本研究欲探討動畫輔助評量與圖文評量在學生作答時的認知負荷差異，因此 設計評量試題時，應降低非題目所要評測目標之認知負荷，以助於學生作答，達 到評量欲評測之目標。此部分將探討認知負荷理論定義、假定與認知負荷來源，
並在設計試題時，搭配認知負荷理論，以利本研究之結論探討。
認知負荷定義：
過去的文獻中，許多學者對於認知負荷皆有一套定義，研究者挑選較多人使 用之定義，依年份整理如下（表 2.5.1）：
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表 2.5.1 研究學者與其對認知負荷的定義
研究學者 認知負荷定義
Jex(1988)
學習者面對學習內容，在學習環境中欲表現符合任務之行為 時，所意識到「任務要求」與「自身認知能力」之間，心智負 荷差異的評估。
Paas(1992)
認知負荷是多向度的概念，包含了學習者本身的特性，如認知 能力與先備經驗等；以及學習環境如學習內容、資訊展現方 式、教材編排方式、學習程序與時間壓力等。
Sweller(1994)
學習者在執行一項任務時，加諸於學習者認知系統上的負荷，
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認知負荷是由 Sweller 將此觀念運用到教學設計上（Sweller, van Merriënboer,
& Pass, 1998），而認知負荷對人類認知架構（cognitive architecture）如：記憶、
基模發展及自動化訊息處理的概念，有一些基本的假定（宋曜廷，2000；Sweller et al., 1998）：
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Sweller, 1994, 2005; Sweller et al., 1998)：
1.內在認知負荷(Intrinsic cognitive load)：與教材本身元素有關，當教材本身的 交互作用很高時，代表教材性質較複雜，內容的難易度較高，因此，內在認知負 荷較重。另外，學習者本身的程度與先備經驗也與內在認知負荷有關，隨先備知 識與經驗的不同，學習者感受到的教材難易度也不同。內在認知負荷是基本的負 荷，主要來自教材元素的交互性、學習者本身程度及兩者間的交互作用。
2.外在認知負荷(Extraneous cognitive load)：與教材的設計組織較為密切，如呈 現方式或學習活動，將造成學習者學習時不同程度的工作記憶負荷，因此可透過 教學設計來降低外在認知負荷。
3.有效認知負荷(Germane cognitive load)：藉由教學設計有效吸引學習者專注在 任務內容或基模建構的認知過程。有效認知負荷與外在認知負荷雖容易混淆，外 在認知負荷會阻礙學習者學習，而有效認知負荷雖然會增加學習者的負荷，但會 增進基模的建構，前提是不能超出學習者的負荷範圍。
綜合上述，試題評量的設計會影響學生的外在認知負荷與有效認知負荷，而
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1.分散注意力效應（Split-attention effect）：
當學習教材中資訊由兩種以上的呈現方式，如圖形和文字解釋未經整合而分
2.多餘效應（Redundancy effect）：
指學習中出現不相關的資訊。以不同方式呈現相同資訊，如圖片本身即能提 供學習者所需的訊息，加入文字敘述反而會增加認知負荷，產生負面影響。因此 在動畫設計時，確定呈現的內容是必要的，避免在畫面中出現無關的訊息，導致 多餘效應的影響。
3.專家逆轉效應（Expertise reversal effect）：
此項假定是對專家而言，隨著專業知識的增加，許多為了降低新手認知負荷
4.元素互動效應（Element interactivity effect）：
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5.獨立互動性元素效應（Isolated interacting elements effect）：
當教材內容中的元素互動程度很高時，學習者很難理解，解決的方法是獨立
Tversky, Morrison and Betrancourt（2002）認為多數動畫設計太過複雜或呈現速 度太快，造成學生無法正確接受動畫傳遞的訊息，阻礙學生學習。若動畫呈現出 與概念無關或排列方式錯誤的訊息時，容易造成學習者產生迷思概念；而學習者 處理動畫表徵所提供的訊息時，也常發生轉譯困難的問題。從教學觀點來看，動 畫中包含的資訊若過於發散，或同時傳達太多訊息，將使學生無法達到預期的學 習目標(Reimann, 2003)；以認知負荷理論的觀點來看，欲透過動畫模擬幫助學生 建立概念理解，當教學材料本身複雜度太低、動畫設計不當等原因，有可能造成 學習者額外的認知負荷，反而降低了學習成效。
因此，設計動畫輔助評量也必須考慮動畫輔助的必要性，否則可能對學習者
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造成負面的影響，在 Mayer 提出降低多媒體學習造成之認知負荷的方式中(Mayer
& Moreno, 2003)，藉由多媒體對於感官的刺激與感受，例如動畫搭配旁白，可 將訊息作結合處理；將複雜概念簡化，提供必要的訊息；除去與內容無關的資訊，
減少學習者的工作記憶量；畫面呈現簡單化，將不必要的裝飾移除；整體畫面的 安排呈現必須適當，根據學習者能力設計動畫等等。並搭配前面提及 Sweller
（2008）認知負荷理論效應，降低學習者因認知負荷影響作答成效，設計動畫輔 能所構成（McGee,1979; Linn & Peterson, 1985; Carroll, 1993），其中，McGee(1979) 認為空間能力至少由兩個成分組成：空間視覺（Spatial Visualization）及空間定 位(Spatial orientation)。Linn and Peterson（1985）認為空間視覺能力包含三類：
1.空間知覺（Spatial Perception）指個體能以自身方位辨識空間中物體位置的能力。
2.心像旋轉（Mental Rotation）指個體能想像圖像在腦海中旋轉的能力。3.空間視 覺（Spatial Visualization）指個體能理解三度空間中物體移動或旋轉之能力，且 在腦中成像並加以操作運用。而空間定位能力則是 Lohman(1988)提出，指個體 能由不同角度觀察物體之能力。
在教學方面的研究中，Lord（1985）研究指出空間能力與科學學科之學習成