關于概念轉變影響因素研究熱點的國內外比較研究*

李 諾 劉恩山

（北京師范大學生命科學學院 北京 100875）

21世紀以來，公民科學素養的提升一直是世界各國科學教育工作者們都在強調的重要話題。在這其中，對科學概念的理解占據了非常重要的地位［1］。建構主義認為，學生走入課堂時大腦并非空白，而是被復雜的前概念知識網絡所占據。因此如果教師僅通過灌輸式的授課方式進行教學，很難取得良好的效果。由此概念轉變（conceptual change）被認為是促進學生概念理解的有效手段［2］。

1982年，波斯納（Posner）等人提出的概念轉變模型（conceptual change model，CCM）被認為是概念轉變教學中劃時代的經典模型。波斯納認為概念轉變的發生需要具備 “對現有概念不滿（dissatisfaction）”“新概念可理解（intelligibility）”“新概念出現合理（plausible）”與“新概念有效（fruitful）”4 個必要條件［3］。此后的幾十年，國際上很多學者就可能引發學生概念轉變發生的影響因素進行了研究。例如賓特里奇（Pintrich）提出的學習動機、沃斯尼阿達（Vosniadou）提出的本體論認識，芬尚（Fensham）提出的與技術相聯系等。這些對概念轉變影響因素的研究不斷促進著概念轉變理論的發展與完善。

相比于國際上對概念轉變研究的不斷深入，我國針對概念轉變展開的實證類研究相對較晚，直至近21世紀才開始出現。然而在此之后，該領域內的研究數量與質量開始出現穩定攀升。可以預見，在未來的一段時間中，概念轉變在我國科學教育領域中將繼續占據重要地位。由此研究認為，通過對比國內、外概念轉變影響因素研究熱點的異同，可有效了解概念轉變研究的最新成果，把握研究的未來走向，尋找其中可能存在的短板與研究空白，為我國概念轉變教學的實際應用與未來發展提供重要的借鑒意義。

1 研究方法

研究通過文獻梳理，確定關于概念轉變影響因素的分析框架，并收集自2000年起我國內地關于概念轉變研究的實證類文章，結合國外已有的研究數據進行橫向分析對比，探尋其中可能存在的異同。

1.1 問題提出 作為起源較早、發展相對完善的理論，概念轉變在科學教育領域中具有十分重要的地位。相比于國際已有研究，我國內地在該領域內的實證類研究起步較晚。了解國內外概念轉變影響因素研究熱點的異同，分析國內外針對概念轉變課堂教學中不同策略的應用傾向，能幫助我國的科學教育、特別是生物學教育研究工作者和教師更好地把握未來研究走向，進而幫助學生更好地理解科學概念。由此本文提出以下3 個主要研究問題：

1）國內外關于概念轉變影響因素的研究熱點存在哪些異同？

2）針對概念轉變的課堂教學而言，不同教學策略研究熱點間存在哪些異同？

3）生物學概念轉變課堂教學策略在科學教育研究中的整體表現情況如何？

1.2 數據收集 國內數據方面，研究人員通過結合中國知網（CNKI）與維普期刊（VIP）兩大國內主流數據庫，對庫內開放可獲取的、概念轉變主題下的文獻進行了檢索分類，其中同時包含實證文章、學位論文與會議報告。對其中文獻綜述類的非實證類研究進行剔除后，共計獲得概念轉變相關研究文獻186 篇。全部的文獻作為我國國內數據源進入下一步的數據分析。

國外數據方面，研究借鑒了林靜雯（J.W.Lin）等［4］在一項關于概念轉變30年影響因素總結調查中的數據。該研究中的數據源全部來自于教育資源信息數據庫（ERIC）中全文可得的文獻，并全部出自于社會科學引文索引（SSCI）期刊。研究以1982年波斯納CCM 模型提出為節點后的30年，共計使用實證類文獻116 篇。可認為參與研究中的國際文獻研究質量水平較高，一定程度上能夠代表領域內的主流研究走向與研究熱點。

1.2 分析框架 在綜合蒂皮特（Tippett）、泰伯（Taber）等［4］的研究基礎上，本文主要參照林靜雯等人對ERIC 數據庫文獻分析的部分框架，最終確定如圖1 中的分析框架，將概念轉變的影響因素劃分為內部影響因素與外部影響因素兩大部分。其中內部因素采用了年級、性別、先驗知識、推理、動機態度、其他共6 項；外部因素則采用了課堂教學、文本設計與數字化學習共3 項。此外，研究還特別針對課堂教學模塊，細分了認知沖突、合作學習、多媒體等9 項下級條目。

圖1 概念轉變影響因素研究熱點分析框架

借助上圖中的分析框架，研究將全部檢索可得的中文數據源進行了分類分析，對其所涉及的概念轉變影響因素進行了歸納統計。分析結果隨后結合國際英文期刊的研究結果進行進一步的比較研究，以了解其中可能存在的異同。

