概念為本的教學與學習 CONCEPT-BASED TEACHING AND LEARNING: A REVIEW OF THERESEARCH LITERATURE

Jane Medwell, David Wray

Nottingham University (United Kingdom)

Warwick University (United Kingdom)

摘要

Hilda Taba 在其關於概念本位教學與學習（CBTL）的開創性著作中，強調教學應更著重於概念理解，而非僅僅傳授事實。CBTL 的目標是促進概念的學習，進而支持想法的產生與理解、知識和技能的遷移，以及對知識本身採取批判或反思的觀點。本研究旨在批判性地回顧相關研究文獻，以確定 CBTL 的本質和有效方法。本回顧探討了概念的本質和概念理解的發展，進而探討概念本位教學法的關鍵特徵。

關鍵詞： 概念本位教學、概念學習、概念發展。

1. 緒論

1.1 為何要採用概念本位教學與學習？

概念本位教學與學習（CBTL）擁有悠久的教育歷史。Hilda Taba 在 1960 年代初期的思想，促使人們重新思考學科內容和教學方法 [1]。Taba [2] 主張，為了有效教學，教師需要理解知識的層次：從事實到基本概念和原則。如果過快地呈現太多事實性資訊，學生將難以在新資訊與他們腦海中已儲存的資訊之間建立聯繫。她認為，當事實僅僅被死記硬背，而沒有與先前已知的資訊連結時，學生會很快忘記這些背誦的事實。自 Taba 的研究以來，後續研究支持了概念性知識（而非僅僅是事實性知識）的教學的重要性 [1]。

當然，學校對事實教學的重視並未消失。在世界許多地區，死記硬背似乎仍然是課堂教學的一個關鍵要素，這表明事實和資訊通常被認為比人腦的實際運作方式更重要。這並不意味著事實是多餘的。一些評論員強烈反對這種說法 [3, 4]，他們認為知識基礎對於「受教育」至關重要，而新知識的理解則依賴於先前獲得的知識網絡。然而，在現今世界，我們總是可以利用 Google 查找資料 [5]，事實的用處可能相對較小。學校如何確保學生所學的知識在他們完成義務教育時不會變得過時？

1.2 從事實到概念

所有知識都存在於不同的複雜程度 [6]。事實性知識在學習中確實佔有一席之地，但其本身可能無法培養學習者將知識應用於特定情境的能力。人類的思維似乎不僅處理事實，還處理更大的概念。這兩種知識需要連結起來，才能在各種情境中應用。例如，您可能在金天餐廳吃四川干貝。知道這件事是事實記憶，或稱「情節記憶」。但知道四川是中國的一個省份，其食物往往偏辣，以及干貝是貝類，這些都是概念性知識的形式。情節記憶是特定於時間、地點和個人的。相反地，概念性知識往往在特定文化中的個體之間共享。

因此，研究表明，學習者需要跨越他們在學習中遇到的資訊建立聯繫，發展和運用所謂的「大概念」，以理解大量的經驗和看似孤立的事實 [7]。並非事實不再在學習中佔有一席之地，而是以不同的方式被使用。「大概念」幫助學習者在先前的知識和理解之間建立聯繫，並根據新的知識和理解來擴展、建立，甚至可能修正這些聯繫。經常用來描述這些概念的術語是基模（schema）[8]。

概念和事實需要不同的教學方法，這似乎是合乎邏輯的 [1]。教學可以通過直接教學或探究式教學進行。研究人員 [9] 認為，就學生的學習成果而言，直接教學是一種更優越的方法，儘管這一結論並未得到普遍認可。例如，有人認為 [10]，所有學習都涉及某種形式的知識建構。什麼樣的教學最能支持這種知識建構（或學習），這個問題至關重要。事實可以直接教授，但學習者建構概念的過程是如此獨特，很難想像它們如何能直接從一個人傳遞給另一個人。概念本位學習需要新的教學方法。

