從視覺焦點探究幼兒類推的認知歷程

全文

(1)國立臺中教育大學幼兒教育學系碩士班碩士論文. 指導教授：邱淑惠教授. 從視覺焦點探究幼兒類推的認知歷程. 研究生：林儒曼撰. 中華民國一○二年一月.

(2) II.

(3) 謝誌. 從考上那一刻，就開始想像畢業時會是怎樣的感覺。是極度開心笑開懷，走路情不自禁使用小碎花式；還是如釋重負，淚流滿面抒發心情。到寫謝誌的現在，才知道，原來除了這些以外，更多的是對身旁所有人的滿滿感謝。從小，念書就一直在我的討厭排行榜中居首位，人生的規劃清單裡從沒有排進當碩士這項目標。很感謝我的家人，在大學畢業後毫無理由的支持我繼續追尋自己的夢想，無論所做的決定有多任性，也總是包容並相信我的任何選擇。謝謝爸爸媽媽創造出這樣充滿幸福的家庭，因為有你們愛的支持與保護，才有今天的我；謝謝弟弟妹妹逗趣的陪伴，有你們真好；謝謝奶奶無時無刻的關心，讓我充滿力量。我愛你們。台中教育大學的這幾年，看似辛苦但其實充滿歡樂，很高興自己能夠在這個充滿愛的大家庭就讀。感謝凍齡的淑惠老師，在寫論文的過程中一直牽著我這隻瞎眼的羔羊，把我導向對的道路；不但包容我的失憶症，更是永遠用最喜樂的心及笑容處理每一件事，能當您的學生真的很幸福；感謝溫暖的姿儀老師，每次遇到瓶頸的時候，您的加油打氣都給了我滿滿力量，謝謝您一字一句的幫我修改論文，除了讓論文架構更紮實；更挽救了我那一團糟的格式；感謝亞洲大學的朱經明老師，因為您的專業建議，我的論文得以更加完整；感謝可愛的美惠老師，您的堅定、善良、幽默都是值得我學習的，在您身上我學到許多書本上沒有的重要知識；感謝佩珊姐一直對我這麼好，因為有妳，系辦就像家一樣充滿歡樂；也感謝台中教育大學幼兒教育學系的所有老師，您們辛苦的教導我都謹記在心。另外，特別感謝惠華托兒所的主任及老師，謝謝您們在進行實驗時對我的幫助，未來我也會以您們為目標，不計代價的幫助身邊的人，還有巧雯，如果沒有妳，我的論文就不可能完成。再來就是一同完成這件大事的同學們，謝謝妳們讓這兩年多的日子充滿精彩，我們終於成功了；最後就是好笑的學姐們以及學妹們，在研究室裡一起打拼到三更半夜的回憶我會永遠珍藏在心裡，謝謝你們。最後的最後，感謝在整個過程中不分時段為我加油打氣，像家人一樣的朋友們。嘉藥幼四丁、嘉藥學生會、家商 ESP、家商家三一、喜樂發光小家、金朝、文賢，就算這兩年見面機會真的很有限，你們還是一直用各種方法給我力量與溫暖，雖然錯過了不少，但我相信未來還有一輩子的時間可以一起互相陪伴。各位，我自由了。忘記背後，努力面前的，向著標竿直跑（腓 3：13-14）謝謝愛我的每個人，未來我也會繼續，向著自己的夢想前進。林儒曼‧2013. III.

(4) 從視覺焦點探究幼兒類推的認知歷程. 林儒曼. 摘要. 本研究旨在探究幼兒進行類推時的視線關注區域、眼動軌跡與解題策略三者間之關連，並藉此理解幼兒類推的認知歷程。本研究以年齡五足歲到六足歲幼兒共 24 位為研究對象，以一對一的方式對幼兒進行互動式類比測量、並利用眼動追蹤儀記錄幼兒的視覺焦點，最後並訪問幼兒答題原因。本研究也依據幼兒的類推成績將幼兒分為高、低分組，分析比較不同類推能力幼兒進行類推時的視覺焦點、眼動軌跡與解題策略之差異。研究發現一般幼兒在互動式類比測量中平均有 7 成的答對率，且在回答 A：B = C：？（D）的類推問題時，視覺焦點多關注於標的組（C：D）的組內關係，忽略來源組（A： B）的組內關係；另外，高分組幼兒較能注意提供解題線索之 A：B 來源組內關係並用以解題，而低分組幼兒雖然也努力於解題，但因視覺焦點未關注於來源組以提取解題線索，所以經常是在選項間搜尋而受到錯誤選項的吸引。亦即，是否注意來源問題為幼兒進行類推時答題成功與否的關鍵。幼兒的視覺焦點與其作答理由大致吻合。研究發現有助於瞭解幼兒進行類推時的認知歷程及其困難，並可作為引導幼兒改進類推策略之依據。. 關鍵字：幼兒、互動式類比測量、眼動追蹤技術、視覺焦點、類推. IV.

(5) Exploring Young Children’s Analogical Reasoning Process through Visual Focus. Lin,Ju-Man. Abstract. The object of this research is to gain a better understanding of Young Children’s analogical reasoning process by exploring the relationship between their picture areas, scan paths, and reasoning strategies. The study is based on a target sample of 24 young children between the ages of 5 and 6. One-on-one interactive analogical tests were given to the subjects, and their visual focuses were recorded through the use of an eye tracker. Hence, the subjects were questioned on reasons for their answers to the problems. In this research the subjects were grouped according to their analogical reasoning scores; high and low. We then analyze and compare the discrepancies between the visual focus, scan path, and reasoning strategy of subjects of various levels of analogical reasoning abilities Through this research we have found that young children were able to achieve an average of 70% on the interactive analogy test. Furthermore, when asked to answer analogical reasoning problems such as A：B = C：？（D）, most of their visual focuses were fixed on the relationship of the target group（C：D）while the relationship of the source group（A：B） was ignored. Also, young children in the high score group were more susceptible to notice the relationship of the provided source group （A：B） to the problem, and use it to solve the. V.

(6) problem. Although young children of the low score group worked hard to solve the problem, due to their inability to visually focus on target source and lack of ability to apply it to t he problem, they are usually caught in the mist of choices and often attracted and mislead by the wrong choices. Therefore, we should focus on source problem as a key to the success of young children’s answer to analogical reasoning problems. Young children’s visual focus is generally in line with their answering reasons. Findings from this research would assist in the understanding of young children’s analogical reasoning process and its difficulties. Hence, act as a guideline to improving young children’s analogical reasoning strategy.. Key Words：Young Children, Interactive analogies testing, Eye Tracker, Visual Focus, Analogy reasoning. VI.

(7) 目次目錄 ..................................................................................................................... I 表目錄 ................................................................................................................ III 圖目錄 ................................................................................................................ IV. 目錄第一章. 緒論 ............................................................................................................................ 1. 第一節第二節. 研究背景與動機 ............................................................................................ 1 研究目的與問題 ............................................................................................ 5. 第三節第四節. 名詞釋義 ........................................................................................................ 6 研究限制 ........................................................................................................ 8. 第二章文獻探討 .................................................................................................................... 9 第一節類推能力 ........................................................................................................ 9 第二節眼動追蹤技術 .............................................................................................. 21 第三章研究設計與實施 ........................................................................................................ 31 第一節第二節. 研究架構與流程 .............................................................................................. 31 研究對象與場域 .............................................................................................. 35. 第三節第四節. 研究工具 .......................................................................................................... 37 實驗設計與流程 .............................................................................................. 40. 第五節資料處理與分析 .............................................................................................. 47 第四章研究結果與討論 ........................................................................................................ 49 第一節第二節. 幼兒進行類推時的視線關注區域與視線軌跡 .............................................. 49 高、低分組幼兒的視線關注區與視線軌跡 .................................................. 60. 第三節高、低分組幼兒的視線關注區、視線軌跡與解題策略 .............................. 69 第五章結論與建議 ................................................................................................................ 81 第一節第二節. 結論 ................................................................................................................ 81 建議 ................................................................................................................ 83. 參考文獻 .................................................................................................................................. 85 中文文獻………………………………………………………….…………………….87 英文文獻……………………………………………….……………………………….90 附錄一：實驗二互動式類比測量題目（共 6 題） ...................................................... 96 附錄二：實驗一互動式類比測量題目（共 24 題） .................................................... 97. I.

(8) 附錄三：互動式類比推理測驗答題原因記錄單 .......................................................... 99 附錄四:幼兒參與類比推理能力與視覺焦點實驗同意書 ........................................... 101 附錄五：搭配眼動追蹤儀之互動式類比測量題目 .................................................... 101 附錄六：高、低分組幼兒凝視熱區圖 ................................................................... .....102 附錄七：高、低分組幼兒視線軌跡圖 ................................................................... ….107. II.

