本研究的主要作者为Yi Zou（邹逸）、Ruqing Chen（陈如清）、Xinyu Xue（薛欣宇）和Xiao Huang（黄晓），分别来自浙江师范大学教育学院、浙江师范大学与堪萨斯大学联合教育学院以及浙江大学教育学院。该研究发表于《Research in Science Education》期刊，文章于2026年2月27日在线发表，刊载于该期刊第56卷，页码为1313至1335。
本研究的学术背景聚焦于科学教育领域中学生对科学概念的深度理解问题。科学教育的核心目标之一是帮助学生深入理解科学概念，而学生的科学素养在很大程度上体现为对科学概念的深层把握。然而，液化（liquefaction）作为一个在初中科学课程中占据核心地位的概念，涉及物质从气态向液态的转变，包含宏观与微观层面的变化，学生在学习过程中普遍存在理解困难。已有研究表明，大多数学生对液化的理解停留在机械记忆定义和识别表面现象的层面，难以从微观粒子角度理解液化的本质，即气体分子间距离减小导致分子聚集凝结为液滴。此外，尽管学界已发展出多种评估学生概念理解的方法，但针对液化概念理解的系统性评估研究仍然缺乏。因此，本研究旨在填补这一研究空白，通过构建学生液化概念理解的水平划分，并设计相应的测评工具，系统刻画和评估初中学生在学习液化过程中的概念理解发展特征。研究的具体目标包括：构建液化概念理解的水平划分框架，以及设计并实施相应的测评以探查学生在液化学习中不同层次的概念理解。
研究的工作流程分为多个紧密衔接的环节。首先，通过文献综述与专家咨询，组建了由三名科学教育专家和三名经验丰富的科学教师构成的专家组。经过多轮咨询与论证，专家组将初中生对液化的概念理解划分为三个层次。低层次表现为对液化定义的机械记忆，学生能够识别日常生活中的液化现象，但缺乏对其微观本质的真正理解。中层次表现为掌握了液化的两种发生方式，即降低温度和增大压强，并能在具体情境中判断液化由哪种方式引起，但其推理仍不完整，理解仍带有机械记忆的色彩。高层次表现为能够从微观视角理解液化的本质，即气体分子间距离在降温或增压作用下减小，分子间相互作用增强，分子聚集形成液体，并能从微观层面解释温度和压强对液化过程的影响。
在水平划分完成后，研究者设计了一套包含12道单选题的测评试卷，每题四个选项。题目来源于学生日常生活中常见的问题情境，并经过参与研究的专家审核。根据题目所对应的理解层次，试卷分为三组：A组包含4道题（Q1、Q4、Q6、Q8），仅需记忆液化定义即可作答；B组包含4道题（Q2、Q5、Q7、Q10），对应中层次理解，需要掌握液化的两种方式；C组包含4道题（Q3、Q9、Q11、Q12），考察学生是否理解液化的微观本质。在正式施测前，研究者随机选取了165名七年级学生进行预测试，结果显示整卷的克隆巴赫α系数为0.883，三组题目的α系数分别为0.856、0.810和0.890，表明测评工具具有良好的结构效度。
正式研究的参与者为704名中国浙江省金华市某初中的七年级学生，其中男生361名，女生343名，平均年龄12.6岁。金华市属于中国中等发达城市，所选学校在全市学校中处于中等水平，因此参与者的概念理解水平在一定程度上能够代表中国初中生的平均水平。所有学生在2023年12月参加了各班级45分钟的液化课程。课程教学过程包括三个基本步骤：展示液化现象并引入液化定义，用时约8分钟；通过小组探究实验探索液化的两种方式，用时约17分钟；利用模型和动画从微观视角探索液化的本质，用时约20分钟。在课程前后，所有704名学生分别参加了前测和后测，每次测试时长30分钟。此外，研究者从704名学生中随机抽取100名学生进行有声思维访谈，要求他们详细描述解答每道测评题时的思维过程，每次访谈约30分钟并全程录音。
数据分析采用了定量与定性相结合的混合方法。首先，通过比较前测与后测成绩的差异，量化评估学生液化概念理解的提升程度。其次，基于总成绩分布将学生按分位数均分为五组，分析不同总成绩段学生在各题目组上的表现，以总结概念理解的发展特征。再次，对后测数据进行探索性因子分析（EFA），揭示概念理解的结构特征；同时针对总成绩前20%的学生单独进行探索性因子分析，以探查高水平学生的理解结构。最后，对访谈数据进行定性分析，揭示不同理解水平学生在解答液化相关问题时的思维过程特征，从而加强研究结论的可靠性。
