構成類別學習中知識分化現象的極限條件：以離散向度類別結構為例 - 政大學術集成

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(1)國立政治大學心理學研究所碩士學位論文. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. 構成類別學習中知識分化現象的極限條件：以離散向度類別結構為例. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. i n U. v. e n g c h i 博士指導教授：楊立行研究生：張軒撰. 中華民國一零八年六月. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(2) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(3) 類別學習中知識分化的極限條件. 目錄緒論與文獻回顧 ................................................................................................................ 1 知識分化 .................................................................................................................... 2 概念學習的歸納推理：Bruner 等人（1956）的卡片實驗 ............................... 10 研究問題 .................................................................................................................. 12 實驗一 ............................................................................................................................... 14 方法........................................................................................................................... 15 結果........................................................................................................................... 19. 政治大實驗二 ............................................................................................................................... 30 立. 討論........................................................................................................................... 28. ‧ 國. 學. 方法........................................................................................................................... 31 結果........................................................................................................................... 33. ‧. 討論........................................................................................................................... 42. sit. y. Nat. 實驗三 ............................................................................................................................... 45. al. er. io. 方法........................................................................................................................... 46. v. n. 結果........................................................................................................................... 47. Ch. engchi. i n U. 討論........................................................................................................................... 54 綜合討論........................................................................................................................... 55 各實驗比較 .............................................................................................................. 55 知識分化的展現與作業難易度 ............................................................................. 58 研究限制 .................................................................................................................. 58 參考文獻........................................................................................................................... 60 附錄一. 實驗一指導語.................................................................................................. 63. 附錄二. 實驗二與實驗三指導語 ................................................................................. 64. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(4) 類別學習中知識分化的極限條件. 圖目錄圖 1：Lewandowsky 等人（2002）在實驗一中使用的刺激材料........................ 5 圖 2：Lewandowsky 等人（2002）實驗參與者對火災蔓延速度的預測 ........... 6 圖 3：系統情境組在兩個情境下對火災蔓延速度的預測曲線圖 ...................... 7 圖 4：Yang 與 Lewandowsky（2013）的研究中所使用的刺激材料 ................ 8 圖 5：Bruner 等人（1956）使用的刺激材料 ................................................... 12 圖 6：實驗一卡片範例 ........................................................................................... 15. 政治大圖 8：實驗一測驗階段中出現在螢幕上半部的卡片 ......................................... 17 立圖 7：實驗一卡片的正確規則 .............................................................................. 16. 圖 9：實驗一學習階段中實驗參與者可能看到的組合範例 ............................ 18. ‧ 國. 學. 圖 10：實驗一測驗階段中實驗參與者可能會看到的卡片範例 ...................... 18. ‧. 圖 11：實驗一學習階段時的正確率 .................................................................... 20. y. Nat. 圖 12：實驗一區間 1、8 中符合規則的卡片被判斷為符合規則的比例 ........ 23. er. io. sit. 圖 13：實驗一區間 1、8 不符合規則的卡片被判斷為符合規則的比例 ........ 