本研究的目的是探討不同的教學設計對於學習過程的記憶表現和眼球移動的 影響。在課堂教學的環境下，學習者必須一邊觀看所呈現的教材，一邊聆聽教學 者的解說來進行學習，視覺呈現和聽覺解說都是影響學習表現的因素。本研究利 用 PowerPoint 和 AMA 系統來設計教材，採圖文兼用的呈現方式，屬於多媒體學習 的一種，並且操控視覺引導和聽覺引導，希望了解學習過程的注意力分佈和視覺 搜尋的情況，因此利用眼動追蹤技術來測量受試者的眼球移動。以下就針對多媒 體學習、注意力和眼動追蹤技術等相關理論進行探討。
2-1 多媒體學習理論
多媒體學習（multimedia learning）是指「文」與「圖」兼用的學習方式，
包含以語言文字型態呈現的印刷文字（printed text）與口述文字（spoken text），
以及圖像型態呈現的插圖（illustrations）、圖片（graphics）、照片（photos）、
地圖（maps）、動畫（animation）和錄影（video）等（R. E. Mayer, 2005）…
因此，在課堂進行數學教學，亦是運用「文」和「圖」來協助學生學習，屬於多 媒體學習的一種。以下分別就多媒體的認知理論、教材設計原則和適性指標的設 計原則加以說明。
2-1-1 多媒體學習的認知理論
Mayer（2001）與多位學者以 Paivio 的雙碼理論 （Dual-Coding Theory）為 基礎提出多媒體學習的認知理論，來說明在多媒體學習時，人類的認知系統如何 分配與處理多媒體訊息。多媒體學習的認知理論有三個重要的認知假設：「雙通 道假設」（Dual-Channel Assumption）、「有限容量假設」（Limited-Capacity Assumption）和「主動處理假設」（Active-Processing Assumption），如下頁 表 2 所示。
表 1 多媒體學習認知理論的假設
假設 解釋 相關文獻
雙通道 人類擁有處理視覺訊息和聽覺訊息 的兩個獨立通道
Paivio(1986),
Baddeley(1986, 1999)
有限制的容量 每一個通道中，一次所能處理的訊息 量是有限的
Baddeley(1986, 1999), Chandler & Sweller(1991)
主動處理
在多媒體學習的認知理論模型中，Mayer (2001) 綜合了 Baddeley 的視覺空 間 初 步 加 工 系 統 (visuospatial sketchpad) 與 語 音 迴 路 (articulatory/phonological loop) 的分類，以及 Paivio 的語文（verbal）與 非語文（nonverbal）系統的分類，提出多媒體學習理論的二個通道：視覺／圖像 模型（visual/pictorial）通道與聽覺／語文模型（auditory/verbal）通道。
多媒體學習的核心工作在於「工作記憶」（working memory）中的處理 (R. E.
Mayer, 2001, 2005)。由於各通道中同時能夠處理的訊息量是有限的，因此處理 訊息時必須考量不能超過工作記憶容量的負荷，此與 Sweller 認知負荷理論的主 張不謀而合。
在主動意識的情況下，在工作記憶中可短暫保留已登錄的訊息和進行知識操 作的處理。主動處理的歷程包含三個階段：「選擇相關訊息」、「組織已選擇的 訊息」和「將新訊息與先備知識整合」(R. E. Mayer, 2001, 2005)。學習者注意 到多媒體訊息中的相關詞語和圖像，然後將訊息編錄在感覺記憶中，形成視覺表
一般課堂的幾何教學，教學者配合幾何圖形進行講述，並且適時把重要的式子和 文字列出來。依多媒體理論的學習模型，當教學者對幾何圖形進行解說時，解說 的聲音訊息會由耳朵進入聽覺管道，然後建立語言模型；而幾何圖片的呈現會由 眼睛進入視覺管道，建立圖像模型，然後整合先備知識達到學習，如圖 3 所示。
由於兩者是在不同管道間處理，並不會造成任何認知處理過程超過容量限制，因 此能達到好的學習效果（R. E. Mayer, 2005）。
圖 3 聲音和圖片的認知處理模型 資料來源：修改自 Mayer, 2005
然而在解說的同時，教學者也會呈現重要的式子和文字，並且針對文字內容 加以解釋。依多媒體理論的學習模型，此時的認知運作方式如下頁圖 4 所示。雖 然聲音和印刷文字是從不同的感官通道進入，但是組織訊息時會同時進入語言處 理模型，可能會造成工作記憶的處理超過容量限制，因此會影響學習的效果 （R.
