思想適應性控制理論與相關研究

在文檔中 物件藏找遊戲對於國小學童英語字彙學習之效益 (頁 23-32)

第二章 文獻探討

第一節 思想適應性控制理論與相關研究

21 世紀資訊日益發達,人如何獲取知識以及處理知識一直以來是學者十分 關注的課題。近幾年,世界各國對大腦的研究都非常的重視,也取得了很大的 成果(張葶葶, 洪蘭, & 李俊仁,2005; 劉嘉茹,2009)。大腦是人體接受知覺 和行為控制的中樞(劉嘉茹,2009),而人類的大腦之所以非常傑出,乃由於它 的認知學習功能有別於其他動物,藉由新刺激、新經驗和新行為而自我重組。

本節將分別從「ACT-R 理論模式」、「ACT-R 理論運作模組」與「ACT-R 理論相 關研究」之認知學習觀點來探討。

壹、思想適應性控制(ACT-R)理論模式 一、基本內涵

「思想適應性控制」(Adaptive control of thought, ACT)之理論是 Anderson

(1983)提出。提出 ACT 理論的想法是當初 Newell 和 Simon(1971)想發展 一套能完全整合的(fully unified)認知建構(cognitive architecture)模型,從 知覺運作模組(perceptional-motor modules)的觀點結合認知心理學(cognitive psychology)領域。這個理論原先就是設計一個高層次認知發展系統模型,後 來主要被廣泛推論一些心理學領域的實驗結果,例如河內塔遊戲、教室之中問 題思考解決過程、人類的記憶與學習等(Anderson & Lebiere, 1998)。

將近 25 年來,Anderson 和他的同事一直致力於研究知識的表徵以及認知處 理運作過程,該理論不斷地修正,Anderson 隨後於 ACT-R 理論模式中,增加 R

(Rational)的部分,目前發展至 ACT-R 第六版(吕穎,2011; 鄭依琳,

2013)。

ACT-R 是一種訊息處理的模式。它的基本內涵是任何知識的習得都是始於 陳述性階段,經過一段時間的程序化以及協調過程,最終過渡到程序性階段

(Anderson, Matessa, & Lebiere, 1997; 吕颖,2011)。這個理論中的知識被分成 陳述性知識以及程序性知識兩類,分述如下(Robinson, 2001; 吕颖,2011):

(一) 陳述性知識:

可以用「是什麼」來回答,例如:華盛頓是美國首都,台灣位於亞洲,

2+3=5 等。這些知識是可以從書本和老師授課中直接獲得的。

(二) 程序性知識:

指的是「如何做某事」,比如說如何在開車時換檔,如何正確使用英語表 達。這類知識可以用公式表示:當 X 發生,那麼要執行 Y 事件。

二、認知三階段

對高層次認知歷程而言,ACT-R 系統是一個涵蓋內容廣泛的一般性系統

(Anderson, Matessa, & Lebiere, 1997)。ACT-R 理論認為在技能形成過程中要經 歷以下三階段:(Anderson, 2004; 吕颖,2011)

(一) 認知(cognitive)階段:

在技能形成的初始階段,從書本或外在環境中獲得某些知識或理論,這些 知識以陳述性知識的形式存在於這個階段,學習者需要盡量應用理論,並仔細 偵查應用成果。

(二) 聯想(associative)階段:

這個過程主要歷經知識編譯(knowledge compilation)。在知識編譯的過程 中,學習者把各部分的理論整合成一個動作並實行,將陳述性知識和程序性知 識作質的轉換。Anderson 指出,相對於認知階段,聯想階段的實踐過程的錯誤 率會明顯變少,而且動作完成的速度也會明顯提高。

(三) 自主(autonomous)階段:

此過程主要是知識協調(knowledge tuning)。在知識協調的過程中,學習者 繼續透過大量的練習迅速和自動地完成動作,這個過程是長期量變的過程,包 括概括(generalization)、區別(discrimination)及強化(strengthening)三種機 制。概括是讓形成的規則應用到更多情境場合中;區別則是縮小或限制規則的 應用;強化是使有效的規則得到加強。

貳、思想適應性控制(ACT-R)理論認知運作模組 一、認知運作模組

Anderson(1993)在 ACT-R 理論中也表徵了認知的結構,包含了陳述性知 識的網絡表徵和程序性知識的生產系統表徵(Sternberg & Sternberg, 2012),在 其知識表徵中提出以下重要的論證:人類具有陳述性記憶與程序性記憶兩種長 期儲存的知識,並界定意元(chunk)是陳述性知識中基本的單位;此外,生產 性(production)是程序性知識中的基本單位。當每個意元經由個體程序化的過 程,便轉化為程序性知識。在陳述性知識的網絡模式中,訊息可以被提取且為 一個可供儲存訊息的結構,此網絡系統中存有各種節點(node),節點之間的連 結愈常被活化,彼此之間的關聯性則愈強;而在程序性知識的網絡模式中則具 有程序化(proceduralization)的功能,個體從緩慢又明確的使用方式進展到不 需言明即可完成的程序過程(Lebiere & Anderson, 2008)。

在 ACT-R 這個生產系統(production system)中,所有的元素都會互動、連 結並溝通,相較於其他心理學認知結構的理論,ACT-R 則限定一次的產出只引 發一次的認知循環運作(Taatgen, Lebiere, & Anderson, 2006)。

在此理論架構中,個體的認知步驟是透過配合自然環境與記憶中提取的各 種訊息所激發之生產(production)原則來表徵。其中生產性(production)原 則包括:配對(matching)、選擇(selection)、實行(execution),存在於認知 層面(cognitive layer);而外在環境的訊息通過知覺運作層面(perception-motor

layer)與認知層面互動,知覺運作層面包括四個模組:視覺模組(vision module)、動作模組(motor module)、語言模組(speech module)、聽覺模組