1.3 研究問題

本研究旨在進行文獻回顧，以確定 CBTL 的有效方法。本研究的研究問題是：

1. 什麼是概念？它們通常如何在學習者中發展？這種發展如何受到教學、成熟和/或經驗的影響？

2. 已經提出了哪些 CBTL 模型？這些模型如何與典型的概念發展相一致？

3. 哪些教學方法和策略似乎有助於概念理解的發展？

2. 研究方法

像本研究這樣的次級研究，是基於對某個領域的研究論文（初級研究）的分析。它們的目的是提供一個主題領域的概述，從現有研究中得出結論和啟示，並確定是否存在需要更多初級研究的子主題 [11]。為了實現這一目標，我們首先需要找到這些研究論文，而關鍵的一步是開發一個可以應用於現有已發表研究論文數據庫的搜尋字串。我們最初的搜尋詞包括：「概念」、「概念發展」、「概念本位教學」、「概念本位學習」，所有這些都使用布林運算符 OR 組合。最初的搜尋字串使用諾丁漢大學的 NuSearch 系統進行了測試。最初的回傳結果產生了超過 170 萬筆資料！顯然需要更多的過濾。搜尋引擎提供了幾個潛在的過濾器。選擇了以下過濾器：

全文可線上獲取 AND 日期從 2000 年至 2018 年 AND 以下任一：同行評審期刊；文章；會議論文集；學位論文；論文。

應用這些過濾器的效果是將結果縮小到 1821 篇論文。然後，我們瀏覽了整個結果列表，檢查標題和摘要，並刪除了那些不符合我們實用性標準的論文。被丟棄的項目範例包括專門處理高等教育情境的文章，以及處理特定學科的概念結構（與此概念結構的教學和/或學習不同）的文章。因此，會影響我們文獻回顧的最終論文清單來自此搜尋來源的有 95 篇。使用類似的過程來檢查使用華威大學 Encore 搜尋系統的可能材料。這不可避免地產生了許多重複項，但有 5 個結果是我們過程中新的。

然後，根據我們研究問題定義的主要主題，對選定的論文進行分類。每篇論文都被略讀，特別注意其摘要和結論，然後分配給最適合的研究問題（有時不止一個）。

此時，我們已準備好詳細閱讀我們收集的論文。也正是在這一點上，進行了任何必要的滾雪球法，使用已發表作品的參考文獻列表（向後滾雪球）或檢查引用索引中的作品（向前滾雪球）。以下報告的最終審查是基於對 158 篇論文/書籍的閱讀。

3. 研究結果

3.1 研究問題 1：什麼是概念？它們通常如何在學習者中發展？

在人類知識的背景下，知識表示被定義為 [12]「一種系統化人類知識的方式」。這種表示的一個核心部分包括闡述：(a) 一組關於世界的概念；(b) 這些概念之間的關係 [13]。要理解我們人類如何認識世界，考慮概念的本質、它們如何結構化以及如何擴展和加強，似乎至關重要。作為教育工作者，我們還需要了解如何通過教育確保年輕人擁有這些知識 [14]。

概念是物體、事件或其他實體類別的心理表徵 [15]。我們每天識別和交流數千個概念，大多數情況下沒有任何有意識地學習它們。概念是意義建構和交流的基礎，幾乎無法想像在不使用概念的情況下進行交流。即使是一個簡單的活動，比如向另一個人描述我的可卡犬，如果沒有「狗」、「動物」、「朋友」等概念提供的捷徑，也會非常複雜。我將不得不描述這個四條腿、毛茸茸、快樂的生物的每一個特徵，即使這樣，除非我的聽眾見過這隻動物並將其與我的描述相匹配，否則這個過程將非常「碰運氣」。我不能簡單地稱它為可卡犬，因為這本身就是一個概念。我將不得不將我的描述與許多其他類似生物的描述聯繫起來，指出我的例子和其他可能例子之間的異同。沒有概念的交流是不可能的 [15]。

