認知負荷的測量

由於許多研究致力於透過不同的方法降低學習者的認知負荷，因此，如何有 效的測量認知負荷便顯得格外重要。不過，過去的研究中，仍沒有一套標準可用 來作為認知負荷的測量。Sweller等人(Das, Naglieri, & Kirby, 1994; John Sweller et al., 1998)將認知負荷的分為兩方面：一是個體為了因應任務（工 作）需求而產生的負荷感，與任務（工作）的難易程度及教材設計等均有關聯，

稱為「心智負荷」；二是個體執行任務（工作）時所付出的認知能量與資源，稱 為「心智努力」。Wierwille 和 Eggemeier（1993）對此提出了三種測量方法 (Wierwille & Eggemeier, 1993)：

（1）主觀測量方法（subjective techniques）：主觀測量方法是基於受試者有 能力回顧學習認知的過程，並且能明確指出心智努力耗費的程度，通常以評等量 表（rating scale）方式測量學習者的心智努力。

（2）生理測量方法（physiologicaltechniques）：生理測量方法假設認知負荷 的改變會反映在生理的變化上，包含心跳、腦中活動、眼睛活動等生理活動的測 量（Sweller,1998）。

（3）任務和效能基礎測量方法（task- and performance-basedtechniques）：

此是藉由客觀的任務（工作）困難度及學習成效來推論學習者的心智努力程度，

例如，學習成績，學習速度，錯誤率等。

Rubio, Diaz,Martin& Puente（2004）提出了評估認知負荷的工具，應具備 的幾點特性：除了需具有一定的信度（reliability）外，還需考量施測及分析 上需耗費的時間、軟體（implementation requirements）等，以及受試者的接 受度（subject acceptability），另外，測量的工具不能干擾所進行的任務

（intrusiveness）、還要能夠偵測任務的困難度（sensitivity）、能夠分辨工

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作記憶負荷的程度差異（diagnosticity）、並且能夠只對認知過程的不同產生 敏感，而不會對其他變項敏感（selectivity/validity）等(Rubio, Díaz, Martín,

& Puente, 2004)。

Gopher &Braune（1984）發現使用主觀測量方法學習者可以反省自己的認知 過程，並藉量表將心智負荷或心智努力程度評量出來(Gopher & Braune, 1984)。

Hendy 等人（1993）發現，認知負荷量尺本身的特性，如單一或多維度量尺、量 尺的大小、或文字說明呈現方式等因素，並不會影響評定的效果(Hendy, Hamilton, & Landry, 1993)。O'Donnell &Eggemeier認為主觀的測量很容易得 到，不受干擾且易於分析，並有很高的效度(O'Donnell & Eggemeier, 1986)，

因此，主觀量表常被普遍的使用，特別是在教育上的研究(黃克文, 1996)。

Paas等人針對上述三種方法也進一步的探討(Fred G Paas, 1992; Fred GWC Paas, Van Merriënboer, & Adam, 1994)，他們認為利用量尺進行主觀測量來作 為認知負荷的測量方法，雖然衡量時可能受到個人差異而有所不同，不過因為施 行方便、非侵入性、費用低，且具有較好的信度及效度，在測量上較為可行。

Paas於1992年發展出九點李克特量表，讓學習者可以直接透過九點量尺上評 估他們付出的努力（1代表非常低，9代表非常高）； Marcus, Cooper和 Sweller 等人則是利用七點量表讓受試者進行「心智努力」的自我評定。結果皆顯示出具 有高敏感度與較高的信度，因而愈來愈被廣泛地使用(Marcus et al., 1996; Fred Paas, Tuovinen, Tabbers, & Van Gerven, 2003)。

國內也有許多學者參考國外的做法，如宋曜廷（2000）則是參考van Merrienboer 與 Paas 等人來發展七點量表，由受試者進行閱讀任務後，對自身

「所投入的心智努力」和「感受到的閱讀材料困難度」兩向度進行自我的評定，

以作為評估閱讀時感受的認知負荷(宋曜廷, 2000)。具體的文字敘述如下：

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 心智負荷量的測量：我覺得自己在學習這份教材時：1.非常容易 2.容易 3.

還算容易 4.難易適中 5.有點困難 6.困難 7.非常困難

 心智努力的測量：我覺得我花了很大的心力才看懂這份教材：1.非常不同意 2.不同意 3.有點不同意 4.難以判斷 5.有點同意 6.同意 7.非常同意

雖然主觀測量方法常用於教育領域，不過，因量表僅包含1~2個題目，主要 是評估一般認知負荷(overall load)，除了受限於無法測量出「即時的」認知負 荷(instantaneous load)外，試題是否能完整反映出學習者認知負荷也深受懷疑。

為求測量「即時的」認知負荷(instantaneous load)，學者嘗試透過生理測量方 法：如眼動、心電圖等生理訊號來量測，不過，成效不彰且所需花費的機器設備 等研究成本較高，成為認知負荷測量上的一大挑戰。

Brunken，Plass 和 Leutner（2003）提出可以由兩個向度來評估認知負荷：

（1）主觀或客觀（subjective or objective）、（2）直接或間接（direct or indirect）(Brunken, Plass, & Leutner, 2003)。（如下表 2-6-1）

間接的 直接的

主觀的 受試者自評其投入的心智努力 受試者自評壓力的程度或教材 困難度

客觀的 1. 生理測量法

2. 任務和效能基礎測量方法

腦部神經影像測量法（例如：

腦波儀(EEG)、腦磁波儀

(MEG)、功能性磁振造影(fMRI) 等）

表 2-6-1 認知負荷評估分類表（摘自 Brunken,Plass&Leutner,2003）

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依照此分類方法，大致可將認知負荷的測量劃分成四類：

（1） 間接的、主觀的測量法：如受試者自行利用量表或問卷反映出在學習教材 時投入的心智努力程度。

（2） 直接的、主觀的測量法：如受試者自行評估對於任務(教材)的困難度或感 受到的壓力程度等。

（3） 間接的、客觀的測量法：如測量任務表現結果、分析行為類型及生理條件 等。

（4） 直接的、客觀的測量法：如透過腦部神經影像測量法觀察受試者腦部活動 的情形，並與任務表現結果加以比較分析。

由上述分類可知，透過「腦部神經影像」不但直接、客觀，在測量上還具有 即時性。同時，隨著醫學技術的提升，各種高科技的腦部顯像工具日新月異，近 年來，利用腦波儀(EEG)、腦磁波儀(MEG)、功能性磁振造影(fMRI)等非侵入式的 神經影像技術，客觀且同步的測量人類的認知情形已具有相當高的可能性。

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腦磁波儀(Magnetoencephalography，MEG)是觀察腦部皮質的電位變化時的 磁場變化，找出細胞放出得極為量的磁波，雖然掃描方法很快，並能提供即時、