科学不仅是实现综合、人文、创新和实践等教育理念的重要途径，也是减轻学生学业负担，提高学习兴趣的方法之一。概念学习是教育科学性的基础，因此，探求一种行之有效的、适用于各年级各科的、能促进概念学习能力发展的教学方式显得非常重要。科学意象是认知活动中与科学逻辑相连的“意”与“象”有机交融的心理图像，贯穿在思维活动之中。概念学习是个体掌握同类事物共同本质属性的过程，可以通过“意”和“象”的交融来掌握概念的本质特征，是科学认知的基本过程。科学意象和概念学习的认知加工具有协同性，如果将科学意象的生成规律、特点、活动特性等应用到概念教学活动中，可能会有效提高学生的概念学习水平。但在以往的研究中，对科学意象的理论和实践研究相对比较薄弱，缺乏明确的定义和生成机制的探讨，且多集中在理论和实验室研究中，无法与教学实践有机结合；对概念学习和教学的实践研究多集中在某些具体的科目上，研究对象多为中学生和大学生，评价方式也不够科学；已有研究多把概念学习作为掌握科学知识的过程，以此来促进认知发展，而很少把概念学习当作科学认知发展的过程，并与科学意象有机结合。本项研究在理论上对科学意象的性质和内涵进行了整理、引申和发展，探讨了科学意象生成的心理过程；并将其生成规律应用到教学活动中，建构了科学意象教学模式和具体的操作程序。实验部分从一小学选取四个班，其中三年级108人，五年级102人，每个年级按自然班随机分为实验班和对照班，运用所建构的科学意象教学模式对实验班进行一个学期的教学，考察科学意象教学对小学生概念学习的影响。结合新课程教学实践，确定了较合理的概念学习因素，编制了基本符合测量学要求的“小学生概念学习水平”问卷。运用编制的问卷对实验班和对照班概念学习水平进行前后测，结果分析表明：(1)在概念学习各项成绩上，实验班的平均分均显著高于对照班；三年级实验班的成绩已接近或达到五年级对照班水平，且在释义精确性和概念关系理解上显著高于五年级对照班。(2)在概念学习各项成绩上，学业水平高的学生平均分最高，其次是学业水平中等者，最后是学业水平低者；且在跨学科象迁移和意迁移成绩上，实验班与对照班平均分的差异在高学业水平上较大，而在低学业水平上较小。(3)在概念释义、迁移和学科间概念关系上，五年级各项平均分均显著高于三年级。(4)在正确性释义、跨学科象迁移、意迁流畅性、意迁广阔性和跨学科意迁移上，年级与实验处理的交互作用显著，科学意象教学对五年级的影响大于三年级。(5)在概念释义和概念迁移上，各项具体性的平均分均高于相应的抽象成绩。(6)在概念迁移的流畅性、广阔性、跨学科上，象迁移平均分均显著高于相应的意迁移。(7)在概念的象迁移和意迁移上，流畅性平均分最高，其次是广阔性，最后是跨学科。(8)多元回归和路径分析结果表明，概念关系和概念迁移对小学生学业水平产生直接效应，概念释义对学业水平产生间接效应，本研究所确定的概念学习水平各因素对学业水平的发展具有一定的统计预测力。本项研究的价值在于丰富和发展了心理学理论及应用的研究，为教育技术体系建构和学校课程建设提供理论和实践支持，也为教师教育和发展提供策略和思路，对促进学生科学认知和创造性思维的发展具有积极意义。本研究的创新之处在于建构了科学意象教学模式，并将其应用教学实验中，同时编制了基本符合测量学要求的“概念学习水平”向卷。