認知負荷

一、認知負荷之概念

認知負荷理論（Cognitive Load Theory）係指根據人類的心理認知歷程所建立，

本節針對認知負荷之定義與概念、認知負荷之來源、認知負荷之類型以及認知負荷 的測量方法等相關內容來進行文獻探討。認知負荷理論的發展原本用於軍事發展或 企業領域，並非應用於教育領域上，其理論源自於歐美的人體工學（Ergonomics）

與人因工學（Human Factor）等領域。從心理認知層面而言，探討工作與任務對執 行者的影響及適合性，作為工作及任務分派的指標之參考，早期又稱為「心智工作 負荷」（Mental Workload）。1988 年 Sweller 將此理論引進教育心理界（陳密桃，2003；

Sweller, 1988）。Sweller（1998）將認知負荷（Cognitive load）定義為在執行特定任 務時，個體認知系統上所產生的負荷量。Paas 和 Van Merriënboer（1994）則是將 認知負荷定義為將特定工作加諸於學習系統時所產生的負荷，也就是學習者心智負 載狀態。

黃克文（1996）曾在相關研究中指出，認知負荷的特性為學習脈絡中的假設性、

個體認知過程中的互動性接觸、影響學習成效因素的波動性程度，再者，對於不同 學習者認知負荷於程度上的個別性差異、表現得多向度性以及學習者對於本身的內 省感知能力（沈碩彬，2008）。認知負荷的來源是多向度的，包含「因果要素」（Causal Factors）以及「評估要素」（Assessment Factors），「因果要素」（Causal Factors）所 包含的要素，首要，為任務或環境因素（Task-environment Characteristics），例如噪 音、溫度等，較容易變化的因子，屬於較容易變動的因子；第二，為學習者本身的 特性（Subject Characteristics），如認知能力、風格、心智運作、認知等，屬於較穩 定的因子；第三，任務與學習者的交互作用（Interactions）會透過激勵、績效、動 機等因子等不穩定因素，也會影響認知負荷。「評估因子」係指認住負荷導致的結

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果，包含受到任務或環境影響所產生的心智負荷（Mental Load），亦稱自動化處理；

再者，學習者因任務所需，付出的能力或資源，以心智努力（Mental Effort）稱之；

最後，學習者受到因果因子而產生的不同成效表現（Performance）。以下依 Paas 與 Van Merriënboer（1994）負荷來源的模式結構進行解說，其結構圖（林寀雯，2007）， 如圖 2-2 所示：

(一) 內在認知負荷（Intrinsic cognitive load）

內在認知負荷是來自教材內容本身，教材內容元件的相關聯性高低，決定其難

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易程度。內容元件要素互動程度低，則學習該教材內容所造成的認知負荷低；內容 若要素互動程度高，則學習該教材內容所造成的認知負荷高。若元件要素中包含學 習者的基模中已建構的先備知識，則其所造成的認知負荷也較低。雖然元素互動低 的教材內容較容易學習，但若資訊量過多時，在學習上也會造成困難（翁嘉鴻，2001）。

部分學者認為內在認知負荷是不會改變的，無法經由教學設計改善（葉盈秀，

2006）。

(二) 外在認知負荷（Extraneous Cognitive Load）

係指教材的呈現方式不適合學習者，或教材設計導致學習者活動時對工作記憶 所產生的負荷，與基模建構及自動化無關的認知負荷（郭秀緞，2005）。因此，造 成認知負荷的加重且降低了學習的效果，所以外在認知負荷又稱為無效認知負荷

（Ineffective Cognitive Load）。

(三) 增生認知負荷（Germane Cognitive Load）

增生認知負荷亦稱為有效認知負荷，係指學習過程中學習者將學習內容建構為 基模，或者將基模自動化的歷程，所產生的認知負荷，雖然增加認知負荷，但並未 超出學習者的能力容許範圍，此種認知負荷有助於提升學習者的學習成效，例如:

適當的教材呈現，引導學生進行學習。

三、認知負荷的測量方法

在文獻中學者將認知負荷概念化為任務基礎向度（Task-Based Dimension）與學 習者基礎向度（Learner-Based Dimension），認為兩者皆會影響學習成效（宋曜廷，

2000；Paas & van Merriënboer, 1994; Sweller et al., 1998）。任務基礎維度係指個體為 完成某項任務心理負荷（Mental Load）程度的測量，重點在於任務對個體而言所需 的努力，任務本身特性分析;學習者基礎向度係指學習者學習者執行任務時，所付出 的心智努力（Mental Effort），屬於心智控制的一種。

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Wierwille 和 Eggemeier（1993）二位學者對心智努力（Mental Effort）的測量 提出三種分類方法，分別為主觀評估法（Subjective Techniques）、生理評估法

（ Physiological Techniques）、任務與表現 評估法（Task and Performance-Based Techniques），茲分述各個測量法如下（翁嘉鴻，2001）：

1. 主觀評估法（Subjective Techniques）：此評估方法假設學習者有自我回饋的能力，

將自己的心智負荷量化，由學習者學習過程中所感受的負荷程度後，選擇分級來評 估自我認知荷的等級。

2. 生理評估法（Physiological Techniques）：此評估法假設個體會因受到認知負荷的 多寡生理狀況因此變化，利用測量血壓、腦波或眼動儀等方式，評估學習者的認知 負荷。

3. 任務與績效評估法（Task- and Performance-based Techniques）：依任務複雜程度 與評估學習者表現績效兩者的關係，進而推論學習者的心理負荷程度。依據測量的 任務類型而言，分為主要任務與次要任務，測量時，主要與次要任務同時進行作業，

通常測量次要任務的表現，次要任務都是需要持續注意利的簡單任務，例如：主要 任務是看影片，次要任務是當畫面中出現某數字時說出來。

上述為最常見的三種評估法。過去研究資料顯示，發現主觀評估法適合評估較 小認知負荷效度，並具有信度、效度和不受干擾的特性，生理評估法對於較大的生 理反應變化之認知負荷較適用，由於設備經費及研究成本高，因此主觀評估法最為 廣泛使用於評量認知負荷的方法。

四、多媒體教材呈現效果對認知負荷影響

從多媒體教材呈現降低認知負荷，Sweller 等人（1998）提出的開放目標效果

（Goal-free Effect）、示例效果（Worked Example Effect）、完成策略效果（Completion Problem Effect）、分散注意力效果（Split Attention Effect）、形式效果（Modality Effect）、

重複效果（Redundancy Effect）、變化效果（Variability Effect）可幫助學習者降低認

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知負荷。以上為透過多媒體呈現方式可降低學習者的認知負荷。透過多媒體教學呈 現方式來幫助學習者降低認知負，結合 Sweller 等人（1998）所提出認知負荷歷程 的實證研究的教學設計原則。本研究多媒體教材的教學呈現方式及練習提示方式亦 之，心智努力反映了認知負荷的所採取的學習策略（Pass, Tuovinen, Tabbers, & van Gerven, 2003）。

28 educational computer game for improving students’ learning performance in natural science courses

實驗組比對照組的心智負荷較為顯著，兩組在 心智負荷項度之間則沒有顯著差異。

資料來源:本研究整理

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