應用溯因推理於歷史學習成效之研究

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(1)國立臺灣師範大學教育學院創造力發展碩士在職專班碩士論文. 指導教授：洪榮昭博士. 應用溯因推理於歷史學習成效之研究 Applying Abductive Reasoning to Game-based History Flipped Learning. 研究生：許懿心撰中華民國 107 年七月.

(2) 應用溯因推理於歷史學習成效之研究. 摘. 要. 本研究在探究實施科學聯想遊戲於歷史遠程聯想活動中，對於國民中學學生溯因推理之效益。另外比較不同認知風格的學生在歷史遠程聯想活動中的差異表現，並分析學生認知負荷的相關因素。本研究以立意抽樣選取 204 位新北市某郊區市立完全中學國中部八年級、九年級學生做為研究對象。研究者以「團體嵌圖測驗(GEFT) 」區分學生的學生認知風格，並於課程時間中進行歷史遠程聯想遊戲、讓學生出題以及解題。另外透過「認知負荷量表」了解對於「科學聯想遊戲」操作的認知負荷高低。最後以「歷史遠程聯想活動實用性量表」，了解學生對於此活動作為翻轉學習的接受度。根據資料分析結果如下： (1)學生的認知風格與玩科學聯想活動 App 的認知負荷呈現顯著負相關。(2)學生的認知風格與歷史遠程聯想活動中的出題表現呈現顯著正相關。 (3)學生在歷史遠程聯想活動中的出題表現與玩科學聯想活動 App 的認知負荷呈現顯著負相關。(4)學生玩科學聯想活動 App 的認知負荷與活動實用性評價無顯著相關。(5)學生在歷史遠程聯想活動中的出題表現與活動實用性評價呈現顯著正相關。(6)活動實用性評價與學生在歷史遠程聯想活動中的答題表現呈現顯著正相關。本研究結果提供教學實務建議與未來研究方面之參考。. 關鍵字：溯因推理、遠程聯想、認知風格、認知負荷、遊戲表現. 1.

(3) Abstract Beside divergent and convergent thinking in human mental reasoning, abductive reasoning is one of essential reasoning skills which has rare been practiced in educational settings. To understand the effect of abductive reasoning practice, this study first asked 8th students (aged M = 14.6) to design 3 cues for peer to identify the objects or people; and if those items participants raised without the second answer would be counted as good abductive reasoning score. Moreover, all participants play a game, named V-aquarium, in which teachers collected those good items and install at that game system for all other participants to play with abductive reasoning. According to cognitive-affective factors in media learning, this study explored the correlates between field-independent cognitive style (FI-CS), cognitive load, the performance of posing questions with abductive reasoning (PPQAR), perceived usefulness of playing V-aquarium (PU) and game performance of playing V-acquarium (GPP). Data were recruited by purposive sampling from a junior high school located at New Taipei city. A total of 204 useful data were collected and subjected to confirmatory factor analysis. The result of the study showed as follows: participants’ FI-CS are negatively correlated with their cognitive load; students’ FI-CS are positively related to their PPQAR; participants’ PPQAR is negatively related to their cognitive load; participants’ cognitive load is not significantly related to the PU; participants’ PPQAR are positively related to the PU; participants’ PU is positively related to their GPP. The results of this study provide implications for teaching practice and future researches. Keywords: Abductive reasoning, Remote association, Cognitive style, Cognitive load, Game performance. 2.

(4) 謝. 誌. 工作之後，能夠再次回到學校學習是一件令人興奮的事。在行政、教學、研究所課業的夾擊下，又不願放棄原本對於生活品質的堅持，這兩年扎扎實實的成長好多。論文完成的當下，讓我可以細細回想起這兩年，把好多個一閃而逝的片段和感受能夠重新再賦予意義。感謝我在金門最親愛的家人，爸、媽、慧、理，你們是我最強大的後盾，總是支持著我勇往直衝的急性子，而我卻總是把最少的時間留給你們。感謝智，一直包容活在自己世界的姊姊，有你一起，在學習的過程裡不孤單。感謝親愛的阿公，感謝你賦予我們的這一切一切，我愛你。感謝我最尊敬的洪榮昭教授，從你身上學到的是難得可貴的智慧與生活哲學。能有這樣的長者在學術上、知識上、生活上引導我思考，每次談話中的啟發總是讓我獲益良多。記得你說：「生活就是要學會取捨，你花的時間決定品質。」這是我在未來更要學會的。感謝主任雅茹還有輔導處的大家，在工作上無私的包容和幫忙；感謝創發所的教授和同學們，你們讓每次的上課精彩無比，即使疲累工作後，我們也總能在課堂中充滿活力的學習。感謝我的好朋友們，你們陪伴了我好多年，這兩年你們也不缺席。感謝我的學生，沒有你們的回饋和激勵，我沒有辦法完成這份論文，教學相長一直是我相信的教育。最後要感謝自己，這兩年妳很努力，妳辛苦了！找到教育這個天命的妳要繼續堅持，願善良、愛與勇氣伴隨妳在教育這條路上，莫忘初衷。許懿心謹誌 2018715 3.

(5) 目. 次. 摘要............................................................................................................................ 1 Abstract ......................................................................................................................... 2 謝誌............................................................................................................................ 2 目次............................................................................................................................ 4 表次............................................................................................................................ 6 圖次............................................................................................................................ 7 第一章緒論.................................................................................................................. 8 第一節研究動機...................................................................................................... 9 第二節研究目的.................................................................................................... 11 第三節名詞釋義.................................................................................................... 12 第四節研究範圍與限制........................................................................................ 17 第二章文獻探討........................................................................................................ 19 第一節溯因推理.................................................................................................... 20 第二節認知風格.................................................................................................... 29 第三節翻轉學習與教學活動設計........................................................................ 37 第四節認知負荷.................................................................................................... 44 第三章研究設計與實施............................................................................................ 49 第一節研究架構.................................................................................................... 50 第二節研究對象與活動設計................................................................................ 51 第三節研究假設.................................................................................................... 53 第四節研究工具.................................................................................................... 55 4.

(6) 第六節研究流程與實施........................................................................................ 62 第七節資料處理與分析........................................................................................ 64 第四章研究結果分析與討論.................................................................................... 66 第一節研究結果分析............................................................................................ 67 第二節研究假設驗證討論.................................................................................... 74 第五章研究結論與建議............................................................................................ 76 第一節研究結論.................................................................................................... 76 第二節研究貢獻.................................................................................................... 79 第三節研究建議.................................................................................................... 80 參考文獻...................................................................................................................... 82 中文文獻.................................................................................................................. 82 英文文獻.................................................................................................................. 90 附錄.............................................................................................................................. 98 問卷量表.................................................................................................................. 98 歷史遠程聯想活動出題單...................................................................................... 99 場獨場依認知風格測驗(團體嵌圖測驗) ............................................................. 100. 5.

(7) 表. 次. 表 2-1-1 推理類型的比較 ............................................ 24 表 2-2-1 認知風格的定義 ............................................ 29 表 2-2-2 學者對認知風格的分類方式 .................................. 30 表 2-2-3 場地獨立型與場地依賴型之內涵比較 .......................... 34 表 3-2-1 研究參與者組成 ............................................ 51 表 3-4-1 HRAG 活動出題單 ............................................ 60 表 3-6-1 教學與問卷量表研究架構圖................................... 63 表 3-7-1 結構方程式分析的檢定標準 .................................. 65 表 4-1-1 項目分析 .................................................. 67 表 4-1-2 CRONBACH'S. Α 與信度表. ....................................... 68. 表 4-1-3 信度與效度分析 ............................................ 69 表 4-1-4 構面區別效度分析 .......................................... 70 表 4-1-5 整體適配度分析............................................. 70 表 4-1-6 直接與間接效應分析 ........................................ 73 表 4-2-1 研究假設驗證結果........................................... 74. 6.

(8) 圖. 次. 圖 1-3-1 科技接受模式架構 .......................................... 15 圖 2-1-1 模型為基礎的溯因推理 ...................................... 25 圖 3-1-1 研究架構圖................................................. 50 圖 3-4-1 科學聯想遊戲 APP ........................................... 57 圖 3-4-2 遊戲登入畫面............................................... 57 圖 3-4-3 遊戲說明 .................................................. 58 圖 3-4-4 解題畫面................................................... 58 圖 3-4-5 解題成功畫面............................................... 58 圖 3-4-6 解題失敗畫面............................................... 59 圖 3-4-7 成績結算畫面............................................... 59 圖 3-4-8 學生出題單範例 ............................................ 61 圖 3-6-1 教學與問卷量表研究流程圖................................... 62 圖 4-1-1 研究模型結果圖 ............................................ 72. 7.

