「 認 知 負 荷 」 （ Cognitive Load） 源 自 於 歐 美 的 人 體 工 學 與 人 因 工 學 領 域 ， 從 心 理 、 生 理 與 認 知 層 面 ， 探 討 工 作 與 任 務 對 執 行 者 的 影 響 與 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） （ Hancock, 1988） ， 並 以 此 為 指 標 作 為 任 務 、 工 作 或 操 作 系 統 設 計 上 的 參 考 ， 盡 量 減 少 任 務 與 工 作 對 執 行 者 的 心 智 負 荷 ， 以 增 加 執 行 時 的 績 效 。
Sweller（ 1988）發 現 學 生 要 由 初 學 者 變 成 熟 練 者，最 重 要 的 是 在 學 習 過 程 中 ， 要 能 獲 得 學 習 的 概 念 ， 形 成 學 習 概 念 的 基 模 ， 從 而 建 立 自 己 的 解 題 策 略 與 模 式 ； 然 而 在 學 習 的 過 程 中 ， 有 其 他 的 因 素 會 影 響 到 基 模 與 策 略 的 形 成 ， 那 就 是 一 些 與 學 習 內 容 無 關 的 資 訊 ， 會 佔 據 「 短 期 記 憶 」 ， 而 造 成 認 知 上 的 負 荷 。 因 此 ， 他 致 力 於 探 討 學 習 者 的 認 知 層 面 ， 因 教 學 方 法 、 教 學 內 容 而 產 生 的 「 認 知 負 荷 」 ， 在 學 習 過 程 中 對 概 念 獲 得 的 負 面 影 響 ， 從 而 建 立 了 「 認 知 負 荷 理 論 」 。
Sweller認 為 認 知 負 荷 與 短 期 記 憶 和 工 作 記 憶 所 能 負 荷 的 記 憶 單 位 數 目 有 關 ， 如 果 學 習 內 容 遠 超 過 學 習 者 的 工 作 記 憶 ， 那 麼 學 習 者 的 理 解 力 和 學 習 能 力 將 下
降。Paas（ 1992）提 出 會 產 生 學 習 者 認 知 負 荷 的 原 因，是 學 習 者 在 心 智 上 所 耗 費 的
「 努 力 」 強 度 ， 努 力 愈 多 的 ， 學 習 內 容 愈 難 理 解 的 ， 認 知 負 荷 愈 大 。 對 於 熟 悉 且 已 經 融 會 貫 通 的 課 程 ， 學 習 者 的 認 知 負 荷 量 是 低 的 。 Marcus（ 1996） 指 出 在 教 學 過 程 中 ， 學 習 者 的 先 備 經 驗 若 能 和 新 資 訊 整 合 ， 降 低 工 作 記 憶 的 負 荷 則 可 以 減 低 認 知 負 荷 ， 進 而 幫 助 學 習 效 果 。
認 知 負 荷 理 論 對 人 類 認 知 架 構 有 四 項 基 本 假 設 （ Mousavi, Low, & Sweller, 1995; Sweller, 1998）：
1.工 作 記 憶 （ Working Memory） 的 容 量 是 有 限 的 ：
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 材 料 本 身 的 內 部 成 分 相 互 關 連 性 很 強 ， 要 相 互 參 照 才 能 了 解 ， 則 更 耗 費 短 期 記 憶 容 量 ， 因 而 產 生 更 大 的 認 知 負 荷 ， 造 成 學 習 困 難 。
2.長 期 記 憶 （ Long-Term Memory） 本 身 沒 有 容 量 的 限 制 ：
人 類 的 長 期 記 憶 所 儲 存 無 盡 的 知 識 內 容 ， 是 專 家 和 生 手 差 別 的 主 要 來 源。專 家 在 長 期 記 憶 中 儲 存 了 龐 大 的 特 定 問 題 狀 態 知 識，以 及 相 對 應 的 解 50 題 策 略。在 面 對 問 題 時，專 家 可 以 立 即 提 取 相 對 應 的 解 題 策 略，但 生 手 卻 無 法 立 即 接 觸 到 有 效 的 解 題 策 略，因 此 需 要 在 短 期 記 憶 中 進 行 推 理 和 搜 索，因 而 需 耗 費 工 作 記 憶 的 容 量 ， 較 易 產 生 認 知 負 荷 ， 造 成 學 習 困 難 。
