多媒體學習理論的十項教材設計原則

1. Multimedia Principle

原則：

教材設計採用文字與圖像並用的學習效果會比僅採用文字好。

以下列舉支持此原則的相關文獻：(R. E. Mayer, 1999, 2001, 2005;

R. E. Mayer & Gallini, 1990; R. E. Mayer et al., 1999; Moreno & Mayer, 1999b)。

說明：

圖 2-15 Multimedia Principle 之實例

2. Spatial Contiguity Principle

原則：

相關文字與圖像在畫面中位置接近會比位置遠離的學習效果好。

以下列舉支持此原則的相關文獻：(R. E. Mayer, 1989, 2001, 2005;

Moreno & Mayer, 1999a; Sweller, 1989; Sweller et al., 1998; Tarmizi &

Sweller, 1988; Ward & Sweller, 1990)。

說明：

圖 2-16 符合 Spatial Contiguity Principle 之實例

圖 2-17 不符合 Spatial Contiguity Principle 之實例

3. Temporal Contiguity Principle

原則：

相關的文字與圖像同時呈現比接續呈現的效果好。

以下列舉支持此原則的相關文獻：(Baggett, 1984; R. E. Mayer, 2001, 2005; R. E. Mayer & Anderson, 1991, 1992; R. E. Mayer et al., 1999; R. E. Mayer & Sims, 1994; Moreno & Mayer, 1999a)。

說明：

如圖 2-18 所示，若在圖像呈現之前開始解說左方和右方兩個三角 形全等的因素，學習者很難想像口述文字所描述的圖形；而若在圖像 呈現之後（到下一個沒有此圖像的畫面）接著以口述文字說明前一畫 面內兩個三角形為何全等，則學習者必須要努力回憶前一畫面的圖像 才能順利理解授課者要表達的內容。

（A） （B）

圖 2-18 Temporal Contiguity Principle 的實例

大部分的研究都關注於相關的「文字」與「圖像」應同時呈現的 議題(Baggett, 1984; R. E. Mayer & Anderson, 1991; R. E. Mayer et al., 1999; Moreno & Mayer, 1999a; Mousavi et al., 1995)，「圖像之間應該同 時呈現」似乎是很直觀地被認同而未受到關注。想像圖 2-18 之（A）

與（B）若不同時呈現，學習者將不易在工作記憶內將兩個圖像「比較 對照」（comparison）(Cook & Mayer, 1988)。然而，此教材的設計一定 需要（A）與（B）兩個圖像嗎？（A）與（B）之間的距離是否會造成 分散注意力效果？如何克服這樣的教材設計瓶頸？我們將在下一節採 用適性指標的方式重新檢視此問題。

4. Coherence Principle

原則：

與主題不相關的文字、圖像或聲音若能加以排除，學習效果較好。

此原則可細分成下列三個子原則：

（1）不相關的文字與圖像會降低學習者的學習效果。

（2）不相關的聲音或音樂會降低學習者的學習效果。

（3）不必要的文字若從教材中省略會增進學習者的學習效果。

以下列舉支持上述三個原則的相關文獻：(Chandler & Sweller, 1991; Harp & Mayer, 1997, 1998; R. E. Mayer, 2001, 2005; R. E. Mayer et al., 1996; R. E. Mayer et al., 2001; Moreno & Mayer, 2000a)。

說明：

相較於子原則（1）和（2），子原則（3）與認知負荷理論所提出 的 Redundancy Effect 很接近，是一個比較不直覺的結果。大部分的人 往往認為多餘的訊息對學習有益，至少沒有壞處(Sweller et al., 1998)。

