概念轉變研究的內容分析

摘要： 對813篇有關概念轉變的SSCI文獻進行了內容分析，結果顯示當前國際概念轉變研究領域有以下熱點方向： 第一，基于學習進階的概念轉變研究;第二，概念轉變教學落實于個體對概念的科學理解研究;第三，基于學生認知發展的心智模型研究。

關鍵詞： 概念轉變; 學習進階; 心智模型; 概念理解

文章編號： 10056629（2018）12001806中圖分類號： G633.8文獻標識碼： B

概念轉變是個體認知沖突的引發和解決的過程，具體表現為個體已有概念受到與其不一致的新知識的影響而發生重大改變，由迷思概念（又稱相異構想）向科學概念轉變的過程[1]。概念轉變包括兩種形式： 一是同化，當新概念與學習者原有經驗一致時，概念轉變以完善豐富原有概念的方式進行;二是順應，當新概念與學習者頭腦中的原有認知結構發生沖突時，概念轉變起到調整和改造原有概念的作用[2]。

Posner于1982年提出了概念轉變模型（Conceptual Change Model），認為概念轉變的實現必須滿足四個前提： 第一，對原有概念的不滿足（Dissatisfaction）;第二，對所學概念的真正理解（Intelligibility）;第三，所學的概念具有合理性（Plausibility）;第四，新概念具有有效性（Fruitfulness）[3]。Hewson將合理性、有效性和可理解性這三個條件定義為概念的狀態，其中，概念的狀態與概念轉變發生的概率呈正相關的關系;并且原有概念能像新概念一樣影響著概念的轉變，彼此相互作用[4]。此后，Pintrich等人突破概念轉變模型僅限于認知方面的局限，探討了學生的學習目標、情感態度、自我效能感和價值觀在概念轉變過程中的作用[5]。Tyson等人在綜合前人研究成果的基礎上，提出了“多維解釋框架”這一理論，從不同方面（認識論、本體論、社會與情意）來闡述概念轉變的發生[6]。經過30多年的發展，概念轉變研究已經從科學認識論、本體論、心智模型以及知識碎片化理論等各個視角得到了深化和發展[7]。

本研究以Web of Science數據庫2010年以來的SSCI文獻為數據源，對當前國際概念轉變研究文獻進行了內容分析，希望能為我國概念轉變的相關研究提供借鑒和參考。

1?研究方法

通過Web of Science數據庫獲取了2010年以來主題為“conceptual change”的813篇SSCI論文。對這813篇論文的關鍵詞進行統計，通過BICOMB 2.0來設定高頻關鍵詞詞頻并構建關鍵詞共現矩陣和詞篇矩陣。獲取高頻關鍵詞之前，對內涵一致或接近的關鍵詞進行統一化。如將Misconception、 Alternative conception、 Alternative framework、 Fuzzy conception統一為Misconception。然后，進行社會網絡分析，使用UINET 6.212對共現矩陣進行轉化，并繪制社會網絡關系圖。最后，將詞篇矩陣導入到SPSS 22.0，進行聚類樹狀圖的繪制。通過關鍵詞社會網絡和聚類圖對國際概念轉變研究展開內容分析。

2?研究結果與分析

2.1?高頻關鍵詞及分析

對論文中的關鍵詞進行詞頻統計分析，高頻關鍵詞閾值的確定依據普萊斯計算公式： M=0.749Nmax，其中M代表高頻關鍵詞閾值，Nmax代表區間學術論文被引頻次最高值。統計的813篇論文中，被引頻次最高的是來自《JOURNAL OF RESEARCH IN SCIENCE TEACHING》于2010年第47卷第8期出版的一文——“Connecting High School Physics Experiences， Outcome Expectations， Physics Identity， and Physics Care”，該文的被引頻次達到了94次。依據普萊斯公式求得M≈7.26，即高頻關鍵詞的閾值要大于或等于7。根據研究需要，我們最后抽取詞頻≥7的高頻關鍵詞，共30個。其出現的總頻次為626次，占關鍵詞總頻次2959次的21.051%。具體結果見表1。

