概念改變

第二章 文獻探討

本章將藉由文獻探討來了解何謂概念改變、希望感理論及低成就學生之評定 方式。

第一節 概念改變

一、 PSHG 的概念改變模型

此模型是由 Posner, Strike, Hewson 與 Gertzog 於 1982 年依據 Kuhn（1970）和 Lakatos（1970）的認識論所提出的。該模型堪稱為概念改變的經典原型（Potvin, 2013），也是本研究界定的 Classical Model，此模型深刻的影響概念改變的領域，

現今普遍認為要達成概念改變需要先提供認知衝突作為教材的第一步（Limon, 2001）。

Posner 等人認為，若學生面對新現象時，使用舊有的概念去解決問題時，此 種概念改變稱為同化（assimilation）；若舊有概念無法解釋新問題時，學生勢必得 意識到舊有概念的不足進而更換掉不適用的舊概念，此種較為激烈的概念改變稱 為調適（accommodation），Kuhn 將此種概念改變稱為科學革命，Lakatos 則稱之為 a change of research programs。在下列四個條件發生時，調適才會成功。

1. 不滿足（dissatisfacion）：唯有學習者對舊有概念失去信心，才有機會調適。

2. 可理解的新概念（intelligible）：學習者新接觸的科學概念往往是非直覺的，

故難以理解，須讓學習者知道新概念能如何建構經驗。

3. 合理的新概念（plausible）：新概念需要能合理的解決問題，且必須和典範 一致。

4. 豐富的新概念（fruitful）：新概念需要有延伸的潛力以利於新領域的探索。

此概念改變模型提出時，也一併提出了建議的教學策略：

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1. 發 展 課 程 、 多 做 演 示 和 進 行 實 驗 室 課 程 以 產 生 認 知 衝 突 （ Stavy &

Berkowitz,1980; 引自 Posner et al., 1982）

2. 診斷錯誤想法，辨識學生抵抗調適的防衛性舉動 3. 發展移除學生的錯誤想法並處理影響調適的策略

4. 課程內容以多樣化的模式呈現以協助學生理解科學概念（Clement, 1977;

引自 Posner et al., 1982）

5. 發展評量概念改變過程的工具以協助教師追蹤學生的學習情況（Posner &

Gertzog, 1982; 引自 Posner et al., 1982）

二、 Nussbaum 與 Novick 的概念改變模型

此概念改變模型所提出的教學策略是基於個體持有迷思概念的科學概念學習 牽涉到認知調適的研究。此種將認知衝突做為核心思想的概念改變模型也和 PSHG 模型一樣被視為傳統經典的概念改變原型（Chan, Burtis, & Bereiter, 1997）。

Nussbaum 與 Novick（1982）認為一般課堂上演示實驗無法激起夠深層的認知 衝突和調適是因為學生在意識到問題的存在和本質之前，就已經閱讀過、觀察過、

甚至操作過這些實驗。兩名學者認為，若要能成功地引起調適，在設計教學流程 上需要遵守下列原則：

1. 揭露迷思概念：

(1) 製造能揭露迷思概念的事件，激起學生的先備概念。

(2) 鼓勵學生用口語或圖畫形容先備概念。

(3) 協助學生整理釐清想法。

(4) 讓學生們辯論彼此不同的概念

2. 製造矛盾：展示學生用迷思概念無法解釋的科學現象，以產生衝突。

3. 協助學生尋找解決方法，鼓勵學生進行調適，當正確的科學概念提出時，

鼓勵學生精緻化科學概念。

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三、 Potvin 的 Prevalence Model

Potvin 根據神經教育學的發現和大量的文獻探討，認為概念其實並非被「改變」

而是概念易位（concept shift），於 2013 年提出 Prevalence Model 的理論架構，而後 提出實徵研究的結果證明 Prevalence Model 的優勢（Potvin et al., 2015）。茲下將闡 述 Prevalence Model 的源起和內容。

1. Classical Model 與認知衝突的不足

Classical Model 儘管非常的受歡迎，仍有許多對於該模型的批評。早期的研究 指出，使用 Classical Model 的教材教法有時候會成功，有時候則否（Guzetti, 1993;

