鷹架的理論基礎

本研究欲探討鷹架式建模學習環境對學生建模實務的影響。因此以下將探討 鷹架(scaffolds)有關的研究，作為本研究課程鷹架設計對建模學習影響的理論基 礎。

一、鷹架的教育觀點

從教育的觀點來看，早期文獻認為鷹架作用(scaffolding)是一種關於協助學 習的隱喻(metaphor)，缺乏理論依據(Stone, 1998)，Cazden (1979)最早從Vygotsky 的「近側發展區」(ZPD)理論探討「鷹架」議題，至此鷹架概念成為具理論基礎 的隱喻，無法只從單一面向就能對其有完整的瞭解，因此本節將先從心理學的角 度探討鷹架的理論基礎並歸納出鷹架的基本特性。

鷹架於1976年由心裡學者Wood等人所提出，是描述孩童或生手藉由成人或 較有知識的同儕適當支持而達成個體獨立無法完成的任務或目標之過程(Wood, Bruner, & Ross, 1976)。根據上述描述顯示鷹架學習過程包含「學習具發展性」與

「社會互動(social interaction)」兩個層面。Vygotsky從社會文化的觀點來探討上 述兩層面的議題，亦即強調社會互動、語言以及文化對個體概念與語言學習的影 響，主張人類以語言、文化符號為工具，透過社會互動，將他人認知表現，逐漸 內化為個體認知而發展出更高層次的心智功能，換言之，Vygotsky認為知識是賦 予個人經驗建構下的產物，而學習是一種意義協商的過程。

Vygotsky則將社會互動視為促進學生認知發展的動力，他更進一步提出「近 側發展區」(zone of proximal development，簡稱ZPD)的概念來說明促進學習的方 法(Vygotsky, 1978)，他將近側發展區定義為：「個體獨立解決問題的發展層次，

與透過他人或工具互動支持所形成之潛在發展層次，兩層次的距離即是近側發展 區」，認為學童在學習過程中，藉由大人或能力較高的同儕協助，將可啟發學習

潛能，達到較高的學習表現，此個體獨立解決問題的表現層次(level)，與透過他 人協助後所能達成的表現層次，兩者的差距便是「近側發展區」。

綜合而言，Vygotsky強調藉由社會互動能協助學習，其中ZPD的概念更具體 描述此互動的運作方式與影響程度：透過他人的適當且暫時性的學習支持，個體 學習時能發揮最大潛能並達到個體ZPD潛在表現的最高層次，即獲得最大的認知 發展，此論點成為後來鷹架隱喻發展的重要理論基礎，許多學者延伸ZPD概念，

賦予Wood等人所提出的鷹架更深入的詮釋(Cazden, 1988; Palincsar, 1998; Stone, 1998)。

二、鷹架的意義與特性

從 字 義 上 來 看 ，「 鷹 架 」(scaffolds) 表 示 暫 時 的 支 持 結 構 (temporal framework)(Lajoie, 2005)，一般用於描述興建建築物所需的支撐架，就教育觀點 而言，鷹架(scaffolds)是根據學生的學習需求，學習環境提供來協助學習的暫時 支持。而Wood等人首先以「鷹架作用」(scaffolding)描述這些暫時性結構物在教 育學習上的運作過程(Wood et al., 1976)。因此在教育上，鷹架(scaffolds)是協助學 習的暫時體(temporary entity)或學習支持，鷹架作用(scaffolding)是指這些學習支 持的運作過程。

早期大部分的鷹架研究侷限在個體一對一的互動，包括成人對孩童，或同儕 之間較具知識的學生對生手學生，這些提供學習支持的暫時體(temporal entity)多 來自於「人」，成人或較有知識學生透過對話互動，隨時掌握生手學生的需求，

以即時提供適當支持或移除多餘支持，因此「人」所提供的學習支持乃根基於接 受協助者的ZPD，可視學習需求而調整(adaptive)與褪除(fading)。但，一般學校 教室的學生人數往往多達數十人，每位學生的ZPD皆不同，所需要的學習支持也 不同(Stone, 1998)，教師如何根據教室裡每位學生的ZPD，即時有效地診斷出學 習支持需求，成了在教室進行鷹架學習的挑戰(Cazden, 1988)。

