客觀與新角度推理能力對科學
學習的影響
顏妙璇助理教授
。國立臺灣師範大學科學教育研究所壹、前言
在科技發達、資訊日新月異的時代，培 養具有科學素養 (scientific literacy) 的現代 公民是為科學教育的首要任務，除了對科學 知識內容有基本的了解外，科學態度和方法 (例如:求真的批判思考)的訓練也對離開 校園的成人們，在評析各項與生活相關的議 題和進行決策時有重大的影響，例如評斷媒 體報導的新發現是否基於嚴謹的研究、是否 有足夠的證據支持最後的結論等能力，會影 響人們能否理性地接受或拒絕此一報導的建 議;此外，人們從所接觸的人事物中歸納出 通則時，能否不受自己的主觀意識或刻板印 象誤導而有偏見，這些都是課堂中的科學教 育對日常生活的長遠影響。 不論是科學的發展、個人的科學學習或 日常應對，都在先備知識 (priorknowledge
,
or
preconception) 的基礎上累積，新舊資訊 不斷互動，先備知識影響新資訊的吸收程 度，而新資訊的加入也影響了原本的知識架 構，建立了新連結或修改舊連結。知識的累 積是不斷建構的過程，但先備知識能載舟亦 重 46 中等教育第63 卷第 1 期 能覆舟，有時有足夠的先備知識才能了解新 資訊，有時先備知識卻會扭曲新資訊，先備 知識對學習的正負面影響是一體的兩面。因 此，教師要協助學生善用先備知識做有效的 學習，同時又避免固著和偏誤 (bias) 。 學生在進入教室正式學習某一單元前， 有可能已依據日常生活經驗，形成對物體 和事件的看法和解釋(即先備知識) ，有 些先備知識和目前科學社群所接受的科學 知識不相同，可稱為另有概念(alternative
conception) 或迷思概念(misconception) 。 在此情況下，學習就像是概念改變的過程， 教師可在了解學生的先備知識之後，設計課 程讓學生察覺自己的想法有所不足，進而 了解並接受現行的科學知識。如後所述， Lawson的研究團隊的一系列研究發現「假 設一預期一測試」的推理能力會影響教學前 後持有迷思概念的程度，當教師呈現新的證 據時，推理能力好的學生才能評斷科學知識 較能全盤解釋而自己原有的想法則否，進而 改變自己的另有概念;亦即除了先備知識本 身之外，推理能力對學習的影響也是同等重 要。因此，本文將探討先備知識和推理能力對科學學習的影響，尤其是因先備知識而造 成的偏誤，例如(1)人類認知系統在接收 訊息的第一站一知覺一就已在先備知識的基 礎上運作，而不全然忠實反應外在的物理 刺激; (2) 根據實驗方法和證據得到結論 時，傾向依據論點的可信程度做判斷的信 念偏誤(
belief bias) ;
(3) 尋找規則、進 行假設檢定時，傾向以符合自己假設的例 子做測試的肯證偏誤 (confirmationbias)
以下，在介紹先備概念的類型之後，將以 Lawson的研究為出發點，回顧上述的偏誤及 如何減少偏誤的方法。貳、先備知識和推理能力
學生在進入教室前已有的先備知識 或另有概念，並非都是不對的、需要重 大改變的。 Chi (2008) 區分出三種層次 的另有概念:缺漏 (missing) 、不完整 (incomplete) 、衝突(conflicting)
，前兩 者只需要增加 (adding) 新知識，或將不完 整的部分填補好 (gap-filling) ，使概念架 構更豐富完整(enriching) ，只有第三種情 況需要概念改變，將原有錯誤的知識改變為 目前認可的正確知識。Clement 、 Brown及Zietsman ( 1989
)提出可運用學生正確的直 覺(稱為定錯概念anchoring conception) 為 基礎，逐步建立正確的科學概念，以牛頓第 三運動定律為例，原本學生不易理解「書本 放在桌上會受到桌子的施力 J '可從學生的 直覺:壓著彈簧時會感到彈簧施於手的彈 力，引導至書本放在彈簧床上也會受到彈簧 客觀與新角度推理能力對科學學習的影響 床的施力，再引導至放在桌上的書會受到桌 子的施力。 Grayson( 1996
