第二節 第二節
第二節 研究目的 研究目的 研究目的 研究目的
基於上述研究動機，本研究有下列目的：
1. 研究國中七年級學生的認知發展程度。
2. 探討不同呈現模式的教材對學習成效的影響。
3. 探討不同呈現模式的教材對認知負荷的影響。
4. 了解不同呈現模式的教材之學習效率。
5. 了解不同呈現模式的教材給予學習者的感受。
第三節 第三節 第三節
第三節 研究問題 研究問題 研究問題 研究問題
根據研究目的，本研究提出以下問題：
1. 國中七年級學生的認知發展程度為何？
2. 國中七年級學生依生物科學業成就區分出高分組、中分組和低分組之後，在各
個成績分組之中，各種認知發展期的所佔的人數比例是如何？3. 國中七年級學生的生物科學業成就與認知發展期有什麼關係？
4. 國中七年級學生在接受不同呈現模式的教材教學後，在遺傳單元的學習成效是
否會有顯著差異？5. 國中七年級學生在接受不同呈現模式的教材教學後，在以下三種概念類型的遺
傳單元測驗的表現是否有差異？其中各種概念類型的題目包括：（1）不具有「細 胞分裂與減數分裂過程」概念的選擇題，（2）具有「細胞分裂與減數分裂過程」概念的選擇題，（3）具有「細胞分裂與減數分裂過程」概念的繪圖題。
6. 以下四種不同認知發展期的國中七年級學生：
（1）具體操作前期、（2）具體操作後期、（3）過渡期、（4）形式操作期，接受不同呈現模式的教材教學後，
在遺傳單元上的學習成效，是否會有顯著差異？
7. 國中七年級學生在接受不同呈現模式的教材教學後，在遺傳單元的認知負荷是
否會有顯著差異？8. 不同呈現模式的教材之間，學習效率為何？
9. 國中七年級學生在接受不同呈現模式的教材教學後，在遺傳單元的教材內容感
受是否會有顯著差異？10. 國中七年級學生對不同呈現模式的呈現模式感受如何？
第四節 第四節 第四節
第四節 名詞定義 名詞定義 名詞定義 名詞定義
1. 生物科學業成就
本研究中所稱之生物科學業成就，係指七年級學生在上學期三次段考中，生 物科的段考成績。
2. 學習成效
學習成效係指學生經過學習之後，能應用知識解決問題的能力，本研究之「學 習成效」之操作型定義係指教師自編遺傳單元成就測驗之後測分數。
3. 學習效率
學習效率依據學習者的學習成效與認知負荷兩變項而定，高效率指的是利用 花費較少的認知負荷得到較高的學習成效，低效率則是花費較多的認知負荷，得 到較低的學習成效。上述的認知負荷是以認知負荷量問卷測定，而學習效率的量 化方式則詳述於研究方法該章，其視覺化的呈現方式如圖 1所示。
圖 1 學習效率的視覺化示意圖
4. 教材呈現模式
教材呈現模式係指教材如何呈現動態資訊。呈現的方法是將動態資訊切割成 數個階段，再將這些階段以步驟化的方式呈現於教材之中。根據教材中呈現的階 段多寡與提示與否，分為以下三種：（1）關鍵階段：呈現的僅有動態資訊的關鍵 階段（2）完整階段：不只有動態資訊的關鍵階段，還包含了各階段之間的轉變。
（3）完整階段加提示：除了具有完整呈現的階段，還利用提示導引注意力。
第五節 第五節 第五節
第五節 研究範圍與限制 研究範圍與限制 研究範圍與限制 研究範圍與限制
一 一
一 一、 、 、研究範圍 、 研究範圍 研究範圍 研究範圍
研究教材為國民中學自然與生活科技第二冊第一章「生殖的基礎」單元中「細 胞分裂和減數分裂」概念，所以其結果不宜推論至其他單元或學科。
二 二
二 二、 、 、研究限制 、 研究限制 研究限制 研究限制
本研究採用不等組前後測之準實驗研究法，採用方便抽樣的非隨機抽樣。研 究對象僅有新竹市某公立國民中學七年級學生，研究結果無法推論至不同地區。
第二章
圖片標示不清楚，再加上有些圖示將同源染色體繪製相同顏色，這些教科書上編 輯的問題，都可能導致學生在此單元的迷失概念（李正文， 2007；Longden, 1982） 。
而教法上，可能因教師採講述式教學使學生無法將減數分裂與其他相關概念 產生聯結，例如有性生殖沒有和減數分裂、受精作用和細胞分裂加以聯結，也未 加入細胞分化的概念（李正文， 2007；楊坤原、張賴妙理， 2004）。此外，教師 採靜態圖片教學，也可能讓學生無法正確理解減數分裂一連串染色體的變化情形 (Longden, 1982) 。
