心智模式

Solomon(1993)主張學生科學知識的建構，可分為兩大類：一是日 常生活中對世界的解釋，一為課堂中所習得的。這兩種科學知識各成 模式，經常無法融貫，不但造成學生對科學學習的困難，也常造成學 生認為課堂中的科學知識是無用於日常生活的(江文瑋，2008)。

Vosniadou(1994)認為學生經常擁有將自己的經驗與當代科學知識 混合的心智模式，這可能是概念的不完整與另有概念所造成的結果。

因此科學教育中經常使用研究心智模式的方式來探討學生概念的結 構，而期望能對科學教學提供助益。下文內容將對：一、心智模式的 意涵；二、心智模式的特性；三、心智模式的類型，分別進行探討。

一、心智模式的意涵

最早的心智模式是由 Kenneth Craik 於 1943 年所提出，他認為人 們會將外在事件自動轉譯為內在的符號或表徵，藉由操弄這些符號或 表徵來進行推理，或是進行對世界的模擬(引自施宗翰，2008)。但是 這種對世界的解釋，經常可能有好幾套的理論模式並存著。

Vosniaduo 提出了架構理論(framework theory)來解釋兒童的概念發 展。林秀蓁(2005)認為這個架構理論限制了兒童概念的發展，就好比 為 Lakatos 的研究綱領和 Kuhn 的典範限制了當代科學概念的發展一 般。由於架構理論的預設，加上文化相依的情境觀察與個體自有的特 殊理論的交互作用下，會形成了某些一致的信念。而在信念的基礎 上，個體就形成了初始的心智模式(initial model)。

Johnson-Laird(1983)認為心智模式是內在心智架構的表現：個體 在感受外在環境的過程中，提取資訊、賦予意義而組成組織的「軌 道」。個體也會根據這種軌道，對外在世界進行解釋與預測。因此個 體對事件的解釋與預測，可以有一致性的信念。

Rip(1994)認為因為正式的邏輯規則考慮繁複，而工作記憶量有 限，利用心智模式可以減低認知工作量的負荷。Jason-Laird(1999)於是 主張即使是專業領域的專家，進行推理時，所遵循的也非正式的邏輯

規則，而是心智模式。然而心智模式則受限於概念，因此對於不完整 或零碎的概念的分析，將有助於建構出心智模式的類型。

二、心智模式的特性

認知心理學中所使用的心智模式，關注的焦點在於個體使用質樸 理論(naïve theory)來瞭解世界的方式。Gentner 和 Steven(1983)認為心 智模式是一種為了讓命題與理論合諧且有組織的理論架構。以這個主 張為基礎，後續的研究建立出了四種智模式的特性：

(1) 建立因果：心智模式構成了個體對物質世界因果關係的理解，同 時，心智模式也是個體預測和理解世界的基礎。Brewer(1987)尤其 強調心智模式具有解釋「因果」的特性，因此特別提出了「因果 心智模式」(causal mental models)來指稱這類心智呈現的形式。

(2) 心智模式可以是動態的，心智模式可以模擬物質世界的行為動作 (behavior)，且經常伴隨著動態的影像。

(3) 個體在處理相同系統(system)下的不同面向時，可能同時具有多個

心智模式，而這些模式可能有部分的重疊與矛盾。例如一位具有 基督教信仰的生物教師可以同時相信達爾文的演化論與聖經中的 神創論。

(4) 個體的表現與心智模式具有一致性。個體中有許多心智模式的存 在是為了因應各個模式各自的需求，而這也使得個體的行動落入 冗贅。這種特性有時會被稱作「迷信」(superstitious)，意即不需要 證據來做出結論。Hederson 和 Maguire (2000)舉了這樣的例子作說 明：人們因為藥理效果的心智模式選擇了服用藥物，但即使知道 擁有同一種擁有專利權的藥和非專利藥物的作用與效果並無不 同，由於其他的心智模式使然，他們仍會傾向選擇具有專利權的 藥物服用。