23 圖 14：實驗一 K-means 群集分析後三組資料的分布 ....................................... 24. al. n. v i n 圖 15：實驗一若產生知識分化則實驗參與者應會認為符合規則的卡片...... 26 Ch engchi U 圖 16：實驗一第八區間參與者判斷卡片為符合規則的比例 .......................... 27 圖 17：實驗二卡片範例 ......................................................................................... 31 圖 18：實驗二的卡片規則 ..................................................................................... 32 圖 19：實驗二學習階段中每個區間的正確率 ................................................... 34 圖 20：測驗階段中區段的區分方式 .................................................................... 34 圖 21：實驗二參與者在測驗階段判斷每個卡片為符合規則的比例 .............. 36 圖 22：實驗二的階層式分群分析樹狀圖 ............................................................ 37 圖 23：實驗二群集一參與者在測驗階段判斷為符合規則的比例 .................. 39 圖 24：實驗二群集二參與者在測驗階段判斷為符合規則的比例 .................. 39. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(5) 類別學習中知識分化的極限條件. 圖 25：實驗三中會看到的卡片範例 .................................................................... 46 圖 26：實驗三的卡片規則 ..................................................................................... 47 圖 27：實驗三學習階段中每個區間的正確率 ................................................... 48 圖 28：實驗三測驗階段中區段的區分方式........................................................ 48 圖 29：實驗三參與者在學習階段判斷卡片為符合規則的比例 ...................... 50 圖 30：實驗三的階層式分群分析樹狀圖 ............................................................ 51 圖 31：實驗三群集一參與者在測驗階段判斷為符合規則的比例 .................. 53 圖 32：實驗三群集二參與者在測驗階段判斷為符合規則的比例 .................. 54. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(6) 類別學習中知識分化的極限條件. 表目錄表 1：實驗一群集一參與者在第八區間將卡片判斷為符合規則的比例........ 25 表 2：實驗一群集二參與者在第八區間將卡片判斷為符合規則的比例........ 25 表 3：實驗一群集三參與者在第八區間將卡片判斷為符合規則的比例........ 25 表 4：實驗二參與者在測驗階段判斷卡片為符合規則之比例 ........................ 36 表 5：實驗二群集一參與者在測驗階段判斷卡片為符合規則之比例 ............ 39 表 6：實驗二群集二參與者在測驗階段判斷卡片為符合規則之比例 ............ 40. 政治大表 8：實驗三群集一參與者測驗階段判斷卡片為符合規則之比例 ................ 52 立表 7：實驗三參與者在測驗階段判斷卡片為符合規則的比例 ........................ 50. 表 9：實驗三群集二參與者測驗階段判斷卡片為符合規則的比例 ................ 52. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(7) 類別學習中知識分化的極限條件. 摘要過去許多研究專注於了解在不同情境下人們做出的不同決定或判斷（Labov， 1973，Roth 與 Shoben，1983；Bailenson 等人，2002），也有許多研究指出在包括函式學習、類別學習等認知作業中人們的學習與判斷會受到情境所影響（Lewandowsky 與 Kirsner，2000；Lewandowsky、Kalish 與 Ngang，2002；Yang 與 Lewandowsky，2003）。這種受到情境影響認知作業的現象被稱作知識分化。本研究的目的在探討使用非連續向度的實驗素材進行概念學習時是否也可以發現知識分化的現象。本研究的三個實驗皆以以離散向度作為特徵值的卡片為實. 政治大片位置影響了實驗參與者的判斷，實驗二以及實驗三則發現作為情境線索的卡立驗材料，並要求實驗參與者歸納出卡片的規則。實驗一發現作為情境線索的卡. ‧. ‧ 國. 到知識分化。. 學. 片圖案形狀也對判斷造成影響。結果顯示使用離散向度的實驗素材也可以觀察. n. al. er. io. sit. y. Nat. 關鍵詞：知識分化、歸納推理、概念習得. Ch. engchi. i n U. v. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(8) 類別學習中知識分化的極限條件. 緒論與文獻回顧過去關於概念的研究發現，人們的概念結構具有依情境制宜的特性。例如，在 Roth 與 Shoben（1983）的研究中便發現類似的句子在不同的情境下會讓實驗參與者回答不同的答案。在一個例子中，「秘書們在早上喝著飲料閒聊」以及「卡車司機在早上邊吃甜甜圈邊喝飲料」兩個題目下，實驗參與者認為典型的飲料（茶與牛奶）便有所不同。這個研究顯示了實驗參與者對於什麼是早餐喝的典型飲料，因情境的不同而有不同。Murphy 與 Ross（1994）也發. 政治大件時有不同的表現。他們創造出一種類別結構，誘使實驗參與者依照被給予的立. 現被給予不同刺激的實驗參與者會參考不同的類別中的物件，並在預測刺激物. 物件的其中一個特徵決定他們要參考哪一個類別，並依參考的類別判斷該物件. ‧ 國. 學. 的另一個特徵為何。結果顯示實驗參與者會根據被給予的物件的特徵而決定他. ‧. 們參考哪一個類別，並依該類別的典型作出判斷。Bailenson、Shum、Atran、. y. Nat. Medin 及 Coley（2002）更是發現對於鳥類專家、美洲原住民以及普通的大學生. er. io. sit. 而言，典型的鳥類也有所不同，而且其典型的鳥類與他們在日常生活、民族文化或是鳥類觀察時對鳥類的印象相關，顯示了經驗、身份以及文化對於自然物. al. n. v i n 的典型與分類方式也有影響。不只是自然物，Labov（1973）在研究中提供四個 Ch engchi U 不同寬度的碗狀物圖片，並提示實驗參與者們當下的情境是中立情境或是和食物有關的情境，並要求實驗參與者判斷該圖中的碗狀物是屬於碗（bowl）或杯子（cup）。結果顯示在不同的情境下，實驗參與者們對於該碗狀物的判斷趨勢有明顯的不同。這個研究也顯示了在非自然物的條件下，人們對於物品的典型判斷也會受到情境所影響。. 1. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(9) 類別學習中知識分化的極限條件. 知識分化討論學習如何受到情境影響的理論中，「知識分化」最強烈顯示情境效果的一種。知識分化意指，人們並非習得完整而有組織的知識體系；相反地，人們將該學會的正確知識切分成不同區塊存入不同包裹（parcels），各自有各自的表徵，並且依照情境（context）來決定該提取哪一包裹的知識以解決當前的問題。因此，知識分化的行為證據往往來自於人們並未學會正確知識，但卻可以藉由根據情境提取片段知識以解決問題的方式，表現地好像學會正確知識了。. 政治大. 知識分化理論起源自 Lewandowsky 與 Kirsner（2000）對專家錯誤（expertise. 立. error）的研究。研究者發現了消防隊員在火災延燒方向的預判時會因為情境的. ‧ 國. 學. 不同而在分類時展現出不協調的分類方式；換句話說，他們展現出了知識分化的狀況。對於消防隊員來說，透過火災當時的情境預測火勢的走向是必要的能. ‧. 力，在該研究的實驗一中研究者拿了過去發生過的火災的紀錄地圖，給予十四. Nat. sit. y. 位經驗豐富的消防隊員，並請他們針對火勢的走向進行預測。在這些火災地圖. n. al. er. io. 中，其中一張地圖（在實驗中的編號為 F10）被認為其火勢的走向非常的詭. i n U. v. 異，與平常見到的大不相同。結果發現，這些消防隊員的確可以正確的預測火. Ch. engchi. 災的走勢，但是 F10 的預判相較於其他的地圖而言大為失準。而對於這些消防隊員而言，預測火勢時最主要的情報是當時的風向，另外則是火災現場的地貌。在他們的實驗二中，研究者則是要求三組人（普通大學生、定向越野競賽專家以及專業消防隊員）如同實驗一一般看著一些火災的地圖對火勢走向進行預測。不同的是，在實驗二中研究者加入了兩個實驗參與者間的變項：一個是火災發生地點的坡度與風向是否相同，另一個則是火災的情境是火災（fire to be fought）或是迎面火（back burning，發生火災時預先放在火勢蔓延方向的火，目的為先一步將可燃物燒光以達滅火之效）。