認知和學習工具的支持

概念學習中，學習者需要各種能用來收集資料、加工和建構訊息的工具，而 資訊科技的技術，可以發揮如提供一系列可用來檢索、篩選、加工和設計訊息的 工具等不同的功能。許多研究小組查閱了有關科技和學習的文獻，得出的結論是 只要適當的使用科技，科技在提高學生的學業和促進教師的學習都有巨大的潛力 (Cognition and Technology Group at Vanderbilt, 1997)。新的科技不僅為學習環境創 建出新的潛力和挖掘新的機會，同時也能擴展如書籍、黑板、收音機、電視機等 古老技術的新可能。科技雖產生了一些新工具也創造了一些學習的新機會，但科 技並不保證學習的有效性，不恰當的使用科技會妨礙學習。例如，學生在製作多

媒體上浪費很多時間在選取文字、色彩，卻不是把時間花費在設計、撰寫、修改 觀點上(Bransford et al., 1999)。

由於傳統學習環境對抽象概念的學習大多以口頭的解釋和說明為主，偶而輔 以演示來教學，這樣的概念學習環境常常缺乏概念所屬的情境性，換言之，學習 者是在抽離、獨立的情況下，以練習和強記的方式學習。這種概念學習的現象就 是造成學生無法真正理解概念，不能移轉概念的原因，因此，學生只能在課堂的 考試上獲得分數，而無法應用概念知識解決生活上的問題。基於這個原因，以學 習者為中心的學習環境(簡稱 SCLEs)，力求表徵它所類比的真實世界活動系統的 複雜性。但是，這種複雜性對學習者技能上的要求，經常超出學習者進入問題或 專案時已有的準備能力。這時就需要對他們在活動中的表現和隨之出現的意義形 成進行支撐。為此，就必須識別出問題解決或完成任務(它是隱藏在問題表徵中 的)過程中的那些活動所需的技能，待確認了這些技能以後，就可設置認知工具 以支撐學習者完成這些任務。而支持學習者的認知工具可能是分析觀點的組織工 具、表徵心智模型的動態建模工具、用不同方法觀察現象的視覺工具、建立合作 性知識庫的對話工具或者是計算工具(Jonassen,2000)。SCLEs 常常提供了一系列 的工具來幫助學習者以適當的方式進行思考，而Jonassen (1996) 更將電腦模擬 視為「心智工具(Mind tools)」。Jonassen 認為心智工具是一個運用電腦環境與軟 體來激發學習者高層次思維與創造力，並可加強知識的保留與遷移作用及協助知 識建構與認知學習的工具。此外，電腦亦可以輔助知識的建構、電腦可輔助探索、

電腦可輔助從做中學的學習、電腦可輔助共同學習、電腦是反思學習的伙伴，可 增強及重組學習者的認知學習過程，所以也是一種認知工具(cognitive tool) (Jonassen, 2000; Jonassen & Reeves, 1996; Reeves, 1998)。

建構主義學習環境可以支撐學習者的思維和行動以深化其理解，這種環境的 支撐為學習者提供了增強和拓展認知能力的機會，並通過眼前的任務來重組思維 的過程(Pea,1985)。由於科技工具可以在一個學習者的最近發展區(ZPD)中，提供 模型、高級思維的機會和對後設認知的引導(Salomon, Globerson & Guterman, 1989)，因此，科技可用來促進學習的理解。相對的，如果沒有這些科技的支持，

理解便不可能或難以進行。這些科技使學習者能用具體的方法對其思維進行表 徵，並使它們的推理過程可視化和得到驗證(Land & Hannafin, 2000)。基於科技 的發達，許多研究者就利用科技資訊開發了各種輔助學習工具。其中電腦和多媒 體的應用即是人們最多的選擇方式，但從一些研究可以發現，一些宣稱電腦可以 有效協助學習者學習的工具，事實上大部分只是具有類似放大器的功能(節省計 算時間或使製圖更容易)，並沒有對學習者的知識重組或建立某種轉換的聯結產

生功能(Dreyfus, 1994)。因此 Dreyfus 特別強調，從教學理論的角度來看，有些東 西比科技上的細節更為重要，例如某些EXCEL 設計的圖像和表示法間的聯結可 能缺少了一些關鍵性的功能，雖然是運用了電腦工具卻未能達到有效認知支持的 效果。基於這樣的理由，所以本研究認為學習環境的設計，需要一套學習理論架 構為設計的基礎。

應用電腦做為認知工具的有利條件，是電腦提供一個可直接「施予動作」的 環境，學習者可以針對螢幕上的對象(圖形、數值)施予動作，透過操作動作的功 能，可即時從螢幕上觀察到施予動作前、後作用所發生的變化，這種變化對學習 者覺察或意識到關係的存在，以及理解關係的本質有深刻的影響。基於此，

Dreyfus(1994)從教學理論的意義上說，把這個過程顛倒過來也許更加有效，也就 是說讓學習者去探究什麼樣的作用會導致這些關係的特定變化。這種作用可以是 動態的、隨意重複的，學習者可以通過電腦的多次迴饋中得到結論。對於這樣的 觀點和做法，Tall(1994)也強調這樣的目的，不僅僅是要提供一種牢靠的視覺直 覺依據，還可為理解後來發生的型式上的細微差異埋下伏筆。換言之，學習者需 要學會對概念在螢幕上表示法的細節進行深入的考察。

