合作學習對認知負荷的影響

第三節 合作學習對認知負荷的影響

除了上節所述透過有效的教材設計來降低外部認知負荷，近幾年研究開始以 認知負荷理論為基礎，從學習者的角度去探討，發現合作學習比起個人單獨學習，

較能夠有效地降低外部認知負荷，提升增生認知負荷，建構基模，促進學習遷移 的效果(Kirschner, Paas, & Kirschner, 2008; Kirschner et al., 2009b; Kirschner et al., 2011)。因此本節首先介紹合作學習的現況與基本概念，接著談論合作學習與認 知負荷之間的關係，以及與完成問題的教材形式可能形成的交互作用效果。

一、合作學習現況與基本概念

教學中，許多學習、練習的時間最主要用來幫助、安排教師在學生與教材（教

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科書、課程計畫等）之間適當的互動，其他時間則是著重在教師如何與學生互動。

然而學生應如何與其他學生互動，如何一起學習，對學校、老師與同學的看法以 及自尊的感受，相對來說是較被忽略的 (Roger & Johnson, 1994)。學生在學習時，

有三個與他人互動的模式，分別為競爭、個人、合作學習模式。而在這三個互動 模式中，競爭的互動模式在目前的教育體制是最主要的，研究指出大部分美國的 學生視學校為一競爭型的企業，學生總希望表現較其他學生優秀。這種競爭的觀 念與心態在學生們入學時即已根深蒂固，並且在他們求學的過程中更深植人心 (Johnson & Johnson, 1987)。相似的情況也發生在台灣，在升學導向風氣瀰漫的教 育體制下，學生們彼此相互競爭，以求得最佳表現。合作學習的模式，例如分享 他人的成功、相互激勵課業或是在不同種族、性別等異質性背景下合作、學習，

並不多見。因此本研究嘗試營造一個合作學習的環境，讓學生暫時擺脫競爭的心 態，感受與他人合作、互動的氛圍，並比較與個人學習時的差異。而現就三個學 習的互動模式加以描述如下。

學者認為學生在進行學習、達成目標時，有三個基本的與他人互動的模式，

分別為人際競爭模式、個人學習模式、合作學習模式(Roger & Johnson, 1994)，分 述如下。

（一）人際競爭模式

與他人互動的模式為彼此競爭、比賽，看誰是最傑出的。此種方式對於互助 目標(goal interdependence)的達成是消極的。當一個人贏時，代表其他人就輸了。

（二）個人學習模式

學習的目標是獨立地學習，成功與否視個自達成目標的程度表現而定。其他 同學的成功與失敗並不會影響彼此的分數。

（三）合作學習模式

此學習模式在與他人的互動及達成目標的互助性上都是正向積極的，團體裡 每位成員對於學習任務的成功或失敗以及其他成員的學習皆負有責任。然而，真

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正的合作學習環境是具有結構性的，而非僅將學生置於團體裡，讓他們自由談話，

那並不會產生正向積極的互助性。合作學習應是團體裡的每位成員為了共同目標，

彼此互助一起努力達成，成員對最終結果皆具責任，而所付出的努力最後會受到 鼓勵、酬賞。倘若學習任務為柱體體積的計算，那麼團體成員必須互相協助討論，

確認每位成員皆能成功了解概念、學會解題技巧、進一步計算出正確答案，以期 在日後個別測驗時能夠有好的學習表現。團體的酬賞會隨著在日後測驗時個別成 員的整體表現而增加。而此具有結構性的合作學習環境必須透過教師的管理與安 排。學者認為良好的合作關係與學習環境應包含五個基本要素(Roger & Johnson, 1994)。

1. 積極互賴(positive interdependence)：團體成員間在目標、酬賞、資源、角色 上，皆應存在著正向的互助關係。

2. 面對面的助長式互動(face-to-face promotive interaction)：團體成員面對面助長 互動，激勵成員相互努力達成目標、完成任務。

3. 個人學習績效責任(individual accountability)：個別成員對達成團體目標、任務 成功與否皆負有責任。

4. 人際與小團體技巧(interpersonal and small group skills)：團體成員為了達成共 同目標，須適時使用人際互動的社會技巧。例如互相信任、接納與支持、清楚地 溝通、積極地化解衝突、不一致等。

5. 團體歷程(group processing)：進行任務處理的過程中能夠有效發揮出團體運作 的功能，例如：必須經常反映成員的貢獻對目標是否正確、有益，決定是否持續 或進一步做改善的處理。

Kirschner 等人(2009a)提出相較於個人學習，合作學習的環境較能促進終身學 習的概念。主要是基於以下假設，包括團體成員在合作的過程中會對任務進行討 論、辯論與反思，能夠引導較深層的訊息處理，以及較豐富且有意義的學習。另 外，儘管學習者不同的教育程度、生活背景差異等相關論點都可做為解釋合作學

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習較個人學習為佳的依據，但傾向選擇合作學習為教學方式，最基本合理的解釋

