关于概念转变影响因素研究热点的国内外比较研究*

李 诺 刘恩山

（北京师范大学生命科学学院 北京 100875）

21世纪以来，公民科学素养的提升一直是世界各国科学教育工作者们都在强调的重要话题。在这其中，对科学概念的理解占据了非常重要的地位［1］。建构主义认为，学生走入课堂时大脑并非空白，而是被复杂的前概念知识网络所占据。因此如果教师仅通过灌输式的授课方式进行教学，很难取得良好的效果。由此概念转变（conceptual change）被认为是促进学生概念理解的有效手段［2］。

1982年，波斯纳（Posner）等人提出的概念转变模型（conceptual change model，CCM）被认为是概念转变教学中划时代的经典模型。波斯纳认为概念转变的发生需要具备 “对现有概念不满（dissatisfaction）”“新概念可理解（intelligibility）”“新概念出现合理（plausible）”与“新概念有效（fruitful）”4 个必要条件［3］。此后的几十年，国际上很多学者就可能引发学生概念转变发生的影响因素进行了研究。例如宾特里奇（Pintrich）提出的学习动机、沃斯尼阿达（Vosniadou）提出的本体论认识，芬尚（Fensham）提出的与技术相联系等。这些对概念转变影响因素的研究不断促进着概念转变理论的发展与完善。

相比于国际上对概念转变研究的不断深入，我国针对概念转变展开的实证类研究相对较晚，直至近21世纪才开始出现。然而在此之后，该领域内的研究数量与质量开始出现稳定攀升。可以预见，在未来的一段时间中，概念转变在我国科学教育领域中将继续占据重要地位。由此研究认为，通过对比国内、外概念转变影响因素研究热点的异同，可有效了解概念转变研究的最新成果，把握研究的未来走向，寻找其中可能存在的短板与研究空白，为我国概念转变教学的实际应用与未来发展提供重要的借鉴意义。

1 研究方法

研究通过文献梳理，确定关于概念转变影响因素的分析框架，并收集自2000年起我国内地关于概念转变研究的实证类文章，结合国外已有的研究数据进行横向分析对比，探寻其中可能存在的异同。

1.1 问题提出 作为起源较早、发展相对完善的理论，概念转变在科学教育领域中具有十分重要的地位。相比于国际已有研究，我国内地在该领域内的实证类研究起步较晚。了解国内外概念转变影响因素研究热点的异同，分析国内外针对概念转变课堂教学中不同策略的应用倾向，能帮助我国的科学教育、特别是生物学教育研究工作者和教师更好地把握未来研究走向，进而帮助学生更好地理解科学概念。由此本文提出以下3 个主要研究问题：

1）国内外关于概念转变影响因素的研究热点存在哪些异同？

2）针对概念转变的课堂教学而言，不同教学策略研究热点间存在哪些异同？

3）生物学概念转变课堂教学策略在科学教育研究中的整体表现情况如何？

1.2 数据收集 国内数据方面，研究人员通过结合中国知网（CNKI）与维普期刊（VIP）两大国内主流数据库，对库内开放可获取的、概念转变主题下的文献进行了检索分类，其中同时包含实证文章、学位论文与会议报告。对其中文献综述类的非实证类研究进行剔除后，共计获得概念转变相关研究文献186 篇。全部的文献作为我国国内数据源进入下一步的数据分析。

国外数据方面，研究借鉴了林静雯（J.W.Lin）等［4］在一项关于概念转变30年影响因素总结调查中的数据。该研究中的数据源全部来自于教育资源信息数据库（ERIC）中全文可得的文献，并全部出自于社会科学引文索引（SSCI）期刊。研究以1982年波斯纳CCM 模型提出为节点后的30年，共计使用实证类文献116 篇。可认为参与研究中的国际文献研究质量水平较高，一定程度上能够代表领域内的主流研究走向与研究热点。

1.2 分析框架 在综合蒂皮特（Tippett）、泰伯（Taber）等［4］的研究基础上，本文主要参照林静雯等人对ERIC 数据库文献分析的部分框架，最终确定如图1 中的分析框架，将概念转变的影响因素划分为内部影响因素与外部影响因素两大部分。其中内部因素采用了年级、性别、先验知识、推理、动机态度、其他共6 项；外部因素则采用了课堂教学、文本设计与数字化学习共3 项。此外，研究还特别针对课堂教学模块，细分了认知冲突、合作学习、多媒体等9 项下级条目。

图1 概念转变影响因素研究热点分析框架

借助上图中的分析框架，研究将全部检索可得的中文数据源进行了分类分析，对其所涉及的概念转变影响因素进行了归纳统计。分析结果随后结合国际英文期刊的研究结果进行进一步的比较研究，以了解其中可能存在的异同。

