電腦化模糊語義辨別測驗系統
The Computerized Semantic Differential System -- a Fuzzy Approach
何榮桂 籃玉如
國立台灣師範大學資訊教育研究所
中華民國
hrg@cc.ntnu.edu.tw , rjlan@ice.ntnu.edu.tw
摘要

本研究旨在建立電腦化模糊語義辨別系統,提供填答者對某事物的評估不確定時有效且方便的填答以及資料分析模式。為考驗模糊語義辨別模式的正確性,研究者以螢幕、小畫家、網際網路以及電腦病毒為例,編製兩份語義辨別量表(傳統與模糊),讓22位國小六年級的學生藉以評估這四種相同的電腦名詞在七把量尺上的向度及強度,並回答「填答方式比較問卷」。結果發現:(1)當對某事物的評估不確定時比較喜歡模糊之填答方式,(2)模糊語義辨別資料分析模式確能正確的表示學生對某事物在各量尺上的評量,(3)量尺因素歸屬之不確定性對語義空間距離評估之影響,有待進一步的研究。

ABSTRACT

The purpose of the study is to develop the computerized fuzzy semantic differential system to serve as an alternative of uncertain response of semantic scale. Both traditional and fuzzy semantic scales developed by the researchers are used as the measure instruments of four computer concepts including screen, paint tool of Windows 95, internet and computer virus, for example. There are 22 six grade elementary students evaluate each computer concept through making marks on the 7 scales associated with each concept. In addition to the two semantic scales, these students answer the questionnaire of compare of respondent type. The results of the study are as follows. (1) The students prefer the fuzzy respondent type when they encounter uncertainty. (2) The fuzzy data analytic method of the fuzzy semantic differential model is capable of representing the students’ evaluations upon certain concept. (3) Further study about the effect on the bias of distance calculating of semantic space due to the unstable factors tendency of scales is necessary.

研究背景與動機

語義辨別(semantic differential)首由Osgood與其同僚所創,她是一種結合聯想(associational)與評估程序(scaling procedure)的測量方法。此測量方法的靈感來自於對受試者進行的「伴生感覺」(synesthesia)實驗,例如:「音樂—顏色」的關聯(以音樂感覺顏色)(Odbert et al., 1942)、「音樂—心情—顏色」的關聯(Hevner, 1936)、「聽覺—心情」的關聯,以及「顏色—形狀」的關聯(Karwoski et al., 1942)等。研究者發現受試者在伴生感覺上有共通的傾向,譬如:快節奏、激動的音樂與紅色、明亮的色彩有聯想,慢節奏、憂鬱的音樂與顏色中的藍色、黑色有關連,同時也有沈重感覺的聯想。Osgood等為進一步瞭解此共通性是否同樣存在於語言文化中,讓100位受試者進行「意義對立測驗」(meaning-polarity test),每個題目由兩對意義相反的形容詞組成,受試者需在第二對形容詞中圈選與第一對形容詞中大寫的字有關聯意義的詞,例如:「LARGE-smallSOFT-LOUD」。研究結果發現與先前「音樂—心情」及「顏色—形狀」伴生感覺研究中有相同的關聯結果,例如,96%的受試者有largeloud的聯想,nearfast聯想的有86%brighthappy聯想的有96%trebleup聯想的則有98%(Karwoski et. al, 1942)。此外,Osgood等也發現在不同文化之間也有類似的伴生感覺傾向,例如,「好」的事物通常與「上」及「明亮」(白色)相關連,「不好」的事物則常與「下」及「暗」(黑色)相關連;在西伯利亞的原住民中,部落裡的特權份子自稱是「白骨」來與部落中其他成員(被稱為「黑骨」)區隔;甚至在烏干達黑人部落的神話中,「白色的神」是立於眾神階層中最頂尖的地位,而且白色衣服象徵著純潔,表達與邪惡、疾病完全不同的意思。

綜合以上的發現,Osgood認為人類在語言裡的隱喻以及「顏色—音樂」等的伴生感覺,可利用人類經驗中兩維或是更多維度的平行向度來描述,而這些向度可利用在成對詞義相反的形容詞所構成之等距連續區間來加以定義。由此邏輯意義及測量方法,Osgood(Stagner & Osgood, 1946)等發展出以若干由一組相對立的形容詞形成的七等分量尺來評估某一個特定概念或事物的語義辨別法。受試者針對某一個概念在不同量尺上個別點選某一個數字來表達心中對該概念的想法。例如,請學生在三對相反形容詞形成的量尺,於適當的位置上做記號以評估「電腦病毒」的意義,如圖一所示。。

