核心概念的內涵和結構分析

在整體課程觀下，由下而上尋求標的概念與核心概念的關聯，再由上而下從 核心概念來思考標的概念與同級層次的相關概念關係及其最適安排的方式，而後 以交互模式來回思考關聯程度的組織形式（如圖14）。

從核心概念來思考的主因是傳統以主題為主的課程設計，主要以主題和相關 事實為中心，其目標只是展示對主題的理解，這種設計偏重於低層次的認知對學

生的行為表現並無多大的益處(Erickson, 2000, 2002)。由於許多主題只是用來說 明同一概念和和幫助概念的理解，因此，我們只是將主題和事實當作工具來幫助 學生發展深層理解，而不能將它當做目的來記憶。Erickson 也強調主題並不是學 習的目的，它只是理解「支撐性觀點」（對學習深入的、基本的理解）的一種工 具。而支撐性觀點是隨年級增長而逐漸深化的，是一個可遷移的基本原理，可協 助在學習者學習新例時用來進一步發展概念性的理解。因此，確定核心概念的內 涵並進行結構分析，是認知支持環境設計中重要的步驟。

圖14 核心概念與主題的關係

4.2.3 概念學習環的學習活動設計

學習環(learning cycle)所代表的是一種學習活動的過程，而學習活動又是認 知學習過程的一種模式反映。又如何提供一個使學習過程最佳化以達到特定學習 目標，則端賴教學策略的運用。因此，如何運用教學策略以提升教學成效，一直 是教育學者所關切的問題。Lawson (1996)認為在眾多的教學策略中，學習環是其 中最有效的教學策略之一。有關概念學習的學習環觀點甚多，如早期的探索 (exploration)、發明(invention)、發現(discovery)；Karplus 等人(1962)的探索 (exploration)、概念引入(concept introduction)、概念應用(concept application)；

Renner、Abraham 和 Birnie (1988)的探索(exploration)、概念發明(conceptual invention)、概念延展(conceptual expension)； Lawson(1988)的探索、名詞引介(term introduction)、概念應用(concept application)三個階段說，這些學習環的步驟與 Nussbaum 和 Novak 提出的找出學生另有架構、造成概念衝突、鼓勵學生認知調 適等步驟，皆符合建構主義的觀點(郭重吉, 民 81）。其他有 4E (Engage, Explore, Explain, Extend)、5E (4E + Evaluate)模式(Biological Sciences Curriculum Study 簡

稱BSCS, 1992)等觀點。本研究基於大腦認知與建構觀點則以「覺察、發現、建 構、應用」四個階段並圍繞理解為觀點，如圖15 所示。

圖15 強調概念學習環中必須以「理解」為核心，理解可區分成基本理解和 深層理解。基本理解就是掌握貫穿整個學科最重要的事實內容，深層理解就是指 可遷移的、概念性觀念（Erickson, 2000, 2002）。而成功的理解則要求掌握概念、

基本技能的自動化，以及相關策略的有效利用(Byrnes, 1996; Gagné, et al., 1992;

Mayer, 1999)。因此，如何引發學者產生深層理解，首先就需考慮可否引發學生 的興趣和動機的問題，而引發學習者注意力的產生又與學習者既有經驗有關。當 學習者願意去學、集中注意去學時，如何維持學習者持續探討的動力，這其中和 學習者在探討過程中有無發現的喜悅和建構的滿足愉悅感有關。而學習是否有 效，則需從應用概念來評量。

圖15 概念學習環設計

概念學習環中，在察覺(awareness)關係階段：牽涉到感覺記憶(sensory memory)、短期記憶(short-term memory) 和長期記憶(long-term memory)，主要是 訊息的輸入，包括生活和學習中的討論、對話、畫圖、描述等。察覺的事項包括：

事件、現象、性質、數量或狀態等。此階段涉及知覺的發生和感覺記憶的問題及 認知作用的發生，如：訊息選擇過濾(filtering)的運作、訊息的輸入及表徵 (representation)等。在發現(discover)關聯階段：牽涉到短期記憶及長期記憶。包 括編碼(encoding)、匹配(match)、搜索(seraching)、尋找(seek)的運作。主要為分 析(analysis) 和歸納(inductive)的過程，在這歷程中，學習者必須經歷一段很長時 間的搜索，搜索的項目如：概念的內涵性、概念的外延性、特性、規則性以及個 體內在的先前知識。在建構(construction)模型階段：牽涉到短期記憶及長期記憶。

主要則是歸納和演繹的過程，在這歷程中，學習者將搜索所得的片斷知識，與將 要學習的概念，進行匹配、重組、再建構後，收錄到更廣泛或更有義意的知識脈

絡之中。其中包含由非典型的例子及正、負例的分辨作用；元素間關係的聯結與 規則的建構；將一關係網路結構以一個名稱標記起來，儲存在長期記憶中。選擇 架構儲存的方式與形式等。在應用(application)概念階段：牽涉到短期記憶及長期 記憶。包含回憶(recall)、再認(recognition)、澄清概念、再建構、迴饋(feedback) 等反應、處理與輸出的運作。以上有關學習環的觀點，主要在反映認知生成學習 過程中有關大腦運作的一些重要過程，同時也在反映學習者、學習活動、學習內 容、學習環境間相互關係所產生的中某種學習、認知的節奏性。此觀點亦與 Wittrock(1983)的學習生成過程理論相符。