)也指出有時學 生的直覺可以正確解釋某現象，但卻連結到 錯誤的專有名詞上，而主張將直覺重新命名 的概念取代(concept
substitution) 教學法。 例如學生認為放在室溫中一段時間的鐵罐比 木頭的溫度要低，因為前者摸起來比較冷， 雖然鐵罐摸起來較冷的觀察是對的，但這是 因為熱傳導率的不同所造成的，而非溫度不 同，在此情況下，可介紹溫度和熱的不同。 叉例如學生認為在電池和燈泡的通路中，電 流不斷被消耗，但實際上被消耗的是電能而 非電流，在此情況下，介紹正確的概念(能 量) ，可使學生將正確的直覺(有東西被消 耗掉)轉移到正確的概念上，也減少正在學 習的電流概念形成迷思的可能性。 然而，即使是科學概念也非絕對正確 的金科玉律，科學是隨著由觀察和測量所得 的證據累積，逐步發展出更具解釋力和預測 力的知識架構，目前被科學社群認可的科學 知識，也許日後會被新的證據推翻。有些學 生的另有概念和現行的科學概念不符，但卻 是早期科學家的想法。例如人們直覺認為持 續施力才能使一個物體運動，所以物體移動 的速度和施力大小成正比，不知道施力是為 了抵抗摩擦力，且合力改變的是運動的狀態 並與加速度成正比，前面的想法和哲學家亞 旦斯多德的想法相同，後來的科學家伽利略 和牛頓才修正了直覺的想法;叉例如人們在 日常生活中看到日升月落，直覺認為地球是 不動的，而太陽和月球繞著地球旋轉，這樣 的想法也是在日後哥白尼、克普勒及牛頓提~;==，.c"...=...，
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出可以解釋更多現象的新理論後才改變。科 學教育和認知 J心理學者試闡比較學生和科學 家的概念改變的異同，目前的看法是兩者看 似相同，但相異之處很多，例如科學家的知 識真有內部一致性，理論的發展會考量解釋 一致性，學生的知識則較為片斷和不一致; 叉如學生的任務通常是外界給定的，科學家 的問題則是自己提出的等等(詳見邱美虹，2000)
雖然科學和學生的概念改變歷程並不 完全相同，仍有學者認為進行科學研究時的 步驟也可用於科學教育。Newton 、 Driver及Osborne
(1999) 認為科學家的主要工作是 建立並使用論證，來決定在現有的證據下， 哪個可能的假設最能被支持、使人信服，且 在現有證據不足或缺漏時進行實驗取得更多 的證據。因為論證在科學中扮演重要的角 色，論證也應在科學教育中佔有一席之地。 Lawson與其同事認為在科學發展上，概念 的改變需要(1)產生新的假設; (2) 透過 邏輯推理、實驗、論證來測試新的假設，因 此，能察覺新的想法及了解論證推理過程的 科學家們，更能接受新的科學知識。Lawson 與其同事假設同樣的過程會發生在課堂上， 學生要能克服其迷思概念，必須能(1)察 覺科學概念; (2)察覺與科學概念相關的 支持證據; (3)產生或了解科學概念及其 證據之間的邏輯關係'即能了解證據係支持 科學概念，而抵觸學生原有的先備知識。因 此， Lawson等人假設學生的推理能力和教學 前後持有迷思概念的程度有關，並在一系列 的研究中探討此議題。Lawson與Thompson 重 48 中等教育第63 卷第 l 期(1
988
)使用開放性的問題，測量七年級學 生在授課後持有迷思概念的個數，結果發現 迷思概念的個數與學生的推理能力有關，在 迴歸分析中，推理能力的解釋力比工作記 憶容量、語文智力要高。 Lawson 與 Weser(1
990
)用問卷測量大學生(非生物主修， 但選修基礎生物課程)在授課前後對科學和 非科學的信念的同意程度 (5 點量表: 1 非常 同意 ;2 同意; 3 不知道， 4不同意; 5 非常不 同意) ，結果發現推理能力好的學生在授課 前有較少的迷思概念，且對科學概念的同意 程度(選擇非常同意的比例)高於推理能力 差的學生，不同意非科學概念的程度也高於 推理能力差的學生。顯示推理能力差的學生 雖然可以接受科學概念(因為教師授課的權 威) ，但並沒有深入了解證據和科學概念間 的關係'無法評斷科學概念和自己的先備概 念何者較能解釋眼前的證據，所以沒有完全 信服科學概念，仍保有兩個不相容的想法， 隨著過到的情境不同，而採用不同的想法; 推理能力較好的學生，則可比較兩者和證據 間的關係'故可了解科學概念能解釋更多現 象，而拒絕原有的想法，改變在授課前持有 的迷思概念。故在課堂上，教師應讓學生討 論他們原有的先備概念，並仔細比較先備概 念和科學概念，來評斷先備概念在邏輯或實 徵證據上的不足和限制以及科學概念的解釋 力，以促進概念改變。Lawson