三、 心智模式的類型

Vosniadau 曾對地球的形狀、日夜循環、熱學與力學四個概念對 學生進行概念的晤談，發現即使是不同文化背景下的學生，對科學知 識的模式大都可以歸納為三大類：

1. 初始模式(initial model)：經由生活經驗而來，由基礎信念所組 成，不受成人科學模式的影響。

2. 混合模式(synthetic model)：將經驗與文化背景以及科學知識作 調和，屬於综合性的模式。

3. 科學模式(scientific model)：與科學觀點一致的模式。

但是當科學模式出現時，並不意味著其他模式就會被取代或消 失。就如 Solomon(1993)所認為的，學生可以依情境的不同展現出不同 的心智模式。

國內外不乏對特定概念進行心智模式的研究，例 Slaughter(2004) 以 8 位不同國籍背景的成人進行半結構式的訪談，以研究非專業人士 (laypersons)對於 SARS 的心智模式。她針對訪談內容中成人呈現出不 完整的零碎概念，提出了三種心智模式：感染過程的質樸模式、疾病 傳染誤解模式、SARS 突變的不完整模式。這三個模式都可以歸類為 混合模式(synthetic model)。

國內對中學生科學概念心智模式的研究，發現學生表現出的模式 中缺乏初始以及科學的模式。這可能是因為學生已經接觸過科學教 育，而能將經驗與當代科學知識進行混合的緣故。另一方面，由於研

究中探討的概念範圍較小，例如：層析法概念、氧化還原概念、重力 概念(吳明珠，2005；余秀麗，2003；江文瑋，2008)。在這種放大的 檢視下，學生的概念要與當代科學知識完全符合，理所當然是相當不 容易的。這些研究對於混合模式下的概念進行分析，歸類出更細緻的 心智模式類型。

而更細緻的心智模式類型可以如何分類呢？國內學者認為由各 種組合概念結合成的心智模式，可以採用生物學的分類方法，以心智 模式的特徵來進行命名與分類(林靜雯，2006；吳怡嫻，2007)。例如 吳明珠(2005)分析「層析法」發展的歷史，將層析法發展的理論，分 為五個理論類型。再對學生進行問卷的調查，發現學生在教學前後的 的心智模形與「層析法」的發展史類型有相似之處：由最原始的「過 濾模型」，發展到較接近當代科學知識中的「速率模型」。而

Hederson(2000)等人對一個班級的大學生進行開放性問卷調查，將叢聚 的概念歸納為 3 種遺傳疾病的心智模式，而這三種心智模式也與遺傳 學的發展史有雷同之處。

這些研究結果都展現出在科學史發展中曾經出現的當代科學理 論，可能與混合的心智模式有相符類似的情況。Kuhn 也認為學生的 科學概念架構經常與科學史的發展平行(王美芬，1996)。孩童由直觀

的經驗開始對世界進行解釋，在成長的過程中經由知識的累積，逐漸 能發展出與當代科學一致的知識。

這些文獻對於本研究的啟示是：混合類型的心智模式，可能與該 領域的科學發展史曾經出現的理論有類似之處。由於科學概念與理論 的發展史與學生的認知發展間，存在著平行的關係，因此科學史在暸 解學生的迷思概念上有重要的價值。Carey 就曾指出學生科學概念的 重建，與科學革命具有相類似的情況(引自張榮燿，2000)。

Wandersee(1986)也認為學生所敘述的概念常和科學史中曾出現的論 點類似，因此學生可能保有先前科學所認同的知識，儘管如今這些知 識可能早已被推翻或進行了大幅度的修正。

因此，欲對混合的心智模式進行更細緻的歸類，可以由科學發展 史中所出現的相關理論得到借鏡。藉由對微生物發展史的理論，進行 模式的歸類，將有助於對微生物概念心智模式的分類。因此，因此下 節將探討微生物相關理論的發展背景與歷史。