這裡提到的概念通常被稱為自發概念 [16]，兒童會自然地根據他們在日常生活中遇到的物體以及他們對這些物體的感知來建構這些概念 [17]。這種自發概念是以自下而上的方式建立的，基於有限的經驗和觀察。它們沒有提供對任何給定主題的深入或系統的說明。相比之下，其他概念是以自上而下的方式建立的，兒童首先在家中或學校的教育體驗中遇到概念的口頭定義。然後通過對屬於此概念類別的單個物體的體驗來舉例說明該定義 [16]。旨在實現特定目的的有組織的教學，喚起了兒童對概念的意識 [18]。然後，他們有機會練習和擴展他們所學的知識，直到他們能夠控制所討論的概念。關鍵因素是，科學概念可以在不同情境中推廣，而自發概念是對特定經驗進行分類的方式。

因此，似乎從很小的時候起，人類就建立了理論來解釋他們的世界 [15]。通過經驗、反思和刻意教學，人類在學習過程中添加和發展概念。適應和重組這些理論的認知過程是概念轉變 [19]，這是一種皮亞傑式的模型，學習者根據新的學習逐步重組他們現有的知識。有時，新概念可以被同化到現有的認知結構中，但有時，新資訊可能會導致更徹底的重組或調適，因為兒童試圖將他們正在學習的內容與現有的心智模型結合起來 [20]。

皮亞傑 [21] 的認知發展理論也許是所有此類理論中最著名的。它來自對兒童（包括他自己的孩子）在自然環境中（而不是在實驗室中）的廣泛觀察，並且具有巨大的影響力，幾乎奠定了建構主義學習模型的基礎。然而，今天，它被認為相對幼稚，並已被大量關於概念發展過程的研究結果所取代。關於幼兒概念發展的研究得出了四個關鍵主題 [22]。

• 主題 1. 概念是工具，提供了一種組織經驗的有效方式。因此，它們對兒童的推理產生了強大的影響——既有正面的，也有負面的。然而，概念不僅僅能有效地組織記憶中的資訊。它們還為一系列認知任務提供重要功能，包括識別世界中的物體、形成類比以及進行超越已知知識的推論。

• 主題 2. 即使是學齡前兒童也能夠對抽象概念進行推理。兒童和成人通常被認為處於各種二分法的對立面，從感知到概念，或從具體到抽象。然而，作為對兒童能力的描述，這種二分法是不充分的。通過適當敏感的任務，兒童可以展現出他們日常行為中可能不會出現的能力，並且可能超越發展模型所聲稱的他們可以做到的事情 [23]。

• 主題 3. 兒童的概念在不同學科領域、不同個體或不同任務中並不統一。專業知識可以產生驚人的強大影響，專家似乎並不比新手更聰明或更有技能，但擁有優越的知識，這些知識局限於他們的專業領域 [24]（Chi，1978）。

• 主題 4. 兒童的概念反映了他們對世界的新興「理論」。如果兒童的理論不準確，他們的概念也會有缺陷，但它們仍然可能影響他們更廣泛的思維。[25]。

概念是心理建構，因此概念的學習是以大腦為中心的，儘管它可能通過實踐經驗得到輔助。當然，我們知道，當有很多機會體驗一個概念的實例時，這個概念對學習者來說就變得有意義 [26, 27]。由於概念具有高度的情境性，選擇哪些概念適合特定年齡組的學習者需要教師做出價值判斷 [28]。「概念」這個概念涵蓋了廣泛的可能選擇，其抽象和/或普遍性程度各不相同 [29]。有人區分了 [30]「關鍵概念」（更大、更普遍、更抽象的概念，例如變化、權力、真理）和更「日常」的概念（更具體，通常更具體地與特定學科和情境相關）。有人認為 [31]，由於概念思維涉及學習者在他們已經熟悉的概念和可能挑戰這些概念的新思想之間建立聯繫，因此確保學習者正確理解基本概念並能在它們之間建立聯繫非常重要：也就是說，他們被教導要進行概念性的思考和學習。由此可見，如果規劃的課程重點是深入探討每個學科中的一些關鍵概念，而不是試圖以膚淺的方式涵蓋大量材料，可能對學習者更有益。

