多媒體教材設計

當兩個系統獨立運作的時候，會依照接收資訊的類別而使用不同的系統處理。

當接收語文相關的資訊時(例如口語敘述)，則這些語文資訊將經過文字編碼 (verbal encoding)過程並儲存於工作記憶(working memory)中，最後更進一步處理 接收的語文敘述成為語文系統的心智表示方式(mental representation of verbal system)，此過程稱為建構語文表示鏈結(building a verbal representational

connection)；同樣的，當接收非語文相關的資訊時(例如動畫或圖形物件)，非語 文資訊在經由圖像編碼（visual encoding）後也同樣儲存於工作記憶中，之後也 會轉換為非語文系統的心智表示方式(mental representation of visual system)，而這 個過程則稱之為建構圖像表示鏈結(building a visual representational connection)。

而兩個系統的儲存資訊需要互動以支持彼此時，則使用串聯兩系統的參照鏈結 (referential connection)做為聯繫(Paivio,1986；Mayer & Sims,1994)。學者們在研究 中也指出，學習成效是依據「語文表示鏈結」 (verbal representational connection)、

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「圖像表示鏈結」 (visual representational connection)與「參照鏈結」 (referential connection)三者之間連結的品質決定(Schmitt,Tavassoli & Millard,1993)，如圖 2 所示。

圖 2 雙碼理論連結架構

資料來源：翻譯自”Mental representations: a dual coding approach” by Paivio, A., 1986, Oxford, England : Oxford University Press.

當語文資訊與圖像資訊同時呈現時，會使參照鏈結的建立更有效；相反的，

兩種資訊依序呈現會使參照鏈結建立效果較差(Mayer & Gallini,1990；Mayer &

Sims,1994)。而語文與圖像資訊的同時呈現並不是盲目的組合就能使學習成效提 升，而是當資訊編碼間具有高度相關性的參照鏈結時，才能成為一強而有力的認 知連結。換句話說，語文資訊與圖像資訊之間必須有高度關聯，才能互相支持聯 想、輔助記憶，提高學生的理解程度(Paivio,1990；Najjar,1996)。

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二、 認知負荷理論

Sweller 於 1988 年首次提出認知負荷理論(cognitive load theory)後，進年來接 續有學者針對不同場域的應用狀況給予合適的定義與闡述。學者宋曜廷(2000)表 示：認知負荷是因特定工作的認知能量(capacities)或認知資源(resources)加諸於學 習者的認知系統時所產生的負荷狀態；而陳密桃(2003)也提出這樣的負荷狀態對 於訊息處理理論而言，同時也是工作記憶負荷(working memory load)。

當認知負荷理論應用在教學活動與教材設計時，主要可區分為內在認知負荷、

外在認知負荷與增生認知負荷等三種類型，以下就此三類認知負荷類型做定義與 表格整理(Sweller, 1998; Gerjets, Scheiter & Cierniak, 2009)：

(一) 教材本身的困難度，即內容的複雜程度，歸類為內在認知負荷(intrinsic cognitive load)。由於教材內容必須循序漸進的增加深度與廣度，因此這部分 的負荷為基本負荷，不易改變。

(二) 教材內容的組織與資訊呈現方式，或是教學活動流程的設計，這個部分被 歸類為外在認知負荷(extraneous cognitive load)。由於此部分負荷是額外加諸 於學習者，因此可藉由適當的教學設計修改或改變資訊呈現方式以減低負荷 程度，也因為可以從教材與活動的設計面去改進負荷程度，提高基模建構 (schema construction)與基模運作自動化(schema automation)對知識及技能建 立的狀況，外在認知負荷也稱之為無效的認知負荷(ineffective cognitive load)(陳密桃，2003)。

相較於無效的認知負荷，有效的認知負荷(effective cognitive load)則有 其存在的價值。有效的認知負荷也稱為增生認知負荷(germane cognitive load)，

雖然屬於外在認知負荷的一種，但在不超出總負荷量(內在認知負荷與外在認知 負荷之總和)的前提之下，當已經降低不必要的外在認知負荷後，又再用合宜的 教學活動引起學生對於知識建立的正向注意力，此種認知努力(cognitive effort)可進而協助學習者建構相關之基模(Pass et al., 2003)。

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資料來源：翻譯自” The scientific value of cognitive load theory: A research agenda based on the structuralist view on theories” by Gerjets, P., Scheiter, K., &

Cierniak, G., 2009, Educational Psychology Review, 22, 43-54.