(9) 表目錄表 2-1-1 四種類推理論的比較 ............................................................................................. 15 表 2-1-2 類推測量比較 ......................................................................................................... 17 表 4-1-1 幼兒類推表現之答對率與干擾選項選擇傾向 ..................................................... 50 表 4-1-2 幼兒選擇直接相關選項的理由 ............................................................................. 51 表 4-1-3 幼兒進行類推時的凝視總時間、解題相關之視線關注區凝視時間、解題相關之視線關注區視線關注區佇留時間比例......................................................... 52 表 4-1-4 受試幼兒視線關注區各區（A、B、C、D）所佔關注比例 .............................. 55 表 4-1-5 幼兒來源組內、標的組內、組間、答案區之掃視次數、比例、標準差 ......... 57 表 4-2-1 高、低分組幼兒類推表現之答對率與干擾選項選擇傾向 ................................. 61 表 4-2-2 高、低分組幼兒進行類推時的凝視總時間、解題相關之視線關注區凝視時間、解題相關之視線關注區視線關注區佇留時間比例..................................... 63 表 4-2-3 高、低分組幼兒視線關注區各區（A、B、C、D）所佔關注比例表 .............. 64 表 4-2-4 幼兒來源組內、標的組內、組間、答案區之掃視次數、比例、標準差 ......... 66 表 4-3-1 高分組來源組內、標的組內、組間、答案區之掃視次數 ................................. 70 表 4-3-2 高能力幼兒 C01 解題相關視線關注比例與各區（A、B、C、D）所佔關注比例......................................................................................................................... 71 表 4-3-3 高能力幼兒 C01 視線軌跡、凝視熱區、答題理由 ............................................ 72 表 4-3-4 低分組來源組內、標的組內、組間、答案區之掃視次數 ................................. 75 表 4-3-5 低能力幼兒 C17 解題相關視線關注比例與各區（A、B、C、D）所佔關注比例......................................................................................................................... 76 表 4-3-6 高能力幼兒 C01 視線軌跡、凝視熱區、答題理由 ............................................ 77. III.

(10) 圖目錄圖 3-1-1 研究架構圖 ............................................................................................................ 32 圖 3-1-2 研究流程圖 ............................................................................................................ 34 圖 3-2-1 實驗室配置圖一 .................................................................................................... 35 圖 3-2-2 實驗室配置圖二 .................................................................................................... 36 圖 3-2-3 實驗室配置圖三 .................................................................................................... 36 圖 3-2-4 實驗室配置圖四 .................................................................................................... 36 圖 3-4-1 類比題目修訂圖 .................................................................................................... 43 圖 3-4-2 9 點校正圖 ........................................................................................................... 44 圖 3-4-3 實驗流程圖 ............................................................................................................ 45 圖 4-1-1 解題相關視線關注區界定圖 ................................................................................ 52 圖 4-1-2 解題關注區域圖 .................................................................................................... 54 圖 4-1-3 各區掃視圖 ............................................................................................................ 56 圖 4-2-1 高、低分組幼兒各選項平均選擇比例圖 ............................................................ 62. IV.

(11) 第一章緒論本研究利用互動式類比工具結合眼動追蹤儀，同時輔以訪談之方式，探究幼兒進行類推時的認知歷程。首先，研究者以相關理論文獻為基礎，選擇符合幼兒認知能力與生活經驗的「互動式類比測量工具」，並結合「眼動追蹤儀」詳實記錄幼兒眼動軌跡。透過資料間的比對分析，探究幼兒進行類推時的思考策略與認知歷程。本章共分為研究背景與動機、研究目的與問題、名詞釋義及研究限制四節，並依序討論。. 第一節. 研究背景與動機. 研究者在幼兒園午餐時間時，曾經聽到以下這段可愛又發人省思的對話：. 安安：「扣、扣、扣」。雯雯：「好好笑喔!什麼聲音啊？」安安：「是響板」。雯雯：「什麼是響板?」安安想了一下，突然看到碗中的蛤蠣安安：「響板就是這個，扣、扣、扣」(拿起碗中的蛤蠣殼假裝是響板)。雯雯：「喔~!我想起來了，那這是笛子，嗶~嗶~嗶~」(拿起湯匙假裝是笛子)。幼兒因為舊經驗不足、認知發展尚未完全等原因，在生活中常常遇到無法理解的事物。因此由舊經驗中找尋相似的經驗，透過新舊經驗間的對應，學習新知便是他們最常運用的策略。這樣的過程說來複雜，但整個歷程往往在迅速又自然的一瞬間即完成。就像對話中，安安因為不知如何解釋響板是個樂器，便利用與響板有相似外表的蛤蠣敲擊出聲音；而雯雯理解響板是個樂器後，立即將手中的湯匙類比為笛子一樣，像這樣將已知領域學習到的經驗，對應到未知領域的過程，便可稱之為類推 (analogical reasoning)。類推是幼兒解決問題的方式，也是學習新知的重要手段，更與幼兒智力有密切相關 (e.g, C. Spearman 智力二元論、J. P. Guilford 智力結構論)。類推的運用不僅僅存在某個單一領域，而是橫跨在各個領域中(Chiu & Tron, 2004; Singer-Freeman & Goswami, 2001) 幫助幼兒獲得新知、形成假設、說明概念或是解決問題，也是人類認知最基本的部分（張. 1.

(12) 麗芬，1994）。因此，類推能力成為各家學者爭相研究的目標。而早期對於類推能力發展的年齡有許多不同的主張，有的學者強調類推為一高階認知能力，必須要在形式運思期或成人後才會展現. (English, 2004;Goswami, 1991)。但也有學者認為類推能力早在幼. 年期即出現 (e.g., Goswami & Brown, 1990, 1989；Holyoak, Junn, & Billman, 1984)，但因測驗題目、實驗場域 (Singer-Freeman, 2005 ; Goswami & Brown, 1990;Goswami & Brown, 1989 ; Sternberg & Nigro, 1980)等因素限制了幼兒類推能力的展現。這樣的爭論，經過後來的研究證實，類推能力的確存在幼兒遊戲、學習中後已不復所見（張麗芬，1995； Abdellatif, Cummings, & Maddux, 2008；Cheshire, Ball, & Lewis, 2005；English, 2004）。目前類推研究將重點，關注於幼兒進行測驗時，類推能力的改變以及使用類推能力時所展現的策略（蔡瑜汶，2011；張麗芬，1997；White & Caropreso, 1989）。這些研究，大都著重使用測驗所得結果，或幼兒語料記錄做為分析類推策略的資料，但是這些資料，不但無法即時反應解決問題的歷程（陳學志、賴惠徳、邱發忠，2010；Schooler, Ohlsson, & Brooks, 1993），更會干擾到受試者自然的解題過程，無法真實的呈現出連個體本身都沒有意識到的認知歷程（陳學志、賴惠徳、邱發忠，2010）。所以，要想深入探究幼兒內在認知歷程，必須找尋一種自然、真實的直接證據。幼兒園的教室中，常常可以聽到老師對孩子說：「注意看這裡！」或是：「注意看老師喔！」這樣的語言為的就是要引起幼兒注意。教育工作者為了吸引幼兒目光，甚至發明許多引起動機的方法，例如：手指謠、童謠……等。為什麼需要吸引幼兒的目光？幼兒是如何從外界接收到訊息的呢？這必須從視覺系統開始細數。視覺是生物各種感官知覺中最發達的一個系統，人類的認知處理歷程中，有 80%以上的訊息是由視覺獲得，而眼睛是人類視覺系統中，第一個接收訊息的角色（范士誠，2007）。幼兒從眼睛接收到訊息後，經由「神經傳導」將訊息送入知覺系統處理，最後產生認知。這個過程不是被動的接收，而是一個主動建構的過程，是兩個不同方向的認知處理的總和（韓承靜、蔡介立， 2008 ），分別為由下而上 (bottom-up) 的處理，以及由上而下 (top-down)的處理。在由下而上 (bottom-up)的處理中，幼兒可將低層次的物理刺激，轉化為高層次的心理意義，這樣的過程，類似訊息處理理論所主張之核心概念，亦即人類會以類似電腦管理訊息的方式，處理接收到的外界刺激（王雪貞等譯，2005）。但人腦畢竟不同於. 2.

