概念轉(zhuǎn)變研究的內(nèi)容分析

摘要： 對813篇有關(guān)概念轉(zhuǎn)變的SSCI文獻進行了內(nèi)容分析，結(jié)果顯示當(dāng)前國際概念轉(zhuǎn)變研究領(lǐng)域有以下熱點方向： 第一，基于學(xué)習(xí)進階的概念轉(zhuǎn)變研究;第二，概念轉(zhuǎn)變教學(xué)落實于個體對概念的科學(xué)理解研究;第三，基于學(xué)生認知發(fā)展的心智模型研究。

關(guān)鍵詞： 概念轉(zhuǎn)變; 學(xué)習(xí)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(biāo)識碼： B

概念轉(zhuǎn)變是個體認知沖突的引發(fā)和解決的過程，具體表現(xiàn)為個體已有概念受到與其不一致的新知識的影響而發(fā)生重大改變，由迷思概念（又稱相異構(gòu)想）向科學(xué)概念轉(zhuǎn)變的過程[1]。概念轉(zhuǎn)變包括兩種形式： 一是同化，當(dāng)新概念與學(xué)習(xí)者原有經(jīng)驗一致時，概念轉(zhuǎn)變以完善豐富原有概念的方式進行;二是順應(yīng)，當(dāng)新概念與學(xué)習(xí)者頭腦中的原有認知結(jié)構(gòu)發(fā)生沖突時，概念轉(zhuǎn)變起到調(diào)整和改造原有概念的作用[2]。

Posner于1982年提出了概念轉(zhuǎn)變模型（Conceptual Change Model），認為概念轉(zhuǎn)變的實現(xiàn)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(xué)概念的真正理解（Intelligibility）;第三，所學(xué)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(tài)，其中，概念的狀態(tài)與概念轉(zhuǎn)變發(fā)生的概率呈正相關(guān)的關(guān)系;并且原有概念能像新概念一樣影響著概念的轉(zhuǎn)變，彼此相互作用[4]。此后，Pintrich等人突破概念轉(zhuǎn)變模型僅限于認知方面的局限，探討了學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)、情感態(tài)度、自我效能感和價值觀在概念轉(zhuǎn)變過程中的作用[5]。Tyson等人在綜合前人研究成果的基礎(chǔ)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(zhuǎn)變的發(fā)生[6]。經(jīng)過30多年的發(fā)展，概念轉(zhuǎn)變研究已經(jīng)從科學(xué)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(fā)展[7]。

本研究以Web of Science數(shù)據(jù)庫2010年以來的SSCI文獻為數(shù)據(jù)源，對當(dāng)前國際概念轉(zhuǎn)變研究文獻進行了內(nèi)容分析，希望能為我國概念轉(zhuǎn)變的相關(guān)研究提供借鑒和參考。

1?研究方法

通過Web of Science數(shù)據(jù)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(guān)鍵詞進行統(tǒng)計，通過BICOMB 2.0來設(shè)定高頻關(guān)鍵詞詞頻并構(gòu)建關(guān)鍵詞共現(xiàn)矩陣和詞篇矩陣。獲取高頻關(guān)鍵詞之前，對內(nèi)涵一致或接近的關(guān)鍵詞進行統(tǒng)一化。如將Misconception、 Alternative conception、 Alternative framework、 Fuzzy conception統(tǒng)一為Misconception。然后，進行社會網(wǎng)絡(luò)分析，使用UINET 6.212對共現(xiàn)矩陣進行轉(zhuǎn)化，并繪制社會網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖。最后，將詞篇矩陣導(dǎo)入到SPSS 22.0，進行聚類樹狀圖的繪制。通過關(guān)鍵詞社會網(wǎng)絡(luò)和聚類圖對國際概念轉(zhuǎn)變研究展開內(nèi)容分析。

2?研究結(jié)果與分析

2.1?高頻關(guān)鍵詞及分析

對論文中的關(guān)鍵詞進行詞頻統(tǒng)計分析，高頻關(guān)鍵詞閾值的確定依據(jù)普萊斯計算公式： M=0.749Nmax，其中M代表高頻關(guān)鍵詞閾值，Nmax代表區(qū)間學(xué)術(shù)論文被引頻次最高值。統(tǒng)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(jù)普萊斯公式求得M≈7.26，即高頻關(guān)鍵詞的閾值要大于或等于7。根據(jù)研究需要，我們最后抽取詞頻≥7的高頻關(guān)鍵詞，共30個。其出現(xiàn)的總頻次為626次，占關(guān)鍵詞總頻次2959次的21.051%。具體結(jié)果見表1。

