知識結構分析探討

知識結構的方法主要在探討學習者如何將知識與學習技能後，以知識 結構的方式來表徵，將特定知識領域中各概念，建構出概念間的組織性與 完整性的認知結構。關於探討知識結構的方法有許多，本研究將以探討圖 形評量為取向的分析方法中，概念構圖 (concept mapping) 和徑路搜尋網 路 (pathfinder network) 兩種分析方法作介紹，包含知識表徵和知識的量 化，以及相關應用研究。

壹、概念構圖與評量 一、概念構圖的意義

概念 (concept) 是指以一個概括性的名詞或符號，代表一群具有相同 屬性事物的全體 (張春興、林清山，1989)。若兩個或多個概念之間，使用 連結語(relation link) 加以連結，即為一個命題 (proposition)。例如：「檸檬 是酸的」 這個命題中，有「檸檬」與「酸」這兩個概念存在，並且兩個 概念被連結為一道完整的語句。然而學習者概念間的連結，會隨著自身所 學習概念數量增加，概念間的相互連結也相對增加，進而產生更多的不同 的命題，但這些命題中有可能是無意義的，並且概念間的相互連結也更複 雜，因此容易造成學習者學習概念時容易混淆，感覺學習上有困難。

Novak and Gowin 於 1984 年提出概念構圖，該方法是根據 Ausubel (1968) 學習理論中，學習者將所要學習的新知識與自身擁有的概念作相互 連結，即產生「有意義的學習」，而概念構圖則是根據「有意義的學習」，

所發展的知識表徵工具。該方法要求學習者必須將學習的概念作階層性的 分類，將概念由上而下排列，上方概念代表主要概念，其餘細節概念，則 位於下方以及兩側，利用上述方式將概念間作分類與連結，形成一個網狀 結構圖，稱為概念圖。學習者在建構概念圖時，必須針對各個概念進行連 結，然而這些概念中有新概念，也有舊概念，因此學習者在建構概念圖的

過程中，即可達到「有意義的學習」。

二、概念構圖實施步驟

Novak and Gowin (1984) 針對不同年齡層學習者，會有不同認知需求 以及先備知識，進而指導學習者如何進行概念構圖的步驟，余民寧 (1997) 將實施概念構圖的教學活動，分為五大步驟，依序為選擇 (selection)、歸 類及排序 (clustering and ordering)、連結及連結語 (linking and labeling)、

交叉連結 (cross linking)、舉例 (exampling)。

(一)選擇

教師挑選與進行概念構圖有相關的主題教材，例如：書本或雜誌中某 個章節、演講記錄等，接著要求學習者閱讀，再挑選出關鍵字或片語，每 個關鍵字或片語都是一個概念。之後，將被挑選出來的這些概念呈現出 來，提供學生共同討論與決定討論主題的中心概念。

(二)歸類及排序

根據挑選出的概念，教學者要求學習者將概念分類為：概念間具有任 何從屬關係或階層關係的群集 (clusters) ； 概念間不具任何有從屬關係或 階層關係的群集，依此分類方式可得到兩個以上的群集。分類完成後，根 據每一群集從屬關係或階層關係，將較一般化至較特殊化的概念，由上而 下排列，概念間若無關連可放置平行位置。

(三)連結及連結語

根據概念在各階層的分佈情形，將任何兩個有關連的概念，使用一條 線段做連結，形成一道有意義的命題 (meaningful proposition)。並在連結 線旁附加適合的連結語，說明兩概念間的關連及意義，完成該步驟後，此 圖稱為「概念圖」。

(四)交叉連結

在概念圖中各概念群集內，找出兩個具有關連的概念，使用連結線進

行連結，並在連結線旁附加適合的連結語，說明不同概念群集之間的關 係。這類行為表現可激發學習者想像力、創造力及應變力，教學者應多鼓 勵這類行為表現。

(五)舉例

最後，教學者要求學習者根據最下方概念，也就是最特殊化概念，舉 出適當的課外例子，透過該方法可瞭解學習者是否融會貫通這些概念。

透過上述概念構圖的實施步驟可知，根據每位學習者對於特定主題所 建構的概念圖，彼此間可能具有差異情形，透過不同的概念連結與連結 語，可瞭解學習者對於概念的瞭解情形，以及學習者的學習成就差異情 形。因此教學者可以使用概念圖作為診斷某個主題學習表現成就 (Stuart, 1985)，且概念圖不僅可以作為一種教學策略，同時更可以作為一種評量工 具，教師可以從學生所繪製的概念圖來作為評量學習成就的依據 (吳惠 婷，2008)。

三、概念構圖的評量方法

概念構圖可作為成就測驗之用，配合其它測驗工具，可瞭解學習者在 某一學科領域知識 (許松樑、邱上貞、蔡長添，1990)，且教學者可藉由每 位學習者所建構的概念圖差異情形，瞭解學習者學習成就高低。因此，概 念圖具有診斷的功能，可提供作為有效的評量工具 (陳俊智、郭小菁，

2001)。然而概念構圖的評量方法，大致上可分為兩個方向 (宋德忠、陳淑 芬、張國恩，1998)：(一)將學習者所建構的概念圖與專家或教師的概念圖，

進行比對差異情形，進行診斷；(二)透過概念構圖的過程，瞭解學習者進 行學習時知道結構改變情形。一般概念構圖的主要計分方法，仍然以 Novak and Gowin (1984) 所發展出計分方式為藍本，其計分方式是將學習 者的概念圖分為四個結構成份，分別為關係、階層、交叉連結以及舉列等 四項。評分方式設計敘述如下 (余民寧，1997)。

