降低負荷的教材設計原則

認知負荷不僅僅提出相關理論而已，也提出了許多的實用的教材設計原則，茲介紹 如下：

1. 自由目標效應（Goal-free Effect）：

當學習者面臨一個非單一解決途徑的題目時，不限制其目標的教學方式而讓他 自由發展、表達自己的想法或思考歷程，將能有效的降低外在認知負荷（Sweller, 1989）。

對於課堂授課，尤其是本研究的實驗對象國中生而言，課程進度壓力常常是迫 使自由目標效應無法發揮的最大阻力，但自由地表達想法或思考歷程又相當重要，

因此本研究在實施實驗教學時，皆會在教學的關鍵點盡量給予受試者思考及互動的 機會，以增加這個效應的功效。

2. 工作示例效應（Work Example Effect）：

當學習者為新手時，教師在教導「程序性知識」（procedural knowledge）（通

常涉及某種程度的技能，有一定的執行程序的知識）時，若能給予適度的步驟化範 例，將能降低外在認知負荷，避免大量的認知資源被消耗（Sweller, 1989）。Copper

& Sweller 在 1985 及 1987 證明工作示例效應在代數的學習上是有效的，Zhu &

Simon（1987）也在其他的數學主題上，驗證工作示例效應的有效性。

3. 問題完成效應（Problem Completion Effect）：

「問題完成效應」是工作示例效應的延伸，實驗證明當完整的提供範例時的效 果，不如僅提供部分的步驟供學習者思考的效果來的好。原因可能有數個：其一為 過多的提示將會剝奪學習者的樂趣、學習的慾望及思考的方向；其二為當學習者將 完整的範例與自己處理中的問題皆置於工作記憶時，可能會造成負荷，適得其反。

「完成策略（competion strategy）」或許是一個不錯的方法，其指在一開始時提供 完整的解題，再進一步的慢慢減少步驟，至最後的僅呈現題目本身（Sweller, Van Merrienboer & Pass, 1998）。

在幾何的認知理解中，包含了循序性理解（sequential apprehension）（詳見2.5.2 小節），說明了在幾何的學習中，往往包含相當多的程序性知識，因此工作示例效 應及問題完成效應在幾何的領域更顯得格外的重要。

4. 分散注意力效應（Split-attention Effect）：

「分散注意力」的情況我們已經在 2.1 節中介紹過，其發生在當學習者必須分 散他們的注意力或是在內心整合不同的資訊時。而「分散注意力效應」即指學習者 學習整合過的資訊（指將相關的文字、圖形在空間及時間上做適當的整合），勝過 學習以分散注意力型式呈現的資訊。Tarmizi 和 Sweller（1988）算是最早觸及到 分散注意力效應的觀念，他們那時在驗證worked examples 如何幫助學習幾何，之 後Chandler 和 Sweller（1991）也在設計給電子科學徒的教學材料及生物學實驗圖 表中找到了分散注意力效應的測驗支持，Swller 和 Chandler 更在 1994 及 1996 年 的兩個研究中，發現分散注意力效應僅會在材料關聯度高的時候出現 。

「多媒體學習理論」也同樣的提到了分散注意力效應（Mayer, 2001, 2005），

且其還將其依時間及空間的整合原則分為「Temporal Contiguity Principle」及

「Spatial Contiguity Principle」，研究者將會在之後的 2.3.2 小節中介紹。

5. 形式效應（Modality Effect）：

工作記憶的運作方式，Baddeley 認為分別由「視覺空間畫板部門」（Visuo-spatial Sketchboard），及「聲韻迴路部門」（Phonological Loop）這兩個部門來處理視覺

及聽覺的訊息。認知負荷理論認為若訊息能被這兩個部門一起處理，效果將會優於 僅使用單一部門。如Mousavi, Low & Sweller （1995）的實驗指出，若將教材中的

「印刷文字」改以「聲音文字」表達，則可與「以視覺呈現的圖片」相配合，經由 視覺及聽覺兩通道來接收訊息，而不會因文字、圖片都以視覺呈現而分散了注意 力。其他研究如Mayer & Moreno, 1998；Tindall-ford, Chandler & Sweller, 1977；

Moreno & Mayer, 1999…等也全都在他們的實驗得到類似的結果。

6. 累贅效應（Redundancy Effect）：

對學習者而言，教師提供的訊息並不是愈多便愈能幫助學生建構出他們的知 識，如個別的訊息就能使學生理解，那麼再給予其他的訊息便多餘了（Sweller, Van Merrienboer & Pass, 1998）。我們可以從人類認知結構中了解這個效應發生的原 因：新的訊息應該以減少不必要工作記憶負荷的方式呈現，以節省工作記憶的空 間，因為工作記憶空間是有限的。例如當學習者必須同時聽及閱讀一段文字，而這 兩種型式的文字沒有完全相同，或學習者接收的速度沒有一致時，訊息便很可能變 得破碎而難以理解，工作記憶將會花更多的時間統整及協調這些訊息。

但「累贅效應」的發生並不是絕對的，往往與學習者的先備知識有關，若學習 者的先備知識不足，則另加的說明文字可能是需要的；但若面對的是老手，則會造 成多餘效應（McNamara et al. ,1996）。

7. 變化效應（Variability Effect）：

「變化效應」就是一個使用增生負荷來促進學習的例子。藉由改變問題的情 境，刺激思考，幫助基模的建立與拓展，但應用時需注意前述所提到的整體認知負 荷量不能超出學習者的能力範圍（Sweller, Van Merrienboer & Pass, 1998）。

以上幾點都是相當實用的教材設計原則，本研究雖是使用以「課堂授課為導向」的 教學方式，但仍將上述原則視為教材編製的指導方針，惟因人、事、時、地、物的不同 而加以融入變通使用（基本上會都融入本研究的教材當中，特別需要說明的部分，將會 在3.4.1 小節中說明）。