本章一共分為四節，分別針對注意力與視覺搜尋、認知負荷理論、多媒體學 習理論、第一語言與第二語言的關係等文獻作說明。
2-1 注意力與視覺搜尋
視覺是我們最具優勢的感官，視覺的輸入超越凌駕於所有的感官，若輸入的 過程越視覺化，則以後的再認和回憶會越好(Medina、洪蘭（譯），2009)。學習 的重要關鍵之一是注意力，只有當訊息先被學習者視覺所「注意」到，大腦才能 進一步處理注意到的訊息進行編碼和儲存，學習才可能發生。教材中的訊息大部 分都是經由視覺傳導，因此教學者如何讓學習者注意到關鍵的訊息，並設計符合 學習者注意力及視覺搜尋的教材，達到學習的成效是本研究探討的目的之一。
2-1-1 視覺注意力
生活中充滿了各式各樣的視覺刺激，但並不是對所有的訊息都有反應，因大 腦所能處理的訊息與容量有限，需透過知覺的選擇，將不相關且不重要的訊息排 除，而將重要的的訊息藉由「注意力」的過程而予以保留，傳送到大腦皮層中，
進一步的分析與處理，因此「注意力」在人類資訊處理過程中扮演重要的角色。
注意力是一種控制工具，它可使視覺系統適應各種不同認知任務，協助當下的我 們該選擇處理什麼。注意力可從專注在特徵局部結合的分析到全面性景象特質的 登錄(Treisman, 2006)，使我們可專注在單一物件上，也可分散在幾個物件上，甚 至分佈在全面的景象上將其當成整體來看。
Neisser 於 1967 年所提出注意力的處理機制，提到人類的視覺認知系統有 兩個階段，分別為「前注意階段 (Preattentive Stage)」與「注意階段 (Attentive Stage)。前注意階段是注意力尚未作用之階段，依照亮度、顏色、方向、運動方 向和速度，以及一些簡單特徵原則先約略區分不同物體(Wolfe,1998）。注意階段 是涉及更複雜的訊息處理，可以主動控制的。
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Treisman 所提出的特徵整合理論 (Feature Integration Theory)，如圖 1，可 以用來解釋兩階段式注意力的處理。首先，在前注意階段中，不同型態的基本視 覺特徵會透過一個快速的初始平行歷程把刺激物分別登錄在不同的特徵圖 (Feature Map)中，例如色彩圖 (Color Maps)、方位圖 (Orientation Maps)、大小圖 (Size Map)、距離圖 (Distance Map)等等(葉素玲, 1999)。在注意階段中，經過不 同的特徵圖譜處理後，主動式的注意力以序列的方式進行掃描，將各個特徵圖所 記錄的訊息存取進入短期記憶，並進行特徵結合(A. Treisman & Souther, 1985)。
圖 1 特徵整合理論
資料來源 (A. M. Treisman & Gelade, 1980)
綜觀上述而言，前注意階段能以快速且平行的方式將各種基本視覺特徵登 錄在適當的特徵圖中，而在注意階段注意力則像探照燈一樣有次序地掃描，並將 同一位置的特徵結合起來，整合成一個完整的訊息(葉素玲，1999)。
2-1-2 選擇性注意力
選擇性注意力是大腦的一種選擇的機制，在眾多視覺刺激中取捨過濾，只選 擇一部分的訊息進入高階層次處理，其餘部分阻擋在中樞處理的程序之外、或維
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持在意識經驗水平面下。在外界大量的訊息刺激透過感官而進入工作記憶中處理 儲存時，因無法同時處理這麼多的訊息，須經由注意力的選擇機制將某些訊息過 濾掉，僅處理相關重要的訊息，否則認知資源會因此而超載。此即在同時湧進的 多數刺激中，只挑選少部分的刺激做精細的處理，其他未被挑選到的刺激僅作粗 略的處理或不處理 (葉素玲，1999) 。關於選擇性注意力的理論主要有早期選擇 理論、晚期選擇理論、與折衷的濾器減弱理論，以下分別說明之。