教室內眾多的學生，雖因擁有不同ZPD而增加鷹架提供的困難，但一方面，

卻也成為提供多元想法與知識的資源(source)之一(Palincsar, 1998)。除此，學習工 具，像是電腦模擬軟體與學習單設計等，雖無法像早期鷹架研究所強調的大人-小孩或同儕間，透過互動對話，隨時診斷彼此學習狀況，適時提供適當鷹架，但 當設計工具的人員或教學者，能根據工具使用者的ZPD，有目標地設計或運用這 些軟體或教材，則這些資源亦可具備鷹架功能(Fretz et al., 2002)。此外鷹架概念 不限於人，包括學習所使用的人造物(artifact)或情境脈絡(contexts)等，也蘊含「鷹 架的特性，可視另一種鷹架隱喻(Palincsar, 1998)，即「分散式認知(distributed congnition)」的概念，換言之，教材工具雖無法隨時像人一般診斷學習需求，但 它所提供符合多數學生ZPD的支持，也具有鷹架的特性。綜合以上討論，顯然目 前對鷹架的定義較過去更寬廣，包括：人際的社會互動，學習環境的人造物 (artifact)、情境脈絡、工具軟體、同儕等都能成為鷹架的來源，此乃所謂「分散 式鷹架(distributed scaffolding)」的概念(Puntambekar & Kolodner, 2005)。本研究 根據此概念，將藉由學習環境的組成，包括：教師、同儕、紙本教材、軟體、情 境脈絡等鷹架資源，來提供學習支持的鷹架設計定義為「分散式鷹架(distributed scaffolding)」。

一些研究提出「多重鷹架(multiple scaffolding)」的概念，即所謂一種鷹架具 備多種鷹架功能/角色(roles)，例如：Model-It軟體的過程圖(process map)，可協助 學生瞭解學習活動之組成，同時可協助學生監控活動的進度(Fretz et al., 2002)，

此概念與分散式鷹架的意義不同，前者是學習環境包括：學生、教師、學習工具 等學習支持之鷹架設計，能整合協調以支援學習，而後者則是一項鷹架具有不同 支持功能。

有些學習輔助物是活動認知工具，不會隨時間褪除，學者們稱這類輔助物為 支持(support)(Fretz et al., 2002)、分散式智慧(distributed intelligence)(Pea, 2004)、

或文化工具(cultural tool)(Tabak, 2004)。Fretz et al. (2002)比較鷹架 (scaffolds) 與

支持(support) 的差異，指出鷹架是在某種教學脈絡下，根據學生的需求，有目 的提供的支持，這些支持會隨時間而逐漸退去；而「學習支持」則是使某項工作 任務順利進行的工具或特性，例如：試算表的計算功能，生手使用者並不會因成 為專家，而不去使用。Pea (2004)認為個體智慧除了存在人類心智中，也分散在 周遭人、人造物(artifact)，乃至於情境脈絡中，這些智慧即所謂「分散式智慧」，

可概括區分為「社會」與「物質」兩類，前者可能來自父母或同儕，後者則像是 完成某項任務所使用的工具。Tabak (2004)以「乘法計算」為例，說明文化工具 與鷹架的差異，他指出一般乘法運算時所使用的垂直行列表徵是文化工具，為專 家或生手進行乘法運算時經常會使用到，而一些運算輔助物，像是符號試算表，

生手可藉由它來支援學習如何使用文化工具，待熟悉後便不再使用，這些人造物 即屬於鷹架。

以下將根據鷹架原始定義，進一步比較「傳統鷹架」(Wood et al., 1976)(Wood, et al., 1976)和「廣義鷹架-分散式鷹架」(Puntambekar & Kolodner, 2005)兩種觀點 的差異 (修改自Puntambekar & Kolodner, 2005 p.7)。

