多媒體學習理論

Clark 和 Mayer(2008)定義多媒體為文字(words)與圖片(pictures)，其中文字包含有書 寫或印刷文字(printed text)與口述文字(spoken text)，圖像包含有插畫、圖片、相片、地 圖、動畫和錄影…等。因此，多媒體學習理論說明了人類在利用多媒體學習時，認知系 資料來源：修改自 Mayer(2005)

外界訊息 呈現方式 感官記憶 工作記憶 長期記憶

2.2.1 多媒體學習理論三大基本假設

正如上述學習者藉由多媒體學習過程中可以得知有三個重要的過程─選取訊息、組 織訊息、整合訊息。因此，多媒體學習理論有三大基本假設，分別為雙通道假設(Dual channels)、容量有限假設(Limited capacity)、主動處理假設(Active processing)(Mayer, 2009)，於下列分別介紹：

1. 雙通道假設(Dual-channels Assumption)：

Clark 和 Paivio(1991)提出雙碼理論，指出人類以圖像的編碼和語言的編碼表徵訊 息。Mayer 認為人類擁有兩個獨立處理訊息的通道，一個聽覺的聽覺通道(auditory channel)、一個是視覺化的視覺通道(visual channel)。當聽覺訊息(含口述文字及非相關聲 音)傳送到耳朵時，人類就以聽覺通道來處理這類訊息，如圖 3。文字訊息中印刷文字 會由眼睛接受訊息，經由視覺通道來處理此類訊息，如圖 4。而視覺化的圖像訊息，人 類就以視覺通道來處理，如圖 5。

圖 3 聽覺訊息(口述文字與其他非相關聲音)在聽覺通道運作示意圖 資料來源：修改自 Mayer(2005)

圖 4 文字訊息(印刷文字)在視覺通道運作示意圖 資料來源：修改自 Mayer(2005)

外界訊息 呈現方式 感官記憶 工作記憶 長期記憶

圖 5 圖像訊息(含圖片、動畫、影像…等)在視覺通道運作示意圖 資料來源：修改自 Mayer(2005)

在雙通道假設中，雖然 Mayer 定義聽覺通道及視覺通道，但不代表「文字」一定是 資料來源：修改自 Mayer(2005)

總結，雙通道假設認為，當學習者可以同步利用兩個通道接收訊息時，可以加速訊 息的處理，且這兩種訊息間存在互補的作用，心智可以整合這兩個通道所接收到的訊 息，在理解後學習者就形成有意義的學習，如圖 7。

圖 7 聽覺通道與視覺通道同步運作示意圖 資料來源：修改自 Mayer(2005)

外界訊息 呈現方式 感官記憶 工作記憶 長期記憶

2. 容量有限假設(Limited-capacity Assumption)

學習者在每一個通道所能夠同時處理的訊息量是有限的(Clark & Mayer, 2008)，也就 是說學習者無法同一時間接受大量訊息，這與 Baddeley(1992)工作記憶的訊息處理有容 量限制以及 Chandler 和 Sweller(1991)認知負荷理論中提到過多的訊息或太複雜的訊息占 用工作記憶空間，而產生認知負荷之主張相同。

正因容量有限假設限制，當利用多媒體呈現大量訊息時，往往被學習者保留在工作 記憶區中都是少部分或者片段不完整。所以如何分割適當的訊息量給學習者進行有意義 的學習，就是設計多媒體教材的重點。

3. 主動處理假設(Active-processing Assumption)

學習者要主動建構知識才能產生有意義的學習，其中含有注意、選取組織訊息，並 將所得到的新訊息與其原有的先備知識做整合(Mayer, 2009; Mayer & Moreno, 2003)，而 Wittrock(1989)也提出相同的假設。也就是說，課堂中教師呈現教學內容訊息，學習者並 資料來源：修改自 Mayer(2005)

