問題解決相關歷程

本研究探討生物試題解決歷程，因此「問題解決」為本研究的主要理論基礎。

本節首先探討問題及問題解決的定義，再來了解問題解決歷程，最後比較專家與 生手在問題解決上的差異。

一、問題解決的定義

「問題」是一個未知的事物，是在任何情況下某人試圖完成或達到一個目標 的結果，也就是說，當某人有一個目標卻尚未找出可用來達成此目標的方法時，

即產生「問題」（Jonassen, 1997；岳修平譯，1998）。問題乃是由以下三個狀態（state）

所組成：（1）目標狀態（goal state）：一個欲達成的目標或目的；（2）初始狀態

（starting state）：對問題所做的描述；（3）中間狀態（intermediate states）：從初 始狀態到目標狀態所有可能的解決路徑（solution paths）。這整個包含初始、中間、

及目標狀態的過程即組成了一「問題空間」（problem space），圖 2-1.1 顯示了四 個可能的問題空間（岳修平譯，1998）。如此圖所示，我們可將問題分成兩大類：

良好結構的問題（well-structured）或稱強結構問題如圖 2-1.1 中 A、B 及 C 狀況；

及模糊結構問題（ill- structured）或稱弱結構問題如圖 2-1.1 中 D 狀況，其區分 是根據不同問題的初始狀態及目標或以解答的聚斂程度為依據，強結構問題其目 標清楚明確，解決問題所需要的訊息皆已呈現或可由問題衍生而得，故其答案是 偏向單一和正確的，且可以明確地得知是否已達成問題的目標；弱結構問題則相 反，這類問題的目標不明確，或解決問題所需的訊息不足，故其答案較多元且非 絕對，既沒有明確的解題規則，可能也不知如何才算解決（Jonassen, 1997；楊坤 原，1999）。本研究所使用的生物試題為基測試題，所以目標明確、題目中呈現 完整解題訊息且有單一且正確的答案，故由上述定義可知其屬於強結構問題。

圖 2-1.1：四種不同的問題空間 資料來源：出自岳修平譯(1998：288)

張春興（1994）提出問題解決是個人面對問題時，綜合運用自身的知識技能 以達到問題解決目的的思維活動歷程。Anderson（1983）認為問題解決本質上是 很重要的認知活動，問題之所以會存在是因為當前的狀態和我們想要達成的狀態 有所差異，而問題解決就是設法消除這個差異。Krulik & Rudnick（1989）則認 為問題解決是一個過程，問題解決者必須利用自己以前所學到的知識、技能及了 解的事物，並將其應用在一個新的或不同的情境要求上。楊坤原（1999）則從認 知心理學角度來看問題解決，主張問題解決是問題解決者選擇和使用其知識與策

問題條件的配合，問題解決者便可決定合適的解決途徑進而成功的解決問題，因 此問題解決可說是問題解決者以其習得的知識為基礎，經由訊息處理找出合適的 解決途徑之思考過程或能力。

綜上所述，問題解決即是問題解決者以自身舊有基模為基礎，運用個人先備 經驗、知識、技巧和了解，去發展各種可行之策略，企圖從起始狀態到達目標狀 態，以滿足未能解決情境之要求的過程。

二、問題解決歷程

截至目前為止已有多位學者提出各種問題解決的歷程，以下將針對科學領域 的問題解決，介紹問題解決之歷程。

Ashmore 等人（1979）提出應用在自然科學問題上的四階段問題解決歷程：

（1）定義問題－重組問題的語意，將問題劃分成步驟性的子問題。

（2）選擇適當的資訊－選定問題相關資料，且預備進行結合。

（3）結合各部份的資訊。

（4）評鑑－檢視答案與步驟 1 的一致性，及答案是否與所提供的資訊相符 合。

Bransford 和 Stein（1984）提出的問題解決歷程模型（IDEAL），將問題解決 分為五個階段：

I：確認問題（identify the problem）－確認題目內容、題目中提到的條件及 要求。

D：定義及表徵問題（define and represent the problem）－將題目轉譯成解題 者本身所能理解的模式。

E：探索可能的策略（explore possible strategies）－解題者從自己所學過的 知識或解題經驗中搜尋可用的解題策略。

A：執行策略（act on the strategies）－執行上步驟所選擇的策略。

L：回顧及評估上列活動的效果（look back and evaluate the effects of your activities）－回顧檢驗之前的步驟並評估是否可行或是需要修正。

Hestenes（1987）則發展出一套力學的問題解決模式，此問題解決過程按順 序分成以下四個階段：

（1）描述階段（Description Stage）－清楚的描述問題，此階段會大大的影 響接下來的解題選擇。

（2）形成階段（Formulation Stage）－應用物理定律來建立解題的方程式

（3）分枝階段（Ramification Stage）－解出上階段中建立的方程式

（4）確認階段（Validation Stage）－利用舊有經驗評估所得的答案是否合 理。

除了上述學者提出的科學領域問題解決歷程外，Newell 與 Simon（1972）及 Gagné 等人（1993），根據認知心理學理論，主張無論一個問題的問題空間之特 性為何，其問題解決歷程都是相同的。在初始階段，問題解決者會對該問題形成 一個表徵（forms a representation），此表徵的組成可能包含在工作記憶中活化的 訊息，以及其它外在表徵。接下來這些表徵會活化長期記憶中與問題有關的知識，

