自我解釋與假設檢定技能獲得之關係探討

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告

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計畫類別：ˇ個別型計畫

計畫編號：NSC 90 － 2511 － S － 009 － 008 －

執行期間：９０年８月１日至９１年７月３１日

計畫主持人： 洪瑞雲

執行單位：交通大學工業工程與管理系

中華民國 91 年 9 月 19 日

行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

自我解釋與假設檢定技能獲得之關係探討

The Efect of Self-Explanation on the Acquisition of Hypothesis-Testing Skill

計畫編號：NSC 90-2511-S-009-008

執行期限：90 年 8 月 1 日至 91 年 7 月 31 日

主持人：洪瑞雲

執行機構及單位名稱：交通大學工業工程與管理系

一、中文摘要 本研究的目的在探討是否可以在 研習先前例題時，透過自我解釋的機制讓 受試者將其由經驗等隱性學習的方式獲得 的認知技能外顯化而成為顯性的法則性知 識（rule-based knowledge）。我們將 106 個 大學生以小組或個別的方式隨機分派至控 制組、有先前例題、先前例題+圖表輔助、 先前例題+圖表輔助+進行自我解釋的要求 等四組進行四個法則測試的練習題。測試 時全部學生皆要各自完成 16 個與練習題的 法則內容具有表面或結構相似、或不相似 的假設測試題，及兩個抽象題。我們預期， 學習時的自我解釋活動將可以提昇類比學 習（先前例題）的效果，同時也有助於將 類比學習得到的假設檢定策略以較抽象的 語言文字的方式表達出來。結果顯示以類 比的方式習法則測試的邏輯普遍的又其成 效。唯一的例外是，當測試題與先前例題 間具有表面相似性但問題描述時的語言結 構不同時，類比的效果完全消失。自我解 釋的效果雖與我們預測的方向相似，但並 未達統計上的顯著程度。本研究所採取的 研究方法上的限制可能是解釋的因素之 一。 關鍵詞：自我解釋、假設檢定技能之獲得、 科學思考、類比歷程 Abstr act

The purpose of this study is to investigate whether self-explanation can bring what is learned through implicit mode of learning, namely analogical process, into explicit, rule-based knowledge. We

randomly assigned 106 college students, individually or in small group, to one of 4 experimental conditions: 1. control group, 2. analogical learning condition (with- work-out example), 3. work-out examples + graph, 3. example + graph + self-explanation to study 4 practice items. All students then received 16 test items with or without surface or structural similarity to the practice items, and 2 abstract items. We predicted that self-explanation would promote not only the acquisition of falsification strategy through analogical learning mechanism, but also the rule-based knowledge of the logic implied in falsification strategy. Results showed that analogical learning was an effective means for acquiring falsification logic in all items except for those that shared the surface similarity with the practice items but were structurally (in linguistic form) dissimilar to the practice items. Data observed from abstract items that the effect of self-explanation on the acquisition of rule-based representation of the falsification logic was in the predicted direction but failed to reach significance level statistically. Methodological issues might be the underlying causes that mask the demonstration of the effect of self-explanation.

Keywor ds: self-explanation, acquisition of

hypothesis-testing skill, scientific reasoning, analogical process.

二、緣由與目的

導論

在學習時，或是在實際解題時，個人 對自己的經驗所從事的解釋活動會影響他

的認知表現。本研究所欲探討的問題因此 是：在類比學習的情境中，若引導受試者 在閱讀先前例題時同時也進行自我解釋， 那麼受試者由類比歷程中習得證偽的假設 檢定策略的情形是否會更好？且受試者對 此證偽的假設檢定策略的邏輯法則形式是 否因此能有較佳的掌握？是否因而可以類 化到與先前例題表面看起來雖不同、但結 構相同的問題中？又，若此自我解釋的活 動僅在測試時才進行，那對受試者進行類 比的活動是否仍有助益？ 本研究主要的目的在探討在類比的學 習或解題歷程中，若加入自我解釋的要求 是否可以提高受試者由類比的歷程中獲得 證偽的假設檢定策略的機會？且受試者對 此證偽的假設檢定策略的邏輯法則是否可 有較佳的掌握？從過去的研究結果我們預 期，要求學習者對學習材料提出評論或解 釋，可以幫助他對解題過程中所需的因果 關係、或是使用某一步驟的條件有更清楚 的了解，並且可以和先前的知識進行聯 結，因此，對法則的學習與掌握會有幫助。 但是解釋的效果究竟是發生在先前例題的 學習階段，或是發生在使用先前例題來解 題的類比解題階段？由已有的研究我們並 無法清楚的論斷。本研究因此也欲探討在 何階段進行解釋的效果會較大。由於證偽 的假設檢定策略的類比學習只出現在與先 前例題具有表面相似性的問題（吳、吳、 洪，1998），我們推論，這現象是導因於受 試者不論是在學習、或測試時，均是仰賴 由記憶自動引發的初淺推論方式來作答， 而未實際應用以法則邏輯為演算基礎的推 論方式（Sloman, 1996; Kintsch, 1998）。 因 此我們預期自我解釋的效果不論是在學習 階段或解題階段皆會出現。 受試者 106 個大學生參與此研究，他們以隨機 的方式分派到 4 個實驗情境中。 假設檢定作業及應變項之測量 假設檢定作業。 假設檢定作業係以 Wason 的選卡片作業（Wason &