 

當受試者填答完畢後,研究者可藉由計算不同受試在「語義空間」(semantic space)之距離,來分析比較受試在受測概念上看法的差異。由於語意辨別實施簡單,比較不受語言差異以及教育程度的影響,並能由不同的角度(向度或是因素)來瞭解受試者對某個概念或是事物的看法,因此可將其應用於探討國小學童對不同電腦概念認知之差異,以做為電腦教學上的參考。

傳統上,語義辨別所用之量尺是將一線段等分成17七個數字,限制受試者只能點選一個數字代表其心中的看法。然而有時受試者並無法用精確的數字表達其情感上之程度或深度,因此,有需要允許受試者以一個範圍來表達其心中的思想。本研究擬定義模糊語義辨別模式,並藉由比較11位國小六年級學童針對四種電腦名詞在七把量尺上之傳統語義辨別以及模糊語義辨別的評量結果,以驗證模糊語義辨別模式的正確性及適切性。

語義辨別:傳統模式與模糊模式

傳統語義辨別與模糊語義辨別之差異在量尺設計、填答方式以及資料表示與分析上,茲略述如下:

量尺設計

如前所述,傳統語義辨別使用之量尺,是將兩的對立形容詞之間的線段等分成七份;而模糊語義辨別使用之量尺則只呈現對立形容詞與其間之線段,並不對此線段做任何分割,如圖二所示:

填答方式

在填答方式上,傳統語義辨別要求受試者在17之間選一個數字代表心中感覺的程度;而模糊語義辨別則允許受試者在線段上圈選一段區域表示自己的感覺程度。如圖三所示:

資料表示與分析

受試者在傳統語義辨別之單一量尺上圈選之數字,即代表受試者對此概念在語義空間中所評之一個方向與強度值,屬相同因素之量尺可取其平均數,代表其在語義空間中由此因素構成之向度(dimension)之方向及強度。受試對不同概念的看法則以「語義空間距離」表示其間的差異程度。語義空間距離的定義如公式(1)

 
其中Dij表示在語義空間代表概念ij兩個點之線性距離,dij則表示在相同因素向度M中概念ij座標之代數差。

模糊語義辨別則因其圈選資料為一段區間,具有不確定性的特質,可用模糊隸屬函數(fuzzy membership function)(公式(2)至公式(8))重新定義其資料意義及分析方式。令

  

其中

Ul(s):表示概念被評為量尺「左邊」形容詞之模糊隸屬函數值;而

Ur(s):表示概念被評為量尺「右邊」形容詞之模糊隸屬函數值。

則受試者對概念評估區間之模糊隸屬函數定義如公式(4)


 

Uint(s;b:e)之解模糊值以Sint_COA定義如公式(5)

至於不同概念i,j在維度M之模糊語義空間則以FDij(如公式(6))表示,其定義如下:

Udim(si)(如公式(8))中的n表示相同維度之量尺數。

茲以圖四說明Ul(s)Ur(s)Uint(s;b:e)以及Sint_COA的關係:
 

 
圖中ls為概念被評為量尺「左邊」與「右邊」形容詞之模糊隸屬函數,K表研究者定義之量尺長度,be為受試者在量尺s上圈選區間之上下界,Sint_COA為此圈選區間模糊隸屬函數之解模糊值。
模糊語義辨別模式之評估

工具

包括語義辨別量表及填答方式比較問卷,語義辨別量表分傳統與模糊兩種填答方式,待測名詞包括:「螢幕」、「小畫家」、「網際網路」、以及「電腦病毒」。每個概念皆由七把量尺評估,構成量尺之對立形容詞包括:「強—弱」、「可愛—可怕」、「硬—軟」、「敏捷—遲鈍」、「甜—酸」、「美—醜」以及「主動—被動」等。

樣本

本研究以台北市西門國小22位六年級學童為量表填答樣本,每位學生皆需填寫兩份語義辨別量表,填寫時間間隔一天,兩份量表填答完畢後,學生隨即回答「填答方式比較問卷」上的問題。「填答方式比較問卷」有效答卷22份,兩份語義辨別量表皆填寫完整的有效問卷為11組。

結果與討論

1.填答方式比較

此問卷問學生三個問題:(1)較喜歡的填答方式、(2)較容易的填答方式、以及(3)當對自己的評估不確定時較喜歡的填答方式。結果以百分比統計如表一:
 

