「認知負荷」（cognitive load）由歐美的人因工學（human factor）
與人體工學（ergonomics）等概念而來，並以認知心理觀點，探討工作 與任務對執行者的影響及適合性。最早應用在軍事訓練及各種企業 上，稱為「心智工作負荷」（mental workload），並以此為指標作為任務、
工作或操作系統設計上的參考（黃克文，1996）。
Sweller（1988, 1989, 1990）將此觀念引進教育界時稱為「認知負 荷」，著重在「學習內容」及「教學方法」對學習者「概念獲得」與「認 知層面」的影響（翁嘉鴻，2001）。Sweller（1988）認為在學習過程中 一些與學習內容無關的訊息會佔據「工作記憶」的容量，進而產生認 知負荷，對學習產生負面影響。國內外許多學者將認知負荷定義為︰
認知負荷是學習或環境對個體的心智努力和心智負荷產生過多資訊 量，導致個體心理與生理的負面負荷，進而影響學習表現(黃柏勲，2004;
黃巧琪，2004; 陳密桃，2003; 宋曜廷，2000; 黃克文，1996; Paas, 1992;
Sweller et al., 1998) 。
本節就認知負荷理論的架構、觀點、類型、特性、來源、測量方 法及其對學習表現之影響來說明，茲分述如下：
壹、認知負荷理論的架構
認知負荷理論源自於1980 年代，理論發展的目標在於引導教學設 計的決定，並考慮學習者訊息結構的處理和認知架構（Paas, Renkle, &
Sweller, 2003）。Gerjets 與 Scheiter（2003）提出教學設計應要去關注 學習者的歷程，而不是去強調教學者所作的教學決定，並提出認知負
荷理論的架構如圖2.2所示。
圖2.2 認知負荷理論架構圖（Gerjects & Scheiter, 2003）
依據認知負荷理論，本研究所探討的學習負荷為一歷程性的負 荷，注重學習者於學習歷程中，動態的學習負荷變化監測，以其歷程 性的學習負荷變化，來反應學習者對於教材複雜度、教學設計、與專 門知識的整體負荷量。
貳、認知負荷理論的觀點
認知負荷理論對人類認知架構（cognitive architecture）有四個基本 的觀點（吳金聰，2006；宋曜廷，2000；翁嘉鴻，2001；陳密桃，2003；
黃巧琪，2004；黃柏勳，2004；Mousavi, Low, & Sweller, 1995；Sweller et al., 1998），分述如下：
一、有限容量的短期工作記憶（working memory）
人類的短期工作記憶容量約能夠在同一個時間處理七個資訊
項目或資訊（王甦、汪安聖，2004；張春興，2002）。對於新資 訊的接收，必須依賴工作記憶對資訊作更深入的認識與理解，理 解之後刻意予以保留，使之轉換為長期記憶。若待處理的訊息或 教材本身內部要素間相互關聯性很強，要相互參照完成才能了 解，則需消耗更高的工作記憶區容量。Sweller（1988, 1989, 1993, 1994）指出，如果教材或學習程序遠超過學習者的工作記憶容量，
將有損學習者的理解、學習和問題解決能力。
二、長期記憶（long-term memory）
長 期 記 憶 指 保 持 訊 息 長 期 不 忘 的 永 久 記 憶 （ permanent memory）。人類並不會直接意識到長期記憶的存在，需經由短期工 作記憶將資訊加以過濾及篩選才能將之轉換成知識至長期記憶 內，所以長期記憶內的內容是知識的最初來源。長期記憶區主要 儲存基模(schema)，專家與生手的差別就在長期記憶區的基模。因 專家的長期記憶區儲存大量問題狀態的知識與解題策略的基模，
可以立即從長期記憶裡提取出最佳的解決方法，而生手則因缺少 基模，需要在短期記憶區進行推理與搜尋，耗費許多時間、精力 及短期工作記憶的空間才能找出最佳解決策略，而在這過程中較 容易產生認知負荷，造成學習困難。
三、基模建構（schema construction）
基模除了在長期記憶中具有儲存及組織資訊的功能外，亦可降 低工作記憶區的負荷。此乃因為在工作記憶裡能處理的元素有 限，如能將許多佔用工作記憶容量的元素融合成一個具規模且複 雜的基模，使之形成一個處理單位，降低工作記憶的負擔，將有
助於學習。所以當學習者具有豐富的知識即代表學習者有豐富的 基模，將有助學習者理解及記憶學習的材料。因此，基模建構是 教學及訓練時的重點。
四、基模自動化（schema automation）
所 有 的 資 訊 都 可 以 藉 由 意 識 （ consciously ） 或 是 自 動 化
（ automatically） 的方式來處理。人類處理訊息有控制式處理
（controlled processing）和自動式處理(automatic processing)，而控 制式處理因發生在意識活動上，意識的處理發生在短期記憶中，
會佔用許多工作記憶的空間，而自動化處理大部分不受意識所監 控，佔用極少的工作記憶空間。 因此，藉由足夠的練習即可產生 自動化來降低知覺努力（conscious effort）以減少工作記憶區之負 荷，當基模自動化之後，可以節省許多工作記憶的空間，進而降 低工作記憶的負荷，也可以對更多的訊息作同時及更深入的處 理。因此，基模運作自動化（schema automation）是基模建構的重 要過程。