Johnson-Laird, 1972; 洪，1998）為雛型來 設計的，共含 4 個練習題、16 個具像的測 試題及 2 個抽象題。其中，4 個練習題亦皆 是有具像內容的選卡片作業。有具體內容 的題目上，每個假設檢定作業中描述的是 一個故事，故事中的 P → Q 法則中的 P、 Q 項均是受試者熟悉的事件，但 P、 Q 間 的關係法則則是虛構的。受試者的工作是 去檢定故事中規範 P、 Q 間關係的法則是 否有被確實執行。檢定的方式是由四個測 試方案（對應到 P、¬P、Q、¬Q 四個狀態） 中圈選合適的測試法則，並在九點量表上 對每一測試方法的正確性給予一個主觀的 信心評估值。兩題抽象題中則沒有任何故 事，法則將直接以抽象的符號表示。受試 者將被告知在四個測試方案中（P、¬P、Q、 ¬Q），至少要選一個，但可以選一個以上 的測試方案。 假設檢定的反應。 指在 16 題具象測 試題中，受試者在各類問題（2 種表面相似 度 x 2 種結構相似度）中未正確的選擇 P 及¬Q 測試方案的次數。受試者在表面、及 結構相似度不同的四類問題中 P 及¬ Q 的 錯誤得分全距為 0— 4。練習題及抽象題則 是計算正確的選擇 P 及¬Q 測試方案的次 數。 自變項之操弄 本研究中的自變項有五個，一為證偽 策略的類比學習情境， 分成小組施測個別 施測。二為在練習階段受試者是否有看到 正確的解題範例 三為在練習階段受試者 除了看到正確的解題範例外還接受自我解 釋的指導語，三為測試問題與練習題間之 表面相似度、四則為測試題與練習題間之 結構相似度。證偽策略之類比學習情境描 述如下： 受試者在每一練習題之後會看到一 個完整的證偽的解題示範。解題示範是以 一個人自言自語的在解此問題的方式呈現 的。其中，第一段是解題者個人對該問題 中法則(P→Q)的合理性的評論。接下來是 解題者的解題說明。解題說明主要在說明 假設檢定過程中證偽的必要性，解題者並 依此原則同時選擇 P 及¬Q 的測試方案，但 在信心評估上則是¬ Q 高於 P。 部分學生看到之證偽之解題示範中同時附 有可說明 P 與 Q 之間的結構關係之范氏 圖。 自我解釋的指導語。 指在做四個練 習題時，實驗者有提示受試者進行自我解 釋的活動。自我解釋的要求是以指導語的 方式提出。指導語基本上係仿照 Chi et al