(9) 第一章緒論本章主要描述研究的動機緣起與設計架構，探究實施「科學聯想遊戲 App」於歷史遠距聯想活動中，對於國民中學學生溯因推理之效益。另外比較不同認知風格的學生在歷史遠距聯想活動中的相關表現，並了解學生認知負荷的相關因素。全章分為五節。第一節為研究動機，第二節為研究目的，第三節為名詞釋義，第四節為研究範圍與限制。. 8.

(10) 第一節研究動機溯因推理（Abduction）的概念，由 Peirce (1878)正式創立，與我們熟知的演繹推理（Deductive）和歸納推理（Inductive）不同，他認為我們生活中的科學觀念、定律和新的理論創立，皆由溯因推理的方式而形成的。溯因推理如今在日常生活中，逐漸被廣泛應用。以推理方法中的歸納法與演繹法為基礎，溯因推理著重在對於造成事實現象的原因加以追溯，進而找出可能的假設，在尋求假設當中與之條件相關的最佳解釋，以反推的方式，增進學生對於學習的理解，並以此建構概念。Ariës、Groot 和 Brink, (2015)的研究指出，以歷史知識內容為主，透過六週的培訓計畫，學生的推理能力有顯著的進步，學生在學校的考試中也取得更好的成績。在歷史教學中，教學者多在教學內容中引導學生因果推論或是脈絡推論，應用溯因推理於歷史教學的相關研究並不多，但期待此研究能為歷史教學中的「教」與「學」提供一個新的可能。而在教學現場上，教師在實施教學時，常因學生個性差異的不同，個別學生的學習效益也會有所不同。因此，如何根據學生的個別差異，提供最適切的教學方式，一直是教師在課程實施時最大的考量。認知風格指的是個體在面對認知工作以及學習情境時，選擇使用的訊息處理方式，而不同認知處理方式也會直接或間接影響到學習 (Messick, 1994; Witkin, Goodenough, & Oltman, 1977)。在學習領域中的認知風格指的是個體在面對學習情境時，會使用的訊息處理方式，不同的認知處理方式會以直接或間接的方式影響到學習。目前最廣泛被探究的認知風格分類方式是以二分法的場地獨立型（Field independence, FI）與場地依賴型（Field dependence, FD）(Witkin & Asch, 9.

(11) 1948)。場地獨立的學習者依賴內部提示（Internal cues），在學習上擅長分析，也較主動；場地依賴的學習者則較依賴外部環境（External environment），在學習上不喜歡分析，也較為被動（Chen & Macredie, 2004; Clewley, Chen, & Liu,2010; DeTure, 2004）。Rittschof (2010)亦指出，過去的研究發現，學習者在建構知識時，場地依賴的學習者從外部型態的訊息結構與動機獲益，而場地獨立的學習者則透過能使用自己訊息結構與動機的機會獲得學習。因此在不同的學習環境下、教材內容、課程活動進行等，不同認知風格的學生的不同學習反饋，是本研究主要想要探討的。本研究的課程設計，參考翻轉教學的核心理念，強調學生在課堂外自主學習，在課堂內進行教學設計活動與測驗。翻轉教室或是翻轉教學目前已被教育工作者視為創新且有效的教學方法。透過在家練習時間將課堂教學時間切換，徹底推翻了傳統教學。雖然翻轉教室的有效性已經確定，也有許多人認為應該廣泛應用於學校環境，例如需要有效的課堂學習設計以及幫助學生在家庭和學校環境中學習的必要性。故本研究作為翻轉教學的新嘗試，應用溯因推論於歷史教學中，讓學生在課堂上出題、解題，討論不同認知的學生是否能達到自主學習的成效。. 10.

(12) 第二節研究目的本研究主要目的基於翻轉學習的方式，探究實施科學聯想遊戲 App 於歷史遠程聯想活動中，對於國民中學學生溯因推理之效益。另外比較不同認知風格的學生在歷史學習中的歷史遠程聯想活動中的相關表現，並分析學生認知負荷的相關因素。具體而言，主要目的如下：一、了解學生的認知風格與玩科學聯想活動 App 時認知負荷的關係二、了解學生的認知風格與歷史遠程聯想活動中出題表現的關係三、了解學生在歷史遠程聯想活動中出題表現與玩科學聯想活動 App 的認知負荷的關係。四、了解學生玩科學聯想遊戲 App 時認知負荷與活動實用性評價的關係。五、了解學生在歷史遠程聯想活動中的出題表現與活動實用性評價的關係。六、了解活動實用性評價與學生在歷史遠程聯想活動中答題表現的關係。. 11.

(13) 第三節名詞釋義本研究主要目的是在探究實施科學聯想遊戲於歷史遠距聯想活動中，對於國民中學學生溯因推理之效益。了解不同認知風格的學生在歷史遠距聯想活動中的相關表現，以及與認知負荷高低的相關因素。為使本研究所探討之範圍對象更為明確，本節將研究討論主題中的相關名詞做進一步解釋。本研究中重要相關名詞與操作型定義詮釋如下：. 壹、溯因推理(Abductive reasoning, AR) 溯因推理方法(Aductive method of reasoning, AMOR)又稱為溯因法，或是外展法、逆推法。近代學者對於溯因推理的定義，在於對一組觀察，產生最佳解釋的過程，是一種逆向性邏輯推理的方式，被歸類在可學推理的類型，是一種從觀察現象結果來追溯原因的過程(Magnani, 2001, 2009)。利用背景知識和探究式的構想為起點，從觀察事實中來溯本求源，找出最有可能成立的假說，是一種由結果來推論出原因的推理方式。溯因推理是由觀察的現象中，來追溯可能原因的過程，是一種逆向推理，或稱為反向推理(Reverse reasoning)，溯因是一種解釋已知事物的過程。舉例來說，假設 a 為原因，而 b 為結果，溯因推理則是允許推導 a 作為 b 的解釋，溯因同演繹反向，通過允許「a 蘊涵 b」的前提推導自結論。在本研究中的溯因推理，藉由「歷史遠程聯想活動」中的學習單出題以及「科學聯想遊戲 App」的文史解題，依據三個線索，推論出一個最佳解釋。其允許其最佳解釋蘊涵三個線索，作為溯因推論在歷史學習上的應用。故本研究之實施流程第一階段為讓學生以最佳解釋出題，尋找可能的三個線索，而此最佳解釋必須蘊含學生出題的三個線索。第二階段再利用「科學聯想遊戲 App」讓學生解題，依據線索推論出最佳解釋。 12.

(14) 在本研究中「歷史遠程聯想活動」解題單共有 20 題，計算學生優良出題即得 1 分，共計 20 分。得分越高，代表溯因推理表現較高；得分越低，表示溯因推理表現較低。另外，請學生在 25 分鐘內玩「科學聯想遊戲 App」的文史解題，學生答對題數越高，代表溯因推理表現較高；答對題數越低，表示溯因推理表現較低。. 貳、遠程聯想活動(Remote Associates Test, RAT) Mednick(1962)指出，將接近、類似、相關的元素組合成一組有用的新組合，是一種創造的過程。因此，Mednick (1968)以了一般人常用並熟悉的語文材料，編制了「遠程聯想量表」（Remote Associates Test, RAT）。RAT 量表的每一道試題中，皆提供三個刺激的詞彙詞(cottage/ swiss/ cake)要求受試者找出一個與三個刺激詞皆有相關的詞彙。（上述例子解答為「cheese」）。. 參、認知風格(Cognitive style) Cassidy(2004)指出認知風格為不同的學習者對訊息處理的方式亦會不同，在學習上會採取不同的學習策略。有許多不同學者對於認知風格有不同的分類，其中 Witkin 等人(Witkin, Moore, Goodenough, & Cox, 1977)以二分法提出的場地獨立型(Field Independence, FI)與依賴型(Field Dependence, FD)最為被廣泛使用。本研究者使用吳裕益（1987）根據 Witkin 英文版所翻譯的團體嵌圖測驗(Group Embedded Figures Test, GEFT)，測驗分三個部分，共 25 題。第一部分內含 7 個圖形，作答時間兩分鐘；第二部分內含 9 個圖形，作答時間五分鐘；第三部分內含 9 個圖形，作答時間五分鐘。測驗中的得分以作答者是否描繪出正確的圖形為主，總分 25 分。在本測驗中得分數越高者的 13.