(2003) 回顧了「假設一預期一 測試」推理能力的發展階段，發現在18個月 前的孩子(第一階段) ，就有初步的能力。 例如，在孩子面前將物體藏在兩個遮蔽物中的一個時，孩子會到對的地方找，表示在孩 子的內在表徵中，雖然看不到物體，它仍然 存在於被遮住的地方(假設) ，所以如果 到遮蔽物中找(測試) ，應該可以找到物 體(預期)。第二階段， 18個月到七歲的孩 子，若看到大人手拿著物體，經過三個遮蔽 物之後，手中的物體就不見了，雖然沒有看 到物體藏在哪裡(如 18個月前的孩子) ，但 仍可想像物體是藏在某個遮蔽物裡面(假 設) ，若一個一個去找(測試) ，應該可以 找到物體(預期)。亦即，在這兩個階段 中，孩子有相同的推理模式，但 18個月前的 孩子只能應用到實際看見的事件上，而較大 的孩子則可以應用到沒有親眼看見，但想像 上會發生的事件上，即推理模式可應用的情 境有所不同。第三階段，七歲到十歲左右的 孩子，因為語言能力的成熟，可將前兩階段 的推理模式應用到分類或類化(
generalize)
物體和事件。例如，若告知X 的特性是有小 斑點，可測試新的 X ，預期應該會有小斑 點。第四階段，十一到十二歲的孩子，則可 應用推理模式到因果命題上，可回答什麼會 造成單擺擺動週期的變化等問題。假設擺鍾 的質量會影響的話，改變擺鍾質量但維持其 他變項時(測試) ，則可觀察到週期隨之改 變(預期)。第五階段，青春期後期至成 年，則可進一步推論看不見的因果關係，例 如形成在食物中添加調味料是為了殺菌的假 設並加以測試，預期在熱帶的國家較常使用 調味料。 Lawson進一步指出假設一預期一測 試的推理模式可以影響概念的建構，例如上 帝創造論和演化論間的比較，若能了解新的 客觀與新角度推理能力對科學學習的影響 觀點及有足夠的證據，並能評斷證據較支持 新觀點，則有助於了解並接受新觀點。 然而，人們的假設一預期一測試的推 理常有偏誤，傾向接受符合自己想法的論點(Evans
,
Barston
, &
Pollard
,
1983)
，即使所 呈現的證據並不符合此論點，而較不接受與 證據相符但不符合自己想法的論點。這樣的 傾向會影響科學教育，當教師呈現支持現行 科學概念的證據時，若不能被學生了解和接 受，就會妨礙概念改變。無法充分理解證據 所代表的含義的可能原因有三:一是在觀 察、編碼( encoding) 階段，即已扭曲了證 據;二是無法跳脫符合自己想法的論點，客 觀地評斷呈現的證據;三是無法形成新的論 點來解釋眼前的證攘，並有效地收集證據來 測試自己的想法。以下將詳細介紹這三種偏 誤，及可能的解決辦法。參、先備知識的影響和偏
誤 (bias)
一、建構的知覺
人類的認知系統有主動建構的性質，在 訊息輸入的第一站一知覺一就有此特性，即 大腦對事物的認知已不完全忠實反應物理刺 激，而是己加入先備知識的「解釋J '雖然 先備知識並不是有意識地介入。例如:大小 恆常性，同樣的一個人或一輛汽車，因和我 們的距離不同，在視網膜上的成像大小(物 理刺激)也會不同，但我們不會將遠處的大 人當做小孩，把遠處的汽車當做玩具車，仍4臨一一~心
會視為同樣高的一個人或同樣大的一部車 在其中一塊白瓷磚上有一圓柱的陰影，使得 (認知解釋) ，因為我們會將距離的因素考 白瓷磚反射出來的光線和旁邊的黑瓷磚相 慮進來。若有兩輛車，一輛看起來較小，另 同，即接收到的物理刺激是相同的，但我們 一輛較大，我們會認為看起來較小的那輛是 會將陰影以及相對亮度考慮進來，仍然覺得 較遠的。叉如亮度恆常性，在Adelson提出 白瓷磚比黑瓷磚來得亮，甚至要特別把其他的棋盤陰影錯覺 (checker
shadow illusion)