(13) 電腦，人類的認知處理不只限於由下而上的處理，其更接近由上而下(top-down)的處理。在由上而下的處理中，扮演關鍵角色的就是人類高層次的心智功能，也可稱為執行功能 (executive function ; EF)。EF 受到大腦前額葉的控制，就像是掌管人類的認知以及行為表現的中控系統，不管是接收刺激或是表達思想，都有賴 EF 同時運用注意力控制 (attentional contral) 、認知彈性 (cognitive flexibility) 、訊息處理 (information processing) 、目標設定 (goal setting) 這些能力來執行（邱淑惠， 2012 ； Anderson, 2002）。而在四項能力中「注意力控制」對於幼兒認知歷程，有著不可或缺的重要性，隸屬其中的選擇性注意力與抑制衝動更是幫助幼兒選擇刺激、執行目標的重要推手。生活中充滿了大量圖像與物體等引人注意的訊息，幼兒的眼球與大腦必須合作蒐集、處理刺激，才能夠幫助幼兒在眾多刺激中正確提取所需要的部分。從大腦透過控制眼球將幼兒有興趣的事物投影至中央小窩以便接收可知，眼球運動代表了幼兒觀看事物的過程。所以，透過觀察眼球運動我們可以知道幼兒感興趣的區域以及注意力所在 (Rayner, 1998；Lewenstein et al., 2000；Barthelson, 2002)。十九世紀，科學家就隱約發現到眼球追蹤或許反映出某種與思考相關的線索，但受限於科技的不成熟，研究重點僅只於單單討論眼睛移動的現象（范士誠，2007），無法更進一步討論眼動與大腦間的關係。二十世紀，拜科技發達所賜，眼球追蹤技術突破設備昂貴、分析不易等缺點逐漸成熟，已經逐漸運用於運動、注意力、視覺傳播及閱讀等多個領域當中（呂文耀， 2008；唐大崙，2008；陳俊汕，2005；Steinbach & Held, 1968）。翻閱過去教育領域與眼動相關研究，研究者發現，眼動證據已經被用來分析多個教育領域之認知歷程，像是眼動與閱讀（陳學志、賴惠徳、邱發忠，2010；陳彥樺， 2010；蔡介立，2000；Taylor,1965）、眼動與教學（張雅嵐，2010；Mayer,2010;Holsanove, Holmberg & Holmqvist, 2009 ）、眼動與解題認知歷程（鄒孟君， 2010 ； Knoblich, 2001;Schooler, Ohlsson, & Brooks, 1993）等。由這些研究中可看出，記錄、分析眼動指標，確實提供了代表個體認知歷程的真實證據。這樣的資料也幫助我們更加理解人類無聲的認知歷程。目前國內並無與幼兒類推能力相關之眼動研究，國外也僅有一篇相關研究 (Clement , Harris , Burns & Weatherholt, 2010)。有鑒於類推能力為幼兒認知的基礎，並且近年來與眼動相關的研究，已不再單純探究受試者於各領域的認知歷程，而是開始比較不同能力受試者間眼動的差異，藉此瞭解造成兩者間差異的原因 (Water &. 3.

(14) Underwood 1998)。文獻指出，在比對語料記錄與測驗成績後發現，幼兒在互動式測量中，展現的類推能力與策略是有相對關係的（蔡瑜汶，2011），但這樣因能力而有所不同的差異，是否也顯現在幼兒的眼動歷程？本研究將探究兩者間之相關。本研究為瞭解與記錄幼兒進行類推時的認知歷程，將採實驗研究法，以一對一施測方式，搭配眼動儀記錄，以分析比較不同類推能力幼兒，在回答類推問題時的視線關注區域、眼動軌跡有何差異。藉由測驗結果、眼動證據、語料三者，全面瞭解幼兒類推能力、視線關注焦點以及解題策略三者間之關係。期望能夠深入探究幼兒進行類推時的認知歷程，並將結果提供給教育現場工作者，以增進其對於幼兒類推能力之理解。. 4.

(15) 第二節. 研究目的與問題. 本研究利用眼動追蹤儀記錄類推程度不同幼兒進行類比測驗時的視線軌跡，並輔以一對一訪談的方式瞭解幼兒類推時的認知歷程，同時本研究也從視覺焦點的角度探究類推能力不同的幼兒在進行類推測驗時之視覺軌跡及所使用的策略異同。以下就本研究目的及問題詳細說明之。. 一、. 研究目的. 本研究主要的目的為瞭解幼兒進行類推時的認知歷程，另外也進一步探討類推能力不同的幼兒在進行類推測驗時之視線軌跡及所使用的策略。據此，本研究之研究目的可歸結為以下三點： (一) 瞭解一般而言，幼兒在回答類推問題時的視線關注區域以及眼動軌跡。 (二) 瞭解類推能力程度不同幼兒在回答類推問題時的視線關注區域以及眼動軌跡。 (三) 探討幼兒在回答類推問題時的視線關注區域、眼動軌跡與解題策略的關聯。. 二、. 研究問題. 根據研究目的，本研究將欲探討之研究問題分述如以下三點： (一) 一般幼兒在回答類推問題時的視線關注區域以及眼動軌跡為何？ (二) 類推能力程度不同幼兒在回答類推問題時的視線關注區域以及眼動軌跡有何差異？ (三) 幼兒回答類推問題時，視線關注區域、眼動軌跡與解題策略三者間之關聯為何？. 5.

(16) 第三節. 名詞釋義. 一、幼兒 (Young children) 「幼兒」一詞，廣義而言係指從出生到六歲之幼兒，可分為兩個時期：(一)嬰幼兒期，此時期又可分為嬰兒期(出生至一歲半)及幼兒期(一歲半至三歲)。(二)兒童期早期 (三歲至六歲)，此時期又稱為「學前時期」。狹義的則根據《幼兒教育及照顧法》定義「幼兒」係指二歲以上至入國民小學前之人（教育部，2011）。本研究對象之幼兒為 24 位就讀於台中市喜樂、發光幼兒園之學齡前大班幼兒，年齡皆介於五歲到六歲之間。. 二、類推 (Analogy reasoning) 類推 (analogical reasoning)是個體將某一個熟悉情境所學習到的知識（亦稱來源系統）遷移到另一個不熟悉的情境（亦稱標的系統）的對應歷程（張麗芬，1994）。幼童在解決傳統抽象式類比題「A：B＝C：D，D為未知」時所使用的方法稱為類推策略，受試者必須由「A：B」的關係找出D的正確類比答案，使「C：D」的關係與「A：B」的關係相同之配對關係（Piaget et al., 1977；引自Goswami, 1991）。本研究所指之類推能力是以幼兒在互動式類比測量中的表現為主，包含推理正確比例與圖片選擇傾向兩部分。互動式類比測量為邱淑惠與蔡瑜汶（蔡瑜汶，2011）利用 Microsoft Office Power Point 軟體所設計，依循傳統類比題 a：b = c：d 題型，以連連看的方式呈現問題，幼兒作答後能立即提供幼兒正確與否互動訊息回饋之測驗方法。本研究將共三十題之互動式類比測量分為兩部分，其中二十四題用於測量幼兒類推能力並依此結果進行能力分組；另外為了避免幼兒因實驗時間過長晃動身體，影響儀器紀錄視覺焦點，特別選擇不同領域、難度適中之六題問題搭配眼動追蹤儀的使用進行幼兒眼動歷程記錄，此時並不提供回饋情境。幼兒的類推能力以30題中的答對率來衡量。. 6.

(17) 三、眼動追蹤技術 (Eye tracking) 最常被使用的眼球軌跡測量方法為「瞳孔與角膜的影像合併分析法」(Video Combined Pupil/Corneal Reflection)，這種方法能夠記錄並分析遠紅外線在角膜上的反應點與瞳孔中央位置間的差異藉此計算出眼球位置及頭部位置的移動 (Crane,1994)。本研究採用 SR RESEARCH 所生產之桌立式眼動追蹤儀 EYE LINK II 。. 四、視覺焦點 (visual focus) 解題時幼兒視線注視的焦點稱為視覺焦點，藉由視覺焦點可瞭解幼兒類推時關注的區域。本研究所關注的視覺焦點包括：凝視時間(Fixation duration)以及視線軌跡 (scanpath)。凝視時間即代表眼睛凝視事物時，位置持續保持不變的時間。凝視時間的長短與圖片複雜度或訊息量大小有關 (Rayner,1998)。本研究之凝視時間係指幼兒進行類比測驗時，眼動追蹤儀所記錄幼兒停留於題目 A:B::C:D 各區塊的時間。視線軌跡及代表在閱讀過程中，眼睛凝視點與凝視點間移動所形成之順序軌跡。可藉以了解閱讀時提取線索順序的資訊。本研究之凝視軌跡除由視線軌跡圖以及眼動數據歸納出總掃視次數，更進一步依據視線軌跡橫跨之區間將之定義為來源組內關係掃視（A-B）、標的組內關係掃視（C-D）、組間關係掃視（AB-CD）、標的答案區內掃視（D-D），以求更精確分析幼兒視線軌跡。. 7.

(18) 第四節. 研究限制. 本研究在研究過程中難以避免場域、對象、以及工具上之各種限制，以下針對研究對象、研究工具兩項進行本研究之研究限制說明。. 一、研究對象本研究因場域、工具、時間之諸多限制，對象選取實屬不易。故本研究僅以立意取樣選取台中市私立喜樂、發光幼兒園大班幼兒 24 名，對於類推認知歷程之探究將侷限於與本研究相似之受試樣本，若要將研究結果推論至其他年齡層，需更謹慎。. 二、研究工具眼動追蹤儀價格昂貴，本研究採用之眼動追蹤儀 EYE LINK II 為桌立式眼動追蹤儀，對於活動力旺盛之幼兒來說，在測驗過程中難免會因為場域、實驗者不熟悉、工具穩定度等因素，影響幼兒作答時的心情。在場域的部分，研究者限制進入實驗場域人數避免影響幼兒心情；在實驗者不熟悉的部分，研究者邀請帶班老師陪同幼兒一同進入實驗場域中以穩定幼兒心情，但實驗進行中限制老師發言，排除影響實驗之可能；在工具穩定度的部分，研究者利用椅墊將幼兒高度調整到符合眼動追蹤儀記錄的高度，並且輔以清楚的指導語讓幼兒在施測前對於施測規則有一定的瞭解，避免因過度晃動造成的測量偏誤。. 8.