E. Mayer, 2005）。但是，在實際課堂教學，這樣的情況是很難避免的，而且，
Mayer 的理論研究是以學生為導向之自學式多媒體教材為主，並沒有針對課堂教學 引導學習之教材進行研究。而課堂教學時，印刷文字和解說內容並非一模一樣，
聲音解說的口述文字會比書寫的文字多很多，因此不能就此草率否認聲音和印刷 文字同時呈現的設計方式。為避免「同時」在工作記憶中對不同來源的訊息進行 組織處理，而造成處理容量超過負荷的情況，教學者可利用「依序」出現的方式，
讓印刷文字和聲音的解說之間有些微時間差異，學習者能夠有充份時間看完印刷 文字，然後專心聆聽解說；或是充分解說完畢之後，再呈現印刷文字。
圖 4 聲音和印刷文字的認知處理模型 資料來源：修改自 Mayer, 2005
另一種情況是印刷文字和幾何圖片同時呈現的情況，如圖 5 所示。兩種訊息 會同時眼睛進入，在選取影像的過程，受試者的眼睛必須在兩種訊息之間來來回 回地移動，也會佔用較高的處理資源在選取訊息上。因此，若此兩種訊息在空間 上的位置能夠更接近地整合一起，則能夠改善此問題（R. E. Mayer, 2005）。
圖 5 印刷文字和圖片的認知處理模型 資料來源：修改自 Mayer, 2005
2-1-2 多媒體教材的設計原則
Mayer（2009）根據多媒體學習的認知理論和 Sweller 的認知負荷理論，認為 在學習的過程中有三種認知的處理方式：外在的（extraneous）認知處理、本體 的（essential）認知處理和衍生（generative）的認知處理 （R. E. Mayer, 2009）。
外在的認知處理，Sweller 稱為外在認知負荷，是指在教學目標之外，受到教 學設計所引起的認知處理；本體的認知處理，Sweller 稱為內在（intrinsic）認 知負荷，是指在訊息選取的處理時，將教材本身描繪到工作記憶中所產生的處理 過程，會受到教材本身的複雜性所影響；衍生的認知處理，Sweller 稱為增生
（germane）認知負荷，是指在組織和整合訊息的處理時，為了讓學習者更能知覺 教材本身的意義，因而藉由提高學習動機的方式所產生的認知處理。
Mayer 和多位學者經過多實驗研究，提出十二個多媒體學習的設計原則（R. E.
Mayer, 2009），可作為教材設計的重要參考。依認知處理的方式，分為五個可以 減低外 在 處理的 設 計原則 ： 連貫原 則 （Coherence Principle）、 信號 原則
（Signaling Principle）、累贅原則（Redundancy Principle）、空間接近原則
（ Spatial Contiguity Principle ） 和 時 間 接 近 原 則 （ Temporal Contiguity Principle）；三個管理本體處理的設計原則：分割原則 (Segmenting Principle)、
事先訓練原則（Pre-training Principle）和形式原則（Modality Principle）；
還有四個增加衍生處理的設計原則：多媒體原則（Multimedia Principle）、個 人化原則（Personalization Principle）、聲音原則（Voice Principle）、圖 像原則（Image Principle）。如下頁表 3 所示。
表 2 多媒體的設計原則
Coherence Principle
與主題「不相關」的文字、圖像或聲音若 能加以排除，學習效果較好
信號原則
Signaling Principle
多媒體教材，若含有可強調教材內容組織 結構與重點的「提示」（cues），學習效果 較好
累贅原則
Redundancy Principle
學習者從具有「動畫與口述文字」的教材 比具有動畫、口述文字與字幕的教材能得 到更好的學習效果
空間接近原則
Spatial Contiguity Principle
相關文字與圖像在畫面中「位置接近」會 比位置遠離的學習效果好
時間接近原則
Temporal Contiguity Principle
相關的文字與圖像「同時呈現」比接續呈
Segmentation Principle
當多媒體教材被分割成數個小「片段」，
Modality Principle
