本章共分為五節：第一節說明研究背景和動機；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；第五節說明名詞解釋。
1-1 研究背景和動機
近年來隨著資訊科技的迅速發展，政府推展班班有電腦到班班用電腦，甚至 到班班有單槍投影機，使得教師運用資訊科技，自行設計教材來進行課堂教學也 愈來愈方便了。坊間亦有許多唾手可得的開放式多媒體教材，亦成為教師所常使 用的數位資源之一。而實際運用於教學上，由於 Flash 的教材，製作時間長、難 度高，修改不易，因此一般教師最常用的還是以 PowerPoint 製作教材，進行課堂 教學。
然而，數位教材並非課堂教學的萬靈丹，不當地使用資訊融入教學，反而無 法達到預期的學習效果，甚至造成學習的干擾。例如，同時動態呈現太多的訊息、
不當的聲光效果、展演方式的不佳、不良的圖文編排…等，會造成學習者訊息處 理超過負荷 (C. Atkinson & Mayer, 2004)，影響學習的效果。所以，妥善運用 資訊科技，讓教學者能夠適時地呈現必要的訊息給學習者，引導學習者的注意力，
凸顯訊息之間的關聯，協助組織和整合訊息，是設計教材時的重要課題。
經過許多研究和驗證，Mayer 等人發展以「學習者」為中心 (learner-centered) 的教學研究，歸納出多媒體設計的原則 (R. E. Mayer, 2001, 2005, 2009; R. E.
Mayer & Moreno, 2003)，成為多媒體設計教材時重要依據之一。然而，在實際的 課堂教學環境是主要是以「教學者」引導學習的學習方式，教學者主控教學的步 調和訊息的呈現，並且是全班同學一起進行學習的，這樣的模式和以學習者為導 向的模式是有一些差異 (陳明璋，2008)，因此所遇到的問題也不盡相同 (林煜庭，
2007)，是否一般的多媒體設計原則就能完全滿足以教學者引導學習的教學設計，
達到增益學習的效果？
在教學者引導學習的課堂教學環境中，教學者也是多媒體學習的一環。教學 者除了呈現視覺的訊息給學習者，同時以語音解說的方式傳遞聽覺的訊息給學習
者，並且掌控學習的步調與順序。一般課堂的教學環境，教室的大銀幕是主要顯 示訊息的地方，如圖 1 所示。教學者一方面操控螢幕上的資訊呈現時間和方式，
並且一方面配合視覺呈現進行解說和發問；學習者觀看螢幕上的視覺訊息的同 時，一邊聆聽解說並且進行思考、適時發問及回答問題；師生之間會產生互動。
教學者除了要注意如何引導學習者的注意力之外，尚須加以考量全班學生的整體 性、同步性及個別性等因素。
圖 1 課堂教學環境示意圖
在課堂教學環境中，視覺訊息和聽覺訊息是同等重要，而且幾乎是同時呈現 給學習者。教學者主要教材來傳遞視覺訊息，運用語言來傳遞聽覺訊息。該如何 有效地引導學習者獲取訊息，學習者如何將訊息加以組織和整合以形成知識，達 到學習的效果，這是教學設計所需慎加考量的。
一般多媒體學習研究經常使用的學習成就測驗，是在教學完後進行評量，所 測量出的結果為綜合性的結果，無法精確指出影響的主因，例如：在學習的過程 中究竟是那個環節或部分學習者提取訊息出現問題、或是訊息組織有困難，如此 教學者無法精準地加以改善。由於視覺是學習最主要的知覺管道，而且心理學家 也認為眼睛的凝視軌跡是直接反映個體注意力分佈與認知策略的重要指標 (Just
& Carpenter, 1976; Williams, Loughland, Green, Harris, & Gordon, 2003)。
因此，近年來許多的研究者使用眼動追蹤系統 (Eye-tracker) 來研究受試者觀看
文字和圖片的情形 (M. Hegarty, Carpenter, & Just, 1991; Rayner, Rotello, Stewart, Keir, & Duffy, 2001)。由於此技術能夠提供自然且直接的方式來觀察 眼球移動的行為，並且不受到實驗作業所要求的策略影響，可提高實驗結果的外 在效度 (external validity) (李培榮，2008)；而且，在擷取資料的時間點和空 間性，也較其它研究技術來得精細 (柯華葳、陳明蕾、廖家寧，2005)，成為教學 研究上新穎的研究工具。
1-2 研究目的
為解決課堂教學環境所面臨的教材設計的問題，交通大學陳明璋博士自 2002 年起陸續以激發式動態呈現 (Trigger-based Animation) 的概念，發展 AMA (Activate Mind Attention) 系統的展演環境，進而提出激發式動態教學的設計 原則，使得教師便於利用 PowerPoint 設計彈性且互動之教材。教學者引導學習的 教學環境，是由教學者主導教學的步調和訊息的呈現，引導學習者注意力，並且 考量全班同學的認知歷程運作狀況，適時地呈現訊息、解說訊息和排除干擾，以 協助學習者選取、組織和整合訊息，達到降低認知負荷的作用 (Chen, 2003; Chen
& Tan, 2007; 邱建偉，2005；陳明璋，2008)。
在激發式動態教學的設計原則中，提出「適性指標」(adaptive pointer) 的 概念。林煜庭（2007）從視覺認知科學 (visual cognition theory)、認知神經 科學 (cognitive neuroscience) 及資訊視覺化 (information visualization) 等 領 域尋求 適 性指標 的 理論基 礎 ，歸納 出 適性指 標 具有形 狀 (form) 、 顏 色 (color)、深度 (depth) 及運動 (motion) 等視覺特徵，能夠到「協助視覺搜尋」
和「引導注意力」的作用，進而提出了七個適性指標的設計原則。廖子慧（2009）
延續林煜庭的研究，進一步利用眼動追蹤系統為工具，以質性研究方式探究適性 指標在學習過程上的作用，並且提出適性指標在設計運用上的建議。然而，這些 研究都並非以量化實驗的方式來驗證適性指標。因此本研究接續之前研究設計，
針對課堂教學環境設計適性指標的實驗，並且量化研究的方式來探究適性指標的 作用性。
多媒體學習的理論認為圖形同時加上口述文字(spoken text) 的學習效果 佳，因為可在不同管道間處理聽覺和視覺的訊息，不會造成認知處理超過負荷，
所以提出多媒體設計的形式原則 (Modality Principle) (R. E. Mayer, 2005; R.