(19) 第二章文獻探討. 本節首先由討論類推能力的意涵、相關理論、測量方法以及回顧近年來類推能力的相關研究開始，接下來探討眼動追縱技術的視覺認知、發展歷史、分析方法及眼動追蹤技術的相關研究，最後探討結合類推能力與眼動追蹤技術之實徵研究，整理與幼兒類比推理與眼動追蹤技術相關的發現。. 第一節. 類推能力. 在日常生活中我們常常會使用類推能力，例如遇到一種沒有見過的動物，我們就會自然而然的從記憶中提取舊經驗來判斷，有扁扁的嘴像鴨子一樣，所以也是生活在水邊的動物嗎?這種能力也是我們在獲得新知、形成假設、說明概念或解決問題的重要方式（張麗芬，1994）。以下就類推能力的意涵、相關理論、測量方法、相關研究分述之。. 一、類推能力的意涵、重要性與理論. (一)類推能力的意涵類比（analogy）的概念是在兩個或兩組看似毫不相關的事物中找尋相關連的線索或組成要素讓兩者間產生關係，也就是讓兩個已存在事物其間產生對應或比較 (Goswami,1991)。類推 (analogical reasoning)則是個體將某一個熟悉情境所學習到的知識（亦稱來源系統）遷移到另一個不熟悉的情境（亦稱標的系統）的對應歷程（張麗芬， 1994）。所以，來源情境必須和標的情境有某些部分的類似，只要這兩個情境類似的部分越高、干擾成分越小，那這兩個情境就會越容易被連接起來，類推的遷移歷程也就越容易發生（張麗芬，2006；Abdellatif et al., 2008；Brown & Kane, 1988；Gentner, 1988；Gentner,Rattermann, & Forbus, 1993；Gentner & Toupin, 1986；Goswami, 1989,. 9.

(20) 1991, 1996；Goswami &Brown, 1989, 1990；Holyoak et al., 1984；Holyoak & Thagard, 1989；Singer-Freeman, 2005；Singer-Freeman & Bauer, 2008）。. (二)類推能力的重要性類推有助學習者在兩個事物或情境之間找尋相似或關連性，藉此達成學習或解決問（張麗芬，1994；Goswami,1991）。類推在生活中無所不在，當幼兒能夠在不同的問題情境當中成功的運用類推，對其學習則有正向幫助（蔡瑜汶，2011）。每當遇到新的問題無法解決時，成人就會從記憶中提取解決問題的有效線索；幼兒也是一樣，當他們試圖瞭解一個新概念或是解決新問題時，只要新事物與他們的舊經驗有某方面的相似，幼兒就可能將已知的舊經驗經由知識的遷移到新經驗上面以認識新事物。例如當孩子第一次見到不認識的人時，在打招呼前會先由外表判斷陌生人的性別、年紀以決定自己應該要稱呼陌生人為叔叔、阿姨或是哥哥、姐姐。又或著在瞭解為何蝴蝶幼蟲不是小蝴蝶而是毛毛蟲時孩子就可由曾學過的舊經驗〝青蛙是由蝌蚪變成的〞為出發點去學習。換句話說，學習很多時候都立基於類推，類推的過程中我們會將問題表徵與一個類似的基模做對應，而這個基模是從經驗的學習上獲得的，可以幫助我們對一些現象做有效的推理 (Halford,1993)。在平日的生活中，我們每天都需要類推能力幫助我們了解新知以及解決大小問題，可以說是無時無刻都正在進行類推，例如我們可由鞋櫃判斷孩子是否都已到校。也因此可以用更加快速、便利的方式學習新知識或着解決生活中的問題。. (三)類推能力的理論既然類推能力無時無刻協助人們處理生活中的問題，那我們是從什麼時候開始有類推能力的呢?早期的學者認為類推能力只出現於青春期或成人階段而兒童必須於形式運思期階段才能具有類推能力，但也有學者認為類推能力從幼年時期即出現（引自蔡瑜汶，2011）。就算對於類推能力出現的時間抱持著不同的主張，依然有學者主張類推能力在幼兒認知發展能力中擔任發展指標一要角，類推能力也是促進幼兒學習的重要推手 (Goswami,1991)。. 10.

(21) 類推能力為兒童認知能力發展的指標，隨著年齡增加，幼兒在類推的表現也漸漸趨於成熟（張麗芬，1994）。類推能力也是兒童思考內涵與發展的重要關鍵，為瞭解類推思考受年齡影響的程度以及改變的歷程主要可從四個理論探討，分別為 Piaget 所提出之結構階段模式、Sternberg 的運作成分理論、Gartner 的結構對應理論以及 Holyoak 的基模歸納理論，以下將四項理論分述如下： 1.結構階段模式（A Structural Stage Model）認知心理學的翹楚 Piaget 認為兒童的認知發展有四個主要的階段，依序為感覺動作期、運思前期、具體運思期以及形式運思期，幼兒的認知在這四個時期會慢慢的由簡單發展到複雜、由具象發展到抽象。為了要理解幼兒年齡、認知與類推能力發展間的關係，Piaget 等人（1977）以五歲以上的幼兒為對象設計了一系列以圖片為主要施測材料所進行的實驗，且依據實驗結果將兒童類推能力的發展依認知發展順序分為三個主要的結構階段；也就是類推的結構階段模式，分別為運思前期、具體運思期和形式運思期 (Goswami,1991)。階段一的幼兒不像感覺動作期的孩子只依賴感官經驗促進自己對於外界的認識，他們開始能理解兩個不同的事物間可能存在某種關聯，也就是已經開始有了簡單的推理的能力。在這個階段的幼兒詮釋兩個圖片間的關係不會像成人一樣有一定的規則可循，反而是用特異的方式對圖片作出解釋。例如在媽媽：高跟鞋：：爸爸：?的配對問題中，幼兒雖然能選擇皮鞋以完成正確的配對關係，但其回答的配對原因與成人所回答的相差甚遠。成人因為已經能夠隨心所欲使用類推能力所以能夠理解這就是人與鞋子的配對關係，但幼兒因為能力並不是很穩定，所以對於答案的解釋可能是：爸爸喜歡黑色。學者稱這種忽略問題中前後對關係，只著墨於後一對關係類推為「低階關係」類推。因此，Piaget 認為幼兒尚未有能力進行完全正確的類比（張麗芬，1993 ； Goswami,1991）。階段二的幼兒除了能發現「低階關係」以外，也開始出現「高階關係」的推理，亦即幼兒不只能理解問題表面間的關係也開始能夠理解問題隱含的線索，但這樣的表現並不穩定。例如：在前述媽媽：高跟鞋：：爸爸：?的類比題中，幼兒對於答案的解釋或許會是接近正確類比的，亦即同時考慮前一對與後一對的線索而推論出爸爸跟媽媽出門都要穿鞋子；也有可能出現類似階段一的答案：爸爸喜歡穿鞋。Piaget 在認知發展. 11.

(22) 論中也提出，真正的類推須要能瞭解各個配對中的共同性，才算能理解「高階關係」。類推能力必須在兒童認知發展階段中的形式運思期也就是階段三才能有穩定的「高階關係」類推能力。在這個階段，兒童對於媽媽：高跟鞋：：爸爸：皮鞋類比題的詮釋可能就會是接近大人的解釋方法：女生穿高跟鞋，男生穿皮鞋。所以 Piaget 主張，形式運思期的兒童能夠瞭解問題中的線索並且善用類推能力解決生活中的問題以及吸收新知，在這個階段兒童才擁有真正完整的類推能力（蔡瑜汶，2011；張麗芬，1993； Goswami, 1991）。由上述我們可知 Piaget 認為兒童需到形式運思期才能將類推能力發展完成並運用自如（張麗芬，1993；English, 2004）。雖然早期的部分研究也支持此說法，但有鑒於其實驗方法多依賴語文表達，甚至實驗中提供之素材超出幼兒生活經驗等原因（張麗芬，1995；Goswami, 1991），有研究者改以提供貼近幼兒生活經驗的圖片為其實驗的測量工具，並發現運思預備期的幼兒即有能力進行類推（蔡瑜汶，2011；Sternberg & Rifkin, 1979）。但截至目前，尚未有學者對幼兒進行類推時的思考過程提出足夠的具體證據，故尚無法精確的瞭解幼兒在進行類推時的認知歷程。 2.運作成分理論 (Component Theory) 運作成分理論是以 Spearman 的理論為基礎並將類推時的認知處理過程做出一新的詮釋，Spearman 提出語文類比包含了三個基本認知原則，分別為經驗的理解、關係的推論和相關的推斷 (Sternberg & Nigro, 1980)，而 Sternberg 則將此理論作進一步的解釋，他試圖使用訊息處理論分析個體進行類推時的認知歷程並且探討題目的結構對於我們解題認知處理的影響，且認為類推能力與智力有很高的相關（張麗芬，1995； Sternberg, 1977；Sternberg & Nigro, 1980）。 Sternberg 應用訊息處理理論將類推分成六個過程，分別為：編碼、推論、對應、應用、辨明及反應 (Sternberg，1977)。編碼就像是眼睛，負責將前述類比題中 a、b、 c、d 四個不同物件的字詞辨認出來並且傳送到短期記憶中；推論即為發現 a 與 b 之間的關係，並且記錄到工作記憶中；對應則能夠發現到 a 與 c 之間的高層關係原則；應用是察覺問題間的原則並且評估所有可能，找到最適合的解答；最後的反應就是控制所有的解題過程並且作出解答。（張麗芬，1995）許多學者對於 Sternberg 運作成分理論中的六個成分來源提出質疑(Pellegrion &. 12.