瓷磚遮住才能相信有陰影的白瓷磚的實際亮中，如圖 I '有一黑白相間的棋盤瓷磚，若 度和黑瓷磚一樣(圖2) 。 Edward H.Ade峙。n 圖 1 白瓷磚 B看起來比黑瓷磚 A 來得亮 Edward H.Ada胞曲、 圖 2 實際上 A和 B 的亮度一樣 150 中等教育第 63 卷第 1 期
客觀與新角度推理能力對科學學習的影響 先備知識參與在對外界刺激的解釋歷 程中，優點是可以運用知識來理解事物，做 迅速且有效的判斷(知道看起來很小的汽車 其實是在遠處正常的汽車，若速度很快的 話有撞傷人的威力) ，但缺點是會產生一
些錯覺。例如凹驗錯覺 (hollow
face illusion
; Gregory
,
1997) 是知識影響知覺的有趣例 子，將一面其(一面是往外凸出的，男一面 則是往內凹陷的) ，將凹陷的那面朝著自 己，即使知道它是凹的那面，但不管以什麼 角度看它，都會覺得它是凸的正常的臉。 然而，知覺的主動建構特性是讓我們 有意義地了解這個世界，而非僅是忠實反應 物理世界，運用我們的知識來理解和組織 這個世界可降低認知資源的耗費。例如在 語音知覺上，每個人在講同一個音時，例 如 Ibal ' 都可能在音譜(物理刺激)上略有 不同，即使是同一個人在不同情境(如感 冒、不同情緒、不同談話對象)都可能略 有不同，若我們把每個不同的 Ibal都聽成不 一樣的聲音，就沒辦法溝通了(因為無法 聽到的音判斷為Ipal '短於某個程度之前則 會判斷為Ibal '這種知覺特性稱為類別知覺( categorical perception; Hamad
,
1990) 。語音的額別會因語言環境而有不同， 即經驗能影響人們的知覺。例如日語中沒有 的和III的區分，但六到八個月大的日本寶寶 和同年齡的美國寶寶一樣可以區分的和III
'
到了十到十二個月，日本寶寶的區辨能力 下降，而美國寶寶的區辨能力上升 (Kul此，Stevens
,
Hayashi
,
Deguchi
,
Kirita血，& Iverson
,
2006)
，同樣的結果也在台灣和美國寶寶的 比較中看到 (Tsao， L凹，&Kuhl
,
2006)
，顯 示出生不久的嬰見能區辨很多不同的語音 (即使是在自己母語環境中沒有的區別) 但隨著接觸母語環境和學習，漸漸增強與 母語相關的區辨能力，而降低與母語無關 的區辨能力。腦波研究顯示成人並非喪失區 辨的能力，而是將母語中沒有的差異視為 不重要而忽略它，經過訓練仍有機會學會(Blackmore &Frith
,
2005
,
chap. 3)
'Rivera-Gaxiola 、 Csibra 、 Johnson及Karmiloff-Smith運用我們的語音知識，以及語音和語義間
(2000
)曾研究以英文為母語的成人，在的聯結)。將不同的語音歸成一類的這種 看影片時同時連續播放不同的音節(如英
歸類( categorization) 的認知功能，可減少 文中的Ibal和 Ida!) ，操弄兩種音節出現的
認知負擔，也可有效地運用先備知識。在 機率(如85和 15%) ，出現機率高者稱為標
兩個非常相近的語音上，如Ibal和Ipal' 若其 準音(
standard)
，出現機率低者稱為差異區別在母語中是有意義的(如bad和p，ad是不 音 (deviant) ，在聽到差異音時會產生一
一樣的) ，即使它們是在一連續向度(如 負波稱為失匹配負波 (mismatch
negativity
,
開始發音時間，
voice onset time
VOT) 上的MMN)
，刺激材料是在背景中播放，不需不同，我們會武斷地切成兩個不同的音， 要受試者特別注意或做反應，故若觀察到 即當VOT長到某個程度之後，受試者會把 MMN則反應出較不受受試者主觀影響的認
i暐t是一=一一一一一-u
知處理，這種實驗典範亦可運用在嬰幼見 的研究。 Rivera-Gaxiola等人發現不論是播 放英文中有差異的 Ibal和Idal ' 還是播放印 度語裡有差異的 Idal和另一種Idal ' 都能觀 察到MMN' 以英文為母語的成人，仍能區 辨母語中沒有的語音差異，即使在行為上 報告聽不出任何差異。但這兩種情況下所 觀察到的MMN在頭皮上的電位分布(scalp
