多媒體認知學習理論

在數位學習相關之研究中，多媒體認知學習理論廣為人知，對於數位教材之 設計更提供了許多參考方針，因此，為了解數位學習教材之相關設計原則，本節 將對多媒體認知學習理論進行文獻探討。同時，針對研究主題之一，信號原則，

進行詳細之討論。

壹、 多媒體認知學習理論的相關定義

數位學習教材中的一些特色，例如，新奇有趣的使用者介面、動畫等之設計，

對於激發學習者的學習動機是有幫助的(Malone & Lepper, 1987)。然而，在數位 學習教材中，內容的設計是很重要的。在多媒體學習環境中，設計符合使用者習 慣的數位學習教材之相關原則已逐漸受重視，也有許多相關之研究(Austin, 2009)。

一、多媒體認知學習理論之三個假設：

Mayer (2001)綜合各家學者之觀點，提出多媒體認知學習理論(cognitive theory of multimedia learning, CTML)，一個成功的多媒體學習環境，必須協調與 監控多媒體認知學習理論的相關歷程。在多媒體學習中，包含三個假設，分別為 雙聲道假設(dual channels)、有限能力假設(limited capacity)及主動處理假設(active

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processing)，三個假設整理如表 2-1。第一個假設為雙通道假設(dual channels)，

此假設與Paivio (1986)所提出之雙碼理論(dual-coding theory)有相關，雙碼理論認 為在資訊處理歷程中，人的心智結構會接收兩種不同型式的資訊，包含文字表示 式(verbal representation)與圖像表示式(imagined representation)。雙通道假設指的 是人類在處理訊息時，會經過兩種不同的通道處理視覺及聽覺訊息，此兩種通道 為視覺通道及聽覺通道。視覺通道主要為透過眼睛傳遞螢幕上的文字、圖片、動 畫與影像等視覺訊息(Clark & Paivio, 1991)；聽覺通道則是透過耳朵傳遞聲音、

旁白等聽覺訊息。圖2-1 為多媒體學習中，雙通道之處理歷程。當人類在進行多 媒體學習時，會將外在的動畫與旁白訊息同時接收至不同的工作記憶通道中，包 含視覺與聽覺通道，進行消化吸收，之後影響學習者之學習表現。

圖2-1 多媒體學習中的雙聲道處理歷程 (改編自 Mayer & Moreno, 1998)

第二個假設為有限能力假設(limited-capacity)，有限假設能力源自於 Baddeley 的工作記憶理論(Baddeley, 1992, 1999)及 Sweller 等人提出的認知負荷理論 (Chandler & Sweller, 1991; Sweller, 1999)。人類在處理每個通道的訊息時，一次 只能接收到有限的訊息量。例如，當一個人在看圖片或動畫時，一次只能在工作 記憶中捕捉到幾張圖像，無法一次記住全部的圖像。研究者發現，一般人平均能 夠記憶的位元大約為 5~7 位元左右，依每個人不同的狀況而有所不同(Baddeley, 1992)。

第三個假設為主動處理假設(active-processing)。當人類進行認知歷程中，會 主動與過去的經驗結合，建構具有一致性的心理表徵(Mayer, 2008; Wittrock, 1989)。人類會尋求有意義的多媒體呈現表徵，因此，會主動處理一些認知歷程，

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如選擇、注意、組織新的資訊，並且將長期記憶(long term memory)中的知識與 新的資訊結合，同時，帶入工作記憶(working memory)中，不斷的重複執行(Mayer, 2001)。在此假設中，Mayer (2001)提出三個多媒體學習環境中的認知歷程：選擇、

Paivio, 1986;

Baddeley, 1992 有限能力假設 人類一次所能接收到的訊息量有限。 Baddeley, 1992;

Chandler & Sweller, 1991 主動處理假設 當人們在進行認知歷程時，會主動與過

去經驗結合，建構一致性的心理表徵。

Mayer, 2008;

Wittrock, 1989

二、12 個多媒體學習教材設計原則

以多媒體學習理論的三個假設為基礎，Mayer (2001)提出 12 個多媒體教材設 計的原則。其中，有5 個原則主要在於減少外在處理歷程(extraneous processing)，

3 個原則為管理學習中的必要歷程(essential processing)，4 個關於衍生歷程之原 則(generative processing)。表 2-2 為多媒體教材設計之 12 個原則相關整理。

外在處理歷程指的是在學習過程之認知歷程中，學習者接收到與學習目標無 關之事物，如獲得與學習內容沒有相關的資訊、廣告等，或是會讓學習者感到困

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惑、受干擾的課程內容。Mayer (2001)提出 5 個避免累贅問題所產生的認知過載 的解決原則，分別為連貫性原則(coherence)、信號原則(signaling)、累贅原則 (redundancy) 、 空 間 接 近 原 則 (spatial contiguity) 與 時 間 接 近 原 則 (temporal contiguity)。

連貫性原則指的是在多媒體學習教材中，刪除多餘的文字、聲音與圖片，例 如，在多媒體學習教材中，會出現一些有趣、會引起動機，但卻與學習內容無關 的小短片、照片、背景音樂等，這些將會造成學習上的負荷過重。在多媒體學習 中，多餘的學習內容將會在與工作記憶中的認知資源相抗衡，並從主要應學習的 內容中轉移注意力，干擾組織學習教材的歷程，使得學習者很容易學習到錯誤的 觀念或是偏離學習主題。

信號原則為在多媒體學習課程中，標示重要的文字與圖片。Mayer (2001)認 為，當提示、信號出現在多媒體教材中時，學習效果較佳。例如，在一個演示飛 機如何起飛的教學動畫中，可以將信號設計加在演示的句子中，旁白之語調亦可 加強，以強調關鍵字。信號設計能夠直接導引學習者至課程中重要的部分，並建 立每個關鍵重點的連結性或相關性，以減低學習者外在搜尋的歷程。