(15) 學生越傾向場地獨立型，得分數越低的學生則愈傾向場地依賴型。 Kozhevnikov (2007)指出場地獨立型與場地依賴型的學習者對於外界刺激的反應不同，傾向場地獨立型的學習者在學習上不易受到外界的影響，具有較主動學習的行為；傾向場地依賴型的學習者則易受到外在環境的影響，教為被動。. 肆、認知負荷(Cognitive load) 學習者在面對學習內容時，在學習歷程中，因為想要表現出符合學習任務的適切表現，所意識到心智努力與學習任務間，有其心智負荷的差異，被稱為認知負荷(Jex,1998)。換句話說，認知負荷是個體在學習情境下處理工作訊息時，所感到的心智負荷與心智努力的負荷總量（黃柏勳，2003）。依據 Cooper (1998)和 Sweller (1994, 2005）的分類，學習歷程中的認知負荷理論，可分成三種類型：內在認知負荷(Intrinsic cognitive load)、外在認知負荷(Extraneous cognitive load )以有效的認知負荷(Germane cognitive load)。在本研究中認知負荷以「外在認知負荷」為主。外在認知負荷主要來自學習者的外在環境，常常是與教材呈現的方式與學習活動的設計較為相關，學習者以原有的基模來處理對於外在資訊所產生的認知負荷。本研究在解題時所使用的「科學聯想遊戲 APP」對於學習者來說，是一種新的學習方式，與平時學習的組織和呈現方式不同，屬於外在認知負荷。本研究使用的認知負荷量表參考鄭佩紋（2014）所編製的認知負荷量表編製而成。量表共五題，採李克特式（Likert type）五點量表記分，每個題目包含「非常不同意」(1 分)、「不同意」(2 分)、「普通」(3 分)、「同意」 (4 分)、「非常同意」(5 分)五個選項，得分越高代表認知負荷越高，得分越 14.

(16) 低代表認知負荷越低。. 伍、實用性(Usefulness) Davis(1989)提出科技接受模式(Technology Acceptance Model, TAM)，此模式解釋了個人在接受某特定的科技技術時，其外在環境，包含組織支援與否、電腦界面的操作方便與否、以及內在個人特質如自我效能、學習風格皆會影響個人的認知信念。其中影響的兩個認知信念為認知實用性 (Perceived usefulness)以及認知易用性(Perceived ease of use)。認知實用性指的是個人在使用某特定的技術，會主觀相信這個特定的技術能夠提高工作或是學習表現。認知實用性會影響個人的使用態度、行為意圖以及使用行為的展現，如圖 1-3-1 所示。本研究的實用性參考 TAM 科技接受模式架構，歷史遠程聯想活動的實用性量表設計主要參考認知實用性的定義，以及對個人的行為意圖。認知實用性可以代表個人在活動、模式使用上對學習的表現期望以及使用後的學習意圖。. 圖 1-3-1 科技接受模式架構陳玉婷和蔡立元（2009）將科學融入教學中，以科技接受模式為基礎，發現「認知實用」會正面的直接影響學習者的的「學習成效」。換句話說，教材內容與設計愈多元豐富化，學習者的學習動機會越正向，有助於提升 15.

(17) 學生課程的學習成效。孫于翔（2018）以 QR code 創新教學，發現教學中採用科技行動學習，對認知實用有顯著的正向影響關係。. 16.

(18) 第四節研究範圍與限制本研究因其人力、時間考量，無法以大規模的方式進行。僅以新北市某國中八、九年級七個班的學生作為研究試驗，在結果分析上，有其限制。為確保此研究的資料分析之客觀性，以下說明本研究範圍與限制。. 壹、研究範圍一、研究對象與地區本研究以新北市市立某國中之八、九年級學生作為受試對象，學生年齡介 14 歲至 15 歲，其中不包含特殊學生與外籍生。研究以「立意取樣」選取 211 名學生，實施問卷量表與課程活動，回收有效問卷 204 份。二、研究材料與工具本研究的工具為數位平板的「科學聯想遊戲 App」以及紙本的「歷史遠程聯想活動出題單」。「科學聯想遊戲 App」內容由專家學者協助進行題庫內容正確性及難度審查，確保遊戲題庫內容之正確性，並協助進行題庫內容難易度分類。「歷史遠程聯想活動出題單」為研究者自行編製，並與專家學者討論核定而成。問卷量表採取「團體嵌圖測驗」（Group Embedded Figures Test, GEFT）以及「認知負荷量表」。三、研究時間本研究進行連續三週的實驗教學課程，第一週讓學生做「團體嵌圖測驗」，第二週進行「歷史遠程聯想活動」學習單出題，第三週進行「科學聯想遊戲 App」解題後再請學生填寫「認知負荷量表」。. 貳、研究限制一、就研究變項對象而言本研究學生來源為新北市市立某國中八、九年級學生，因此研究的結 17.

(19) 果是否能推論到其他年齡或族群，需要進一步探討。而不同地區的學生間可能會因為其經濟、文化及城鄉的不同，有不一樣的學習表現，其研究結果無法推論到其他地區。二、就研究工具而言本研究所指「科學聯想活動 App」的文史解題，主要以文字的方式呈現線索及答案選項，對文字閱讀理解障礙的學生較不適用。文史解題的內容主要以國中生的程度為主，因此針對不同年齡層的學生，在解題的成效中，因更改題目難易度宜再做調整與討論。三、就研究時間而言因配合學校歷史課程安排進行，學習時間持續三週，研究結果並不一定能以長時間推論之。四、就研究內容而言在「歷史遠程聯想活動」的出題以及「科學聯想活動 App」的文史解題，由於受試者為國中八、九年級學生，故研究者所提出的最佳解釋主要以國中生歷史知識程度設計。而學生在找尋關鍵字時，也僅以所學歷史內容之表徵事實出題。. 18.

(20) 第二章文獻探討本研究旨在探究實施「科學聯想遊戲 App」於歷史遠距聯想活動中，對於國民中學學生溯因推理之效益。另外比較不同認知風格的學生在歷史遠距聯想活動中的相關表現，並了解學生認知負荷的相關因素。本章透過相關文獻探討，期望作為理論與實證的基礎。全章分為五節，第一節為研溯因推理；第二節為認知風格；第三節為翻轉出題；第四節為認知負荷。. 19.

(21) 第一節溯因推理壹、溯因推理的定義溯因推理(Abduction)是對最好解釋的推論，是一種假設形成理論的過程或是解釋推理(Josephson & Josephson, 1996)。溯因推理由美國邏輯學家、哲學家兼歷史學家 Peirce(1878)創立，在他早期的理論中，稱此方法為「假設」(Hypothsis)，後期則正式定義名為溯因推理(Abduction)。Peirce 認為，溯因推理的進行方式不同於傳統推理中的演繹推理和歸納推理，是對已觀察到的和已知的結果提出一種可能原因，由結果推導至原因，在眾多可追溯的原因中尋求一個最佳解釋的推理過程的過程，屬於一種由果溯因的反向邏輯推理方式。. 貳、推理的類型 Peirce(1960)將科學推理分成三大類型：演繹推理(Deductive reasoning)，歸納推理(Inductive reasoning)以及溯因推理(Abduction)。演繹推理的過程，必須在前提為真的情況下，其結果也必然為真，是一種必然性推理，而所推得的結論已經蘊含在大前提當中，不會有新的知識產生；歸納推理則是從各種現象中去推導出普遍的原則，是一種或然性推理，可能會產生新的知識，但結論不一定為真。針對三種推理方式的定義與推理形式，以下說明：一、演繹推理(Deductive Reasoning) (一)演繹推理的定義演繹推理指的是從公認且客觀的事物或理論中去推論出個別性結論結果的推理方式。可以代表人們習以為常用已知、已觀察到的事物去推論出未知部分的一種思維方式(Johnson-Laird & Byrne, 1991)。 20.

(22) (二)演繹推理的形式演繹推理的主要形式以「大前提」( P r e m i s e ) 、「小前提」( M i n o r p r e m i s e ) 和「結論」( C o n c l u s i o n ) 為推演的三段論(Syllogism)。「大前提」指的是一般事物與理論，是一種確定性的普遍原則；「小前提」是論證下的個別事物，屬於特殊或特別的事例；「結論」指的是推論出的論點。以下以袋子中的豆子作為演繹法段論法的例子(Magnani, 2001)：大前提：1.袋子中的豆子都是白色的小前提：2.這些豆子是從袋子中取出來的結論：3.這些豆子都是白色的。從上述例子可看出，演繹的過程由「大前提」和「小前提」得出結論，無論大前提或是小前提，都與結論之間存在一種必然的關係；結論其實蘊含在前提當中，不會有新觀點、新知識的出現。要檢驗演繹法的結論是否為真，取決於作為推論起點的普遍性知識、事物、想法是否客觀，而前提與結論之間，也是否如實反映其聯繫的邏輯性。二、歸納推理(Inductive reasoning) (一)歸納推理的定義歸納推理指的是透過所觀察到的多個特殊事實，歸結出一個概括性的結論，可以做為解釋或是預測其他未觀察到的事實的一種推理方式。這種推理方式在於以特例而推演出通則，換句話說，是「從特殊到普遍」的推論(Johnson-Laird & Byrne, 1991)。 (二)歸納推理的形式 Peirce(1878)認為歸納是由「小前提」、「結論」得出「大前提」的推理。以下以袋子中的豆子作為演繹法段論法的例子(Magnani, 2001)： 21.

