本章共分為四節。第一節說明研究背景與動機。第二節說明研究目的。第 三節說明研究問題。第四節說明研究範圍與限制。
第一節 研究背景與動機
近年來由於資訊科技的快速發展以及網路的普及，將電腦資訊融入教學儼然 成為一種趨勢，經過教育部的推廣及各領域數位教材競賽的舉辦，有愈來愈多優 質的多媒體素材可供老師們選擇；但大部分的數位教材內容，為了增加活潑性與 趣味性，未注意到畫面與訊息安排上的易得性 (availability) ，學生必須花很多 時間在畫面上搜尋、比對，浪費了過多的注意力資源。
John Sweller (1989) 的認知負荷理論中，認為外在認知負荷主要來自於教材 的呈現方式，因此藉由適當的教學設計可有效降低認知負荷，以促進基模的建 立。陳明璋博士基於認知心理學、認知負荷理論與多媒體學習理論，提出了以課 堂授課為導向之激發式動態呈現教學 (Trigger-based Animation) 概念。以
Microsoft PowerPoint 及 AMA (Activate Mind Attention) 外掛增益集為作業平台，
提供視覺化的環境，讓教師能依課堂授課需求或是學生的程度差異，設計出配合 課堂教學互動之多媒體教材，達成與學習者的認知互動 (Chen & Tan, 2007；陳 明璋，2008)。林煜庭（2007）更以激發式動態呈現教材設計理念為基礎，提出 了「適性指標」 (adaptive pointer) 概念。適性指標是一種視覺物件，具有「協 助視覺搜尋」以及「引導注意力」的特性，在媒體呈現的過程中，演講者可彈性 地以互動方式操控適性指標，適時引導學習者瞭解教材的內容。因此在教材設計 上，適性指標將學習者的注意力吸引到關鍵的教學訊息上，降低因搜尋、組織訊 息而浪費的注意力資源，保留大量的工作記憶區提升整合訊息的能力。
涉及更多的認知歷程，常常以日常生活事件為材料，用語文的型態來描述的數學 問題情境（張景媛，1994；Cummins,1991）。
學生進行文字題的解題時，首先必須要了解題意，把「語文理解」轉換成「形 式數學」，在轉換過程中，解題者的一般語文知識與相對應的數學概念，均扮演 著重要的角色（古明峰，1998）。如何幫助學生在「文字表徵」到「符號表徵」
之間建立穩固的橋樑，是教師要達成的重要教學目標。
Ayres (2006) 的研究發現學生在完成代數問題時，元素間具有高度的交互關 聯 (element interactivity) 時有較多的錯誤；且與學生的先備知識也有關。學生大 多數的錯誤是工作記憶需求的問題，並非缺乏知識。因此，在代數教材的設計上，
教師如果凸顯訊息之間的交互關係，幫助學習者降低因選取與組織訊息所耗費的 注意力資源，就能提供學習者更多的時間與工作記憶區進行深入理解與思考。
本研究以多媒體學習理論與認知負荷理論所提之教材設計原則為依據，在激 發式動態呈現教學的環境下，融入適性指標，探討代數教材設計原則結合圖像化 對低學習成就學生在學習上的影響。期望多媒體教材除了引起動機、活潑教學之 外，可以真正達到引導注意力、降低認知負荷及促進學習成效的目的。
第二節 研究目的
基於上述研究動機，本研究以二元一次聯立方程式的應用問題為例，探討「代 數教材設計原則」及「代數教材設計原則結合圖像化」，在學習成效與認知負荷 的影響。本研究的目的是：
1. 發展代數教材設計原則以補強多媒體學習理論不足之處。
2. 驗證代數教材設計原則結合圖像化，對學生的學習成效，是否有顯著效果？
第三節 研究問題
綜合研究動機、目的，本研究將以國中一年級數學科二元一次聯立方程式的 應用問題為教材主題，在結合適性指標的激發式動態教學環境下，針對補救教學 學生深入探討教材設計對學習成效及認知負荷所造成的影響。
本研究要探討的問題如下：
1. 「代數教材設計原則」及「代數教材設計原則結合圖像化」運用在教學設計 上，對需進行補救教學的學生其學習成效是否有影響？
2. 「代數教材設計原則」及「代數教材設計原則結合圖像化」運用在教學設計 上，對需進行補救教學的學生其學習成效在經過四週後是否有持續性的影 響？
3. 「代數教材設計原則」及「代數教材設計原則結合圖像化」運用在教學設計 上，對需進行補救教學的學生在降低學習認知負荷量方面是否有影響？
4. 「代數教材設計原則」及「代數教材設計原則結合圖像化」運用在教學設計 上，對需進行補救教學的學生其學習成效與認知負荷量之間是否有相關性？
第四節 研究範圍與限制
一、 研究範圍
本研究以國中一年級數學科二元一次聯立方程式的應用問題為研究主題範 圍。研究對象挑選此階段學習成就低落，需進行補救教學的學生為受試者，希望 驗證代數設計原則結合圖像化對此主題學習成就低落的學生有顯著效果，幫助學 生學習代數教材。
二、 研究限制
少變因產生，說明如下：
（一）主題限制
本研究以二元一次聯立方程式的應用問題為主題，所得結論能否推廣不同代 數主題，仍需設計不同實驗加以證明。
（二）母群體限制
本研究因人力、物力、時間等因素的限制，僅以某國中國一學生作為施測母 群體，所能抽取的有效樣本97 位，再細分為三組，每組約 32 位左右，易有代表 性不足及統計樣本不足之疑慮。
（三）授課環境限制
因受試人員來自各班，在不影響各班正常上課情形下，需另外安排教室進行 教學實驗，該教室的環境並非學生平常熟悉的上課環境，可能產生新奇效應而影 響施測結果。
（四）受試人員限制
受試者均非研究者任教學生，彼此的熟悉度畢竟不足，對授課教學的不適 應，可能影響施測結果。