(23) Lyon, 1979)，質疑類推時大腦的精密運作是否可以用短短六個階段即一語帶過。但無庸置疑的是，許多有關於類推的研究(圖形、語文、幾何)大都支持 Sternberg 所提出的運作成分理論（張麗芬，1995）。 3.結構對應理論 (Structural-mapping Theory) 結構對應理論不同於結構階段模式以及運作成分理論，其重點在以類比為基礎學習新概念。此理論將類推的來源以及標的問題間的層次分為兩種：表面相似與結構相似，表面相似即指含有容易吸引人注意的細節，但此元素與正確類比並無直接相關；而結構相似即是兩概念中有某種共同的結構或因果關係。例如：在蔡瑜汶(2011)小鳥：鳥窩：=白色的小狗：? 的類比問題中，答案「黑色的小狗」即為問題中之表面相似答案；而答案「狗屋」則因與小鳥：鳥窩有同樣的居住關係，故為本題之結構相似答案。 Gentner(1988)並以此為基礎進一步提出關係轉換假設 (relational shift hypothesis) 用來解釋幼兒的類推歷程，主張幼兒會從一開始只著重物體或問題表面相似特徵轉變到開始注意物體或問題間屬性的相似，最後能順利運用物體或問題間的結構相似性為解決問題的策略，這樣的改變主要是受到幼兒發展階段不同的影響 (Goswami,1991)。結構對應理論主張類推即是將某一熟悉的來源知識對應到不熟悉的標的領域，以期了解標的領域的新知識並且達成正確類比的歷程，要想達成這個目標最需要的就是找出來源問題以及標的目標之間的共同點。在這樣的歷程裡幼兒的舊經驗顯得十分重要，若其對於來源以及標的領域知識都有一定的熟悉度，則年齡對於類比的限制將會相對的減少（蔡瑜汶，2011；Gentner, 1988；Gentner et al., 1993）。總而言之，結構對應理論認為類推應該將焦點放於來源及標的兩系統之間的對應、共同關係，進而對高階關係進行配對。在此歷程中，若來源與標的兩系統間的表面相似性及結構相似性有高度相關則可引導受試者注意類比線索，達到更正確的遷移，這也是 Gentner(1988)所提到的透明化原則 (transparency)。縱然 Gentner 的結構對應理論用了很簡單的原則解釋出複雜的類比歷程，但張麗芬(1993)指出其理論中忽略個體在提取來源問題以及標的問題線索時的困難點。針對這點，Holyoak 在基模歸納理論中詳細的加以分析，結構對應理論的不足也成為了基模歸納理論的研究核心。 4.基模歸納理論 (Schema Induction Theory) 基模歸納理論與結構對應理論皆重視類推歷程中來源與標的問題的表面、結構相. 13.

(24) 似性，但其更加強調將來源問題得到的基模經驗遷移至待答標的問題這一提取既有舊線索以解決新問題的過程（黃幸美，2004；Holyoak & Thagard, 1989）。在進行類推時，幼兒若能注意並使用問題間的結構相似性作為解答的線索，這樣就可避免在解決問題時提取到對解題沒有幫助的表面相似特徵，但要想順利注意到關鍵線索前必須先對於問題有一定的熟悉度，這點對於舊經驗有限的幼兒來說是有困難的，他們在解決不熟悉問題時常會因來源問題與標的問題間有過多的表面相似而無法產生知識的遷移（張麗芬，1994）。基於此，Holyoak 等人(1984)也進一步提出幼兒類推能力不如成人可能是因為缺乏問題領域的相關經驗，若給予其足夠的來源問題資訊，幼兒是能夠順利提取問題中結構相似性的線索的。基模歸納理論認為幼兒的舊經驗就像是基模，在處理類比問題時可以提供重要線索，故幼兒若能提取適當的基模進行類推則答題成功的機率將會大增，並且此理論也很強調個體歸納知識的能力，例如幼兒解題時是如何提取相關知識進行學習…等。 Holyoak 以及其研究夥伴以此問題為出發點進一步將進行類推時的過程分為四個部分，分別為：建立表徵、注意與提取可用線索、對應、學習或產生解決問題辦法。這四個部分在實際運作時並沒有一定的順序，並且成分間可以互相結合成多種相互作用方式（張麗芬，1993）。基模歸納理論點出了對應在類推歷程中扮演著不可或缺的要角，其主張類推的目的是讓個體將已知的問題解決辦法應用到新的問題情境當中（張麗芬，1993），而要想達成這個歷程目標，最重要的就是必須發現來源及標的問題間的關鍵對應關係。總而言之，Holyoak 的基模歸納理論認為類推就是藉著對應將已有知識遷移到另一新的情境之中並且因着這樣的遷移過程不斷累積最後習得新知的一個過程（蔡瑜汶，2011； Holyoak & Thagard, 1989）。 Piaget 的結構階段理論、Sternberg 的運作成分理論、Genter 的結構對應理論以及 Holyoak 的基模歸納理論四項理論皆為類推的重要理論模式，統整上述理論後可發現，四項理論在研究取向、基本觀點以及研究重點方面有所不同，茲將四理論比較列於下頁表 2-1-1。. 14.

(25) 表 2-1-1 四種類推理論的比較結構階段模式研究認知發展論. 運作成分理論. 結構對應理論. 基模歸納理論. 解題歷程分析. 一般推理. 解決問題. 訊息處理理論. 關係轉換假設. 知識基模的表. 取向基本認知發展階段觀點. 論. 徵與提取. 研究類推能力與認. 解題歷程成分運用類比瞭解運用類比解決. 重點. 分析. 知發展階段間. 新知. 問題. 的關係資料來源：研究者修改自幼兒類推能力與策略之探究(頁 27)，蔡瑜汶，2011，國立台中教育大學幼兒教育研究所碩士論文，台中市。即便四項理論看似互相衝突，但理論間又有某些相互支持的部分。結構階段理論從認知發展階段出發，整理出類推能力與認知發展階段間的關係而運作成分理論以此為基礎，進一步提出解題的推理歷程。運作成分理論強調對應、類比在解決類推問題時的重要性，而基模歸納理論以此理論之不足之處為基礎提出基模的提取對於組織知識結構的重要之處。研究者認為幼兒的舊經驗可說是學習的基石，所有學習都是慢慢堆疊建構而成的。結構階段模式強調年齡與能力間之關係；而運作成分理論則是試圖以六項運作成分將進行類推時的階段一語概之，兩理論皆忽略知識基礎的重要性。研究者認同結構對應理論以問題表面與結構相似性為出發點引導出個體在關係間轉換的能力以及基模歸納理論強調類推能力的發展與策略受到過去知識的影響，因此實驗工具選擇以此兩理論為基礎的互動式類比測量（蔡瑜汶，2011）。但有鑑於目前對於幼兒類推能力與策略的觀察皆停留於表面上的解釋，本研究也期望能藉由實驗提出更具有說服力的證據並且由此能更瞭解幼兒類推時的認知歷程。. 二、類推能力的測量 15.