結果發現，雖然消防隊員對於火勢位置的預測比其他兩組生手還要準確許多，但是研究者卻發現火災的情境會大 2. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(10) 類別學習中知識分化的極限條件. 大地影響消防隊員對於火災走向的預測。即使所有其他條件都相同，當消防隊員被提示該火源是屬於火災且風向與坡度相對時，消防隊員認為火災會朝著下風處蔓延；然而在其他條件相同的情況下，若消防隊員被告知該火源屬於迎面火，則他們會認為火勢將會朝著上風處蔓延；而在生手組（學生以及定向越野競賽專家）中卻沒有發現同樣的狀況；這兩組實驗參與者都認為火勢會朝著下風處蔓延，無論該火源是屬於火災還是迎面火。有經驗的消防隊員們都知道使用迎面火作為火災對策的時候，相當重要的一點是必須確保該火的蔓延方向是朝著上風處，這樣該迎面火才不容易失控，可以朝著需要控制的火災的蔓延方. 政治大素，在知道火源為迎面火時對火勢的蔓延方向做出了不同的判斷。研究者認立. 向前進。然而，因為有這樣的先備知識，這些消防隊員忽略了其他的物理因. 為，專家在還是生手時透過學習將各種情況中的線索或模式連結起來，並在整. ‧ 國. 學. 理之後將各種情境下可能發生的事或對策去蕪存菁。這樣的狀況可能反而導致. y. Nat. 作出判斷。. ‧. 專家在進入特定情境下，反而會忽視其他應該注意的訊息，而順從自己的經驗. er. io. sit. 在 Lewandowsky 與 Kirsner（2000）的研究中，研究者發現了專家展現出的知識分化現象。專家們運用平時運用自己的經驗幫助他們進行決策，但在特定. al. n. v i n 情境下卻會誤用經驗。那麼知識分化現象是屬於專家身上才會被觀察到的現象 Ch engchi U 嗎？還是說在適當的條件下，沒有先備知識的一般人在自己的非專業領域中也可能展現出知識分化呢？有兩個有關一般人類學習研究（Lewandowsky, Kalish, & Ngang, 2002; Yang & Lewandowsky，2003）訓練了實驗參與者，並讓他們展現出知識分化的表現。在 Lewandowsky 等人（2002）研究中，他們以 Lewandowsky 與 Kirsner（2000）的研究為範本，設計了預測火災趨勢的函式學習（function learning）實驗。在這個實驗中，雖然影響火災的蔓延趨勢有許多條件需要考慮，但主試者將這些資訊簡化到只剩風速，坡度是固定的，而風向則是恆定為朝著下坡；實驗參與者需要觀察風速判斷火災的蔓延速度是快還是慢。這樣的設計讓風速與火災蔓延速度 3. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(11) 類別學習中知識分化的極限條件. 成一個開口向上的二次 U 型曲線：當風速高於某一邊界，則風速便可以抵抗坡度的效果，讓火勢往下坡蔓延，而且蔓延速度會隨著風速愈來愈快；而當風速低於某一邊界，則風速無法抵擋坡度的效果，讓火勢往上坡蔓延，且火勢的蔓延速度則會隨著風速變慢而愈來愈快。在學習階段中，實驗參與者會接受到的訊息包含了風速以及情境（分為未受控制的火災以及迎面火），並以此決定火災蔓延的速度。實驗參與者需要透過滑鼠點選螢幕左側的棒狀圖預測，而在每一次點選後電腦都會回饋正確的散播速度，實驗參與者也被要求點選電腦回饋的箭頭以確保他們有正確學習（見. 政治大驗參與者會被分為四個組別：隨機情境組（random-context condition）、系統情立圖 1）。而這個實驗主要的操弄在於情境（如圖 1 上方）。在學習階段中，實. 境組（system-context condition）、唯左組（left-only condition）以及唯右組. ‧ 國. 學. （right-only condition）。在隨機情境組中，實驗參與者接受到的情境是隨機分派. ‧. 的，與風速以及回饋給與的正確火災蔓延速度無關。而在系統情境組中，實驗. y. Nat. 參與者接受到的情境則是與風速以及回饋有關：情境為迎面火時，有 90% 的. er. io. sit. 風速是低的；而當情境為火災時，則有 90%的風速是較高的。在以上兩組中，實驗參與者會觀察到總共 36 種刺激，每種重複五次，總共 180 個嘗試次。在唯. al. n. v i n 左組中，所有的情境皆為迎面火，而這一組的實驗參與者所有能觀察到的刺激 Ch engchi U. 有 90% 是風速較低的，只有 10% 的刺激是風速較快的；而唯右組則與唯左組完全相反，這一組的情境全部都是未受控的火災，而風速則有 90%屬於較快的，只有 10%的風速是慢的。在唯左組和唯右組中，因為刺激材料只有隨機情境組以及系統情境組的一半，所以每個實驗參與者只會進行 90 個嘗試次。而在測驗階段，所有實驗參與者都會面對相同但順序隨機的 37 個刺激材料，而每個刺激材料會以不同的情境（未受控制的火災以及迎面火）各出現一次，總共 74 個嘗試次。測驗階段的內容與進行方式和學習階段一樣，只是電腦不再給予實驗參與者回饋。. 4. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(12) 類別學習中知識分化的極限條件. 政治大情境（本圖為火災情境），實驗參與者需要以滑鼠在左側的棒狀圖點選自己認為火災蔓延的速立度，與下面代表蔓延速度愈慢、愈上面代表速度愈快。棒狀圖旁白色的小箭頭是實驗參與者預圖 1：Lewandowsky 等人（2002）在實驗一中使用的刺激材料。大箭頭上方的文字代表當時的. ‧ 國. 學. 測火災蔓延的速度，黑色的小箭頭則是學習階段中回饋的正確答案。. ‧. 結果發現，隨機情境組的實驗參與者在測驗階段中很好地透過風速預測了. y. Nat. sit. 火勢蔓延的速度。這顯示了在隨機情境下，情境沒有發揮任何作用，實驗參與. n. al. er. io. 者相當於忽視情境線索，正確地習得了風速與火災蔓延速度的函式。而在系統. i n U. v. 情境組中，雖然實驗參與者在預測風速及火山蔓延速度的曲線趨勢符合研究者. Ch. engchi. 的設計的結構，但是卻會依情境高估或低估火災的蔓延速度。在迎面火的情境下，當風速較慢時實驗參與者傾向於高估火災的蔓延速度，而在風速較快時則會低估；相反地，在火災的情境下，當風速較低時火災蔓延的速度會被低估，而風速較快時實驗參與者則會高估火災的蔓延速度。這顯示了系統情境組的操弄確實影響了實驗參與者對於火勢蔓延速度的判斷，而這樣的影響和情境的種類有關。在迎面火的情境下，因為風速幾乎都是較慢的，所以實驗參與者在預測火災蔓延速度時可能就因此修改了已習得的函式，對火災的蔓延速度表現出相對於標準答案向右平移的預測曲線。同樣的，若情境是未受控制的火災，因. 5. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(13) 類別學習中知識分化的極限條件. 為在該情境下的風速幾乎都是較快的，實驗參與者表現出來的預測曲線便是相對於標準答案向左平移的 U 型曲線。見圖 2。. 政治大圖 2：隨機情境組（左圖）以及系統情境組（右圖）實驗參與者在測驗階段對火災蔓延速度的立預測分布圖。 X 軸是風速，Y 軸則是平均而言實驗參與者對火災蔓延速度的預測。黑色三角形. ‧ 國. 學. 代表情境為火災，圓圈則代表情境為迎面火。實線是研究者設計的正確答案。. ‧. 之後研究者更是比較了系統情境組與唯左組、唯右組在測驗階段的預測曲. y. Nat. sit. 線（如圖 3）。在這個比較中，研究者將系統情境組中火災的情境與唯右組比. n. al. er. io. 較，而將迎面火的情境與唯左組比較。結果研究者也發現這兩組比較中，系統. i n U. v. 情境組的兩個情境與唯右組、唯左組的預測沒有顯著的差距。在唯左組中，實. Ch. engchi. 驗參與者在學習階段大部分看到的是風速較慢的刺激，而情境皆是迎面火；而這一組在測驗階段的表現在情境為迎面火時和系統情境組相同。同樣地，唯右組地實驗參與者在學習階段看到的幾乎都是風速較快的刺激，而他們在情境為火災時的表現也與系統情境組無異。在系統情境組中，實驗參與者在學習階段同時觀察到了唯左組和唯右組所觀察到的刺激，而他們的表現在兩種情境下也各自與唯左組和唯右組相同。這顯示了這些實驗參與者在不同情境下表現出了兩種不同的對火災蔓延速度的預測函式。這種現象也是知識分化的一種。不同的情境下實驗參與者在不同的包裹使用不同的函式，即使只需要知道風速便能. 6. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(14) 類別學習中知識分化的極限條件. 預測火災的蔓延速度，實驗參與者依然受到情境所影響。同時，這個研究也證實了知識分化在函式學習時也可以被表現出來。. 立. 政治大. ‧ 國. 學. 圖 3：系統情境組在兩個情境下分別與唯左組以及唯右組對火災蔓延速度的預測曲線圖。上方是在火災情境下唯右組與系統情境組的預測，下方是迎面火情境下唯左組與系統情境組地預. ‧. 測。. y. Nat. er. io. sit. 在 Yang 與 Lewandowsky（2003）的研究中，研究者設計出一種類別結構（如圖 4）。在這個實驗中，研究者會先讓實驗參與者學習到分類規則，並在. al. n. v i n 之後要求實驗參與者依照他們學到的規則為看到的刺激分類。實驗刺激的變項 Ch engchi U. 為方塊的高度以及方塊內短線的位置，圖中叉號以及圓圈各自代表其屬於一個類別，而菱形符號則為測驗階段的素材。依照分類，這些實驗素材可以依照兩個邊界分成 A（圓圈）、B（叉號）兩類，並將座標圖區分為三塊。在學習階段，實驗參與者必須依靠電腦給予的回饋學習如何判斷刺激的類別。在這個階段中，一部分的實驗參與者在觀察到刺激材料時會收到情境的提示，而該情境提示了其中的一條邊界；而另一部分的實驗參與者收到的情境提示則是完全隨機，不會跟特定邊界有關。除了學習時刺激材料的隨機順序以外，實驗參與者學習的材料唯一不同的地方便是是否包含有結構的情境因素。這樣的實驗操. 7. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(15) 類別學習中知識分化的極限條件. 