思概念，以融入課程中
2、結合資訊與生活經驗，隨機融入教學中，若能在教學過程中，播放電腦動畫或影片
3、讓兒童親身體驗動手操作，有助概念的衝突與澄清
4、提升教師概念改變教學的能力
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