distribution) 情況不同，且渡形達到峰值的 時間 (peak latency) 也不同，顯示母語的經 驗對區辨母語中有差異和沒差異的語音有影 響。故此實驗同時顯示了成人仍能在物理層 次上區辨多種語音，但區辨的方式已受母語 經驗影響。 歸類即牽涉到忽略不相關的面向，而 將某些刺激(物體或事件)視為相同，如上 述的語音類別知覺，日語使用者將一連續 向度上的Irl和III的音視為相同，忽略它們的 差異，因為它們的差異在日語中不具有意 義。 Baillargeon的研究團隊認為嬰見對物理 世界的理解的發展過程也牽涉到忽略不相 關的差異，到發現原以為不相關的差異其 實是相關的演變過程， Baillargeon及其同事(如Baillargeon，
Li
,
Gertner
,
&
Wu
,
2011
)假設嬰見天生就有一物理推理系統(
physical
reasoning system
,
PR) 用以了解物體間互動 的事件(例如:遮蔽、碰撞、支撐)。在看 到一事件發生時，嬰見的內在表徵包含了基 本的資訊 (basicinformation)
，例如有多 少物體、是什麼樣的物體(如會自己動的/ 不會動的)、多個物體間相對位置隨時間的 變化、、角色(如碰撞者/被碰撞者) ，除了 重 62 中等教育第63 卷第 l 期 基本資訊外還有所謂的變項資訊(variable
information) 是隨著經驗，慢慢被認定為相關 而被加入物理推理系統，例如十二個月的嬰 見已察覺高度是覆蓋事件的重要變項，如果 在實驗中看到一個高的物體可被短的蓋子完 全蓋住會覺得很驚訝而看得很久，顯示能運 用察覺到的重要變項來做簡單的推理。 某個變項被忽略或被視為重要，和經 驗的累積有關，例如支撐事件，五個月左右 的嬰見認為只要有碰到就能支撐住，六個半 月的嬰見才察覺支撐的比例是重要的，若只 有一小部分的物體放在桌上仍會掉下來， 十二個半月的嬰見會察覺不對稱物體(一邊 大一邊小)大的那邊要被支撐住才不會掉下 來 (Baillargeon， 2002) 。嬰見會隨著經驗 的累積，慢慢察覺到新的重要變項(接觸的 比例、大小邊的比例) ，還不能自己坐起來 試著把物體放到別的物體上時，大部分都是 看到大人把物體放到別的物體上，很少失誤 的支撐事件，故認為只要有接觸就能被支撐 住。到了可以自己經驗此事件時，才發現不 是所有的接觸比例都可以支撐住，慢慢發現 接觸比例至少一半才能支撐住，也就是經 歷到預期之外的結果(有接觸卻還是掉下 來) ，才慢慢從不同條件和結果( condition-outcome) 之間的共變規律性(接觸少於一 半一無法支撐;接觸多於一半一可支撐住) 察覺重要的變項(接觸比例) 0Baillargeon
的研究團隊 (Baillargeon，2002
,
pp. 67-69)
曾試著教十一個月的嬰見不對稱的物體不僅 要接觸多於一半，而且要大的那邊接觸到才 能被支撐住，結果顯示讓嬰見接觸到原本不客觀與斬角度推理能力對科學學習的影響 預期的事件，以及條件(大的那邊和小的那 邊)和結果之間的共變規律性，嬰見可提早 學會新的重要費項(原本要十二個半月才自 然累積夠多的經驗) ，顯示日常經驗對學習 的重要性。然而，並非所有的共變規律性都 能學會，如果教嬰見接觸小的那邊可支撐 住，接觸大的那邊則否，這種連反重量的先 備知識(大的那邊通常比較重)的共變規律 性是無法學會的，顯示先備知識對學習的影 響。 Baillargeon等人 (2011 )的理論中還有 另一個物體表徵系統 (object
representation
system
,
OR)