1.早期選擇理論(Broadbent 過濾理論)
Broadbent (1958) 提出過濾理論 (Filter Theory) ，認為用來處理辨識物體 的內在資源有限，須在辨識階段做早期選擇，過濾掉不必要的訊息，因此所有 進入感官的刺激必須先經過一個過濾器，通過過濾器後才能進入知覺系統作進 一步的分析，被過濾掉的刺激則會完全被捨棄不處理，如圖 2。這是屬於注意 力在早期介入選擇的觀點。
圖 2 早期選擇理論處理流程
資料來源：修改自葉素玲(1999)。視覺空間注意力，載於李江山（主編），視覺 與認知-視覺知覺與視覺運動系統（頁 296）。台北市：遠流。
2.晚期理論(Deutsch 與 Deutsch 過濾理論)
Deutsch 與 Deutsch (1963) 認為用來處理辨識物體的資源無限，所有進入 感官的刺激皆會先進入物體辨識的知覺分析歷程，由知覺系統評估刺激的重要 性，有就是在晚期階段選擇適當的反應即可，物理刺激平行進入視覺系統，也 同時進入物體辨識的歷程，之後進入短期記憶進而反應，如圖 3。
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圖 3 晚期選擇理論處理流程
資料來源：修改自葉素玲(1999)。視覺空間注意力，載於李江山（主編），視覺 與認知-視覺知覺與視覺運動系統（頁 296）。台北市：遠流。
3.折衷理論(Treisman 濾器減弱理論)
Treisman (1964) 提出濾器減弱理論 (Filter-attention Theory) ，認為每一刺 激有強度的分配，其相對應的內在處理管道也具有不同的敏感度。刺激強度必 需高於門檻值(Threshold)才能被偵測出來加以處理，門檻值是由各管道的敏感 度決定的，敏感度越高者門檻值越低，刺激越容易進入，由於注意力的影響，
注意力所在的管道具有較高的敏感度。除了管道的敏感度外，標準值(Criterion) 亦會影響偵測，例如與個人本身相關訊息，其標準值會較低，較易被偵測。
2-1-3 視覺搜尋
在前注意力階段就能被視覺系統接收辨識的刺激屬性，稱為基本特徵 (Basic Features)，這類屬性不需注意力就能被處理。視覺搜尋 (Visual Search)就是一種 鑑別屬性是否為基本特徵的方法。典型的視覺搜尋，是讓受試者在一堆干擾物中 尋找某一特定目標物。實驗中干擾物與目標物的總和稱為刺激總量 (Set Size)。
注意力的運作對刺激總量極敏感，刺激總量愈大則移動注意力從事搜尋作業所耗 費的時間愈多。隨著干擾物的增加，受試者耗費時間也隨之增加，代表其需要注 意力的介入才得以辨識；如一堆隨意方向的「L」中找到「T」，若隨著干擾物增 加找到目標物所耗費時間並未改變，則代表不需注意力就能被處理，即可認定此 搜尋的特徵為基本特徵，如在萬綠叢中找出一點紅(陳一平，2011)。
Treisman 等相關學者，以視覺搜尋實驗進行研究，提出兩種搜尋模式：
1. 平行搜尋 (Paralle Search)：
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搜尋時間不會隨著干擾物增加而增加，干擾物多寡對搜尋時間影響不大，代 表目標物與干擾物之間的特徵元素有明顯差異，例如：在一堆綠點中找出一 個紅點或在一堆 R 的干擾物中搜尋 O 的目標物。
2. 序列搜尋 (Serial Search)：
搜尋時間隨著干擾物增加而增加，無法一眼看出目標物的特徵，需逐一比對，
代表目標物與干擾物之間的特徵元素相似，例如：在一群字母B中找出一個 字母P。
