心智模式的研究

我們認為心智模式是人類用來解讀外在世界的內在表徵，要了解學生 的學習狀況，必須了解學生心智模式，因此我們從心智模式的定義、特質 來探討。

一、 心智模式的定義

Kennth Craik (1943,引自 Gilbert, Boulter, & Elmer, 2000) 最 早提出心智模式，他認為心智模式是一種特殊形式的心智表徵，人們會自 動轉譯外在事件成為內在的符號或表徵，再利用這些內在的模式去進行解 釋、推理，用來回應所遭遇到的問題與情境，或是用來預測未發生的狀況。

Johnson-Laird (1983, 1989, 1999, 引自鍾曉蘭，2007) 主張心智 模式是一種動態的表徵或是對世界的模擬，表示心智模式不但是一種類 比，也是一種歷程，可用來理解語言與日常生活的現象，因此心智模式的 結構對應著所表徵的情境，也反應了外在事物的關聯，而且會受情境的影 響與限制。Johnson-Laird 認為心智模式的形成是透過感官知覺，在次概 念階層透過操弄這些符號或表徵而產生概念，並形成心智模式，這些心智 模式代表事物的狀態，可以讓個體據此作出推論與預測、了解現象、決定 並控制行動的進行，見圖 2-3-1。

心智模式 概念 次概念階層單元 感官(視覺、聽覺等)

圖 2-3-1 Johnson-Laird 提出的心智模式(1983，引自鍾曉蘭，2007)

Norman (1983) 認為心智模式最主要的角色是讓個體可以解釋與預 測外在世界的各種現象，也反映出個體對外在世界的認識，他提出心智模 式包含四個組成：

1. 目標系統(the target system)：學習者用來學習或使用的系統。

2. 概念模式(the conceptual model of that target system)：由 科學家、教師或專家所整理出具有一致性、正確性、完整性，並 且與科學知識相符合的知識結構，可用來傳送或是教導目標系統。

3. 學習者的心智模式(the user’s mental model of that target system)：學習者與目標系統交互作用後，對目標系統產生的表 徵，並非一開始就是完全正確的，而是經過不斷地與目標系統互 動，學習者的心智模式會發生持續的修正與精緻化，逐漸達到切 實可行的心智模式。

4. 科學家心智模式的概念化(scientists’conceptualization of mental model)：科學家在進行心智模式的運作時，對內在的心智 模式給予概念化的一種模式，換言之即為心智模式的概念模式。

因此他認為在進行課程設計時，必須透過科學家心智模式的概念模式以及 學習者的心智模式，去發展出適合且正確的概念模式，使學習者與目標系 統交互作用，經過不斷地修正與精緻化，建立與概念模式最相似的心智模 式，讓學生可以正確預測目標系統的運作。

Vosniadou 與 Brewer (1992) 認為心智模式的形成是為了回答及解釋 問題所產生的一種動態結構，而該心智模式受限於個體本身所具有的概念 結構，他發現學生在解釋自然現象時有下列三種模式：

1. 初始心智模式(initial models)：表示孩童基於日常生活的經驗 建構出的心智模式，是由基礎的信念所組成。

2. 綜合模式(synthetic models)：孩童基於日常生活的經驗，在文

3. 科學模式(scientific models)：與科學觀點一致的模式。

建構主義比喻學生並不是一張白紙，他們是帶著原本的初始模式來學 習科學模式，因此產生了綜合模式，再經由不斷的修正與精緻化，學生才 慢慢具有接近科學甚至完整的科學模式，但這不意味兒童具有科學概念 時，其他模式就會消失會被取代，兒童可能同時擁有兩種模式，會依情境 的不同而使用。

綜合以上各學者的定義，心智模式是一種內在的表徵、系統，用來解 釋以及表示外在的世界，用來解決我們所遇到的問題，心智模式的運作是 一種動態的過程，因此我們必須了解在不同情況下學習者的心智模式，才 能隨時提供學習者最佳的學習環境。

二、 心智模式的特質

因為心智模式是內隱的、個人的，非直接外顯的，Franco 與 Colinvaux (2000, 引自林靜雯，2005) 指出要獲取心智模式的方法，可由檢測個人 的表達模式(expressed model)來達成。雖然心智模式不能直接取得，但 經由許多學者提出的心智模式特質，可以更了解心智模式。

