第二章 文獻探討
第三節 認知負荷
國
立 政 治 大 學
‧
N a tio na
l C h engchi U ni ve rs it y
18
綜合上面所述，所謂閱讀理解係指閱讀過程中，透過教師引導學習者將認知 基模中的知識與閱讀材料進行連結，提醒學習者使用本身具備的學習策略，若學 習者能逐漸掌握理解方式與閱讀策略後，再逐漸將閱讀理解工作轉移至學習者，
且協助學習者產生新的理解基模，並對閱讀文本進行預測、思考，即可對文章內 容意義的理解進行建構。閱讀的最終目的在於理解文章中的意義，閱讀本身並不 是一項單純的認知活動，過程中包含著字彙辨識與文意理解的相互運作，整個閱 讀理解的歷程是指讀者與文字訊息配合不同階段策略的互動情形，這樣的過程對 於提昇閱讀理解有著相當的助益。
第三節 認知負荷
認知負荷理論（cognitive load）源自於歐美人體工學（ergonomics）與人因 科學（human factor）領域，早期主要應用於企業及軍事訓練上，稱為「心智工 作負荷」（mental workload），直到澳洲新南威爾斯大學教育學院的學者 Sweller
（1988）將認知負荷理論引入教育界，隨即引起國際間的重視，而後不僅成為許 多研究理論的基礎，也被廣泛應用在教學設計上，可說是當前教學設計與學習領 域最具影響力的理論之一。
根據先前許多研究學者的整理，「認知負荷」主要可分為三個範疇：內在認 知負荷（Intrinsic Cognitive Load）、外在認知負荷（Extraneous Cognitive Load）
及增生認知負荷（Germane Cognitive Load）。其中內在認知負荷的意義為，人們 在學習過程中，運作記憶內各要素間的互動程度（Sweller & Chandler, 1994）。如 果一次將太多互動要素呈現給學習者，將可能導致認知負荷程度會超出有限運作 記憶，因此學習者的學習成效將會大打折扣（Carlson, Chandler, & Sweller, 2003）。 而外在認知負荷重點則是在教材的組織，教師可將教材以示例、圖形、課本等不 同方式呈現給學生，所以外在刺激形式的不同也會帶來不同的外在認知負荷
（Carlson et al., 2003）。此外，根據 Gerjets 和 Scheiter（2003）兩位學者指出，
‧ 國
立 政 治 大 學
‧
N a tio na
l C h engchi U ni ve rs it y
19
增生認知負荷有助於學習者基模結構，往更高層認知歷程發展。
一、 認知負荷定義
自學者 Swellter 從其他領域將「認知負荷」（cognitive load）的概念引進教育 界後，學術界間便開始對認知負荷理論進行多方面的研究，以下整理出不同學者 對於「認知負荷」的看法：
1. Sweller（1988）：「認知負荷」與「短期工作記憶」所能負荷的記憶單位數量 有關。一個個體若將許多項目儲存於短期記憶內時，就容易造成「過度」的 認知負荷。
2. Pass 及 Van Merrienboer（1994）：「認知負荷」就是將特定工作加諸在學習者 認知系統時，進而產生的心智負荷。
3. 黃柏勳（2003）：認知負荷是指個體於工作及學習情境下處理訊息時，所感 受到心智努力與心智負荷的負荷總量。若負荷總量超出個體所能接受上限，
將導致個體內的認知系統過度負載，導致心理或生理上引起焦慮、苦惱與壓 力等負面知覺，最後影響到工作及學習的表現。
4. 賴日生、曾曉青、陳美榮（2005）：執行一個特定的任務時，加諸在學生工 作記憶中智力活動總數量，然而對認知負荷起作用的主因是工作記憶必須去 注意內容的數量時。
歸納上述不同學者的觀點，短期記憶裡的項目越多，認知負荷程度越大；在 學習的過程中，越需要去付出較多的心智努力時，認知負荷程度就越大；任務要 求與自身認知能力之間差距越大，則認知負荷程度越大。此外，在心智負荷與心 智努力的負荷總量上，若超出個體所能接受範圍，而導致認知系統過度負載，將 會造成生理或心理上的負面效應，最後影響到學習的表現。
‧ 國
立 政 治 大 學
‧
N a tio na
l C h engchi U ni ve rs it y
20
二、 認知負荷類型
學者 Sweller 等人從教學設計的觀點，將產生認知負荷的來源分成三種類型
（Sweller et al., 1998；陳密桃，2003；郭秀緞，2005）：內在認知負荷、外在認 知負荷及增生認知負荷。分述說明如下：
(一) 內在認知負荷（Intrinsic Cognitive Load）
內在認知負荷的本質是屬於學習內容的內在部分，其中包含學習者先備 知識、教材特質以及上述二者間的交互作用。教材中的特質是指教材本身內 在特性（難易程度），並不會因教材呈現方式不同而有所改變，意指不會受 到教學設計影響。學習者面對教材要素間關聯性低的教材時，其產生內在認 知負荷較低；反之，教材要素間關聯性高，其內在認知負荷亦會較高。此外，
學習者先備經驗、專業知識的不同，也會造成不同程度的內在認知負荷。
(二) 外在認知負荷（Extraneous Cognitive Load）
外在認知負荷又稱為無效認知負荷（ineffective cognitive load），主要是 因為教材設計與教材呈現方式不同，造成學習者額外程度的負荷，這與學習 者的基模建構及自動化無關。又因這類型認知負荷是外加的，因此可藉由教 材內容組織與呈現方式的設計來降低，此為多媒體教材設計者所致力研究的 重點之ㄧ。
