研究動機

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第一章 緒 論

本研究旨在探討國中學生在三種教材類型（箭頭型、長方形面積型、基 因棋盤格型）在二項式乘法的認知引導適合度、內在動機與學習效果的關係。

試圖在認知等價的數位教材的認知過程中，找出對數位教材適性化設計具有 影響力的因素。本章共分四節，第一節為研究動機，第二節為研究目的，第 三節為待答問題，第四節為名詞釋義。

第一節 研究動機

由於資訊科技與研發軟體的快速發展，無論在教材的呈現方式、資源儲 存與瀏覽工具及教材存取的方式上都提供教材設計者、教學者及系統維護者 更寬廣而多元的設計。現今無論是電腦、手機或平板都非常的普遍，然而 Clark （2001）提出電腦、手機螢幕僅僅只是提供存取和傳授教學給學習者 的一種工具在數位教材的學習中，仍未能滿足網路學習中個別的學習者特質

（Brusilovsky, 2001）。Shaaron （1999）指出多元呈現與多媒體可以支持 學習在許多不同的地方。Schnotz and Ku¨rschner（2008）提出應在教學前 與教學中應該有更靈敏的方式去提取學習者的特質，才能對學習過程與學習 結果有更多的理解。當教學與教材提供更多的外在呈現時，可以讓學習者產 生不同的反應與效能，這個發現是多元的外部呈現可能影響學習效果。認知 心理學家相信的先備知識是儲存在大腦的認知結構中，當擷取新的知識並產 生有意義的知識時，需要一個引導策略對既有的先備知識與認知基模啟動。

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在一般數位教學的平台中，課程的設計通常提供相同且單一的教材給不同的 學習者，這樣的設計是忽略在不同的學習者間仍存在著個別化的認知需求與 學習風格。然而，在這單一的設計下，往往包裝著多重的知識與技能在教材 呈現中，讓學習者自行解構層層的知識、概念與技能，但學習者能正確的解 構層層的知識、概念與技能則需要一個引導策略啟動既有的先備知識與認知 基模。Chi, Feltovich, & Glaser, 1981; Gagne, 1985; Larkin（1981）也提 出結構、組織與整合是專家解題的重要因素，但對初學者或非專家的解題者 卻容易造成沉重的認知負擔；在Blanton 和 Kaput（2011）提出解決的方法 是在課程與教學上使用功能性思考可以建立代數的推理，而部分的學者(e.g., National Mathematics Advisory Panel，2008) 強調代數的準備度，但是 Blanton 和 Kaput 也提出什麼樣的經驗可以提升學生在代數的準備度和什 麼樣的教材可以提升學生的學習準備度。Blanton 和 Kaput 也提出學習者 需要經驗幫助學習者再認知，以更清楚的貫通數學的結構與關係，並藉由對 洞悉理解數學物件後，對數學進行推理。教學策略和教材呈現是學習/教學中 認知變化的一部分，而彈性的、適當的使用教學策略和教材呈現，可以快速 而正確的解決問題 (Heinze, Star & Verschaffel, 2009)與提升教學與學習 效果。然而，Heinze, Star & Verschaffel 也指出，可以彈性而適當的使用教 學策略與教學呈現的能力，並不是簡單的建立在教學經驗的增長，而是應該 是建立在理論與實證的基礎上。所以在數位學習中該透過什麼樣的數位教材 支持學習者的認知思考與學習準備度﹖透過何種教材呈現的認知引導策略 提升學習者的內在動機與學習效果﹖在多元的教材呈現中，如何知道在相同 的認知概念下，使用哪一種教材呈現對哪一種學習特質（學習風格、學習成 就）的學習者有顯著的影響﹖本研究希望透過學習者對三種類型的教材物件

（箭頭型、長方形面積型與基因棋盤格型）在相對應的認知引導下對教材物

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件產生洞悉與類化，進而對多項式乘法進行數學學習。如此，對數位教材的 使用上，將可以一方面透過適當的認知引導提升適性化的程度；一方面透過 適當的認知引導進行概念的同化與調適，減少工作記憶的負載，提高衍生型 的認知負荷，降低對學習者產生外在的認知負荷，將是提升數位教材適性化 的重要課題；由此，對數位教材而言，如何設計出適當的認知引導與知識呈 現，增加學生洞悉教材物件的可能，進而支持學生在學習上的準備度，如此 才能對學生產生有效且適合的認知引導，進而引導學習者產生對教材物件的 理解與推理。由此，對數位教材的認知引導設計，便成為二項式乘法在適性 化數位教學中重要而基本的要素。

