- 文献综述（或调研报告）：
1.科学问题解决
近年来，科学问题解决受到了广泛的关注。问题解决是具有目的性和一系列认知操作的过程，问题解决者根据面对的问题条件在脑中进行转化，形成关于问题情境的内在表征，寻找在问题空间中蕴含着的中间环节，从而达到解决问题的目的。其中蕴含的中间环节越多，问题就越复杂[1]。科学问题解决是认识主体（包括个人、团体等）根据特定的知识结构、理论模型，通过缜密的分析和具体的思考，发现关于科学实践中需要解决的矛盾和疑惑，并提出相应的科学理论过程。认知心理学家们依据所涉及的问题是否具有明确的解决方法将问题划分为结构良好的问题和结构不良的问题[2]。
在当今中国的科学教育课程中，通常采用良构问题来考察学生对所学科学概念的问题解决能力。同时这种科学问题解决主要是围绕概念转变展开的。即通过科学教育使学生脱离先验的错误前概念并建立正确的科学概念。最终帮助学生能够学会运用正确的科学概念来解决相关的科学问题。
2.概念转变与冲突
从事科学教育事业的研究者通过一系列的相关研究发现，概念转变作为科学问题解决的核心内容，其具有一定的复杂性和动态性，通常需要经历从错误前概念到正确的科学概念的概念转变过程。科学概念（ScientificConcept）是科学家群体通过对实证研究的归纳、演绎获得的系统的科学知识，它来自科学家群体对世界的认识，反映了客观世界各种现象的本质和规律，对人们的生活和工作具有重要的指导意义。此外，人们还会根据日常生活经验，对客观世界的各种现象形成自己的想法，这些想法通常是基于个人直觉做出的对自然现象的解释，称之为前概念(preconception)。前概念是建立在感性认识阶段的直观知识，有些前概念是正确的,有些则是片面的，甚至是完全与科学概念相违背的。当前概念不符合科学概念时，概念冲突产生,在此情境下,人们在解决相关科学问题时很容易受到前概念的影响，延缓正确结论的获得，甚至得出错误的结论，即出现科学领域的概念转变(preconception-biaseffect)。
然而这种前概念与科学概念引发冲突的现象具有普遍性和顽固性[3]。它存在于物理、化学、地理等各个科学领域，例如人们根据先入为主的日常经验以及低年级的先验知识，会错误地认为摩擦力一定是阻力又或是根据先入为主的日常经验，人们会 认为重量决定物体的沉浮；基于对生活中词语的理解，人们会曲解科学概念， 而错误地认为进行匀速圆周运动的物体速度保持不变；此外，通过在两类概念 之间进行不恰当的类比，人们会从正负电荷相吸错误联想到电流反向的两根平 行导线也将相互吸引。而当高中阶段我们学习到摩擦力是对相对运动和相对运动趋势的阻碍，既可以是阻力也可以是动力这一科学概念时，便产生了前概念与科学概念的冲突。通常教师希望通过科学教育指导学生从前概念到科学概念的概念转变，消除错误前概念对学生思维、学习的影响，实现科学概念的推理与决策。然而，实际研究的结果却表明这种先入为主、范围广泛的前概念是根深蒂固的，会在人的思维中形成定势。即使是接受过正规科学教育的人，在解决科学问题时仍有可能舍弃科学概念，在科学问题解决时再一次回到前概念水平进行推理与决策[4]。例如，斯坦福大学的优秀毕业生仍然将四季成因解释为日地距离变化而非太阳倾 斜角度的变化[5]。这种普遍而顽固存在的概念转变是产生科学认知偏差、阻碍科学概念获得、影响科学思维发展的重要原因。
同时科学教育相关的研究者发现不同的概念转变程度使得科学问题解决时会产生不同的认知反应[6]。例如概念转变成功后即掌握科学概念会引起确定且正确的反应，概念未转变即停留在前概念时会引起确定且错误的反应，概念转变的中间阶段即存在前概念与科学概念冲突时则会引起不确定的反应。而在概念转变的不同阶段对科学概念情境和错误前概念情境也会存在不同的认知反应。因此概念转变的复杂性和冲突的顽固性导致科学问题解决中的认知过程也具有一定的复杂性。
3.科学问题解决相关的脑机制研究
科学领域概念转变的研究对于理解科学思维发展、提高科学决策能力、促进科学教育发展均有着重要的科学意义和现实的应用价值。首先，研究科学领域概念转变的产生机制与认知模式将有助于我们在理解前概念影响科学思维的本质原因的基础上，探索促进科学思维发展的有效途径，从而更好地应用到教育实践当中。其次，在科学技术深刻影响我们生活的今天，是否能够基于正确的科学概念进行理性思考，做出正确的决策将直接影响个人工作的效率、各类社会问题的解决，以及整个科技社会的进步。再次，该研究也将为教育者更好地理解学生科学学习过程中的关键性问题提供来自脑活动水平的证据和重要启示，为促进学生科学素质培养提供新的思路。
由于概念转变对学生科学概念的理解、科学问题的顺利解决具有重要影响,对于该现象的研究一直以来都是科学教育领域的重要研究内容。传统行为学的研究主要采用校园访谈、课堂测试的形式进行，根据学生的口头报告或测试成绩来分析各个阶段的学生所具有的典型错误前概念、概念转变程度的个人差异，以及科学课程学习前后概念转变的差异[5,7]。这样的研究缺乏一定的信度和效度。例如很多学生为了取得优异的成绩，会使用猜测及掩饰性的回答对测验结果产生不可忽视的影响，进而不能真实表征学生概念转变的程度以及科学问题解决的能力。近来,一系列以精确的反应时为定量行为指标的研究发现，人们在解决物理、化学、生物、地理等科学领域的概念冲突问题时需要更长的反应时间才能得出结论。这种更长的反应时揭示了在概念冲突情境下概念转变发生，同时，大脑启动了额外的信息加工过程[8-12]。但这种单纯对行为研究不能为科学问题解决提供深层次的解释且缺乏来自大脑水平的相关证据。
