第二節 第二節
第二節 心智模式 心智模式 心智模式 心智模式
人的心中存有一些內在模式並用以處理所面臨的問題，此種內在模式，研究 者將其通稱為『心智模式(mental model)』。心智模式具有獨特性與不可共量性，
是個體在認知過程中所產生的心像元素，是一種有別於他人的個人模式。心智模 式的相關研究，在近年來的科教領域中，相當普遍與活絡，而許多科教學者對於 心智模式的看法，其詮釋觀點也存有一些差異。
一 一 一
一、 、 、 、心智模式的定義與特性 心智模式的定義與特性 心智模式的定義與特性 心智模式的定義與特性
有關心智模式的陳述，Kenneth Craik 於1943年主張人類會自動轉譯外來的事 件成為內在的模式，並藉由操弄這些符號表徵來進行推理、產生行動，或覺察到
這些符號和外在世界的一致性(引自邱美虹、林靜雯，2002)。
Norman (1983)則認為心智模式是個人與事物互動後所產生的內在表徵，具有 五種不同特性：
1.不完整的(incomplete)：心智模式通常是人類在處理某些資訊時所產生，適合於 當時的情境或內在知識，此種表徵具有不完整性。
2.不穩定的(unstable)：心智模式是一種不穩定的動態知識結構，當一段時間未曾 使用，容易因此而遺忘其產生的過程。
3.沒有完整定義限制的(no well defined limits)：心智模式在操作的過程中，並沒有 完整的定義限制，因此，在一些類似情境的運作會產生混淆。
4.不科學的(unscientific)：心智模式所呈現的表徵，是個體對外在物理世界的理解 而產生的信念，然而此信念通常不符合科學的概念。
5.省力的(parsimonious)：人類會使用最少的心智複雜度，快速地運作心智模式以 減輕額外的操作負擔。
Norman 認為心智模式可以反應出個體對外在物理世界的理解與信念，並以之解 釋和預測外在物理系統。心智模式可以不斷地修正與精緻化，逐漸達到具一致性 的心智模式系統。
Johnson-Laird (1989)認為心智模式代表著事物的狀態，扮演著直接表徵或類 比的角色，其結構反應了世上事物的相關狀態。Johnson-Laird (1994)的研究進一 步指出，心智模式可經由知覺、想像或是對話語的理解所形成的概念作用而建 立；模式中可能包含視覺圖像、聲覺訊息，也可以是抽象的符號或無法視覺化的 表徵情境所組成，其關係如圖2-2-1所示。由此可知，心智模式內含許多階層性連 結而成的單元概念，是由許多概念所組成的複合體。
圖 2-2-1 Johnson-Laird (1994)概念與心智模式關係圖
關於心智模式中的概念是否能形成融貫且一致的知識系統，許多學者持有不 同的看法。以Carey (1985)的觀點而言，她認為兒童種種的素樸概念已經組成了系 統性、一貫性的知識系統(引自陳婉茹，2004)。而diSessa (1993)所提出的 p-prims 概 念，則認為孩童對物理世界的直覺概念是零碎的，並沒有被整合成系統化知識，
缺乏一致性。Vosniadou (1994)對於心智模式的研究中提出和diSessa不同的看法，
認為迷思概念的形成並非缺乏融貫性，而是孩童想主動建構出心智連貫性 (coherent)的結果，概念改變是一種藉由豐富和修正轉化心智模式的漸進歷程。
Chi 與 Roscoe (2002)認為心智模式是一組鑲嵌在某一結構中相互關聯概念 的表徵。Chi對於心智模式是否具融貫性採較為中立的看法，她在針對血液循環 的研究中，將心智模式分為『非融貫性心智模式(incoherent mental model)』與『融 貫性心智模式(coherent mental model)』。其中融貫性心智模式又細分為『瑕疵心 智模式(flawed mental model)』和『正確心智模式(correct mental model)』。由此可 知，學生心智模式中對於概念的命題可能是正確的，但概念之中會因為含有不正 確但自己卻未知覺的錯誤連結，因而產生瑕疵心智模式。
視覺圖像訊息 聲覺訊息 ••••• 抽象符號表徵
次概念單元
組成概念
心智模式
二 二