這一結(jié)果初步說明了概念轉(zhuǎn)變研究是當(dāng)下國際科學(xué)教育領(lǐng)域的熱點研究方向。其中對個體科學(xué)概念學(xué)習(xí)過程中的心智模型、迷思概念以及個體的概念發(fā)展研究是學(xué)者重點關(guān)注的內(nèi)容。此外，個體概念學(xué)習(xí)過程中的動機及其評價研究也受到了不少學(xué)者關(guān)注。可以看出，國際上有關(guān)科學(xué)概念學(xué)習(xí)的研究主要以概念轉(zhuǎn)變理論為基礎(chǔ)，然后圍繞不同研究主題（如迷思概念、心智模型、科學(xué)本質(zhì)等）進行相應(yīng)的拓展和延伸。

2.2?高頻關(guān)鍵詞社會網(wǎng)絡(luò)分析

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

從節(jié)點的大小來看，“概念轉(zhuǎn)變”的節(jié)點最大，其次是“迷思概念”、“科學(xué)教育”。它們對其他關(guān)鍵詞共現(xiàn)的控制能力也最強，說明上述三個關(guān)鍵詞在整個社會網(wǎng)絡(luò)中具有重要作用。從各個節(jié)點之間的聯(lián)系來看，“概念轉(zhuǎn)變”“迷思概念”和“科學(xué)教育”不管是連線的數(shù)量還是粗細，在整個社會網(wǎng)絡(luò)中都十分搶眼?？茖W(xué)教育要實現(xiàn)學(xué)生對概念的科學(xué)理解及其科學(xué)素養(yǎng)的提升，勢必要重視學(xué)生頭腦中迷思概念的轉(zhuǎn)變和發(fā)展?？茖W(xué)教師需要對學(xué)生概念理解的心智模型進行科學(xué)的表征，進而展開有效的科學(xué)探究活動來促進學(xué)生迷思概念的轉(zhuǎn)變。從整個社會網(wǎng)絡(luò)來看，下邊的??“認知沖突”“推理”以及“元認知”與上邊的“概念轉(zhuǎn)變”“迷思概念”“科學(xué)教育”之間的距離很遠，這表明它們在整個社會網(wǎng)絡(luò)中處于比較邊緣的地帶，是未來值得繼續(xù)關(guān)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(biāo)來對圖1的社會網(wǎng)絡(luò)關(guān)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(biāo)，前兩個指標(biāo)低，最后一個指標(biāo)高代表了該學(xué)科領(lǐng)域未來發(fā)展的趨勢。結(jié)果顯示： 概念理解、科學(xué)本質(zhì)、模型以及模擬等關(guān)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(xué)概念的學(xué)習(xí)，對于學(xué)生迷思概念轉(zhuǎn)變的研究更關(guān)注于學(xué)生對科學(xué)概念理解的研究，即學(xué)生的概念轉(zhuǎn)變要為了其理解而教。有學(xué)者也指出： 近二十年國際科學(xué)概念學(xué)習(xí)研究中有關(guān)概念理解的研究越來越多，概念轉(zhuǎn)變的研究越來越少[8]。此外，借助模型（Model）、仿真模擬（Simulation）以及數(shù)字化實驗軟件等可視化途徑來促進學(xué)生對科學(xué)概念的理解是未來科學(xué)教學(xué)的熱門手段和途徑。可視化技術(shù)既能夠把無法直接觀測的科學(xué)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(xiàn)出來，也能實時、動態(tài)地具化抽象科學(xué)概念，科學(xué)課堂借助可視化技術(shù)的輔助教學(xué)能夠有效地促進學(xué)生對概念的理解，從而幫助學(xué)生形成科學(xué)本質(zhì)觀。

2.3?高頻關(guān)鍵詞聚類分析

基于社會網(wǎng)絡(luò)和高頻關(guān)鍵詞中心度的分析，發(fā)現(xiàn)了概念轉(zhuǎn)變領(lǐng)域熱門的高頻關(guān)鍵詞以及關(guān)鍵詞之間的內(nèi)部聯(lián)系。繼續(xù)對關(guān)鍵詞進行聚類分析，以獲得基于高頻關(guān)鍵詞的國際概念轉(zhuǎn)變研究的重要類別，結(jié)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(zhuǎn)變研究分為5個領(lǐng)域。其中，前4個領(lǐng)域更為重要，在此分別展開說明。

