国立勤益科技大学教学精进讲座

國立勤益科技大學教學精進講座
從認知學習的觀點
談如何培養學生的問題解決能力
杜振亞
文藻外語學院師資培育中心副教授
101年5月24日
今天分享的重點
♦教育的核心任務：
–「批判思考」與「問題解決」能力的培養♦認知學派對「學習」行為的觀點–訊習處理理論的介紹
♦「後設認知」在認知學習上的角色–說明與體驗
♦個體進行「問題解決」的歷程
–說明與體驗
♦如何培養學生的「問題解決」能力
♦經驗交流
教育之目的何在
或許最簡潔的答案，就是「幫助個體知道如何過生活」；而在實際的生活情境中，個體面對著各類紛雜的處遇與問題，如何「批判思考」並進一步地尋求「問題解決」，遂成了當代教育的核心任務。

回顧前次的分享：
究竟教師該如何「教『學』」
而老師們要如何教才能達成此目的呢？記得上一次的分享中曾談過，教師的主要任務不僅在傳遞知識，更在於如何幫助學生有效「學習」；因此一位有效能的教師應熟悉相關的學習理論，並掌握學生的特性（個別差異），進而為學生量身設計教學，才可能實現「有教無類，適性發展」的教育理想。

什麼是「學習」？
基本上，行為取向者認為「學習是刺激與反應的聯結歷程，藉趨吉避凶的人性，透過賞罰的酬償，來達到制約的效果」。

換言之，在此歷程中個體學到的是可以觀察測量的外顯反應，而該反應之所以成為習慣，乃是由於後效強化所致，先學到的個別反應，再經組合之後而成整體行為；故學習是外控的、被動的、是積少成多的，也是漸進的。

認知取向的觀點：
相對的，認知取向者視學習是個體對事物由經由認識、辨別、理解，從而獲得新知識的歷程；在這歷程中，個體運用其已有的認知基模，去認識並辨別，進而理解各刺激間的關係。

故學習是內發的、主動的、是整體性的(我們或可說是新知識-舊經驗的聯結)。

而訊息處理論（information-processing theory）即在解釋人類在環境中，是如何經由感官察覺、注意、辨識、記憶等內在心理活動，以吸收並運用知識的歷程。

關於認知反應的體會 接著放映的幾張圖片，您乍看之下的解讀是什麼？每個人的解讀都一樣嗎？換個方式或角度來觀察，會不會又有了不同的體會？
您看到什麼?
找得到這張圖中的狗嗎?
這裡面有幾個顏色？
你看到骷顱頭，還是一對情侶?
你看到的是缺了角的大方塊?
還是小方塊在牆角？
藍色這一面到底是面向左前方還是左後方呢？
這是一張老人的臉，還是一對情侶在花團錦簇的公園接吻？
個體的訊息處理模式
註：虛線內是內在認知歷程，而整個處理歷程
皆宜在個人「後設認知」的監控之下。

訊息處理論給予「教學」的啟示 由上一張圖片我們可以瞭解：學生的學習就是一連串內在訊息處理的歷程；因此，學生的角色，不再只是一個被動的訊息接收者，更是一位主動的訊息處理者。

在教學中，教師的任務，不再只是知識的傳遞，或讓學生以記憶背誦的方式，進行機械式的學習，還應幫助學生自行透過新舊經驗的聯結，來進行問題解決或有意義的學習，並藉由認知結構的不斷充實與調整，來組織建構新的知識。

「後設認知」在認知學習中的角色 所謂「後設認知」是指處理某種訊息或資料時，如在認知上超過「知其然」程度，進而達到「知其所以然」的地步時，即稱為後設認知。

準此，後設認知一詞與認知之區別，主要在於「知」的程度；「認知」的程度較淺，「後設認知」的程度較深。

後設認知是指個人「對認知的認知」，換言之，後設認知是指個人對自己的認知歷程能夠掌握、控制、支配、監督與評鑑的高一層之認知，或指個人駕馭既有知識的高一層知識。

「張氏心理學辭典」（張春興，民93）
「後設認知」在認知學習中的角色
♦再就前一張圖來說明：
學生的學習本來就是一連串內在訊息
處理的歷程；而一位理想的學習者，
她/他會透過自己的「後設認知」來監
控此歷程，並進行必要的自我調控。