2.量表填答比較

學生在傳統語義辨別量表上的原始填答資料,直接代表其側面圖上之值,同時將之代入(1)式求四種電腦名詞兩兩之語義空間距離,至於模糊語義辨別量表上之原始填答資料,首先代入(4)(5)兩式求其側面圖上之值,再利用(6)(7)(8)三式求四種電腦名詞兩兩之語義空間距離;茲以學生1之填答資料為為例,將計算結果列在表二,並以圖四表示兩項量表中「螢幕」填答資料之側面圖,圖四中學生1的傳統作答資料為(4 2 1 5 1 1 2),模糊作答資料為(0.1 0.21 0.17 6.69 0.17 0.38 0.1)(即表二(a)中陰影部分的數字)。

為驗證模糊語義分析模式之正確性,分別計算兩者(1)在四種名詞全部量尺(每位學生皆有28筆資料)上填答之Pearson積差相關(即側面圖之相關)以及(2)在語義空間距離之Pearson積差相關。結果如表三所示。

由資料分析結果,在填答方式比較上,雖然學生比較喜歡傳統的填答方式(可能與筆者觀察時發現學生剛開始填答模糊量表時不知如何下筆有關),但在容易作答與否則兩者不相上下,而且當不確定性發生時,大部分學生認為模糊作答是其較喜歡的填答方式,此結果肯定了模糊作答方式的實用價值。

在量表填答結果的比較上,發現學生在四種概念28把量尺上填答之側面圖之相關皆達顯著水準,顯示模糊語義辨別之資料分析模式確能正確表達學生評定某概念在每把量尺上之方向及強度。此外,如果學生對某事物評估之感覺很強烈時(極左或極右),則模糊作答之側面圖更能真實反映此評估情形(見圖四中虛線與實線曲線之比較)。

至於語義空間距離之相關分析,有六位學生之填答結果達顯著水準,筆者再進一步分析所有學生之原始作答資料後,發現相關不達顯著水準的學生在「硬—軟」量尺上之填答傾向遊蕩在「評價」(evaluation)與「力量」(potency)兩因素之間,此「因素不確定性」對語義空間距離計算的影響(由語義空間距離之定義可得知),可能上是造成低相關之原因。

表二 學生1填答資料之側面圖與語義空間計算結果
   
結論

本研究針對模糊語義辨別作答時的不確定性,提出模糊語義辨別模式,重新定義量尺、作答方式及資料分析模式。經評估後發現模糊語義辨別模式確能反應學生評估某概念之方向與強度。同時也發現「硬—軟」量尺在因素歸屬上與Osgood、Suci及Tannenbaum (1975)所做之因素分析不盡相同,此原因也影響了兩種語義辨別模式之語義空間距離的相關結果,因此,進一步確認評估電腦概念可用量尺之因素應是後續研究重點之一。此外,由於模糊填答區間數值之擷取與計算相當複雜費時,因此建置電腦化模糊語義辨別施測系統是模糊作答模式實際施行必要的條件,也是本研究後續發展的重點。

參考文獻

黃堅厚(民71)。語義分析。輯於楊國樞、文崇一、吳聰賢、李亦園主編,社會及行為科學研究法。台北:東華書局。

Hevner, K. (1936). Experimental studies of the elements of expression in music. American Journal of Psychology,48,246-268.

Karwoski, T. F., Odbert, H. S., & Osgood, C. E. (1942) Studies in synesthetic thinging:II. The roles of form in visual responses to music. Journal of Social Psychology,(28),199-222

Lin, C. T., & Lee, C. S. (1996). Neural fuzzy systems A neuro-fuzzy synergism to intellitent systems. New Jersey: Prentice Hall.

Odbert, H. S., Karwoski, T. F., & Eckerson, A. B. (1942). Studies in synesthetic thinging: I. Musical and verbal associations of color and mood. Journal of General Psychology,26,153-173.

Osgood, C. E., Suci, G. J., & Tannenbaum, P. H. (1975). The measurement of meaning. Illinois: University of Illinois Press.

Stagner, R., & Osgood, C. E. (1946). Impact of war on a nationalistic frame of reference: I. Changes in general approval and qualitative patterning of certain stereotypes. Journal of Social Psychology,24,187-215.

作者介紹

何榮桂(Rong-Guey Ho),國立臺灣師範大學資訊教育系所教授,國立臺灣師範大學教育研究所博士,美國匹茲堡大學哲學博士,專長為資訊教育、實驗設計、電腦化測驗、現代測量理論、電腦輔助教學。

籃玉如(Yuh-Ru Lan) ,台北市西門國小教師,國立臺灣師範大學資訊教育所博士班研究生。
 
何榮桂
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