Limon & Carretero, 1997; Tillema & Knol, 1997）。迷思概念頑強且難以改變，有時 會在生活中完整的重現或與學習到的新知識混雜在一起（Hammer, 2000）。而 Classical Model 的核心步驟「認知衝突」也時常難以達成有意義的衝突或引起個體 對於舊有概念的不滿足（Chan et al., 1997），反而會引起不舒服、嫌惡（Lee & Byun, 2012, p.944）或焦慮（Lee, Kwon, Park, Kim, Kwon, & Park, 2003）。

為了引起認知衝突，普遍會使用差異性事件（discrepant events）、反常數據

（anomalous data）和反駁測驗（refutational text）（Palmer & Flanagan, 1997），許多 研究都假定當個體面對認知衝突後，會理解到自身持有的想法是錯誤的，並改變 原有的迷思概念，但實際上的效益則各方有不同看法。Hewson 與 Hewson（1984）

認為認知衝突在改變迷思概念上是有效的；但有許多研究指出，學生在面對認知 衝突時會選擇忽略以保護自身的舊有概念（Dreyfus, Jungwirth & Eliovitch, 1990;

Chinn & Brewer, 1993; Niaz, 1995; Van Driel, Verloop & de Vos, 1998），也有研究發 現學生會拒絕衝突另有概念的新概念（Duit et al., 2008; Lee & Byun, 2012, p.944;

Limon, 2001; Schlaghecken & Martini, 2012）。

認知衝突有意義與否和學生的推理能力有關（Dreyfus et al., 1990, p. 567;

Limon, 2001, p. 365），若學生的推理能力不足或擁有的概念不夠，面對認知衝突時 便無法理解，無法藉由衝突推理出舊有概念的矛盾與不足，認知衝突便失去意義，

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Trumper（1997）的研究也發現學生會無法瞭解衝突或只能解決部分衝突。故認知 衝突的效益可能與個體的能力和持有的舊概念有關。

2. 概念共存（coexistence between conceptions）

在許多神經影像的研究發現，專家在解有迷思概念的科學任務時的腦部機制 顯示仍有抑制（inhibition）的現象，相關研究結果在不同的科學主題都有所發現，

如物體掉落的迷思概念（Brault Foisy, Masson, Potvin, & Riopel , 2012）、基本電學 迷思（Masson, Potvin, & Riopel, 2010a, 2010b; Masson, Potvin, Riopel, & Brault Foisy, 2014）、化學相關的迷思概念（Nelson, Lizcano, Atkins, & Dunbar, 2007）。這種抑制 的現象在個體參與著名的史楚普效應（Stroop）中也曾觀察到（MacLeod, 1991）

而抑制被視為是大腦在抵制干擾物（Houdé, 2008），此大腦區域也通常與衝突的偵 測有關（Botvinick, 2007）。

專家被認為是已經完成概念改變的學習者，那抑制的反應又是從何而來？許 多學者認為干擾是來自於最原始的但已不再占有領導地位的迷思概念，在專家的 心智中同時存在科學和非科學的基模，也就是概念共存（coexistence between conceptions ）（ Masson, Potvin, Riopel, Brault Foisy, & Lafortune, 2012; Potvin, 2013）。

3. Prevalence Model（新興模型）

在前述的脈絡之下，Potvin（2013）認為，唯有在學習者已存有足以匹敵的概 念的情況下，對學習者的舊有概念的認知衝突才會有效，如同在爬樹時，有一根 新的樹枝（新概念）可以抓住才會放開現在握住的樹枝（舊概念）。而 Kuhn（1962）

也表示，只有在存有另一個能取代現有科學理論的選擇性時，現有的科學理論才 會無效。

Potvin（2013）依據上述發現，提出了 Prevalence Model，其步驟如下：

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1. 新概念有效性（availability of the programmed (desired) conception）

與 PSHG 的概念模型中的可理解的新概念（intelligible）相關。相關研究已指 出，當學生對欲求的答案有高度的把握時，概念改變的獲益較多，反之則獲益較 少（Potvin, Riopel, Masson, & Fournier, 2010）。而將新概念有效性放在 Prevalence Model 的第一個步驟也和解釋為什麼學生的先備知識越好，在 Classical Model 的概 念改變越佳不謀而合（Chinn & Brewer, 1993; Limon, 2001; Limon & Carretero, 1997）。