2 研究結果

研究先就內部因素與外部因素中共計9 項內容進行了比較分析，后集中于課堂教學模塊集中分析了9 項不同策略與方法的異同，并進一步對其中生物學課堂教學的情況與其他科學學科展開橫向對比。

2.1 概念轉變影響因素研究熱點的比較 通過統計整合國內與國際概念轉變相關實證研究的數據后，研究對內部因素與外部因素下的9 項編碼條目進行了分析，并首先借助SPSS 軟件中的卡方檢驗（Chi-square test）對國內外的數據進行了差異性分析，檢驗結果如表1所示。需特別說明的是，由于有的文章所涉及的熱點可能不止一個，因此數據編碼的總數會大于文獻的總數量。

表1 內部及外部影響因素研究熱點比較卡方檢驗

表1 數據所示，P=0.000，表明從整體上看，國內外概念轉變實證研究的熱點存在十分顯著的差異。通過將這些不同類別的編碼數據進行整合，研究以不同研究熱點所占文獻百分比的條形圖形式展示（圖2）。

由圖2 的直觀表現可以看出，除我國對于學生先驗知識的研究關注度大幅高于國際研究平均水平外，在其他8 項中的百分比均低于國際研究關注度。在這其中，除性別、年級、動機態度、其他、文本設計與數字化學習的差距不甚大，且均處于較低水平外，有明顯差距的2 點主要集中在推理與課堂教學方面，特別是其中課堂教學方面的研究占據了國際研究中超過80%的絕對主導地位。可見國內外對于概念轉變影響因素的關注熱點存在著較大差異。

圖2 概念轉變影響因素研究熱點比較

2.2 概念轉變課堂教學中不同策略研究熱點的比較 由2.1 中展示的結果中可以看到，國內外關于概念轉變的課堂教學關注點存在較大差異。在此基礎上，研究又對其下的不同教學策略熱點進行進一步分析。研究認為，無論是我國還是國際的當前教育環境，自上而下式的教師授課課堂教學仍舊是學生進行概念學習與概念轉變發生的主要場所。因此對課堂干預策略進行進一步的細致分析是十分必要的。與上述熱點分析相同，研究先對涉及該部分關注點的文獻進行統計編碼，并借助SPSS 卡方檢驗進行了差異性分析，結果見表2。

表2 課堂教學策略研究熱點比較卡方檢驗

表2 中P=0.000，表明國內外在概念轉變課堂教學策略上所關注的熱點話題也存在十分顯著的差異。通過編碼數據整合，研究也同樣以百分條形圖的形式將9 類不同教學策略編碼的統計情況展示如下。

圖3 課堂教學中不同策略研究熱點

由圖3 可以看出，我國內地與國際概念轉變教學策略的關注表現各有千秋。從總量上分析，認知沖突策略的使用仍是國內外概念轉變課堂干預所使用的首要策略，其百分比在國內外均占據首位，且差異不大。而科學史與科學哲學類的使用則在國內外的研究中都非常少見。從差異上來看，我國目前對于探究策略應用于概念轉變教學的認可度相對更高，其百分比占比遠超國外研究，而在多媒體技術的使用與駁論文本類策略的應用上，國際認可度則顯著高于國內。這種差異將為未來的研究提供一定的參考意義。

2.3 生物學概念轉變課堂教學策略在科學教育研究中的情況 針對概念轉變不同課堂教學策略的熱點關注情況，研究還將全部的國內數據按照學科進行了拆分和歸類，以了解生物學科是否與其他理科學科間存在異同，結果如表3所示。表中每一項括號前數字為研究出現的數量，括號內數字為所占全部研究的百分比。其中以下劃線標注的數據為該學科內出現頻次最高的前3 種策略。

表3 不同學科課堂教學策略表現情況表

從表3 可以看出，生物學科在關于概念轉變的課堂教學策略研究中總量要高于地理學，但低于物理學與化學學科，處于中等偏下的水平。在這其中，除各類研究普遍關注的認知沖突策略占據學科內總量的首位外，生物學科的研究關注點主要為通過探究教學與其他方法促進學生進行概念轉變。其中，“其他策略”主要集中于使用概念圖的教學方法，而概念圖的使用在生物學科的數據當中表現非常明顯，占據全部學科之首。此外不容忽視的是，生物學科在多媒體、駁論文本、實驗和科學史哲方面的教學策略研究出現了空白。說明本學科在概念轉變課堂教學策略的表現上還存在著提升空間。

3 結論與啟示

學生對于科學核心概念的理解一直是我國教育研究中強調的目標之一［5］。以核心概念為代表的科學知識在包括小學科學、中學科學、物理學、生物學、化學等理科課堂教學中都應處于非常重要的地位［6］。其中，概念轉變的話題是不容忽視的。而對概念轉變研究熱點的分析能幫助研究者把握國際相關研究的走向，促進我國概念轉變教學研究更好地發展，進而幫助學生更好地理解科學概念，提高科學素養。研究在分析的同時也為廣大一線教師與教育研究工作者提供了很多思路與啟示。