弄，使得面對具結構情境因素的學習材料的實驗參與者在學習時得到了「情境」這個線索。. 立. 政治大. ‧ 國. 學. 圖 4：Yang 與 Lewandowsky（2013）的研究中所使用的刺激材料。其中叉號代表一個類別，而. ‧. 圓圈則代表另外一個類別。黑色菱形則是轉化階段時的測驗材料。下方的兩個方塊是刺激材料的範本，其中 X 軸的變項是方塊內短線的位置，而 Y 軸的變項則為方塊的高度。. sit. y. Nat. n. al. er. io. 在測驗階段，實驗參與者必須透過看到的素材（包括方塊、方塊內的短線. i n U. v. 以及情境）依照學習階段所學到的分類標準進行分類。結果發現，在學習階段. Ch. engchi. 收到隨機的情境提示的實驗參與者會正確地將落在第 1、3 區的素材分為 B 類，並將落在第 2 區的素材分為 A 類。然而，在學習階段接受到情境提示的實驗參與者會依照其中一條（而非兩條）邊界進行分類：若情境是上方的邊界，則落在第 1 區的測驗材料會被分為 B 類，而第 2、3 區的材料會被分為 A 類；而若實驗參與者收到的情境提示了下方的邊界，則實驗參與者會將的 1、2 區的材料分為 B 類，而將第 3 區的材料分為 A 類。顯然地，在學習階段收到具有結構的情境提示的實驗參與者受到情境的影響，而在測驗階段時無法正確地將眼前地刺激材料分類。情境因素提示了邊界，但同樣地也使實驗參與者只去考慮到這一條邊界，而沒有考慮到另外一條沒有被情境所提示到的邊界，就如同 8. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(16) 類別學習中知識分化的極限條件. Lewandowsky 與 Kirsner（2000）的研究中消防隊員忽略了其他的物理條件便對火勢的蔓延方向下判斷一般。這個研究告訴我們知識分化的現象的確會在類別學習的過程中出現，並且顯示了人們的確會因為情境提也忽略掉其他的認知線索，而只專注在某特定包裹內的線索。另外，這個研究也給予證據，支持了情境對於分類作業的影響在面對非自然物的刺激下依然存在。因此這個研究也說明了知識分化並不是在特定領域的專家身上獨有的現象，而是在任何人身上都有可能發生的。在這些研究中，我們可以發現知識分化有幾個特徵：首先，情境本身並無. 政治大實際有用的線索，因此人們必須依靠情境因素以外的線索進行判斷，就像前面立法幫助人們做出判斷。情境在知識分化的現象中扮演的角色無法提供人們任何. 提到的，消防員預測火勢蔓延時必須依靠地形以及風向判斷，而單純考慮火勢. ‧ 國. 學. 的類型（未受控制的火或是迎面火）是無法預測火勢走向的。第二，在這些類. ‧. 別學習或預測中，它們的正確答案都和情境完全無關。情境雖然會影響實驗參. y. Nat. 與者們的判斷，但是情境本身對於實驗參與者的判斷沒有任何幫助，而理論上. er. io. sit. 實驗參與者也可以完全不理會情境因素並取得正確答案。第三，除了情境因素以外的所有特徵，在任何情境下都可以被取得，而且取得的特徵並不會因為情. n. al. Ch. 境有所變化，也不會因為情境而有所增減。. engchi. i n U. v. 在前面的研究中，我們了解到知識分化不僅會發生在專家身上，在經過適當的操弄與學習後，一般人在自己的非專業領域中也可能發生知識分化的現象。因此我們可以認為知識分化並不只會發生在少數人身上，而是一個普遍發生在人類認知學習過程中的現象。關於發生知識分化的原因，這些研究多半認為，這是人們為了簡化學習難度所發展出來的策略，即先只注意一個情境學習該情境下的分類規則，而後再學習另一個情境下的規則。如此可以減輕學習複雜正確規則時的認知負擔，所付出的代價正是被切分出的不同分類規則取代了正確規則。. 9. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(17) 類別學習中知識分化的極限條件. 不過，前述研究不論是以函式學習作業或者類別學習作業進行，均使用由連續變項構成的刺激，但情境變項都是二元變項（binary variable）（即，紅色和綠色）。二元變項的鮮明性（salience）較連續變項更強，會不會其實是因為情境變項更吸引實驗參與者的注意力，誘使他們在學習分類規則時一定要將情境變項納入，以致於出現知識分化的現象。若真是如此，則知識分化作為人類學習的普遍特性一說應予以縮限。為此，本研究嘗試對刺激向度降階，使用離散向度（discrete dimension）建構刺激，以檢驗知識分化現象出現的極限條件。基於連續向度與離散向度本質上的差異，本研究無法將之前研究的類別結構改. 政治大業多以離散向度構成刺激，其中 Bruner 等人（1956）為研究歸納推理時使用的立. 成離散向度的結構，於是決定重新建構新的類別結構。由於早期的概念學習作. 卡片實驗更是經典範本，故本研究決定參考 Bruner 等人（1956）的卡片實驗作. ‧ 國. 學. 為本研究的類別學習作業。以下先回顧 Bruner 等人（1956）的研究，而後再介. ‧. 紹各個實驗及其結果。. sit. y. Nat. io. n. al. er. 概念學習的歸納推理：Bruner 等人（1956）的卡片實驗. i n U. v. Bruner、Goodnow 與 Austin（1956）曾就人類的概念學習進行研究。這個研. Ch. engchi. 究中，研究者給予實驗參與者們 81 張卡片（見圖 5），每張卡片上面都有不同形狀、不同顏色及不同數量的圖形，以及不同數量的邊框；每個特徵皆有三個水準。這表示每個刺激向度均為有三個水準的離散向度。實驗參與者一次可以挑選一張卡片，並由主試者告知該卡片屬於正確的或錯誤的。實驗參與者必須在這個過程中，歸納出屬於正確的卡片的規則；在挑選若干張卡片且實驗參與者認為自己有正確的歸納出規則後，實驗參與者必須告訴主試者擁有哪些特徵的卡片屬於正確的。在他的研究中，他歸納出人們的推理方式包括四種策略；這四種策略各自有其優劣，也與在進行推理時能使用的認知資源有關。這個研. 10. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(18) 類別學習中知識分化的極限條件. 究顯示，人們在進行同樣的假設檢驗（hypothesis testing）中，因為採用的策略以及目的不同，挑選卡片的順序也會有所不同。這個研究的主題是採討人們推理的歷程。在選擇卡片的過程中，人們必須仔細思考每張卡片與其對應的回饋所代表的意義。當一張卡片被主試者告知是錯誤的時候，我可以刪去掉那些假設；而當一張卡片被主試者告知是正確的時候，又可以讓我建立哪些假設；被否決的假設是完全錯誤的，還是只是缺乏某些條件呢？過去得到的回饋是否足以讓我將假設刪減到只剩下一種呢？在這個過程中，實驗參與者必須謹慎且充分地思考，盡可能地挑選出對目前情況最有. 政治大擇每張卡片能夠得到的回饋雖不確定，但實驗參與者可以透過已知的線索來推立幫助的卡片。在這個過程中，牽涉到的便是價值的評估與決策。一般來說，選. 估每張卡片可能的回饋，以及計算每張卡片給與的回饋其個別的價值。在這個. ‧ 國. 學. 決策過程中，實驗參與者需要選擇最理性的選擇方式，才能讓他們更快速且正. ‧. 確地推理出每一次試驗的規則。在經濟學和心理決策的領域中，也有許多研究. y. Nat. 者針對人們進行決策及價值評估時的行為作出研究，並將人們的行為歸納成函. er. io. sit. 式（例如 Bernoulli，1738/2011；von Neumann 與 Morgenstern，1947；Kahneman 與 Tversky，1979/2013 等）。. al. n. v i n 雖然 Bruner 等人（1956）的卡片實驗乍看之下和類別學習沒什麼關連，事 Ch engchi U. 實上，概念學習就是類別學習，類別為概念的外在效標。舉例來說，如何得知某人具有狗的概念？除了要求他說出什麼是狗之外，另一個方法就是給他一堆狗和非狗的圖片並且觀察他是否能正確挑出狗的圖片。前者很明顯地就是 Bruner 等人（1965）的實驗方法，主試者將目標概念以規則定義，並藉由觀察實驗參與者的口語報告以及參與者指認哪張卡片是正例，得知參與者是否習得該概念。後者則是類別學習常見的實驗方法，給予實驗參與者混雜了兩個類別的刺激，並且觀察參與者是否能正確區辨這兩個類別。事實上，我們也可以將 Bruner 等人（1956）的推理作業視為單一類別的類別學習作業。就結果來看，在這樣的作業中，實驗參與者勢必要將卡片分類為「符合規則者」以及「不符 11. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(19) 類別學習中知識分化的極限條件. 合規則者」，即符合某個概念（類別）或不符合該概念（類別）。唯一的差別在於類別學習作業並不在意實驗參與者的推理過程，但 Bruner 等人（1956）的研究則刻意觀察此一過程。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. 圖 5：Bruner 等人（1956）使用的刺激材料。. Ch. engchi. i n U. v. 研究問題由上可知，Bruner 等人（1956）的研究可算是單一類別的類別學習實驗。他們的刺激材料正好都是由離散向度構成。因此，使用 Bruner 等人（1956）建立的卡片為刺激材料，正好可以滿足本研究的需求。同時，過去在類別學習中的知識分化現象均是參與者會否根據情境以不同規則區辨兩個類別為判準，若使用 Bruner 等人（1956）的研究典範，則等於是觀察知識分化現象是否也會出現在單一類別的學習作業中。兩者均符合本研究欲探究知識分化發生的極限條件。 12. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(20) 類別學習中知識分化的極限條件. 因此，本研究參考 Bruner 等人（1956）的實驗方法，使用非連續變項的實驗素材、在歸納推理的過程裡加入和實驗參與者需推理出的規則無關的情境線索，並觀察實驗參與者們是否會受到這些無關的線索影響，進而改變他們的推理過程。