第一章 第一章
第一章 緒論 緒論 緒論 緒論
1-1 研究背景與動機 研究背景與動機 研究背景與動機 研究背景與動機
曾有學生向研究者說過：「老師，我看不懂圖形，也看不出它的性質，我當然就不會 回答。」可見幾何學習對學生的困擾，以及幾何教學對教師的挑戰。「幾何」是重要的數 學課程，多數學生在幾何的學習也主要來自於學校課堂，從國小的直觀操作到國中的幾 何推理證明(教育部，2008)，由具體操作到演繹推理間存在著相當大的落差，學生要跨越 並非如此順利，若教師在教材上沒有做好統整及安排，看不到圖形所呈現的訊息，就會 造成學生的認知負荷，不利於學習，當在表徵處理或轉換出現障礙，就會導致學習上的 困難，再面對到形式化的幾何證明時，學習意願自然低落。
許多教師在教學時，為了時間上的掌控，多直接進行講述教學，學生可能因缺少觀 察和思考，而在沒有真正理解概念的情形下，只是強記公式、定理，在後續建構數學知 識的過程就會產生問題，造成學習困擾。因此，數學教育不能只追求學生的基礎運算程 序與解題技巧的能力，而忽略了概念性理解的邏輯思考培養。
在 Polya(1957)所著 How to solve it 一書中將「解題」這項心智活動分成了解問題、
擬定計畫、執行計畫、驗算與回顧四種一般性步驟(Polya，1957/蔡坤憲譯，2006)。教師 如何善用教材，引導學生思考，啟發並幫助學生完成「解題」，讓學生能獨立、適切的應 用它，提升學生幾何思維的能力，是重要課題。
數位化教學媒體的引進，讓教學產生不少變化，增加了更多提升學習成效的可能性，
然而，多媒體的使用就像雙面刃，好的使用讓教學效果提升；相對的，不當的設計不僅 對學習毫無助益，也干擾學習。研究者在國中教學現場發現，使用多媒體教學的教師，
其使用的教材來源依賴教科書廠商所提供占多數比例，使用自製教材的教師極少。教科 書廠商提供的多媒體教材通常只是課本內容的電子版，內容編排除了必要訊息外，經常 充斥著無關教學主題的多餘訊息，容易分散學生的注意力。
使用多媒體教材教學，除了硬體設備不可缺少外，軟體的配合才是主要重點。訊息 過多或缺乏醒目重點之設計將使學習者的注意力無所適從（陳一平，2011）。不少教師未 經過專業的視覺設計訓練，雖有好的工具與內容，但教材編排上未考慮訊息傳遞的重點，
讓設計不良的畫面以及不必要的訊息干擾，造成無法正確傳達訊息且模糊了學習者的學 習重點，讓學習反而困難重重。
訊息傳遞之首要是訊息要能被學習者「注意」到，才能有機會進一步被處理和學習
（張春興，1994），而視覺處理是最主要的訊息處理管道。由於工作記憶的限制，個體無 法一次處理大量訊息，當面臨大量訊息的刺激時，會注意整體、忽略細節、僅找部份重 點；若要在畫面上找到相關訊息，必須有足夠的時間思考及處理，才能透過選取與組織，
真正整合訊息(Mayer，2001)。
ChanLin & Okey (1994)指出連貫性的訊息適合在同一畫面出現，但如果螢幕中訊息 份量過多時，應將複雜的訊息加以分解，採用分層呈現的方式提供重點(引自林麗娟，
2000）；分層呈現的設計乃在於分割一份量繁重的訊息塊，藉螢幕逐步呈現訊息而引導學 習的重點(林麗娟，2000）。而許晏斌(2009)的研究發現藉由逐步呈現的物件激發可吸引學 習者的注意力，協助搜尋教材的訊息，以注意力引導學習，達到教材、教學者、學習者 三者之間的互動。因此，如何正確利用視覺元素做好視覺引導，將訊息正確地傳達，讓 學生容易看到，就仰賴教師在教材設計及操控上之配合。