2. 設置「停止標誌」（installation of inhibitive “stop signs”）

基本上與 PSHG 的概念改變模型中的第一個步驟「不滿足」一樣，但目的不 同，PSHG 模型中引起個體不滿足的目的是削弱迷思概念，而此模型引起衝突的目 的是讓個體正確的知道迷思概念會導向錯誤。

3. 提升新概念的主導耐久度（durable prevalence of the programmed conception）

此模型的耐久需要反覆練習、自動化，PSHG 模型中的豐富的新概念（fruitful）

的標準可以套用在此。

相關的實徵研究以浮力為主題（Potvin et al., 2015），施測對象為 558 位小學五、

六年級的學生，分三群進行教學：Classical Model（認知衝突→傳統教學法）、

Prevalence Model（傳統教學法→認知衝突）與重複傳統教學（傳統教學法→傳統 教學法）。認知衝突的影片為五分四十秒，傳統教學法的影片為四分二十八秒，前 兩組的學生僅看兩支影片的順序不同，第三組的學生則是連續看兩次傳統教學法 的影片，完全沒有進行認知衝突。測試學生答題時的反應時間和答對率，以前測 和後測的數據進行資料分析，結果顯示認知衝突對於概念改變的確是有所幫助，

但 更 重要 的發 現是 ，認 知衝 突不 見得 要 在教 學 的最 一開 端便 引入 ，也 因 此 Prevalence Model 可能為較佳的選擇。同時該研究也詮釋數據，推測施測班級掌握 的概念程度不同，會影響到 Prevalence Model 與 Classical Model 的成效。若班級的 程度較差、推理能力較弱，課程的開端就進行認知衝突的效果不佳，推測此時應 較適用 Prevalence Model 而非 Classical Model。

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由於該研究不是在真實的教學現場且施測對象年紀較小，也推測程度較差的 學生可能適用 Prevalence Model，故本研究選擇高職和綜合高中一年級的學生並於 真實的課室中進行相關研究。

四、 Chi 的概念改變理論

Chi 從本體論出發，將實體分成三種類別，分別為物質（matter）、過程（process）

和心智狀態（mental state）（Chi, 1992; Chi, Slotta, & de Leeuw, 1994）。物質如綠色 的網球，過程如閱讀，心智狀態如開心。此三種類別因本質不同而各自獨立為三 棵樹，每棵樹的底下再一一分層為次概念、次概念的次概念（如圖 2-1-1）。而 Chi 認為，當概念改變發生在同一本體樹時，概念改變較容易發生，這是因為新舊概 念都在同一個領域（domain）之中，僅須透過局部的變化便能達成，Chi 將此種概 念改變稱為類別內的概念改變，Carey（1985）稱之為弱重建。若新舊概念分屬在 不同的本體樹，此種的概念改變稱為類別間的概念改變或根本的概念改變。根據 Chi 的不相容理論（Incompatibility）（Chi, 1992; Chi, 1998; Chi, Slotta, & de Leeuw, 1994），不同的本體樹彼此是互斥的，基模具有不相容性，如物理學科中，學生對 於電的素樸概念往往屬於物質的本體樹，認為電具有質量、體積，但正確的科學 概念中，電是屬於過程的本體樹，所以新手往往覺得學習電學具有困難度。

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圖 2-1-1 本體樹的組織架構（Chi, 1992; 1994 修正;引自邱美虹, 1998）

Chi（1992）也表示，概念改變並非漸進的遷移，而是獨立發展，原有的概念 並沒有被新概念取代，仍然有部分存在，亦即概念共存。邱美虹（2000）則對此 持保留態度，認為需要更深入的研究才能確定原有概念是否無法被取代，概念改

Chi（1992）也表示，概念改變並非漸進的遷移，而是獨立發展，原有的概念 並沒有被新概念取代，仍然有部分存在，亦即概念共存。邱美虹（2000）則對此 持保留態度，認為需要更深入的研究才能確定原有概念是否無法被取代，概念改