(26) 心理學家們在探討類推思考內涵時，因為觀點以及研究取向不同，常使用兩種類型的問題測量類推能力的發展，包含：傳統式類比測量 (classical analogies testing)及問題解決式類比測量 (problem solving analogies testing)。以下分別就傳統式類比測量以及問題解決式類比測量比較之：. （一）傳統式類比測量 (Classical Analogies Testing) 傳統式類比測量的題目設計方式類似傳統智力測驗（張麗芬，1994），過去在題目內容設計方面常包括抽象的文字、自然物質、幾何圖形、比例數字 (Alexander & Buehl, 2004；Singer-Freeman & Goswami, 2001；Goswami & Brown, 1965 ; Lunzer, 1965)等等，近期對幼兒的測量大都用實物圖像為主（蔡瑜汶，2011；張麗芬，1993）。傳統式類比測量的問題主要是以 A：B＝C：D 的形式出現，D 為未知，若解題者可理解問題內隱含的關係推理便可由題目提供之四個選擇中選出正確答案。以「蝌蚪：青蛙＝毛毛蟲：?」為例，要想正確解題，解題者必須了解圖案的意義，再找出 A：B 間的各種低階關係，亦即理解「蝌蚪是青蛙的幼蟲」；接著推敲出 A 與 C 之間的高階關係，亦即知道「蝌蚪與毛毛蟲皆為幼蟲」；最後根據 A 與 B 以及 A 與 C 之間的關係選擇最理想的答案，由「蝌蚪長大變青蛙」、「蝌蚪與毛毛蟲皆為幼蟲」推敲出 D 的正確選項為蝴蝶使得 A 與 B、C 與 D 之間有某種關聯性，以此例來說兩者都是幼蟲→成蟲的形式。解題者在處理這種傳統的類推問題時，必須同時考量組內的比較關係（也就是 Piaget 主張之低階關係）以及組間的關係（也就是 Piaget 主張之高階關係），才能夠順利推理。若幼兒能同時兼顧組間及組內的關係則較能夠成功的進行類推（涂金堂，2001；Levison & Carpenter, 1974）。. （二）問題解決式類比測量 (Proble m Solving Analogies Testing) 不同於傳統式類比測量專注於 A、B、C、D 要素間的比較，問題解決式類比測量題目設計方式著重於來源問題以及標的問題間的比較，先提供與標的問題有相似結構之來源問題作為解題者解決問題之線索。主要是評量解題者是否能將解決來源問題的方法類推到解決標的問題上最後順利解決問題（黃幸美， 1994 ； Gick & Holyoak, 1980）。在題目設計方面問題解決式類比多以紙筆或口述的方式進行測量，題目內容設. 16.

(27) 計方面多提供與解題者生活經驗相關的問題。例如 Holyoak & Billman(1984)提出的「寶石問題與球的問題」實驗中，來源問題為：會魔法的仙子利用了神奇的手杖以及魔法地毯成功的將寶石從瓶子中移到另一瓶子；標的問題為：提供工具並請孩子想辦法將碗中的球，在不使用雙手的原則下移至另一碗中。當解題者發現來源與標的兩問題中相似的結構（使用工具移動目標物），則成功解題的機率便會大大增加。傳統式類比測量與問題解決式類比測量兩者進行類推能力測驗的方法在題目設計、功能、測量方式都有所不同，在此將兩者間之相異處整理如下表 2-1-2。. 表 2-1-2 類推測量比較. 題目設計. 功能測量方式. 傳統式類比測量. 問題解決式類比測量. 抽象的文字、自然物質、幾何圖形、實務圖像、比例數字運用類比找出答案，著重知識的遷移操作、紙筆（選擇題）、口述測量. 故事情境、任務解決. 運用問題間相似結構解決問題操作、口述、紙筆（問答題）測量. 但從不同角度來看，傳統式類比測量與問題解決式類比測量兩者間又有某方面的相關，例如傳統式類比測量以「A：B＝C：D」方式呈現而問題解決式類比測量也可用「來源問題：來源解答＝標的問題：標的解答」的方式思考，依此角度思考可發現兩者間看似截然不同但其中確實有某種方面的相關。研究者考慮到傳統式類比測量施測容易、評分方便、題目可涵蓋內容較廣，大大增加答題者之答題動機。故選擇傳統式類比測量為本研究之測量方式。. 三、類推相關研究探究幼兒類推能力的相關研究隨著時間的演進有著不同的研究重點，近年來類推相關實徵研究大致可區分為類推能力的發展、限制類推能力的因素、幼兒類推能力使用策略等面項，以下針對類推相關實徵研究進行探究，以過去學者們的貢獻，作為研. 17.

(28) 究者重新檢視研究方向之參考。. （一）類推能力的發展早期對於類推能力發展所進行的研究，其結論常主張類推能力為一高等認知能力，通常於年齡較大兒童或成人身上才會出現 (Goswami, 1911)。但這樣的結果隨著學者們開始改良評量工具，利用不同形式的測驗進行實驗而改變，有更多的證據顯示幼兒無法回答傳統式類比題，並非無法進行高階關係的推理，而是無法理解題目意義及題目間因果關係所致 (Goswami, 1989；Goswami & Brown, 1990)，甚至有研究指出只要幼兒具備解題所需的知識，他們便能解決傳統類推問題（張麗芬，1995）。也因此，近期的類推相關研究在研究對象年齡上有越來越小的趨勢，從原本的4~7歲 (Singer-Freeman & Goswami 2001；White, Alexander & Daugherty, 1998；Goswami & Brown, 1990)下降至2~3 歲(Singer-Freeman, 2005；Singer-Freeman & Bauer,2008)，研究結果也顯示只要幼兒在支持性的環境中，便可展現類推能力。. （二）限制類推能力的因素早期研究的學者提出了很多試圖證明幼兒之所以不具備類推能力的原因，一開始學者主張幼兒無法展現類推能力是因為發展不成熟所致 (Goswami, 1911)，但此說法不為大部分研究結果所接受。後續學者提出幼兒無法順利進行類推的原因除了是無法順利使用關係轉換假設 (Sternberg & Nigro, 1980) 之外、還可能是幼兒無法理解題目意義 (Sternberg & Nigro, 1980) 、缺乏與問題相關的背景知識、問題任務解釋不清楚 (Singer-Freeman, 2005)、對研究場域不熟悉、難以理解實驗題目或受到干擾選項影響 (Goswami & Brown, 1989；Goswami & Brown, 1990)等緣故。隨著學者們在不同時期研究所得出的結果，可以發現限制幼兒類推能力的因素已經從單純的個體發展不足轉變為幼兒本身成熟度、測驗題目、實驗場域三者的影響。也因為這樣的改變，專家們在後期的實徵研究中發現，若是施測問題隱含之連結為幼兒有限的知識可以理解的、施測前先行提供相關推理練習機會或施測中根據幼兒反應提供適當回饋（蔡瑜汶，2011；Alexander et al., 1989；Goswami & Brown, 1989, 1990；Singer-Freeman & Bauer, 2008）比較不會低估幼兒的能力，有助其發揮類推實力。. 18.

(29) （三）幼兒的類推策略與能力之增進除了探討幼兒類推能力發展以及限制類推發展的因素以外（張麗芬， 1993 ； Alexander et al., 1989；Cheshire et al., 2005；Goswami, 1989；Goswami & Brown, 1989； Singer-Freeman & Goswami, 2001），學者也將研究重點關注於幼兒進行類推能力的改變（蔡瑜汶，2011；張麗芬，1997；White & Caropreso, 1989）。研究發現在教學過程中老師的講解、學生參與、教師的示範與回饋、學生本身的練習皆有助於類推能力的使用 (White & Caropreso, 1989)，這樣的結果讓學者們發現，若是經由適當的引導，幼兒的類推能力運用方式將會有不一樣的改變。相關研究學者不只是將問題焦點關注於類推能力的提升，也開始觀察幼兒使用類推能力時所展現的策略；有研究發現部分幼兒在進行類推時會仔細觀察來源問題的每個選項後再作出選擇，當問題符合幼兒既有知識時，幼兒較不會受到問題選項表面特徵的影響，但若遇到比較困難的問題，幼兒會採取依賴表面特徵的策略進行類推（張麗芬， 1995）。另外，在解題前若提供幼兒與問題相關之來源故事將可提高幼兒之類比遷移機率，部分幼兒在學會工具（或知識）的新用途後，也會將這些工具（或知識）運用至其他類似情境（張麗芬，1997）。近期的研究中也有學者自行設計互動式類比測量，實驗過後配合測驗結果及幼兒解題過程的語料進行分析，發現幼兒容易受到直接相關、表面相似、相同種類三種錯誤選項干擾，但在持續接受答對或答錯之訊息回饋後，受到干擾的比例會明顯降低，亦即隨著回饋訊息的獲得，幼兒更能進行正確的類推（蔡瑜汶， 2011）。從以上研究結果可看出幼兒類推的相關研究已從單純的瞭解影響類推能力因素轉為關注幼兒進行類推的推理過程及採用的策略，研究者認為，這樣的改變顯示了幼兒測驗〝過程〞的重要性，在進行類推的過程中所展現出的測驗成績、語料、身體語言，都是可用來分析幼兒類推策略、認知歷程的重要資料。過去的研究大都著重於使用測驗所得結果評量幼兒類推能力及以使用幼兒語料記錄為類推策略分析資料。考量只以幼兒之語料瞭解幼兒的類推歷程及策略，仍缺乏更確切的直接證據，因此，本研究除了採用加入對或錯回饋之「互動式類比測量」（蔡瑜汶， 2011）評量幼兒的類推外，在實驗中也會應用「眼動追蹤儀」以詳細記錄幼兒進行類推測驗時的眼動歷程，並搭配幼兒類推測驗的題項選擇理由分析幼兒的類推歷程。. 19.

(30) 20.

