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「課程設計應以學生為主體」是九年一貫課程的重要理念之一。對於學生的認知概念發展的了解，則有助於教師們設計出“以學生為主體”的課程內容。從自然與科技領域方面來看，時間、空間、運動概念是與學生日常生活息息相關的。學生對於這三個概念的了解，會影響到他們日常生活技能的培養，以及將來是否能對相關領域有更深入的探索。根據皮亞傑的研究，他宣稱學童的時間、空間、運動，這三個概念在發展上是彼此相關的。他認為起初學生運動概念的發展，會與空間位置有著密不可分的關係，而運動概念的發展與時間概念的發展幾乎是同時在進行的。
然而，皮亞傑並未有系統的對三個概念的相關性，進行定性與定量的探討。有鑑於此，本研究根據皮亞傑在時間、空間、運動概念的研究中，選出運動守恆、等時性、長度守恆、位移等四種概念診斷工具。目的是有系統的針對三個概念發展的相關性，進行定性與定量的分析與探討。
本研究採各別面談的方式進行，面談的對象包括國小一至六年級學生236人，國中一至三年級學生96人，總計332人。根據研究結果，我們的發現如下：
(一) 等時性的概念是從運動守恆的概念來的，並且兩概念之間存有階層性。運動守恆的最高階層是屬於具體操作期，這與皮亞傑的結果不同，他認為只要前操作期能力，就能處理運動守恆概念的問題。
(二) 要先具備初步的位移概念，即具備初步的位移參考座標系概念，才可能發展出運動守恆、等時性、長度守恆、以及較高層次的位移概念能力。在皮亞傑的研究中並沒有提到這點。
(三) 除非學生具備運動守恆概念，否則，他無法正確的知道他用碼錶測量的數值所代表的意義。要具備運動守恆概念，則必須能協調兩組不同時刻發生的同步運動。要能協調兩組不同時刻發生的同步運動，必需要能夠想像兩運動的位移的過程，也就是要先具備位移的參考座標系概念。長度守恆概念的發展使得位移的參考座標系概念的建立更加完全。因此。要具備等時性概念，必先具備長度守恆概念。
(四) 在發展順序上，首先達到最高階層的是長度守恆概念，接下來是運動守恆概念，再來是等時性概念，最後才是位移概念。除了位移概念的最高階層，運動守恆概念與等時性概念各階層的發展，都較長度守恆概念、位移概念的各階層發展較遲。
本研究結果使我們對於中小學學生的時間、空間、運動，這三個概念發展的相關性，有更進一步的了解。此外，對於一直以來將這些概念分開教學的課程內容設計，也具有重要的提示意義。因此，我們相信本研究的結果，對於未來相關概念的教材教法與教案設計的改進，有一定程度的參考價值。