(23) 小前提：2.這些豆子是從袋子中取出來的. 結. 論：3.這些豆子都是白色的.. 大前提：1.袋子中的豆子都是白色的。歸納推理的前提是先觀察個別事物的現象，再聚焦在這些特別事物或現象中的概括性解釋，最後得出的結論。推論而得的結論，但歸納推理出的結論卻不一定為真，但卻可能獲得到新的知識與理論，是一種或然性的推理方式三、溯因推理(Abductive Reasoning) (一)溯因推理的定義 Peirce(1878)認為溯因推理不同於從特殊到普遍的歸納推理，亦不同於從普遍到個別的演繹推理，是一種從規則和結果推導出可能性原因的過程。 Lawson(1995)認為溯因推理是心智運作過程中，所提出假設後能有效的解釋，並能符合應用到新的情境脈絡，是一種探究式解釋的過程。Thagard 和 Shelley (1997)認為溯因推理是一種從結論發現前提的過程。另外，以觀察現象的角度切入，多位學者認為溯因推理是解釋已知事物的過程，可以說是對一組觀察，產生最佳解釋的過程(Harman, 1965; Josephsons, 1996; Magnani, 2001, 2009)。溯因推理亦可分為廣義和狹義兩種解釋。廣義的溯因推理，乃依據事物發展進行所形成的結果，推導出可能造成結果的原因，以及整個思維過程的邏輯方式；狹義的溯因推理，依造事物的結果來推論原因的一種思維方式（于祺明、汪馥郁，2006）。總之，溯因推理可以說是一種由客觀事實為起點，透過探究性的構思，溯本求源，由結果去推論原因，找尋和選擇最有可能解釋假說的一種推理方式。 22.

(24) （二）溯因推理的形式 Peirce(1878)認為溯因推理包含了演繹推理與歸納推理，是一種綜合性的推理方式，能夠透過設定可能假設，能拓展新的知識、理論或是思想，以此他提出了溯因推理的三段論(Syllogistic)，其內包含了溯因的選擇假設、演繹的理論推導，最後再以歸納的經驗檢驗。舉例如下：若在一般普遍的客觀事物中觀察到一個驚人的事實 C，第一階段：提出一個可能的假設 A 來解釋為什麼事實 C 會發生；第二階段：透過演繹推理的方式檢視假設 A 是否為真；第三階段：以歸納推理驗證新的結論是否合乎。 Lycan (1988)依據 Peirce 的溯因推理模式，整理出溯因推理的形式。假設 C 為所有客觀事實，所觀察到的事物的總和，A 為真，並且可以解釋 C，也沒有更多更合適的假設能比 B 更好地解釋 C，那麼 A 或許就為真。舉例來說，早晨醒來後從窗戶發現院子裡的地板是濕的(驚人的事實 C)，提出一個或多個的假設來解釋為什麼院子裡的地板是濕的。A1：媽媽用灑水器在院子裡灑水(A1→C)；A2：昨夜下了傾盆大雨(A2→C)；A3：院子水龍頭壞掉(A3→C)；因此透過檢驗 A1、A2、A3，證實昨夜下了傾盆大雨(A1 為真)。由上述可知，我們可以整理出在進行溯因推理時，應有個基本的步驟： 1.觀察：當人們觀察到一個驚訝的事實時，會擷取記憶中所儲存的經驗，對五官所感知到的事物進行來源的推測。 2.假設：在這個過程形成解釋性假說，換句話說就是猜測。當所認知到的事實與預先期待不相符時，我們通常需要作出解釋，這個解釋非得是一個能在特定環境下針對觀察事實的可能性假設。 3.解釋：從假設中推論出結論，是對已知事實的解釋，其推論中的結 23.

(25) 果也都還會包含一些沒被觀察到的未知事實。 4.檢驗：檢驗結論，確認為真。溯因推理不同與演繹推理、歸納推理，是一種將已知和未知的可能性規則來推論出原因的假設性推理。演繹推理多用於證明前提，歸納推理用於檢驗假說是否成立。三種推理類型的比較，於表 2-2-1 呈現。表 2-1-1 推理類型的比較類型. 演繹推理 (Deduction). 歸納推理 (Induction). 溯因推理 (Abduction). 理論提出人物性質思維方向. 亞里斯多德. 培根. 皮爾斯. 必然性推理由普遍到特殊的推理方式. 或然性推理由特殊到普遍的推理方式. 可能性推理經由已知的個別判斷到特殊判斷，再推論出普遍的推理多方位的假設，屬於獨立思考的推理，跳脫邏輯規則的約束，能同事具有推理性與猜測性。假設能跳脫完全不同於以觀察事實的推論，有助於新事實的發現，增加新知識建立假設與解釋. 優點為前提為真實，所推論出的結論就會比較具體。受限於前題必須為真。知識貢獻. 效用價值. 優點為利於假說的驗證，主要受限於無法觀察到全部，對於假說的提出較不適用。結論已經蘊含於前只是確定某種量提中，不能增加知值，不能產生新知識，只能用以認識現識。象。邏輯證明的檢驗假設是否成立工具. 資料來源：研究者自行整理. 參、溯因推理的實施方式 Magnani (2001, 2009)將溯因推理分為理論性知識的實施以及操作性知識的實施，其內容說明如下：一、理論性知識的實施 24.

(26) 理論性知識的溯因推理包含「模型基礎推理」和「語句推理」，都是一種透過推論，找出確實的事實或原理及假設的過程。「模型基礎推理」是一種創造性的方式，多以圖表、圖像為工具，以一個或多個前提推導出結論，常用在解釋知覺意象、因果關係或是類比推理。另外一種「語句推理」是一種選擇性的推理方式，常用在邏輯語言的句子、組織架構，神經網絡。. 圖 2-1-1 模型為基礎的溯因推理二、操作性知識的實施以感官進行操作的同時，其實就有了操作性知識的溯因推理。這是一種從做中學，從做中思考的過程。在自然科學領域中，操作也是一種建構的過程，不同於語句的推理方式，行為動作先於認知層面，但也常需要藉助於指導語句、指標性指令來操作。操作性知識溯因推理不同於理論性知識溯因推理，行為本身先於理論，強調透過手、眼、思考以及對話的互動，主要目的在於創造並詮釋新的經驗，將這些經驗統整到一個已知的系統脈絡之中。綜合上述，本研究所使用的溯因推理符合理論性知識溯因推理中「模型基礎推理」。在科學聯想遊戲 App 以及文史解題活動中根據已知的一個 25.

(27) 或是幾個前提，推論出結論的思維。此外在文史出題活動中，限定了已知的答案，請學生追溯其可能的幾個線索，而已知答案可蘊含這些線索，作為溯因推理的應用。. 肆、溯因推理在各領域的應用 Peirce (1878)主張溯因推理這種獨特的推理模式，以解釋性假設的形成方式，在科學和日常生活中隨處可見。Charniak 和 McDermott (1985）在人工智能(AI)的領域中，提及溯因推理的形式，是在各種為真的前提下去反推出事物的起因，解釋我們周遭的事物，並推斷出一個最佳的解釋方法。這樣推理的形式，涵蓋了日常生活中的醫學診斷、故事理解、視覺以及理解自然語言的過程。 Harman (1965)將溯因推理視為一種推論到最佳解釋的過程。Lycan (1988)認為溯因推理為一種解釋性推理。心理學家們發現這種「以解釋為基礎」的證據評估方法也在法庭中的陪審團決策過程中出現(Pennington & Hastie, 1988)。溯因推理也可視為一種無意識的推理方式，對日常生活周遭的理解、詮釋和感知，在科學理論的發現也常以此為依據。醫師、機械師、科學家或是偵探等以這種明確形成的假設來評估它們的發現，找出最適宜的解釋 (Josephson & Josephson, 1996)。以下就溯因推理在與教育相關的各領域應用相關研究做說明與討論：一、科學原理發現溯因推理在大小規模的科學推理中很常見。牛頓萬有引力理論的說服力在於能解釋行星的運動，也能夠解釋潮汐的發生。提出物種起源論的達爾文，也以作為自然選擇擴展的這個最佳假設解釋目前看到的生物以及化 26.

