第二章 文獻探討
第一節 多媒體學習與教學
第二章 文獻探討
本章將探討針對多媒體學習與教學、認知負荷理論做介紹與探討，再針對 動畫、空間能力在多媒體學習上的應用作探討與整理相關研究。
第一節 多媒體學習與教學
一、多媒體的定義
針對「多媒體」這個名詞，過去許多研究者有不同的定義：
Schwartz & Beichner（1999）認為多媒體是使用多種形式的媒體做為呈現 的方式。Brooks（1997）認為多媒體結合數種媒體，例如電影、幻燈片、音樂和 燈光，目的是用於娛樂或是教育上。Greenlaw & Hepp（1999）認為將資訊以圖 表、聲音、影片、或是電影的形式呈現，多媒體文件包含了純粹的文字與多媒體 的元素。
簡單來說，多媒體就是以各種不同的形式呈現不同類型的資訊，各研究者 在各領域對這些呈現形式與資訊的類型有不同的解釋與定義。本研究探討的是在 多媒體應用在教學與學習上的定義。
Mayer（2001）定義多媒體包含了兩種形式：文字（words）形式與圖片
（pictures）形式。文字的形式可以是書寫的視覺文字或是口語表達的文字；圖 片則是圖像形式，包含靜態圖（例如插圖、座標圖、圖解、照片、地圖…等等）
與動態圖（動畫、影片）兩種形式。Mayer 認為「多媒體學習」便是從這些文字 與圖片中學習；「多媒體教學」則是在教學過程中呈現這些文字與圖片等不同形 試的資訊促進學習的效果。
過去的研究中有三種不同的觀點判斷是否為多媒體：
1.媒體傳遞觀點（The Delivery Media View）
此觀點是以能夠傳遞訊息的媒體數量來做判斷的依據，認為只要是以二種
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以上的媒體來傳遞訊息時便可以稱為多媒體，例如電腦是以螢幕及喇叭兩種媒體 設備來傳遞訊息，電腦便可以稱為多媒體；而書本中的訊息僅能藉由單一種媒體
（即書本）傳遞，故不能稱為多媒體。
2.呈現模式觀點（The Presentation Mode View）
此觀點是以媒體呈現模式的數量來做判斷，認為用二種以上呈現模式來呈 現訊息時便可稱為多媒體，例如可以呈現螢幕文字、敘述、靜態圖片、動態圖片 的電腦多媒體；演講的聲音語文及投影幕上圖像畫面的簡報多媒體；書上的純文 字及靜態圖像的書本，皆屬於多媒體。
3.感官模式觀點（The Sensory Modalities View）
此觀點認為需要以二種以上感官接受器來接收進入的訊息時可稱之為多媒 體，例如以動畫被視覺感官接受器接收、聲音敘述被聽覺感官接受器接收的電腦 多媒體，演講者聲音被聽覺感官接受器接收、投影機投射出的畫面訊息被視覺感 官接受器接收的演講多媒體。
在這些多媒體的觀點中，Mayer（2001）反對媒體傳遞觀點，他認為此種觀 點的判斷著重於科技的形式種類而非學習者本身。而感官模式觀點的判斷著重於 聽覺與視覺兩種處理系統不同的區別，符合其多媒體學習認知理論中雙重管道的 假設（dual-channel assumption）。
二、多媒體學習的認知理論（Cognitive Theory of Multimedia）
Mayer 整理關於人類認知科學的相關研究結果，根據關於人類心智運作的三 個假設：雙重管道假設（dual channel assumption）、有限的能力假設（limited capacity assumption）及主動處理假設（active processing assumption），
提出多媒體學習的認知理論，來說明人類進行多媒體學習時認知系統如何分配與 處理接收到的多媒體訊息。
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表 2.1.1
三個有關多媒體學習認知理論的假設（Mayer & Moreno, 2003）
假設 定義 相關文獻
雙重管道
人類擁有獨立的聽覺訊息及視覺 訊息處理管道。
Paivio, 1986; Baddeley, 1998
有限的能力
人類的每一個管道一次能處理的 訊息數量是有限的。
Baddeley, 1998;
Chandler & Sweller, 1991 Sweller, 1999
主動處理
學習需要在聽覺與視覺管道中進 行大量的認知處理
Wittrock, 1989 Mayer, 1999, 2002
多媒體學習認知理論的三個假設：
1.雙重管道假設（dual channel assumption）
人類的資訊處理系統是由兩個獨立的管道組成，一個是聽覺／語文
（auditory／verbal）管道，負責聽覺輸入與語文呈現方式的處理；另一個管道 是視覺／圖像（visual／pictorial）管道，負責視覺輸入與圖形呈現方式的處 理。此假設是根據 Paivio（1986）的雙碼理論（dual-coding theory）與 Baddeley
（1998）的工作記憶理論衍生而來。Mayer（2001）以二種方式來概念化二個管
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2.有限的能力假設（limited capacity assumption）
人類資訊處理系統的每個管道，一次能夠處理的訊息量是有限的。當呈現 圖像時，學習者一次只能注意、並掌握少部分的影像，並將其保存在工作記憶中，
人類只能保留住部分呈現的素材而非完整的保留全部；當一段敘述或聲音呈現時，
學習者一次只能注意、並保存部分文字在工作記憶中，而非逐字的記錄。
此假設包含了 Chandler and Sweller （1991;Sweller, 1999）的認知負荷理論 與 Baddeley（1998）的工作記憶理論。
