概念學習與課程探究.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 學習使神經元的樹突生長並與另一個神經元的軸突產生突觸聯結，將神經元聯結成網路。 突觸聯結用進廢退，如果聯結一再被使用則聯結的強度會增強，如果一直不用，則突觸會被修剪（prune）消失。 突觸的形成與其強度儲存了記憶，也就是學習的成果。 大腦透過外界的刺激進行神經網路的聯結，建構一個外在世界的模型。 * * * * * 因此大腦裡的概念場形貌隨時隨著學習與思考，或用不用而變動 * * * * * * 直覺的來源是個人以往經驗的累積(Fischbein, 2002) * * * * Lawson, 2003 * * * * 認知概念場 神經網路的聯結形成一個空間，神經元就是這個空間中的點，其總聯結的強度作為賦與這個點的物理量，這個空間就形成了「場」，因為它用來儲存概念，就命名為「概念場（conceptual field）」。 理論建構 認知概念場 概念就是一組神經元的聯結，若以重力場來類比，概念在概念場中形成凹陷，就稱為「概念井（conceptual well）」。 理論建構 神經聯結強度越強，概念井越深； 聯結的神經元越多則概念井越廣； 數個概念井也可以再聯結成一個更大的概念井用來表示一個概念系統或理論。 以重力場類比腦神經網路 (照片拍攝自工博館行星軌道台) 概念場認知模型的學習觀 學習就是改變概念場的形貌。 新訊息首先被儲存於短期記憶，形成暫時的概念井，如果未被轉成長期記憶，則概念井就會消失。 理論建構 概念場認知模型的兩項假設 理論建構 用進廢退原理 源自認知神經科學的用進廢退 概念井會因不斷使用而加深，不用則會逐漸變淺。 神經聯結的用進廢退證據: 海蝸牛的記憶實驗 (《透視記憶》洪蘭譯，2001:272-273) 概念場認知模型的兩項假設 理論建構 最小量原理 借自物理的最小作用量原理 (Feynman, 1963)。 概念的提取或獲得遵循能量消耗最少的原則。 提取：概念井越深越優先提取。 獲得：概念井修改越少越優先接受。 科學概念學習是一種理論選擇 人類從出生即藉由與外界的接觸來探索外在世界，進而在大腦中形成個人的外在世界模型。 個人藉由這個模型詮釋觀察到的現象或預測會發生的事情。 在大腦中形成「個人理論」是本能。 科學概念學習是一種理論選擇 學習就是不斷地修改個人理論，使其更有效率、更能解釋或預測剩多現象，以解決更多問題。 科學學習可以視為「個人理論」與「科學理論」之間的競爭與選擇。 科學理論 個人理論 * 理論選擇舉例 泥火山水來源的爭論 地下水 (外來) 派 地表下的天然氣或火山氣體沿著地下裂隙上湧，沿途混合泥沙與地下水，形成泥漿，並攜帶至地表堆積，而形成泥火山。 代表人物：王鑫，台大地理系教授 論文提出時間：1986 實例探討 * * 理論選擇舉例 泥火山水來源的爭論 封層水 (固有) 派 在含有巨厚未固結泥岩層深埋地下的地區，由於強大壓力的作用，原來地層岩石內的水份（封層水）被擠出地面，這些封層水上升的過程中順便將泥岩內的部份組成物質帶上，因而形成混濁的泥泉。 代表人物：陳肇夏，1998任中央地質調查所所長 論文提出時間：1994 實例探討 * * 影響學生理論選擇的因素 信念因素 相信自己 (BS, Belief in Self-experience) 經由自己日常經驗的累積而來的判斷，而未進一步思考即作選擇。 相信老師 (BT, Belief in Teachers) 不需要理由，直接相信老師的說法。 相信同學 (BC, Belief in Classmates) 因為同學都這樣說，所以相信他們的說法。 相信朋友 (BP, Belief in Friends) 因為朋友都這樣說，所以相信他們的說法。 實例探討 影響學生理論選擇的因素 理性因素 素樸推論 (NI, Naive Inference) 從有限的觀察事實或證據所做的推論，但事實或證據與結論之間並無因果關係。 例：長期觀測發現「泥漿含水量會隨降雨量變化」，顯示泥火山水的來源含有天水（即雨水滲入地下形成的地下水）。 註：在這項推論中，並沒有證據可以支持雨水確實混入泥中。 實例探討 F （泥漿含水量會隨降雨量變化) C（Conclusion） R （水加入使泥漿含水量增加） 理性因素 溯因推論 (Abduction Inference, AB) 若觀測結果與某一規則或假設所預測或演繹出的結果一致，則我們可以推論這個規則或假設的前因是這個觀測結果的最可能解釋。 例:地質學家在深海的泥沈積中發現大量的甲烷水合物，它是甲烷和水在高壓低溫下的結合，在常溫常壓時會分解成甲烷氣體和水。泥火山噴出甲烷和水，它們可能是來自封存在泥岩層中的甲烷水