在过去三十多年里，基于概念转变理论(Theory of Conceptual Change)的科学教育研究已成为一种范式，涌现出大量有关学生错误概念和概念转变的研究成果。当前概念转变理论不断受到质疑，主要是在实践中开展的大量研究显示很多错误概念无法实现概念转变，经过科学教学之后学生原有概念与科学概念是并存的^[1]，概念转变理论对实践的指导意义逐渐消弱。从20世纪80年代经典概念转变理论的形成、发展到当前面临的挑战，反映了研究者对科学学习基本观点的一些变化，分析这种变化将给予我国当前科学教育研究一定的启示。

1982年，美国康奈尔大学的波斯纳(Posner G J)等人发表了题为《科学概念的顺应：关于概念转变理论》的文章^[2]，基于科学哲学和发展心理学提出了科学概念学习的一种模型——概念转变模型(Conceptual Change Model，简称CCM)。他们类比库恩(Kuhn T)对常规科学研究及科学革命的描述和皮亚杰(Piaget J)关于学习的“同化”和“顺应”机制，认为常规科学类似于同化过程，意味着个体获得知识的过程中没有改变潜在的概念框架(Conceptual Framework)，这种“概念框架”是从库恩描述科学研究的“范式”一词引申过来的。如果学生形成了新的概念框架，这种学习过程类似于顺应。科学概念与日常概念对学生来说是不同的概念框架，所以波斯纳等人指出科学学习应当是从日常概念到科学概念的一种概念转变的过程。这一理论提出后立即引起国际研究者的重视，并指导科学教育研究产生了大量成果，成为科学教育研究的一种范式，被称为是经典的概念转变理论^[3]。

经典概念转变理论是从认识论的角度阐述了学生科学概念学习的过程，所谓的认识论指的是学生对科学概念及其学习过程的认识。在概念转变过程中学生需要知道学习科学概念是转变自己头脑中的日常概念，并且指出概念转变的4个条件：对原有概念的不满意；新概念的可理解性；新概念的合理性；新概念的有效性。这4个条件描述的是学生对新概念特征的认识状态，每个条件总是以它前一个条件为前提。波斯纳等人指出只有当学生认识到科学概念的有效性，学生的错误概念才会被科学概念所取代。学生的认识处在之前任意阶段都不可能实现概念转变。一些研究者常常从本体论的角度将可理解性、合理性和有效性看作是新概念的特征，这其实是对经典概念转变理论的一种误解。

1992年,波斯纳等人对概念转变理论稍作修正^[4]：(1) 将“对原有概念的不满意”看作是受学生的动机及情感因素影响的，决定了学生是否想要转变原有概念或者能否接受新的概念。(2) 把调节学生对新概念可理解性、合理性和有效性认识的个体经验背景统称为“概念生态圈”(Conceptual Ecology)，包括“反例(Anomalies) ”“ 类比(Analogies)和比喻(Metaphor) ”“经验”“ 认识论信念(Epistemological Commitments) ”“ 形而上学的信念(Metaphysical Beliefs)”等。学生发生概念转变的过程中，概念生态圈的各个要素都会影响学生做出决定，反例的存在诱发了学生对原有概念的不满，在经验基础上的类比和比喻提供新的观念使得新概念变得可理解，认识论信念用于判断新概念的合理性，形而上学的信念是对整个科学的认识，决定了学生何时接受或者抛弃新概念。

经典概念转变理论提出后，20世纪80-90年代期间涌现出大量关于学生错误概念和概念转变的研究，形成了认识论、本体论、社会、情感等多种视角的基于概念转变理论的研究范式，研究者就错误概念和概念转变的研究结果达成了一定的共识。在进一步发展过程中概念转变理论受到建构主义思潮的影响，到20世纪90年代末，“概念转变”逐渐变成了从建构主义的视角描述知识建构的代名词^[5]，虽然很多研究者仍然使用这一术语，但内涵相去甚远，并且出现很多质疑概念转变理论的研究，研究者之间争议不断。