(1989) 及吳、吳、洪（1998）的設計，由 數個大方向要求受試者在閱讀每一解題範 例中的重要觀點時，檢視、詰問自己對該 觀點的理解、推論或結論的歷程的洽當性 及周延性是否有意見。 表面相似度。 指四題練習題與 16 題具體之測試題間所使用的法則中，P 及 Q 項的內容是否至少有一項重複。16 題有具 體內容之測試題中有一半與練習題間具有 表面相似度，另一半則否。 語意結構相似度。 在四題練習題 中，所有的法則均是所謂的許可法則 （permission rule），其邏輯之表達方式是： 「若要做行動 A，則必須有 B 的前置條 件。」亦即 P 的內容是行動（action），Q 的內容是情境條件（state condition）。凡是 從事 P 行動者，必具有 Q 的條件才可以。 在 16 題具體測試題中有一半的題目中所 描述的是許可法則，此為與練習題具有相 同語意結構之情境。另一半題目中的法則 是義務法則（obligation rule）。義務法則中 的 P、Q 項的特徵剛好與許可法則相反， 其邏輯之表達方式為：「若 P 條件存在，則 Q 行動必然發生。」。亦即凡 P 條件滿足， 則 Q 之後果隨即產生。亦即，若以 A 與 B 分別代表行動及前置條件的名稱時，許可 法則的表達方式為「行動 A →條件 B」， 則義務法則為「條件 B →行動 A」。義務 法則與練習題間具有相同的邏輯結構但語 意結構不同。 整體而言，16 個測試題中有 4 題與練 習題為表面及結構皆相似，4 題與練習題 為語意結構相似（許可法則）但表面不相 似，另 4 題與練習題間具有表面相似度， 但結構不同（義務法則），最後 4 題的表面 與語意結構均與練習題不同。 程序 實驗以小團體（約 4 – 12 人一組）或 個別的方式進行。在小組實驗時，每個受 試者會拿到一份含有指導語、4 題練習題、 16 題具體測試題、及 2 題抽象測試題的題 本，以及另外一份作答用的答案紙。自變 項的操弄均是透過實驗材料的安排以文字 的方式呈現給受試者。個別實驗時 每一受 試者皆被要求要將問題出生唸一遍再解題 時並要以出聲思考的方式進行。

三、結果與討論 具體測試題。類比學習的效果（表 1）， 以實驗情境組別為組間變項，表面及結構 相似度為組內變項的重複量數變異數分析 顯示，實驗情境、表面相似度、結構相似 度三個貯效果皆顯著，且二因子間的交互 作用也接顯著，但三因子間的交互作用則 不顯著。事前規劃的比對及事後分析顯 示，控制組所選的假設檢定方式錯誤量（未 同時測試 P & ~Q）顯著高過有看先前例題 的三組，顯示類比學習的效果。然而有先 前例題的三組間的差異並不顯著，顯示自 我解釋的效果並未能顯著的減少在具體測 試題中的錯誤量。 仔細分析類比對假設檢定技能的學習 則發現，當缺乏表面相似性時，類比對證 偽邏輯的學習相當普遍，不因法則的語意 結構的影響；但若題目與先前例題有表面 相似性時，則與先前例題沒語意結構相似 性的義務法則能會因套用允許法則的語意 結構而產生類比錯誤。此外，個別施測所 造成的類比學習普遍大於團體施測的情 境，但僅在未具表面相似度但問題的語意 結構與先前例題相似的那類問題中差異顯 著。 抽象測試題。以實驗情境組別為自變 項的重複量數變異數分析顯示，以兩題抽 象題來估計類比學習可遷移、形成抽象法 則的效果（表 1），由於組別的主效果不顯 著，顯示類比或自我解釋對抽象證偽邏輯 法則的掌握並沒任何幫助。然而，若將全 不受試者分成團體或個別施測來看，則在 個別施測時，自我解釋組的正確率與控制 組差異接近顯著（p < .13），自我解釋組的 正確率與僅有先前例題+圖示那組間的差 異則顯著（p < .04）。若進一步將兩題抽象 題分開來分析，則發現在小組施測的情境 中，抽象題 1 或 2，組別的主效果皆不顯 著；然而在個別施測的情境中，事前規劃 的比對顯示，有先前例題 + 圖示 + 自我 解釋那組在抽象題 1 的平均正確率最高， 且顯著高於僅有先前例題那組（p < .05）； 在抽象題 2 中則是僅有先前例題那組的正 確率最高，顯著的高過先前例題 + 圖示那 組（p < .02），且與控制組差異接近顯著程

度（p < .07）。有先前例題 + 圖示 + 自我 解釋那組在抽象題 2 的平均正確率是次高 的，但與有先前例題 + 圖示那組的差異則 僅接近顯著程度。由於個別施測情境下各 組的受試者人數僅十左右，我們推論，若 受試者能增加，則可能可以觀察到較顯著 的自我解釋的效果。 四、計畫成果自評 由於自我解釋的效果在團體施測的情 形下沒有出現，因此我們才加入個別施測 的情境。在個別施測的情境，受試者需要 逐字將先前例題的內容唸出，且要在解題 過程中將思考的內容說出來。在這種情形 下我們才觀察到自我解釋對塑造抽象法則 的助益，此現象顯示，受試者並不容易會 進行自我解釋。但是由於要在解題過程中 將思考的內容說出來這個操弄似乎會造成 各組受試者皆有部分自我解釋的活動，因 此無法觀察到比較顯著的自我解釋的效 果。此實驗方法上的限制有待克服。此外， 自我解釋顯然並不容易做，如何幫助學生 更有效的進行自我解釋，則有待未來的研 究來探討。 五、參考文獻 洪瑞雲（1998）. 類比歷程對假設檢定 行為之影響，國科會專題計劃報告, 計劃編 號: NSC 86-2413-H009-003。 吳庭瑜、吳明樺、洪瑞雲（1998）. 合 作學習、解釋與發問架構對歸納推理表現 之影響。中華心理學刊，40 (2), 117-136.

