第二章 文獻探討
第二節 認知負荷理論
認知負荷理論的起源，最早可追溯到Miller （1956）在認知科學方面的研 究。他首度提出人類的工作記憶容量是有限的概念，認為短期記憶一次可以處理 的訊息字元為7±2個。Chase & Simon（1973）以區塊（chunk）的概念來呈現人 類如何使用短期記憶，他們認為記憶成分的形成（chunking）又叫做基模的建構。
後續學者Sweller的研究指出教學設計對學習者具有認知負荷上的影響，並探討認 知負荷與教學效果的關係。接下來又有學者Paas & Van Merrienboer (1994)等人持 續研究人類學習與問題解決的相關研究，才逐漸發展成認知負荷理論(Cognitive Load Theory, CLT)，對於後來的多媒體教學深具啟發性(Sweller, 1998)。
認知負荷理論的定義，是當外在訊息被個體認知系統所接收時，會產生認知 負荷量，而當教材的內容難易度或組織方式讓一個學習者的認知資源負荷量超載 時，學習會受到阻礙(Sweller, 2010；Künsting & Wirth, 2007)。
二、認知負荷的來源：
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）。因果要素是認知負荷的主要來源，包含學習者基本背景，
例如：年齡、認知能力、認知型態或先備知識等；以及任務(環境)的特性，例如 時間、壓力、噪音、工作複雜度等。任務與學習者的交互作用後，會產生一些不 穩定因素，如成效、動機、激勵等因子影響認知負荷。在認知負荷的評估上，則 包含心理負荷、心智努力、任務表現三個要素：(1)心智負荷（Mental Load）：
受到任務或環境影響而產生。一部分會藉由學習者的心智努力去控制處理，另一 部分學習者則不加以控制，直接表現於行為上，此一稱為自動化處理（automatic processing）。(2)心智努力（Mental Effort ）：指學習者為完成任務，所付出的 能力或資源的工作。Paas（1992）認為心智努力可藉由量表衡量，作為認知負荷 的指標，並可反應達成工作表現時所付出的認知成本與教材的有效性。(3)工作
表現（Performance）是指學習者的表現。以下依Paas與van Merriënboer（1993）
負荷來源的模式結構進行解說，其結構圖如圖2-2所示：
圖 2-2 認知負荷來源的模式結構圖
三、認知負荷的類別與教材設計：
Marcus, Cooper & Sweller（1996）於研究中指出學習者的先備經驗（prior
experience）、教材的特性（nature of material）和教材的組織（organization of the material）等三個因素，在教學過程中會影響認知的負荷。Gerjets & Scheiter（2003）
發現教學目標和處理策略亦是教學設計與認知負荷之間的中介因素，教學目標最 重要的就是在於學習者本身基模的建構和自動化，因此提出以學習者學習歷程為 主的概念架構如圖2-3，擴展了認知負荷理論。圖中學習者活動包含學習者的學 習目標和處理策略，該活動及經由活動產生外在認知負荷與增生認知負荷的歷程 會受到教師教學目標的影響，而專門知能則影響了內在認知負荷及學習者的處理
任務 (環境)
學習者
任務 (環境)交
互作用
工作表現 認
知 負 荷
心智負荷
控制處理 自動化處理
心智努力
因果要素 評估要素
策略。教材的複雜程度也會影響學習者的內在認知負荷。
圖 2-3 認知負荷概念架構圖 (改編自Gerjets & Scheiter, 2003)
若以教材設計的角度來看認知負荷，我們可以將它分為三個類別，分別是:
內在的認知負荷（intrinsic cognitive load），指的是教材本身的難易度，即教材 內容性質，或各單元之間的相關程度。外在認知負荷(Extraneous Cognitive Load ) 所指的是教材內容的呈現方式，如教材的組織方式，單元的編排等等。增生認知 負荷（Germane cognitive load）就是指學習者為了理解教材所付出的努力。內在 的認知負荷為教材本身的難度，因此不能透過教材設計而有所影響；而外在認知 負荷，對學習者而言是不需要的，因此，則可透過有效的教材設計的改良，以減 少外在認知負荷（Mayer, 2003; Paas, 2003）。以下將三種認知負荷和教材設計的 關係整理如表2-2:
學 習 結 果 教師目標
教學設計 學習者目標 處理策略
外在/增生 認知負荷
專門知能
教材的 複雜度
內在 認知負荷 學習者活動
表 2-2 三種認知負荷類別彙整
Wierwille & Eggemeier（1993）二位學者對心智努力的測量提出主觀測量方法
（subjective techniques）、生理測量方法（physiological techniques）和任務和績 效測量方法（task and performance-based techniques）三種主要的測量方法，以下 詳加敘述:
（三）任務與績效衡量法（task- and performance-based techniques）
由客觀的任務困難度及學習成效，來推論學習者的心智努力程度，如：學習
者所花費的學習時間、學習者的學習錯誤率等。
Paas、van Merriënboer及Adam（1994）比較主觀測量法與生理衡量法，發現
主觀衡量方法的信度、效度、敏感度較生理衡量法佳。此外生理衡量法所使用的 設備較昂貴，成本較高；而主觀的測量方式並不需要使用大量的儀器來輔助測驗，
較為方便且經濟，因此主觀測量法是測量認知負荷最可行的方法（Paas, 2003；
Sweller, 1998）。至於任務與表現衡量法雖然準確度高且可靠，但極少被使用，
因為其最大的缺點就是當進行次要任務時也可能干擾主要任務，這樣容易使個體 認知負荷增加而失去準確度（Paas, 2003）。
Paas, Tuovinen, Tabbers 與van Gerven（2003）歸納1988 年至2002 年間有關 認知負荷的測量，大致上以尺度為七點量表或九點量表的主觀測量法為主。因此 本研究即參考改編自Sweller、Paas、van Merriënboer等人(1998)的認知負荷七點 量表來製作適合的認知負荷量表。