继经典概念转变理论之后，美国威斯康星大学的休森(Hewson P W)沿着认识论角度继续深入研究；美国纽约大学的凯瑞(Carey S)、伊利诺伊大学的沃斯尼亚杜(Vosniadou S)和亚利桑那州立大学的齐(Chi M T H)等研究者从科学概念本体出发研究概念转变，被称为是本体论视角；美国密歇根大学的宾特里奇(Pintrich P R)从情感因素出发，主要针对概念转变过程中学生的动机展开了系统的研究。直到1997年澳大利亚科廷大学的泰森(Tylson L M)等人综合了这些视角下的概念转变理论，提出了多维课堂概念转变的框架。概念转变理论的这些研究成果已经被介绍到我国科学教育中来。

20世纪90年代后，研究者开始注重社会文化背景下学生的概念转变。从社会文化视角看，课堂是一个复杂的社会环境，学生和教师的经验背景不同，造成了多种文化体验交织的局面。课堂中的概念学习和教学实质是教师和学生在各自经验基础上展开对话和思想交流的过程，因此学生和教师之间、学生和学生之间的思维和对话具有异质性(Heterogeneity)。巴西米纳斯联邦大学的莫蒂默(Mortimer E F)等人引申了法国哲学家巴什拉(Bachelard G)的认识档案(Epistemological Profiles)(巴什拉指出断裂、障碍、档案和行为是概念的4个核心范畴)^[6]，提出了“概念档案”(Conceptual Profiles)，用“档案”形象描述概念所处的社会文化背景，并且认为概念转变的过程是概念档案的变化^[7]。例如，教师在讨论原子结构时通常使用卢瑟福的核式模型和玻尔的电子层模型，而当解释物质的三态变化时使用道尔顿的实心球模型，又在讨论化学反应时换成了路易斯电子模型。这反映了通过语言交流的概念都离不开谈话者的经验及所处的情境，概念本身是在情境中具有意义的。因此概念档案描述的是学生将科学概念应用于情境中的思维方式及类型，学生概念转变的过程不是“概念”转变了，而是概念的情境进行了重构。

从20世纪80年代之后有关概念转变的研究呈现急剧上涨的态势，及时总结研究成果对之后研究具有重要意义，一些研究者也致力于此项工作。在美洲，作为该领域研究的领军人物——康奈尔大学的诺瓦克(Novak J D)在1983年和1987年分别组织召开了“国际科学与数学错误概念和教学策略”会议，他总结了2次会议中研究者普遍研究的内容及出现的问题^[8]：(1) 对“错误概念”和“相异构想”的定义仍是一个问题，主要表现在有的研究者认为要消除错误概念，有的认为应该消除那些顽固的错误概念，还有的认为顽固的错误概念是无法通过教师和教科书来消除的；(2) 20世纪80年代，建构主义的思想渗透进来，强调科学概念意义建构的自主性，这种自主性是通过认识论(Epistemology)因素来体现的，主要表现在对科学本质的认识和对科学知识产生过程的认识。建构主义的思想与概念转变理论相互影响，教师的专业发展也被当作是一种概念转变的过程，这个观点在当时还仅是一种想法，并没有太多的研究成果；(3) 将元认知的研究引进来，体现了研究者对“学生如何学习”这一问题的关注，概念图和V型图被认作是2个有效的元认知工具，帮助教师指导学生进行有效的概念转变。诺瓦克还指出了今后概念转变研究的方向，一方面应当着重关注科学学习心理学的研究；另一方面认为学校和课堂是一个复杂的社会环境，当时很少知道社会因素是如何促进和阻碍错误概念的产生或修正的，他呼吁之后的研究需要了解更多关于社会学、人种志和语言学来解释学习者是如何获得及交流他们的想法的。