外界訊息 呈現方式 感官記憶 工作記憶 長期記憶

2.2.2 多媒體設計原則

Mayer(2009)根據多媒體學習的認知理論和 Sweller 的認知負荷理論，認為在學習的 過程中有三種認知的處理方式：外在的認知處理(Extraneous processing)、本體的認知處 理(Essential processing)、衍生的認知處理(Generative processing)。分述如下：

1. 外在的認知處理(extraneous processing)：

Sweller 稱之為外在認知負荷(extraneous cognitive load)。指的是因為教學設計不良所 引起的與教學目標無關認知處理。如教材中加入與內容不相關的背景音樂，而引發聽覺 的接收與訊息的搜尋，因為此外在處理耗費學習者的運用的認知處理空間，就沒辦法有 足夠的空間去處理與教學內容相關的訊息，最後導致學習者無法產生有意義的學習。

2. 本體的認知處理(essential processing)：

Sweller 稱之為內在認知負荷(intrinsic cognitive load)。是指在訊息選取的處理時，將 教材本身描繪到工作記憶中的認知過程。此認知處理的多或少，與教材的複雜度相關。

也就是說當一份教材中，在同一時間有許多元素交互作用著，學習者在記憶理解教材時 所需的認知處理就多，反之則少。與圖 8 主動處理的歷程三個階段─「選取相關訊息」

相關，當學習著花費較多精力與此，則只是將訊息記憶下來，沒有組織及整合訊息，充 其量只是背誦內容而非有意義的學習。

3. 衍生的認知處理(generative processing)：

Sweller 稱之為有效認知負荷(germane cognitive load)。指的是組織教材以及整合先 備知識的認知處理。即圖 8 主動處理的歷程三個階段中的「組織」與「整合」階段，且 衍生的認知處理與學習者的動機與先備知識有高度的相關，當學習者將大部份資源運用 於此認知處理，並能更增加學習者對於教材的知覺程度而創造有意義的學習。

基於上述三種不同認知處理，Mayer(2009)提出三類十二項多媒體教材設計原則。第 一類減少外在處理的設計原則：連貫原則(Coherence Principle)、信號原則(Signaling Principle)、重複原則(Redundancy Principle)、空間接近原則(Spatial Contiguity Principle)、

時間接近原則(Temporal Contiguity Principle)；第二類管理本體處理的設計原則：分割原 則(Segmenting Principle)、事前訓練原則(Pre-training Principle)、形式原則(Modality Principle)；第三類為增加衍生處理的設計原則：多媒體原則(Multimedia Principle)、個人 化原則(Personalization Principle)、聲音原則(Voice Principle)、圖像原則(Image Principle)。

將上述十二項原則分述如下：

1. 連貫原則(Coherence Principle)

當教材中多餘或不相干的文字、圖片和聲音被排除後，學習者會有較佳的學習效 果。Mayer 指出多餘的訊息將造成工作記憶區中資源互相競爭、分散學習者注意力、切 斷訊息的連貫性、使學習者將心力花費在不重要的訊息上。

本研究所設計使用的教材，均以空白頁為背景，所有圖形、文字皆為教學內容，並 無額外的插圖，課堂中的聲音只有研究者的口述講解。整體而言，沒有多餘或不相干的 訊息干擾學習者學習。

2. 信號原則(Signaling Principle)

在教材中適當的加入提示教材內容組織結構及教學重點的信號，可以引導學習者的 注意力，使其將注意力及有限資源運用在重要的訊息上。訊號原則常使用的方式為「突 顯標題(heading)」和「強調關鍵訊息(key information)」(Mayer, 2005)，而增加的信號有 兩種─語言信號(含大綱、標題、聲音強調和指標字)及視覺信號(含箭頭、特殊顏色、閃 爍、指示手勢及淡化)。將信號原則使用方式整理如表 1 所示：

表 1

信號原則的使用方式

分 類 特 徵 使用方式

語言信號 Verbal Signaling

大綱 Graying out

將圖像中其餘部位淡化，以讓正在描述的成分 能夠獲得更多的重視

資料來源：整理自 Mayer(2009)

本研究中所使用的適性指標與信號原則有極大的相關，將闡述於後。

3. 重複原則(Redundancy Principle)