三 三
三 三、 、 、 、遺傳教學活動 遺傳教學活動 遺傳教學活動 遺傳教學活動
黃台珠（1994）等人提出，使用具體的教具，將染色體、減數分裂等抽象過 程概念具體化，幫助學生學習。郭人仲（1995）利用筷子與分麵包等類比物教學，
發現類比對形式操作期和具體操作期的學生有顯著成就。何秋萱（2005）使用 Flash 動畫進行遺傳學教學，發現以動態模擬減數分裂過程，可以幫助學習者對物體做 直覺的瞭解，使學習者更容易明白此概念，降低學習者抽象思考的層次。
第二節 第二節 第二節
第二節 皮亞傑的認知發展理論 皮亞傑的認知發展理論 皮亞傑的認知發展理論 皮亞傑的認知發展理論
皮亞傑（J. Piaget）根據他對兒童的長期觀察，認為兒童的認知發展可依照感 官動作期（sensory motor period）、前操作期（preoperational period）具體操作期
（concrete operation period）和形式操作期（formal operation period）循序發展而來 的。
operation），而無法直接進行抽象思考，因此稱為具體操作期。這個時期的孩童能 能進行抽象思考（abstract thinking），可以不借助具體的物象進行複雜的心智操作，
因此稱之為形式操作期。在思考能力的發展方面，尚能進行相當複雜的邏輯推理，
例如演繹推理、命題推理、比例推理、反射思考，以及變因控制等。此時期的孩 童也發展了建立假說的能力，因此，能夠作「解決問題」的判斷與推理。
根據皮亞傑的理論，十三歲到至十五歲的國中生應已形式操作期，但實際上 此階段學童的認知發展並未真如理論所述可達形式操作期，有些學童的認知發 展，會介於具體操作期與形式操作期之間，此稱之為過渡期（transitional stage）。
根據 Lawson 和 Renner 的研究以及 Novak 的研究，大約有 40%～75% 的中學
概念應該配合學童的推理能力。幫助學生做有意義的學習，協助發展學習遷移，
進一步消除可能的假學習。
鄭湧涇（1981）指出許多中小學生學習困難的原因，即是因其本身的認知層 次，不及現行中小學數理科教材的內容所需。因此了解學生的認知發展狀況，為 生物科教學重要的一環。
此外，在教材與內容呈現上，由於對象大多是具體思考者，因此在講述形式 操作學生才具備的抽象推理、演繹推理、反射推理、形成假說和變因控制等內容 時，應該以適當的、具體的教學媒體或模式來呈現，將抽象複雜的概念，具體的 表現出來，幫助學生完成推理思考。
第三節
關於人類如何記憶，Atkinson 與 Shiffrin（1968）認為當我們透過感官接受到 外界的刺激之後，會將訊息儲存為屬於短期記憶的感官記憶（sensory memory）， 這些訊息可能透過編碼、儲存為長期記憶，也可能遺忘。這種建立在短期記憶與 長期記憶的記憶模式假說稱為雙重記憶模式 (dual-store model of memory)，也稱為 訊息處理理論。這種記憶模式主張學習是將重要訊息從感官記憶轉移部分進入短
資訊在工作記憶中組織成連貫一致的心理表徵；（3）整合：將新資訊與學習者已 有的相關知識聯繫起來 (Mayer, 2009)。
學習者在處理資訊的過程中，可能會因為資訊的難度、複雜程度或是呈現方 式，而感覺到心智負荷（mental load）與心智努力（mental effect）的負載。這種在 執行工作、作業或任務的過程中產生的負載稱為認知負荷（cognitive load）。若是 個體對於學習內容所知覺的困難度越大，或是個體在心智上需要越多努力，則認 知負荷就會越大。因此工作任務太過困難，或是需要投注極大的心智努力，都會 造成認知負荷過重。
認知負荷根據來源可區分為以下三種：（1）內在認知負荷（intrinsic cognitive load）：來自教材本身的困難度與複雜程度；（2）外在認知負荷（extraneous cognitive load）：來自教材內容的呈現方式；（3）增生認知負荷（extraneous cognitive load）：