若實驗參與者進行歸納推理的過程因為情境不同而受到影響，那麼這個研究便可以支持即使使用非連續變項的實驗素材依然可以觀察到知識分化的現象此一假設。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 13. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(21) 類別學習中知識分化的極限條件. 實驗一本實驗的設計類似於 Bruner 等人（1956）的實驗，以卡片的歸納推理作為主題。然而，為了檢驗知識分化現象會否出現，實驗一的設計與該實驗有諸多不同之處。首先，實驗一將在電腦上進行，而不是讓實驗參與者與主試者面對面進行。第二，在 Bruner 等人（1956）的實驗中，卡片有四種向度的刺激（邊框數量、圖形數量、圖形形狀以及圖形顏色），而每種向度有三種水準，因此. 政治大數量），每種向度有六個水準，因此總共有三十六種可能的卡片。第三，在立. 共有八十一種可能的卡片。而在本實驗中，卡片則有兩種向度的刺激（顏色、. Bruner 等人（1956）的研究中，進行實驗時總是將所有卡片展示給實驗參與. ‧ 國. 學. 者；而在實驗一中，實驗參與者將不會一次看到全部的卡片，而是只看到部分. ‧. 的卡片並在該卡片中挑選。第四，在本實驗中，實驗參與者不再是在認為自己. y. Nat. 推理出規則後口述規則給主試者，而是在一定的學習嘗試次後進入作答階段，. er. io. sit. 而實驗參與者需要判斷出現的卡片是否「符合規則」。另外，在實驗一中，卡片的擺放位置將有兩種可能：螢幕的上半部或下半部；利用卡片的擺放位置作. n. al. i n 為情境線索，這樣的設計預期將引發知識分化的效果。 Ch engchi U. v. 在本實驗中，實驗參與者將會被告知在他看到的卡片之間有一個「規. 則」，而某些卡片有符合規則，另外一些則無。實驗參與者會被要求在學習階段找出那個規則，並在轉化階段時判斷螢幕上出現的卡片是否符合規則。而在學習階段以及轉化階段中，卡片有可能會被擺放在螢幕的上半部或下半部。本實驗預期卡片擺放的位置將會被作為情境線索，從而導致知識分化的現象，使得實驗參與者在作答時不必要地以情境線索區分習得的規則並以此進行判斷。. 14. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(22) 類別學習中知識分化的極限條件. 方法實驗參與者本實驗的實驗參與者為三十二名視力正常或矯正後正常的大學生。每位實驗參與者在實驗完成後會得到小筆金額的實驗報酬。. 實驗設備所有實驗參與者皆在一間獨立、安靜且光線充足的小房間進行。實驗所使用的電腦螢幕解析度為 1024×768，尺寸為十九吋。執行的實驗程式為 Matlab （R2015b）。. 立. ‧ 國. 學. 實驗材料. 政治大. 實驗材料類似於 Bruner 等人（1956）在實驗中所使用的卡片。每張卡片皆. ‧. 為一長方形，中間有數量為一個至六個不等的圓形圖案，圓形圖案的顏色為紅. Nat. n. al. er. io. sit. y. 色、綠色、藍色、黃色、紫色及灰色共六種顏色中的其中一種（見圖 6）。. Ch. engchi. i n U. v. 圖 6：卡片範例。此卡為「紅色且數量為一」的卡片。. 在這些卡片之間有一個共通的規則，而實驗參與者在本實驗的學習階段中需要將此規則推敲出來。本實驗中的規則統一為「『圖案數量為一、二、三且顏色紅、綠、藍』以及『圖案數量為四、五、六時顏色為黃、紫、灰』」。見圖 7。. 15. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(23) 類別學習中知識分化的極限條件. 圖 7：實驗一卡片的正確規則。有著「v」記號的卡片為符合規則者，而空白者則為不符合規則。. 政治大平排列在螢幕的上半部或下半部。在學習階段中，只有顏色為紅、綠、藍的卡立. 在學習階段及測驗階段中，螢幕上一次會出現四張卡片，且四張卡片會水. 片會出現在上半部，且只有顏色為另外三色（黃、紫、灰）的卡片會出現在下. ‧ 國. 學. 半部。因此在學習階段時，卡片出現的位置（上半部或下半部）會成為情境線. ‧. 索，並依據情境不同，實驗參與者能夠將規則分割成「若卡片出現在上半部，. y. sit. io. er. 五、六」兩者。. Nat. 則圖形數量為一、二、三」以及「若卡片出現在下半部，則圖形數量為四、. 而在測驗階段時，將會有一半（九張）在學習階段時出現在上半部的卡片. al. n. v i n 出現在下半部，其中符合規則跟不符合規則的卡片各為五張及四張；而也有一 Ch engchi U 半（九張）學習階段時出現在下半部的卡片會出現在上半部，符合規則及不符合規則的卡片同樣各為五張及四張（見圖 8）。. 若實驗參與者展現出知識分化的現象，則我們應該可以觀察到：一、測驗階段時，符合規則的卡片若出現在與學習階段相同的位置，則實驗參與者會將其判斷為符合規則；若出現在不同的位置，則判斷為不符合規則。二、測驗階段時，不符合規則的卡片若出現在與學習階段相同的位置，則會被判斷為不符合規則；反之則為符合規則。. 16. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(24) 類別學習中知識分化的極限條件. 圖 8：有「v」記號的卡片為在測驗階段中出現在螢幕上半部的卡片。. 實驗程序. 政治大. 實驗開始前，主試者會要求實驗參與者閱讀實驗同意書及實驗指導語，並. 立. 要他們在實驗同意書上簽名以示同意進行實驗。在實驗參與者完成以上程序. ‧ 國. 學. 後，主試者會再次以口頭說明實驗的進行方式。在實驗指導語以及主試者的口頭提醒中，都有向實驗參與者強調卡片規則只和圖形的數量及顏色有關。待實. ‧. 驗參與者表示理解實驗進行方式後，主試者會帶領實驗參與者進入實驗用小房. sit. y. Nat. 間並開始實驗。. n. al. er. io. 實驗程式一開始會在螢幕上顯示指導語，告知實驗參與者實驗進行的方. i n U. v. 式，之後正式進入實驗。實驗分為學習階段以及測驗階段，以「學習階段、測. Ch. engchi. 驗階段、學習階段……測驗階段」的順序交叉排列，兩者各進行八次。在實驗結束後實驗參與者會自行離開實驗用小房間，並由主試者口頭詢問一些實驗進行的細節。在每一次的學習階段中階包含十八個嘗試次。在每個嘗試次中，螢幕的上半部或下半部都會出現四張並列的卡片，其中兩張卡片為符合規則的卡片，另外兩張則為不符合規則的卡片。在其中一張符合規則的卡片上方會有一個「正」字標記、而在其中一張不符合規則的卡片上方則會有一個「反」字標記（可參考圖 9），用以提示實驗參與者該兩張卡片為符合規則及不符合規則的卡片。接著實驗參與者需要以滑鼠點選沒有標記的那兩張卡片中他認為符合規 17. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(25) 類別學習中知識分化的極限條件. 則的那一張卡片。在點選後，螢幕上會短暫地出現「Correct」或是「Wrong」，讓實驗參與者知道該次判斷是否正確。. 政治大. 圖 9：學習階段中實驗參與者可能看到的組合範例。此範例為卡片出現在螢幕上半部的情境。. 立. ‧ 國. 學. 而每個測驗階段則包含三十六個嘗試次。如同學習階段，在測驗階段的每個嘗試次中，螢幕的上半部或下半部都會出現四張並列的卡片。與學習階段不. ‧. 同的是，測驗階段中，每個嘗試次出現的四張卡片中有三張卡片是空白的，只. sit. y. Nat. 有一張卡片上有圖形（可參考圖 10）。三十六張卡片皆會以隨機次序各出現一. al. er. io. 次，其在四張卡片中的位置也為隨機。實驗參與者需要判斷該張有圖形的卡片. v. n. 是否符合規則，並按下按鍵反應。在測驗階段中，實驗參與者按下按鍵後螢幕. Ch. engchi. 上將不會告知實驗參與者該次判斷是否正確。. i n U. 圖 10：測驗階段中實驗參與者可能會看到的卡片範例。此為卡片出現在上半部的情境。. 18. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(26) 類別學習中知識分化的極限條件. 結果學習階段學習階段共有八個區間，以每個區間的正確率（正確選出符合規則的卡片的嘗試次數除以總嘗試次數）為依變項、卡片的位置（上半部或下半部）及區間（八個區間）為獨變項，進行 2×8 的二因子組內設計變異數分析（2-Way Within-Designed ANOVA）。結果顯示，卡片的位置並沒有主要效果，F（1, 31） = 0.18，MSe = 0.002，p = .675，而區間數的主要效果達顯著水準，F（7, 217） = 16.68，MSe = 0.27，p < .001。卡片的位置及區間數則沒有顯著的交互作用，F. 政治大. （7, 217）= 1.147，MSe = 0.01，p = .34。由此可見，實驗參與者在測驗階段的表. 立. 現會隨著實驗進行而改變。見圖 11。. ‧ 國. 學. 如上文所述，在一個區間中有三十六個嘗試次。假使實驗參與者完全沒有掌握住規則，且假設每個嘗試次判斷正確的機率為 0.5，那麼便可以形成一個二. ‧. 項分配。在其分配的α值為 0.05 的情況下，若實驗參與者的正確率達到 0.64 則. Nat. sit. y. 可顯示他們有正確掌握規則。在第一個區間中，實驗參與者的平均正確率即達. n. al. er. io. 到 0.77，單一樣本 t 檢定的結果為 t（31）= 4.14，p < .001，在第八區間則達到. i n U. v. 0.94，同樣進行單一樣本 t 檢定的結果為 t（31）=12.46，p < .001，皆顯著地高. Ch. engchi. 於 0.64，顯見實驗參與者不但能很快地學習規則，隨著實驗進行更能夠很好地掌握住規則。. 19. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(27) 類別學習中知識分化的極限條件. 立. 政治大. ‧ 國. 學. 圖 11：實驗一學習階段時的正確率。黑色線段為總體正確率、紅色線段為出現在上半部的卡片的正確率、藍色線段為出現在下半部的卡片的正確率。