(28) 石證據(Josephson & Josephson, 1996)。溯因推理對於科學理論的提出有其重要性，而今溯因推理也漸漸被應用到認知科學中，成為新的研究主題(Magnani, Nersessian, & Thagard, 1999)。二、語言學方面溯因推理這種「由果溯因」的逆向性邏輯推理方式，是人們在語言認知過程中所採用的基本方法。隨著語用學和認知語言學研究的不斷深入，溯因推理的研究和運用受到越來越多的語言學研究者的重視。學者們不但用溯因推理來分析論證日常生活中的語言現象和語言材料，而且還應用溯因推理作為語言學研究的認識論和方法論（韓曉方，2010）。賀川生(2004) 研究 Chomsky 的語言天賦論與溯因推理中的猜測本能和溯因邏輯之間的關聯做了探討，嬰兒本能上利用溯因推理來學習語言。王湘玲、徐冰林(2009) 探討溯因推理和翻譯過程中翻譯者的思維脈絡習慣，有效地利用溯因推論，翻譯的速度也會較為順暢。安樂哲（2015）更以溯因推理到早期道家宇宙論中的語境化方法。它在歷史語言學、計算語言學、語用學、語義學、語言習得、會話分析、語用推理、自然語言理解等領域中的研究價值與日俱增（賀川生，2004）。尤其在母語教學上，更是溯因推理能發揮優點的領域。三、教育方面 Kakas 和 Rignzzi（1997）指出溯因推理應用在教育上是一種適切且有效用的學習方法，能幫助學習者對於學習內容更加深入。Krummheuer（2007）認為溯因推理能力與數學活動有密切的關係。Pedemonte（2007）更進一步指出溯因能力在數學證明上被普遍的應用。林福榮（2012）指出國一學生 27.

(29) 在依照溯因推理的四個步驟操作下，可用於協助學生建構密度的概念，導正學生學習中的迷思概念。根據研究文獻來看，溯因推理目前在教育上的應用，大多數為數學及科學. 伍、小結綜合上述，溯因推理的核心在於設定假設、創造性的思考，能產生新知識，在生活中的應用，更是無所不在。針對溯因推理的幾個步驟：觀察、假設、解釋以及結論，應用於「歷史遠程聯想活動」的出題中，由教師提供一個最佳解釋，學生將以此最佳解釋，擷取大腦中有關的經驗、學習知識，並回溯其可能與之相關的假設。透過發散出的各種解釋，提取出三個解釋，並得出結論，三個假設將導論出一個最佳解釋，而這個最佳解釋也包含這三個假設中。藉此訓練學生在形成觀察，選擇假設，修正以導出最後能解釋的結論。溯因推理應用於「科學聯想遊戲 App」的文史解題，以溯因推理的步驟觀察、假設、解釋以及結論中，學生透過三個線索的觀察，擷取大腦中與之相關的訊息，並與四個可能的選項間的關係提出假設，找出一個最佳解釋，最後在推論出最佳解釋。歷史遠程聯想活動以溯因推理的步驟，藉由出題及答題訓練學生推論方式，為前後不斷的反覆修正，學習新的知識連解，並以解決問題。. 28.

(30) 第二節認知風格關於探討學習者在學習結果中有其不同的差異的原因，一直是認知心理學者所在意的研究主題與方向(Newble & Entwistle,1986)。關於這樣的討論，最早可追溯到 Allport (1937)所提及的認知風格，指的是個體有其獨特習慣性解決問題、記憶、思考、知覺的模式。而後，有學者針對認知風格提出了不同的定義以及解釋。. 壹、認知風格的定義 Witkin(1977)指出認知風格(Cognitive style)指的是因個體透過知覺及心智收集和組織訊息的差異特徵會影響其表現出來的行為。以下就國內外學者，對於認知風格的定義整理如下表 2-2-1：表 2-2-1 認知風格的定義研究者 Kuhlen（1968） Keefe(1974) Messick(1976) Witkin et （1977） Goldstein & lackman(1978) 林生傳（1988）. 郭重吉(1987) 張春興（1995）. 認知風格的定義是人格特質的一種反應，個體在工作與學習情境當中選擇對應的方式。個別學習者有其擅長組織和記憶的方式。不同的、特有的差異及為認知風格。個體對於訊息處理的習慣。 al. 是一種個體蒐集和組織訊息的方式，通常是某種人格特質及社會行為表現。個體對環境的刺激所反應的特有風格。個人在認知作用時保有恆常一致的風格表現。對於個體如何接收外在環境的訊息，個體如何組織、處理經驗或訊息，有其支配性。此外，對與整體的認知表現行為也有所支配。學習者以其習慣性使用的知覺、思考、解決問題和記憶處理訊息的方式。個人在面對問題情境時，經由認識、辨別、理解進而習得新知識的思維歷程，表現在外顯行為上的習慣特徵。 29.

(31) Sternberg(1997) Grigorenko & Ternberg(1997) Kozhevnikov （2007）. 個體在面對問題情境時，思考、知覺、記憶的解決問題慣用模式。人格與認知之間的關聯。個體在處理新資訊及舊經驗時所呈現出的穩定且一致性的個別差異。. 資料來源：修改自賴怡璇（2010）。從離散值分析學生認知型態與遊戲策略之相關研究（未出版之碩士論文）。國立臺灣師範大學，臺北市。以上述各研究者的定義綜合來說，認知風格是個體對於資訊的處理模式有其偏好，可能受到外在的影響，亦有可能以其內在的心智模式，將外在接收的訊息，做統合及組織的歷程。林清山（1997）指出當教學方法能與學生所喜愛的認知風格相配合時，學生的學習會較好。因此，若想從實行面的角度瞭解歷史遠程聯想活動對歷史學習的助益，就更應該關注學生的認知風格，進一步瞭解到底不同認知風格的學生在出題，解題時，是否有差異表現；並且進一步探討認知風格差異對於學生在歷史學習上的成效。. 貳、認知風格的分類方式與共通性一、分類方式各研究學者對於認知風格有其不同的定義，因此因其所持的觀點和分析層面不同，有了不同的分類方式（丁振豐，1987）。以下為研究學者對認知風格的分類方式整理如下表 2-2-2：表 2-2-2 學者對認知風格的分類方式學者認知風格的分類 Witkin et al.(1977）場地依賴與場地獨立 Cronbach Snow(1977) Kogan (1976). 資料來源林清山 (field independence vs. field dependence) （1997） & 視覺處理型與語文處理型林清山 (visual processors vs. verbal processors) （1997）以場地獨立型與場地依賴型(field independence 吳知賢 vs. field dependence)、鳥瞰型(scanning)、類別廣（1989） 30.

(32) 度(breadth of categorization）、單純化與尖銳化 (leveling vs. sharpening) 、沉思型與衝動型 (reflectiveness vs. impulsivity)5 種層面來研究兒童認知過程 Keefe(1987) 將認知風格分為「知覺風格」類，包含知覺感官偏好(sensory modality preference)、場地獨立與場地依賴 (field independence v.s. field dependence)、審查性(scanning)概念與知覺動作的支配性(conceptual vs. perceptual)等 7 種，以及「概念形成與記憶保留的風格」類，與假設推論、問題解決、記憶保留等有關，包括慎思與衝動 (reflection vs. impulsivity) 、概念化方式 (conceptualizing styles) 、分類廣度 (breadth of categorization)等 5 種 Ausburn & 場地獨立型與場地依賴型(field independence vs. Ausburn (1978) field dependence)、鳥瞰型(scanning)、類別廣度 (breadth of categorization) 、概念化型態 (conceptualizing style)、慎思精緻性與巧思粗率性(reflection vs. impulsivity)、認知複雜型與簡易型(cognitive complexity vs. simplicity)等 11 種層面. Messick (1994). 駱郁萱（2013）. 林生傳（1988）. 場地獨立型與場地依賴型(field independence vs. 駱郁萱 field dependence)、概念化型態(conceptualizing （2013） style)、場地清晰度(field articulation)、概念分化 (conceptual differentiation) 、概念清晰度 (conceptual articulation)、認知複雜型與簡易型 (cognitive complexity vs. simplicity) 、鳥瞰型 (scanning) 、沉思型與衝動型 (reflection vs. impulsivity) 、衝動冒險型與審查慎思型 (risk taking vs. cautiousness) 、聚斂或發散性思考 (converging vs. diverging)等 23 種層面. 資料來源：取自曾筱喻（2016）。物件藏找遊戲對於國小學童英語字彙學習之效益。國立臺灣師範大學，臺北市。二、共通性儘管認知風格的分類有非常多的方式，所採取的層面也不同，但這些認知風格都符合下面幾項基本的共通性（楊坤原，1996）：（一）自我一致性(self-consistency)：根據研究學者的研究結果，發現 31.