2 研究结果

研究先就内部因素与外部因素中共计9 项内容进行了比较分析，后集中于课堂教学模块集中分析了9 项不同策略与方法的异同，并进一步对其中生物学课堂教学的情况与其他科学学科展开横向对比。

2.1 概念转变影响因素研究热点的比较 通过统计整合国内与国际概念转变相关实证研究的数据后，研究对内部因素与外部因素下的9 项编码条目进行了分析，并首先借助SPSS 软件中的卡方检验（Chi-square test）对国内外的数据进行了差异性分析，检验结果如表1所示。需特别说明的是，由于有的文章所涉及的热点可能不止一个，因此数据编码的总数会大于文献的总数量。

表1 内部及外部影响因素研究热点比较卡方检验

表1 数据所示，P=0.000，表明从整体上看，国内外概念转变实证研究的热点存在十分显著的差异。通过将这些不同类别的编码数据进行整合，研究以不同研究热点所占文献百分比的条形图形式展示（图2）。

由图2 的直观表现可以看出，除我国对于学生先验知识的研究关注度大幅高于国际研究平均水平外，在其他8 项中的百分比均低于国际研究关注度。在这其中，除性别、年级、动机态度、其他、文本设计与数字化学习的差距不甚大，且均处于较低水平外，有明显差距的2 点主要集中在推理与课堂教学方面，特别是其中课堂教学方面的研究占据了国际研究中超过80%的绝对主导地位。可见国内外对于概念转变影响因素的关注热点存在着较大差异。

图2 概念转变影响因素研究热点比较

2.2 概念转变课堂教学中不同策略研究热点的比较 由2.1 中展示的结果中可以看到，国内外关于概念转变的课堂教学关注点存在较大差异。在此基础上，研究又对其下的不同教学策略热点进行进一步分析。研究认为，无论是我国还是国际的当前教育环境，自上而下式的教师授课课堂教学仍旧是学生进行概念学习与概念转变发生的主要场所。因此对课堂干预策略进行进一步的细致分析是十分必要的。与上述热点分析相同，研究先对涉及该部分关注点的文献进行统计编码，并借助SPSS 卡方检验进行了差异性分析，结果见表2。

表2 课堂教学策略研究热点比较卡方检验

表2 中P=0.000，表明国内外在概念转变课堂教学策略上所关注的热点话题也存在十分显著的差异。通过编码数据整合，研究也同样以百分条形图的形式将9 类不同教学策略编码的统计情况展示如下。

图3 课堂教学中不同策略研究热点

由图3 可以看出，我国内地与国际概念转变教学策略的关注表现各有千秋。从总量上分析，认知冲突策略的使用仍是国内外概念转变课堂干预所使用的首要策略，其百分比在国内外均占据首位，且差异不大。而科学史与科学哲学类的使用则在国内外的研究中都非常少见。从差异上来看，我国目前对于探究策略应用于概念转变教学的认可度相对更高，其百分比占比远超国外研究，而在多媒体技术的使用与驳论文本类策略的应用上，国际认可度则显著高于国内。这种差异将为未来的研究提供一定的参考意义。

2.3 生物学概念转变课堂教学策略在科学教育研究中的情况 针对概念转变不同课堂教学策略的热点关注情况，研究还将全部的国内数据按照学科进行了拆分和归类，以了解生物学科是否与其他理科学科间存在异同，结果如表3所示。表中每一项括号前数字为研究出现的数量，括号内数字为所占全部研究的百分比。其中以下划线标注的数据为该学科内出现频次最高的前3 种策略。

表3 不同学科课堂教学策略表现情况表

从表3 可以看出，生物学科在关于概念转变的课堂教学策略研究中总量要高于地理学，但低于物理学与化学学科，处于中等偏下的水平。在这其中，除各类研究普遍关注的认知冲突策略占据学科内总量的首位外，生物学科的研究关注点主要为通过探究教学与其他方法促进学生进行概念转变。其中，“其他策略”主要集中于使用概念图的教学方法，而概念图的使用在生物学科的数据当中表现非常明显，占据全部学科之首。此外不容忽视的是，生物学科在多媒体、驳论文本、实验和科学史哲方面的教学策略研究出现了空白。说明本学科在概念转变课堂教学策略的表现上还存在着提升空间。

3 结论与启示

学生对于科学核心概念的理解一直是我国教育研究中强调的目标之一［5］。以核心概念为代表的科学知识在包括小学科学、中学科学、物理学、生物学、化学等理科课堂教学中都应处于非常重要的地位［6］。其中，概念转变的话题是不容忽视的。而对概念转变研究热点的分析能帮助研究者把握国际相关研究的走向，促进我国概念转变教学研究更好地发展，进而帮助学生更好地理解科学概念，提高科学素养。研究在分析的同时也为广大一线教师与教育研究工作者提供了很多思路与启示。