二 二、 、 、 、Vosniadou Vosniadou Vosniadou Vosniadou 心智模式的研究 心智模式的研究 心智模式的研究 心智模式的研究
Vosniadou 與 Brewer (1992)認為心智模式是為了回答、解決問題或是處理某 種狀況所產生的一種動態結構，源自於概念結構，並受其限制。Vosniadou 與 Brewer 針對60名小一、小三和小五(各20名)的學生，進行關於地球形狀概念的訪 談。從資料中分析出孩童具有六種心智模式，包括方形模式、圓盤形模式、雙地 球模式、中空模式、扁形模式和球形模式(如圖2-2-2所示)。
六種模式又區分為三大類，初始模式(Initial Models)、綜合模式(Synthetic Models)和科學模式(Scientific Models)。分述如下：
1.初始模式：基於日常生活經驗所產生的模式，不受文化背景或科學模式影響。
因為平常所看見的地球是平面的，所以衍生出方形模式(A)和圓盤形模式(B)。
2.綜合模式：初始模式在文化脈絡下相互作用所結合而成的模式。在雙地球模式 (C)中，學生增加科學資訊進入既存概念架構，不需改變信念和預設；中空模 式(D)中，接受地球是球形的，但依然受到重力概念的限制，無法理解為何在 地球外的人和物體不會往下掉，為了解決這問題，認為人住在地球內部的平坦 地面；扁圓形模式(E)中，修正了重力的預設，但依然相信人走在平坦的地面。
3.科學模式：與科學觀點一致的模式。地球是球形的，球形地球模式(F)便是科學 中的正確概念。
Vosniadou (1994)進一步針對地球形狀、日夜循環的概念進行研究，發現不同 年齡層兒童擁有的心智模式有所差異。學齡前兒童擁有的初始心智模式種類較 少，透過教學後的兒童產生的綜合心智模式種類較多。Vosniadou 將兒童的概念 架構區分為素樸架構理論(naïve framework theory)和特定理論(specific theory)。素樸 理論是源自於日常生活經驗，分為本體論和認識論兩種預設；特定理論則是藉由 觀察或文化脈絡的影響所形成。兩者使個體構成自我信念(belief)，進而形成心智 模式，其架構如前一節圖 2-1-4 所示。另外，Vosniadou (2002)對於力學的研究中 指出，孩童關於科學學習的過程是緩慢地將科學知識增加到既有的知識架構中，
過程中可能會打破架構的一致性，最後再重新架構出與現今科學知識一致的心智 模式。
(A)方形地球模式 (B)圓盤形地球模式 (C)雙地球模式
(D)中空地球模式 (E)扁圓形地球模式 (F)球形地球模式
圖 2-2-2 地球形狀的心智模式(Vosniadou, 1992)
Vosniadou 認為心智模式是一種特殊的心智表徵，是個體在認知過程中所產 生的類比表徵，可以保存所表徵事物的結構。心智模式也是一種動態表徵，可以 經由心智處理來提供現象的因果解釋，且能對自然世界中事件的狀態作預測。大 部分的心智模式是在處理特別的問題解決情況下所創造的，個體在認知活動中產 生或取回心智模式，便是將新資訊融入原本的知識基礎。因此，學生在概念改變 的過程中，容易因為特定因素而引發迷思概念，產生許許多多不同的綜合心智模 式，這方面值得教學者從各角度作探討與分析，以提升學生的學習成效。
三 三
三 三、 、 、 、心智模式對本研究的啟發 心智模式對本研究的啟發 心智模式對本研究的啟發 心智模式對本研究的啟發
綜觀上述學者對心智模式的陳述與研究，多數學者認為，心智模式是一種動 態結構的內在表徵。瞭解學生心智模式的發展對概念改變的研究十分重要。就教 學取向而言，心智模式是命題表徵的集合，它包含一連串的命題和相互關係的連 結。透過對心智模式的統整與分類，可以幫助教學者瞭解學生對概念的認知特徵 與思考型態，再從中尋求方法進行概念改變，使學生能獲得正確的科學模式。
研究者在本研究的研究工具『酸鹼概念診斷試題』中，對於酸鹼中和概念部 分，從中選取相關試題，將各試題的選項作連結，以推論出學生在回答問題時所 具有的認知特徵，再進一步歸納出其酸鹼中和概念的心智模式。分析學生在三種 不同教學模式下，前測、後測和延宕測的心智模式轉變情形。依Vosniadou對心智 模式的分析，探討學生透過不同教學後從初始模式轉變為綜合模式和科學模式的 情形。