3.長 期 記 憶 中 之 內 容 主 要 以 基 模 （ Schema） 的 型 態 儲 存 ：
基 模 包 含 了 訊 息 的 成 分，它 由 簡 單 到 複 雜，由 粗 略 到 精 緻 的 建 構 過 程 ， 亦 即 專 門 知 能 發 展 的 過 程。因 為 許 多 佔 用 記 憶 容 量 的 訊 息 成 分，可 以 融 合 成 一 個 複 雜 的 基 模，而 變 成 一 個 單 一 的 處 理 單 位，所 以，基 模 除 了 在 長 期 記 憶 中 可 以 發 揮 組 織 和 儲 存 訊 息 的 功 能 外，亦 可 以 在 工 作 記 憶 區 發 揮 降 低 記 憶 負 荷 的 功 能 。
4.基 模 運 作 自 動 化 （ Schema Automation） 是 基 模 建 構 的 重 要 過 程 ：
人 類 處 理 訊 息 的 方 式 有 二，一 為 發 生 在 意 識 的 層 面 控 制 式 處 理，佔 用 許 多 工 作 記 憶 的 空 間；另 一 為 較 少 為 意 識 所 監 控 自 動 式 處 理，佔 用 極 少 的 工 作 記 憶 空 間。自 動 化 的 訊 息 處 理 可 降 低 工 作 記 憶 的 負 荷，若 藉 由 充 分 的 練 習 可
以 將 基 模 的 運 作 自 動 化，當 基 模 運 作 自 動 化 後，可 以 節 省 許 多 工 作 記 憶 區 的 空 間，進 而 降 低 工 作 記 憶 區 之 負 荷，便 可 同 時 對 更 多 訊 息 作 同 時 或 更 深 入 的 處 理 。
是 以 本 研 究 想 了 解 學 生 在 數 量 估 計 上 的 表 現 與 大 腦 認 知 負 荷 間 的 關 係 是 否 相 關 ， Marcus, Cooper, & Sweller（1996） 指 出 ， 在 教 學 過 程 中， 影 響 認 知 負 荷 的 因 素 ， 分 別 為 「 學 習 者 的 先 備 經 驗 」 、 「 教 材 的 本 質 」 與 「 教 材 的 組 織 」 ， 簡 述 如 下 ：
1.學 習 者 的 先 備 經 驗 （ Prior Experience） ：
相 同 的 教 材 對 不 同 的 學 習 者 會 有 不 同 的 認 知 負 荷，原 因 便 在 於 學 習 者 的 先 備 經 驗 有 所 不 同。個 體 的 先 備 經 驗 會 在 學 習 記 憶 區 形 成 基 模，學 習 者 是 否 能 夠 瞭 解 學 習 內 容 的 關 鍵 在 於 資 訊 量 是 否 超 出 工 作 記 憶 區 的 負 荷，若 能 將 新 的 資 訊 與 自 動 化 的 基 模 作 整 合，將 可 降 低 工 作 記 憶 區 的 負 荷。因 此，先 備 經 驗 的 有 無 ， 可 說 是 認 知 負 荷 的 首 要 來 源 ， 藉 由 適 當 的 基 模 可 以 降 低 認 知 負 荷 、 幫 助 學 習 。
2.教 材 的 組 織 （ Organization） ：
因 應 不 同 資 訊 的 特 性，應 以 適 當 的 方 式 來 呈 現，不 當 的 使 用，將 造 成 學 習 者 無 謂 的 認 知 負 荷。例 如，圖 形 利 於 空 間 關 係 的 呈 現、文 字 適 合 以 循 序 的 方 式 來 處 理 。
3.教 材 的 本 質 （ Nature of the Material） ：
教 材 元 件 相 關 連 的 程 度 是 造 成 認 知 負 荷 的 另 一 個 原 因。對 學 習 者 來 說 ， 低 元 件 關 連 的 教 材 較 易 於 瞭 解，原 因 在 於 該 元 件 可 以 獨 立 的 被 處 理，而 不 需 參 照 其 他 資 訊 來 源；但 面 對 高 元 件 關 連 程 度 的 教 材 時，儘 管 元 件 的 數 量 與 前 者 相 同 或 更 少，亦 可 能 難 於 瞭 解，其 原 因 在 於 學 習 者 必 須 將 較 多 的 元 件 同 時 置 入 工 作 記 憶 區 中 來 思 考 ， 如 此 將 造 成 較 高 的 認 知 負 荷 而 阻 礙 學 習 。