這一結果初步說明了概念轉變研究是當下國際科學教育領域的熱點研究方向。其中對個體科學概念學習過程中的心智模型、迷思概念以及個體的概念發展研究是學者重點關注的內容。此外，個體概念學習過程中的動機及其評價研究也受到了不少學者關注。可以看出，國際上有關科學概念學習的研究主要以概念轉變理論為基礎，然后圍繞不同研究主題（如迷思概念、心智模型、科學本質等）進行相應的拓展和延伸。

2.2?高頻關鍵詞社會網絡分析

只是對關鍵詞出現的頻次進行統計分析對窺探國際上有關概念轉變研究的熱點是遠遠不夠的，并且關鍵詞詞頻的統計分析并不能可視化關鍵詞之間聯系的緊密程度。為了更深入地挖掘高頻關鍵詞之間的內部關聯程度，基于BICOMB 2.0導出的關鍵詞共現矩陣，我們使用UCINET 6.212軟件對關鍵詞進行可視化的分析與統計，結果見圖1。圖中的正方形代表一個關鍵詞的節點，關鍵詞的節點越大表明它在整個社會網絡中的重要性越大，并且它在控制其他節點共現的能力方面也越強;節點之間的關系用實線連接，實線越粗，代表相互之間的關系越強。

從節點的大小來看，“概念轉變”的節點最大，其次是“迷思概念”、“科學教育”。它們對其他關鍵詞共現的控制能力也最強，說明上述三個關鍵詞在整個社會網絡中具有重要作用。從各個節點之間的聯系來看，“概念轉變”“迷思概念”和“科學教育”不管是連線的數量還是粗細，在整個社會網絡中都十分搶眼。科學教育要實現學生對概念的科學理解及其科學素養的提升，勢必要重視學生頭腦中迷思概念的轉變和發展。科學教師需要對學生概念理解的心智模型進行科學的表征，進而展開有效的科學探究活動來促進學生迷思概念的轉變。從整個社會網絡來看，下邊的??“認知沖突”“推理”以及“元認知”與上邊的“概念轉變”“迷思概念”“科學教育”之間的距離很遠，這表明它們在整個社會網絡中處于比較邊緣的地帶，是未來值得繼續關注的模塊。

為避免因主觀判斷引起偏差，我們運用三類中心度（Centrality）指標來對圖1的社會網絡關系進行客觀的描述。主要有點度中心度、接近中心度和中介中心度三個指標，前兩個指標低，最后一個指標高代表了該學科領域未來發展的趨勢。結果顯示： 概念理解、科學本質、模型以及模擬等關鍵詞的點度中心度和接近中心度較低、中介中心度較高，說明未來科學概念的學習，對于學生迷思概念轉變的研究更關注于學生對科學概念理解的研究，即學生的概念轉變要為了其理解而教。有學者也指出： 近二十年國際科學概念學習研究中有關概念理解的研究越來越多，概念轉變的研究越來越少[8]。此外，借助模型（Model）、仿真模擬（Simulation）以及數字化實驗軟件等可視化途徑來促進學生對科學概念的理解是未來科學教學的熱門手段和途徑。可視化技術既能夠把無法直接觀測的科學概念（元素、密度以及電子等概念）以圖表、模型等形式形象地呈現出來，也能實時、動態地具化抽象科學概念，科學課堂借助可視化技術的輔助教學能夠有效地促進學生對概念的理解，從而幫助學生形成科學本質觀。

2.3?高頻關鍵詞聚類分析

基于社會網絡和高頻關鍵詞中心度的分析，發現了概念轉變領域熱門的高頻關鍵詞以及關鍵詞之間的內部聯系。繼續對關鍵詞進行聚類分析，以獲得基于高頻關鍵詞的國際概念轉變研究的重要類別，結果見圖2。圖2樹狀聚類團的連線由近及遠地將國際概念轉變研究分為5個領域。其中，前4個領域更為重要，在此分別展開說明。

領域一中，關鍵詞“概念轉變”處于整個領域首要位置，主要有“學習進階”“評估”“科學教育”等關鍵詞。美國國家教育理事會于2007年頒布的《將科學帶進K8年級的科學學習和教學》提出了學習進階（Learning Progressions， LPs），指出未來的教學要能夠支撐學生在不同科學學科核心概念上的學習。學習進階被認為在整合課程、評價和教學這三方面的作用巨大[9]。從圖2中可以看到關鍵詞“學習進階”和“評價”之間的距離很近，并聚成一個小類。表明對個體概念的學習進階評價是當前國際科學教育領域的熱點方向。當前西方有關學習進階的評價方式主要有以下集中比較流行的模式： 伯克利評價研究系統，也稱四基石評價模型;以化學家觀念為框架的ChemQuery評價系統;以證據為中心的評價設計;以學習目標驅動設計為基礎的結構中心設計法[10]。