總體而言，概念學習就是對某種關係的探討、理解和建構過程，並在此過程 中建立出更有效的架構體系。四個學習階段是以「理解」為中心，其中包括了：

引發經驗、構造經驗和喚醒記憶經驗的過程和作用；將新的訊息、事例整合到既 有基模（架構）中，對微妙關係產生一種洞察和領悟；聯結不同的訊息、事例、

方法並與內部表示法建立出網絡關聯架構；從觀察和描述中進行規則的歸納，形 成一個心理表徵或創造出一個模型，以解釋外在的世界；以及最後包含著形成聯 結良好的知識結構性。而所有概念形成過程中，也必須是學習者主動建立的過 程，而不是被動接受。正如Vygotsky(1962)在兒童概念形成階段中所言：「兒童 遵循的並非是他在物體裡發現的客觀關係，而是他自己的知覺提示給他主觀的聯 結」。因此，覺察、發現、建構和應用的學習環學習活動設計，就是在滿足學習 者有利覺察的情境，並支持其主動探討、發現和建構的學習環境。

4.2.4 認知支持工具和鷹架的設計

在認知支持的學習環境下，學習方式和過程可以有很多改善空間，也可以有 重大的改變，例如Fisher(2000)建議基於網路學習環境下，教師要在科技的協助 下以學生參與完成任務的方式進行教學。在這樣的學習情境中，學生完成任務的 步驟在時間上並不一定要與概念的層級相匹配。對學生來說總體觀察是非常重要 的，因此概念層級中最高級的應先行到來。又學生需要對結果的理解來建構一個 在他大腦中能夠參照使用的認知地圖(cognitive map)，當認知地圖構造完成，學 生將尋求哪一種類型的學習活動最為有效，並應用這方法激發一種個體化的創 新。若學生對認知地圖沒有瞭解，他們可能會被弄得糊里糊塗並迷失在學習的過 程中。這種先給學生最終產品的呈現方式，稱之為反向成型法(reverse shaping) (Fisher, 2000)。Oliver 和 MacLoughlin(2001)提出有關建構性學習支持的原則：提 供知識建構過程的經驗、提供多重認知的經驗和評量、提出相關且有效的學習任 務、鼓勵學習過程的自主學習和討論、重視社會經驗的學習、鼓勵對多種解題策

略的思考和探索、鼓勵自覺的知識建構過程。而根據Means 和 Knapp(1998)的研 究，學習不利的學生可以在意義化及關聯性的脈絡中學會基本技能，並且能從同 時強調解答與如何獲得解答的教學指導中得到學習進展。換言之，複雜的技能不 必然以熟練基本技能開始依序前進的方式進行。

上述這些研究和觀點，為一般線性、程序性學習擴展出新的教學視野，也提 供出開創新學習的機會，它反映出學習存在著複雜、多元、非線性、非序列的特 性，而這些特性不僅與大腦處理訊息頗相近，也與學習者進行學習活動時的真實 情境相近。然而，複雜、多元、非線性、非序列的學習情境，雖符合大腦的自然 學習的方式，但比直接餵養大腦訊息，需要更多的認知支持和鷹架，這樣大腦才 能獲得組織良好的知識和概念架構，以及更有效率的學習方式；而與學習活動的 真實情境相近時，同樣的亦需更多的認知支持和鷹架，學習的真實性才得以發 生。又有效和適當的認知支持，它是擴展最適發展區必要的鷹架。因此，構築出 良好的認知支持工具和認知支持環境，是滿足複雜、多元、非線性、非序列學習 的必要基礎（如圖16 所示）。

圖16 工具與鷹架的認知支持

4.3 結語

學習環境是提供一個給學習者可以在其中進行探索、思考、理解、建構和發 展的場所，建立這種學習環境需滿足學習者可以自主和自由學習的機會，及建構 出良好的知識結構和整體的概念體系外，亦要有足夠可支持其進行建構性學習的

各種資源和工具。因此，理想的學習環境設計就必須對學習情境、學習資源、學 習工具和意義建構等各種要素和交互作用的關係規劃出適切和適性的認知支持 安排，這些安排除了認知因素外亦需考慮到非認知因素(情意)的影響。如 Bastiaens 和Martens (2000)就曾指出學習活動的支持設計可以分成兩類：一種是用來建構 和組織學習過程；一種是用來激發學習者的學習興趣。前者所指的就是屬認知因 素的部分，後者則是屬非認知因素的部分。又從學習者的學習行為來看，非認知 因素所產生的引發效應常常是更優先於認知因素的效應，例如：愉悅、放鬆的學 習氛圍，可幫助學習者有機會去貫通產生更好的聯結，這樣才有創造性。此從「基 於腦的學習理論」中提到大腦需要一種「高挑戰、低威脅」的論點也得到一些支 持。因此進行學習環境設計時，認知與非認知因素以及其交互關係都需妥切的處 理。

概念認知支持學習環境設計的目的在協助學習者進行有利的概念學習，因 此，從積極面來說就是在提昇學習者的概念基礎及擴展概念的層面，而從消極面

概念認知支持學習環境設計的目的在協助學習者進行有利的概念學習，因 此，從積極面來說就是在提昇學習者的概念基礎及擴展概念的層面，而從消極面