(33) 依據不同認知風格測驗所測得的類型皆具有跨情境的一致性。也就是說，個體在處理不同事情時，皆能表現出自己的風格。（二）普遍性(Pervasion)：每個人因測驗所被歸類為某種認知風格，在不同的工作學習情境中，都會呈現該種認知風格的特性。（三）雙極性(Bipolarity)：所有認知風格都是以兩種極端的方式呈現，以趨向的方式偏向某一端。故若是偏向某一方，則可稱為趨向該認知方式。（四）穩定性(Stability)：個體的認知風格是具有跨時間的穩定性。隨著時間，認知風格可能會會出現改變的情形，但改變的差異不會有太大的變動。（五）是價值中立的(Value-free)：每一種認知風格均有其適應環境的特色，沒有固定的標準來評斷好壞，也都有其價值性。（六）連續性(Continuum)：認知風格是個體對某種刺激呈現出不同程度的表現。（七）獨特性(Idiosyncrasy)：每個個體的認知風格表現都有其個別差異之處。. 參、場地獨立型與場地依賴型 Witkin 於 1948 年做了一個空間知覺的實驗研究，也就是著名的框桿 (Rod-and-Frame)實驗。受試者在一個全黑的空間中，會看到一個棒子和一格方框，棒子於方框中如下示意圖。受試者在此全黑的空間中，必須把棒子擺正，據此測試受試者是否會受到方框的影響而無法達成任務。這個實驗最早適用於軍事用途。 32.

(34) 而後 Witkin 為方便對於認知風格進行測量，於 1971 年發展出一套適合施測的團體嵌圖測驗(Group Embedded Figures Test)，觀察受試者能否在複雜的圖形中找到相對應的指定幾何圖形，以此作為個體認知風格的分類。不因複雜圖形以及線條混淆的受試者，傾向於場地獨立型，而較易受到複雜圖形干擾的受試者則趨向場地依賴型。場地獨立型受試者較容易根據自己的感覺作為參考，也就是能夠由主體周邊的複雜場地中辨識出主客體關係者，而場地依賴型的受試者易受到周圍環境影響知覺，無法在複雜情境中辨識出主客體關係(Witkin et al., 1981)。. 肆、場地獨立型與場地依賴型之認知風格的特性以下依據各學者 Witkin 等人(1977)、Charlton (1980)、Saracho 和 Spodek (1986)、Korchin (1986)以及 Raskin (1986)對於場地獨立與場地依賴對比性的特性做比較。場地獨立型的學習者，在認知活動的學習中，比較擅長根據內在參考來處理資訊，對於外在環境的刺激、變換、干擾較不易受到影響。場獨的學習者，也會試著不同的環境需求，調整自己的內在參考依據，改變所提供的資料。趨向此類型的學習者，能明確的知道自己學習的目標，習慣一個人獨立的探究學習。教師所提供的學習教材以及資訊，他們都能自我重新詮釋、組織並吸收，教學者對此類的學習者，適用結構鬆散的教學方式。場地依賴的學習者，在認知活動的學習中，對外來資訊的選擇較為被動，傾向於以外在參考作為資訊處理的根據。場依的學習者，對於外在複雜的環境，較容易受干擾而分心，但是擅長在有人際互動的學習環境。教師提供的學習教材及資料，必須要有組織結構，也需要教學者適時的引導 33.

(35) 和輔助。場地獨立與場地依賴型的內涵特質，分別從認知方式、自主性、學習動機、學習方式、情緒控制各層面做比較，如下表 2-2-3：表 2-2-3 場地獨立型與場地依賴型之內涵比較場地依賴型(FD) 認知方式. 自主性學習動機學習方式. 情緒控制. 場地獨立型(FI). 1. 以「整體」的方式來獲取經 1. 以「分析」的方式來獲得經驗、知覺事物驗、知覺事物 2. 認知經驗易受周圍場地影響 2. 認知經驗較不受周圍場地影響 1. 依賴權威 1. 以自己的標準或價值為判準 2. 較易受別人的批評影響 2.較不亦受別人的批評影響 1. 需外在的增強 1. 有較高的內在動機 2. 提示完成工作的目標 2. 自我設定目標 1. 缺乏組織學習材料的能力 2. 需要提供外在鷹架以支持完成作業 3. 對於與自己經驗有關的事物較感興趣不易調節自我情緒，較衝動. 1. 擅長自行組織學習材料並內化 2.喜歡探究發現式學習，並賦予學習意義 3.對於新事物的學習較感興趣能調節自我的情緒，不易衝動. 資料來源：取自曾筱喻（2016）。物件藏找遊戲對於國小學童英語字彙學習之效益。國立臺灣師範大學，臺北市。場地獨立型和場地依賴型的學習者在認知方式、學習的自主性、學習動機、學習方式還有情緒控管等方面的表現上是有差異，但不是劃分能力的依據。在價值上，也不牽涉其好壞的分別，僅代表學習者的習慣或是擅長以何種方式來回應環境與情境。. 伍、認知風格相關研究鄭錦宗（2004）利用使用網路形成性評量學生，研究中發現場地獨立型(FI)學生明顯優於場地依賴型(FD)學生。蔡葳群（2017）將數位遊戲學 34.

(36) 習應用在英語教學中，發現場地獨立的學生的學習效率較高，場地依賴的學生則需要更多的輔助和引導才有辦法提高學習效率。蔡明純（2017）指出對於網路認知失誤，場地獨立的學習者認知失誤較低，場地依賴的學習者的失誤較高；而不同認知風格的學習者經由網路失誤與認知焦慮，場地獨立的學習者學習成效較高，場地依賴的學習者學習成效較低。楊詠任（2016）以翻轉教室作為新的教學方法，探討不同認知風格的學習者在學習過程中，學習動機與興趣的表現。認知風格傾向場地獨立的學習者在學習成就與數學的學習態度上，有較高的表現，明顯優於場地依賴的學習者。侯明明（2015）以不同的圖文呈現多媒體設計探討不同認知風格的學生對科學學習成效，發現場地獨立的學生在不同圖像與文字的吸收過程中，場地獨立的學生學習效果優於場地依賴的學生。曾薇方（2014）在課堂上以數位遊戲式的學習方式，探討不同認知風格的學習者，於數位推理遊戲中的行為策略。發現場地獨立的學習者會因為關卡的變化，變化其問題處理的方式，場地依賴的學習者則需要時間，才會改變方式。李品蓁（2014）討論認知風格的學生，在數學遊戲式學習中，場地獨立的學習者其數學成效較高，場地依賴的學習者其數學學習較低。羅舒心（2010）在數學教學上使用網路的探究式動態評量，討論不同認知風格的學生的數學學習成效。場地獨立者的學習成效較高，場地依賴者的學習成效較低。張裕昌（2010）針對學習低成就的學習者，在生物課以 e-learning 的教學方式進行，發現無論場地獨立或是場地依賴的學習者，在學習成效上皆有明顯的進步，而場地獨立的學生學習成效較優。. 陸、小結認知風格在學習上扮演重要的角色，它顯示出學習者的特質和學習偏 35.

(37) 好，提供教師們在教學上考量不同認知風格的學生，提供合適的學習媒材、教學策略或是學習環境，以增進學習者在認知過程中時，能夠有更良好的輸入和輸出。根據上述認知風格的相關文獻研究，歸結出在學習成效上，場地獨立的學習者優於場地依賴的學習者。而在學習過程中，場獨者較為獨立，場依賴者則需要多些輔助，學習效果會經由多次反覆練習中慢慢提升。進行「歷史遠程聯想活動」時，學生要在大範圍已知的經驗及所學過的知識中，自行組織學習材料，作為「出題」的依據; 而在「解題」時，必須以分析三個線索的共通點，尋求最佳解答，綜合以上，本研究提出假設，在實驗教學活動中，場地獨立的學生其學習效益會高於場地依賴的學生。. 36.

(38) 第三節翻轉學習與教學活動設計壹、翻轉學習(Flipped Learning) 翻轉教室(Flipped classroom)為近十年來過內受到注目的教學方法，由美國高中老師 Bergmannu 以及 Sams 於 2007 年所開創。強調以學習者為中心的教學法，教師不在是主導者的傳統概念。翻轉教室基本上是關於學習的時間做了重新的分配扭轉，翻轉教室強調增加在家對課程的自主練習、預習，可以空出在課堂中，老師與學生面對面的互動時間。教師將教材內容以影片的方式，學生在家學習，這樣能增加老師在上課時間的自主應用與活化教學，激勵學生更深入的學習，教師在教室的身分換做為引導者 (Bergmann & Sams, 2014)。Bergmannu 與 Sams (2014)將翻轉教室視為是一種工具、新的教學方法。他以新進技術作為媒材連結舊有的教學內容，讓教學更具有創造性，也因此更能接觸不同的學生，幫助其差異化的學習。翻轉教室有幾項概念，如下述說明(Bergmann & Sams, 2014)：一、靈活的學習環境：教師依據學生的人數、特質、學習表現及學習風格重新設計教室的空間分配，以利學生與學生之間的互動學習，以及教師能與學生做更深入的對話與適度的引導。讓學生在教師空間內能更自由自主的學習。二、改善課堂中的學習文化：學生的學習歷程是自主的，並且是符應個人的特質與興趣的。每位學生都應有其相對應的教育計劃，教師關注的不再是統一的標準化。三、個別特製化的教學內容：教師盡量自己製作影片，以切合學生學習程度與學習進度。但不一定非得要教師製作，若有相對應並適宜的影片輔助媒材，依舊可以篩選給學 37.