此外，當訊息必需經過整合才能彼此參照時，若在呈現的時間上加以錯 開，則會額外加重外在認知負荷程度；若預先將訊息比較或是整合、同時呈 現，則可降低外在認知負荷程度，例如：學者 Sweller 提出許多實驗證明，
整合口語及視覺資訊能防止學習者在圖片及文字上分散其注意力，進而提高 學習的效果（Chandler & Sweller, 1992；Sweller, Chandler, Tierney & Cooper, 1990；Tarmizi & Swller, 1988）。本研究主要也是為了協助降低學習者外在認 知負荷，透過發展的推薦機制使得學習者能更有效率地進行學習，將優質標 註內容篩選出並推薦給學習者輔助其更專注於閱讀學習活動。
‧ 國
立 政 治 大 學
‧
N a tio na
l C h engchi U ni ve rs it y
21
(三) 增生認知負荷（Germane Cognitive Load）
增生認知負荷可視為外在認知負荷的一部分，但此種型態認知負荷卻對 學習者內在基礎的基模建構上有所助益。增生認知負荷可界定為降低外在認 知負荷後，刻意透過教學活動設計，並以適當材料呈現，使學生更能專注於 學習內容，而達到基模建構的認知努力。例如使用教學設計方式來鼓勵學生 將教學內容進行比較、抽象化、精緻化或參閱其他資料等，都是增生認知負 荷。增生認知負荷在教學設計及過程中，只有在總認知負荷量（內在與外在 認知負荷）未超過學習者的負荷範圍時，使用上才會有意義。由此可知，雖 然增生認知負荷也是認知負荷的一種，但由於此型態的負荷可幫助學習者更 專注於基模的建立與自動化上，同時也能增加學習者的專注度和學習動機，
因此增生認知負荷雖然是額外增加的負荷，但換來的是學習者獲得更大、更 正面的助益。
此外，Sweller 等人（1998）歸納出認知負荷理論應用於各學科領域的研究 結果，進而提出七項教學設計原則，分別說明如下：
1. 自由目標效應（Goal Free Effect）
目標導向教學屬於傳統式教學，該教學方式侷限了學習者的想法與解題 目標，反而容易造成極大認知負荷。因此，學習者在面臨非單一解答的題目 時，應採開放目標的方式進行教學，讓學習者擁有自由思考的空間，可多重 表達個人思考歷程、啟發創造力且不受教學目標限制，如此一來可減低外在 認知負荷。
2. 範例效應（Worked Example Effect）
「精緻性範例」著重在問題步驟、問題狀態以及使學習者可歸納出衍生 問題，比起解決問題，「精緻性範例」更能幫助學習者建立基模以及產生較 低的外在認知負荷。
‧ 國
立 政 治 大 學
‧
N a tio na
l C h engchi U ni ve rs it y
22
3. 完成問題效應（Completion Problem Effect）
每個學生的學習能力有所差異，完整提供解題範例不但會限制學習者思 考方向也可能剝奪其學習慾望，也會因為釋例與問題同時在工作記憶佔據運 作空間，導致外在認知負荷。完成性的問題意指給予學習者部分解答的狀態 及問題的目標，再讓學習者完成其餘部分答案的一種解題方式，如此一來可 減少外在認知負荷以及基模的建立。
4. 分散注意力效應（Split-Attention Effect）
面對多重訊息，訊息必需加以整合才能達到最好的學習效果。教材在呈 現時需要考量教材要素間的關聯性，相關的要素最好位於同位置並同時呈現，
若不位於同位置或不同時間呈現，學習者的注意力就會分散，導致學習者的 認知負荷增加。
5. 重複效應（Redundancy Effect）
學習者面對多重的訊息來源時，如果這些訊息皆可獨立出現，而且意義 也相當明確，也不需相互參照、整合亦能理解。則如果將這些訊息在空間上 或時間上安排使其同時呈現，將會導致工作記憶過度負荷，且降低學習的效 果。
6. 形式效應（Modality Effect）
人在處理訊息時係多重管道齊下，分別處理不同性質、不同型態的訊息，
教師於教學活動時利用工作記憶處理訊息的特性，使用不同的知覺狀態，取 代只用單一型態來呈現訊息的方式，將有助於降低認知負荷，並增加學生的 學習成效。
‧ 國
立 政 治 大 學
‧
N a tio na
l C h engchi U ni ve rs it y
23
7. 變化效應（Variability Effect）
「變化效應」是一個透過增生認知負荷來促進學習成效的例子。教師於 教學時可使用多元的方式呈現訊息，並轉變不同的學習情境和問題狀態，刺 激學習者進行多元思考，協助其建立學習基模。雖然變換學習情境可能導致 表面上造成認知負荷，但也有助於引起學習者的注意力，使其更投入學習中，
因此在學習遷移上的效果將更為明顯（宋曜廷，2000；Sweller et al., 1998）。
針對上述的七個效應裡面，「分散注意力效應」及「重複效應」與本研究最 為相關，透過本研究發展的合作式閱讀標註系統，將每個學習者所整理的標註整 理於數位文本中，再經由系統的萃取機制來將好的標註提供給所有學習者，達到 優質標註的整合功能進而提昇學習成效，反之，若沒有經過系統的萃取而將所有
針對上述的七個效應裡面，「分散注意力效應」及「重複效應」與本研究最 為相關，透過本研究發展的合作式閱讀標註系統，將每個學習者所整理的標註整 理於數位文本中，再經由系統的萃取機制來將好的標註提供給所有學習者，達到 優質標註的整合功能進而提昇學習成效，反之，若沒有經過系統的萃取而將所有