資訊處理理論與雙碼理論

資訊處理理論(information processing theory)是探討人類在環境中，如何經由 感官覺察、注意、辨識、組識、記憶等內在心理活動，以進行接受、儲存、提取 與運用資訊的歷程。人類資訊處理之運行模式與電腦相似，正如電腦的輸入、處 理 與 儲 存 一 樣 ； 人 類 資 訊 處 理 之 結 構 可 分 為 三 個 部 分 ： 感 官 記 憶(sensory memory) 、 短 期 記 憶 或 是 工 作 記 憶 (working memory) 與 長 期 記 憶 (long-term memory)。在資訊處理理論中，一般認為其中包括三個心理特徵：

1. 資訊處理是階段性的。

2. 各階段的功能不一，居於前者屬暫時性，居於後者屬永久性。

3. 資訊處理不是單向直進式，而是前後交互作用的 (張春興，1996) 。 以下依序討論資訊處理模式、記憶體結構以及資訊處理理論與學習之間的關 係。

壹、資訊處理模式

資訊處理模式如圖2-1 所示。

圖2-1： 資訊處理模式示意圖

人類透過各種不同感官，將這些不同類型的資訊存入感官記憶，等待下一階 感官輸入

感官記憶 工作記憶 長期記憶

注意

複習

編碼

取回

段的處理。由於感官記憶保留時間很短，會因為個體的注意力或是選擇性記憶，

會決定哪些資訊會消逝或是被繼續保留儲存於工作記憶中。在工作記憶中，人類 會經過不斷複習(rehearsal)將資訊記錄下來，若資訊未經過複習，一樣會消逝。只 要資訊經過編碼，儲存到長期記憶中而成為知識，就比較不容易遺忘。若是在長 期記憶體中存有相關的知識，則可以檢索並與工作記憶中的資訊連結。此外，在 長期記憶體中的知識也可能因為超過某個時間，個體無提取的動作而消失。

貳、記憶體結構

根據資訊處理模式，所包含的記憶體包含下列三種：

ㄧ、感官記憶

人類憑視、聽、嗅、味…等感覺器官感應到外界刺激時所引起的短暫(三 秒鐘以內)記憶稱為感官記憶。感官記憶除了保留時間極短之外，另一特色是 在記憶中仍然保持著刺激本身原來的形式(如照像或錄音)，其作用在於供個 體抉擇是否進一步處理。如決定予以進一步處理時，就加以注意(attention)，

並予以編碼(encoding)轉換為另一種形式；否則即予以放棄。舉例來說，開車 經鬧市時，視覺所及的兩旁商店招牌數以千計，事後能記下的可能不到百分 之一；由此可知感官收錄是選擇性的，會與個體選擇的標準與動機、需求以 及先前經驗…等因素有關。

二、工作記憶

工作記憶指個體經感官收錄資訊後，經注意而在時間上延續到20 秒以內 的記憶，儲存約 7 個意元集組(chunking)，工作記憶對個體的行為，具有兩個 重要作用： 第一點是對刺激表現出適當反應，邊接受刺激邊做出反應的心理 活動。如人與人之間的對話(對人的反應)與閱讀(對文字符號的反應)等。此種 反應過後，如果目的已達到，工作記憶的作用已達成，而不再繼續進一步處 理該資訊並隨即遺忘。第二點則是如果個體認為所處理的資訊是重要的，個 體便採用複習(rehearsal)的方式，使資訊可以保較長久的時間，若經過編碼，

則可進入長期記憶中。

三、長期記憶

工作記憶經過編碼，儲存到長期記憶中就轉化成為知識，比較不容易遺 忘。當工作記憶需要相關知識時，會到長期記憶中提取。長期記憶和工作記 憶有兩點最主要的差異，工作記憶有約 20 秒的時限而長期記憶是長期不忘 的永久記憶；工作記憶有限量的，約為 7 個意元集組(chunking)而長期記憶的 容量是無限的 (張春興，1996)。

參、資訊處理理論與學習

以資訊處理理論為基礎的研究顯示，在教學與學習上具有重要的意義：呈現 教材時，需先引起學習者的動機與注意，以引導學習者使用舊經驗對新的資訊思 維運作。因此教學設計者若能事先將教材以較有結構的方式呈現，將能有效降低 學習者工作記憶體的負荷，使學習更有成效。

「雙碼理論」(dual-coding theory)是基於資訊處理理論所衍生的相關理論。視 覺化工具在本研究中亦定位為多媒體輔助教材，所以本節整理多媒體教材輔助教 學的相關研究。在電腦輔助學習的領域中，一般以「雙碼理論」來闡述多媒體教 材如何幫助學習(陳明溥，1999; Bagui, 1998; Mayer & Sims, 1994; Iding, 2000)。雙 碼理論(Clark & Paivio, 1991)主張人類的資訊處理過程中包含兩個分開卻互相關 聯的系統，一個是語文的(verbal)，另一個是非語文的(nonverbal)，說明如下。

