雙碼理論

一、雙碼理論的緣起及內涵

Paivio 學者以認知的角度來解釋人類知識的編碼與記憶儲存的過程與方 式，提出了雙碼理論，他認為人類在將記憶儲存在長期記憶的歷程中，是運用兩 種獨立卻又相互作用的處理系統，這兩種系統分別是語文系統(verbal system)與 非語文系統(nonverbal system)，組合成語文系統的單位是文字碼，語文系統負責 處理語言文字的部分，像是文字和口說的描述；而非語文系統的記憶單位則為心 象或圖像符碼，而且非語文系統是負責處理一切靜態和動態的視覺訊息，像是圖 像、動畫、影片等等，所以有時候也稱非語文系統為視覺圖像系統(Paivio，1986)。

視覺圖像系統其運作的歷程是透過表徵連結(representational)、參照連結 (referential)和關聯性連結(associative)三個層次，如下所述：

(一)表徵連結：指外在訊息的刺激會透過感官系統引起直接表徵或啟動相對應的 表徵。即語文刺激進入感官系統後，會與語文系統產生表徵性連結；非語文刺激 進入感官系統後，會與非語文系統產生表徵性連結。

(二)關聯連結：指在單一編碼系統中同屬性元素的關聯。即語文系統中，同一屬 性的符碼之間具有相同或不同層次的關聯性；非語文系統中，同一屬性的圖碼之 間具有相同或不同層次的關聯性。

(三)參照連結：指兩種編碼系統之間相互對照的關係。即語文系統中的符碼與非 語文系統中的圖碼有互相參照的關係。

如圖 2-1 所示(Paivio,1986):

語言刺激 圖像刺激

感官系統

圖像回應 語言回應

非 語 文 系 統 語

文 系 統

參照連結

表徵連結 表徵連結

圖 2-1 雙碼理論編碼模式

資料來源：Paivio, A. (1986). Mental representation: A dual coding approach.New York: Oxford University Press.

Paivio 學者(1986)認為文字只透過語言系統處理而編碼後，儲存在文字記憶 區中，但視覺訊息由圖像系統來編碼，在儲存於圖像記憶區中的同時，也在語言 記憶區中留下相應的印記。因此，圖片或插圖等的圖像透過語言系統與圖像系統 的兩套系統而被進行雙重編碼，所以其印記比文字來的強烈、深刻。雙重編碼是 人類大腦聽覺和視覺加工過程的結果，也就是藉由聽覺和視覺的組合去瞭解心理 的表徵，例如，學生被要求記一個句子「小朋友在戶外玩耍」。如果小朋友能將 句意轉成心智圖像，想像一幅小朋友在戶外玩的圖像，學生便會將這心智圖像與 言語的代碼做連結（Gary，2004）。當視覺訊息同時存留在兩個記憶區中，就能 在回想時提供兩種線索。當教材具備文字與圖像兩者，學習者接收訊息之後，該

教材知識內容才能在運作記憶中組織成語文模型與圖像模型，語文模型與圖像模 型兩者在運作記憶中整合將有助於學習（Mayer，2009）。文字資訊與視覺資訊 同時呈現比先後呈現更能有效的幫助建立參照連結提昇學習效果。因此，就雙重 編碼理論觀點而言，學習者需要同時使用語文系統與圖像系統來有效處理資訊，

如果能促進此三種連結之建立，就能有效提昇學習的成效。

二、雙碼理論的特性

在教學過程中，教師應理解學生的表徵和思考，從而釐清可能的迷思概念和 錯誤，並適時幫助學生彈性運用表徵並提升思考層次（陳霈頡，2007），教師能 否選擇適當的表徵在教學過程中佔有舉足輕重的地位。Paivio (1986)研究指出在 很多情況下圖形較文字容易被記住、理解及回憶，此種情形被稱作是圖優效應

（Picture superiority effect，PSE）。Lohr（2008）強調：圖像需符合教學目標，

視覺設計必須與文字有一致性關係以改善記憶，多多使用圖像來教導空間性的知 識內容，利用圖像呈現因果關係有助深入學習，視覺圖像能促進反思，避免與教 學目標不一致的視覺圖形。Paivio 學者還提出了二個假設：第一個假設為同時採 行語文與視覺圖像的方式有相互增強的成效。第二個假設為視覺圖像的策略來學 習比語文型式編碼的方式要更好，因為個體感官接收到圖像時能夠自動在內心轉 換成文字的型式;但若只接收文字時卻無法自動轉換成心象，所以在學習時若能 輔以圖像的方式，也會比單單只使用文字描述的方式來得有成效。語文系統內的 訊息處理偏向個別的、循序的、語法的方式來處理和組織，屬於階層式表徵系統；

圖像系統偏向以整體的、並行的、或集合方式來處理及組織資訊，屬於整體式表 徵系統。（李進福，2006；林光宇，2006）

就雙重編碼理論觀點而言，學習者需要同時使用語文系統與圖像系統來有效 處理資訊。黃子瓔、計惠卿（2009）指出能夠在數位教材中呈現出優質的文字與 圖像訊息，應是現代教師之視覺素養的重要專業職能之一。設計數位教材必須要 有正確的認知，Mayer（2001）依據雙碼理論再說明多媒體學習的認知模型，並