本研究選取八年級常態班學生為實驗對象，以「圓與切線間的性質關係」之幾何概 念為教學內容，嘗試以注意力與視覺搜尋、多媒體學習理論及認知負荷理論為基礎，並 考量整體學生的認知歷程運作，由教學者主導教學，製作合適的教材內容進行教學，實 驗教材運用圖文步驟化呈現教學，期能藉有效的注意力引導，適時地呈現訊息、解說訊 息，協助學習者選取、組織和整合訊息，降低學習者的認知負荷，達到好的學習成效。
此外，在常態編班的模式下，學生程度可能有很大的差異，對低學習成就學生有效 的訊息引導，可能會對高學習成就學生的學習成效與投入程度有負面影響，進而產生專 業知識反轉效應，因此，本研究透過學習效率與學習投入分數，觀察高學習成就學生是 否產生專業知識反轉效應。
1-2 研究目的 研究目的 研究目的 研究目的
本研究嘗試以多媒體學習理論、認知負荷理論建議的教學設計原則，設計由教學者 主導教學，適合於課堂授課的多媒體教材，藉有效的注意力引導，適時地呈現訊息、解 說訊息，協助學習者選取、組織和整合訊息，降低學習者的外在認知負荷，達到更好的 學習成效。
本研究以「圓與切線間的性質關係」之幾何概念為教學內容，期望透過以圖文步驟 化呈現教學之教學設計，引導學習者進行有效學習，基於上述背景及動機，本研究欲探 討不同教學設計(圖文步驟化呈現教學 VS 圖文同步呈現教學)與不同學習成就水準(高學 習成就學生 VS 低學習成就學生)在學習表現與認知負荷方面的影響。另外，透過學習效 率與學習投入分數，探討高學習成就學生是否產生專業知識反轉效應。
1-3 研究問題 研究問題 研究問題 研究問題
1. 不同教學設計與不同學習成就水準在後測表現是否有交互作用存在?
2. 不同教學設計與不同學習成就水準在延後測表現是否有交互作用存在?
3. 不同教學設計與不同學習成就水準在認知負荷是否有交互作用存在?
4. 對於高學習成就學生是否產生專業知識反轉效應?
1-4 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
1. 研究範圍
本研究以國中數學科幾何教學為主題，受限於人力、時間、資源等因素，研 究對象為新竹縣某國中常態編班之八年級四個班級，而後測及延後測測驗卷之試 卷批閱，另敦請一位教學年資 10 年之國中數學教師協助重複審閱，提供分數採計 上之建議。
2. 研究內容限制
本研究為避免課後補習影響，選擇九年級幾何教學課程為主題，所得之結果
僅能做為相關單元之教學參考。
3. 研究對象限制
本研究僅以新竹縣某國中常態編班之八年級學生作為母群體，以便利抽樣抽 取有效樣本 116 位，所得之結果無法推論至其他班級或學校。
4. 受試人員限制
由於施測班級原授課教師皆非研究者本身，對於研究者授課方式、說話語氣 等熟悉度不足，受試學生的不適應狀況可能會影響實驗結果。
1-5 名詞解釋 名詞解釋 名詞解釋 名詞解釋
1. 圖文步驟化呈現
本研究所指的圖文步驟化呈現為藉由線條和顏色標記來突顯主要訊息或淡化 次要訊息的圖形特徵，利用雙通道模式、空間接近原則、符號表徵處理幾何說明 的訊息，以分段方式一步步呈現教學內容的訊息傳遞策略，協助學習者能在教學 者講解及提問時，快速搜尋到所指物件，減輕學習者在學習時的認知負荷，引導 學習者看出相關訊息、發現圖形間的元素關聯並做思考連結及回答的授課方式。
2. 圖文同步呈現
本研究所指的圖文同步呈現為利用雙通道模式、符號表徵處理幾何說明的訊 息，會同步呈現教學內容的完整圖文訊息，在課堂授課中，教學者以口語提問及 說明來進行突顯與補充內容，引導學習者看出相關訊息、發現圖形間的元素關聯 並做思考連結及回答的授課方式。
3. 幾何教學
本研究幾何教學範圍僅限於「圓與切線間的性質關係」之幾何概念。