文字訊息以「口述文字」的方式呈現會比 印刷文字有更好的效果
表 3 多媒體的設計原則 (續)
Multimedia Principle
教材設計採用「文字」與「圖像」並用的 Condition），以及複雜性和步調情況（Complexity and Pacing Conditions）。
在學習多媒體的課程時，對於低知識（low-knowledge）的學習者會比高知識 研究認為「高成就」 (high-achieving) 的學習者設計效應較高，一般的多媒體 研究認為是「低知識」的學習者設計效應較好。
數學多媒體學習之教學設計的相關研究結果，整理如下頁表 4 所示。
表 3 數學多媒體在教學上的設計原則 (Sweller, Chandler, Tierney, & Cooper, 1990; Tarmizi & Sweller, 1988)
與空間接近原則
(Mousavi, Low, & Sweller, 1995) 與形式原則一致 靜態圖和口述文字結合時，不要呈現相同的印
刷文字 (Mousavi et al., 1995) 與累贅原則相容 對於複雜的圖形材料，應使用信號配合口述文
字 ， 來 指 引 學 習 者 的 視 覺 搜 尋 (Jeung, Chandler, & Sweller, 1997)
符合信號原則
動態圖 + 印刷文字
動畫 (animation) 加上敘述 (narration)的 文 字 ， 會 比 只 有 敘 述 文 字 時 為 佳 (Roxana Moreno & Mayer, 1999; Nathan, Kintsch, &
Young, 1992)
與多媒體原則有 相關
動畫對於高成就 (high-achieving) 和高空間 能力 (high spatial-ability) 的學習者較有 益 (Roxana Moreno & Mayer, 1999)
部分符合個別差 (R. K. Atkinson, 2002; Craig, Gholson, &
Driscoll, 2002)
與形式原則一致 則」(Personalization Principle) 有部分相似之處。以下針對此兩個多媒體設 計原則加以說明。
1. 信號原則 (Signaling Principle)
Mautone 與 Mayer（2001）年發表多媒體設計的信號原則，主要利用強調教材 內容組織結構與重點的提示的信號，來協助學習者處理教材。信號原則的使用方 式，包含在口語中「加強重音」提醒關鍵字、使用「箭號」指示注意動畫中的某 個影像、添加「綱要」或「標題」以協助組織文字、利用「底線」和「粗體字」
來凸顯重要訊息、藉由添加「圖地」顯現已呈現的部分來協助組織影像。
Mayer（2009）進一步依據不同素材的使用方式，將信號分為使用在文字上的 語言信號（verbal signaling）和使用在圖像部分的視覺信號（visual signaling）
兩種 (R. E. Mayer, 2009)，整理如表 5 所示。
Vocal emphasis 以更大的音量或是更慢的速度念出關鍵字 指標字
Pointer words 在文中加下指標字，如：首先…第二…第三…
視覺信號 Graying out
將圖像中其餘部位淡化，以讓正在描述的成分 能夠獲得更多的重視
資料來源：整理自 R. E. Mayer, 2009
信號原則包含聲音、文字、符號的使用，目的是為了能讓相關的訊息更加地 凸顯。但是，使用過多的信號反而會增加學習者的困惑感，反而不能達到引導注 意力，因此應該更加審慎地運用信號才是（Stull & Mayer, 2007）。信號原則的 作用不僅能夠對訊息的視覺表徵產生知覺 (Schnotz, 2002)，並且能夠釋放出更 多的認知資源來建構內部的心智模型，產生學習的基模 (schema)，因此有助於提
信號原則包含聲音、文字、符號的使用，目的是為了能讓相關的訊息更加地 凸顯。但是，使用過多的信號反而會增加學習者的困惑感，反而不能達到引導注 意力，因此應該更加審慎地運用信號才是（Stull & Mayer, 2007）。信號原則的 作用不僅能夠對訊息的視覺表徵產生知覺 (Schnotz, 2002)，並且能夠釋放出更 多的認知資源來建構內部的心智模型，產生學習的基模 (schema)，因此有助於提