學生在特定知識領域的背景下學習概念時，學習效果最好，而不是在更一般的情境中學習 [32]；學生在解決真實問題的過程中學習概念時，學習效果最好，而不是將資訊片段作為孤立的事實來學習 [14]。這些情況似乎也成立。

3.2 研究問題 2：已經提出了哪些 CBTL 模型？這些模型如何與典型的概念發展相一致？

從上述內容來看，進行概念教學似乎很有意義——然而，這引出了一個問題，即什麼構成了概念教學。Erickson [33] 認為，它超越了單純的事實獲取，而是側重於教授學科的「大概念」，使用適當的內容、資訊或事實來支持這些概念的學習。據稱，教師不必教授學科中的所有事實內容。相反，他們需要選擇和重組與學習者理解這些大概念相關的內容。在傳統課堂中，常規往往涉及直接教學，教學通常涉及以順序方式涵蓋教科書中規定的學科內容。這種方法意味著必須涵蓋所有內容，並且這些知識是獨立教授的，與課程的其餘部分或先前知識的聯繫有限，學習的遷移也有限。在概念本位教學中，目標完全相反。在這裡，教學側重於概念和概括，教師選擇和重組特定和相關的內容材料以支持已確定的大概念的學習。他們可以預先告訴學生概念和概括是什麼，然後為他們提供足夠的內容材料（或使他們能夠自己找到這些材料），使他們能夠用事實等「充實」關鍵概念。或者，他們可以引導學生完成適當的活動，以幫助他們歸納出對大概念的理解。無論哪種情況，教師的角色都是協助學生看到概念和概括之間的模式和聯繫，並與課程的其他部分以及他們更廣闊的生活建立聯繫。

當然，關於如何實施這種教學和學習，並非只有一種模型。將審查和討論一系列概念導向教學和學習的替代模型。

1. Applebee 課程整合模型

Applebee [34] 對課程的討論反映了概念本位課程的預期結果（儘管他沒有提及該術語）以及學生應該接觸和參與的內容。他認為，課程「不應強調知識是需要掌握的資訊體，而應將知識視為行動，視為文化實踐中的活動，視為學生通過話語傳統融入學術學科價值的過程」（第 9 頁）。這就是我們現在認為的概念本位課程。對於 Applebee 來說，課程不應由項目、資訊和事件列表組成，而應組織起來使學生能夠參與廣泛的對話，具有高質量的語言片段和適當的廣度。

2. 5E 教學模型

關於概念本位教學使用的報告已開始出現在教育研究文獻中，涉及廣泛的課程科目和年齡階段。例如，在一些關於天文學的幼兒工作中 [35]，為了避免淡化內容的錯誤，採用了概念本位的方法，包括使用建模、演示、解釋和提問，設置在 5E 教學模型 [36] 中，使用 5 個階段的活動：參與、探索、解釋、闡述和評估。儘管沒有提供關於在這種教學後對兒童學習進展進行的任何評估的詳細資訊，但它因其對幼兒的刻意關注而值得注意。

3. STS 方法

國家科學教師協會 [37] 提出了一種經過定量評估的教學模型。這種科學-技術-科學 (STS) 科學教學方法的目的是培養決策和解決問題的技能，以幫助學生理解社會科學問題 [38]。它的好處在於讓學生參與嘗試解決與他們日常生活相關的問題，並尋找用於此目的的資訊。在一項針對 609 名 12 至 16 歲學生的研究中 [39]，在科學課上體驗 STS 方法的學生比接受更常見的教科書導向方法教學的學生更能成功地將基本科學概念有意義地應用於新情境。