茲就在數位學習在數位教材、學習者與教學者的弱點與認知需求分析

（Chang, 2003）：

就教材而言：1）教材物件的過程中如何將概念物件化或元件化，將概念 作適當的切割，往往缺乏理論與實證上的依據；2）教材的呈現與結構是否適 當？3）是否因為學習者不同的認知基模與思考邏輯，對教材產生認知差異與 迷失？4）在網頁各式各樣的多媒體教材呈現缺乏一套可導入的適性化機制，

可能使得精心設計的教材未能發揮應有的功效。5）單一教材內容的呈現方式 缺乏彈性，且單一的呈現方式往往不是很能充分的表達出教材的概念或特質 或適應多元的學習特質。6）課程傳送（Content Delivery）如何兼顧學習者 本身的學習傾向。7）教材間缺乏橫向的聯繫與縱向連貫的整合機制。8）教 材 呈 現的屬性 與 學習者 特 質間 缺乏對 應 的機制 與 學 習效果的連 結方式

（Chang, 2014, 2015）。

就學習者而言：1）未能考慮學習者對教材呈現方式的接受程度。

（Brusilovsky and Maybury，2002）； 2）未能考慮學習者的學習風格與

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學習教材呈現間的連結關係。3）教材鏈結廣可能造成學習者無所適從的現 象，甚至可能造成誤解而導致迷失概念的形成。4）缺乏對學習者的認知設計 及心智水平做適當的安排，所以能達到的適性化程度有限。5）靜態與動態的 教材呈現未考慮教材的元素量與元素互動量，很可能造成在網頁瀏覽的瞬間 資訊量太大，造成學習上認知負荷的超載，間接影響學習效果與動機。

就教學者而言：1）缺乏對學習者學習傾向的了解。2）缺乏對線上學習 者施以教學策略或不易動態調整教學策略。3）在教學者與教材間缺乏可以獲 得回饋與修正的機制。 在上述網際網路的背景因素下，Ayersman and Minden （Ayersman and Minden,1995）指出超媒體（hypermedia）可以 藉由多模式的屬性調整學習者在學習特質間的差異（Brusilovsky, 2001）。

在圖1-1 中，嘗試說明數位教材適性設計與各個構念的關係就像以太陽為中 心的太陽系中，太陽與行星的關係一般，以適性化教材為中心，周邊圍繞著 相關的構念是學習者的既有特質、經驗與能力。太陽系中，兩體運動模型下，

由於太陽比地球大得多，地球就繞著太陽轉；反之，木星是太陽系最大的行 星，大到它的引力對太陽產生影響繞著木星與太陽兩者的質量中心轉動。所 以的引力的大小會隨著行星與太陽的距離與星球的大小的不同而不同。相似 地，在數位學習中數位教材的適性程度與學習者的特質、經驗與能力的關係，

如同太陽與星球的關係一般，隨著學習者的特質、經驗與能力的不同，對內 在動機、認知引導與學習效果產生不同的影響力，進而影響數位教材的適性 程度。

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綜上所述，國內外研究數位教材的文獻，針對在數位教材多項式的研究 多屬於多媒體的的外在呈現（在動態 VS.靜態、多媒體的組合、觸控 VS.非 觸控、分段圖示與觸控的混和比較），對外在表徵呈現底層的認知引導策略的 研究則顯得相對欠缺， 對於數位教材表徵下的認知引導適合度、內在動機、

學習效果三者的整合也較少研究涉及，認知引導的適合度會直接反映在學生 學習的感受上，若能發展良好的引導策略，自能激勵學生進而促進學習的效 果。由上，適性教育是今日數位化教學的關鍵，教材表徵的認知引導策略對 內在動機、學習效果的影響究竟為何﹖學習風格對教材的認知引導與學習效 果的影響為何﹖如何設計適當的教材結構與呈現可以產生較好的認知引 導﹖在多元呈現間對個別的學習者是否存在學習特質間的差異性。學習風格、

內在動機、認知引導對數位教材設計的可能影響為何。以上都是本研究的研 究動機。

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