在此我們針對子原則（3）提出實例。

圖 2-19 Coherence Principle 3 的實例與適性指標的作用

圖 2-19 分成上下兩組，分別說明「適性指標」與「激發式動態呈 現」對子原則（3）的相關設計方案。圖的左方都是會造成 Coherence Principle 3 的設計方式，依照認知負荷理論之 Redundancy Effect，不需 要整合的訊息應該予以省略。然而，在課堂授課的情境下，很可能面 臨某些學習者先備知識不足的狀況，這些原本是多餘的訊息對於先備 知識不足的學習者卻是必須的(McNamara et al., 1996; Yeung et al., 1998)。適性指標在此狀況能適時提供教材設計的彈性，「底色質感式 common region」可採用由下而上的 new object onset 視覺特徵適性化地 突顯重點，改善整合多餘訊息所造成 Redundancy Effect；而激發式動 態呈現(Chen & Tan, 2007)則能夠以更靈活的方式直接將多餘訊息彈性 地予以顯示或隱藏，直接消除 Redundancy Effect 的因素。

5. Modality Principle

原則：

文字訊息以口述文字的方式呈現會比印刷文字有更好的效果。

以下列舉支持上述原則的相關文獻：(R. E. Mayer, 2001, 2005; R. E.

Mayer & Moreno, 1998; Moreno & Mayer, 1999a; Mousavi et al., 1995)。

說明：

圖 2-20 Modality Principle 與適性指標

Modality Principle 是一個基於雙通道假設的設計原則，強調文字 訊息採用口述文字的方式呈現會有較佳的效果。在課堂授課的情境 下，教師使用口述文字本來就是典型的狀況(R. E. Mayer, 2005)。然而，

因為口述文字是稍縱即逝的，若沒有適時地經由語音迴路進入工作記 憶(Baddeley, 1997)，學習者很可能根本沒有接收到訊息（如圖 2-20 右 方圖示），此時適性指標恰可扮演適性化居中協調的角色。當學習者聽 得很清楚或是需要進行「增生認知負荷」的教學時，我們可以暫時把 文字訊加以隱藏；當學習者的工作記憶負荷過重（需記憶的項目過多）

或是已經超過語音迴路的維持時間（通常不到 30 秒）(Squire & Kandel, 2001)時，我們可以適時地將文字訊息利用 new object onset 的視覺特徵 加以顯示，讓視覺通道繼續協助整個認知歷程的運作。

6. Redundancy Principle

原則：

學習者從「具有動畫與口述文字」的教材比「具有動畫、口述文字與字 幕」的教材能得到更好的學習效果。

以下列舉支持上述原則的相關文獻：(Richard A. Abrams & Christ, 2004; Kalyuga et al., 1999; R. E. Mayer, 2001, 2005; R. E. Mayer et al., 2001)。

說明：

多媒體學習理論的Redundancy Principle 和 Modality Principle 同樣 是基於雙通道假設的設計原則。由於口述文字與字幕的內容完全相 同，考量 Modality Principle 的效應，此時字幕可被視為不需整合並可 省略的訊息來源，依照認知負荷理論的 Redundancy Effect，在此情況 下教材設計不應包含字幕。適性指標對此原則的作用與對 Modality Principle 的作用非常相似，都是採用適性化的方式依課堂授課的需要 啟動視覺通道協助聽覺通道完成認知歷程的運作（如圖 2-20）。

7. Personalization Principle

第 7～9 項原則是 2005 年 Mayer 新增的三項多媒體學習設計原則 (R. E. Mayer, 2005)，隨著相關研究的累積，新的教材設計因素逐漸被

發現並經實驗確認會影響學習效果。

原則：

教材的用語採用口語化（conversational style）的方式會比採用形式化

（formal style）的方式得到更好的學習效果。

以下列舉支持上述原則的相關文獻：(R. E. Mayer, 2001, 2005; R. E.