參、認知負荷的類型
認知負荷理論提出教學的主要目標是在於基模的建構及自動 化，這樣才有助於問題的解決。此外，能否在工作記憶裡輕鬆處理資 訊也是認知負荷所關心的焦點。因此，Sweller等學者（1998）認為認 知負荷的類型有以下三種︰
一、內在認知負荷（intrinsic cognitive load）
內在認知負荷是由教材本身特性（難度）及學習者的專門知 識交互作用所決定的，同時也決定內在認知負荷是高或低的狀 態，所以內在認知負荷是無法由教學設計者來改變的。
內在認知負荷並不會因教材呈現方式的不同而改變，主要是 受到教學內容中單元（elements）間相關連的程度而影響，也就 是由於「教材內容本身」的難易程度而造成，與「教材呈現」無 關。當學習者在面對低單元關連的教材，不需將大量的單元置入 工作記憶區中，即可瞭解個別的單元內容。因此，它的內在認知 負荷較低，較適合以循序方式來學習；而在面對高單元關連的教 材時，學習者必需將大量的單元同時置入工作記憶區中，因此會 造成較高的內在認知負荷。例如：「單字」及「詞句」的學習中，
「單字」的學習被視為低單元關連教材的學習；而「詞句」的學 習除了必須瞭解個別單字的意義外，還要瞭解字與字間的排列關 係，因此屬於高單元關連的教材。
影響單元關連程度高低的原因，除了教材本身的特性外，學 習者的經驗有無亦是一個重要的因子。相同的內容對不同學習經 驗者來說，會造成不同程度的內在認知負荷。學習者若能將訊息 結合基模自動化，將可以降低工作記憶區的負荷，如果沒有建立 基模，所有的訊息將在工作記憶區處理，易造成認知負載過重。
雖然教材設計者無法直接改變內在認知負荷，但在設計的過程 中，仍應考量到學習者的認知能力及教材的內在認知負荷。
二、外在認知負荷（extraneous cognitive load）
資訊不同的呈現方式，對資訊接收者會造成不同程度的負 荷，此負荷稱為「外在認知負荷」或無效的認知負荷(ineffective cognitive load)(陳密桃，2003)。
外在認知負荷是教學設計者在教材設計及呈現教材的過程 忽略工作記憶的限制，造成學習者認知上的負荷。而此種負荷是 外加的，不同於內在知負荷是無法改變，所以減少外在認知負荷 是必要的。而外在認知負荷是可以藉由教學設計者修正教材及呈 現方式來降低的。
外在認知負荷為認知負荷理論的核心，在於藉由資料呈現、
資訊組織等方面的設計，可達到控制外在認知負荷。所以，不論 是多媒體或教材的設計者，應致力於降低外在認知負荷，讓學習 者更能善用有限的工作記憶區來處理與學習內容相關的資訊。
三、增生認知負荷（germane cognitive load）
增生認知負荷意指藉由教學設計以吸引學生專注在學習內 容的認知過程或基模建構。增生認知負荷為外在認知負荷的一 種，但外在認知負荷會阻礙學習者學習，而增生認知負荷卻能促 進學習者學習(Paas et al., 2003) 。但只有在總認知負荷量（內在 認知負荷與外在認知負荷之總和）未超出學習者的能力範圍時，
適當的引入「增生認知負荷」才有意義。例如：設計未完成的問 題，引導學習者完成，這樣的過程即增加了「增生認知負荷」，
達到協助學習者建構相關基模。
綜合上述三種認知負荷型態可知，增生認知負荷很像外在認知負
荷，但外在認知負荷會干擾學習，而增生認知負荷卻會提昇學習效果。
當內在認知負荷較低時，學習者很容易了解教材，就無須藉由教學設 計來降低外在認知負荷；但當內在認知負荷較高時，則要透過教學設 計來降低外在認知負荷，並運用增生認知負荷來建構學習新內容所需 的基模，幫助學習者在有限工作記憶中處理訊息。
由於外在認知負荷為教材設計所造成，Sweller（2004）認為在教 材設計上應降低認知負荷量，以幫助學習者學習，並提出教材設計上 應注意的原則，茲分述如下：
一、開放目標效應（goal- free effect）
開放目標效應就是在教學歷程中給予不同的解答方法，訓練 讓學習者能運用自己所習得的知識，解決問題。因為在尋求單一 目標（標準答案）的過程中，容易造成極大的認知負荷（宋曜廷，
2000；陳密桃，2003；Sweller et al., 1998）。
二、範例效應（worked example effect）
範例著重在問題的狀態及解決步驟，藉由適當呈現適當的解 題範例將可協助學習者對問題狀態及解題步驟建構出完整的基 模，且有較佳的學習表現（宋曜廷，2000；陳密桃，2003；Sweller et al.,1998）。
三、完成問題效應（completion problem effect）
提供範例雖然有助學習，但能力高的學習者可能會將問題做 全盤處理或精緻化處理，而能力低的學習者只會在碰到問題時才 做仔細的研讀。因此，將範例呈現一半解法，不提供完整的解題 步驟，可以使學習者用心思考問題（宋曜廷，2000；陳密桃，2003；