認知學習工具依其工具發展的目的來分，有「以一般應用為基礎的工具」和

「以教學為基礎的工具」兩種。以一般應用為基礎的工具如(EXCEL、WORD)，

雖具有認知支持的功能，但其遵循知識領域中的內在邏輯和結構而建立起來。它 運用的範圍甚廣而不僅限於教育方面，再加上這種注重知識內在邏輯性的次序和 結構，未必符合一些概念學習時的認知心理次序和結構。相對的，一些以特定應 用的為基礎的工具，可能具有更高的認知支持功能，但也發生概念移轉異常微弱 的現象，例如，一些高效能的運算和繪圖工具，一般不會考慮到學習者在設法為 極限或導數這樣的概念建構適當的圖像時所產生的各種概念上的困難(Dreyfus, 1994)。正由於考慮到這些特殊或眾所周知的困難，人們設計像 Graphic Caculus 這樣以教學基礎的工具。Dreyfus(1994)認為這些工具以創造學習經驗為目標，例 如比、函數、導數等概念或概念圖製作工具。應用這種工具製作概念圖的目的之 一是讓問題解決能力更加靈活，另一目的則是建立關聯，使學習者的思維更具靈 活性，例如：概念可能會在以後某個時間以不同的結構出現，屆時學習者能認識 到是完全相同的概念。

在以教學為基礎的工具上，雖針對為學習者學習概念而設計，但也產生了一 個主要問題：若設計的過於局部化、特殊化，只適用於特定的概念、概念群或課 程，那課程設計者有可能為每一個概念都提供一個概念工具嗎。這問題牽涉到我 們是要為概念學習尋找認知工具，還是學生學習的目的就是使用電腦化的工具？

是學生所學的概念依賴於工具，還是工具依賴於所學的概念？很清楚的，概念學 習應當是首要目標，它決定了工具。故基於協助學習者的知識獲得和概念學習，

本研究認為有必要要為每個概念學習的不同目標設計出不同的工具。

2.4.3 多重感知情境的支持

多重感知與概念學習間的關係，自多媒體、電腦科技出現後，其影響性就引 起更多的關注，尤其是視覺感知應用在網頁螢幕的設計上(Laflore, 2000)。感知和 學習的關係源自Kohler(1947)和 Koffka(1935)的格式塔(Gestalt)理論，其後阿恩海 姆(Arnheim, 1969)在《視覺思維(Visual thinking)》一書中，更系統的闡釋了視覺 與思維間的關係，為視覺設計帶來了新的啟示。而Paivio(1971)的圖像與語文的 雙重編碼，和Snodgrass(1999)的圖像、語文與語義的共同編碼，也提供了教學設 計上一個很好的參考。

視覺感知對概念學習的認知支持，可從其視覺化所帶來的多重表徵和多重聯 結功能來看。其中電腦做為認知支持工具的有利條件，就是其具有多重聯結表示 法的潛力，尤其是強大的圖形表示法，這種多重聯結表示法對學生理解數學概念 (如比例、函數)具有重要的影響性(Kaput, 1994)。例如 Koedinger(引自 Dreyfus, 1994)就找出了幾個圖形表示法的特性，這種用圖形表示法所呈現的訊息，在許 多推理和學習活動中優於線性語句的表示法。Mayer(1997)在關於多媒體學習的 研究反思中，也提出以語言型式呈現關於系統機制的解釋，不能保證學習者真正 的理解這些解釋。在試圖幫助學習者理解科學的解釋時，我們越來越依賴於多媒 體的學習，以便能同時通過視覺和語言的解釋來學習。近年來一些多重表徵的教 學受到支持，其假設為當學習者對同一材料的多重表徵(包括視覺和語言表徵)進 行建構和協調時，有意義的學習才得以發生(Houghton & Willows, 1987; Schnotz

& Kulhavy, 1994)。Gordin 和 Pea(1995)也指出，具體的圖形和其他的直觀訊息表 徵有助於人們的學習。圖形表示法的特性Koedinger 認為可以分成兩類：一是結 構性的，指訊息在圖形中的空間排列，這會傳遞出相關元素間在整體和部分關係 的訊息(如距離)；再則是意外的，指感性的意識到某種關係的可能性(如果用非圖 形的表示法這種關係可能被忽略)。通過圖形表示法的方式，可讓以「直觀視覺 化」表示數學概念的做法成為可能，而這種功能又是其他媒體所無法提供的結構。

圖形能增加學習的內在和外在兩方面的動力，亦可提供學習者一種視覺參考 作用，而視覺參考物則是幫助學生看出所學內容各部分間關係的一種方法(Reiber, 1994)。例如網狀圖示法或圖形組合法就是達到這一目的的視覺參考物，通過網 狀圖示法或圖形組合法的使用，可以清晰的綜覽訊息以及其各部分內容間的關

係。圖示法中如概念圖(concept map)的做法，將文字方塊或圖標用線連起來，學

係。圖示法中如概念圖(concept map)的做法，將文字方塊或圖標用線連起來，學