壹、語文系統

語文系統(verbal system)處理包含視覺的、聽覺的及其他形式的語文編碼 (verbal codes)，當人類面對語文刺激(verbal stimuli)時是以循序的方式處理，例如 當我們看到”鍵盤是電腦的輸入裝備”這段文字，要理解它必須從第一個字循序看 到最後一個字。一般而言，文字及語音敘述為主要的語文刺激且各有其特色，文 字的語文資訊對學習具有下列幫助：

1. 容易長時間的儲存與保留(語音資訊相比較)。

2. 容易利用電腦做進一步的處理(編輯、查詢…)。

語音的語文資訊對學習具有下列幫助：

1. 較真實且自然的呈現方式，因此閱讀能力差的學習者比較容易理解。

2. 當語音資訊伴隨圖表出現時，較不會令學習者分心。

3. 較利於傳遞暫時性資訊(Bagui, 1998)。

貳、非語文系統

非語文系統(nonverbal system)係在處理語言刺激之外的所有刺激，包含了圖 形、環境的聲音(如鬧鐘聲)、情緒動作(如皺眉頭、點頭)…等，在電腦輔助學習領 域中常使用的非語文刺激為圖形。人類對非語文資訊是以平行的方式在處理，例 如：看到一個圖形往往可以同時聯想到許多概念，所謂「一圖勝千文」就是這個 道理。研究者(Bagui, 1998; Choi-kon, 2000; Iding, 2000; Ramadhan, 2000)認為圖形 化資訊對學習具有以下幫助：(1)引發學習者的學習動機及澄清迷思概念；(2)將抽 象的概念、動態的過程具像化(視覺化)，可以減輕學習者的認知負載；(3)增加學 習者解題時的直覺(intuition)；(4)透過圖形化的資訊較容易做推論；(5)圖形化資訊 可以進一步整合文字與圖形資訊(例如架構圖、流程圖…等)，有助於心像(mental image)的建立。

為了應用雙碼理論於多媒體輔助學習中，Mayer 與 Sims (1994) 提出雙碼理 論之多媒體學習示意圖，如圖 2-2 所示。

圖2-2： 雙碼理論示意圖 工作記憶

語文詮釋

視覺化詮釋

語文系統之心智表徵

視訊系統之心智表徵

學習成效

長期記憶

①

②

③

如①箭頭所示，當學習者接受到語言(verbal)資訊時，這一些資訊經由語言編碼過 程(verbal encoding process)，在工作記憶體中被進一步轉換為語言系統之心智表徵 (mental representation of verbal system)。如②箭頭所示，當感學習者接受到視覺 化(visual)資訊時，這一些資訊將經由視訊編碼過程(visual encoding process)在工作 記憶體中被進一步轉換為視訊系統之心智表示式(mental representation of visual system)。簡言之，①與②是指外在教材的呈現到心智表徵(mental representation) 形成的認知歷程。如③箭頭所示，是指上述兩種”心智表徵”間的參照鏈結 (referential connection)。

經由上述三種鏈結與編碼過程將資訊以雙碼形式儲存，當學習者需要至長期 記憶中提取相關的心智表徵時，由於具有雙重通路而非單一通路，可使提取的歷 程更加順暢，因而提升學習成效。 學習成效需視上述三種鏈結建立之品質而定，

而這三種鏈結建立的品質和學習者的先備知識(陳明溥，1999; Moreno & Mayer, 1999; Mayer & Anderson, 1991; Mayer & Sims, 1994)、空間能力(Boles, Pillay & Raj, 1999; Gyselick, Ehrlich, Cornoldi, De Beni, & Dubois, 2000; Moreno & Mayer, 1999) 及教材呈現方式(Rieber, 1997; Chandler & Sweller, 1991；Sweller & Chandler, 1994;

Mayer & Sims, 1994)有相當大的關係(學習者的相關先備知識程度愈高，空間能力 愈強則多媒體教材的幫助愈為顯著)。其中學習者的空間能力是屬於比較穩定的能 力，無法藉由短期的教學設計來改變，因此學習者的空間能力並不在本研究的討 論範圍。然而，若是多媒體以不恰當地方式呈現學習內容，這對學習者之學習成 效可能會產生負面影響，例如：電腦化多媒體教材為了美觀及吸引學習者注意而 加入的裝飾性動畫，這些與學習內容無關的動畫也許可以短暫地吸引學習者目 光，但卻常常使學習者只剩下較少的認知資源來進行學習，最後反而可能會產生 反效果。即使圖形化資訊與教學內容相關也可能因為設計不當而對學習造成負面 影響，例如：若圖文未能整合會造成注意力分散；反之，若圖文呈現過於浮濫則 會產生「累贅效應」(redundancy effect)(Chandler & Sweller, 1991; Sweller &

Chandler, 1994)。因此，教材或輔助工具之呈現方式除了語言與文字之外，應審 慎加入與學習內容高度相關之圖形(視覺)展示，可以幫助學習者在提取資訊的歷 程更加順暢，進而可以提昇學習成效。下一小節將針對「學習者先備知識」來討 論先備知識與學習成效之間的關係。