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貳、 教學設計效應

為了有效降低不必要的認知負荷，Sweller(2003b,2004)依據實徵研究的結果 與建議歸納出幾項因教材設計而產生的效應，茲將與本研究相關的效應簡述如 下：

(一) 分散注意力效應(split-attention effect)

當學習者接收的訊息來源在空間上的安排(如圖形與文字的位置)距離過遠，

或是時間上的順序(如動畫與旁白的出現時間)不一致，則雖然兩種訊息都能提供 內容解釋，但此舉將強迫學習者花費更多的認知去建立訊息間的關聯，這樣的設 計不能提高學習效果，反而造成了認知負荷(宋曜廷，2000；范懿文、陳彙芳，

2000)。例如，於幾何教學的教材中示範角度的推演過程與三角形的圖形，則圖 3 將推演過程與圖形分開配置，這就是一種分散注意力的例子；相反的，圖 4 將推 演過程精簡後與圖形配合放置，讓學習者不須額外花費連結兩種訊息間的關聯，

降低分散注意力所影響的認知負荷(Sweller, et al.,1998)。

圖 3 推演過程與圖形分開配置

資料來源：“Cognitive Architecture and Instructional Design,” Sweller, J., Van Merrienboer, J. J. G., and Paas, F. G. W. C., 1998,Educational Psychology Review,

Vol. 10,No. 3, 251-297.

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圖 4 推演過程精簡後與圖形配合放置

資料來源：“Cognitive Architecture and Instructional Design,” Sweller, J., Van Merrienboer, J. J. G., and Paas, F. G. W. C., 1998,Educational Psychology Review,

Vol. 10,No. 3, 251-297.

(二) 形式效應（modality effect）

形式效應是由分散注意力效應衍伸：當使用雙重來源的資訊呈現方式時，可 利用短期記憶接收不同的資訊形式，分散單一資訊帶給短期記憶的負荷，進而增 加工作記憶區的容量，提升學習效果。當前述所提及三角形角度推演的過程從原 本的推演文字與圖形這兩種均屬於視覺來源資訊的訊息，更改為圖形呈現(視覺 感官資訊)與口述解析(聽覺感官資訊)，使原本單一視覺感官所承擔的負荷，改由 兩種感官共同分擔。因此，當視覺與聽覺資訊同時呈現時，可以降低短期記憶的 負荷，提升學習效果(Mousavi, et al.,1995；Sweller, et al.,1998）。

(三) 重複效應（redundancy effect）

與分散注意力效應相呼應，當同時存在多重訊息來源，然而訊息本身已經可 以提供完整的內容資訊(self-contained)，則同時存在訊息將強迫學習者建立訊息 間的關聯，造成運作上的負荷，降低學習成效（宋曜廷，2000；范懿文、陳彙芳，

2000）。

(四) 開放目標效應（goal-free effect）

表示教學歷程不應侷限於目標導向解題(goal oriented problem solving)方式 進行，強調單一「手段-目的分析」（means-end analysis）的方式將降低學生於解

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題過程中基模建構的獲得。反之，應該開放目標，讓學生能用多種形式表達解題 思考過程與成果，以降低外在認知負荷(宋曜廷，2000；Sweller,1998)。

(五) 示例效應（worked example effect）

在程序性知識教學時，以適當的範例引導學生建構問題的狀態以及解題步驟 的基模，此舉有助於減少外在認知負荷。

(六) 完成問題效應（completion problem effect）

當程序性知識教學提供適當範例引導時，示例效應顯示此舉將有助於建構基 模，減少外在認知負荷。但也有研究顯示：低能力者不一定會仔細研讀範例，且 同時呈現範例與教學也會造成短期記憶的負荷。其解決方式乃提供範例呈現的一 部分，未完成的部分則由學習者補足，如此將提升學習者研讀的動機，也降低短 期記憶的負荷(宋曜廷，2000)。