♦下面我們再來看幾個後設認知的例子。

Stroop Effect
請直接讀出下列字的顏色
紅灰白橙黑黃青綠藍靛紫褐在「讀字」的過程中您有何體會嗎？
學生為何不會下課後即完成作業 上完課，您出了幾道題目，請學生回家練習，並於下週上課時繳交；您覺得大約有多少學生會當天動手？有多少同學會拖到前一天，甚至最後一刻才做？為什麼會如此？您如何解釋這樣的現象？
Flavell對「後設認知」的看法♦學者Flavell認為：後設認知的歷程中包括後設認知知識與後設認知經驗兩主要成分；前者是指個人對自己既有知識(或能力)能夠在不同時機予以選擇、組織、以支配高一層的知識，而後者是指個人從認知性活動之後所獲得的理性與情意的綜合性經驗，即如俗語說的「不經一事，不長一智」，前面的「經一事」就是認知經驗，而後面的「長一智」就是後設認知經驗。

♦在上述的例子中，學生會先評估自己的能力與作業的難度，然後約需多少時間完成這份作業，再決定何時去完成；若學生無相當的「後設認知」能力，就無法精確地透過「自我調控」，來完成有效的學習。

小結：後設認知能力的重要性 有句話說「知之為知之，不知為不知，是知也」，這就是後設認知所強調的「認知的認知」，也就是在學習過程中，自己明白那些地方精熟了，那些地方有問題，甚至知道運用適當的方法或策略來達到最好的學習成效；因此也可以說後設認知的學習就是Learn how to learn; know how to know。

問題解決的意涵
瞭解了「認知學習」的歷程，接著來談如何「問題解決」？所謂「問題解決」，它包含「形成問題」和「解決問題」兩個歷程。

前者是指個體以先前經驗解釋(決)某一特殊作業環境而無法成功的狀態；後者則是個體經過某種認知思考，而能夠成功地解釋(決)某一特殊作業環境。

認知閾限與問題的形成
♦「認知閾限」或可視為是「認知的門檻」，意謂著個體在面對作業問題時，其既有知識或經驗是否足以自我指引以解決該問題。

♦對初學者而言，當待解決的作業超過她/他的認知閾限時，該作業即形成問題。

♦一般所稱生手，就是指在遠超出其所能處理問題的閾限程度之上的領域運作的人。

♦而專家則是指可以在其日常認知閾限領域之內運作的人。

認知閾限與問題解決
♦原則上，當被期待解決的問題超出了自己認知閾限愈多，就愈不可能馬上想出答案；問題解決就會愈依賴弱式的解決方法，而無法依賴特殊的學科領域的知識(domain-specific knowledge)，甚至會放棄循線思索，而盲目試誤。

♦對個體而言，閾限高表示其相關知識豐富，解題能力強；但就問題性質而言，若期待的閾限程度愈高，即代表該問題愈難，愈不易解決。

Wallas的問題解決步驟
♦準備期
♦醞釀期
♦豁朗期
♦驗證期
Solso的問題解決步驟
♦確認問題
♦問題表徵
♦計畫解決的行動
♦執行計畫
♦評估計畫
♦評估解決的行動
解題的首要關鍵：問題表徵在我們尚未解釋什麼是「問題表徵」前，請先試著解決下面兩個問題：
♦請用6 根等長的吸管，試著排出四個全等的三角形。

♦請用連續的直線，將
右圖的9 個笑臉一筆
劃地串起來( 除交叉
外不可以重複)。

什麼是「問題表徵」
♦在剛才解題的過程中，您覺得最難或最關鍵的步驟是什麼？
♦問題表徵( problem representation)，固然指的是問題表述的方式，更重要的是解題者對問題的解讀。