並且形成可用來找出該問題解決方法的線索（建立問題空間），而這些解決方法 會被應用在當前的情境中，此階段稱為搜尋問題空間。最後，人們還會評估

（evaluation）所使用的解決辦法是否成功，上述歷程序列在解決一個問題時可 能會反覆發生好幾次（岳修平譯，1998）。

楊坤原（1999）則認為在問題出現後，問題解決者必須以其所具備的知識先 對問題加以表徵，形成對問題初步的了解，並構思解題的計畫。在解題進行中，

問題解決者必須視問題狀態的變化，隨時修正其對問題狀態的表徵，選擇合適的 解題策略以克服障礙，完成目標。在獲得解答之後，問題解決者尚須對所得的答

案做檢核，以確定答案的完整性與正確性。

從以上學者所提出的問題解決歷程可以發現，雖然每位學者皆從不同的角度 出發來探討問題解決歷程，但他們所提出的問題解決歷程其內容及模式卻非常的 相似，故研究者即綜合以上學者之觀點，將問題解決歷程初步分為以下四個階段：

表徵問題、選擇適當策略、執行策略、評估。

由上述的討論可知，問題解決成功與否最重要的關鍵是第一個階段，即問題 表徵，因為表徵可以決定長期記憶中的哪一項知識會被活化，所以適當的問題表 徵可有效促進問題的解決（Gugane et al., 1993；Ozogul & Reisslein, 2011）。Hayes

（1989）則提到問題解決者在形成問題表徵時，不但會增加或刪除訊息，也會解 釋說明訊息，也就是說，問題解決者會使用語言和事實的知識去瞭解問題的訊息。

所以我們可以說當問題解決者在閱讀題目時，即是其在建立屬於自己的問題表徵。

本研究嘗試利用眼球追蹤技術（待本章第三節介紹）來記錄學生在閱讀、解決生 物試題時眼動軌跡，即是利用眼動儀能記錄即時的心眼活動之特性，來深入探討 試題的表徵過程。

三、專家與生手在問題解決上的差異

許多學者指出專家／成功的問題解決者與生手／不成功的問題解決者在問 題解決歷程中存在著許多差異。Chi、Glaser 及 Farr（1988）指出專家與生手的 不同在於，專家除了擁有較多且概念結構較佳的領域知識，專家發展問題表徵的 時間會比生手來的長，問題表徵所呈現的深度也較深，此外，專家也擁有較佳的 自我監控技能，它們會經常檢查對問題的解決方法。Heller和Greeno（1979）歸 納了專家和生手在算數、代數、物理和熱力學等方面的問題解決，發現專家與生 手在解題時的問題表徵、知識結構、最初分析及解決策略等方面都有所差異。楊 坤原（1999）比較了專家與生手進行科學解題時的差異，主要歸納出五點差異：

首先，因專家具有較好的知識結構，使得他們解題的速度較快且精確；其次，專

家會根據問題所涉及的學科知識來分析問題，建構問題表徵，而生手常只以問題 的表面結構（如：問題所附的圖形）或具體事物來表徵問題，也因此專家可發展 出品質較佳的表徵；再來，專家在解題前會花費較多時間建立解題計畫，生手則 反之；專家也較能使用合適的解題方法與策略；最後，專家的自我監控技能較好，

在完成解題後常會主動檢查和評鑑答案的正確性與完整性。楊坤原、鄭湧涇（1997）

研究高一學生解決生物遺傳學試題的結果也發現，解題表現較好的學生在表徵問 題、解題策略及評鑑方面，都與解題表現較差的學生有所差異。

綜上所述，我們可以發現專家／成功的問題解決者與生手／不成功的問題解 決者在問題解決歷程的四個階段（表徵問題、選擇適當策略、執行策略、評估）

中的表現皆有所不同，但上述研究皆是使用放聲思考或晤談法等傳統研究方法。

本研究藉由眼球追蹤技術來分析、比較專家（答題成功者）與生手（答題不 成功者）間問題解決歷程上的差異，希望可以減少傳統研究方法造成的誤差，也 更精準且即時的記錄學生的問題解決歷程。

四、標準化試題之解題策略與表現相關研究

在標準化試題之解題策略與表現的關聯上已有許多相關研究，這些研究結果 皆指出，成功解題者與不成功解題者間，其解題策略與歷程存在著許多差異。

Grant and Spivey（2003）及Thomas and Lleras（2007）的研究皆發現，成功解題 者花在觀看解題關鍵處的時間高於不成功解題者，此外，成功解題者與不成功解 題者觀察題目時的眼動路徑也有所不同。

在解決生物標準化試題的研究上，楊坤原、鄭湧涇（1997）研究高一學生解

在解決生物標準化試題的研究上，楊坤原、鄭湧涇（1997）研究高一學生解