Sweller等 人 （ 1998） 則 以 教 材 設 計 的 觀 點 ， 將 認 知 負 荷 的 來 源 分 「 內 在 認 知 負 荷（ Intrinsic cognitive Load）」、「 外 在 認 知 負荷（ Extraneous cognitive load）」
及 「 增 生 認 知 負 荷 （ Germane cognitive load） 」 三 類 ， 簡 述 如 下 ：
1.內 在 認 知 負 荷 主 要 和 教 材 的 本 身 的 難 易 度 、 教 材 元 件 間 的 相 關 連 程 度 及 學 習 者 的 先 備 經 驗 有 關 。
2.外 在 認 知 負 荷 與 教 材 的 組 織 和 呈 現 方 式 有 關，不 同 的 教 材 組 織 與 呈 現 方 式 會 有 不 同 大 小 的 外 在 認 知 負 荷。藉 由 資 料 呈 現、資 訊 組 織 等 方 面 的 設 計，妥 善 安 排 教 材，可 以 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 。
3.增 生 認 知 負 荷 為 幫 助 學 習 者 建 立 基 模 的 過 程 所 增 加 的 負 荷。其 必 須 在 總 認 知 負 荷 量（ 內 在 認 知 負 荷、外 在 認 知 負 荷 和 增 生 認 知 負 荷 之 總 合 ）不 超 過 學 習 者 所 能 承 受 的 範 圍 內 ， 適 當 的 引 入 增 生 認 知 負 荷 才 有 意 義 。
Sweller等 人 （ 1998） 歸 納 以 認 知 負 荷 理 論 為 主 題 的 實 證 研 究 ， 進 而 提 出 教 學 設 計 之 原 則 ， 可 分 為 七 種 效 果 ， 包 含 ： 開 放 目 標 效 果 （ Goal-Free Effect） 、 示 例 效 果 （ Worked Example Effect） 、 完 成 問題 效 果 （Completion Problem Effect） 、 分 散 注 意 力 效 果 （ Split-Attention Effect） 、 形 式 效果 （ Modality Effect） 、 重 複 效 果 （ Redundancy Effect） 、 變 化 效 果 （ Variability Effect）。 以 下 僅 就 形 式 效 果、
分 散 注 意 力 效 果 、 重 複 效 果 及 示 例 效 果 進 行 探 討 。
1.形 式 效 果 ：
讓 學 習 者 同 時 藉 由 不 同 的 感 官 刺 激（ 視 覺 與 聽 覺 ）來 接 收 資 訊，例 如 ： 圖 形 解 說 與 聲 音 旁 白 的 呈 現，將 可 增 加 工 作 記 憶 區 的 空 間，這 些 增 加 的 空 間 可 降 低 認 知 負 荷 程 度，進 而 提 升 學 習 成 效。當 資 訊 以 雙 重 感 官 的 方 式 呈 現 ， 會 增 加 工 作 記 憶 區 的 容 量，因 此 當 資 訊 以 視 覺 及 聽 覺 夾 雜 時，其 效 果 會 比 只 有 視 覺 或 純 聽 覺 來 的 好（ Mousavi et al., 1995; Sweller et al., 1998）。若 是 文 字 與 聲 音 旁 白 同 時 出現，則 因 為 文 字 與 聲 音 所 在 工 作 記 憶 區 同 屬 於 語 文 系 統 所 以 兩 者 同 時 出 現 反 而 會 增 加 工 作 記 憶 的 負 荷。此 外，若 資 訊 結 合 不 同 的 感 官 刺 激 但 以 循 序 的 方 式 來 呈 現 ， 則 無 法 達 到 形 式 效 果 （ Mayer, 1997; Tiene, 2000） 。
