概念转变：对科学教育的理论，方法和实践挑战的探讨外文翻译资料

概念转变：对科学教育的理论，方法和实践挑战的探讨

原文作者：David F·Treagust Reinders Duit

摘要：20世纪70年代末以来，科学中的教学和学习过程以及其他各种内容领域的概念转变观点在教学和学习研究以及教学设计中发挥了重要作用。一个很重要的问题是，概念的改变是否能为改进教学实践提供一个强有力的框架，使学生的科学素养水平显著提高。在本文中，第一节概述了概念转变观点的发展。第二至第六节中，我们研究了研究人员促进收集数据的不同方式，并根据这些不同的理论观点将学习作为概念转变进行了实证评估。在第七节中，我们确定了概念转变的关键问题，重点是它们对改进教学实践的贡献，并在理论、方法和实践层面提出了挑战。我们认为，概念转变的观点仍然有可能显著改善教学实践。然而，也很明显的是，实际做法与概念上的变化观点相去甚远，改变这种做法将是一个相当困难和持久的过程。

关键词：概念转变；科学教育；认识论；本体；情感域

任何关于概念转变的讨论都需要考虑概念的本质。格林和杜特（1995）认为概念是学习者对一个物体或一个事件的心理模型。否则，概念可以被看作是学习者的内部表征，它是由教师、教科书作者或软件设计者等其他人构建的实体的外部表征构建的。从概念转变学习的角度来看，学习者需要能够对实体进行不同的表示，以使困难的概念易于理解。学习总是涉及到一些代表信息的方法，科学教师在课堂上使用不同的代表技术，如声音、写作和手势，向学生传达想法。表征是通过外部-以口语（口头)、书面符号(文本）、图片或物理对象或这些形式的组合的形式-或在思考这些想法时，通过内部-来表达想法或概念的方法。

在过去的30年里，研究表明，学生来到科学课上，对要学习的现象和概念有教学前的概念和想法，这些现象和概念与科学观点不一致。此外，这些概念和思想是坚定的，往往抵制变革。虽然继续进行关于学生在科学中学习的研究，主要调查内容层面的概念，但在过去二十年中，对学生在元层面的概念，即科学性质的概念和学习观点的调查也得到了相当大的关注(Duit，2007年)。

自20世纪80年代以来，教师观念在教学和学习科学中的作用也在越来越多的研究中得到了研究。这一研究领域的巩固始于1981年美国教育研究协会会议上成立了一个特别兴趣小组。随后由West和Pines（1985年）编辑的一份出版物，部分章节以1981年和1983年会议上的专题讨论会为基础。研究表明，许多教师对科学概念和过程的概念不符合科学观，往往类似于学生的教学前概念。很明显，许多教师对教学过程和科学性质的看法有限(Duit，2007年)。因此，教师的各种概念也需要经历概念上的变化。基本上，相同的概念转变框架，以解决学生的概念，已证明有价值的发展教师的科学概念的观点(Hewson等人。1999).

关于学生的教学前（“替代”）概念在学习科学中的作用的研究是在20世纪70年代发展起来的，主要基于两个理论观点(Driver和Easley，1978)。第一个观点是Ausubel（1968）的格言，即影响学习的最重要的单一因素是学习者已经知道的， 因此要相应地教学习者。第二个理论视角是皮亚杰的同化和迁就相互作用的思想和他的临床访谈方法，它深深地影响了研究学生概念的研究，侧重于解释他们对科学现象的思想。到20世纪70年代末和80年代初，几项研究揭示了针对学生概念的初步概念变革思想。在20世纪80年代，研究学生在概念转变方法中对预期科学概念的教学前概念的发展的研究越来越多。在过去的三十年里，关于学生概念和概念转变的研究已经嵌入到各种具有认识论、本体论和情感取向的理论框架中(Duit和Treagust，2003年)。

概念转变被视为认识论，是当研究者检查学生的科学概念的学习被不同形式的知识表现出来。最初，认识论的概念转变只涉及对知识的理解学生的观念是如何演变的。后来，建构主义思想发展起来，融合了各种认知方法，这些方法受到皮亚吉提人的同化和迁就相互作用的影响，库尼安的理论思想在科学史上发生了变化。和激进的建构主义（杜伊特和特雷格斯，1998年）。这些方法的重点是把知识看作是建构的，尽管方式不同，例如，激进的建构主义把主要的重点放在个人的建构过程的作用上。社会建构主义的差异（包括社会文化视角）也考虑了社会环境对个体建构过程的作用。总之，建构主义的各种形式塑造了对概念转变的研究一些集中在个人，另一些集中在社会方面。