領(lǐng)域一中，關(guān)鍵詞“概念轉(zhuǎn)變”處于整個領(lǐng)域首要位置，主要有“學(xué)習(xí)進階”“評估”“科學(xué)教育”等關(guān)鍵詞。美國國家教育理事會于2007年頒布的《將科學(xué)帶進K8年級的科學(xué)學(xué)習(xí)和教學(xué)》提出了學(xué)習(xí)進階（Learning Progressions， LPs），指出未來的教學(xué)要能夠支撐學(xué)生在不同科學(xué)學(xué)科核心概念上的學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)進階被認為在整合課程、評價和教學(xué)這三方面的作用巨大[9]。從圖2中可以看到關(guān)鍵詞“學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)進階評價是當(dāng)前國際科學(xué)教育領(lǐng)域的熱點方向。當(dāng)前西方有關(guān)學(xué)習(xí)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(tǒng)，也稱四基石評價模型;以化學(xué)家觀念為框架的ChemQuery評價系統(tǒng);以證據(jù)為中心的評價設(shè)計;以學(xué)習(xí)目標(biāo)驅(qū)動設(shè)計為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)中心設(shè)計法[10]。

領(lǐng)域二主要由“心智模型”“認知發(fā)展”“概念發(fā)展”“物理教育”和“小學(xué)”構(gòu)成。以Vosniadou為代表的學(xué)者于上世紀(jì)90年代初在進行概念轉(zhuǎn)變研究過程中，對兒童物理概念的學(xué)習(xí)和認知發(fā)展進行了大量的心智模型的構(gòu)建研究，提出了著名的認知架構(gòu)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(xué)生已有的經(jīng)驗之中）所產(chǎn)生的觀念架構(gòu)，它是個體心理活動的特殊表征形式，是個體對事物狀態(tài)的一種模擬表征形式，它的特殊之處在于保留了事物所應(yīng)該具有的結(jié)構(gòu)特征[11]。也就是說心智模型是一種動態(tài)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(xiàn)象產(chǎn)生原因的解釋，是對真實世界事物狀態(tài)的預(yù)測，它產(chǎn)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(xué)生概念轉(zhuǎn)變的實質(zhì)就是個體用以表征科學(xué)概念的心智模型的不斷修正與完善。Reinfried指出： 學(xué)生心智模型的形成和發(fā)展顯著性依賴于其已有的相關(guān)經(jīng)驗和知識，因此，在探測學(xué)生概念的轉(zhuǎn)變和發(fā)展時，關(guān)注學(xué)生在此階段的心智模型以及其認知發(fā)展的特點，有助于研究者更好地了解學(xué)生的觀念架構(gòu)[13]。同樣的，探測學(xué)生頭腦中已有的觀念架構(gòu)對其學(xué)習(xí)新概念過程中心智模型的形成和發(fā)展也有重要作用。

領(lǐng)域三中主要由“認知沖突”“概念理解”“建?！薄霸J知”和“探究”構(gòu)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(guān)鍵詞構(gòu)成另外一個類別。前者側(cè)重模型建構(gòu)在解決認知沖突過程的應(yīng)用研究;后者關(guān)注學(xué)生的已有經(jīng)驗，并強調(diào)通過探究性活動促進學(xué)生概念理解的研究。通過創(chuàng)造情境來引發(fā)學(xué)生的認知沖突，進而使用模型建構(gòu)和建模教學(xué)幫助學(xué)生解決其認知上的沖突，有利于促進概念的理解。一旦學(xué)生產(chǎn)生了認知沖突并認識到自己的知識系統(tǒng)是有瑕疵的，那么下一步就應(yīng)該對科學(xué)概念進行意義建構(gòu)，進而解決這一認知沖突。學(xué)生在認知沖突不同階段主要有以下幾個重要的環(huán)節(jié)： 第一，創(chuàng)設(shè)情境，探測已有概念，所有學(xué)生通過合作學(xué)習(xí)或探究性試驗，運用已有的知識經(jīng)驗來建構(gòu)模型;第二，引發(fā)認知沖突，解構(gòu)迷思概念，學(xué)生在設(shè)計模型的過程中產(chǎn)生認知沖突，他們渴望解決沖突并由此構(gòu)建新知識;第三，解決認知沖突，建構(gòu)科學(xué)概念，學(xué)生依靠科學(xué)模型解決了其認知上的沖突而建立起對概念的科學(xué)理解。