(七) 變化效應（variability effect）

此效應發生在學習者進行解題行為時，利用變化問題的狀態或情境，以利學 習遷移的效果更為明顯(宋曜廷，2000)。

由以上的文獻整理可以理解，教材設計應優先考量認知負荷在學習上正面及 負面的效應，當教材設計的意義不僅止於提供學習資訊與內容呈現時，教學者更 需要考量如何讓資訊的傳遞在認知負荷影響學習效果的前提之下，完整轉移並使 學習者獲得更多的基模建構。

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參、多媒體設計原則

Mayer 依據教學設計效應衍伸出以下幾項教學設計原則，以避免負面效應的 產生(Mayer, 2001; Mayer & Moreno, 2003；吳瑞源，2005)。

一、多媒體原則(Multimedia Principle)

多媒體原則的定義為：學生接收文字加上圖片學習的效果較單獨文字學習的 效果為佳。與雙碼理論（Paivio, 1986）有相同的概念：文字與圖片對學習者來說 為語文管道及圖像管道兩個不同的表徵系統，其中圖片資訊的接受較傾向於直覺 接近人類視覺感官經驗。此兩者教材雖然可以描述同一件資訊，但仍然因為不同 表徵則有不同訊息效果。語文及圖象表徵也許彼此互補，但彼此無法取代。

二、空間接近原則(Spatial Contiguity Principle)

與分散注意力效應(split-attention effect)相呼應，當文字與圖片呈現位置較接 近時，會較彼此位置較遠的情況之學習成效較好。亦即當相對應的文字與圖片兩 者位置較接近時，學習者不需要多進行視覺搜尋需要的認知資源。

三、時間接近原則(Temporal Contiguity Principle)

學生的學習成效在相對應的文字及圖片同時呈現時，比學生在相對應的文字 及圖片分離呈現時的學習成效較好。時間和空間一樣都是個重要的資源，所以必 須決定在一段時間內決定何處放文字、何處放圖片，並試圖增加學習者心智整合 語文表徵及視覺表徵的機會。所以教材的設計要嚴謹考量如何同時呈現包括視覺

／圖像管道及聽覺／語文管道等不同管道，並安排允許在最大容量限度內的使用。

當學習者在聽到一句話並且看到相關聯動畫之間的間隔短，則學習者有機會可以 建立文字及圖片之間的連結；倘若學習者在聽到一段話過一陣子後才看到相關連 動畫之間的間隔長時，則學習者建立文字及圖片之間的連結機率較低。

因此，由 Mayer(2001)整理的相關實徵研究中得知，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的呈現。

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四、連貫原則(Coherence Principle)

連貫(coherence)指的是信息中元素間的結構關係；連貫效應(coherence effect) 則是指當含有較少資料的多媒體課程，對學習者的學習成效比含有較多資料的多 媒體課程為佳。所以當無關的資料或訊息被排除時，學生的學習成效會較佳，例 如：加入有趣但不相關的文字、插圖與聲音會負面影響學習、移開不必要的文字 可以促進學習。

Mayer (2001)舉出無關的資料或訊息可能會造成(一)在工作記憶中競爭認知 資源、(二)將學習者從重要的資料或訊息中分散注意力、(三)分裂組織中的資料 或訊息處理、(四)可能使學習者圍繞不適當的主題組織資料或訊息。

五、形式原則(Modality Principle)

形式原則指的是學生可從動畫搭配口語表達文字中得到比動畫搭配視覺文 能會用到簡要敘述動畫(concise narrated animations, CNAs)，亦即需注意利用圖片、

動畫、文字的多媒體原則；每一個片段的語文劇本(verbal script)搭配相對應的動 畫的時間接近原則；將不需要的文字刪除的連貫性原則。

動畫、文字的多媒體原則；每一個片段的語文劇本(verbal script)搭配相對應的動 畫的時間接近原則；將不需要的文字刪除的連貫性原則。