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第二章 文獻探討

2.1 認知負荷理論

2.1.3 認知負荷測量

測量 (measurement) 在社會科學領域佔有很重要的地位,測量是運用一套符號系統 去描述被觀察對象的某個行為或特質的過程。從統計分析的觀點看來,測量是將研究者 所關心的現象予以具體化(邱皓政,2010)。而在認知負荷理論中,學習者的認知負荷 量是學者們關注的焦點;在認知處理過程中,所謂的內在認知負荷、外在認知負荷及有 效認知負荷被認定深深地影響學習者的理解、吸收以及表現,這些抽象又無形的特質即 必頇以科學化和標準化的測量來獲取,以進一步驗證理論與實際狀況是否相符。因此認 知負荷測量一直以來都是認知負荷學派研究的重點主題。

關於認知負荷測量,Eggemeier (1988) 提出三類認知負荷主要的測量方法:

1. 主觀測量法 (subjective techniques)

主觀測量法是基於學習者能藉由反思,將自己在認知過程中所付出的心智努力與心 智負荷量化。利用評定量表 (rating scales) 對應出其數值,進而統計測量出學習者的負 荷量。近期的研究有些採用Bratfisch, Borg 和 Dornic (1972) 所修訂的 9 點等級量表版本,

等級介於「1」至「9」,對應「非常,非常低的心智努力」到「非常,非常高的心智努 力」。而也有部分研究採用類似的7 點等級量表來測量,如表 1。

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Paas & van Merriënboer (1994b) RS9, HRV ME

Cerpa, Chandler, & Sweller (1996) RS9 ME

Chandler & Sweller (1996) ST

Marcus, Cooper, & Sweller (1996) RS7, ST ME

Tindall-Ford, Chandler, & Sweller (1997) RS7 ME

Yeung, Jin, & Sweller (1997) RS9 ME

de Croock, van Merriënboer, & Paas (1998) RS9

Kalyuga, Chandler, & Sweller (1998) RS7 ME

Kalyuga, Chandler, & Sweller (1999) RS7 ME

Tuovinen & Sweller (1999) RS9 ME

Yeung (1999) RS9 ME

Kalyuga, Chandler, & Sweller (2000) RS7 ME

Kalyuga, Chandler, & Sweller (2001) RS7 ME

Kalyuga, Chandler, Tuovinen, & Sweller (2001) RS9 ME

Mayer & Chandler (2001) RS7

Pollock, Chandler, & Sweller (2002) RS7 ME

Stark, Mandl, Gruber, & Renkl (2002) RS9 Tabbers, Martens, & van Merriënboer (2002) RS9 Tabbers, Martens, & van Merriënboer (in press) RS9

Van Gerven, Paas, van Merriënboer, Hendriks, & Schmidt (2002) RS9 ME Van Gerven, Paas, van Merriënboer, & Schmidt (2002a) RS9 ME Van Gerven, Paas, van Merriënboer, & Schmidt (2002b) PR

Van Gerven, Paas, van Merriënboer, & Schmidt (2002c) RS9, ST ME van Merriënboer, Schuurman, de Croock, & Paas (2002) RS9 ME

註:研究依時間順列表列。PS = 生產系統; ST = 次要任務方法; RS = 等級評定量表(9點或7點); ME = 學習效率; HRV = 心率變異性;

PR = 瞳孔反應。

資料來源:擷取自“ Cognitive load measurement as a means to advance cognitive load theory.”

by Paas, F., Tuovinen, J., Tabbers, H., & Van Gerven, P., 2003, Educational psychologist,

38(1), p.63. doi:10.1207/S15326985EP3801_8

雖然自我評估可能會出現問題,Gopher 和 Braune (1984) 已經證明,人類能給予一 個數值去顯示他們自覺的心理負擔。除此,它也被證明對於規模相對較小的認知負荷差 異,它們是敏感、有效的、可靠且非侵入的 (Paas, van Merriënboer, & Adam, 1994) 。多 數主觀的測量是多層陎的,因為在評定量表中可以分析對應的變量,如精神的努力,疲

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3. 任務和表現測量法 (task- and performance-based techniques)

任務和表現測量法是利用目標性任務的特點(如教材難易)和表現等級(如反映時

資料來源:“ Direct measurement of cognitive load in multimedia learning.” by Brünken, R., Plass, J., & Leutner, D. , 2003, Educational psychologist, 38(1), p.55.

doi:10.1207/S15326985EP3801_7

1. 間接/主觀:學習者回想學習的認知歷程,並依照付出的心智努力程度填寫量表。

使用後測問卷的方式去測量學習者在了解學習教材的過程中所付出的心智努力 (Paas, et al., 1994) 。近年來這方法常應用,它能可靠地獲得主觀的心智付出感 覺。

18 設計的NASA-TLX 評定量表 (National Aeronautics and Space Administration Task Load Index) ,如表 3,與 Reid 和 Nygren (1988) 設計的 SWAT 評定量表 (Subjective Workload

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資料來源:“ Development of NASA-TLX (Task Load Index): Results of empirical and theoretical research.” by Hart, S., & Staveland, L.,1988, Human mental workload, 1, (Mental effort load)

1. 低負荷:極低有意識的心智努力與精神需求,幾乎是自動化處理,

(Psychological stress load)

1. 低負荷:有點困惑,冒險,挫折,或焦慮存在,並輕鬆地被接受 2. 中負荷:因為困惑、挫折與焦慮導致適度的壓力,增加了工作負

荷。為了維持適當的表現需要大量的彌補。

3. 高負荷:由於混亂,沮喪或焦慮導致極高度的壓力,需要極大的 決心和自我控制。

資料來源:“ The subjective workload assessment technique: A scaling procedure for measuring mental workload.” by Reid, G., & Nygren, T.,1988, Human mental workload, 185-218.

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除此,國內宋曜廷(2000)以 Paas 等國外學者 (Paas & Merriënboer, 1994; Sweller, et al., 1998) 之負荷評定方法:「投入心力」與「感受到的困難度」兩項,對學習者進行閱

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Cerpa, Chandler, &

Sweller (1996) Kalyuga (2000) 宋曜廷(2000)

Cerpa, Chandler, &

Sweller (1996) Kalyuga (2000) 宋曜廷(2000)

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