誤差線為一個標準誤。. ‧. 測驗階段. y. Nat. sit. 在學習階段時出現在上半部的卡片中，有一部份在測驗階段時出現在下半. n. al. er. io. 部；而在學習階段時出現在下半部的卡片中，也有一部份的卡片會在測驗階段. i n U. v. 時出現在上半部。這樣子的卡片位置的交錯可能會使實驗參與者在回答該卡片. Ch. engchi. 是否符合規則時做出不同的回答。. 首先先以「實驗參與者對測驗卡片回答為正例的個數」為依變項，而以學習位置（即，卡片在學習階段時在上半部或下半部）、測驗位置（卡片在測驗階段時在上半部或下半部）、區間數、卡片種類（該卡片是否符合規則）四個因子為獨變項，進行一四因子實驗參與者內變異數分析（4-Way Within-Subjects Design ANOVA）。首先，學習位置沒有主要效果，F（1,31）= 0.03，MSe = 0.0009，p = .85；測驗位置沒有主要效果，F（1,31）= 0.45，MSe = 0.02，p = 0.51；區間數也沒有主要效果，F（7,217）= 1.362，MSe = 0.11，p = .22。由於依變項是對測驗卡片判斷為「符合規則」的個數（即，正例），當分析上述這三 20. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(28) 類別學習中知識分化的極限條件. 個因子時，因為平均了對不同種類卡片反應的結果，自然不會達到顯著。反之，檢驗針對不同種類卡片被回答為正例的個數時，其主要效果達顯著水準也就不意外了，F（1,31）= 38.12，MSe = 98.24，p < .001。根據本實驗預期，若參與者發生知識分化現象，則他們對同樣的卡片（正例或反例）的反應應該會隨著出現位置的不同而有不同，即，在固定卡片種類以及區間數的前提下，學習位置和測驗位置應有交互作用。同時，隨著學習經驗的上升，參與者逐漸習得知識分化，我們應該可以預期實驗初期沒有知識分化現象，而實驗後期才會出現。以下先報告完整的四因子變異數分析中各項交. 政治大區間數與卡片種類之間的交互作用達顯著，F（7, 217）= 16.89，MSe = 1.85，p 立. 互作用，而後再報告針對上述假設進行檢驗的結果。首先報告二階交互作用。. < .001，顯示實驗參與者對卡片是否符合規則的判斷有隨著實驗進行而改變。區. ‧ 國. 學. 間數與學習位置的交互作用則未達顯著水準，F（7,217）= 0.73，MSe = 0.02，p. ‧. = .65；區間數與測驗位置的交互作用同樣未達顯著水準，F（7,217）= 0.30，. y. Nat. MSe = 0.009，p = .95。這顯示在學習位置或者測驗位置上，被回答為正例的個. er. io. sit. 數不會隨區間數的不同而有不同。學習位置與測驗位置沒有顯著的交互作用，F （1,31）= 0.22，MSe = 0.005，p = .64。不過，上述的交互作用之所以未達顯. al. n. v i n 著，可能是因為我們把不同種類的卡片合併計算後所造成的遮蔽效果。學習位 Ch engchi U 置也與卡片種類間沒有交互作用，F（1,31）= 1.56，MSe = 0.25，p = .22；而測驗位置也與卡片種類間沒有顯著的交互作用，F（1,31）= 2.25，MSe = 0.03，p = .14。這樣的結果很可能是因為平均了區間數的緣故。在三階交互用中，區間數、學習位置及卡片種類間的三因子交互作用達顯著，F（7, 217）= 3.22，MSe = 0.23，p < .01。區間數、學習位置及測驗位置的交互作用以及區間數、測驗位置以及卡片種類的交互作用皆未達顯著水準（F（7,217）= 1.50，MSe = 0.03，p = .17；F（7,217）= 0.71，MSe = 0.01，p = .66）。然而，學習位置、測驗位置以及卡片種類之間的三因子交互作用達到顯著，F（1,31）= 4.69，MSe = 7.93，p < .05。這暗示了卡片被回答為正例與否取決於卡片種類以及它的出現情境，即 21. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(29) 類別學習中知識分化的極限條件. 知識分化。此外，四因子交互作用也達到顯著水準，F（7,217）= 3.88，MSe = 0.20，p < .001，顯示上述的三階交互作用可能隨著學習經驗增長而有所不同，呼應了前述實驗假設。為進一步檢驗本實驗假設，我們針對不同種類的卡片和不同區間（區間一和區間八），各別檢驗學習位置與測驗位置之間的交互作用。若出現交互作用則支持知識分化現象，反之則不支持。首先針對正例卡片分析，結果發現交互作用在區間一時未達顯著，F（1,31）= 2.50，MSe = 0.75，p = .12；但在區間八時則達顯著水準，F（1,31）= 6.73，MSe = 4.09，p < .05。同樣地，針對反例卡. 政治大但在區間八時則有明顯的交互作用，F（1,31）= 7.64，MSe = 4.43，p < .01。見立片的分析顯示，區間一沒有交互作用，F（1,31）= 0.14，MSe = 0.05，p = .71；. 圖 12 與圖 13。總的而言，無論是符合規則的卡片還是不符合規則的卡片，在. ‧ 國. 學. 實驗前段（第一個區間）時卡片在學習階段擺放的位置以及在測驗階段擺放的. ‧. 位置對於實驗參與者的判斷是沒有交互作用的；但在後段（最後一個區間）. y. Nat. 時，交互作用皆有達顯著水準，因此可以看出隨著實驗進行，卡片擺放位置會. er. io. sit. 對實驗參與者們在判斷卡片是否符合規則時造成影響。由此可知，本實驗參與者確實出現了知識分化現象，而且這個現象不是在學習的一開始就出現，而是. n. al. 逐漸由學習經驗中產生。. Ch. engchi. i n U. v. 22. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(30) 類別學習中知識分化的極限條件. 立. 政治大. ‧ 國. 學. 圖 12：在區間一及區間八中，符合規則的卡片被判斷為符合規則的比例。橫軸的「Down」表示其測驗階段位置在下方、「Up」表示位置在上方。黑色的直條為學習階段在下方，灰色的直. ‧. 條為學習階段在上方。誤差線為一個標準誤。. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 13：在區間一及區間八中，不符合規則的卡片被判斷為符合規則的比例。橫軸的「Down」表示其測驗階段位置在下方、「Up」表示位置在上方。黑色的直條為學習階段在下方，灰色的直條為學習階段在上方。誤差線為一個標準誤。 23. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(31) 類別學習中知識分化的極限條件. 在過去有關知識分化的研究中，個別差異常是被檢視的重點之一。知識分化不總是發生在所有的實驗參與者身上，因此有必要檢視每個實驗參與者的判斷傾向。本實驗將使用 K-means 群集分析（k-means clustering）針對每個實驗參與者在第八區間對卡牌的分類傾向為他們進行分群（見圖 14）。K-means 群集分析是一種先指定分群數量並隨機給定核心位置，再透過計算每筆資料與核心的距離移動核心並將資料分群的演算方法。在將資料分成若干群後發現將實驗一的實驗參與者分成三群比較適當：以下稱呼他們為群集一（18 人）、群集二（6 人）以及群集三（8 人）。. 政治大. 立. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 14：K-means 群集分析後三組資料的分布。. 接著計算三個群集的實驗參與者在第八區間中判斷每張卡片為符合規則的比例，參考表 1、表 2、表 3。. 24. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(32) 類別學習中知識分化的極限條件表 1：群集一的實驗參與者在第八區間將各張卡片判斷為符合規則的比例。橫軸為卡片圖案數量、縱軸為卡片顏色。 1. 2. 3. 4. 5. 6. 紅. 1.00. 1.00. 1.00. 0.00. 0.00. 0.17. 綠. 1.00. 1.00. 1.00. 0.00. 0.00. 0.00. 藍. 0.94. 0.94. 1.00. 0.00. 0.00. 0.00. 黃. 0.06. 0.00. 0.00. 0.94. 1.00. 1.00. 紫. 0.00. 0.06. 0.00. 1.00. 0.94. 0.94. 灰. 0.00. 0.00. 0.00. 0.94. 1.00. 1.00. 政治大. 表 2：群集二的實驗參與者在第八區間將各張卡片判斷為符合規則的比例。橫軸為卡片圖案數量、縱軸為卡片顏色。 1. 2. 立. 3. 4. 5. 6. 0.83. 0.00. 0.00. 0.00. 學. 0.83. 綠. 0.83. 0.00. 0.00. 0.00. 0.00. 0.83. 藍. 0.83. 0.00. 0.00. 0.00. 0.83. 0.83. 黃. 0.83. 0.67. 0.00. 0.00. 0.00. 0.83. 紫. 0.83. 0.00. 0.00. 0.00. 0.00. 0.83. 灰. 0.83. al. 0.00. 0.00. v 0.83. 0.83. io. n. Ch. engchi. y. sit. Nat. 0.00. er. ‧ 國. 0.83. ‧. 紅. i n U. 表 3：群集三的實驗參與者在第八區間將各張卡片判斷為符合規則的比例。橫軸為卡片圖案數量、縱軸為卡片顏色。 1. 2. 3. 4. 5. 6. 紅. 0.75. 0.38. 0.88. 0.75. 0.88. 0.50. 綠. 0.50. 0.63. 0.63. 0.38. 0.50. 0.63. 藍. 0.75. 0.50. 0.38. 0.25. 0.50. 0.88. 黃. 0.75. 0.63. 0.50. 