♦以上例的解題經驗來說，您能說說看各自的「問題表徵」為何嗎？
好的問題表徵要件
♦初始狀態：問題的起點♦目標：所欲達之狀態
♦物件：可運用的資源
♦操作規則
♦限制
確認問題的內涵
♦這問題期待您解答什麼？
♦這問題給您什麼提示？
♦那些條件必須被遵守(即限制)？
♦有沒有足夠的資料？能再得到資料嗎？♦是否資料太多了？那些資料最重要？♦能否用不同的方式寫下問題？
♦用繪圖來表現問題是否有所幫助？
有效的問題解決策略
♦目的/手段的分析：
–設定次級目標（subgoals）與倒推（
working backward ）
♦假設考驗
–自變項、依變項與控制變項的關聯♦繪圖
–時間與空間表徵
♦問題解決的准機制
–蘇格拉底式對話、類比/隱喻/物理模型
捷思法在解決問題上的運用
♦對整個問題形成一種圖像，不要迷失在細節中。

♦不要太早或太快下判斷。

♦創用模型來簡化問題，這可用文字、圖形、符號或等式來進行。

♦嘗試改變對問題的表徵。

♦用不同的方式提出問題，再口頭敘述問題。

♦要有彈性，察問自己所設的前提是否可靠？
♦試著從目標向現狀倒退思考(working backward）♦或以向前的方式注意一些局部的解決方案。

♦善用類比和隱喻。

♦與人討論待決的問題。

妨害問題解決的因素：反應心向
問題 A B C 目標
1 29 3 20
2 21 127
3 100
3 1
4 163 2
5 99
4 18 43 10 5
5 9 42
6 21
6 20 59 4 31
7 23 49 3 20
8 15 39 3 18
9 28 76 3 20
10 18 48 4 22
11 14 36 8 6
妨害問題解決的因素：功能固著圖請參看下圖，您要如
何將兩條垂吊的繩子綁在
一起？
腦力大作戰（三）
請試解：
DONALD
+ GERALD
ROBERT
在此加法算式中已知D = 5，而0 -9 的每一個數字有一個對應字母，且每個字母對應的數目不可相同，請求出它們的對應關係。

解題歷程的回顧
在這些解題的歷程中，您經驗到了什麼？又運用了那些解題策略？是否如Wallas所說的，經過了好一陣子的準備與醞釀，然後有突然頓悟似的「豁然開朗」，一旦經驗證無誤，心中的快活難以言喻。

而在反覆試誤的過程中，可有透過「後設認知」來進行解題監控？認知學習在問題解決上的作用，不過如此。

生手與專家的比較：
在問題表徵（problem representation）方面
生手
依賴口頭對問題的敘述，不使用語義的（semantic ）和輔助的資訊。

專家
視情況需要，建構圖形，明顯的運用自發的中介表癥。

生手與專家的比較：
在知識結構（knowledge structure）方面
生手
不使用任何對問題分類的訊息，且所採用的原則都是孤立的儲存著。

專家
自己會找到問題分類的訊息，並採取有關聯的解決歷程。

生手與專家的比較：
在初始分析（initial analysis）方面
生手
缺乏質的分析，不能分辨未知和已知的屬性，直接採用等式。

專家
對問題的特徵能作質的、細節的描述，以找出最可能的解決程序。

生手與專家的比較：
在解題策略（solved strategies）方面
生手
幾乎碰運氣地找尋含有量的等式，採用代入值的方式找答案。

專家
依計畫來進行解決問題，很少需要用代入值的選替程序反覆試誤。

如何培養學生的問題解決能力♦增進學生問題解決的能力，應讓其瞭解並體會解題的歷程，特別是透過後設認知以進行必要的自我調控與策略選擇。

♦我們希望學生個個都能成為解題的專家，但專家不只要有深厚的特殊學科領域知識，更要有豐富的前置經驗。

♦為避免反應心向或功能固著等解題障礙，宜鼓勵學生不要「畫地自限」，要儘量多角度，甚至逆向地創意思考。

♦善用後設認知的自我對話，以強化解題時的自信。

感謝聆聽敬請指教
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