在欧洲，德国基尔大学的芬德(Pfundt H)和杜伊特(Duit R)将英国和德国有关科学教育及学习的四十多种权威期刊、出版物上刊载的有关科学概念研究的文章进行整理，定期发布综合目录，为研究者分析和把握研究的共识和趋势提供了重要的基础。1994年美国路易斯安那州立大学的万德西(Wandersee J H)、哈佛大学的明茨基(Mintze J J)和诺瓦克参考了杜伊特等人的综合目录，总结了国际研究者对错误概念和概念转变达成的8个共识^[9]，分别是：(1) 学生带着各种各样关于自然事物或事件的想法接受正规的科学教育；(2) 学生的错误概念超出了年龄、能力、性别和文化的界限；(3) 错误概念是顽固的，传统教学难以使其改变；(4) 错误概念通常与之前科学家或哲学家的观点类似；(5) 错误概念来自于学生的多种体验，除直接观察和感知外，还包括教师的教学和教学材料；(6) 教师通常持有与学生类似的错误概念；(7) 学习者先前知识与教学知识相互作用，产生各种非预期的学习结果；(8) 促进概念转变的有效途径是在课堂中设计有效的教学工具。这一综述奠定了之后科学概念学习研究的重要基础，具有里程碑式的意义。

概念转变理论发展过程中一直伴随着研究者对某些问题的探讨：概念转变过程中，学生最初的概念发生了什么变化，是概念框架的变化还是知识的丰富？概念转变是革命性的还是进化性的？概念转变是全面的还是具体领域的？概念转变是否与学生的年龄有关系等。伴随着实践研究仅发现很少的学生发生了明显的概念转变^[10]，概念转变理论本身的含义也受到了质疑。目前研究者争论的问题主要集中如下：

(1) 经过科学概念学习之后，错误概念还存在吗？对这个问题的回答表明了研究者对“概念转变”过程中“概念”的不同看法。受到建构主义的影响，概念转变从重大的概念结构重组到微小的知识增加被划分为不同程度^[11]。因此，有的研究者将错误概念或者相异构想看作是概念框架，认为经过科学概念学习之后，仍然顽固地存在^[12]；而一些研究者认为错误概念或相异构想随着科学概念的学习是可以抛弃的^[13]。

(2) 错误概念能够明显表达出来吗？“相异构想”和“错误概念”这2个术语的明确定义在国际研究者来看仍然是一个未解决的问题。从问卷、访谈中获得的一系列数据能否确定就是学生的相异构想？有研究者指出学生能够比较明显地表达出他们的错误概念^[14]，而有的研究者坚持认为错误概念或相异构想类似于学生的认知结构，仅在直觉水平上加以应用，不能直接表现出来，只能够从获得的数据中推测学生的相异构想^[15]。

(3) 错误概念或相异构想是否有利于之后的学习？有些研究者认为错误概念或相异构想会阻碍学生的学习，而另一些研究者产生质疑，如果学生所有的相异构想是不利于学生学习的，都可以被抛弃，那么他们该如何去建构新知识？最初提出“相异构想”这一术语的研究者德瑞弗(Driver R)指出相异构想是达到科学概念学习之前,科学概念学习轨迹的一个中间概念^[16]。

(4) 错误概念或相异构想在认知结构中是什么结构？相异构想通常被定义为与科学概念不一致的概念，在学生认知结构中是以何种方式存在的？有的研究者认为相异构想整合在一种类似于理论的框架中^[17]，有的研究者认为相异构想是认知结构中一些零散的知识^[18]。

经典概念转变理论经过三十多年的发展已经与当初的含义产生了很大的不同，在当前的研究中面临着各种挑战^[19]，这些挑战给我国科学教育研究一定的启示。

诊断学生错误概念的方法有纸笔测试、访谈、概念图等，我国研究者已经对这些研究方法进行了介绍^[20]。当前很多研究仍旧使用上述单一方法来收集学生概念转变前后的数据，数据一般是通过归纳学生的回答，并且与科学概念对比得来的。报道出的结果根据数据变化说明学生是否发生概念转变或者表示概念转变的程度。这些数据是否可以表示学生的概念还是一个争议的问题，通过数据的变化也难以区分学生已有的概念和获得的新概念，另外对选择的样本以及数据处理的信度和效度关注还不够。