0.75. 0.63. 1.00. 紫. 0.63. 0.63. 0.38. 0.50. 0.88. 0.75. 灰. 0.38. 0.88. 0.50. 0.63. 0.63. 0.63. 25. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(33) 類別學習中知識分化的極限條件. 若實驗參與者展現知識分化，則在判斷卡片時會參考情境，也就是卡片的位置以選用規則。因此出現在螢幕上半部的卡片便會以「數量是否為一、二、三」進行判斷，而出現在下半部的卡片則會以「數量是否為四、五、六」這條規則進行判斷。圖 15 為知識分化者應判斷為正例的卡片。以第八區間的表現來看，群集一的實驗參與者明顯不受情境影響，判斷的方式為完整的規則；群集二的實驗參與者則在判斷時受到了卡片錯位的影響，展現了知識分化；群集三的實驗參與者則無明顯的判斷傾向。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. Nat. al. er. io. sit. y. 圖 15：有「v」記號者為若產生知識分化，則實驗參與者應會認為符合規則的卡片。. v. n. 以區間八的卡片為對象，分別以三個群集實驗參與者對正例卡片的判斷以. Ch. engchi. i n U. 及對反例卡片的判斷為依變項、學習位置以及測驗位置為獨變項，分別進行二因子組內設計變異數分析。結果發現，針對群集一的參與者的分析中無論是正例卡片還是反例卡片都沒有發現顯著的交互作用，F（1,17）= 0.30，MSe = 0.001，p = .59、F（1,17）= 1.59，MSe = 0.009，p = .22；而群集二的參與者的分析則在兩種卡片上都有發現交互作用，F（1,5）= 25，MSe = 4.17，p < .01、F （1,5）= 24.61，MSe = 3.96，p < .01；對群集三的參與者的分析中則是在兩種卡片上都沒有發現顯著的交互作用，F（1,7）= 0.86，MSe = 0.009，p = .39、F （1,7）= 0.79，MSe = 0.02，p = .41。見圖 16。學習階段以及測驗階段的交互作. 26. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(34) 類別學習中知識分化的極限條件. 用只能在群集二的參與者身上觀察到，證實了只有群集二的參與者在判斷卡片時受到了卡片錯位的影響，展現出了預期中的知識分化現象。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 16：在第八區間中，三個群集的實驗參與者判斷符合規則以及不符合規則的卡片為符合規則的比例。左側的三張圖皆為符合規則的卡片、右側三張圖則為不符合規則的卡片。從上到下則分別為群集一、二以及三。橫軸的「Down」表示其測驗階段位置在下方、「Up」表示位置在上方。黑色的直條為學習階段在下方，灰色的直條為學習階段在上方。誤差線為一個標準誤。. 27. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(35) 類別學習中知識分化的極限條件. 討論本實驗透過讓卡片在學習階段及測驗階段交換位置的方式，觀察其對實驗參與者判斷卡片是否符合規則有否影響。結果發現，實驗參與者能夠順利的學習卡片規則，且到了實驗後段，其在判斷卡片是否符合規則時卡片所在的位置會有顯著的影響。對於原本就是符合規則的卡片，比起被錯位擺放的卡片，被擺放在原本位置的卡片更常被判斷為符合規則；而對於原本就是不符合規則的那些卡片，錯位擺放的比沒有錯位擺放的更常被判斷為不符合規則。若不加入卡片擺放位置此一情境線索，則實驗參與者對於卡片的判斷自然. 政治大. 不可能隨著情境而改變，應當可以學習到原先完整的規則；但在本實驗加入了. 立. 卡片擺放位置此一情境線索後，實驗參與者即使清楚了解其與卡片規則無關，. ‧ 國. 學. 其對於卡片的判斷依然受到了情境影響。具體而言，實驗參與者得到了一條新的路徑，讓他們可以把原先複雜的規則劃分為「若卡片出現在上半部，則圖形. ‧. 數量為一、二、三」以及「若卡片出現在下半部，則圖形數量為四、五、六」. Nat. sit. y. 兩者，並依據情境個別取用。此一現象正如同 Lewandowsky 等人（2002）的研. n. al. er. io. 究中消防隊員受到情境影響其判斷一般，本實驗的實驗參與者受到卡片擺放位. i n U. v. 置此一情境而改變其對卡片規則的判斷。此結果顯示了在歸納推理的歷程中，. Ch. engchi. 即使實驗參與者能夠歸納出完整的規則，但仍無可避免地將完整的規則依據情境劃分為兩個較小但不完整的規則，並依據情境應用這兩個子規則；也就是展現了知識分化的現象。雖然此實驗如同預期地觀察到了參與者的知識分化現象，但仍然有一些缺失。首先，將實驗參與者分為三群後，可以看出展現出知識分化的實驗參與者只佔了 19%，56%的實驗參與者選用完整的規則，而有 25%的參與者並未展現出明確的規則。關於近四分之一的參與者未能展現出明確的規則，本研究認為這有兩個可能。其一、本實驗難度較高，以致於這些參與者在實驗結束前都未能找出合適的規則。其二、離散向度所提供的可能性太多，無法有效縮限參與 28. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(36) 類別學習中知識分化的極限條件. 者可以使用的規則組合。參與者可能自行演繹出特殊的邏輯組合，雖然不能完全正確，但只要正確率尚在可接受範圍，他們也就願意採信了。最後則是實驗中的情境線索可能無法完整地融入卡片中。對於實驗參與者而言，卡片是一個整體，其差異在於圖形的顏色以及圖形的個數；而它們被擺放的位置可能會被實驗參與者當作一個整體以外的標籤。雖然此一標籤引發了實驗參與者的知識分化現象，但卻難以辨別此標籤在概念學習歷程中的角色。究竟實驗參與者是在推理的過程中不自覺地加入了情境線索，抑或是主動地依據情境不同分別進行推理？在此實驗中難以檢視這一點。. 政治大離散向度也同樣能誘發知識分化，進一步地強化了知識分化應為人類普遍學習立. 不論如何，在此實驗中，我們仍然發現知識分化的現象，顯示即便是使用. 特徵的主張。. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 29. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(37) 類別學習中知識分化的極限條件. 實驗二在實驗一中，我們成功地使用離散向度所構成的刺激發現了知識分化的現象。但在實驗一中，造成知識分化的情境線索（卡片擺放的位置）是獨立於實驗參與者們需要學習的目標（卡片）之外的。而且實驗可能對實驗參與者來說稍嫌複雜，造成實驗參與者展現出一些意外的判斷傾向。因此，在本實驗中，卡片自身的組成成份便包含了情境線索，且整體的規則將更加簡單。本實驗與實驗一最主要的差異在於：一、所有卡片放置的位置固定，而無分上下左右；. 政治大個；四、卡片的圖形形狀從全部都是圓形改為圓形及三角形兩種；五：卡片的立二、卡片圖形顏色統一為灰色；三、卡片圖形數量從一個到六個改為一個到八. 規則為「圖形數量介於三至六，圖形形狀不論」（見圖 23）。因此，在實驗二. ‧ 國. 學. 中，實驗參與者總共會見到十六種卡片：兩種不同形狀（圓形及三角形）、每. ‧. 種形狀各八種數量（一個到八個）。. y. Nat. 與實驗一相同，實驗參與者需要在學習階段盡可能地學習卡片間的規則，. er. io. sit. 並在測驗階段時使用學習到的規則判斷螢幕上的卡片是否符合。不同於實驗一，實驗二中的情境線索是卡片中圖形的形狀，因此實驗二的情境線索能夠融. al. n. v i n 入在卡片中。在學習階段中，實驗參與者只會觀察到四張卡片：圓形且數量為 Ch engchi U 二、圓形且數量為三、三角形且數量為六以及三角形且數量為七。因此，在學. 習階段實驗參與者只會知道圓形數量為三且三角形數量為六者是符合規則的正例，而其餘兩者不符合規則。若忽視情境線索，實驗參與者應容易判斷總體的規則為「圖形數量介於三至六」；但加入了情境線索後，實驗參與者有可能會展現知識分化，賦予兩種形狀的卡片各自的規則，並在判斷時依照其形狀選取規則使用。如此一來，便可能發展出「若為圓形則數量大於等於三」及「若為三角形則數量小於等於六」這樣的分割規則。因此，本實驗將透過觀察實驗參與者判斷卡片是否符合規則時的傾向，了解在情境線索融入了歸納推理標的的情況下實驗參與者會否展現知識分化。 30. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(38) 類別學習中知識分化的極限條件. 方法實驗參與者本實驗的參與者為二十八名視力正常或矯正後正常的大學生。每位參與者在實驗完成後會得到小筆金額的實驗報酬。. 實驗設備同實驗一。. 立. 實驗材料. 政治大. ‧ 國. 學. 本實驗的實驗素材類似於實驗一，惟卡片的顏色全為灰色、圖形數量改為一個至八個、且圖形形狀分為圓形及三角形兩種，共有十六種不同的卡片。在. ‧. 這些卡片中有一個共通的規則：圖形個數需介於三個至六個，無論形狀。見圖. n. al. er. io. sit. y. Nat. 17。. Ch. engchi. i n U. v. 圖 17：卡片範例。此卡為「三角形且數量為二」的卡片。. 在學習階段中，實驗參與者只會觀察到四張卡片以隨機順序出現：圓形且數量為二、圓形且數量為三、三角形且數量為六以及三角形且數量為七，即圖. 31. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(39) 類別學習中知識分化的極限條件. 18 中圈起來的部分。而在測驗階段中，實驗參與者會觀察到所有共十六種的卡片。. 圖 18：實驗二的卡片規則。有「v」記號者為符合規則、空白者為不符合規則、以紅圈圈起者為會在學習階段出現的卡片。. 實驗程序. 政治大. 如同實驗一，在實驗開始前，主試者會要求實驗參與者閱讀實驗同意書及. 立. 實驗指導語，並要他們在實驗同意書上簽名以示同意進行實驗。