3.主動處理假設（active processing assumption）
Mayer（1999,2002）提出的主動學習的選擇-組織-整合理論，認為人類在 多媒體學習過程中主動進行認知處理時，會分別接收到的文字和圖片訊息，然後 針對接收到的資訊進行組織，最後是將所有訊息和原本知識整合在一起。因此人 類在主動學習的過程中需要使用大量的認知處理在聽覺與視覺的管道中運作。
多媒體學習認知理論模型：
圖 2.1.1 為多媒體學習認知理論的模型，由上而下分成兩行，上面為聽覺
／語文（auditory/verbal）管道，負責聽覺輸入與語文模型呈現方式的處理；
下面是視覺／圖像（visual/pictorial）管道，負責視覺輸入與圖形模型呈現方 式的處理。
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圖 2.1.1
多媒體學習認知理論模型 Mayer（2001）
由左而右分成五欄，分別為多媒體呈現方式（文字形式或圖片形式）、感官 接收方式（由耳朵或眼睛接收）、淺層工作記憶呈現的資訊（學習者注意到的聲 音形式表徵或影像形式表徵）、深層工作記憶呈現的資訊（由學習者建構的語文 模型或圖形模型）與長期記憶中的先備知識，三個框框分別表示記憶儲存的類型，
包含感官記憶（sensory）、工作記憶（working memory）與長期記憶（long-term memory）三個部分。箭頭連結表示認知處理的方向，由文字到耳朵表示語言表達
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多媒體認知理論的多媒體訊息處理方式
根據 Mayer（2001）定義的多媒體教學是呈現文字（包含書寫的視覺文字與 口語表達的文字）或圖片（包含靜態圖與動態圖）來進行教學。現將根據多媒體 認知理論模型描述當學習者使用多媒體教材進行學習時的訊息處理方式，整理如 下：
當媒體是以圖片（包含靜態圖與動態圖）方式呈現，以眼睛接收到圖片訊 息並暫時儲存於感官記憶中，經由注意力選擇部分適當的影像進入工作記憶，並 以影像的形式表徵呈現於工作記憶中，組織影像表徵形成心智中的圖像模型，最 後和先備知識整合。
當媒體是以口語表達文字方式呈現，以耳朵接收到文字訊息並暫時儲存於 感官記憶中，經由注意力選擇部分適當的口語表達文字進入工作記憶，並以聲音 的形式表徵呈現於工作記憶中，組織聲音表徵形成心智中的語文模型，最後和先 備知識整合。
當媒體是以書寫的視覺文字方式呈現，以眼睛接收到文字訊息並暫時儲存 於感官記憶中，經由注意力選擇部分適當的書寫的視覺文字進入工作記憶，將書 寫文字的影像表徵轉換成聲音表徵呈現於工作記憶中，組織聲音表徵形成心智中 的語文模型，最後和先備知識整合。
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三、多媒體教材設計原則
Mayer（2001）提出的 9 個多媒體教材設計原則，分別列出說明敘述如下：
1.多媒體原則（Multimedia Principle）
使用多媒體學習（文字及圖片）的效果比單獨使用文字學習的效果要好。
因為當文字及圖片一起呈現的時候，學生有機會去建構語文及圖形的心智模型及 整合語文與圖形模型之間的關聯。
2.空間接近原則（Spatial Contiguity Principle）
當相對應的文字及圖片彼此位置較接近時，學習者則不需耗費工作記憶進 行圖文間的搜尋比對。
3.時間接近原則（Temporal Contiguity Principle）
整合性的呈現文字及相對應圖片對學習者的學習成效優於分離性的文字及 相對應圖片呈現。如果文字與相對應的圖片一前一後的出現，學習者必須將先出 現的訊息保存在記憶中，待後面的訊息出現後才能建立相關連結，不利於學習。
4.連貫原則（Coherence Principle）
跟教材內容無關的媒體材料或訊息可能會造成：（1）在工作記憶中消耗認 知資源、（2）分散學習者注意力、（3）分裂組織中的資料或訊息處理、（4）
可能使學習者將注意圍繞在不適當的主題組織資料或訊息。研究發現當有趣但不 相關的文字及圖片被加入多媒體中呈現時，學生的學習成效降低；當有趣但不相 關的聲音或音樂被加入多媒體呈現時，學生的學習成效降低；當不需要的文字從 多媒體呈現中被刪除時，學生的學習成效增加。
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5.形式原則（Modality Principle）
研究發現動畫搭配口語表達文字的學習效果優於動畫搭配書寫的視覺文字。
因為視覺文字、圖片、動畫皆利用到視覺／圖像管道，兩者在此管道中彼此競爭 認知資源，但當文字以口語表達文字呈現時，口語表達文字使用到聽覺／語文管 道，而圖片、動畫則使用到視覺／圖像管道，當兩種管道皆使用到時，可以避免 單一管道超過負荷。
6.多餘原則（Redundancy Principle）
學生在動畫搭配口語表達文字的多媒體呈現得到的學習結果比在動畫同時 搭配口語表達文字及視覺文字的多媒體呈現得到的學習結果佳。根據雙通道假設，
口語表達文字及視覺文字的接收感官雖有不同，但在工作記憶中是屬於相同的訊 息，因此應移除掉多餘的視覺文字，減少其佔用視覺／圖像管道的認知資源。但 在第二語言學習的多媒體環境中，提供學生視覺文字的功能則可幫助其學習第二
口語表達文字及視覺文字的接收感官雖有不同，但在工作記憶中是屬於相同的訊 息，因此應移除掉多餘的視覺文字，減少其佔用視覺／圖像管道的認知資源。但 在第二語言學習的多媒體環境中，提供學生視覺文字的功能則可幫助其學習第二