(audition module)。因此,認知層面中的生產性原則與知覺運作層面中的多種 模組介於外在環境與個體內在認知的陳述性知識和程序性知識模組之間,每當 一個問題或刺激產生時,這個認知系統就會被打開,且形成一個循環運作過 程,如圖 2-1-1 所示:(Taatgen, Lebiere & Anderson, 2006)

圖 2-1-1 ACT-R 認知結構及運作

資料來源:修改自 http://act-r.psy.cmu.edu/wordpress/wp-content/uploads/2012/12/570SDOC4697.pdf

依據 Sternberg 與 Sternberg(2012)的觀點,Anderson(1993)的 ACT-R 模 式強調思想的適應性,個體在運作知識時,除了運用「陳述性記憶」、「程序性 記憶」之外,還有「工作記憶」的部分(鄭依琳,2013)。在這個生產系統中,

認知的任務即是彙整組裝各通過生產性原則(production rules)得到的訊息、設 定目標(setting goals)以及透過讀寫的方式進入工作記憶(working memory/

buffers),設定各項達成的目標則是以目標堆(goal stack)的方式呈現其中

(Lebiere & Anderson, 2008)。

所以說,個體透過認知與外在世界呼應,外在世界的訊息經過編碼進入工

作記憶,而這些訊息一方面儲存入陳述性記憶,或由陳述性記憶提取相對應的 訊息與之呼應;另一方面,也可能活化程序性記憶使之對應並執行相關訊息,

使個體對外在世界有所回應。

另外,在 ACT-R 系統中還有形式配對(pattern matching)和衝突解決

(conflict resolution)兩個重要的機制,它們存在於認知層面中。形式配對是用 來加以確定產出的記憶訊息和當下工作記憶的情境是否能吻合的過程;當許多 產出的記憶訊息時,衝突解決就是用來判定哪一個產出訊息是最合適且可應 用,並傳回工作記憶中。

圖 2-1-2 ACT-R 理論各模組示意圖

資料來源:修改自https://www.cs.umd.edu/class/fall2002/cmsc838s/tichi/actr.html

Anderson(1993)是以統整性、互動性的觀點來表徵知識的結構,透過連 結陳述性知識與程序性知識的網絡模式,來說明大腦如何處理訊息;再結合訊 息處理中,工作記憶與長期記憶的觀點,來表達人類運作知識體系的可能途徑

(鄭依琳,2013)。他強調 ACT-R 是活用生產系統和陳述性記憶之間的連結機 制(Pew & Mavor, 1998),也說明理想的生產系統是認知能自主正確地管理腦 內資訊處理的各種單位(units)。

二、物件藏找遊戲之 ACT-R 運作模組

Jensen(1998)在談到大腦知識與教學時也提出類似運作模組的概念:大腦 接收刺激,這些刺激可能來自於內在,也可能是一種全新的經驗,然後這些刺 激被分類成不同的部分,在不同的層次之中被處理或學習,最後成為一些可供 記憶的東西(梁雲霞,2003)。

從 ACT-R 理論模式看本研究,學習者在透過「物件藏找遊戲」學習英語字 彙時,會運用各種緩衝區(buffer)與模組(module),如圖 2-1-3,各羅列如 下:

(一) 視覺模組(visual module):

以藏匿物件(hidden objects)的形式來刺激學生運用視覺感知的方式學 習,藉由媒材啟動學習者之字彙(word)理論性知識與藏找(find)步驟性知 識的學習機制。

(二) 聽覺模組 (auditory module):

在學習過程中,老師輔以字音,運用聽覺幫助學習者達到字義觸接,找到 相關的物件。

(三) 目標模組 (goal module):

給予學生多個目標字彙,學習者要盡可能在有限的時間之內找到目標字彙 的物件。

(四) 推論模組 (imaginal module):

在藏找過程中,學習者要能夠依循字形及圖片提示,推論至字義,並且要 能夠找出物件的位置,需要理論性與步驟性知識,學習者的問題解決能力和推 論字彙能力與此遊戲有相關。

(五) 實作模組 (manual module):

在 hidden objects games 學習遊戲當中,藏找順利與否與學習者的字彙觸接 能力、問題解決能力、視覺空間感及圖像思考判斷能力有關,在實作過程中,

也需要極高的專注力。

(六) 檢索模組(retrieval module):

在 hidden objects games 學習遊戲中,學習者的英語學習成就和學習力將影 響他們進行字彙檢索的情況,在碰到各種字彙時,需要能夠從理論性知識中,

檢索出該字彙,比對及轉換。

圖 2-1-3 ACT-R 理論之各緩衝區與模組運作循環流程

資料來源:修改自http://cmapspublic3.ihmc.us/rid=1169770352187_1130880846_618/ACT-R%20Diagram1.cmap

參、相關研究

關於 ACT-R 理論的研究大部分是將 ACT-R 認知模型應用在技能養成或問題 解決中,觀察學習者是否運用 ACT-R 認知模型中的模組結合理論性知識和程序 性知識,進而產出。於教學領域,則是探討學生如何將理論運用在實作過程當 中,以 ACT-R 認知模型進行問題解決,相關研究整理如表 2-1-1:

表 2-1-1 ACT-R 理論相關研究

(Anderson, 1993; Ritter et al., 2007)。

從 ACT-R 理論模式來看本研究教學實驗之物件藏找遊戲,學習者在透過遊

原則及認知模組,增加工作記憶的運作,形成一個循環運作過程,且推論此在 各認知模組運作時對於習得第二外語有其效益。

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