在實驗參與者. ‧ 國. 學. 完成以上程序後，主試者會再次以口頭說明實驗的進行方式。待實驗參與者表示理解實驗進行方式後，主試者會帶領實驗參與者進入實驗用小房間並開始實. ‧. 驗。. y. Nat. sit. 實驗程式一開始的畫面為指導語，內容與書面的指導語相同，意旨提醒實. n. al. er. io. 驗參與者實驗的進行方式。實驗參與者閱畢後按鍵以開始進行實驗。實驗的進. i n U. v. 行流程為「五次的學習階段、一次的測驗階段、五次的學習階段、一次的測驗. Ch. engchi. 階段」，總共十二個區間；十次為學習區間、兩次為測驗區間。在每個區間之間都會有文字提示接下來要進行的是哪一個區間。在實驗結束後實驗參與者會自行離開實驗用房間，填寫其基本資料、領取實驗報酬，並由主試者口頭詢問實驗的細節。每一次的學習階段皆包含四個嘗試次，每個嘗試次螢幕的正中間皆會以隨機順序出現圓形且數量為二、圓形且數量為三、三角形且數量為六以及三角形且數量為七共四種卡片中的其中一張。實驗參與者需在看到卡片後按下鍵盤按鍵回答該卡片是否符合規則。若實驗參與者回答正確，則螢幕上會短暫地出現. 32. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(40) 類別學習中知識分化的極限條件. 「Correct」的字樣；相反的，螢幕上會出現「Wrong」的字樣。之後會進行下一個嘗試次。而在每一次的測驗區間中，全部十六張卡片以不同的隨機順序依次出現。如同學習階段，實驗參與者需要判斷眼前的那張卡片是否符合規則，並按下按鍵作答。但不同的是，在測驗階段中，實驗參與者作答後螢幕上並不會出現反饋。. 結果學習階段. 立. 政治大. 學習階段共有十個區間。以正確率為依變項，區間數以及卡片的形狀為獨. ‧ 國. 學. 變項，進行一二因子組內設計變異數分析。結果顯示，區間數的主要效果達顯著水準，F（9,243）= 24.85，MSe = 2.34，p < .001，而形狀沒有顯著的主要效. ‧. 果，F（,27）= 0.62，MSe = 0.09，p = .43；區間數及形狀的並沒有交互作用，. Nat. sit. y. F（9,243）= 1.24，MSe = 0.07，p = .27。接著細看每個區間的正確率，從區間. n. al. er. io. 一至區間十的正確率依序為約：0.48、0.80、0.86、0.90、0.94、0.92、0.91、0.9. i n U. v. 3、0.96 及 0.97，見圖 19。在第一區間時，實驗參與者的正確率近乎於猜測，但. Ch. engchi. 在第二區間時正確率進步為 0.80，並在第四區間開始正確率皆高於 0.90。以此來看，可以說參與者在學習階段有確實學會卡片的規則。. 33. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(41) 類別學習中知識分化的極限條件. 政治大. 圖 19：實驗二學習階段中每個區間的正確率。誤差線為一個標準誤。. 立. 測驗階段. ‧ 國. 學. 在學習階段中，參與者只會觀察到四張卡片：圓形且數量為二、圓形且數量為三、三角形且數量為六以及三角形且數量為七。若參與者展現出知識分化. ‧. 的現象，則他們在測驗階段中對圓形且數量為七、八的卡片以及三角形且數量. sit. y. Nat. 為一、二的卡片的判斷應該會與無知識分化的參與者不同。因此，本實驗在分. al. n. （區段 B）、數量為七及八（區段 C），見圖 20。. Ch. engchi. er. io. 析時，將卡片數量分為三個區段：數量為一及二（區段 A）、數量為三至六. i n U. v. 圖 20：測驗階段中區段的區分方式。數量為一及二者為 A 區段、數量為三至六者為 B 區段，數量為七及八者為 C 區段。. 首先，先以參與者回答卡片為符合規則與否為依變項，卡片圖案的形狀（也就是情境）以及卡片的區段（區段 A、B 或 C）為獨變項，進行依二因子組內設計變異數分析。結果顯示，形狀沒有顯著的主要效果，F（1,27）= 0.33， 34. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(42) 類別學習中知識分化的極限條件. MSe = 0.006，p = .57，而區段的主要效果達到顯著水準，F（2,54）= 16.98，MSe = 1.32，p < .001。卡片圖案的形狀以及卡片所在的區段間有顯著的交互作用，F （2,54）= 10.34，MSe = 0.85，p < .001。由此可以發現在不同的區段之間，參與者認為卡片為正例的比例不同，且實驗參與者認為不同的情境會影響實驗參與者們在不同區段時對卡片的判斷。接著詳細觀察每種卡片被回答為符合規則的比例。圓形的卡片被認為為符合規則的比例從圖形數量一至八分別約為：0.27、0.25、0.60、0.70、0.53、 0.80、0.43 以及 0.59；而三角形的卡片被認為為符合規則的比例從圖形數量一. 政治大 21。而以區段做分別，圓形且為區段 A、B 及 C 的卡片被認為是符合規則的比立到八則分別約為 0.52、0.48、0.77、0.54、0.61、0.63、0.30 以及 0.21，見圖. 例平均分別約為 0.26、0.66 及 0.51。而三角形的則分別為 0.50、0.63 以及. ‧ 國. 學. 0.26（見表 4）。以此來看，可以發現在兩種形狀的卡片中，區段 B 的卡片被認. ‧. 為為符合規則的比例較高、圓形且區段 C 的卡片及三角形且區段 A 的卡片比例. y. Nat. 稍低但仍有五成左右、而圓形且區段 A 以及三角形且區段 C 的卡片皆只有. er. io. sit. 0.26。初步來看，實驗二中實驗參與者的總體表現確實有展現出知識分化的趨勢：他們依照卡片上圖案的形狀（也就是情境）選擇使用的規則，若情境為圓. al. n. v i n 形則判定區段 A 不符合規則但區段 C h C 的卡片符合、而若情境為三角形則判定區 engchi U 段 A、B 的卡片符合規則而區段 C 的卡片不符合。同時也可以看出符合規則的卡片（區段 B）被判定為符合規則的比例較其他兩區段高。雖然在區段 A 和區段 C，我們可以觀察到參與者回答正例的比率確實上升，但也只有上升至接近 50%的水準。這可能是因為參與者對這兩區段內的刺激感到陌生，並不知道它們究竟該是什麼答案而隨機回答了；也可能如同過去研究（例如，Yang & Lewandowsky, 2003），其實是混雜了使用不同策略的參與者的作答結果使然。因此，本實驗需要進一步檢驗，是否目前所得結果中存在著明顯的個別差異。. 35. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(43) 類別學習中知識分化的極限條件. 政治大卡片、紅色的線段則為形狀為三角形的卡片。立. 學. ‧ 國. 圖 21：實驗二的實驗參與者在測驗階段判斷每個卡片為符合規則的比例。黑色的線段為圓形的. 表 4：實驗二的實驗參與者在測驗階段判斷各個區間、兩種形狀的卡片為符合規則的比例。. 0.26. 0.66. 0.50. 0.63. 0.26. 區段 C. y. 0.51. n. al. er. io. sit. Nat. 三角形. 區段 B. ‧. 圓形. 區段 A. v. 因為在實驗參與者實驗後的回報中，不少實驗參與者表示他們發展出了和. Ch. engchi. i n U. 實驗預期不同的規則，我們無法像實驗一那樣，事先設定不同的規則，以 kmeans 群集分析對參與者的表現進行分組。因此，本實驗將使用階層式分群分析（Hierarchical Clustering Analysis），依實驗參與者對卡片判斷的傾向為他們分群。階層式分群分析是一種透過逼近資料點間距離的最小值並以此分群的分析方法，被分在同一群的資料代表其各項特徵的數值較為相近；另外，此分析法不需要事先決定分群數量便可進行。階層式分群分析所決定群集的方式有多種，在本實驗中使用的是完整連結分群（Complete Linkage Clustering），此種方式透過最大化群集間的距離分群。以階層式分群分析將實驗參與者們的答題傾. 36. DOI:10.6814/NCCU201900646.

(44) 類別學習中知識分化的極限條件. 向分群並繪製成樹狀圖（見圖 22）後，可將實驗參與者們分為兩個較大的群集：群集一（十人）以及群集二（十八人）。. 立. 政治大. ‧ 國. 學. 圖 22：實驗二透過依實驗參與者對各卡片的判斷傾向進行階層式分群分析所繪製的樹狀圖。. 在分群後，先以實驗參與者回答卡片為符合規則與否為依變項，群集（群. ‧. 集一或群集二）、卡片圖案的形狀（也就是情境）以及卡片的區段（區段 A、B. sit. y. Nat. 或 C）為獨變項，進行一三因子混合設計變異數分析（3-Way Mixed Designed. er. io. ANOVA）。結果顯示群集的主要效果並沒有達顯著水準，F（1,26）= 3.85，. n. MSe = 0.27，p = .06。而情境沒有主要效果， F（1,26）= v 0.32，MSe = 0.006，p a. i l C n U h e n g c h i F（1,26）= = .58，情境與群集的交互用也沒有達顯著水準， 0.22，MSe = 0.004， p = .65。區段的主要效果達到了顯著水準，F（2,52）= 16.55，MSe = 1.32，p < .001，而區段與群集的交互作用未達顯著水準，F（2,52）= 0.31，MSe = 0.03，. p = .73。而情境與區段有顯著的交互作用，F（2,52）= 12.31，MSe = 0.85，p < .001；情境、區段及群集三者間的交互作用也達到顯著水準，F（2,52）= 6.15，MSe = 0.42，p < .01。由此可知，情境與區段間的交互作用會受到不同群集的影響而改變。由於情境與區段之間的交互作用出現與否是知識分化是否出現的指標，這樣的結果暗示了這兩個群集表現知識分化的程度可能有很大的不同，因此接下來要針對兩個群集個別分析。 37. DOI:10.6814/NCCU201900646.