2.分 散 注 意 力 效 果 ：
當 學 習 者 必 須 將 多 重 訊 息 互 相 參 照 整 合 才 能 理 解 學 習 內 容 時，如 果 這 些 訊 息 安 排 在 分 散 的 位 置（ 例 如 圖 形 和 文 字 解 說 分 開 放 置 ）或 出 現 時 間 不 一 致
（ 如 動 畫 和 旁 白 分 開 出 現 ），則 會 導 致 學 習 者 需 將 注 意 力 分 散 到 各 處，增 加 了 認 知 負 荷，也 降 低 學 習 效 果。將 相 同 內 容 的 資 訊 以 整 合 方 式 呈 現，會 比 花 費 心 力 將 不 同 來 源 資 訊 整 合 起 來，較 有 效 地 獲 得 資 訊。例 如：數 學 教 材 中 ， 如 果 將 角 度 或 長 度 都 標 示 在 圖 形 上，會 比 僅 以 文 字 敘 述 來 得 容 易 學 習；又 如 將 文 字 的 解 釋 放 在 該文 字 的 旁 邊 或 同 一 頁 面，會 比 翻 頁 對 照 來 得 容 易 學 習 。 此 和 Mayer & Anderson（1992）所 提 出 的 連 續 原 理 相 符，該 原 理 指 出：當 文 字 和 圖 片 在 時 間 、 空 間 上 連 續 呈 現 時 ， 多 媒 體 的 教 學 效 果 會 增 加 。
3.重 複 效 果 ：
當 學 習 者 面 對 由 多 種 方 式 呈 現 的 資 訊 時，如 果 僅 由 單 一 的 呈 現 方 式 即 可 完 整 的 傳 達 意 義，但 卻 將 相 同 的 資 訊，以 不 同 方 式 同 時 呈 現 時，則 會 發 生 重 複 效 果。此 時，大 量 訊 息 同 時 進 入 到 工 作 記 憶 將 會 導 致 其 過 度 負 荷，降 低 了 學 習 效 果。若 將 重 複 的 資 訊 整 合 入 主 要 的 資 訊 中，學 習 者 會 無 可 避 免 的 去 處 理 所 有 的 資 訊，如 此 亦 會 增 加 認 知 上 的 負 荷。有 學 者 發 現 當 圖 片 與 文 字 分 別 都 能 解 釋 內 容 時，若 二 者 同 時 放 置 一 起，將 強 迫 讀 者 去 建 立 二 者 間 的 關 聯 ， 這 多 此 一 舉 的 現 象 非 但 不 能 加 強 學 習 效 果 ， 反 而 會 造 成 認 知 負 荷 。
4.示 例 效 果 ：
教 師 在 教 導 程 序 性 知 識 前，若 能 呈 現 適 當 的 解 題 例 子，將 可 協 助 學 生 對 於 問 題 狀 態 和 解 題 步 驟 建 構 出 較 完 整 的 基 模，也 可 協 助 降 低 外 在 認 知 負 荷 。
應 用 認 知 負 荷 理 論 所 發 展 的 多 媒 體 系 統 設 計 原 則 ， 主 要 考 量 到 人 類 的 認 知 架 構，及 其 處 理 資 訊 的 能 力。由 上 一 節 的 理 論 中，衍 生 了 以 下 幾 項 多 媒 體 設 計 原 則 ：
1.分 析 學 習 過 程 中，對 教 材 元 件（ elements）思 索 的 需 求，若 同 時 呈 現 過 量 必 須 思 索 的 資 訊 ， 將 造 成 認 知 負 荷 。
2.使 用 單 一 且 密 合 的 表 示 方 法，以 減 少 注 意 力 的 分 散。不 當 的 位 置 配 當、聲 音、
動 畫 ， 皆 會 引 起 注 意 力 分 散 之 情 形 。
3.移 除 重 複 的 內 容，減 少 認 知 負 荷。例 如：當 資 訊 可 由 文 字 或 圖 表 單 獨 且 完 整 的 表 達 時 ， 文 字 或 圖 表 擇 一 即 可 。
4.動 畫 與 聲 音 （ 或 文 字 ） 同 時 呈 現 ， 較 循 序 呈 現 為 佳 。
5.資 訊 的 呈 現 結 合 不 同 的 感 官 刺 激 （ 視 覺 、 聽 覺 、 觸 覺 ）， 可 降 低 認 知 負 荷 。