Norman (1983) 提出心智模式的特質有：

1. 不完整性：對於現象所具有的心智模式通常是不完整的。

2. 局限性：執行心智模式時，能力是受限制的。

3. 不穩定的：一段時間沒有使用，通常會忘記所使用模型的細節。

4. 沒有明顯的邊界：常會混淆類似的機制或是操弄。

5. 不科學的：為了節省體力或心力，會使用迷信的模式。

6. 簡約的：減少心智上的負荷與複雜度。

Franco 與 Colinvaux (2000,引自林靜雯，2005) 提出心智模式的四 項主要特徵，用來界定心智模式：

1. 心智模式具有衍生性(generative)：個體會藉由運用心智模式 進行推理，產生預測與新的想法。

2. 心智模式包含默示知識(tacit knowledge)：心智模式的持有者 本身不會意識到心智模式每個組成的向度。

3. 心智模式是綜合的(synthetic)：為了要有效率，心智模式包含 許多目標系統或事件的簡化表徵。

4. 心智模式受限於世界觀：心智模式會受到人們所持有的信念系 統影響。

Grosslight、Unger 與 Jay (1991) 認為心智運作建構一個特定的心 智模式來理解因果情境，所建立的心智模式又去影響產生新的心智運作，

形成連續不斷建構、再建構、回饋循環的過程。也因為這樣，心智模式會 受到個體的觀察與文化脈絡的影響，但每個個體的感受以及背景都是不同 的，因此學生的心智模式除了具有以上提到的各種特性外，不完整、不科 學、不穩定等，每個人的心智模式也具有獨特性。

三、 心智模式的一致性

diSessa (1998,引自林靜雯，2005) 認為素樸概念是片斷的、零碎 的、鬆散的，而且無一致的，他將孩童知識的最小單位稱為現象原生詞 (phenomenological-primitive principle 或 p-prims)，而這些現象原生 詞所組成的系統缺乏系統性的連結，因此在解釋事物的時候，是缺乏一致 性的。

Vosniadou 和 Brewer (1994,引自林靜雯，2005) 則認為學生的素樸 概念是具有一致性的，他認為由孩童主動建構出的心智模式具有一致性，

受制於本體與認識論的預設，因此這些心智模式具有固著性的，所以概念 改變才比較難發生。另外他也提到了心智模是可以用精確性(accuracy)、

一致性(consistency)，以及簡單性(simplicity)三個面向來分析。

Chi 與 Roscoe (2002) 認為心智模式為片段還是一致性的結構，必 須依據領域特化(domain-specific)的觀點來看，他提出心智模式具有三 個影響因素，為一致性、正確性及完整性，可用來將心智模式分為一致的 心智模式(coherent mental model)與不一致的/片段的心智模式

(incoherent/fragmented mental model)，一致的心智模式又可分為正確 的心智模式(correct mental model)與有瑕疵的心智模式(flawed mental model)，有瑕疵的心智模式命題雖然正確，但命題的連接有可能是錯誤的 或非系統的，因此對問題的預測與解釋仍無法產生一致性，見圖 2-3-2。

圖 2-3-2 Chi 與 Roscoe 提出的心智模式類型 (2002,修改自陳婉茹，2004)

四、 小結

學生會以既有的心智模式來推理並理解科學理論，本研究利用 Chi 與 Roscoe (2002) 對心智模式的分類來看學生在光學概念的心智模式，

具有哪些程度的正確、錯誤、一致與不一致情形。以正確性為橫軸，一致 性為縱軸劃分成四個象限，將學生分成四類，第一象限的學生命題正確且 連結方式是十分有系統的，具有正確且一致的心智模式；第四象限命題正 確，但命題的連結是非系統性或錯誤的，具有不一致的心智模式，因此在 預測問題時仍會產生不一致的解釋；第二象限命題不正確，但卻有系統化 的連結，具有錯誤但一致的心智模式，因此學生並不會有不了解的自覺；

第三象限的學生則具有命題不正確且為片段的心智模式，見圖 2-3-2。

一致性

第二象限 第一象限

正確且一致的心智模式 錯誤且一致的心智模式

(flawed) (correct)

正確性

第三象限 第四象限

錯誤且不一致的心智模式 不一致的心智模式

(incoherent/fragmented)

圖 2-3-3 心智模式依照正確性與一致性的分類