E. Mayer & Moreno, 2003)。Mayer 等人進一步考量 social cues 對於多媒體學習 的影響，提出了個人化原則 (Personalization Principle)，認為「對話式」
（conversational style）的講述方式學習效果較佳 (R. E. Mayer, 2001, 2005;
Richard E. Mayer, Fennell, Farmer, & Campbell, 2004; R. Moreno & Mayer, 2000, 2004)。
在幾何教學的過程中，幾乎是完全依賴幾何圖像進行解說。幾何圖像的解說，
必須仰賴符號的編碼，因此學習者需要記住編碼、搜尋編碼和組織編碼，然後指 出幾何物件、描述幾何物件。在這樣的過程中，學習者可能耗費較多的資源於符 號編碼的處理上，反而會減少其他處理歷程所需的資源，對學習造成影響。針對 這樣的情況，本研究以凸顯的視覺特徵代替符號編碼進行幾何圖像的解說，並且 根據多媒體學習的個人化原則，進一步提出了「口語化解說」(oral elaboration) 的講述方式。如果學習者能夠減低聽覺編碼過程所造成注意力和工作記憶的耗 損，讓更多的資源使用在高階的認知處理上，那麼對於學習應該是有助益的。因 此本研究設計不同解說方式的實驗，以驗證口語化解說的作用。
訊息傳遞的第一步是訊息要能夠被學習者「注意」到，然後才有機會進一步 被處理和學習，而且視覺處理是最主要的訊息處理管道。因此本研究除了使用一 般的學習的記憶測驗外，並且另外使用眼動追蹤系統作為研究工具，記錄學習者 在教學過程中的眼球移動資料，以探究實驗設計對於視覺搜尋和注意力引導的影 響。
以眼動追蹤系統為工具進行教材實驗時，若是實驗時間太長 (約 12 分鐘)，
對於國中學生而言可能易造成眼睛疲勞和分心的情形，會影響實驗的結果 (廖子 慧，2009)；再者，較長時間的實驗，所累積的眼動資料會也太多太複雜，因而非 常難以分析 (Poole & Ball, 2005）；並且，完整的課堂教學過程，是一個很複 雜的認知處理過程，包含引起動機、概念建立、例題示範、學生練習…等。然而，
對於不同認知歷程的眼動研究，目前尚未發展完全，尤其是數學課堂教學的眼動 研究，幾乎很少。
因此本研究先針對例題講述這部分的教學，進行眼動研究之初探，讓學習者 看完一題的解說即進行記憶測驗的作答，以貼近課堂教學時的學習狀況。學習者 總共觀看三題教學解說，並且進行三次記憶測驗，因此全部的眼動實驗時間約五 分多鐘，以避免實驗時間太久的問題。也由於本研究並非完整的教學過程，所以 並不進行學習的轉移測驗 (transfer test)，僅進行記憶測驗 (retention test) 來了解學習的情況。
綜上所述，本研究的目的為探究不同的教學設計對於學習過程的影響。利用 眼動追蹤系統的觀察和紀錄，還有學習的記憶測驗表現，比較不同的教材設計 (有 /無適性指標) 搭配不同的解說方式（有/無口語化解說），設計三種教學的實驗，
並且探究對於學習者的記憶表現和眼球運動的影響，以驗證適性指標和口語化解 說對於「協助視覺搜尋」和「引導注意力」的作用，達到幫助學習的效果。
研究根據適性指標的設計原則和多媒體的設計原則，並且搭配不同的解說方 式，設計出三種教學實驗。研究目的為：
1. 探討不同的教學實驗對於學習的記憶表現之影響。
2. 探討不同的教學實驗對於視覺搜尋的影響。
3. 探討不同的教學實驗對於注意力引導的影響。
4. 探討口語化解說方式對於眼動行為的影響。
1-3 研究問題
本研究的最終目的是了解在課堂教學的學習過程中，不同的教學設計方式：
適性指標的運用和口語化解說方式是否能達到幫助視覺搜尋和引導注意力的作 用，使得學習者能夠有效率地獲得訊息，則對於學習的表現應是有助益的。依據 上述的研究目的，本研究的研究問題有：
1. 適性指標是否有助於提升學習的記憶表現？適性指標加上口語化解說是 否更加有助提升學習的記憶表現？
2. 適性指標是否有助於減少視覺搜尋的時間？適性指標加上口語化解說是
2. 適性指標是否有助於減少視覺搜尋的時間？適性指標加上口語化解說是