概念转变被看作是本体论，即学生如何看待被调查概念的性质，试图从他们对现实的看法来考察学生对科学概念的看法。简单地说，从认识论和本体论的角度来看，概念的变化是指学生的个人观点，即了解的本质-我们所说的认识论-以及我们所说的本体论的性质或现实。

其他研究人员担心，概念上的改变最初采取了一种过于理性的方法(Pintrich等人。 1993)。 此外，20世纪80年代和90年代初建构主义思想的某些局限性导致了它们与社会建构主义和社会文化取向的结合，最近提出了使用多视角认识论框架的建议，以充分解决复杂的学习过程(Duit和Treagust，2003年)。

概念转变的认识论视角由Posner等人介绍的经典概念转变方法。1982年，教师在设计一种教学方法之前，先明确学生的替代框架，其中包括不符合学生现有概念的想法，从而促进不满。然后在形式科学的基础上引入了一个新的框架，可以解释异常。然而，学生在指导后理解和学习科学概念和原则的概念进展往往仍然有限，大多数研究表明，最初的新想法只在特定的情况下使用(Duit和Treagust，1998年)。通常可以实现的最好是外围概念的改变(Chinn和Brewer1993)，即最初想法的部分与新想法的部分合并，形成某种混合概念(Jung1993)或合成模型(Vosniadou和Brewer1992)。

在强调学生认识论的经典概念转变模型中(Posner等人 1982年)，学生对先前概念的不满被认为引发了戏剧性或革命性的概念变革，并嵌入到激进的建构主义认识论观点中，强调个人的概念和他/她的概念发展。如果学习者对他/她先前的概念不满意，并且可用的替代概念是可理解的、可信的和/或富有成效的，那么新概念的适应可能会随之而来。一个可理解的概念是明智的，如果它是不矛盾的，它的意义被学生理解；一个可信的概念被认为是可信的，除了学生知道概念的含义；并且，如果它帮助学习者解决其他问题或提出新的研究方向，这个概念是富有成果的。 Posner等人。坚持认为一个合理的概念首先必须是可理解的一个富有成果的概念必须是可理解的和可信的。由此产生的概念转变可能是永久性的、暂时的或太脆弱的，无法察觉。

在这个学习模型中，概念竞争的解决是从竞争概念的比较可懂度、合理性和有效性来解释的。Posner等人。声称一组认识论承诺被称为学生的概念生态学(Toulmin，1972)介导了概念的可懂度、合理性和有效性。罢工和波斯纳(1985 年，pp。 216-217)将概念生态学隐喻扩展到包括异常、类比和隐喻、范例和图像、过去的经验、认识论承诺、形而上学信念和其他领域的知识。

在本文的第二节和第三节中，分别讨论了研究人员从认识论地位-概念地位和认识论概况-衡量学生概念转变的不同方法。第二节比任何其他章节都有更多的例子，因为这是我们可以深入报道的研究。

概念转变的本体论视角

一些研究人员使用特定的本体论术语来解释学生科学概念发展的变化，以强调学生看待现实的方式的变化。钦恩和布鲁尔（1993年，第17页）将本体论信念描述为“世界的基本类别和性质”。凯里（1985年，第269页）在证明“儿童的一些概念与成年人是不可调和的”时，主张在儿童时期进行强有力的知识重组， Vosniadou称类似的变化为激进的重组，并解释了对中央“框架理论”的修订(pp。46-49)涉及本体论和认识论的变化。Chi等人。（1994）将它们最强的本体论变化称为“树交换”，而Thagard（1992）最强的变化称为“树交换”。本体论概念转变的例子是从流动的流体到运输中的动能的热的概念，以及从遗传的物体到生化过程的基因的概念。 还有许多其他的概念，科学家的过程观点与学生的物质概念是不相容的。 学生本体论的预期变化通常不能在学校科学中实现，因为科学概念不是由教师或教科书提出的，例如，在过程和材料之间有任何本体论的区分。

在本文的第四节中，研究人员从本体论的立场来衡量学生的概念转变的不同方法被讨论。

概念转变的情感视角

情感领域的概念转变，特别是兴趣和动机的变化，受到了有限的关注。从概念转变的角度。涉及学生兴趣或动机的情感维度也需要在科学教学中发展，因为它们在支持科学内容知识水平上的概念转变方面发挥着重要作用。上述经典的概念改变方法确实解决了这个问题，至少是含蓄地指出了学生对以前的想法的不满。这种方法的进一步特点，即可理解性、合理性和有效性，在一定程度上包括情感问题。

