認知負荷理論

認知負荷理論，提供並協助了在呈現訊息時需要的設計方式及指導方針，這 鼓勵學習者在進行活動時優化智力上的表現。基於這些結構和功能，認知架構已 被人們用來設計各種教學方法 (Sweller，Van Merrienboer ＆ Paas，1998) 。 認知負荷理論是由J.Sweller所提出，源起於1980年，在經過1990年代經過許多 學者實際實行及發展下，目前認知負荷已成為教育上非常重要的一項理論，且認 知負荷理論在教育上非常具有啟發性(陳密桃， 2003) 。認知負荷理論在世界上 已成為一個有效且先進的教學設計理論，許多教育心理學者及教師、教材設計師 等，皆運用認知負荷理論並使用有效的方法進行教育（Sweller，Ayres ＆ Kalyuga，2011)。 認知心理學中的認知負荷理論，提出了一種新的教學設計架 構，為現代的教學上提供了一種增進並改善教學設計的有效方法，包含了訊息的 組成以及學生對自身認知結構處理等 (賴日生，曾曉青與陳美榮，2005) 。認知 負荷理論重視的是教學方法的設計，並在人們有限的認知範圍內，以適當的方法 注入新的教學資訊，其中包含視覺、聽覺、長短期記憶等。認知結構已被人們運 用，並利用這些結構及功能，設計出適當的教學方法（Paas， Tuovinen ， Tabbers

& Gerven，2003）。若過多的媒體單一向集中於使用者的感官，太過於豐富的多 媒體很可能造成使用者認知負荷的增長，影響學習者的學習效果，因此，在設計 了人類的認知結構以及對於教學上認知結構會產生的影響（Kalyuga，Ayres ＆ Sweller，2011) 。認知負荷意指：將一個欲傳達給學習者的訊息傳達給學習者

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時，學習者自身認知系統產生的負荷量，認知負荷理論的基本理念為，一個人的 認知在它本身的工作記憶中，容量是有一定限度的，因此，若一個學習任務需要 耗費太多認知能力，學習者在學習時會發生阻礙影響學習效果（Sweller，1994）。 認知負荷在接收資訊時，認知負荷為工作記憶對於心理活動的總量。有關於認知 負荷增長變化的重要因素之一是接收訊息的數量 (Cooper，1998) 。Sweller et al.,(1998)認為認知負荷理論分為了四項假定：一、在人類的工作短期記憶中是 有容量限制的，專家與新手處理同件事物上是有差異的 二、在長期記憶中沒有 一定的容量限制 三、知識或技能以基模型態儲存在長期記憶中，因個體將佔用 工作記憶的片段訊息組成一複雜基模，並構成一個單位 四、基模運作的自動化 是基模建構的重要過程，多數技能知識都是先由意識處理訊息，熟練後轉交由自 動模式運行（沈碩彬，2008）。認知負荷可說是種多面向的概念集成，認知時感 受之難度越高，或越集中精神認真時，則認知負荷就越大(Paas，1992)。認知負 荷理論是根據人類對於認知結構的限制，進而衍生出一套與教材設計有關的理 論。且早期的研究發現：人類在解決問題時，對於人類的工作記憶會增加負載量，

對於尚未了解知識的學習者，需要使用一些方式讓學習者理解並吸收資訊 (Sweller, 1980; Sweller & Levine, 1982)。綜合上述，Sweller等人將認知負 荷分為三大要點（Sweller et al., 1998；Cooper，1998；Gerjets＆ Scheiter，

2003）：內在認知負荷(intrinsic cognitive load)、外在認知負荷（extraneous cognitive load）、增生認知負荷（germane cognitive load）

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圖2-4 認知負荷三種基本類型(Sweller，Van Merrienboer ＆ Paas，1998) 。 一、內在認知負荷(intrinsic cognitive load)：

在工作記憶區儲存與處理外來資訊內容，稱為內部認知負荷，內在認知負荷 與學習者的先備經驗有關，會影響內在認知負荷的負荷量，學習者擁有與教材內 容相關之經驗與先備知識，其認知負荷便較無經驗或無先備知識者低。如能將訊 息與基模的自動化作整合，可降低工作記憶的負荷；在教材設計上與學習材料間 的關聯程度有關，教材關聯性高認知負荷較高，教材關聯性低認知負荷也較低，

內在認知負荷為基本的負荷是無法經由教學設計來降低，內在認知負荷主要受到 教材中各要素之間互相交互影響，且不受教學設計的影響而改善，但學習者若整 合自動化的基模與訊息，可以有效的降低內在認知負荷量。

內在認知負荷歸納為兩項重點：一、與學習材料間的關聯程度有關，教材關 聯性高認知負荷較高，反之較低。二、與學習者的先備經驗有關。如能將訊息與 基模的自動化作整合，可降低工作記憶的負荷（Sorden，2005）。

二、外在認知負荷（extraneous cognitive load）：

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三、增生認知負荷（germane cognitive load）：

額外的認知負載引起學習者的動機，努力處理和理解問題被稱為增生認知負 荷（Gerjets＆ Scheiter，2003) 。增生認知負荷與外在認知負荷有關，也與學 習者基模建構有關，且內在認知負荷不易由教學教材設計而改變負荷量，但有時 也需要適當的加入引起學習者興趣的內容增加學習動機，藉此降低外在認知負 荷，吸引學生的注意力以建構基模，這是“良好的負載”需要適當的發揮在過程 中，這便是增生認知負荷的意義所在。

外在認知負荷和增生認知負荷可以運用在教學設計中，已發現增生認知負荷 可以減少教學策略中的認知負荷量，優化認知附載(Kalyuga，Chandler，Tuovinen

＆ Sweller，2001) 。當學習者的認知負荷的總負荷量未超出學習者的負載量 時，導入增生認知負荷才有其意義，因此要使用適當的教材呈現方式，才可幫助 學習者建構本身基模，並降低認知負荷量（Sorden，2005）。

二、 認知負荷數位教學設計原則

Sweller等人基於認知負荷理論，提出認知負荷在多媒體內容之設計原則

（Sweller et al., 1998；Cooper，1998；Sorden，2005）。

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三、完成問題效果（ completion problem effect ）：

完成問題效果是指教學者只提供一半的解答或提示，其餘需由學生自行思考 判斷，在教學者以提供提示的狀況下，可降低外在認知負荷。這種類型的問題結 合任務的例子和既有的問題，因為學習者必須仔細研究已得知部分的例子，然後 運用從中所學到的知識，積極解決問題。

四、分散注意力效果（ split-attention effect）：

分散注意力的效果，是一個學習的效果，在同一個位置同時顯示各種類型的

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六、重複效果（ redundancy effect） ：

面對多重訊息時可以得到充分的理解，但重要的是這些訊息是不需重組整理 的，訊息本身可以獨立被學習者理解，因此，若這些訊息以同位置相同時間出現 很有可能造成認知負荷的增長，例如電腦手冊中的圖片教學及文字教學，圖片有 圖片的講解方式，文字也有教學敘述的方式，一般為先看圖解後搭配文字講解，

若使用者同步觀看圖片及文字很有可能造成認知負荷增加。

七、變化效果（ variability effect）：

變化效果是指在教學中有越多的變化，學習者就能發展出更多幫助他們了解

30 cognitive load）為基礎，期能以認知負荷理論導入教才設計中，試圖增加學生 之學習成效，本研究將採用認知負荷教學設計理論三項效果進行設計，分別為：

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