利用只有「圖像及口述講解」的教材呈現給學習者比擁有「圖像、口述講解及字幕」 點時(Clark & Mayer, 2008; Mayer, 2009)這些情況是可以使用字幕的。

本研究中所用教材，因有要讓學習者學習書寫證明的關係，所以在論述證明的畫陎 中皆有文字的呈現，如圖 9。

圖 9 重複原則範例(使用字幕) 4. 空間接近原則(Spatial Contiguity Principle)

當教材中呈現相對應之文字及圖像呈現的位置彼此接近時，能產生較好的學習效果 (Mayer, 2001) 。因為當相對應的文字及圖像彼此位置距離太遠時，學習者必需佔用認知 空間來進行視覺搜尋，而用於處理學習的認知空間較相對的少。因此，不論教師是利用 黑板還是多媒體進行教學，都應考慮文字與圖片的配置。如圖 10，在講解三角形陎積 相減的同時，有圖像的呈現，亦將算式呈現於圖形附近，方便學習者作連結。

圖 10 空間接近原則範例

而實際課堂中，常常礙於訊息量太多、太複雜而無法使所有相對應的圖像與文字位 置接近，就運用格式塔原理的群化原則，引導、協助學習者連結文字及圖像，減少學習 者視覺搜尋的負荷。

5. 時間接近原則(Temporal Contiguity Principle)

當教材中相對應的文字及圖像同時呈現時，學習者的學習成效比間斷出現的效果要 好(Mayer, 2001)。因為若相關文字及圖像能同時呈現，學習者可將訊息同儲存在工作記 憶區中做整合，並連結視覺表徵與聽覺表徵的關聯性。可是若相關文字和圖像在不同時 間呈現時，學習者先接受了圖像在工作記憶中，而當文字進入工作記憶區時可以已遺忘 某部份圖像訊息，因此，較難對聽覺表徵及視覺表徵間建立心智連結，進而無法做有效 的整合。

Mayer(2001)進一步探討，若將教材分為小段落時，同時或間斷出現訊息對於學習成 效並沒有影響。這是因訊息的量有所控制，則不管文字及圖像是接續的出現或是同時出 現，且若時間夠接近使得學習者所吸收訊息尚未消退，學習者可靠自己整合資訊將文字 與圖像作適當的對照、連結，。

6. 分割原則(Segmenting Principle)

當教材經過適當的分割成幾個小部份，讓學習者可以管理或操控其認知空間，將會 使學習者較易進行本體的認知處理(Essential processing)(Clark & Mayer, 2008)。也就是說 一份複雜的教材，經過分割為數個小片段，當每個小片段呈現學習者時，因為訊息量少，

所有有足夠的時間和能力去選取文字和圖像並加以組織和整合，再進入下一個片段。

而呈現這些片段時建議讓學習者自行掌控比連續呈現效果好，因為當學習者忙於組 織及整合訊息的同時，下一個片段已接續呈現，將會迫使學習者同時也要選取文字或圖 像，這將會使得雙通道超載(Mayer & Moreno, 2003)。

7. 事前訓練原則(Pre-training Principle)

當實施教材前，先對概念內容的特徵及專有名詞作介紹，讓學習者可以在學習之前 先了解，這會使得學習者學習狀況更好、更深入(Mayer, 2009)。這原則類似帄常所說的

「預習」，學生若能在學習前先將教材瀏覽一次，或教師在進入課程前，先將概念和名 詞作介紹，當學生可以先建立基本基模，正式講解課程時，再一次複誦增加效果且容易 建立起與課程間的關聯。

本研究在設計時，也有先對概念(線段切同比例、中點連線性質)和名詞(三角形中線) 作介紹，讓學生可以先有基本的認識，再進入較為複雜的論證內容。

8. 形式原則(Modality Principle)

當教材以「動畫+旁白」的呈現方式會比以「動畫+文字」的呈現方式，會使學習者

當教材以「動畫+旁白」的呈現方式會比以「動畫+文字」的呈現方式，會使學習者