數位教材設計之學習理論

數位學習是利用資訊設備，運用於教學或學習的工具，期望以新的科技與觀 點，進而改善傳統教學的不足。在運用新的科技於教學或學習時，更需要新、舊 的觀念與理論彼此相呼應，才能產出符合現今的數位學習模式。戴家良（2003）

認為數位化的學習過程，最主要的特色是學習者在學習過程中，屬於一種「個人 化」的行為，在這個先決的條件下，為了達到類似或優於傳統教學效果，必須善 加利用各種的學習理論來支撐，搭配不同的技術來顯現線上學習的特性。

數位教學媒體以文字、圖形、聲音、動畫、視訊等的型式來傳達教學訊息給 學習者，已成為一種設計潮流。適當的訊息選擇、設計策略，強化學習者對訊息 的認知，以輔助學習者學習與記憶，是教學設計者要努力達成的目標。因此，在 學習者的訊息處理過程中，要能幫助學習者達到最大的學習效果，如何設計數位

教材之訊息是個重要課題。

對於不同的學習者，設計、發展出適合的數位教材，設計、發展教材者必須 具備相關的學習與教學理論背景，所發展出之數位教材才能符合學習理念，使學 習更有效率，對於相關的學習與教學理論包括：認知理論、建構主義、動機論、

情境學習理論及維高斯基的學習理論，以下分別介紹。

壹、認知理論

認知心理學（Cognitive Psychology）係探究人類「思考之歷程」，以人類如 何獲取知識、如何儲存知識和如何使用知識為研究核心。一般而言，認知歷程包 括注意、知覺、理解、心像記憶、思考、推理、心智發展以及適應環境解決問題 等複雜歷程（張春興，1988）。該學派強調以科學方法來探討個體內在思考歷程 與心智活動。心智結構探討著知識在我們的記憶中是如何貯存的，以及貯存記憶 內容為何；而心智歷程為知識是如何被使用或處理的歷程。

認知心理學的主要理論架構可分為「Piaget的認知發展論」及「訊息處理模 式」：

一、Piaget的認知發展論

Piaget（1948）的認知發展論係指個體在適應環境時，其認知結構依環境要 求，隨著年齡增加而逐漸改變的歷程，這個歷程是不斷同化與調整，這整個歷程 也造成認知結構的重組。個體之間認知發展的速度，存在有極大的個別差異，一 般均經過四個程序性的階段：

（一）感覺動作期，0～2歲，模仿、恆久觀念。

（二）前運思期，2～7歲，具體、自我中心，且不可逆。

（三）具體運思期，7～11歲，去中心化、具邏輯觀念。

（四）形式運思期，11歲以上，具抽象、演繹及意識型態，有計畫性。

個體以與生俱來的一些行為模式因應外在環境中的事物，不斷累積而成為

「認知結構」，個體的「認知結構」亦稱「基模」，個體遇到某件事物時，便以 某種應對的基模進行核對、處理，基模為人類吸收知識的基本架構，且隨著認知

發展而發生質與量的改變，基模的改變源於適應（張春興，1997）。適應又分為 同化（Assimilation）與調適（Accommodation）二個歷程，所謂同化為當個體面 對環境刺激時，即以既有的認知結構與之核對並產生認知作用，進而納入原有經 驗架構；而調適係指當個體面對環境刺激時，既有的認知結構無法對新事務產生 認知作用，於是必須透過改變或擴大原有認知結構以適應新情境。

皮亞傑認知發展論在教育的應用，可分為四點：

（一）按學習者思維方式來決定何種教學策略才為適當。

（二）循著學習者認知發展順序進行課程設計。

（三）針對個別差異，對學習者實施因材施教。

（四）促進學習者心智發展之功能。

二、訊息處理論

訊息處理論主要在分析人類內在認知結構和認知歷程的運作，將個體視為處 理資訊的有機體，而人類靠著記憶組織來選擇處理外界的訊息，有助於我們了解 學習者學習與記憶的流程（張新仁，1990）。Gagné（1985）發展的資訊處理模 式，可分為幾個階段：感覺登錄、短期記憶、長期記憶及反應。

（一）感覺登錄

環境的刺激由學習者的感受器（Receptors）所接收，這些訊息進入大腦中 樞的感覺登錄器（Sensory Register）轉換成神經中樞的訊息（Neural Information），作極為短暫的停留，隨後那些引起學習者注意的訊息，但 僅有部份會被注意並進入短期記憶中，未進入短期記憶的訊息則會消失。

（二）短期記憶

經由「選擇性知覺」（Selective Perception）的歷程，儲存在短期記憶區

（Short-term Memory），Gagné指出短期記憶的存留時間約20秒，在短期 記憶系統裡，有些訊息會遺忘掉，有些是經由複誦（Rehearsal）得以保存 下來。短期記憶內的訊息需要進一步經過編碼的過程（Encoding