(一)關係

針對兩個概念間連結為一道命題，其中，連結線與連結語必須表達出 兩個概念間關聯是有意義且有效的，評分時，只對一個有效且有意義連 結，即給予一分。

(二)階層

針對概念圖中概念分佈情形所呈現的階層數量，其中每一個附屬概念 應比位於上階層概念更具有特殊性以及具體化。評分時，只對有意義及有 效的階層關係，即給予五分。

(三)交叉連結

概念圖中某個階層的概念與另一階層的概念間呈現有意義的連結，交 叉連結是代表兩個經由統整後的概念階層之間有效的關聯連結，也可作為 學習者創造力的展現。評分時，可針對創造力展現給予更多鼓勵，即給予 十分。

(四)舉例

給予學習者根據自身的理解，針對知識作統整之後，以特定的事件或 物件作為例子，但必須不為教材中現成的例子。教學者可根據學習者所舉 出的例子性質，瞭解學習者是否掌握正確概念。評分時，學習者舉出的例 子若明確指出概念間的關係，則每一個特定的事件或物件的例子，即給予 一分。

根據上述評分方式，為多數研究者作為使用概念構圖評量時，作為設 計評分方式的一種參考藍本。研究者可自行根據需求，設計評分項目與給 分標準。而圖 2-6 為一個典型概念構圖評量例子與計分原則說明。

階層

四、概念構圖相關應用研究

Chang (2002) 應用概念構圖方法，透過先前學習者所討論訊息，解決 並回答懸擺問題。研究結果顯示使用先前討論訊息去回答懸擺問題是有效 的，但解決懸擺問題無法改變學習者在學習討論時的行為。Chiu, Huang and Chang (2000) 根據學習者於網際網路進行互動，進行合作式的概念構圖活 動，並評估活動過程及影響。研究結果顯示使用此方法可幫助學習者學 習，並且概念構圖法對知識獲得與態度皆有正向影響。

鄭憲聰 (2006) 嘗試將概念構圖教學法應用於生活科技的教學上，以 簡易手擲機製作教學活動為例。研究結果顯示概念構圖法教學可以有效提 升學習者的思考力與統整能力，並且協助學習者更容易記憶欲學習的內 容，但實施教學前必須給予學習者足夠的先備知識與概念。

羅希哲、溫漢儒、曾國鴻 (2007) 應用概念構圖融入電腦輔助教學的 教學策略，進行綜合高中化學科教學，並評定其教學效果。研究結果包括：

(一)實驗組學生學習成就優於控制組。(二)實驗組學生在分析及綜合等認知 層面，學後保留情形不佳，但在知識、理解、應用及評鑑等認知層面，學 後保留情形較佳。(三)後測成績、學後保留成績及學習態度，並不會因性 別不同而有所差異。(四)研究所發展之教材，可引起學習者注意與學習興 趣，以及改變學習態度。(五)徑路分析結果顯示，教材呈現影響學習者學 習成就的路徑，主要有三條路徑。

陳俊智、郭小菁 (2001) 應用概念構圖教學法於造型教學課程，探討 結構化認知教學策略在設計基礎課程的成效。研究指出概念圖可有效提高 學生高層次與低層次的認知能力，並提升造形分析、推理與評鑑能力，經 由實驗進行，可知概念構圖法是一種有效的學習評量與教學診斷工具。

根據上述研究可知，有多種學科皆使用概念構圖法作為教學方法與評 量工具，表示概念構圖法可以推廣至更多不同學科領域，協助學習者建構 特定學科領域的知識結構。該方法促使學習者根據自身理解，繪製概念結

構圖，透過此技巧訓練可有效激發學習統整力，並促使學習者更加瞭解學 習內容，以及概念分類與關聯。教學者也可根據學習者所繪製的概念結構 圖，釐清學習者具有哪些迷思概念，以便進行補救教學時參考依據。

貳、徑路搜尋網路分析

徑路搜尋網路分析是 1985 年由美國新墨西哥州立大學計算研究實驗 室領導人 Schvaneveldt 與其研究小組，根據網路模式 (network model) 和 圖形理論 (graph theory)，發展出路徑搜尋量尺化算則 (pathfinder Scaling algorithm)。此方法以節點連結方式可建構出受試者知識結構，並計算各節 點間分佈位置，進行結構間的比較，用以分析及評量學習者與專家間的差 異情形。徑路搜尋網路分析對於評量知識結構的過程大致上可分為三個步 驟，包括知識結構的引出、知識結構的表徵以及知識結構的評價。其上述 三個評量步驟說明如下。

徑路搜尋網路分析是 1985 年由美國新墨西哥州立大學計算研究實驗 室領導人 Schvaneveldt 與其研究小組，根據網路模式 (network model) 和 圖形理論 (graph theory)，發展出路徑搜尋量尺化算則 (pathfinder Scaling algorithm)。此方法以節點連結方式可建構出受試者知識結構，並計算各節 點間分佈位置，進行結構間的比較，用以分析及評量學習者與專家間的差 異情形。徑路搜尋網路分析對於評量知識結構的過程大致上可分為三個步 驟，包括知識結構的引出、知識結構的表徵以及知識結構的評價。其上述 三個評量步驟說明如下。