傳統教學認為學生在正式受教育之前就像一張白紙，教他什麼就學什麼。但是近來的科學教育研究發現，學生在進入學校之前，已經對周遭環境形成自己的看法與解釋，這些通常與科學界所認同的科學知識不盡相同，因此會稱之為「先存概念」或「質樸想法」，這些也足以讓學生安於現狀。因為這些想法通常與科學學習理論衝突而被稱為另有概念，在正式教學時徒增教學的困難，特別是針對科學上抽象與微觀的概念，許多老師都感到學生非常不容易「概念改變」。

目前已有科教學者對此提出各種理論來解釋，交通大學教育研究所所長佘曉清教授則認為，應該採取結合認知心理學與科學學習整合的取向來探討才能深入，她近幾年更觸及腦神經科學的研究，對心智運作有獨到的理解。佘教授更發現，她所發展出的「雙重情境學習模式」，在提升學生「科學推理能力」與「科學概念改變」間有密切的相關性。

「雙重情境學習」意謂著概念改變的過程，是根據「科學概念本質」和「學生對這科學概念的信念」而決定出有哪些心智架構是在教學時所需，進而對應學生所缺少的心智架構設計一系列由淺入深、環環相扣的情境學習事件，讓學生在其中感覺到「認知不和諧」，進而願意去學習新的心智架構。除此之外，還要提供學生概念重整的動機，同時也要挑戰學生原本的科學信念。

與其他理論最大的不同在於，佘老師認為學生概念不容易改變的原因，除了知識本身是抽象的、現象是微觀且動態的之外，最重要的是概念的複雜階層性。例如學習浮力，學生要知道密度、不同物體間的相對密度，以及沒入水中的體積。這幾項基本概念如果有一個不了解，則學生不可能學會浮力。教學就該把一個概念按階層去分析，然後設計活動讓學生能夠充分了解，最後再把它整合。只要事先安排妥當，一切便能水到渠成，概念改變不一定要如其他學者所述，需要長時間才能有效果。

另外，一般教學都會重視提供現象讓學生產生認知衝突，認為這樣就能促使學生尋求另外的解釋，進而放棄原本的想法。對此，佘老師喜歡用「認知不和諧」來描述這個階段，認為教學所給的例子如果和學生原本想法衝突過大，反而可能造成學生放棄同化或調適。因此要慎選例子，只要讓學生有些不和諧即可，更重要的是必須提供學生思考推理所需的心智架構。

然而，每個學生的先存概念未必一樣，大班教學如何兼顧呢？因此後來佘老師採用網路適性化教學，學生在一開始先接受診斷，了解其另有概念的類型，然後根據各個類型就有不同的對應教學內容。基本上的學習模式就是先請學生預測一個事件並解釋原因，經過教學後再請他們作答並解釋，然後介面會顯示出前後兩個答案與解釋，學生要針對答案的改變做評估。

原本佘老師還擔心學生不諳電腦、打字慢，怎麼辦？結果顯示這些學生的成就測驗比傳統的還要好，另外推理能力增加、動機提升、延宕測驗也顯示有很好的保留效果。好到連配合的國中教師都嚇了一跳，不敢相信會有這麼好的成效，自己也坦承對於教學的刻板印象有「概念改變」。

佘老師則對她的理論有充分的信心，也對學生的能力有信心。她說：「孩子在單機學習的時候，只要整個人沉靜下來，思維就會被帶進去。剛開始或許有點困難，但只要給一點動機、給一點壓力，孩子都能進入情境，就可以學得很好。」