3.1 概念转变影响因素研究热点的新变革，更多关注课堂教学 国内外概念转变影响因素研究热点的分布情况给未来研究提供了新的思路。在国际上将实证研究作为主流研究形式的同时，可以看到国内的实证研究类文献在质量与数量上仍旧存在相当多的提升空间。如结果所示，先验知识与课堂教学是2 个国内外比较差异最大的模块。很长一段时间以来，我国关于概念转变影响因素的研究大多集中在描述学生前概念上，而将课堂教学实践的干预研究放在其次。然而研究者必须意识到，教育的真正目的应当是让学生在实际的学习生活中能够获得必要的知识、技能与态度。在学生先验知识探查的关注度显著提升，相应成果不断增多的今天，如何向课堂教学实践迈出更坚定而迅速的步伐，将是未来研究的趋势。而这一点的实现既离不开教育研究者，更离不开广大的一线教师。

对于研究者而言，未来应当对概念转变各方面影响因素给予更加均衡的关注，特别是更多关注于课堂教学方向。例如通过相关的专业发展培训与文献书籍撰写，帮助教师了解如何在课堂中具体应用概念转变教学的相关策略，真正解决他们在实践当中遇到的疑惑与困难；而对于一线教师而言，应该在理解概念转变教学理论定义的基础上，充分认识到其在课堂教学中的重要实践价值，借助现有的关于学生前概念探查的众多研究成果，主动通过应用概念转变教学策略帮助学生理解重要的科学概念，进而切实提升其科学素养水平。

3.2 尝试不同教学策略，弥补研究空白 针对课堂教学而言，通过对不同概念转变课堂教学策略的分析研究发现，由于国内近年来不断强调探究式教学，使得其在各类教学策略中所占据的比重相对较高，这是值得研究者欣慰的教育研究成果。但与此同时，教育工作者也应当看到其中的研究缺口与空白。其中就包含了多媒体设备、驳斥文本以及科学史哲在教学中的应用。

多媒体教学设备的应用于近年来开始得以广泛普及，各类软、硬件产品成为教学中的新兴辅助工具。然而如何真正有效利用这些设备帮助学生理解科学概念，而不是仅仅作为丰富课堂表现形式的“道具”，是值得教师仔细思考的问题。科学史哲与驳论文本虽然在近年来的教育研究中开始兴起，但在一线教学中的出现却相对较少。有学者提出，科学理论的迅速发展与实践研究的滞后，造成了理论与实践之间的鸿沟越来越大［7］。如何将这些理论成果转化为课堂实践的可行性策略与工具，则是教育研究者，特别是从事概念转变与教师专业发展相关领域的研究者所要致力的方向。

3.3 生物学科对概念转变教学的深入实践 通过分学科对比的数据可以得知，生物学科在概念转变教学的相关实证研究上总量仍然不高，且存在着一定的策略应用空白区。这就给生物学教师与学科教育研究者提出了更高的要求。

首先对于生物学教师而言，在中小学阶段的生物学课堂中应用概念转变相关的教学策略是具有重要意义的。相比于其他学科，生物学在儿童日常生活经验中的渗透更加明显，因此这个阶段的学生在进入课堂时已具备了相当完备的生物学前概念知识结构，而这些从日常生活中提炼得出的朴素理解时常存在错误。概念转变相关策略的应用可以较为高效地帮助学生建立科学的概念理解，从而为后续学习较为复杂的诸如光合作用、呼吸作用等生物学概念打下良好的基础。其次对于研究者来说，利用实证研究有针对性地关注生物学研究领域内的缺口，有助于促进学科内各种教学策略的均衡发展，在成果产出较高的同时，也能更好地辅助一线生物学教师进行实践操作，开展有效的生物学教学工作。

4 讨论与展望

研究结果表明，国内外关于概念转变影响因素的研究热点确实存在一定的差异。就目前来看，国际研究更加关注于概念转变的课堂教学，而我国则更加关注于学生前概念的探查；在概念转变教学策略分析，国内关于探究式教学的应用较好，而多媒体设备、驳斥文本及科学史哲的应用方面多有欠缺；其中，生物学科在全部科学学科中尚有很大的发展空间。

国内外关于概念转变影响因素研究热点的差异对研究者与一线教师而言，既是挑战，又是快速前行的契机。概念转变课堂教学方面相对较少的研究，一方面指引研究者投入更多的精力促进理论向实践的有效转化，另一方面也将指引一线教师在课堂中更多地进行概念转变教学，切实帮助学生理解科学概念。国内外不同概念转变教学策略热点的差异，则为教育工作者指明了研究空白与未来的前进方向，在成果产出的同时，也将为领域内各种策略均衡发展提供帮助。上述这些科学教育方向上的优势与不足，也更加值得专注于生物学教育的研究人员与教师深入思考，帮助生物学教学在学科教学中更好更快地前行。