强调这些问题，Pintrich等人。（1993）提出对概念转变的热非理性解释与冷认知一样站不住脚，并认为学生的自我效能感和控制信念、课堂社会语境以及个人的目标、意图、目的、期望和需求与概念学习中的认知策略一样重要。同样，Solomon（1987）和Dykstra等人。（1992）声称群体因素可以优势概念学习和维果茨基的理论(vanderVeer和Valsiner，1991)突出了社会和动机影响的重要性。Pintrich等人对社会和动机文献的回顾突出了兴趣、个人和情境信念对学生参与学习活动的重要性。事实上，他们声称，忽视个人和群体学习的社会和情感方面的教师可能会限制学生的概念转变。在最近的一篇关于在教学和学习科学中将认知和情感联系起来的评论中，Zembylas（2005）进一步指出，有必要在认知和情感维度之间建立一个统一的关系，认为情绪不仅是认知结果的调节变量，而且是地位平等的变量，通常也必须经历概念上的变化。

本文第五节讨论了研究者从情感位置测量学生概念转变的不同方法。

概念转变的有意视角

概念转变方法通常明确地基于建构主义认识论观点，认为学习者必须为自己建构知识。 这种观点认为学习者需要积极主动，并有一定的学习意图。 Sinatra和Pintrich（2003）编辑的一卷中的研究明确地解决了这一问题，建议学习者在知识重组过程中发挥积极的有意作用。在这种情况下，“概念转变不仅取决于认知因素，如冲突的识别，而且还取决于元认知、动机和情感过程，这些过程可以在学习者的自觉控制下进行，并可能决定变化的可能性”（第2页）。正是这种强调变革的动力在学习者的控制下形成了文本各章的基础。有意的概念改变的概念在某种程度上类似于正念的概念(Salomon和Globerson，1987年，第623页)，这是一种“反映一种自愿的精神状态，并在动机、认知和学习之间建立联系的结构。”

本文第六节讨论了研究人员从有意的位置测量学生概念转变的不同方法。

概念转变的多维视角

许多关于概念转变的研究都采取了一种特定的视角，即认识论视角、本体论视角或情感视角。然而，正如已经说明的那样，在学习和教学研究中有充分的证据表明，认知和情感问题是密切相关的，尽管关于学习过程中认知和情感因素相互作用的研究数量很少。例如，有许多关于科学兴趣与获得科学概念之间关系的研究，但这些研究通常仅限于科学兴趣与学习的认知结果之间的相关性。对科学的兴趣变化和概念转变的相互作用仅在少数研究中进行了研究。

最近，在承认学习的复杂现象需要多元认识论框架方面出现了强有力的发展(Greeno等人。为了充分处理不同的学习观点所强调的许多方面。 在科学教育中，越来越多的概念转变的多视角似乎有望提高我们对科学教学和学习的理解(Duit和Treagust，2003年)。简要总结了考虑认识论、本体论和情感领域的概念转变的多视角，以便充分解决教学和学习过程的复杂性(Duit，1998年)。只有这样的框架才能充分模拟教学和学习过程，并解决以下段落中提出的雄心勃勃的科学素养水平。

泰森等人解释概念转变的多维视角。例如，包括认识论、本体论和情感领域， 尽管情感领域尚未得到充分阐述。未来研究的一个丰硕成果是将概念转变的思想与情感因素意义的理论相结合。从概念转变的角度看待科学和科学教学的兴趣问题似乎也是最有价值的。显然，科学教学的一个重要目的是培养兴趣，就像培养学生对预期的科学概念的教学前概念一样。

与致力于将概念转变的一个理论观点作为其数据分析和解释的框架的方法相反， Venville和Treagust（ 1998 年）利用了概念转变的四种不同观点-Posner等人（1982年）的概念转变模型、Vosniadou（1994年）的框架理论和心理模型视角、Chi等人（1994年）的本体论范畴和Pintrich等人（1993年）的动机视角-来检查中学中使用类比教授遗传学的不同学习情况。(关于与幼儿的类似研究，见Venville 等人。 2005).

Venville和Treagust（1998）发现，每个概念转变的观点都有解释价值，并在解释类比在每个课堂情境中所起的作用方面提供了不同的理论观点。例如，从学生对基因的概念来看，认识论的观点表明了学生对基因概念的接受程度。在这项研究中，很可能与概念的现状和不同的本体论模型相一致，这些模型是学生用来思考基因的。 从社会情感的角度来看，几乎所有这些10年级的学生都在访谈中证明他们对遗传学的微观解释性质不感兴趣，他们更喜欢使用简单的孟德尔遗传学来回答关于自己的问题。

本文第二至六节讨论了研究人员测量学生从多视角位置的概念转变的不同方法。

促进和实证评估认识论的概念转变-学生的概念地位 概念状态将概念归类为可理解、可信或富有成效的概念(Hewson和Thorley，1989 年)，对于评估学生在学习过程中观念的变化特别有用。当一个

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