表2-2.1 傳統鷹架與廣義鷹架對於鷹架觀點之比較 物(artifact)等)、教師、同儕

‧ 分散式專長，學習所需要的支持可能來

‧ 概括式鷹架(blanket scaffolding)—對所 有學生皆提供相同的學習支持(特別是

鷹架褪除 ‧ 當學生變得較有能力且能獨立 進行活動時，學習鷹架會逐漸 褪除

‧ 鷹架褪除機制由教學者啟動，

即由教學者評估學生對學習支 持的需求，以決定某項鷹架的 褪除程度

‧ 大部分的學習支持是不會隨時間改變

‧ 由學生決定是否使用學習環境所提供 的支持，來象徵鷹架的自動褪除，換言 之，鷹架的褪除機制由學生啟動

表2-2.1顯示，教學者在傳統鷹架的設計與運作扮演重要角色，以人互動為 主的鷹架學習，強調教師或較有能力者在學習活動中即時診斷學生ZPD，並隨學 習演進而調整學習支持，因此關於學習支持如何提供、何時提供，以及需要何種 學習支持皆由教師或較有能力者主導與決定。廣義鷹架也強調須根據個體ZPD來 提供學習支持，雖然這些支持也會隨時間而褪除，但關於如何提供、何時提供，

以及需要提供何種學習支持，不再只由教學者或較有能力的同儕決定，而是由學 習環境設計者事先依據大多數學生的學習需求，來設計蘊含豐富學習支持的學習 環境，例如：教師示範、同儕合作、軟體鷹架、及引導式學習單等，再由學生依 個人需求，決定自己需要的學習支持，整個鷹架作用的啟動或褪去由學生所主 導。

本研究將據此觀點，嘗試提出建模課程的分散式鷹架設計，根據在相同主題

「空氣污染」，專家生手的建模差異，設計廣義鷹架的「概括式鷹架(blanket scaffolding)」，營造出具備多種形式的鷹架支持的建模學習環境，透過分散式鷹 架，讓每位學生在個人ZPD內進行學習。

三、鷹架作用(scaffolding)

多位學者曾將ZPD融入Wood等人所提出的鷹架概念，來說明鷹架作用過程 (Cazden, 1988; Palincsar, 1998; Palinscar & Brown, 1984; Stone, 1998)。Palinscar and Brown (1984)引用Vygotsky所提出之「教師或專家」是學習支持主要來源的 想法，他們設計「交互教學活動(reciprocal teaching)」，一開始專家參與大部分認 知活動，透過示範(model)、評論(critic)，以及諮商(interrogate)的方式來引導學童

學習，隨著學童理解提升，專家會調整給予學童的學習支持，並且學習責任由專 家逐漸轉至學童，最後學童獨立進行學習，因此，在整個學習過程中，隱含「學 習責任」的轉移，強調鷹架的動態調整特性。以「褪除(fading)」來具體描述上 述的調整過程，認為當學生發展出部分目標技能，教學者便逐漸降低學習的參與，

減少學習提示與回饋，直到當學生能勝任學習，便完全移去鷹架。

這樣的學習過程有助於激發學生學習潛能。Cazden (1988)指出透過鷹架支持，

讓生手克服學習困難，以參與複雜學習活動，提供學生發現個人學習潛能的機會，

但學者們一致強調，這些支持必須是介於個體ZPD的範圍內(Palincsar, 1998;

Stone, 1998)，高於此範圍上限的學習支持，可能成不了學習助力，反倒成為學 習負荷，相反地，低於個體實際表現層次的支持，則降低學習的挑戰性。

Azevedo and Hadwin (2005)分析鷹架作用(scaffolding)的特性，指出鷹架作用 包含四項特性(attribute)：診斷(diagnosis)、量身訂製支持(calibrated support)、褪 除(fading)以及個別化(indivisiduation)。Puntambekar and Kolodner (2005)根據鷹架 作用具體提出五項鷹架教學特徵：

一、共同目標(common goal)：學生與教學者能對活動目標有分享式理解，

一、共同目標(common goal)：學生與教學者能對活動目標有分享式理解，