雙碼理論與多媒體學習理論

本研究的研究對象屬於Van Hiele的視覺期，所以研究設計著重視覺刺激。而由 Paivio（1986）所提出的雙碼理論（Dual-Coding Theory），發現人類對圖形與文字 有不同的處理系統。Mayer (2001)提出的多媒體學習理論則可以知道多媒體如何增進 學習者的學習。

壹、雙碼理論

Paivio（1986）認為人類在訊息處理過程中不只有單一的記憶儲存方式，他提出 雙重編碼理論，認為人類擁有兩套關聯但又獨立處理不同類資訊的系統，分別為語文 系統（logogens）與圖像系統（Imagens）。此兩套系統可以同時處理不同的資訊；如 圖2-1中，語文（verbal）與非語文（nonverbal）如圖形等各有其組織、架構，語文 與非語文間亦有其關連性的存在。

當人類在學習時，人的工作記憶區中（working memory）對以語文或非語文呈現 方式之材料，有三種處理的過程。語文系統在接收語文的刺激後，將這些資訊具像化，

並將其編碼成文字後儲存在語文記憶區中；這個由外而內的認知處理過程，稱之為建 構一個語文表徵的連結（building adverbial representational connections）或文 字編碼。而圖像系統（Images）則專門處理圖像等視覺化的刺激，將圖像具像化後將 其編碼儲存在圖像記憶區中，也在所對應的語文記憶區中留下一個文字性對照版本；

這個由外而內的認知處理過程，稱之為建構一個圖像表徵的連結（building visual representational connections）或圖像編碼（visual encoding）。而兩系統間會對 照連結，即「參照鏈結」(referential connection)。由雙碼理論可以發現人類的學 習成效將視「文字編碼」、「圖像編碼」、以及「參照鏈結」等三種鏈結的品質而定。

圖 2- 1. 雙重編碼模式【資料來源：Paivio（1986）】

Paivio(1990)認為工作記憶的處理依雙碼理論，可分為三種類型：

(1)表徵性連結(representational connections) ：

指外在的刺激透過感官系統會引起直接表徵或啟動相對應的表徵。即語文刺激 會與語文系統產生表徵性連結；圖像刺激會與圖像系統產生表徵性連結。

(2)關聯性連結(associative connections) ：

指在單一編碼系統中同屬性元素的關聯。即語文系統中，同一屬性的文字碼之 間具有關聯性；圖像系統中，同一屬性的圖碼之間具有關聯性。

(3)參照性連結(referential connections) ：

指兩種編碼系統之間相互對照的關係。即語文系統中的文字碼與圖像系統中的 圖碼有互相參照的關係。

Paivio（1971）還提出人類的圖像系統處理能力比語文系統較好的主張。認為當 接受一個圖像刺激時，我們會將圖像另外處理轉換成語文；但當接受語文的刺激時時，

我們卻不會把它轉換成圖像，所以人類的圖像系統處理能力比語文系統較好。

不過既然有兩套系統，當然一個觀念的呈現方式透過這兩種系統同時呈現，會比 單純只利用其中一種呈現方式來的好。然而並不是說兩種編碼系統加在一起就比一個 系統好，而是圖像和文字之間要有強而有力的連結，才能輔助學習者建立文字性和圖 像的相關性，產生學習（范懿文、陳彙芳，2000）。

貳、多媒體學習理論

Paivio（1986）提出雙碼理論後，許多學者便針對雙碼理論做了實證的研究來驗 證（Mayer & Anderson, 1991, 1992；Mayer & Gallini, 1990； Mayer & Sims, 1994）。

他們發現，圖像搭配文字的呈現方式，比只有文字的呈現方式，對學習者而言，果然 有較好的學習效果。並且發現將多媒體中的不同媒體以整合同時呈現的方式，比以分 開循序呈現的方式，對學習者而言，也有較好的學習效果。

Mayer & Gallini（1990）的研究中以紙本的科學教科書做實驗，其研究發現將圖 片與文字整合在同一頁的學習效果較好，將圖片與文字分開放置不同頁的學習效果則 較差；Mayer & Anderson（1991,1992）的研究則是以電腦做成的數位教材做實驗，所 得出的結果亦然。而Mayer & Sims（1994）的研究雖然一樣以數位化的多媒體教材做 實驗，但教材內容為打氣筒原理、人體呼吸系統原理等不同的教材，實驗組別分為「圖 文整合同時呈現」與「圖文分開循序呈現」，其研究同樣發現將圖片與文字同時呈現 的學習效果較好；此研究也探討圖文整合對高低經驗的學習者的學習效果，發現不管 是高經驗或低經驗，圖文整合的呈現方式都較有助學習者的學習。Mayer 根據雙重編 碼理論，提出解釋：高經驗的學習者，可從長期記憶區（Long term memory）中將相 關的資訊連結在一起，如下圖2-2 中第4 部份的連結；因此，所需圖文刺激的效果雖 與低經驗的學習者有差異，但不管是高經驗或低經驗的學習者，圖文整合的呈現方式 較有助學習者的學習。