以上兩種模式的干擾物數量與搜尋時間的關係，從平行搜尋圖可知目標物 O 和干擾物 B 差異較大，代表搜尋時間不受干擾物數量影響，也較不需要注意力 輔助，其關係斜率較小；而序列搜尋圖中目標物 P 和干擾物 B 相似，代表搜尋 時間會受干擾物數量影響，越需注意力來輔助搜尋。其關係斜率較大，如圖 4。
圖 4 平行搜尋與序列搜尋
資料來源：修改自“視覺心理學”，陳一平著，2011，199 頁
實驗歸納出來的視覺基本特徵，主要有四種：線段走向、顏色、運動(方向 或速率)和速度、大小(長度、粗細、空間頻率等)。上述之平行搜尋和序列搜尋大 多屬單一特徵搜尋，也就是目標物和干擾物僅相差一種基本特徵。若目標物與干 擾物的差異由兩種基本特徵組成時，則會造成結合搜尋 (Conjunction Search)，如 圖 5 中，若想找出目標物灰色 X，必須在一堆黑色的 X 和灰色的 O 干擾物中去 搜尋，此時干擾物與目標物同時有兩種特徵的差異，一為顏色，一為形狀。因此 結合搜尋比單一特徵搜尋困難，是屬於需要花費注意力搜尋的序列搜尋。(陳一 平，2011)。
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圖 5 結合搜尋
資料來源：修改自“視覺心理學”，陳一平著，2011，202 頁
2-1-4 視覺注意力與視覺搜尋對本研究之影響
本單元「英文數字讀法」包含許多數目大的數字，學生往往不知從何開始讀 數字，造成認知負荷過重，如何讓學生能注意到個別數字的意義和其關連，對學 習英文數字讀法將更有幫助。本研究教材設計符合學習者注意力引導及視覺搜尋 原理的機制，利用格子將數字分離，使學習者的注意力先著重在教學畫面的一小 部分，再引導到整體，同時利用視覺對應方式，將中英文以上下的對齊方式，以 減少視覺搜尋的時間，並透過提示、顏色等信號，將學習者的注意力引導到教學 的當下重點，以提高學習成效。
2-2 認知負荷理論
認知負荷理論是由 John Sweller 所提出，根據 Sweller(1988)的定義，認知負 荷(Cognitive Load)是將一特定工作加諸於個體的認知系統時，所產生的負荷總 量，也就是工作記憶的負荷總量。他認為學習效果不佳的原因除了學習內容的困 難度和先備知識的不足外，訊息處理時所造成的負荷量也是影響學習效果的因素 之一。以下分別介紹認知負荷的基本假設、類型及教學設計原則。
2-2-1 認知負荷的基本假設
關於人類的認知結構(Cognitive Architecture)認知負荷理論提出四項基本假 設(Sweller, Van Merriënboer, & Paas, 1998)，分述如下；
1. 工作記憶(Working Memory)的容量有限
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工作記憶區(Working Memory)又稱為「短期記憶」，其容量有限，平均只 能儲存 7±2 個元素(Elements)，且在同一個時間只能處理有限的元素，另外，
訊息停留在工作記憶區的時間極為短暫，若未經過複誦練習，大約 20 秒就會 遺忘 (Van Merriënboer, & Sweller, 2005)。
2. 長期記憶(Long-Term Memory)的容量無限
長期記憶是指訊息長期不忘的永久記憶。相對於短期記憶在感官收錄後 只能保留 20 秒內的記憶，長期記憶的容量是無限的。(張春興, 2001) 。長期 記憶區儲存著大量複雜的知識和程序性技能。練習次數越多，往後從長期記 憶中提取或回存的速度也越快。
專家與新手的差別就在長期記憶區儲存內容的不同，專家的長期記憶區 存有較多的知識基模與解決策略，面對問題時，專家可以從中提取較好的應
專家與新手的差別就在長期記憶區儲存內容的不同，專家的長期記憶區 存有較多的知識基模與解決策略，面對問題時，專家可以從中提取較好的應