，這是純粹的知覺表徵，所有 的物理特性(相對高度、接觸比例等)都包 含在此內在表徵之中，和PR系統不同的是 PR系統只包括和此事件有關係的資訊(如五 個月大的嬰見在支撐事件中並沒有接觸比例 的資訊)。就如同語音的類別知覺，成人的 大腦仍能區分非母語的語音差異，但行為上 並不會將此差異視為重要加以區分，若有機 會學習外語，才會將同樣的差異視為重要而 加以區分(雖然能否完全學會的能力因人而 異)。人們從小就開始從日常生活經驗中， 慢慢發覺條件和結果間的共變規律性，學習 新的重要變項，在發覺此共變規律性前這些 變項並非不存在(存在於OR系統中) ，而是 不被視為重要，不會用於推理。故在適於孩 子的程度之上，讓孩子經歷到一些意料之外 的事件，藉由條件一結果的共變規律性，發 覺某些原本忽略的變項會造成不同的結果， 學習到新的變項，乃是教育者可以嘗試的方 向。、理論和證攘的不協
調一信念偏誤(
belief
bias)
雖然嬰見己能從條件一結果的共變規律 性中推理學得新的重要變項，以及孩子有初 步的假設一預期一測試的推理能力，但在較 複雜的推理情境中，仍然有些偏誤，例如無 法跳脫自己認同的論點來客觀評斷證據所顯 示的意思。 在推理時，常有依據論點本身是否可 信來做判斷，而非依據邏輯或有無證據支持 來做判斷，此種偏誤稱為信念偏誤(belief
bias ; Evans
,
et a
l.,
1983)
，教育的目的就是 要減少信念偏誤，使學生可跳脫自己原有的 信念，客觀地依證據來評斷，也能評斷證據 本身是否可信，這樣的能力在日常生活中也 常用到，舉凡是否要相信媒體的報導，人際 互動中是否正確了解彼此(如是否誤會朋友 有不良意圖)等等。Greenhoot 、 Semb 、 Colombo及 Schreiber
(2004
)讓大學生閱讀兩個實驗的研究方法 和結果，要求他們推論兩個可能變項對結果 的影響(例如物理的問題:從斜面上滑下的 球速和斜面坡度以及球的質量的關係;社會 議題:父母與孩子共讀以及孩子看電視的時 間，和語言發展的關係;正向/負向/無 關) ，其中一個變項(斜面坡度)的效果符 合受試者的信念，而另一個變項(球的質 量)的效果不符合受試者的信念(大部分認 為球的質量會影響下滑速度) ，實驗中也測 試了受試者的先備信念和對研究方法的四種概念: (1)證據的功能:是用以評斷任 何主張、假設、及信念的基準; (2) 測量 工具和方法的信度; (3)實驗控制:其品 質是評斷因果關係的必要條件; (4) 客觀 性:了解實驗者或自己的信念對做出結論的 影響。結果發現，對於與信念不符的變項， 有四分之一的受試者在以文章中的實驗者的 角度做結論時能做出正確的結論(球的質量 與球速無關) ，但自己做結論時，卻回答球 的質量與球速有關，使得整體而言，以實驗 者的角度比以自己的角度做出正確結論的比 例較高，顯示大部分受試者可以在假設的情 境下(以實驗者的角度)做出正確的結論， 但有些受試者即使觀察到與自己信念矛盾的 證據，仍不願意修正自己的想法。在後績的 分析中發現，以實驗者角度所做的結論正確 性與對(1)證據的功能和(3)實驗控制的 概念是否正確有關，但以自己角度所做的結 論正確性則與先備信念和 (4) 對客觀性的 了解有關，而且有錯誤的先備信念以及對客 觀性不了解的學生，最容易做出錯誤的結 論，而了解客觀性的學生較容易做出正確的 結論，顯示對客觀性的了解可讓學生克服自 己的先備信念，做出和證據一致的結論。為 何受試者會做出兩種不同的結論(實驗者和 自己的)的可能原因有三: (1)受試者在 不同的情境下採用不同的推論方式，較耗費 認知資源的分析式 (analytic) 和倚賴直覺的 捷徑式(
heuristic) ; ( 2
)當受試者對自己 的信念投注較多情感 (affective investment尤 其是宗教、政治等議題)時，較不易抽離自 己的信念而做客觀的判斷; (3)受試者把 重 54:中等教育第 63 卷第 1 期 實驗的結果當成是假設性的結果，而非真實 的觀察結果，故不需要改變自己的信念。此 研究結果對教學的啟示是:在教師示範了實 驗結果後，學生可能可以做出科學的結論， 但仍然不改變自己的先備信念。 在Beatty (2009) 的論文中同樣操弄做 結論的角度(實驗者和自己的角度) ，同時 操弄實驗者的專業、權威程度(醫生、心理 學家、記者、學生等)和證據的品質(1.只 呈現單向的關係或正反兩方向的關係; 2. 樣 本的大小; 3. 