4. 圖形組織者模型

該模型 [40] 的特點是三個獨立的組成部分：

1. 教師確定作為教學目標的概念。

2. 開發圖形組織者以向學生闡明此概念。

3. 學生掌握概念的成功與否，是通過他們在一系列實例中對概念的使用來衡量的。

該模型的一個關鍵特徵是使用開放式論文這種創新的評估工具。據報導 [40]，採用概念本位方法的學生在這些開放式評估中表現得更好，這些評估要求他們用新的例子來說明概念，並且能夠展示更高層次的思維。

5. 整合課程模型

整合課程模型 [41] 是為資優學習者開發的，重點圍繞三個維度：

1. 強調學科中的高級概念知識。

2. 提供高階思維和處理。

3. 圍繞定義學科理解並提供跨學科聯繫的主要問題、主題和思想組織學習體驗。

支持該模型的基本教學過程本質上是建構主義的，包括要求學生：

1. 識別概念的例子，2) 組織和反思它，3) 提供概念的反例，4) 發展概括，5) 將這些概括應用於以前和未來的知識。

ICM 的獨特之處不僅在於它專門針對資優學習者，而且還接受了廣泛的研究評估 [41]，其中多次證明了學生學習的增強。

6. 理解設計 (Understanding by Design)

另一個流行的強調概念本位教學的課程規劃模型是理解設計 (UbD) [42]。該模型有許多獨特的特徵，其中最具影響力的可能是「逆向設計」的概念，其中教學從單元或課程的目標開始——期望學生學習和能夠做什麼——然後「倒退」創建課程來實現這些期望的目標。這背後的基本原理是，從最終目標開始，而不是從第一課開始，有助於教師設計一系列課程、問題、項目、演示、作業和評估，從而使學生實現課程或單元的學術目標——也就是說，真正學習他們應該學習的內容。

UbD 的主要目標是學生的理解：理解「大概念」並遷移他們學習的能力。當學生自主地將他們的學習遷移到真實的表現時，就證明了這一點。教師被視為理解的教練，而不僅僅是內容的傳輸者。儘管開發人員 [42] 聲稱他們的 UbD 理念和材料（尤其是在美國）具有巨大的滲透力，但迄今為止，幾乎沒有經驗證據表明他們的課程模型在學生學業成就方面的有效性。有一篇論文 [43] 回顧了支持該模型的研究證據。

7. Erickson 模型

最後一個要審查的概念本位教學模型是 Erickson 的模型，該模型一直是國際文憑組織 [44] 課程規劃方法的核心。Erickson 模型的獨特之處在於其三維課程設計模型，她聲稱，該模型允許「關注概念、原則和概括，使用相關事實和技能作為工具，以更深入地理解學科內容、跨學科主題和跨學科問題，並促進概念跨時間、跨文化和跨情境的遷移」（第 4 頁）。

已經有一些關於 Erickson 方法的實證研究，包括一項案例研究 [45]，研究了一所實施概念本位課程計畫的 IB 學校。這項研究的主要結果是，參與的教師確實表達了他們對 CBTL 給予他們的廣泛課程的偏好，這與他們以前使用的更規範的課程方法形成對比。另一方面，這種靈活性確實產生了它自身的問題：教師發現了與他們和他們的同事之間在課程中究竟應該包含什麼以及如何使這些內容對學生連貫一致方面缺乏共識的問題。這種對必須實施創新課程的教師的關注也出現在另一項研究中 [46]，該研究針對在美國多所學校實施概念本位教學的中學教師。出現的主要問題是，實施 CBTL 的成功與否取決於教師接受此類任務培訓和準備的程度。由於缺乏學校支持，本研究中的 8 位教師中有 5 位實際上在研究結束時放棄了 CBTL 方法。

3.3 研究問題 3：哪些教學方法和策略似乎有助於概念理解的發展？

根據 Erickson [33, 27] 的說法，概念本位教學必須超越學生的事實獲取。相反，它是關於教授學科的大概念，使用相關內容、資訊或事實來支持這種教學 [47]。這些大概念採取概念和概括的形式，作為人們可以「掛」新資訊的「鉤子」。如果資訊似乎不太適合現有的概念鉤，他們可以改變鉤子中的想法或構建一個全新的鉤子。

