多媒體動畫與科學學習

過去一些研究指出，多媒體因具有多種表徵，包含聲音、圖像、文字等，

較單一表徵能提供多種訊息來源，且不同型式之表徵組合會對學習成效有不同 的影響 （Mayer, 2001; Mayer & Moreno, 2003）。因近年來多媒體融入教學的蓬 勃發展，一系列的研究文章也逐漸問世，其中最為人們所關切的尌是多媒體融 入教學究竟如何幫助學生學習，其中機制為何？

Paivio （1969）提出雙重編碼理論（Dual Coding Theory），根據此理論，

Paivio 認為人們在處理訊息時，會分為圖像與語文兩種方式進行編碼以表徵訊 息，經由編碼後的表徵便可進行操弄、儲存及方便日後的提取。如視覺圖像的 部分會經由圖像編碼，產生心像表徵；而文字的部分則會經由語文編碼，產生 符號表徵。Paivio （1975）的研究認為人類對於圖像的記憶編碼獨立於語文的 記憶編碼，圖像編碼與語文編碼會分開記憶，卻能透過兩邊的互動而提取出來，

而對同一件事物若具有兩種記憶編碼，會比只具有其中一種記憶編碼的事物更 容易被回想起來。

Baddeley 與 Hitch （1974）首次提出工作記憶模型，同樣將記憶編碼分為 視覺圖像與語文兩種，和 Paivio 不同的是，Baddeley 的語文編碼強調的是聽覺 上的資訊，而 Paivio 則是強調語義上的資訊。兩者產生不同的原因為，Paivio 是強調長期記憶（long term memory, LTM）中的語義編碼；而 Baddeley 則是強 調短期記憶（short term memory, STM） 中的語音編碼 （Craik & Lockhart, 1972）。

Baddeley 與 Hitch 原先提出的工作記憶模式包含三個部分：（1）語音迴路

（phonological loop），收錄與語音相關的訊息，等待中央執行器處理；（2）視覺 空間模板（visuo-spatial sketchpad），收錄與視覺圖像相關的訊息，等待中央執 行器的處理；（3）中央執行系統（central executive），負責協調與監控子系統的 運作，整理聲音及影像的訊息。之後的研究中又加入了第四個部分，（4）事件 緩衝器（episodic buffer），作為一個限量的暫時儲存系統，可整合不同來源的訊 息，由中央執行器所控制 （Baddeley, 2000, 2002, 2003）。

Sweller （1988）依據 Baddeley 的工作記憶模型，提出認知負荷理論，認 為每一訊息處理通道所能處理的訊息量十分有限，超過其所能處理的最大量即 會產生認知負荷（cognitive load）。因學生在認知過程中，訊息的處理是透過工 作記憶，適當的多媒體融入教學能幫助學生學習，但不當的多媒體組合則會增 加學生的認知負荷。Sweller （1994）以教學設計的觀點切入，將認知負荷分為 內在認知負荷（intrinsic cognitive load） 、外在認知負荷（extraneous cognitive load）

及相關認知負荷（germane cognitive load）。內在認知負荷來自教學內容難易程 度的影響，無法藉由結構化的教學或調整教材呈現方式而改變；外在認知負荷 來自教學內容的呈現方式對工作記憶的負載，可藉由適當的教學設計而降低；

相關認知負荷則是用以處理建構及自動化基模。

Mayer （2001）結合了 Paivio 的雙重編碼理論、Baddeley 的工作記憶模型、

Sweller 的認知負荷理論，而提出了其多媒體學習理論，此理論認為人的學習會 有三個假設：（1）雙通道假設（the dual channel assumption），Mayer 應用 Paivio 的雙重編碼理論，認為人類會先將訊息轉換成視覺及語義的表徵，再整合以建 立心智表徵；（2）有限的能力假設（the limited capacity assumption），Mayer 應

用 Baddeley 的工作記憶模型與 Sweller 的認知負荷理論，認為每一通道能處理 的訊息量有限，超過即會產生認知負荷；（3）主動學習假設（the active learning assumption），Mayer 認為有意義的學習需由學習者主動選擇欲學習的訊息加以 用，則更能促使學生理解化學分子的立體結構 （Pavlinic, Buckley, Davies, &

Wright, 2002）。

學生不需自己想像此微觀概念，故能降低學習過程中產生的認知負荷而達到較 好的學習成效 （Barnea & Dori, 1999; Copolo & Hounshell, 1995; Dori & Barak, 2001; Ealy, 1999; Williamson & Abraham, 1995; Wu, Krajcik, & Soloway, 2001）。 Urhahne 等人 （2009）研究指出中學生在學習化學分子的結構及其特性時，使 用 3D 模擬動畫進行學習的學習成效較使用 2D 模擬動畫進行學習的學習成效為 佳，並達到顯著差異，但相同的單元內容應用在大學生身上，2D 和 3D 兩種型 式的教材的學習成效卻沒有顯著差異，因此推測 3D 模擬動畫可幫助學生建構尚 未學習過的科學概念之心智表徵，但針對已學習過的科學概念，因學習者本身 已具備相關的心智表徵，故 3D 模擬動畫便無顯著效用。因研究中的大學生受詴 者，在中學時期已學過化學分子的結構與特性，故原先便已持有特定的心智表 徵，而使得經由 2D 和 3D 模擬動畫學習後，無產生顯著的學習成效差別。

關於 2D 或 3D 兩種動畫之呈現型式，何者對於學生的科學學習有較佳的幫 助，雖大部分研究皆支持 3D 動畫在與立體結構相關的科學概念上能帶給學習者 較好的學習成效，但仍有少部分的研究並未產生一致的結論，故 2D 或 3D 究竟 熟優熟劣，目前仍無一致的定論。而本研究所選用的「現代原子模型」科學概 念，因單元內容內牽涉大量和立體空間結構相關的概念，依照先前大部分研究 的發現，似乎使用 3D 動畫進行學習的成效會較佳，因此研究者，企圖以此角度 切入，探討不同空間能力的學生，經由 2D 和 3D 不同型式之多媒體動畫進行學 習後，其學習成效有何差異？3D 動畫是否較 2D 動畫有較佳的學習成效？