領域二主要由“心智模型”“認知發展”“概念發展”“物理教育”和“小學”構成。以Vosniadou為代表的學者于上世紀90年代初在進行概念轉變研究過程中，對兒童物理概念的學習和認知發展進行了大量的心智模型的構建研究，提出了著名的認知架構理論和心智模型。心智模型往往被指代在個體認知功能運行期間（新信息被整合到學生已有的經驗之中）所產生的觀念架構，它是個體心理活動的特殊表征形式，是個體對事物狀態的一種模擬表征形式，它的特殊之處在于保留了事物所應該具有的結構特征[11]。也就是說心智模型是一種動態的、可生成性的表征，這種表征是可以從心理上進行操控的，它是對具體現象產生原因的解釋，是對真實世界事物狀態的預測，它產生于個體需要解決具體問題的情景之時[12]。從這個角度來看，學生概念轉變的實質就是個體用以表征科學概念的心智模型的不斷修正與完善。Reinfried指出： 學生心智模型的形成和發展顯著性依賴于其已有的相關經驗和知識，因此，在探測學生概念的轉變和發展時，關注學生在此階段的心智模型以及其認知發展的特點，有助于研究者更好地了解學生的觀念架構[13]。同樣的，探測學生頭腦中已有的觀念架構對其學習新概念過程中心智模型的形成和發展也有重要作用。

領域三中主要由“認知沖突”“概念理解”“建模”“元認知”和“探究”構成。其中，“認知沖突”和“模型”聚成一個類別，“元認知”“概念理解”和“探究”3個關鍵詞構成另外一個類別。前者側重模型建構在解決認知沖突過程的應用研究;后者關注學生的已有經驗，并強調通過探究性活動促進學生概念理解的研究。通過創造情境來引發學生的認知沖突，進而使用模型建構和建模教學幫助學生解決其認知上的沖突，有利于促進概念的理解。一旦學生產生了認知沖突并認識到自己的知識系統是有瑕疵的，那么下一步就應該對科學概念進行意義建構，進而解決這一認知沖突。學生在認知沖突不同階段主要有以下幾個重要的環節： 第一，創設情境，探測已有概念，所有學生通過合作學習或探究性試驗，運用已有的知識經驗來建構模型;第二，引發認知沖突，解構迷思概念，學生在設計模型的過程中產生認知沖突，他們渴望解決沖突并由此構建新知識;第三，解決認知沖突，建構科學概念，學生依靠科學模型解決了其認知上的沖突而建立起對概念的科學理解。

領域四中共包含了“科學本質”“概念轉變文本”“建構主義”和“論證”6個關鍵詞。建構主義理論認為，學生對學習內容的理解和掌握是通過主動建構實現的，學習者對新知識的同化既可以借助原有認知結構中的相關經驗，也可通過改造、重組原有的認知結構來完成。科學教育的重要目標之一就是幫助學生理解科學的本質，然而，傳統課堂的科學教學并沒有提高學生對于科學本質的理解。il使用概念轉變文本和探究教學兩種教學模式進行了實證研究，并比較了它們對科學本質理解的有效性，結果顯示： 使用概念文本教學的實驗組在理解科學本質的試驗性、實證性、創造性以及推論性等方面顯著優于實施探究教學的控制組[14]。科學教育不能被理解為僅僅只是事實的積累或真理的簡單傳遞，要關注學生在新概念學習過程中的類比推理等邏輯思維的發展，要重視學生科學論證能力的發展。常見的科學論證方式有文本和圖示兩種，其中，圖示論證能夠表征個體推理過程中最常見和最常用的抽象形式，并能整合其推理過程的邏輯原理與語義概念，通過辨識個體的論證結構，并采用科學論證圖示的測評，能夠重構個體所消失的推理能力以及基本觀念，這對于想要促進學生概念轉變的教師來講具有值得借鑒的意義[15]。