累贅原則指的是刪除描述性動畫、多媒體教材中，不必要的處理歷程說明文 字或字幕。多媒體學習教材中的累贅，由於同時有太多的圖片與文字出現在同一 個螢幕上，造成的不必要的外部處理歷程，使得視覺通道的負荷過重，學習者必 須分散額外的注意力進行嘗試、視覺搜尋、聆聽旁白及尋找相對應的說明文字。

若將字幕減少、縮短，提前呈現說明文字，將可減少視覺通道的負荷，消除累贅 所造成的外部處理歷程。

空間接近原則，在同一頁面中，將相關或相對應的文字與圖片擺在附近或加 上連結，藉以彼此參照。例如，在展演閃電過程的教材時，將動畫中的說明放在 相關的圖片旁。此原則可協助學習者在同一時間，有足夠的能力處理工作記憶中 所接收到的訊息，降低對於外在認知資源的搜尋。空間接近原則使用的最佳時機

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為學習者對於教材不熟悉、教材中僅有圖表之呈現或學習內容過於複雜，無法完 全說明學習內容時。

時間接近原則，同步呈現相對應的文字與圖片。例如，在一個介紹閃電的動 畫中，學習者看到畫面的同時，會聽到相對應的聲音或旁白。當相對應的旁白及 動畫同時呈現時，學習者便更加能夠有能力於同一時間在工作記憶中，建立心理 中語言與視覺表徵的連結。時間接近原則較不適合使用於連續性(一連串/ 一系 列)及小部分連續性呈現或由學習者控制的課程中。

必要處理歷程負荷指的是當教材內容的核心本身是複雜的、學習者從未接觸 過的，或教材呈現的步調過於快速時，會使得學習者較難以有能力進行深入的課 程。必要處理歷程為學習者領悟、吸收學習內容的重要步驟。若學習者在此歷程 中專心一致，可將接收到之知識轉化到工作記憶中，甚至存於長期記憶中解碼。

Mayer (2001) 提 出 3 種 解 決 必 要 處 理 歷 程 負 荷 之 方 法 ， 分 別 為 分 割 原 則 (segmenting)、事前訓練原則(pre-training)、形式原則(modality)。

分割原則，將課程依據學習者的步調分割成一小部分、一小部分，以取代連 續、過於龐大的學習元件。若一次呈現過多、過於冗長的、快速帶過的學習內容，

會使得學習者無法在短時間內吸收。此原則適用於解釋過於複雜、步調過於快速、

學習者較陌生的學習內容。

事先訓練原則，在進行課程之前，先針對課程中重要的專有名詞或概念講解 與說明。事先訓練可幫助學習者減低在必要處理歷程中所受到的干擾，在事前先 熟悉學習時會遇到的重要概念。事先訓練原則適用於當學習教材過於複雜、且對 學習內容不熟悉時。

形式原則，在展演課程時，口述文字之形式較印刷文字之學習效果佳。當動 畫與螢幕文字同時出現時，所有的認知系統皆通過視覺通道，使得視覺系統負荷 量過載。若將螢幕文字以口述文字(旁白)取代時，將使視覺負荷量降低。螢幕文 字較適用於具有技術性的學習內容或符號說明、非母語學習者、聽障生等對象。

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貳、 信號原則

信號原則為多媒體學習理論中，Mayer (2001)所提出之 12 個多媒體學習教材設計 原則其中之一。本研究將探討在數位學習教材中，具有信號之設計，能否提升學 生之學習成效與學習動機因素。本部分首先介紹信號原則之相關定義與設計方式，

其後，針對多媒體學習教材中之信號原則相關文獻回顧、實徵研究進行探討。

一、信號原則介紹：

信號原則為解決多媒體教材中，外在處理歷程負荷方式之一。在教材中加入 提示，以引導學習者之注意力至學習內容中重要的部分。Mayer (2001)依教材呈 現的方式，將信號設計分為兩種形式，分別為言語信號設計與圖片信號設計。言 語、文字信號設計主要有四種方式，大綱(outline)、標題(heading)、語調加強(vocal emphasis)、編號文字(pointer words)。大綱式之語句、文字內容可為一個課程的 開場白，將欲介紹的學習內容做統整性的介紹；例如，在介紹飛機起飛的課程中，

首先進行大綱式的說明，說明飛機起飛會受機翼形狀、空氣氣流、空氣氣壓等因 素影響。標題則為將關鍵字、重點擷取出來，做一個總的主題，透過標題，讓學 習者對於學習內容一目了然。例如，可將一段介紹飛機受機翼因素影響起飛的文 字下一個標題，「Wing shape: Curved upper surface is longer」 (機翼形狀：上方的 曲線表面較長)。語調加強指的是在搭配教材呈現的旁白中，將關鍵字或重點加 強語氣、聲音加大或放慢速度。

圖片信號設計則可吸引學習者之注意力至圖片中特定的部分。圖片信號設計 主要有五種方式，分別為加入箭號(arrows)、識別色彩(distinctive colors)、閃爍 (flashing)、指向手勢(pointing gestures)與漸淡(graying out)。箭號可配合旁白，將 箭號指向圖片中欲說明之部分。識別色彩則可將要說明的部分以不同的顏色區別

圖片信號設計則可吸引學習者之注意力至圖片中特定的部分。圖片信號設計 主要有五種方式，分別為加入箭號(arrows)、識別色彩(distinctive colors)、閃爍 (flashing)、指向手勢(pointing gestures)與漸淡(graying out)。箭號可配合旁白，將 箭號指向圖片中欲說明之部分。識別色彩則可將要說明的部分以不同的顏色區別