來自教材的表達方式與教學活動 (Sweller, 2005)。
圖像、（4）解釋圖像、（5）轉換圖像 (Levin, 1981)。裝飾圖像和教學內容沒有太 織材料，此稱為一致性原則 (coherence principle)。且在文字方面，一個有效的多 媒體文字摘要，應該使用簡單的言詞 (Mayer, Bove, Bryman, Mars, & Tapangco, 1996)。
為了引導學生組織圖像和文字的心理模型，教材呈現時應該併用文字和圖像 兩種媒體。許多實證研究發現透過文字與圖像並用的媒體，會比僅呈現文字的媒 體，學習效果要好，此稱之為多媒體原則 (multimedia principle)。因為文字和圖像 共同呈現時，學生有機會形成文字與圖像的心理模型，並在兩者之間建立關聯。
形式呈現時，聽覺通道處於閒置狀態，而視覺通道則過度負荷。當文字以聽覺形 過度負荷。Mayer（2009）提出的多餘原則 (redundancy principle) 指出學習者從具 有動畫與解說的教材比具有動畫加解說再加字幕的教材能得到更好的學習效果，
因為圖像和文字都以視覺的形式呈現時，視覺通道會超過負荷。Sweller（2005）
也認為，當教材內容有相同資訊以不同形式進入同感官通道，會同時佔用工作記 憶，導致增加認知負荷。例如教材中的圖片本身已經能提供足夠的訊息，若是再 增加敘述文字，由於兩者都屬於視覺通道接收的訊息，因此將導致多餘效應 (redundancy effect) 干擾學習。因此教材呈現時，若有視覺呈現的圖片時，應將說 明的文字排除或以聲音呈現，以免產生多餘效應。
（mental effort），將注意力分散以搜尋相關訊息，這種搜尋會耗去工作記憶的容 量，使學習成就無法達成預定目標。如此一來，學習者就不太可能將兩者同時收 錄進短期記憶中。Mayer（2009）稱為空間接近原則（spatial contiguity principle），
而 Sweller（2005）稱為分散注意力效應（split-attention effect）。
文字和圖像除了應該在空間中接近，也應該在呈現的時間上互相接近。Mayer 提出的時間接近原則（temporal contiguity principle）指出，與圖像對應的文字，同 時呈現比接續呈現的學習效果好。當對應的解說文字和動畫同時呈現時，學習者 可以在短期記憶中同時保持兩者的心理表徵，因此可在言語表徵和視覺表徵之間
建立心理聯繫；若對應的解說和動畫在時間上是接續呈現時，學習者不太可能在 (legibility) 和可閱讀性 (readability)，可辨識性是指閱讀少量文字的容易程度，例 如閱讀標題；可閱讀性是指閱讀多段文本、長篇的文本，或是整頁文本的容易程 度 (Williams, 1994)。此外還必須考慮到是否可以引導學生注意力。。
在文字的可辨識性上，Williams與 Tollett（1998）建議在教材呈現上，可使用 無襯線字體 (sans-serif) 來增加可辨識性。無襯線字則是筆劃線條粗細一致的字 型，例如中黑體、細圓體、英文的 Arial 等，由於無襯線字線條較粗，不適合用 在長串文字上，但很適合用在標題；而在內文的呈現上，則可使用襯線字 (serif) ， 例如細明體或標楷體等，以增加可閱讀性（游梓翔， 2000）。
而字體的大小，Heinich、Molenda與Russell（1993） 建議英文字體的大小應 該由最遠的聽眾距離來判斷，每增加 10 英呎，字體大小要增加 1/2 英吋，約等
使用低對比度的顏色匹配或使用同色調顏色匹配。這樣的設計可以讓學習者順利 (Sternberg, 2003)。因此研究者建議，若是要利用文字變化來引導注意力，應該避 免使用過多的特徵，以免造成反效果。
使用低對比度的顏色匹配或使用同色調顏色匹配。這樣的設計可以讓學習者順利 (Sternberg, 2003)。因此研究者建議，若是要利用文字變化來引導注意力，應該避 免使用過多的特徵，以免造成反效果。