Process ），轉換成語意（Semantic），然後與個人舊有的知識結合後，

儲存在長期記憶（Long-term Memory）內。

（三）長期記憶

長期記憶有著無限的儲存容量，可永久性的儲存資料。當個人需提取長期 記憶區內的訊息時，需藉助某種回憶線索之協助，在長期記憶區內檢索

（Retrieve）出相關的資料，再將資料送回短期記憶區內，即所謂的工作 記憶（Working Memory），最後再視需要從事轉換與整合。

（四）反應

從長期記憶區取出的訊息，立即被送進反應形成器（Response Generator），

而組成口語、文字或動作等反應系列，最後引導動作器（Effector）如手、

腳、口等，對外界環境輸出反應。也可直接由長期記憶區送至反應形成器。

在整個資訊處理過程中，記憶與檢索是最重要的角色。

Gagné在一般訊息處理模式上加上期望（Expectancy）和執行控制（Executive Control）兩種因素。「期望」代表著學習者想要完成目標的一種特別動機；「執 行控制」則是學習者選擇在學習過程中如何去收錄訊息、檢索等的控制歷程

（Gagné，1985；林寶山，1988）。訊息處理模式如圖2-1 Gagné（1985）所示。

圖2-1 訊息處理模式 資料來源：Gagné（1985:71）

因此，由圖2-1可知，在透過數位教學媒體將教學訊息呈現給學習者時，如 何在一開始吸引學習者注意，進而輔助學習者記憶與整合，讓學習者產生動作並

執行控制 期 望

反應形成器

長期記憶 短期記憶

動作器

感受器 感覺登錄器

環 境

對外界環境反應，是訊息呈現設計的主要目標。而學習者對所學習到的訊息所產 生的動作（學習的回饋）將可幫助我們檢討教學設計是否成功。

林星秀（2001）認為運用認知理論在數位教材設計與發展之原則有：

（一）瞭解學習者的心理模式（Mental Model）與先備知識，以便於教材的設計 適合學生的程度。

（二）由於短期記憶的容量有限，為避免負荷過重，應提供功能選單（Menu）

與圖示（Icon），以避免記憶很多操作指令。

（三）一個畫面只呈現一個重要的概念或資訊，重點部份以不同的顏色將其顯現 出來，吸引學習者的注意力。

（四）呈現重要教材內容時，速度不能太快，需留點時間讓學習者編碼或組織新 訊息。

（五）以反覆練習的方式，使學習者能夠將新訊息予以編碼後，轉化成內部表徵，

以利儲存至長期記憶中。

（六）組織教材內容，使其具有連貫性，讓學習者進行深層處理

（Deep-processing），以利於記憶保留（Retention）更長久。

（七）學習者可依自己的需求控制學習順序與速度。

（八）回饋應提供訊息性的功能，以利學習者進一步思考。

（九）藉由圖表、圖形、影像、動畫、音效等視聽覺元素，增加學習者選擇性注 意及內在聯結的建立。

（十）利用「前導組織」（Advance organizer）對學習內容進行介紹，將新教材 與舊知識相聯結，使得新教材的學習變成有意義，以引起學習動機與促進 記憶與學習。

貳、建構主義

建構主義（Constructivism）強調學習者在學習過程中，以其現有的知識，建 構新概念的主動過程（張新仁，2003）。也就是說學習者在學習過程中，將建構 起自有的認知系統，新的知識必須與學習者舊有知識具有相關連，並由此建立或 重新建造學習架構的過程。

構建主義著重在學習者自行控制學習的順序、内容、速度與數量，學習者主 動操弄、探索與隨機重組知識、觀念和經驗，並與已存在的知識相關聯，進行假 設、決策等心智活動（沈中偉，1995）。經由建構理論可以瞭解，在教與學的環 境中，教授者為輔助者的角色，從旁協助學習者能主動建構知識，激發學習者思 考而獲取知識。因此學習者並非是被動的由教授者灌入知識，應是學生主動且積 極，由做中學來建構所需之知識。

建構主義者強調改變教師角色、學習型態和課程互動，以支持個體建構知 識。電腦科技可將複雜的真實世界情境以多重表徵（Multiple Representations）之 方式呈現，令學習者依個人需求，在擬真的情境（Authentic Situations），選擇 易理解之表徵進行個人知識的建構（許瑛玿，1999）。羅綸新（2002）認為應用 建構理論在多媒體電腦教學設計需瞭解：

一、知識的本質是建構的，而不是客觀存在的真理。

二、學習的過程是學習者主動探究的，而不是被動接受的。

三、學習者的先備知識會影響學習結果。

四、學習的情境應是實境，而不是人為控制下的教學環境。

五、強調學習探究過程的重要性而非學習目標。

數位學習教材可設計出多元化的情境，讓學習者有著主動研究、探索之精 神，並且進行知識與經驗建構，使得學習者更加積極、主動的追求知識，而非被 動獲取知識。

參、動機論

學習動機是學習者主動積獲取知識之原動力，學習動機不同，將會影響學習 成效（Mizelle,Hart & Carr,1993）。學習動機為引起學習活動、維持學習活動並 導引該學習活動達到目標之內在心理歷程。學習動機含三種意義：第一是「引 起」，不管動機來源是外在還是內在，都必需先引起學習者的注意；第二是「維 持」，要引起學生的注意並不是一件困難的事，因為人類與生俱來的好奇心、個

學習動機是學習者主動積獲取知識之原動力，學習動機不同，將會影響學習 成效（Mizelle,Hart & Carr,1993）。學習動機為引起學習活動、維持學習活動並 導引該學習活動達到目標之內在心理歷程。學習動機含三種意義：第一是「引 起」，不管動機來源是外在還是內在，都必需先引起學習者的注意；第二是「維 持」，要引起學生的注意並不是一件困難的事，因為人類與生俱來的好奇心、個