（假設）在於與個人學習相比，合作學習成果的效能(effectiveness)與效率 (efficiency)較高。因此，如果團體裡 n 個成員的學習成果表現較 n 個個別學習者 的總和高，那麼團體學習是有效能的；而當團體裡n 個成員的學習成果相較於 n 個個別學習者，是投入較少的心智努力所獲得，那麼團體學習是有效率的。綜上，

合作學習首要目的是達到真正的學習，也就是達到既有效能又有效率的學習效果 (Kirschner et al., 2009a)。

本研究根據上述合作學習的介紹，並考量五個良好合作關係與環境的基本要 素，將二個受試班級置於具結構性的合作學習活動中，並與另外兩個個別學習的 受試班級作比較，探討合作學習是否有較佳的效能與效率。除了上述因素外，學 者認為，若要進一步比較、分析、了解個人學習與合作學習間教材的有效性，尚 必須將人類的認知結構列入考慮(Kirschner et al., 2009b)，因此接著詳述從認知負 荷理論的觀點來探討合作學習。

二、合作學習與認知負荷理論

前面曾提及，內部認知負荷、外部認知負荷是具可加性的，形成與教材設計 有關的整體認知負荷量，增生認知負荷則是用來處理與內部認知負荷有關的元素 交互作用。而此整體認知負荷量必須維持在有限的工作記憶容量範圍內(Paas et al., 2003)，若整體負荷量超出範圍，則會阻礙學習。將認知負荷理論應用於合作 學習的教學活動，倘若成員在團體裡能有效能、有效率的學習，則可表示團體成 員間的認知系統結構以及需要被解決的任務特性是在眾人工作記憶容量範圍內 被了解、容納以及密切交流。根據這樣的理論架構，可以更清楚了解，合作學習 在甚麼樣的條件、如何對學習產生有效正確的影響，尤其是與個人獨立學習相較 的情況下(Kirschner et al., 2009a)。

若將團體視為包含多人有限工作記憶容量的訊息處理系統，因合作而形成一

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個共同、集體的工作區，任務以及與內部認知負荷有關的訊息可被分配於此多人 合作的工作記憶區。本研究推論的假設為：倘若任務愈複雜，個體與其他個體互 相合作的學習方式就會愈有效，因為結合多人的工作記憶容量，使可分配的認知 空間較多，複雜任務帶來的負荷量不容易過量。反之，若在合作學習的活動中指 派較簡單的任務，則產生的學習效果反而會比個人獨自解決的效果差，原因在於 個體有足夠的認知容量獨自處理簡單任務所產生的負荷量，然而團體間溝通協調 所形成的負荷對成員來說卻是額外、不必要的交易成本(transaction

cost)(Kirschner et al., 2009b)。由上可知，合作學習有效與否必須視任務的複雜程 度，以及在不同複雜程度下，成員間溝通協調形成的負荷對學習結果造成的影響 大小而定。

交易成本(transaction cost)的概念源於經濟學，意指交易商品或服務時所需耗 費的資源、金錢等，而應用於合作學習的活動中，係指學習者與其他學習者溝通 與協調處理任務時所產生的認知負荷，設計教材時也必須將此負荷列入考慮 (Kirschner et al., 2009b)。在處理複雜的任務時，比起能夠在團體成員間分配、交 流任務所造成的高認知負荷並進而解決問題，則由溝通與協調所造成的交易成本 相對來說是小的。換句話說，付出交易成本，成員得以解決高度複雜的任務，由 成員共同分享的認知容量分擔任務造成的認知負荷，能夠讓成員進行較深層的訊 息處理，建構基模，貯存於長期記憶。反之，在處理簡單的認知任務時，學習者 本身即有足夠豐富的容量去獨自解決問題，如果採取合作學習，成員溝通協調付 出的交易成本可能會高於任務帶來的負荷量，因此對於學習是不利的(Kirschner et al., 2008)。

Weldon 與 Bellinger(1997)比較個人與團體在回憶任務的表現，受試者為 192 位修習心理學的大學生，實驗程序為學習階段與測驗階段。在學習階段，分為三 人一組，實驗者僅告訴受試者將進行問題解決任務，分別以圖片與文字兩種不同 的刺激形式呈現40 個項目，請他們做深淺兩種不同層次的認知處理，然而並未

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告知受試者在測驗階段需單獨或是在團隊裡進行回憶任務。接著在測驗階段，受 試者進行兩次的回憶任務，一次為個人獨自回憶，另一次則為三人一組的團體合 作回憶，回憶在學習階段出現過的項目。結果發現，團體回憶比個人單獨回憶的 總數量多，但是若與名義團體(nominal group)相比（亦即合併三人各自的回憶數 量，且排除重複項目），團體裡的個人回憶數量會比他們單獨回憶時的數量少。

換言之，在進行較簡單的回憶任務工作時，合作過程對團體裡成員的表現是不利 的。然而，當任務為較複雜的問題解決時，學習者必須將訊息元素與其他相關元

換言之，在進行較簡單的回憶任務工作時，合作過程對團體裡成員的表現是不利 的。然而，當任務為較複雜的問題解決時，學習者必須將訊息元素與其他相關元