提出了以下四項學習原則：1.多媒體原則（multimedia principle）-學習不應該只 依賴文字而得到，應該同時使用圖表、圖畫、插畫等。學習者同時透過文字和圖 畫學習要比單純使用文字學習效果好。2.空間鄰接原則（spatial contiguity principle）-相關的文字與圖畫，在頁面相互鄰近的地方互相對應，會比遠離還要 有助於瞭解訊息。因此，應該把圖畫，插圖放在文字旁邊，使學習者同時看到文 字與圖畫。3.連貫性原則（coherence principle）-出現的文字與圖畫關係愈密切 時，學習者學習效果更好。所以只提供需要的相關文章與圖畫就好，儘量不放無 關的東西，以免使學習者難以理解主題。4.先備知識原則（prior-knowledge principle）-圖畫、插畫是該提供給先備知識較少的學習者，提供給先備知識較多 的學習者時，其效果會低於先備知識較少的學習者。

三、雙碼理論在教學之應用

表徵(representational connections)是兒童心智發展循序漸進的特徵，也可 說是將現實的事物或想法，以另外一種較為抽象、形式化或符號化的形式（圖形、

表格、符號、心像）來代表，並將他重新表達，以方便儲存、理解，進而達到與 人溝通的歷程(潘慧萍，2007)。學生如果認知負荷過重，就容易無法產生適切的 表徵。外在認知負荷指的是教學策略、訊息設計、介面設計、教材品質以及學習 環境所產生的額外認知負荷（Pociask & Morrison，2008）。當讀者在文章中尋找 資訊時，必須從頭到尾逐字的閱讀，找到可用的資訊後需將資訊暫存在記憶中，

再繼續往下閱讀，直到所有的資訊都被找到且記憶為止，文字的搜尋是費力且費 時的。但是在圖形中搜尋時，只要找到一個有用的資訊，其他的相關資訊就會在 附近被找到，不需要將資訊存在記憶中，故在圖形中搜尋資訊是省力且省時的。

優質的教材圖文設計與配置，有助於學習的理解。（Schuster & Carlsen，2009）

因此如果在教學中可以根據雙碼理論修改教材，可以幫助學生理解，減少認知負 荷，並提供有力線索，供其以省力又省時的方法完成解題。

黃媺恬（2010）指出教師若要增進學生的解題能力，首先就要先培養學生理

解題意，並選擇適當的表徵的能力。Paivio（1986）認為給予適當的情境線索，

會提高參照連結發生的可能，例如以圖片來展示文字內容。參照性連結一旦建 立，日後若面臨適當的情境或外來刺激，個體將會自動地從兩種系統中啟動相關 的關聯，資訊若能以語文與非語文兩種形式編入長期記憶中，日後回憶的成效將 可大為增進。因此，在設計電腦多媒體的學習環境，應提供給學習者語言性系統 及非語言性系統的表徵，例如：聲音、文字、圖像、動畫等等，讓學習者可藉由 不同的感官經驗來強化學習的效果。陳霈頡（2007）指出在教學過程中，教師應 理解學生的表徵和思考，從而釐清可能的迷思概念和錯誤，並適時幫助學生彈性 運用表徵並提升思考層次，教師能否選擇適當的表徵在教學過程中佔有舉足輕重 的地位。綜合以上所述，雙碼理論在教學上的應用，除了以圖文呈現外，還需檢 視圖文之間的連結，才可以強化其學習效果。

近年來，國內外學者針對雙碼理論的研究為數不少，研究對象從小學生到大 學生都有，林淑菁（2003）發現依據鷹架理論所設計的圖示教學，對資源班數學 學習困難學生解正整數乘除文字題上是有成效的。Cook（2006）認為使用圖像 表徵教學時，要先考慮個體差異，特別是事先了解學習者的先備知識，再確定什 麼樣的影響是關鍵，並以視覺表現模式表現。程麗滿（2008）研究發現情境動畫 遊戲教學模式能提昇高、中、低不同學習能力學生的數學學習成就，對中低學習 能力的學生而言，學習保留成效顯著。吳碧真（2012）發現運用圖像表徵的教學，

有助於學童對題意的理解。以下針對雙碼理論之相關實證研究，研究者整理如 表 2-1 所示：

表 2-1

雙碼理論之相關研究彙整 研究者

(年代) 研究主題 研究結果

Guastello, Beasley and Sinatra (2000)

Concept Mapping Effects on Science Content

Comprehension of Low-Achieving Inner-City Seventh Graders.

1.概念圖教學的學生分數高於傳統教學方

Visual representations in science education:

The influence of prior knowledge and cognitive load theory on instructional design principles.

研究者

McVicker (2007)

Comic strips as a text structure for learning to read.

研究者

(年代) 研究主題 研究結果

Defeyter,R usso &

McPartlin (2009)

The picture

superiority effect in recognition memory:

A developmental study using the response signal procedure.

1.不同年紀的測試者在圖優效應上會有不

and Liu

（2010）

Comparison of Earth Science Achievement Between

Animation-Based and Graphic-Based

Testing Designs

1.動畫模式是一個有效且可靠的教學方式。