(31) 第二節. 眼動追蹤技術. 「眼睛，是人類的靈魂之窗」。眼睛除了在日常生活中幫助我們蒐集資訊外，同時也是表達感情及溝通的好工具。透過眼神，我們可以解讀想法或瞭解他人的心情，因此，眼睛所傳達的訊息是超乎我們所想的。以下就視覺認知與訊息處理、眼動儀歷史與分析方法、眼動儀相關研究幾點分述之。. 一、視覺認知與訊息處理研究者身為一位幼教老師，常能夠從孩子的眼睛感受到當下的情緒或想法，當幼兒的眼神飄忽時，表示他有某方面的祕密；當幼兒的眼神透露出專注時，表示他對事物具探究的興趣；這樣看來，有經驗的教師似乎從幼兒眼神就可解讀出無限的訊息。雖然這都僅是沒有證據證明的一種感覺，但也是從這些細小的線索我們可發現，眼睛的移動隱隱約約透露出一些值得關注的訊息。為什麼眼球會移動呢?從眼睛的結構來解釋，人類的視網膜 (retina)位於眼球的最內側，其中包含錐細胞 (cone)及桿細胞 (rod)兩種感光細胞；夜晚視線仰賴桿細胞，而在光線充足的白天則需依靠具備色彩視覺能力並可看清事物細節的錐細胞，大部分的錐細胞都集中在水晶體後方稱為中央小窩 (fovea)的地方，而眼睛轉動就是要將需注意的物體或影像投射在中央小窩上達到接收訊息的目的（王滿堂，2004；Jensen, 2003）。幼兒的生活中充滿了大量圖像與物體等各式各樣引人注意的訊息，為了應付這樣複雜的環境，幼兒必須有良好的辨識能力才能快速又正確的處理龐大的資訊。例如：當幼兒看到一種從沒見過的動物，他可能會從四條腿、身上有毛、會跟人類撒嬌這些線索推敲出這個動物是小狗。從這樣的過程我們可以發現，幼兒會注意到週遭刺激並且將接收到的新資訊與記憶中舊有訊息作比較、歸類最後針對這些訊息做解釋、辨別和分類以吸收新知（范士誠，2007）。由上述可知，訊息藉著感覺刺激（例如:眼睛看見動物）經由神經傳導進入人的知覺系統，再經由知覺系統的處理（例如:與舊有經驗比較）產生認知（例如:這個動物是小狗）。那人類的知覺系統是如何處理接收到的訊息呢？人類處理訊息的過程可分為兩. 21.

(32) 種程序（引自張欣戊、林淑玲、李明芝譯，2010；范士誠，2007），分述如下。. （一）由下而上的處理 (bottom-up processing) 由下而上的處裡又被稱為是資料導向 (data-driven)的處理，處理方向由低層次訊息往高層次訊息處理，每個較低層次的處理結果都將成為下一個較高層次輸入處理的基礎，此過程可將物理刺激轉化為具有心理意義的歷程而最終目的為辨認出輸入的訊息具有何種意義（張欣戊等譯，2010；范士誠，2007）。例如：太靠近火源，感受到超出忍受範圍的熱度就知道是危險。由下而上的訊息處理過程十分類似訊息處理觀點的核心概念，亦即人類以類似電腦管理訊息的方式處裡接收到的外在環境刺激 (王雪貞等譯，2005)。訊息處理模式描述訊息會經過三個處理單位，分別為感覺儲存 (sensory store)、短期儲存 (short-term store, STS) 和長期儲存 (long-term store, LTS)。模式中的第一個處理單位是感覺儲存，刺激（例如：視覺、聽覺）在此被注意但只能短暫保留，保留的內容也相當容易消逝，就像是感覺的殘像或回聲。當刺激訊息在第一個處理單位被注意到，將立刻進入第二個處理單位 -短期儲存，短期儲存也可稱為運作記憶，具有兩項重要功能1.暫時儲存訊息，並且思考 2.可以用這些訊息做什麼。但顧名思義短期儲存僅能短暫儲存限量訊息，若要將訊息長久存放成為知識、經驗或印象，並將其用於處理訊息及解決問題的策略，必須仰賴第三處理單位-長期儲存（張欣戊等譯，2010；陳學志、賴惠徳和邱發忠，2010）。由上述可知，訊息處理觀點用簡要的三個儲存單元將人類訊息處理的過程一語概之，但訊息的處理過程之複雜是無法靠訊息本身在儲存單位間的傳遞就可完成的，人腦不同於電腦，我們必須組織並監督自己的認知活動。所以，研究者認為，人類的認知處理程序不只限於由下而上的歷程，其更接近倚靠整體知覺來分析接收刺激的由上而下的處理程序。. （二）由上而下的處理 (top-down processing) 由上而下的處理又被稱為是概念導向 (conceptually driven)的處理，其依據先前的知識或更高層次的心智功能，來協助我們處理不完整的感官輸入，進而辨識及分類來自下層或外層的感覺和知覺，同一個刺激型態可能因為期望或認知不同而有不同的詮釋. 22.

(33) （張欣戊等譯，2010；范士誠，2007）；這也可說是一個由整體知覺來分析接收刺激的歷程。例如：「老鼠」在料理鼠王故事裡的定義為一個充滿才華的天才廚師；但在小騎兵故事裡的定義卻是攻擊城堡的大壞蛋。在由上而下的訊息處理歷程中扮演關鍵角色的就是人類與生俱來的高層次心智功能，也可稱為執行功能 (executive functions; EF) （張欣戊等譯，2010）。EF受到大腦前額葉的控制，是指一種認知的自我導向，此行動有助於認知自我調節 (Denckla,1994)。學齡前階段為EF的主要發展時期 (Rueda et al., 2004)，其結構涵蓋了思想與行為的監看、控制，包括計畫、行為的組織、認知的適應性、反應抑制、干擾抵制 (Eslinger, 1996;Zelazo, Carter, Reznick, & Frya, 1997)。EF也存在於問題解決過程的問題表徵、計劃、執行和評估四個階段中，就像是階段中的整體結構，統整並且幫助人們完成高層次的思考或問題解決 (Zelazo et al, 1997)。EF含有四個重要向度，分別為1.注意力控制 (attentional contral)：協助幼兒將注意力集中於需要注意的訊息上並且排除不必要的干擾訊息；2.認知彈性 (cognitive flexibility)：協助幼兒根據錯誤經驗選擇新策略並且避免固著行為產生；3.訊息處理 (information processing)：協助幼兒能夠同時處理多種訊息，藉此功能，幼兒訊息處理的流暢度即反應速度將提升；4.目標設定 (goal setting)：協助幼兒計畫思考方向並組織策略行動（邱淑惠，2012；Anderson, 2002）。人類的行為表現有賴同時運用注意力控制、認知彈性、訊息處理、目標設定四項能力來執行，而注意力控制則是EF中幼兒最早發展出的能力，注意力控制發展優劣也會影響到其他能力的表現，所以，注意力控制對於幼兒認知歷程有著不可或缺的重要性（林宜親、李冠慧、宋玟欣、柯華葳、曾志朗、洪蘭、阮啟弘，2011）。以下針對EF注意力控制中與解決類推能力較為相關的選擇性注意力與抑制衝動分述如下：. (一) 選擇性注意力環境裡充滿著各式各樣的元素，就算讓孩子置身於一模一樣的環境，每個孩子注意到的地方卻不盡相同，由此可見，幼兒學習時，並不僅僅是刺激的被動接收者，其在學習過程中也隱含有主動的成分（宋淑慧，1991）。認知心理學強調，注意力是一種內部機制，個體藉此得以對刺激選擇進行控制、調節行為 (Kahenman, 1973)。選擇性注意力. 23.

(34) 是個體由情境裡眾多刺激中選擇其一或一部分並從中獲得知覺經驗的心理活動，藉此能力將能幫助幼兒專注於重要訊息並且忽略干擾訊息的影響（張春興，1989）。在生活的每一瞬間幼兒都接受無數種刺激，但其只對一小部分做出反應。這是因為注意力有一個重要的因素：選擇性，此特性能夠幫助個體將心智活動集中在特定刺激，協助個體選擇重要以及排除不重要的訊息（林美和，1987），而這樣的功能也可避免幼兒負荷過多的不必要訊息。可見注意力對幼兒的思考、口語發展以及複雜的認知功能都有所幫助（林寶貴，1984）。選擇性注意力可幫助幼兒在眾多刺激中，僅對應該給予反應的刺激給予反應（宋淑慧，1991），例如：大象班正在進行「蝴蝶」主題，孩子們於戶外教學參觀植物園時只專注於尋找及觀察蝴蝶，忽略其他的昆蟲及植物，即是選擇性注意。. (二) 抑制衝動抑制衝動是EF中的一個重要因素，其可幫助幼兒在衝突規則、牴觸干擾等情況下依然能有效執行目標（蔡雅淳，2008），例如在「白天/黑夜作業」的實驗中，研究者要求幼兒控制對於白天黑夜的既有印象，當太陽的卡片出現時，立即說出「黑夜」；當月亮的卡片出現時，立即說出「白天」 (Gerstadt, Hong, & Diamond, 1994)。實驗中，幼兒必須抑制習慣性的自動化反應，改用相反的策略來因應，此即為衝動控制。研究者認為，衝動控制不只是存在於實驗控制的環境中，這也是在日常生活裡隨處可見的，例如：幼兒在教室內聽到窗外傳來熟悉歌曲的前奏開心的準備要開口跟隨音樂大聲唱歌，但突然看到老師制止的眼神，想起現在正在上課中，隨即停止想要唱歌的欲望並將注意力轉回老師身上。由此可見，衝動控制對於幼兒學習也有一定的幫助。藉由這些功能，EF將更有效的在我們的認知歷程中扮演總管家的角色並且其也能協助幼兒辨別輸入的訊息將無意義的刺激轉變為有意圖的思想後成為實際的行動。總而言之，由下而上的訊息處理程序主張人類的認知歷程是單向的，在接收刺激後順著由低層次到高層次的處理方向將刺激轉變為有意義的思想；由上而下的訊息處理程序則提出，人類的認知歷程處理皆由一高層次心智功能-「執行功能」主宰，經過意志、計劃、有目的的行動、有效的將刺激轉變為實際的行動 (Denckla, 1994;Eslinger, 1996;Zelaz6o, Carter, Reznick, & Frya, 1997)。縱然學者們將訊息處理的過程分為不同層次論述，但人類的認知歷程之複雜，似乎無法只以兩者其一概之，若是沒有由低至高的處理歷程，如. 24.