Mayer et al., 2004; Moreno & Mayer, 2000b, 2004)。

說明：

由於本文關注的是教師課堂授課環境的教材設計，並非線上學 習、線上遊戲或虛擬實境，並且教師可以與學習者進行「真實」而非

「虛擬」的對話，因此很自然的就能符合 Personalization Principle。

8. Interactivity Principle

原則：

學習者可以控制教材呈現的步調時（have control over the pace of the presentation）學習效果會比較好。

以下列舉支持上述原則的相關文獻：(R. E. Mayer & Chandler, 2001;

R. E. Mayer et al., 2003; Moreno et al., 2001)。

說明：

依照有限容量假設，學習者在工作記憶能維持運作的訊息是有限 的，所以若學習者擁有控制教材呈現步調的能力，將可依照自己的狀 況調整學習速度，避免認知負荷因訊息太多而過高。同樣的，由於本 文關注的是教師課堂授課環境的教材設計，教師可以依全班學習者的 狀況適時調整進度，以適性指標協助訊息的整合（降低 Split-Attention Effect）並減少雜訊（降低 Redundancy Effect）。因此，適性指標（激 發式動態呈現）可賦予教師對教材進度與呈現方式充份的控制力，從 授課者的角度符合 Interactivity Principle 的精神。

9. Signaling Principle

原則：

多媒體教材若含有可強調教材內容組織結構與重點的提示（cues），學習 效果較好。

以下列舉支持上述原則的相關文獻：(Harp & Mayer, 1998; Mautone

& Mayer, 2001; R. E. Mayer, 2001, 2005)。

說明：

Signaling Principle 能降低外在認知負荷是因為適當的提示能引導 學習者將注意力投注在重要的教材內容上，如此可以避免學習者的注 意力被不相關或不重要的內容吸引，造成認知資源不必要的浪費。理 念上，Signaling Principle 與適性指標在目標上都是要降低外在認知負 荷，只是採用的方式有所不同，其差異我們將在下一小節做進一步的 探討。Signaling Principle 常用的方式為「突顯標題（heading）」與「強 調關鍵訊息（key information）」(R. E. Mayer, 2005)，如圖 2-21 所示。

圖 2-21 採用 Signaling Principle 時需要考慮視覺搜尋非對稱性

在視覺認知科學中，圖 2-21 的例子是屬於靜態的視覺特徵，不具 操作的彈性，並且需要注意視覺搜尋非對稱性(Treisman & Souther, 1985; Ware, 2004; J. M. Wolfe, 2001)。從這個案例可以發現，教材設計 若需要對學習者的注意力加以引導，我們必須對視覺認知科學中的視 覺搜尋理論以及基本視覺特徵做進一步的研究，相關探討請見本文第 三章與第四章。

10. Individual Difference Principle

McNamara et al., 1996; Moreno & Duran, 2004; Yeung et al., 1998)。

說明：

在多媒體學習理論之 Coherence Principle 以及認知負荷理論之 Redundancy Effect 都提到了先備知識會影響學習者對教材的感受，先 備知識充足的學習者認為是累贅的敘述對於先備知識不足的學習者可 能是必須整合的重要訊息。Individual Difference Principle 除了提醒我 們教材設計一定要考慮學習者的先備知識，並且肯定了「同時對某些 人是必要而對其他人是多餘」的訊息採用適性指標賦予其彈性顯示或 隱藏的能力是必須的，相關實例如 Coherence Principle 之圖 2-19。

心像能力（spatial ability）指的是產生（generate）、維持（maintain）

與操作（manipulate）內心視覺圖像（mental visual image）的能力，

(Downing et al., 2005; R. E. Mayer, 2001; M. Robert & Chevrier, 2003)，

心像能力可以藉由練習來改善(Sternberg, 2003)。因此，Individual Difference Principle 除了說明多媒體學習的設計原則對低先備知識且 高心像能力的人效果最好之外，亦指出「課前訓練（pretraining）」的 重要。對於「先備知識不足」的學習者可以在課前訓練先補足其先備 知識；若教材對於心像能力的需求較高，則可要求學習者在完成課前 訓練內相關心像技能（spatial skills）的訓練之後，再進行正式課程(R.

E. Mayer, 2001)。