研究结果显示，学生在完成液化课程后整体成绩有显著提升，前测平均正确率从0.37上升至后测的0.71（t(703)=68.782，p<0.001，效应量d=2.591）。在各题目组中，A组提升最为显著（0.52→0.92，d=1.184），B组次之（0.35→0.75，d=1.453），C组提升幅度相对较小（0.24→0.46，d=0.871）。这一结果初步支持将学生液化理解划分为三个层次是合理的。对全体学生后测数据的探索性因子分析提取出三个特征值大于1的公因子，累积方差贡献率为48.832%，且因子1对应A组题目，因子2对应B组题目，因子3对应C组题目，三者之间的相关性表现为A组与B组中等相关（0.480），A组与C组及B组与C组相关性较弱（分别为0.243和0.273）。这一结果进一步验证了水平划分的合理性。
在基于总成绩分组的分析中，总成绩最低的20%学生在A组表现明显优于B组和C组，表明其处于低层次理解；总成绩20%至40%的学生在B组成绩显著提升，说明其开始理解液化的两种方式；40%至60%的学生在A组接近满分，B组表现优秀，但C组仍有困难，表明其达到中层次理解；60%至80%的学生在C组成绩显著提升，说明其能从微观视角解释液化现象，具有较高层次的理解；总成绩前20%的学生在各题目组均表现优异，尤其在C组具有明显优势，表明其具有高层次的理解能力。此外，对总成绩前20%学生后测数据的探索性因子分析仅提取出一个特征值大于1的主因子，方差贡献率为52.171%，且各题目与该主因子之间均存在较强或中等程度的相关，说明这些高水平学生对液化具有较为完整的整合性理解。
有声思维访谈的定性分析进一步支持了定量分析的结果。100名受访学生中，31名被归为低层次理解，40名为中层次，29名为高层次。低层次学生主要依赖对定义的机械记忆和直觉性生活经验，能回答A组题目但难以解答B组和C组题目。例如学生A提到知道从冰箱取出的瓶子外壁会出现水珠，但不清楚其发生原因。中层次学生能够联系个人经验与液化发生方式，但其理解仍停留在宏观层面，缺乏对微观深层机制的认识，因此在面对C组更为复杂的问题时表现不足。高层次学生则能够从微观本质出发，将液化相关知识要素相互关联，形成较为完整的知识网络。例如学生E在解答第12题时明确指出增压导致气体体积减小，分子本身不变，分子间距离减小；学生F能够回忆气体分子在低温下因分子间距离减小而液化的微观过程并据此选出正确答案。
本研究的结论指出，通过构建水平划分并设计相应测评试题的方式，能够有效呈现和解释初中生对液化概念的理解发展过程。研究支持概念本质教学是提升学生概念理解的有效途径。对于不同理解水平的学生，教师应在教学实践中制定差异化教学策略并实施针对性干预，以有效提升学生对科学概念的理解。本研究的意义体现在科学价值和应用价值两个方面：在科学价值上，为科学概念理解评估领域提供了关于液化概念的系统性实证证据，丰富了学习进阶与概念理解水平划分的理论应用；在应用价值上，为一线科学教师提供了可操作的评估框架和测评工具，有助于教师在教学中更准确地诊断学生的理解水平并采取相应教学措施。
本研究的亮点在于首次针对液化概念构建了三层次理解框架，并开发了与之匹配的测评工具，填补了液化概念理解评估研究的空白。研究方法的特色在于采用定量与定性相结合的混合研究设计，不仅通过大规模样本的统计分析揭示概念理解的发展规律，还通过有声思维访谈深入挖掘学生解题过程中的认知特征。此外，研究对高水平学生的探索性因子分析揭示了其理解结构的整合性特征，为概念深度教学提供了重要启示。研究同时指出其局限性，包括参与者主要来自中国七年级学生，研究结果向其他教育背景和文化环境的推广需进一步验证；液化作为复杂概念，未来应开发更多元化的评估方法；教学时间相对较短，部分低成绩学生可能在单一课时内难以充分理解该主题，这些局限有待未来研究进一步检验。