正反兩方向的樣本來源是否相 同; 4. 樣本和推論的母群是否一致) ，研究 的對象是大學生。結果發現實驗者的權威程 度沒有影響，但在採取實驗者角度時能做出 較多正確的結論，證據的好壞也會影響結 論，且在採取實驗者角度時，證據的品質對 結論的影響較大。在事後口頭報告中，受試 者在採取個人的角度時，較多比例會使用個 人的想法和知識;而採取實驗者的角度時， 較多比例單純根據實驗者的假設，評估證 據、統計數字和邏輯。在教學時，若提醒學 生以他人或客觀的角度來評估證據，有利於 學生得到正確的結論，唯仍需考量學生對自 己的信念投注的情感以及認定實驗結果的真 實性(並非假設性) ，才能使學生信服於正 確的結論。 Leshowitz 、 DiCerbo及Okun (2002) 發 現在實驗心理學課程中教導學生研究方法 學，可提昇學生評斷媒體報導及研究發現品 質優劣的能力，並減少信念偏誤。在課程 中，學生閱讀生活相關問題的媒體報導並加 以討論，例如在探討離婚對孩子的影響的文章中，新聞記者會以統計數字、個案描述等 資訊來支持離婚對孩子有負面影響的論點， 學生對此文章進行批判分析，教師(即第一 作者Leshowitz) 提醒學生思考方法學的問 題以及證據的基礎，這些統計數字背後的研 究為何?這些研究如何進行?這些數據是否 支持記者的論點?有沒有別的因素會造成同 樣的結果?記者在收集這些數據時是否有偏 見?在課堂中也練習角色扮演，以讀者的角 度寫信給編輯質疑此報導的可信度，或以編 輯的角度來回應讀者的質疑。在分析及討論 之後，學生能發現這些媒體報導在方法學上 的問題，例如若沒有對照組，很難判斷孩子 的心理問題是否真由父母離異所造成，也願 意使用研究方法學的分析來檢視自己的信念 (通常與媒體報導相同) ，也更能察覺到自 己和別人的信念或偏見對自己的推理思考的 影響。在研究中，實驗組是這些選修實驗心 理學課程的學生，對照組則是選修其他心理 學課程的學生，受試者都要閱讀關於大麻可 否合法化的兩篇文章(一篇支持和一篇反 對) ，文章中詳細描述研究步驟、結果、別 人的批評和作者的回應。結果發現接受研究 方法訓練的學生，能評斷這兩篇文章的在方 法學上的缺陷，而未修課的對照組則較不具 批判性，且會評斷論點與自己想法相符的研 究品質較好，不符者較差，修課的實驗組則 無此偏見。顯示了解研究方法學的學生，較 能客觀地評斷研究品質的好壞。
三、假設槍定時的肯證
偏誤(
confirmation
客觀與新角度推理能力對科學學習的影響bias)
:形成新角度假
設的重要性
以上研究顯示在根據證據得出結論時， 人們容易受到既有知識的影響而產生信念偏 誤，此種偏誤可透過教導或提醒從別人的角 度來思考，或增加對客觀性、研究方法的 品質的了解而減少。然而日常生活中以及 科學知識的進展，常常需要人們/科學家 主動收集證據(甚至進行實驗) ，並據以驗 證既有假設。在假設檢定的研究領域中也 發現肯證偏誤 (continnationbias; K1ayman&
恥， 1987) 的現象，即受試者傾向以符合自 己假設的例子來測試。連韻文的研究團隊 以Wason (1960) 精典的 r
2-4-6
J 作業細緻 地探討受試者在找尋規則時能成功解題的 關鍵。受試者被告知實驗者心中有一規則，r
2-4-6
J 是符合此規則的例子，受試者的 任務是提出不同的以三個數字為一組的例子 來測試，目的是找到實驗者心中的規則(如 由小到大的數列)。受試者先寫下初始假設 (如偶數) ，接著進行12次測試，每次寫出 一個測試用的例子以及測試的理由，實驗者 會告知此例子是否符合他心中的規則，受試 者接著寫下目前認為的假設。此作業僅需運 用基本的數學知識，較常形成的假設約有四 種(1.數字類型:自然數、整數;2.數字範 圍:小於100的數; 3.數字差:相差為2的數 列; 4.數字的序列:由小而大的數列) ，所 選用的目標規則是在前測中少於20%的受試 者看到 r2-4-6
J 這個例子會提到的假設，故 可在不需要太多專業知識卻有相當的難度的情境下，探討假設檢定的過程，以及受試者 形成的假設、使用的策略、成功解題的關鍵 等。
