研究動機與背景

陳英嫻，1995；毛松霖，1995；賴瑞芳，2001；蔡名杉，2004；呂惠虹，2005）。 美國國家科學教育標準（National Science Education Standards, 1996）從研 究發現 5-8 年級的學生即使能夠知道日地月系統模型的運行狀況，也無法正確的

2 是會隨著時間與空間尺度改變之抽象概念的動畫應用於教育上（Ploetzner &

Lowe,2012）。研究者認為利用多媒體動畫來輔助教學恰好很適合應用於月相單元 的教學。由於網際網路的普及化，以多媒體為主所呈現的電腦輔助教學，大大顛 覆了傳統的教學方式，增加了許多不同的教材呈現方式。多媒體的學習環境也被 廣泛認為可以有效改善學習者的學習成效（Mayer, 1999; Sweller, 1999）。在 教學過程中利用電腦多媒體動畫輔助來呈現一些大尺度，或微小尺度的學說或模 型，正是電腦輔助教學的重要應用之一。利用電腦動畫模擬日、地、月的系統模

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型可以提供教室與日常生活不易營造的學習情境，幫助學生學習月相概念。透過 動畫直接呈現一個現成的模型，可以幫助學生輕鬆的轉換成動態的心智模型

（Hoffler & Leutner,2011）。藉由電腦的輔助，文字、圖形、影像、動畫、視 訊、音樂、聲音等多元的認知刺激得以同時衝擊學習者的心智，呈現出不同於以 往紙本化教科書的教材，而產生醒目的效果並達到持續吸引學習者的興趣及注意 力（Burger, 1993； Griggs, 1988），還能夠增進學生的學習動機，導致更好的 學習成效（Lepper & Malone, 1987）。

Mayer（2001）認為使用多媒體學習（文字與圖片）的效果比單獨使用文字 學習的效果要好。因為當文字及圖片一起呈現的時候，學生有機會去建構語文及 圖形的心智模型及整合語文與圖形模型之間的關聯。而圖片的呈現方式又可以分 成動態的動畫或是靜態的圖片，至於何種類型的呈現方式對學習者較有幫助至今 仍沒有定論。有的研究結果顯示使用動畫學習較有優勢（Catrambone & Seay, 2002; Spotts & Dwyer, 1996; Yang, Andre, & Greenbowe, 2003）也有研究結 果顯示沒有優勢（Lewalter,2003; Mayer, Hegarty, Mayer, & Campbell, 2005;

Swezey, 1991）。有研究認為動畫可以幫助學習者在心智上呈現視覺化的過程，

和一系列的靜態圖片相比可以減少認知負荷（Ploetzner & Lowe, 2012）；有的 研究則認為圖片可以使用關鍵性的畫面描述過程中非常特殊或重要的程序，提升 學習效果。回顧文獻的結果發現，許多的動畫跟靜態圖片相比之下並沒有學習上 的優勢（Betrancourt & Tversky, 2000; Tversky et al., 2002），但如果是 有的話，不能僅單純比較動畫跟圖片的學習環境，還要注意到許多其他的因素會 影響多媒體的學習成效。

學習者的個別差異就會影響多媒體的學習。在特定學習領域透過動畫或圖 片學習知識與技能時，空間能力（spatial ability）有很重要的影響（Blake, 1977;

Hays, 1996; Large, Beheshti, Breuleux, & Renaud, 1996; Yang, Andre, &

Greenbowe, 2003）。多媒體學習與空間能力的相關研究指出，空間能力在多媒

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體的學習中產生能力補償效應（Ability-as-compensator Effect），對低空間能 力的學習者而言，動畫可以支持他們學習，因為動畫提供一個過程或程序的動態 化呈現方式，幫助學習者快速建立心智模型（Mayer, 2001 ; Mayer & Sims, 1994）， 因此動畫對學習者發揮了認知輔助（cognitive prosthetic）的效果（Hegarty &

Kriz, 2008）。除此之外教材的設計也會導致多媒體教學的效應影響學生的認知 負荷與學習成效，透過多媒體設計原則去設計多媒體教材可以降低學習者的認知 負荷，提升學習成效（Mayer,2001）；而教學領域的不同在比較動畫與圖片的學 習成效差異時也會有不同的結果。

由於月相盈虧概念過於抽象且與學生的空間能力關係密切，學生在學習上 易產生困難與迷思概念，且實際觀察較學實施亦有其困難處，因此利用電腦多媒 體動畫呈現月相盈虧成因的教材，幫助學生建立正確的日地月系統心智模型，應 該能夠降低學生認知負荷，提升學習成效。因此本研究將參考Mayer（2001,2003）

提出的九種減少認知負荷的多媒體設計原則與Sweller（2008）提出的九種認知 負荷理論在學習上產生的效應，開發設計以月相盈虧成因概念為主題的動畫課程，

除了呈現原本紙本教科書中的圖文內容外，增加動畫的呈現方式來幫助學生學習，

希望國中學生能夠透過學習動畫來幫助理解日地月系統相關概念，減少認知負荷，

增進月相盈虧成因概念的學習成效，並嘗試探討空間能力對國中學生使用多媒體 教材的學習成效與認知負荷的影響。