領(lǐng)域四中共包含了“科學(xué)本質(zhì)”“概念轉(zhuǎn)變文本”“建構(gòu)主義”和“論證”6個關(guān)鍵詞。建構(gòu)主義理論認為，學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解和掌握是通過主動建構(gòu)實現(xiàn)的，學(xué)習(xí)者對新知識的同化既可以借助原有認知結(jié)構(gòu)中的相關(guān)經(jīng)驗，也可通過改造、重組原有的認知結(jié)構(gòu)來完成?？茖W(xué)教育的重要目標(biāo)之一就是幫助學(xué)生理解科學(xué)的本質(zhì)，然而，傳統(tǒng)課堂的科學(xué)教學(xué)并沒有提高學(xué)生對于科學(xué)本質(zhì)的理解。il使用概念轉(zhuǎn)變文本和探究教學(xué)兩種教學(xué)模式進行了實證研究，并比較了它們對科學(xué)本質(zhì)理解的有效性，結(jié)果顯示： 使用概念文本教學(xué)的實驗組在理解科學(xué)本質(zhì)的試驗性、實證性、創(chuàng)造性以及推論性等方面顯著優(yōu)于實施探究教學(xué)的控制組[14]?？茖W(xué)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(guān)注學(xué)生在新概念學(xué)習(xí)過程中的類比推理等邏輯思維的發(fā)展，要重視學(xué)生科學(xué)論證能力的發(fā)展。常見的科學(xué)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(jié)構(gòu)，并采用科學(xué)論證圖示的測評，能夠重構(gòu)個體所消失的推理能力以及基本觀念，這對于想要促進學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的教師來講具有值得借鑒的意義[15]。

3?結(jié)論與討論

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

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

第二，基于個體心智模型構(gòu)建的迷思概念轉(zhuǎn)變研究。解析個體的心智模型能夠幫助研究者深入剖析學(xué)生已有的觀念架構(gòu)，從而為促進個體的概念轉(zhuǎn)變提供科學(xué)的實證依據(jù)以及為科學(xué)教師實施課堂教學(xué)提供相應(yīng)的策略。個體心智模型具有內(nèi)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(xiàn)和涵蓋個體對知識的感知、體驗與領(lǐng)悟，這是因為科學(xué)概念強調(diào)理科學(xué)科本體的東西，而“觀念”是從認識論的角度出發(fā)，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(nèi)隱性、間接性和抽象性與觀念有內(nèi)在的一致性。所以，對學(xué)生心智模型的研究以及學(xué)生學(xué)習(xí)前后觀念所發(fā)生的變化研究同樣值得我們關(guān)注。個體已有的觀念框架對于新概念學(xué)習(xí)過程心智模型的形成和發(fā)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(xué)教育領(lǐng)域中理科知識教學(xué)研究需要關(guān)注的熱點方向[18]。

第三，概念轉(zhuǎn)變的研究最終要落實于個體的科學(xué)理解。美國國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)將科學(xué)概念的理解定義為需要個體整合不同類型知識的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，包括各類科學(xué)概念、不同概念之間的聯(lián)系以及這些聯(lián)系之間的因果關(guān)系，使用概念來解釋與預(yù)測其他自然現(xiàn)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(fù)雜性的情況之下來準(zhǔn)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(fā)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(gòu)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(xué)生從習(xí)得某些科學(xué)概念到真正理解這些概念往往需要幾個月的時間。傳統(tǒng)教學(xué)之所以不能使大多數(shù)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(xué)，有效的教學(xué)實踐旨在通過使學(xué)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(xué)生積極地參與到新概念的學(xué)習(xí)中來，親身的經(jīng)歷和體驗?zāi)軌蚓呋橄蟾拍?、加深學(xué)習(xí)印象并促進概念的遷移與應(yīng)用。

概念轉(zhuǎn)變是心理學(xué)和教育學(xué)領(lǐng)域的問題，概念轉(zhuǎn)變教學(xué)是當(dāng)今我國乃至國際科學(xué)教育領(lǐng)域的重要研究課題。通過對學(xué)生迷思概念有效深入地研究，將新知識所賦予的內(nèi)涵與個體已有相關(guān)經(jīng)驗進行有意義地聯(lián)系，從而促進學(xué)生基本觀念的建構(gòu)，有利于全面提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和科學(xué)素養(yǎng)以及優(yōu)化課堂教學(xué)效果。此外，概念轉(zhuǎn)變理論為科學(xué)教師更全面地了解學(xué)生前概念和更有效地運用概念轉(zhuǎn)變教學(xué)策略提供了理論基礎(chǔ)，為基于概念轉(zhuǎn)變的課程開發(fā)和概念轉(zhuǎn)變教學(xué)提供了科學(xué)依據(jù)。

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