(39) 生，重要的是切合學生的學習狀態。四、教育專業工作者：翻轉教室必須以第一線導師的努力，才有辦法改變教育現場。教師的專業增能與學科知識能力要不斷的提升，也需要有組織的將這些教育理念傳達、分享，將第一線基層的教師連結起來，以利實踐。翻轉教室(Flipped classroom)的概念在現實上的推動面臨很大的挑戰，而後在 2014 網路上有一個非營利組織「翻轉學習網路」(Flipped learning network)重新為翻轉教室的概念延伸至「翻轉學習」(Flipped learning)，將定義調整為翻轉學習是一種「教學方法」，讓教學的直接指導由「群體學習空間」移動到「個人學習空間」，並讓「群體學習空間」轉變成一個動態、互動的學習環境，在其中，教學者透過針對學習主題的「觀念啟發」及「鼓勵創意表現」來引導學習者。 Baker (2000)為了讓學生在課堂上能專注理解與應用，減少知識傳遞所花費的時間，他提供線上討論的形式來增加學生討論學習的主動性，而課堂時間則用來進行測驗。Salman Khan 創辦了可汗學院，將教學影片當作是回家功課，再把以前交由學生回家練習的作業變成課程進行必須完成的任務(Khan, 2011)。上述的教學模式概念都與翻轉學習不謀而合。國內的翻轉學習應用於社會科中，近幾年也有相關的實證文獻。樂雪琴（2015）應用翻轉的學習概念於國中社會科中，學生在家自主預習，教師在課堂中以合作學習法的概念，引道學生與同儕討論。研究發現翻轉學習的教學模式下，學生的學習動機高於傳統教學模式下的學生，對於翻轉學習的方式給予正面的回饋；周楷蓁（2014）以行動載具作為學生在課前預習的學習工具，輔以電腦化的測驗作為評量工具，教師則在課堂中帶領 38.

(40) 學生合作學習討論。研究發現，翻轉教學結合數位學習的教學策略下，學生學習成效優於傳統教學策略下的學生，學生對於翻轉學習結合行動載具的教學模式給允良好的正面肯定。薛毅白（2015）在九年級的地理教學中結合翻轉學習與合作學習的概念，在學生的學習動機方面高於傳統教學。. 貳、目前歷史教學現況吳翎君（2004）指出歷史學習在世界各國的教育改革歷程中，因歷史教學者的積極投入，以強調培養學生的歷史思考能力漸漸取代記憶史實的歷史教學。歷史教育將不再著重於史料的記憶、背誦，強調的是透過學習歷史知識內容習得的能力。宋佩芬（2008）指出歷史講述發多採單一直線的故事軸線，無法有效引發學生學習動機，講述者也較難將多種觀點與詮釋傳達給學生。在教育改革的浪潮下，以學生為中心的教學法，漸漸取代傳統以教師為中心的講述法。國內歷史教學的方式，也因不同的目的運用了不同的教學方式。研究者根據近十年來的國內國中歷史教學的研究，大致可分為三大類：影視史學、教學法的應用以及數位融入學習。在影視史學的教學方面，林冠吟（2011）、廖羽晨（2012）及劉彥伶（2017）分別指出以歷史電影或是電視劇影片融入歷史教學對學生歷史科學習動機有所提升，多數學生肯定影片融入教學的方式，學生的歷史學習表現也因此而提升。蕭佩茹（2017）及林佩如（2017）則嘗試在觀看歷史影視之後，讓學生分組報告及討論，撰寫劇本並腳色分工，做戲劇的展演。這樣的教學活動，也確實能有效促進學生學習歷史的興趣、培養學生的歷史思維能力。在教學法應用於歷史教學方面，游佾蓁（2009）以「討論教學法」應用於教學中，透過課前的預習，並於課堂中大量閱讀資料，訓練了學生思 39.

(41) 考問題以及歸納整理的能力，以此培養學生主動學習的動機，對學生的自主學習的能力有很大的效益。謝錦鴻（2010）以「概念構圖」的方式做為融入歷史教學的方式，在課程 21 周的進行下，教師先提供概念詞訓練學生歸類、排序等技能，來完成完整的購圖，而後再交由學生自行選擇概念詞來完成，最後再請學生並以口語表達的方式，發表各概念詞的概念。透過概念構圖的方式確實有效激發學生對於歷史學習的動機，也有效的提高學習成效。張瓊文（2010）、盧伊瑩（2017）在歷史課程中運用「問題引導學習(PBL)」的問題引導模式，並以學生能力為主制定教學目標，讓學生在學習歷史時，對於學習歷史的價值與信念有正向的態度，培養學生問題解決的能力，以及學習與同儕如何團隊合作。劉慧蘭（2012）與許佩甄（2012）以「創造思考與情意教學理論」融入歷史課，以歷史情境的設定增加學生擴散性的創意思考，有效提升學生學習興趣，也達到了情意理解的部分，多元的文本更激發學生的創造力。陳怡潔（2013）以「心智圖」融入歷史教學，學生在歷史時序觀念、理解及解釋得學習上皆獲得效益，對學習歷史的興趣也有顯著提升。邱怡芳（2016）指出「學習共同體教學法」應用在歷史學習上，其協同小組的學習方式，讓學習有了對話與互動，上課也變得生動，學生的學習動機提高了，對於歷史學習也更加喜歡。林孟彥（2017）運用「神入」歷史教學法，在課堂上提升歷史情意，引發學生學習歷史的興趣，對於以圖像神入並探究歷史人物表達正向評價，學生能以自己的經驗來解釋歷史人物當時的行為，亦能清楚表達對於歷史人物的想法。在數位融入歷史學習方面，楊雯蕙（2016）以行動載具（平板電腦）融入歷史教學，以此引發學生的學習動機與學習興趣，除了提供教師與學生之間有 40.

(42) 更多的互動，也能透過即時性評量檢視學生的學習成效，讓學生間也有更多的對話、討論與分享。. 參、出題(Posing question) 讓學生產出問題是一種認知策略，在產出的歷程中，學生會因要出題而更專注在教材內容中，也會花心思去理解教材，因此讓學生產出問題在「理解培養」上以及「理解監控」上有其重要的功能(Brown, Palincsar, & Armbruster, 1984)。「理解培養」指的是學生在產出問題時，會變得主動，檢視課文內容、確認重要的觀念，此外也會連結各個觀念。專注在這些學習歷程，學生對教材的資訊的理解有提升效果。在「理解監控」部分，學生會解釋自己是否已經了解教材內容了，有哪一些是還沒弄懂的，有哪一些是要再進一步學習的。自我檢視的過程，學生會試圖解決問題。學習者進行出題時，主要根據學習的先備知識以及教材內容設計。能促進學習者主動熟悉教材內容的動機，並將經驗與知識作融合與轉換 (Polya, 1945)。Dori 和 Herscovitz (1999)指出，提高問題解決能力的有效策略，即是使用現實世界的問題來培養學生的問答能力，透過自然科學中的出題來回應現實生活的問題，將提高學生的學習興趣。Silver (1997)指出，透過出題活動，教師可以增進學生的能力，激發其創造力，使學生能自主學習。 Moses、Bjork 和 Goldenberg (1993)聲稱，參與出題構思活動的學生，變得更具創造性和積極性，也更具進取心。Lavy 和 Bershadsky (2002) 表示，制定問題比解決問題更重要，產生新問題是創造性想像力進步的指標，學生出題對於學習成效有相當大的正面影響。以上相關研究在出題活動的 41.