連韻文的研究團隊 (Lien
&
Lin
,
2011 ;
林緯倫、連韻文，
2001
;林緯倫、連韻文、 任純慧， 2005) 將新假設區分成兩種，一為 新角度假設，男一為修正性假設。例如原有 假設為偶數，新假設若為整數或小於十的偶 數，則是修正假設範圍的修正性假設(新舊 假設間是互包的關係) ;若新假設為等差數 列，則是有部分重疊的新角度假設。根據提 出的例子和被測試的假設間的關係'可區分 假設檢定的策略，分為單假設測試和雙假設 測試。若一次僅測試一假設(如偶數) ，即 為單假設測試，叉可依所使用的例子分為正 例法 '4-6-8 J 和反例法 '1-3-5 J 。若同時測 試兩個假設，則為雙假設測試，依兩個假設 間的關係可分為修正性測試和新角度測試兩 種，除7 極少數的無效測試(即所用的例子 無法區分哪一個假設是對的)外，使用雙假 設測試法可同時得到對其中一個假設的肯證 和男一假設的否證，但此測試法較需要工作 記憶資源。 結果顯示，產生新角度假設是成功的關 鍵。在數個實驗中一致發現成功者提出的新 角度假設數量顯著多於失敗者，而修正性假 設的數量、得到否證的次數等並沒有差異。 林緯倫與連韻丈 (2001 )更進一步比較一般 大學生和科學資優生(通過教育部甄選保送 各大學基礎自然學科)的假設檢定歷程，除 7 發現科學資優生的新角度假設較多之外， 也發現他們會自動使用雙假設測試，進一步 t56 中等教育第 63 卷第 1 期 將 12次測試區分為前中後三段時發現，資優 生在使用雙假設測試的新角度和修正性測試 的時機不同，在一開始的四次測試中產生的 新角度假設較中後段為多，而中後段所產生 的修正性假設較前段為多。一般生產生的新 角度假設不多，三個區段間也無差異，故與 資優生相比，在前段有顯著差異。一般生產 生修正性假設的趨勢與資優生相似，但產生 的次數整體而言較資優生少。林緯倫與連韻 文在實驗二中教導一般生使用「有限的雙假 設測試法 J '即在前四次測試中必須同時想 出兩個假設，相較於實驗全程(1 2次測試) 都採用雙假設測試法，有限的雙假設測試法 較不會造成一般生的工作記憶的負擔(事後 的工作記憶測驗中發現資優生的工作記憶廣 度較一般生為高，可能因此資優生會自動採 用雙假設測試法) ;此外，在尚未 7 解規則 為何的前四次測試中採用雙假設測試法，可 在相對較有彈性的狀態中產生出更多的新角 度假設(如同資優生在前段產生較多的新角 度假設)。結果發現使用有限的雙假設測試 法顯著提升成功率，也增加 7 整體的新角度 假設的數量。林緯倫與連韻文指出，不論是 肯證、否證、修正性假設/測試、或新角度 假設/測試在假設檢定的過程中都很重要， 只是使用的時機不同。對一問題並不熟悉 時，需要從肯證中歸納出可能的規則，但也 需要否證才能得知現有假設需不需要修正， 而在相對確定規則為何時，適度地修正假設 的範團也是必要的。然而，在較複雜或困難 的情境下(大多數的科學現象;Lien
&
Lin
,
此時產生新角度假設的能力成為能否找到正 確規則的關鍵，此能力必須跳脫現有知識， 考慮其他的可能性，與前述解決信念偏誤的 方法有異曲同工之妙，也是科學、知識進步 的動力，以及避免陷入偏見的良方。 產生新角度假設的能力和跳脫一般想 法的創新能力有關，林緯倫、連韻文、及任 純慧 (2005 )指出 '2-4-6 J 作業的成功率 與遠距聯想的能力有關，但與傳統的發散性 思考能力無關。他們強調目標導向、需要考 慮適切性的創意思考，和開放式的發散，性思 考(如十分鐘內寫出竹筷子的不尋常用途) 牽涉到不同的能力，後者雖以產生的反應的 個數多寡、類別多寡、罕見程度、及精緻程 度評量出流暢性、變通性、原創性、及精進 性，但未考量這些反應的適切性，與解決問 題時所需要的創新能力略有不同。然而，能 聯想到連結強度較弱的可能辦法(相較於 一般人或一般情境下都能立刻想到的強連 結) ，則有助於產生新角度的想法，而能解 決問題。因此，發散無目標的想得多並不是 想得好的前提，反之，考慮適切性的遠距聯 想、形成新角度想法，才能跳脫黨臼不被自 己的知識或偏見所限制，頗具創造性地解決 問題。
