多媒體與認知負荷理論

認知負荷（cognitive load）的理論，在早期又稱作心智工作負荷（mental workload），許 多學者原本發展此類理論的意圖並不在於教育上的應用，而是用於軍事與各種企業之上

（Aasman et al.， 1988；Boff & Thomas， 1986；Jex， 1988）。直到 Sweller（1988， 1989，

1990）將此觀念引入教育界，學界才開始聚焦於探討教學法、學習內容對於學習者概念獲得 與認知層面的影響，並命名為認知負荷（沈碩彬，2008）。認知負荷意指當學習者接收訊息、

處理與運用之過程中，因訊息之內容、學習環境、傳輸環境與互動方式等因素，超越了學習 者所知覺的認知能力，在當時的心理或生理上引起了負擔、重擔、苦惱與憂慮，甚至失敗、

挫折的後設概念（黃克文，1996）。

而認知負荷理論的提出有四項基本假設：1.工作記憶的容量有限 2.人類的長期記憶本身 並沒有容量上的限制 3.知識與技能是以基模形式儲存於長期記憶 4.基模運作的自動化是基 模建構的重要過程（沈碩彬，2008）。人類的認知結構是運用有限的工作記憶，來處理所有意 識的活動，以及無限制容量的長期記憶，儲存著不同自動化程度的基模與基模的自動化，來 降低工作記憶的負荷量。延續基本假定所言，沈碩彬（2008）歸結多位學者（Jex， 1988；

Paas， 1992；Sweller， 1998；黃克文，1996；宋曜廷，2000）對認知負荷提出看法，認為：

認知負荷係個體面對工作或任務情境時，對於處理訊息而感受到心智負荷與心智努力的負荷 總量。而任務之質、量、情境等因素則是構成認知負荷是否超載之重要原因。」，簡而言之，

所謂的認知負荷是人在學習時，有限的工作記憶區所承載的訊息負荷量。依據認知負荷理論，

從教學設計的觀點，認知負荷的來源分為三類（Sweller， van Merrienboer， & Paas， 1998;

Paas et al.， 2003；沈碩彬，2008）：

(一)、內在認知負荷

內在認知負荷（intrinsic cognitive load）主要受到教材本身要素間相互關連程 度的影響，亦即受到教材本身難易程度的影響。教材要素間相關程度低時，因為不 需同時將大量要素置入運作記憶區中，即可對各要素有所理解，因而其內在認知負 荷較低，反之，若教材要素間相關程度高時，學習者內在認知負荷相對就會比較高，

除此之外，學習者本身的經驗與先備知識也同樣會影響內在認知負荷的高低，學習 者本身的先備知識若能將教材傳達的訊息與自動化的基模進行整合，就可降低運作 記憶的負荷，換言之，若學習者擁有與教材內容相關之經驗與先備知識，其認知負

荷便較無經驗或無先備知識者低。內在認知負荷為基本的負荷是無法經由教學設計 來降低，但是，經由基模的獲得和自動化可降低內在認知負荷，此種負荷是材料本 身之特性所造成的，不易由教學設計來改變。綜合以上所述，內在認知負荷主要來 自：1.教材的特性 2.學習者本身的程度 3.教材與學習者兩者間交互作用的影響。

(二)、外在認知負荷

外在認知負荷（extraneous cognitive load）或稱為無效的認知負荷（ineffective cognitive load），主要受到教材設計呈現方式或是教學活動本身的影響，與學習者 的基模建構和自動化無關。教學設計者在教材設計及呈現教材的過程忽略運作記憶 的限制，而造成學習者認知上的負荷。例如當訊息需經過整合才能彼此參照了解 時，若在呈現的時間上加以錯開，則會造成外在認知負荷的增加；若同時呈現或是 預先將訊息比較、整合，則可降低外在認知負荷。此種負荷是外加的，可以藉由教 學中訊息的呈現與組織方式的設計而降低，因此被視為是認知負荷研究的重點之 一。

(三)、增生認知負荷

增生認知負荷（germane cognitive load）又可稱為有效的認知負荷（effective cognitive load），由於內在認知負荷是教材材料本身之特性所造成的，不易由教學 設計來改變，但為了降低外在認知負荷，有時需要於教學設計時加入能引起學習者 注意或興趣的內容，以幫助基模的建構，這些外加的教學設計內容所產生的認知負 荷即為增生認知負荷。藉由提供額外的訊息給學習者，看起來好像是增加學習者的 認知負荷感，但這種增生認知負荷是促進學習而與外在認知負荷的干擾學習是不同 的。因此良好的教學設計不僅可降低學生的外在認知負荷，同時也可以增加學生的 增生認知負荷。然而，唯有在內在認知負荷、外在認知負荷與增生認知負荷的總合，

未超出學習者的認知負荷範圍時，適當引入增生認知負荷才具有意義，才能真正幫 助學生學習而非妨害學習成為外在認知負荷。

在本研究中，多媒體是運用來營造訊息傳達並具體呈現情境的媒介，近年來，由於科技 的進步，教學設計中使用多媒體（聲音、圖片、動畫、教學網站……等）輔助教學的應用越 來越普遍，因此本研究中的多媒體輔助教學網站的教材，除營造適當的虛擬學習情境，讓學 習者能在情境中習得相關知識外，也必須兼顧認知負荷理論中學習者對教材設計產生的三種 認知負荷做適當的考量，在總認知負荷量未超出學習者的認知負荷範圍的前提下，良好的教 學設計可以有效降低干擾學習的外在認知負荷，提高有效的增生認知負荷，因此從認知負荷 的觀點，理想的多媒體教材必須同時考量學習內容所必要的內在認知負荷、教材設計與呈現 時所產生的外在認知負荷及有效認知負荷。