如何借助一定的研究方法说明学生发生了概念转变？一方面，今后研究需要整合上述研究方法开发高质量的概念量表，以有效地诊断学生概念转变的效果^[21]。另一方面，质性研究的方法显示了寻找概念转变有效证据有利的一面，如三角互证方法将不同研究方法解决同一问题得出的结果进行整合，不仅检验了研究方法的适用性，而且增强了研究结果的有效性。话语分析方法从社会学、语言学等视角对课堂观察、访谈、出声思维的结果进行分析，揭示数据背后学生概念可能发生的变化。现象图析学的方法针对概念学习的具体现象，从学习者的经验出发描述概念学习的过程，能够较为真实地反映学生概念转变的情况。今后概念转变研究面临的挑战之一是研究者要加强规范使用研究方法的意识，需要结合定量和定性的研究方法，寻找及确定学生确实发生概念转变的有效证据。

理论和实践往往存在很大的差距，概念转变理论指导的课堂教学很少发现学生明显的概念转变，这是概念转变理论在现实中遭遇到的巨大挑战。事实上，课堂中教师的教学和学生的学习是非常复杂的活动，概念转变的教学不是发生在一两节课或者一两个学期中，很少的研究能够明确指出这种局限性并且告知教师。在实践中衡量教师教学质量的标准也不应全是学生发生概念转变，概念转变理论的提出让研究者和教师关注到了学生的错误概念，这一点对学生的学习是非常重要的。

课堂是一个复杂的环境，研究者往往是从某一视角对课堂中的概念转变进行研究，而教师的概念转变教学是一项在课堂中与不同背景和知识经验的学生展开对话的复杂活动，从社会文化视角研究的结果来看，教师的文化背景和知识经验将会影响到课堂中学生概念转变的效果。所以研究者所开发的概念转变教学工具及教学策略被不同教师采用时发挥的效果不一样，这也是在课堂中很少发现明显的概念转变的原因之一。今后概念转变教学面临的另一个挑战是，教师要能够甄别和评价研究者开发的概念转变教学工具在课堂中的有效性和局限性，将那些成功地实现学生概念转变的案例及具体的教学策略引入课堂，才能够使概念转变的研究成果成功地转化为教学实践的力量。

经典概念转变理论中的“概念转变”指的是科学概念取代日常概念，日常概念往往被认为是与科学概念具有不同“范式”的错误概念。虽然当前大多数研究者仍然使用“概念转变”这一词，但与经典概念转变理论的内涵相差甚远。泰森总结了这些研究，按照不同程度的概念转变将其划分为3个层次^[11]：(1) “丰富”，属于最小程度的概念转变，主要是知识的积累，在一定程度上,丰富不能当作概念转变；(2) “弱修正”，在具体概念水平上发生的变化，包括新概念的形成和旧概念的修正，是一种微弱的概念转变；(3) “强修正”，属于较大的概念转变，是整个概念框架的替换，这些概念是科学理论中的基本概念或核心概念，经典的概念转变理论指的就是这种重大改变。含义的变化正是不同研究者出现争议的根本原因，这也体现了研究者对“概念转变”中“概念”的理解是不同的。我国科学教育研究者开展概念转变研究时对“概念转变”一词的内涵也出现了多种理解。

经典概念转变理论经过三十多年已经从认识论、本体论、社会、情感等各个视角得到了发展，并取得了丰富的成果，能够从不同方面解释科学概念学习这一复杂现象。然而“概念转变”含义不清晰，将会导致研究不能够在同一视角下进行对比或者对不同视角的研究结果进行整合。在不违背经典概念转变理论从认识论角度对“概念转变”做出阐释的基础上，如何融合多视角进一步明确“概念转变”的含义，使概念转变理论更加适应当前研究的现状及今后研究的趋势，这将是概念转变理论面临的又一挑战。