3.1 概念轉變影響因素研究熱點的新變革，更多關注課堂教學 國內外概念轉變影響因素研究熱點的分布情況給未來研究提供了新的思路。在國際上將實證研究作為主流研究形式的同時，可以看到國內的實證研究類文獻在質量與數量上仍舊存在相當多的提升空間。如結果所示，先驗知識與課堂教學是2 個國內外比較差異最大的模塊。很長一段時間以來，我國關于概念轉變影響因素的研究大多集中在描述學生前概念上，而將課堂教學實踐的干預研究放在其次。然而研究者必須意識到，教育的真正目的應當是讓學生在實際的學習生活中能夠獲得必要的知識、技能與態度。在學生先驗知識探查的關注度顯著提升，相應成果不斷增多的今天，如何向課堂教學實踐邁出更堅定而迅速的步伐，將是未來研究的趨勢。而這一點的實現既離不開教育研究者，更離不開廣大的一線教師。

對于研究者而言，未來應當對概念轉變各方面影響因素給予更加均衡的關注，特別是更多關注于課堂教學方向。例如通過相關的專業發展培訓與文獻書籍撰寫，幫助教師了解如何在課堂中具體應用概念轉變教學的相關策略，真正解決他們在實踐當中遇到的疑惑與困難；而對于一線教師而言，應該在理解概念轉變教學理論定義的基礎上，充分認識到其在課堂教學中的重要實踐價值，借助現有的關于學生前概念探查的眾多研究成果，主動通過應用概念轉變教學策略幫助學生理解重要的科學概念，進而切實提升其科學素養水平。

3.2 嘗試不同教學策略，彌補研究空白 針對課堂教學而言，通過對不同概念轉變課堂教學策略的分析研究發現，由于國內近年來不斷強調探究式教學，使得其在各類教學策略中所占據的比重相對較高，這是值得研究者欣慰的教育研究成果。但與此同時，教育工作者也應當看到其中的研究缺口與空白。其中就包含了多媒體設備、駁斥文本以及科學史哲在教學中的應用。

多媒體教學設備的應用于近年來開始得以廣泛普及，各類軟、硬件產品成為教學中的新興輔助工具。然而如何真正有效利用這些設備幫助學生理解科學概念，而不是僅僅作為豐富課堂表現形式的“道具”，是值得教師仔細思考的問題。科學史哲與駁論文本雖然在近年來的教育研究中開始興起，但在一線教學中的出現卻相對較少。有學者提出，科學理論的迅速發展與實踐研究的滯后，造成了理論與實踐之間的鴻溝越來越大［7］。如何將這些理論成果轉化為課堂實踐的可行性策略與工具，則是教育研究者，特別是從事概念轉變與教師專業發展相關領域的研究者所要致力的方向。

3.3 生物學科對概念轉變教學的深入實踐 通過分學科對比的數據可以得知，生物學科在概念轉變教學的相關實證研究上總量仍然不高，且存在著一定的策略應用空白區。這就給生物學教師與學科教育研究者提出了更高的要求。

首先對于生物學教師而言，在中小學階段的生物學課堂中應用概念轉變相關的教學策略是具有重要意義的。相比于其他學科，生物學在兒童日常生活經驗中的滲透更加明顯，因此這個階段的學生在進入課堂時已具備了相當完備的生物學前概念知識結構，而這些從日常生活中提煉得出的樸素理解時常存在錯誤。概念轉變相關策略的應用可以較為高效地幫助學生建立科學的概念理解，從而為后續學習較為復雜的諸如光合作用、呼吸作用等生物學概念打下良好的基礎。其次對于研究者來說，利用實證研究有針對性地關注生物學研究領域內的缺口，有助于促進學科內各種教學策略的均衡發展，在成果產出較高的同時，也能更好地輔助一線生物學教師進行實踐操作，開展有效的生物學教學工作。

4 討論與展望

研究結果表明，國內外關于概念轉變影響因素的研究熱點確實存在一定的差異。就目前來看，國際研究更加關注于概念轉變的課堂教學，而我國則更加關注于學生前概念的探查；在概念轉變教學策略分析，國內關于探究式教學的應用較好，而多媒體設備、駁斥文本及科學史哲的應用方面多有欠缺；其中，生物學科在全部科學學科中尚有很大的發展空間。

國內外關于概念轉變影響因素研究熱點的差異對研究者與一線教師而言，既是挑戰，又是快速前行的契機。概念轉變課堂教學方面相對較少的研究，一方面指引研究者投入更多的精力促進理論向實踐的有效轉化，另一方面也將指引一線教師在課堂中更多地進行概念轉變教學，切實幫助學生理解科學概念。國內外不同概念轉變教學策略熱點的差異，則為教育工作者指明了研究空白與未來的前進方向，在成果產出的同時，也將為領域內各種策略均衡發展提供幫助。上述這些科學教育方向上的優勢與不足，也更加值得專注于生物學教育的研究人員與教師深入思考，幫助生物學教學在學科教學中更好更快地前行。