(43) 教學上，都給予出題活動對於學生的創造力、學習動機、學習態度很大的肯定。潘冠蓉（2008）研究國中生線上出題關鍵字提示，在國中社會領域公民科學習成效的影響，研究對於關鍵字提示能幫助學生的學習效果及出題能力。關鍵字學習對於社會領域學習上，有其助益。莊美蘭（2003）研究出題與解題的兩種活動是具有關聯性的。解題與出題如一枚銅板的兩面，必須要面面俱到才能有效提升學生的能力(Walter& Brown, 1977)。黃俊惟（2003）認為出題活動能提高學生解題的主動性，對面對複雜環境的能力也會有正面的提升。. 伍、小結歷史教學在不同教學策略的操作下、多媒體的運用，以及數位媒材，的融入，都讓歷史課堂上有更多元可能的發展。綜合上述，無論國內外研究學者及實證研究可發現，以學生自主學習，培養學生組織能力為目的的學習方式，取代了傳統重視文本內容的闡述或是由上而下單一傳授知識內容。在科技以及網路的發展下，教學方式的改變不在於其形式與模式，而在於如何將知識及學習內容透過有效的課堂進行操作，引發學生對於學科以及知識內容的好奇，並以這些內容為素材，引導學生學習「如何學」的方式。研究者盼能藉由聯想出題、聯想解題的教學設計，培養學生溯因推理的能力，也依據翻轉學習的核心概念，設計歷史遠程聯想活動。藉由出題活動，發展學生組織先備知識與學科知識內容，在課堂上自主設計發想；亦以行動學習融入課程的概念，規劃以科學聯想遊戲 App 的文史解題，以遊戲闖關作答的刺激，激發學生學習的動力。此歷史教學活動設計，亦可視為翻轉學習的方式。 42.

(44) 教育部公布的「97 年國民中小學九年一貫課程綱要」，所強調的即是培養學生帶得走的能力。除了激發學生好奇心及觀察力，主動探索和發現問題，亦強調獨立思考與解決問題的能力。在歷史教學的多方嘗試下，可看出國內歷史教學研究，以重視教學法與教學實驗為主，不再重視對於歷史史料的記憶、背誦。綜合以上，本研究則以教育實驗的角度切入，期待以歷史科作為翻轉學習之試驗，探討運用溯因推理於「歷史遠距聯想活動」的操作，以活動學習單的方式讓學生出題的，引導學生做歷史知識的擴散性思考，並利用「科學聯想遊戲 App」作為媒材解題，以期能訓練學生能溯因推理的過程及模式。. 43.

(45) 第四節認知負荷壹、認知負荷的定義 Sweller (1988)正式提出認知負荷(Cognitive Load)的概念，指的是學習者在做學習任務時，在認知系統產生的負荷作用(Paas & Van Merriënboer, 1994)。Sweller (1988)對認知負荷理論提出四個基本的假設： 1.短期記憶(Working Memory)又或稱為工作記憶，它的容量有限。 2.長期記憶(Long-Term Memory)的容量無限大，沒有限制。 3.知識以基模(Schema)的形式儲存在長期記憶中。 4.基模的自動化(Schema Automation)是建構的重要過程依照上述四個基本假設，學習者在建構知識時，形成基模的歷程中，會運用到短期記憶以及長期記憶，在短期記憶的容量有限的情況下，學習者還未能將這些基模知識轉換並儲存到長期記憶之中，建構的過程耗費了過多的工作記憶，超出學習者所能負荷的範圍，就會產生心理及生理上的負面情緒反應，也就是認知負荷的展現（鄭佩紋，2013）。認知負荷的概念是在心理及生理其負面的反應或是情緒，主要描述學習者在認知理解系統下，因為訊息的內容、學習的環境與互動方式，超出學習者心智所能察覺的認知能力，呈現心智超載狀態 (黃克文, 1996）。因此以學習者的內在能力，或是外在的教學過程中的情境、教材內容或是教學過程中的互動方式，都可能產生認知負荷。. 貳、認知負荷的來源與類型一、認知負荷來源. 44.

(46) 認知負荷的來源不是單一的，是多重且複雜的。對於認知負荷來源的說法，可分為兩種（Paas & Van Merriënboer, 1994; 陳密桃，2003; 楊培渝， 2006）。 (一) Paas 和 Van Merriënboer (1994)的主張認知負荷的概念在於多向度，其中包含了「因果因子」(Causal factors) 和「評估因子」(Assessment factors)。「因果因子」即是形成認知負荷的來源，可分為三個要素： 1.任務或是環境特性，舉例像是任務結構、獎賞的類型、時間壓力等較為浮動異動的因子。 2.學習者特性，舉例像是認知能力、認知風格以及時間壓力等較為穩定不變的因子。 3.學習者與任務之間的交互作用，舉例像是績效或是動機等。「評估因子」亦可分為三個要素： 1.受到任務或是環境的影響而產生的「心智負荷」。 2.受到學習者內在控制處理的「心智努力」。 3.完成工作必須付出的努力或是資源得總和的「工作成效」。 (二) Marcus、Cooper 與 Sweller (1996)的主張在教學進行過程中，「先備經驗」(Prior experience)、「教材性質」(Nature of material)和「教材組織」(Organization of the material)是影響認知負荷的三個主要因素。二、認知負荷的類型認知負荷可分為三種類型：內在認知負荷(Intrinsic cognitive load)、外在認知負荷(Extraneous cognitive load）、有效的認知負荷(Germane cognitive 45.

(47) load) (Sweller, 2010)： (一)內在認知負荷(Intrinsic cognitive load) 內在認知負荷來自於教材的難易度，不因其教材呈現的方式有所改變。教材內容越難，於工作記憶中有許多元素需要處理，元素越多，學習者認知負荷也會越大；反之，教材內容越簡易，處理元素相較少，學習者認知負荷就會越小。除了教材難易度之外，教材內容元素的關聯性高低，也會影響內部認知負荷的高低。學習者所接觸到的教材關聯性低，就無需投入大量的元素在工作記憶區，因此內部認知負荷較低；反之，教材的關聯性越高，就必須在工作基亦區內同時處理大量的元素，則產生較高的內在認知負荷。 (二)外在認知負荷 (Extraneous cognitive load) 外在認知負荷來自於教材組織以及呈現方式的差異、教學方式與教學活動的影響，對學習者的產生程度不等的外在認知負荷。外在認知負荷來源自外在的資料或教材，以及教學者課程進行的方式與活動，因此可以藉有教學者的調整教材呈現方式、教學設計來降低或消除學習者的外在認知負荷。 (三)有效的認知負荷 (Germane cognitive load) 又稱為「增生認知負荷」，是教學者在降低外在認知負荷後，藉由調整改良後的教學設計與教材呈現，吸引學習者專注在學習內容，進而達到學習者基模建構與自動化的認知過程。綜合上述，教材的難易度與關聯性會影響學習者的內在認知負荷；教師的教學設計、教材組織方式及教學活動的設計會影響學習者的外在認知負荷，但可透過教材、活動、教學設計的調整，降低學生負荷；有效的認 46.

(48) 知負荷雖然會增加學習者的負荷量，但卻能提升學生學習成效。. 參、認知負荷的測量認知負荷測量方法以 Brunken 等人(2003)的分類方式，將測量方式分別以主觀的和客觀的角度，在以直接和間接的方法測量，可分為四種測量方式：一、主觀的直接測量：自陳壓力的陳度以及自陳材料的困難度。二、主觀的間接測量：自陳所投入的心智努力。三、客觀的直接測量：測量腦部活動以及雙工作績效。四、客觀的間接測量：主要為生理測量法、行為測量法以及學習結果測量。主觀的自陳測量在信度、效度、敏感度上，都優於生理設測量法，在實用性上及可行性上也較優(Sweller, Van Merrirnboer, & Pass，1988)。本研究的認知負荷測量，以學習者自主的心智努力測量，主觀認定自己在學習過程中的認知負荷程度。. 肆、相關研究陳筠筑（2016）依照選擇題與填充題的題型設計遊戲的方式，學生的認知負荷會因為題型困難度與遊戲是否易於操作而有所差異。吳中信（2013）以不同資訊呈現方式設計課程，發現認知負荷確實影響學習者的學習成效。林冠佑（2013）設計遊戲式學習與非遊戲式學習，發現以遊戲式學習的外在認知負荷相對較低，但有效的認知負荷則相對較低。劉向軒（2013）設計以電腦及遊戲等數位教材融入教學，將學生分為電腦遊戲組、電腦遊戲學習組及電腦輔助學習組。研究發現電腦遊戲組及遊戲式學習組的認知負荷高於電腦輔助組。曾冠雲（2011）以多媒體動畫教材融入課程， 47.

(49) 發現認知負荷與學習成效呈現負向關係。楊淇（2011）也以多媒體動畫媒材學習生物，研究亦發現學習者的學習成效與認知負荷呈現負相關。陳怡容（2010）設計行動學習環境，但因其環境變化或是字幕的有無，對學生的認知負荷有所影響。. 肆、小結依上述研究學者所提出的理論，以及教學現場的實證研究可以發現，學習者的認知負荷會因為多媒體媒材，行動學習載具的融入，影響學生的外在認知負荷。本研究教學設計中，歷史遠程聯想活動中的解題部分，以科學聯想遊戲 App 的方式操作，是以遊戲學習的教學設計方式，因涉及對教材呈現、組織以及活動設計的改變，可能會影響學生的外在認知負荷。. 48.