第二章 文獻探討
第四節 認知負荷
壹、認知負荷的定義
Sweller (1988)正式提出認知負荷(Cognitive Load)的概念，指的是學習 者在做學習任務時，在認知系統產生的負荷作用(Paas & Van Merriënboer, 1994)。Sweller (1988)對認知負荷理論提出四個基本的假設：
1.短期記憶(Working Memory)又或稱為工作記憶，它的容量有限。
2.長期記憶(Long-Term Memory)的容量無限大，沒有限制。
3.知識以基模(Schema)的形式儲存在長期記憶中。
4.基模的自動化(Schema Automation)是建構的重要過程
依照上述四個基本假設，學習者在建構知識時，形成基模的歷程中，
會運用到短期記憶以及長期記憶，在短期記憶的容量有限的情況下，學習 者還未能將這些基模知識轉換並儲存到長期記憶之中，建構的過程耗費了 過多的工作記憶，超出學習者所能負荷的範圍，就會產生心理及生理上的 負面情緒反應，也就是認知負荷的展現（鄭佩紋，2013）。
認知負荷的概念是在心理及生理其負面的反應或是情緒，主要描述學 習者在認知理解系統下，因為訊息的內容、學習的環境與互動方式，超出 學習者心智所能察覺的認知能力，呈現心智超載狀態 (黃克文, 1996）。因 此以學習者的內在能力，或是外在的教學過程中的情境、教材內容或是教 學過程中的互動方式，都可能產生認知負荷。
貳、認知負荷的來源與類型
一、認知負荷來源45
認知負荷的來源不是單一的，是多重且複雜的。對於認知負荷來源的 說法，可分為兩種（Paas & Van Merriënboer, 1994; 陳密桃，2003; 楊培渝，
2006）。
(一) Paas 和 Van Merriënboer (1994)的主張
認知負荷的概念在於多向度，其中包含了「因果因子」(Causal factors) 和「評估因子」(Assessment factors)。「因果因子」即是形成認知負荷的來 源，可分為三個要素：
1.任務或是環境特性，舉例像是任務結構、獎賞的類型、時間壓力等 較為浮動異動的因子。
2.學習者特性，舉例像是認知能力、認知風格以及時間壓力等較為穩 定不變的因子。
3.學習者與任務之間的交互作用，舉例像是績效或是動機等。
「評估因子」亦可分為三個要素：
1.受到任務或是環境的影響而產生的「心智負荷」。 2.受到學習者內在控制處理的「心智努力」。
3.完成工作必須付出的努力或是資源得總和的「工作成效」。 (二) Marcus、Cooper 與 Sweller (1996)的主張
在教學進行過程中，「先備經驗」(Prior experience)、「教材性質」(Nature of material)和「教材組織」(Organization of the material)是影響認知負荷的 三個主要因素。
二、認知負荷的類型
認知負荷可分為三種類型：內在認知負荷(Intrinsic cognitive load)、外 在認知負荷(Extraneous cognitive load）、有效的認知負荷(Germane cognitive
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load) (Sweller, 2010)：
(一)內在認知負荷(Intrinsic cognitive load)
內在認知負荷來自於教材的難易度，不因其教材呈現的方式有所改變。
教材內容越難，於工作記憶中有許多元素需要處理，元素越多，學習者認 知負荷也會越大；反之，教材內容越簡易，處理元素相較少，學習者認知 負荷就會越小。
除了教材難易度之外，教材內容元素的關聯性高低，也會影響內部認 知負荷的高低。學習者所接觸到的教材關聯性低，就無需投入大量的元素 在工作記憶區，因此內部認知負荷較低；反之，教材的關聯性越高，就必 須在工作基亦區內同時處理大量的元素，則產生較高的內在認知負荷。
(二)外在認知負荷 (Extraneous cognitive load)
外在認知負荷來自於教材組織以及呈現方式的差異、教學方式與教學 活動的影響，對學習者的產生程度不等的外在認知負荷。外在認知負荷來 源自外在的資料或教材，以及教學者課程進行的方式與活動，因此可以藉 有教學者的調整教材呈現方式、教學設計來降低或消除學習者的外在認知 負荷。
(三)有效的認知負荷 (Germane cognitive load)
又稱為「增生認知負荷」，是教學者在降低外在認知負荷後，藉由調整 改良後的教學設計與教材呈現，吸引學習者專注在學習內容，進而達到學 習者基模建構與自動化的認知過程。
綜合上述，教材的難易度與關聯性會影響學習者的內在認知負荷；教 師的教學設計、教材組織方式及教學活動的設計會影響學習者的外在認知 負荷，但可透過教材、活動、教學設計的調整，降低學生負荷；有效的認
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知負荷雖然會增加學習者的負荷量，但卻能提升學生學習成效。
參、認知負荷的測量
認知負荷測量方法以 Brunken 等人(2003)的分類方式，將測量方式分 別以主觀的和客觀的角度，在以直接和間接的方法測量，可分為四種測量 方式：
一、 主觀的直接測量：自陳壓力的陳度以及自陳材料的困難度。
二、 主觀的間接測量：自陳所投入的心智努力。
三、 客觀的直接測量：測量腦部活動以及雙工作績效。
四、 客觀的間接測量：主要為生理測量法、行為測量法以及學習結 果測量。
主觀的自陳測量在信度、效度、敏感度上，都優於生理設測量法，在 實用性上及可行性上也較優(Sweller, Van Merrirnboer, & Pass，1988)。本研 究的認知負荷測量，以學習者自主的心智努力測量，主觀認定自己在學習 過程中的認知負荷程度。
肆、相關研究
陳筠筑（2016）依照選擇題與填充題的題型設計遊戲的方式，學生的 認知負荷會因為題型困難度與遊戲是否易於操作而有所差異。吳中信
（2013）以不同資訊呈現方式設計課程，發現認知負荷確實影響學習者的 學習成效。林冠佑（2013）設計遊戲式學習與非遊戲式學習，發現以遊戲 式學習的外在認知負荷相對較低，但有效的認知負荷則相對較低。劉向軒
（2013）設計以電腦及遊戲等數位教材融入教學，將學生分為電腦遊戲組、
電腦遊戲學習組及電腦輔助學習組。研究發現電腦遊戲組及遊戲式學習組 的認知負荷高於電腦輔助組。曾冠雲（2011）以多媒體動畫教材融入課程，
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發現認知負荷與學習成效呈現負向關係。楊淇（2011）也以多媒體動畫媒 材學習生物，研究亦發現學習者的學習成效與認知負荷呈現負相關。陳怡 容（2010）設計行動學習環境，但因其環境變化或是字幕的有無，對學生 的認知負荷有所影響。
肆、小結
依上述研究學者所提出的理論，以及教學現場的實證研究可以發現，
學習者的認知負荷會因為多媒體媒材，行動學習載具的融入，影響學生的 外在認知負荷。本研究教學設計中，歷史遠程聯想活動中的解題部分，以 科學聯想遊戲 App 的方式操作，是以遊戲學習的教學設計方式，因涉及對 教材呈現、組織以及活動設計的改變，可能會影響學生的外在認知負荷。
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