Cheng, P. W. & Holyoak, K. J. (1985). Pragmatic Reasoning Schemas. Cognitive Psychology, 17, 391-416.

Chi, M. T. H., Bossok, M., Lewis, M. W., Reimann, P., & Glasser, R. (1989).

Self-explanations: How students study and use examples in learning to solve problems. Cognitive Science, ---, 145-182.

Kintsch, W. (1998). Comprehension: A paradigm for cognition. Cambridge

University Press.

Slomsn, S. A. (1996). The empirical case for two systems of reasoning. Psychological Bulletin, 119, 3-22.

Wason, P. C. & Johnson-Laird, P. N.

(1972). Psychology Of Reasoning: Structure And Content. London: Batsford.

6 表 1: 各個實驗情境中應變項的平均數與標準差 小 組 控制組 (n = 16) 例題 (n = 14) 例題+圖 (n = 16) 解釋 (n = 13) M SD M SD M SD M SD 錯 SP1 2.69 1.14 0.93 0.62 1.00 1.16 1.00 0.91 SO 2.88 0.96 2.43 0.85 2.38 1.15 2.54 0.66 誤 DP 3.19 0.98 1.07 1.00 1.44 1.21 1.23 1.09 DO 2.19 1.33 0.57 0.85 1.13 1.36 0.85 0.80 量 錯誤總量 _{10.94 3.11 5.00 2.25 5.94 5.62 5.61 1.94} 正 練習題 1.69 1.20 2.86 1.17 2.62 1.03 2.85 0.69 確 抽象1 0.13 0.34 0.21 0.43 0.31 0.48 0.23 0.44 反 抽象2 0.38 0.50 0.43 0.51 0.44 0.51 0.31 0.48 應 抽象總數 0.50 0.63 0.64 0.75 0.75 0.86 0.54 0.78 個 別 控制組 (n = 10) 例題 (n = 10) 例題+圖 (n = 11) 解釋 (n = 12) M SD M SD M SD M SD 錯 SP 2.30 1.57 0.20 0.42 1.27 1.19 0.50 0.67 SO 2.80 2.00 2.00 0.82 2.27 0.91 2.25 0.75 誤 DP 2.70 1.42 0.80 1.03 1.00 1.83 0.50 0.80 DO 2.10 1.60 0.70 0.68 1.27 0.79 0.92 0.79 量 錯誤總量 _{9.90 4.79 3.70 1.25 5.82 2.99 4.17 1.47} 正 練習題 1.90 0.88 2.40 1.08 2.45 1.21 2.33 1.16 確 抽象1 0.30 0.48 0.10 0.32 0.27 0.47 0.50 0.52 反 抽象2 0.40 0.52 0.80 0.42 0.27 0.47 0.67 0.49 應 抽象總數 0.70 0.68 0.90 0.57 0.55 0.84 1.17 0.84 全 體 控制組 (n = 26) 例題 (n = 24) 例題+圖 (n = 27) 解釋 (n = 25) M SD M SD M SD M SD 錯 SP 2.54 1.30 0.63 0.42 1.11 1.16 0.76 0.83 SO 2.85 0.93 2.25 0.85 2.33 1.04 2.40 0.71 誤 DP 3.00 1.67 0.96 1.00 1.26 1.20 0.88 1.01 DO 2.15 1.41 0.63 0.77 1.19 1.15 0.88 0.78 量 錯誤總量 _{10.54 3.79 4.46 1.98 5.89 3.57 4.92 1.85} 正 練習題 1.77 1.07 2.67 1.13 2.56 1.09 2.60 0.96 確 抽象1 0.40 0.16 0.17 0.38 0.30 0.47 0.36 0.49 反 抽象2 0.50 0.25 0.58 0.50 0.37 0.49 0.48 0.51 應 抽象總數 0.64 0.41 0.75 0.68 0.67 0.78 0.84 0.85 1 _{第一個字母代表表面相似 (S) 或不相似 (D), 第二字母代表允許 (P) 或義務 (O) 法則}