圖 2- 2.雙碼理論概念圖（資料來源：Mayer & Sims , 1994）

Mayer(2001)進一步提出多媒體學習理論，他結合了 Paivio (1971)的雙碼理論、

Baddeley (1992)的有限工作記憶容量理論與 Sweller, Van Merrierboer & Paas (1998)的 認知負載理論，並且提出不同設計方式，以減少學習者外在認知負荷。Mayer多媒體 學習理論的核心概念是：（一）提供聽覺旁白讓學習者不會與所描述的視覺編碼混淆。

（二）聲音被組織為口語模式並進入圖像模式。（三）工作記憶用來整合口語模式、

圖像模式與儲存於長期記憶之中的先備知識，這種整合常常發生在接受到少量資訊之 後，而不是教學結束的時候。並且透過實證研究後對多媒體教材的運用提出了七大設 計原則：多媒體原則(multimedia principle)、空間接近原則(spatial contiguity principle)、

時間接近原則(temporal contiguity principle)、連貫性原則(coherence principle)、形式原 則(modality principle)、重複原則(redundancy principle)、個別差異原則(individual

differences principle)等。

（一）多媒體原則(multimedia principle)：

運用多媒體可以提升學生的學習效果，例如學生學習語詞時，文字搭配圖 形學習就比僅用文字來學習的學習效果要好。

（二）空間接近原則(spatial contiguity principle)：

書面資料或電腦螢幕上的文字與相對應的畫面鄰近呈現比隔開呈現，對學 生的學習效果來得好。

（三）時間接近原則(temporal contiguity principle) ：

文字與相關的圖形最好能同時呈現，時間愈接近，學生的學習效果愈好。

（四）連貫性原則(coherence principle) ：

文字及圖案必須和教學內容相關，與學習目標無關的文字、圖形與聲音等 最好不要放入學習內容中。

（五）形式原則(modality principle) ：

動畫加旁白的學習效果要比動畫加文字的學習效果為佳，所以多媒體教材 設計應善用視覺與聽覺管道，以提昇學習效果。

（六）冗餘原則(redundancy principle) ：

動畫加旁白的學習效果比較好，動畫加文字的效果較不佳，因為人類對於 同時呈現的視覺與聽覺資訊的處理容量有限，所以看動畫的同時無法很專 注地看字幕。所以多媒體動畫應刪除非相關、非必要的重複訊息，以減少 認知負荷或干擾學習。

（七）個別差異原則(individual differences principle) ：

教材的內容份量與圖案應考量學習者的先備知識之高低不同來設計，先備 知識低者，需要較為豐富的圖案；而先備知識高者，則不需給予過多的圖 案。所以每個學習者的特性都不一樣，有的教學設計適用於某些人，對於

其他人效果反而不佳。所以設計時需要考慮個別差異。

Mayer 和Moreno（2003）還提出分割（Segmenting）的多媒體設計原則，認為若 將學習內容分割成數個小片段，可以減少每次學習者接受的訊息量，例如由學習者自 己控制播放的功能，學習者就可以有充足的時間從每一個片段中選擇、組織與整合訊 息後再進入下一片段，如此一來，學習者能更有效的分配與使用認知資源，因此其學 習效果會比不具備學習者控制播放進度功能的連續播放多媒體教材學習成效好。

參、小結

由雙碼理論與多媒體學習理論可以確定適當的圖像刺激或多媒體刺激能增進學習 者的學習效益，所以本研究蒐集並選擇適當的多媒體教材來教學，希望增進學習者在 角度量測的學習效益。而在角度量測教學時，因為量角器的刻度複雜，學童常看不清 楚老師的示範，就算老師使用教師用大量角器，量角器的刻度學童仍看不清楚，而使 用單槍投影雖然可以讓學童看清楚量角器的刻度，但老師是在電腦上操作，學童就看 不到操作量角器的步驟。而最近國內大量使用互動式電子白板，經由電子白板學童不 但可以看清楚量角器的刻度，也可以看到如何操作量角器，所以研究者藉由互動式電 子白板的輔助教學，研究是否能增進學習者的角度量測學習效益。