(35) 何能夠傳達訊息；又若是沒有高等心智功能，單靠訊息間的流動，又如何能夠達成學習的目標呢?雖然兩者看似不同，卻又無法明確的畫出分隔線。韓承靜、蔡介立(2008)提到幼兒對於生活中重要訊息的接收必須結合兩個不同方向的認知程序，一為外界刺激由下而上吸引我們的注意力；一為大腦由上而下控制並決定如何消化、解讀接收到的訊息。研究者也認為，人類的認知歷程必須在兩個訊息處理程序相輔相成的模式下才能夠達到最好的運作效果。要想理解複雜的幼兒認知歷程，我們必須先有能夠記錄幼兒認知歷程的工具或方法，過去的研究常採用「晤談」或「放聲思考」來推測認知歷程，但是這樣的方法有過多干擾因素，無法真實的呈現出連個體都沒有意識到的認知歷程（陳學志、賴惠徳、邱發忠，2010）。所以近期的學者開發出了一種探究認知思考的重要工具-眼動追蹤儀 (Eye Tracker)，也因此展開了與過去完全不同的研究領域。. 二、眼動儀歷史與分析方法人類的認知處理歷程中有80%以上的訊息是由視覺獲得，而眼睛是人類視覺系統中第一個接收訊息的角色（范士誠，2007）。在認知處理的過程中，眼球與大腦必須合作蒐集、處理刺激才能幫助我們獲取需要的資訊或做出正確的反應。另外，有文獻指出人類眼睛凝視的位置與注意力分布空間有高度的相關性（張悟非，2005），這表示要想看清目標物順利接收刺激，幼兒必須不斷移動自己的眼球，讓外在事物影像落在中央小窩裡。由上可知，眼球運動反應了人們觀看事物的過程，透過觀察眼球運動可以知道人類感興趣的區域以及注意力所在 (Rayner, 1998；Lewenstein et al., 2000；Barthelson, 2002)。人類眼球運動可分許多種類，在不同場域、不同情境下會展現出不一樣的眼動現象（陳俊汕，2005），藉由眼動可推測人類大腦高層的認知處理過程 (Ryder,1998)。一個世紀以前，科學家們就開始對人類的眼球追蹤感到好奇，一開始，眼球追蹤的主要測量方法是以肉眼直接觀察受測者的眼動狀況，可說是一種原始的觀察法（范士誠，2007），此時期的研究者多將研究重點放於眼睛移動的現象，未深入探討眼動與大腦認知間的關係。一直到了1970年代中期，隨著認知心理學的崛起，眼球的移動被假設為理解大腦與認知系統運作過程的重要證據，但這些想法因為測量眼動的機械裝置發展不成熟，所以眼動資料無法確實的對這樣的假設作出回應（陳學志，2010）。二十世紀. 25.

(36) 後，科學家發現眼球移動過程中隱含了許多深層、實質、可測量的認知運作，又加上眼球追蹤技術隨著時間日漸發達，取得眼球移動軌跡比起以前來的方便、精確許多，所以與眼動相關的研究在此時期大量的出現。目前，眼球追蹤技術突破設配昂貴、分析不易等缺點，逐漸普及且人性化，與眼球追蹤技術搭配的實驗以及資料分析套裝軟體也相繼產生，拜科技進步所賜，現在就算不是專業的程式設計者也可以進行眼動實驗的研究（陳學志，2010）。目前最常被使用的眼球軌跡測量方法為「瞳孔與角膜的影像合併分析法」(Video Combined Pupil/Corneal Reflection)這種方法能夠記錄並分析遠紅外線在角膜上的反應點與瞳孔中央位置間的差異藉此計算出眼球位置及頭部位置的移動 (Crane,1994)。此技術只需要經過簡單的校正過程 (calibration)就可以獲得精確的頭部與眼球位置，其放置方法也可分為「頭戴式」、「桌立式」兩種。「頭戴式」的眼球追蹤儀可用於記錄打球、行走等活動的眼動記錄；「桌立式」的眼動追蹤儀易對焦，但僅能記錄觀看電腦螢幕刺激的眼球軌跡變化。總而言之，使用此種方式，參與者可用較自然的方式進行施測避免儀器造成的緊張偏誤，也可以確實記錄眼動軌跡（陳學志，2010）。本研究因對象年齡低、設備、場域限制等因素，採用的即是「桌立式」的眼動追蹤儀。為了確切觀察細微的眼球運動，學者們發展出眼動追蹤技術用以記錄眼動現象並將結果用於各領域之研究中 (Cornsweet, 1958)。以下將人類最主要眼動現象「凝視」及「掃視」分述之。. (一) 凝視 (fixation) 人類在搜尋視覺訊息時，兩眼必須對準物體停留大約200-500毫秒的短暫時間，讓影像能落在視網膜空間解析度最高的中央小窩 (fovea)，目的是讓眼睛能捕捉到最清晰的影像。在此一階段，視覺系統才能成功處理視覺訊息。凝視是人類閱讀時最常出現的眼動現象，約佔去閱讀時間的90% (Henderson & Hollingworth, 2003)。有文獻指出，凝視為眼動分析時重要的參考指標，可藉由分析凝視時間、凝視次數瞭解受試者對訊息的吸收程度與歷程（呂文耀，2008；朱瀅，2000；Rayner, 1998）。. 26.

(37) (二) 掃視 (saccade) 當人類在觀看物體時會先在最吸引其注意的地方停留，待凝視現象出現後即快速的跳向另一個位置進行凝視，這中間的眼球跳躍過程即稱為掃視。（張先峰、葉文玲，2006）。為了更加理解、分析無聲的眼動與人類複雜心智功能之間關係，我們透過眼動追蹤儀來記錄人類的眼動歷程，其所得的資料不只是能瞭解視覺系統本身的運作，更可以反應受試者其他的心智活動與情緒變化（唐大崙，2008）。這樣的技術目前在各個研究領域都十分普及，不管是探討運動與視覺系統的協調 (Steinbach & Held, 1968)、注意力運作（陳俊汕，2005）、偏好態度傳播研究度（唐大崙，2008）、圖文比例色彩偏好（呂文耀，2008）都利用眼動追蹤技術進行更深入的分析研究。總而言之，眼動追蹤技術 (eye tracking)是一種能夠測量眼球位置並且觀察紀錄「視覺焦點」的攝影技術 (Cornsweet, 1958)，其所得到的眼動證據是科學並且確實、具有實際參考分析價值的重要資料。. 三、眼動追蹤技術相關研究眼動追蹤技術不但是一自然的研究方法，且其所取得的數據也是即時且直接的（韓承靜，2008），一開始此研究方式主要在生理、心理學領域中活躍，但現今眼動追蹤技術被廣泛使用於各個領域中。目前運用眼動追蹤技術在教育、教學的研究仍算少數（陳學志，2010），以下針對眼動與閱讀、眼動與教學、眼動與解題認知歷程等面向進行探究，期望能藉過去學者們的不足與貢獻，作為研究者重新檢視研究方向之參考。. (一) 眼動與閱讀閱讀對於人類的學習來說，一直扮演著不可或缺的角色，不管是各領域的學習皆仰賴閱讀幫助我們吸收新知（陳學志，2010）。閱讀與眼動相關研究包含甚廣，有研究利用眼動追蹤儀將人類閱讀眼動基本指標進行精確的確立（蔡介立，2000），也有學者對於不同年齡層兒童閱讀個別差異進行探究並發現隨著年齡增長兒童閱讀眼動行為將有所改變，其發現包括凝視時間變短、掃視距離變長、回視比率減少等 (Taylor,1965)。除了發現受試者眼動指標的改變以外，更有研究者發現不同文章類型對於閱讀也有不同影. 27.