3?結論與討論

本研究基于文獻計量的內容分析梳理了813篇有關概念轉變研究的SSCI文獻，嘗試通過可視化手段總結當前國際概念轉變研究的熱點和動向。其中，“概念轉變”“迷思概念”“科學教育”“理解”“論證”“心智模型”等關鍵詞是近年來國際概念轉變研究的關鍵詞匯。圍繞這些關鍵內容，當前國際概念轉變的研究熱點主要包括以下方面：

第一，基于學習進階理論的概念轉變研究。在對科學大概念的學習研究中，學習進階不僅為科學大概念的學習和評估提供了理論基礎，還展現出了更強勁的適切性和韌性。學習進階可以理解為當人們將概念轉變研究的時間單位拉長，并對概念轉變的模式進行整合，就能對一段時間內的概念轉變的模式建構認知模型[16]。學習進階量化了學生認知過程中的不同水平，進階過程中的每一水平強調綜合性和適當性的發展步調，這樣的進階更能促進學生熟練地理解大概念。學習進階的發展其實是實證檢驗和理論提升的迭代循環過程。西方國家從上世紀80年代起積極關注學生迷思概念轉變的研究，在步入新世紀后，隨著美國國家教育理事會于2007年提出“學習進階”一詞后，概念轉變的研究熱點開始轉向學習進階的研究。

第二，基于個體心智模型構建的迷思概念轉變研究。解析個體的心智模型能夠幫助研究者深入剖析學生已有的觀念架構，從而為促進個體的概念轉變提供科學的實證依據以及為科學教師實施課堂教學提供相應的策略。個體心智模型具有內隱性、間接性和抽象性，因此需要使用一些可視化的手段使其外顯，如文本、概念圖、草圖和圖畫，等等。與“概念”相比，“觀念”一詞能更全面地體現和涵蓋個體對知識的感知、體驗與領悟，這是因為科學概念強調理科學科本體的東西，而“觀念”是從認識論的角度出發，是客觀事物在人腦中的反映，是個體主觀的感知與思維[17]。由此來看，個體心智模型所具有的內隱性、間接性和抽象性與觀念有內在的一致性。所以，對學生心智模型的研究以及學生學習前后觀念所發生的變化研究同樣值得我們關注。個體已有的觀念框架對于新概念學習過程心智模型的形成和發展有十分重要的影響。而從“概念”到“觀念”的嬗變，將是未來我國科學教育領域中理科知識教學研究需要關注的熱點方向[18]。

第三，概念轉變的研究最終要落實于個體的科學理解。美國國家科學教育標準將科學概念的理解定義為需要個體整合不同類型知識的復雜結構，包括各類科學概念、不同概念之間的聯系以及這些聯系之間的因果關系，使用概念來解釋與預測其他自然現象的手段以及將概念運用到其他情景中的方式[19]。然而，在不丟失概念理解本身所蘊含的復雜性的情況之下來準確定義概念理解是很難的，因為個體的理解水平隨著年齡的增長會一直發生變化并永遠不能達到完全。并且，個體無法處理概念問題并不能說明其完全不具備某些核心概念的構想，只能說個體對概念的理解水平還不充分。概念理解的獲得并不是一蹴而就的，學生從習得某些科學概念到真正理解這些概念往往需要幾個月的時間。傳統教學之所以不能使大多數兒童獲得對核心概念的良好理解往往是因為缺乏合理的有效教學，有效的教學實踐旨在通過使學生參與各種探究活動和實踐來建立新概念的合理理解。因此，教師可以通過開展探究性活動幫助學生積極地參與到新概念的學習中來，親身的經歷和體驗能夠具化抽象概念、加深學習印象并促進概念的遷移與應用。

概念轉變是心理學和教育學領域的問題，概念轉變教學是當今我國乃至國際科學教育領域的重要研究課題。通過對學生迷思概念有效深入地研究，將新知識所賦予的內涵與個體已有相關經驗進行有意義地聯系，從而促進學生基本觀念的建構，有利于全面提高學生的學習能力和科學素養以及優化課堂教學效果。此外，概念轉變理論為科學教師更全面地了解學生前概念和更有效地運用概念轉變教學策略提供了理論基礎，為基于概念轉變的課程開發和概念轉變教學提供了科學依據。

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