CBTL 過程被描述為一個學習循環，涉及教師組織他們的課程以確保包含探究式教學 [48]。這個循環基於建構主義教學方法，其中強調探究式策略，以允許學生探索和發展概念 [49]。這種循環的一個例子是前面審查過的 5E 教學模型 [36]，對學習循環有效性的研究 [50] 表明它在科學教學中特別成功。

課程結構顯然很重要，但教師和學生在課堂上的互動方式可能更重要。在傳統教學中，這種互動相對簡單——教師主導交流，他們在教室前面教學，主要通過講座和提問，他們的提問往往遵循固定的模式。教師提問的模式，IRF 模式 [51]，可能是課堂上最常見的特徵之一。這種主導的話語模式的含義是，首先，在幾乎每節課上，教師的談話都遠遠多於學生，而且思維路線主要由教師已經確定的序列主導。這似乎與概念主導教學的概念不太相符，概念主導教學將更加強調學習者積極參與思想，有時在課堂方向上起主導作用 [44]。

這並不意味著教師不應該在課堂上提問。然而，有人建議 [52]，可以通過使用指導性問題來支持學習者發展概括，這些問題的性質與傳統的教師問題（大多數教師已經知道答案！）截然不同。指導性問題有三種形式：事實性問題，側重於已確定學生需要知道的內容——「什麼」問題；概念性問題，將這些事實性內容與支持它們的概念聯繫起來——「如何」或「為什麼」問題；開放性問題，有時稱為可辯論或挑釁性問題，可以引發思考和討論。課堂提問是一種傳統上強大的活動，有人建議 [53]，教師可以有效地考慮將蘇格拉底式提問作為一種強大的工具，提出能夠引發學習者深入思考的問題。這涉及一個假設消除的過程，因為通過穩步識別和消除那些導致矛盾的假設，可以找到更好的假設 [54]。

在課堂上進行良好的討論有時被認為是一門藝術而不是一門科學，教師可以用來實現這種對話的具體策略尚不清楚。一種提問策略的分類是 OGEM [55]。

• 觀察。例如，告訴我們你看到……時的情況。

• 產生。例如，你能為……提供什麼解釋？

• 評估。例如，你同意……嗎？

• 修改。例如，有人有不同的看法嗎？

這種分類非常類似於 Alexander [56] 提出的對話式教學模型，並在小學課堂上進行了廣泛的研究，最近的研究 [56] 發現，與可比較的對照組相比，經歷對話式教學干預的學生在學習方面平均多進步了兩個月。

從更廣泛的意義上說，主動學習教學法已被證明可以提高學生的概念理解 [57]。主動學習不僅僅意味著吸引和激勵學生完成課堂練習。相反，活動應該圍繞學習成果設計，促進學生的反思，並讓學生思考他們正在學習的內容 [58]。一項研究回顧 [59] 發現，對主動、協作、合作和基於問題的學習的核心要素有廣泛的支持。主動或行動學習也與基於問題的學習 (PBL) 有很強的聯繫。

概念圖也是一種工具，已被多次證明對學生的學習質量有積極影響 [60, 61]。概念圖似乎允許學生將新知識與現有知識聯繫起來，並促進學生思維的問題解決方法，並且已廣泛應用於各個層次的各種課程中 [62]。

4. 結論

本研究對研究材料進行了詳細審查，在此過程中閱讀和評估了 158 篇論文。本次文獻回顧圍繞三個主要標題進行組織。

1. 根據文獻回顧，概念本位教學與學習 (CBTL) 旨在促進概念的學習，這有助於想法的產生和理解、知識和技能的遷移，以及對知識本身採取批判或反思的觀點。

2. 已經描述了許多 CBTL 模型，儘管並非所有模型都經過嚴格的研究評估。

3. 文獻中將特定的教學特徵與 CBTL 聯繫起來，包括探究式學習、真實的學習活動、對話式討論和概念圖的使用。

參考文獻(略)