電子白板的資訊量與互動量對學習成效之影響－以國一生物為例

國

立

交

通

大

學

理學院碩士在職專班科技與數位學習組

碩

士

論

文

電子白板的資訊量與互動量對學習成效之影響

－以國一生物為例

The Influence of Elements of Information and Interactive Quantity for

Interactive Whiteboard on Learning Achievements

– Taking Junior High School “Biology” Classes as an Example

研 究 生：黃建福

指導教授：陳登吉 教授

電子白板的資訊量與互動量對學習成效之影響

－以國一生物為例

The Influence of Elements of Information and Interactive Quantity for

Interactive Whiteboard on Learning Achievements

– Taking Junior High School “Biology” Classes as an Example

研 究 生：黃建福 Student：Chien-Fu Huang

指導教授：陳登吉 Advisor：Dr. Deng-Jyi Chen

國 立 交 通 大 學

理學院碩士在職專班科技與數位學習組 碩 士 論 文

A Thesis

Submitted to Degree Program of E-Learning Collage of Science

National Chiao Tung University in Partial Fulfillment of the Requirements

for the Degree of Master In Degree Program of E-Learning

June 2010

Hsinchu, Taiwan, Republic of China

電子白板的資訊量與互動量對學習成效之影響

－以國一生物為例

學生：黃建福 指導教授：陳登吉 博士

國立交通大學理學院碩士在職專班科技與數位學習組

摘要

近年來電子白板（interactive whiteboard, IWB）被廣泛的應用，因其具有強大的教 育功效如提升學習成效、學習動機、教學效率、教室氣氛等，其中最重要的是增加互動 性，使得學生的注意力與參與度也隨之增加，但電子白板只是科技教學輔具，如何有效 的使用需要更進一步的研究，然而目前較少在電子白板上呈現的教材的相關研究，故本 研究欲探討符合IWB 互動性多媒體教材之設計原則，並探討 IWB 融入國中自然領域教 學對學生自然領域學習成就及認知負荷之影響。 本研究採用準實驗設計方法，實驗對象為桃園某所國中一年級五個班級學生共 151 人，進行以下的實驗： (1)以國一生物「化石」主題單元，探討電子白板上不同資訊量的多媒體教材，對學 生在該單元之學習成效與認知負荷的影響。 (2)以國一生物「演化學說」主題單元，探討電子白板教師與電子白板的互動量對學 生在該單元之學習成效的影響 (3)以國一生物「演化歷史」為主題單元來探討學生與電子白板的互動量對學生在該 單元之學習成效的影響。 收集數據統計分析的結果發現如下： (1)電子白板上不同資訊量的多媒體教材在學習成效上有顯著差異，以資訊量 7 的學 習成效較佳。

異，以互動量5 的學習成效較佳。 (3)電子白板上不同學生與電子白板互動量的多媒體教材在學習成效上有顯著差 異，以互動量3 的學習成效較佳。 本研究的成果，可提供生物教師使用電子白板進行「化石」、「演化學說」與「演化 歷史」等主題單元教學時的教材設計與教學方式參考。 關鍵字：資訊量、學習成效、電子白板

The Influence of Elements of Information and Interactive Quantity for

Interactive Whiteboard on Learning Achievements

– Taking Junior High School “Biology” Classes as an Example

Student: Chien-Fu Huang Advisor: Dr. Deng-Jyi Chen

Degree Program of E-Learning

College of Science

National Chiao Tung University

Abstract

Recently, interactive whiteboard has been widely applied in that it possesses powerful educational effectiveness such as promoting learning effectiveness, learning motives, teaching efficiency, classroom atmosphere, etc. Most importantly, it increases learning interaction and the attention and participation of students. However, interactive whiteboard is only the technological teaching aid, and it should be further studied to bring it into full play, but so far no relevant studies on teaching materials through interactive whiteboard have been found. Therefore, the purpose of this study was aimed to explore the design principles of IWB interactive multimedia teaching materials and the influence of students’ learning achievements in Nature Science and cognitive load with IWB integrated into teaching in Nature Science in junior high school.

The study used quasi-experimented designs to do the following experiments. The subjects are 151 students of 7th grade from five classes of some junior high school in Taoyuan.

(1) The study took “Fossil” in Biology of 7th grade as the main subject unit and explored multimedia teaching materials of different information suites on IWB on the influence of students’ learning achievements and cognitive load on that unit.

and explored the teachers who use IWB and the interactive quantity of IWB on the influence of students’ learning achievements on that unit.

(3) The study took “Evolution History” in Biology of 7th grade as the main subject unit and explored the interactive quantity between students and IWB on the influence of students’ learning achievements on that unit.

The results of the data analysis are as follows:

(1) On IWB, multimedia teaching materials of different elements of information have significant differences in learning achievements, and elements of information 7 has better learning achievements.

(2) On IWB, different teachers and multimedia teaching materials of IWB interactive quantity have significant differences in learning achievements, and interactive quantity 5 has better learning achievements.

(3) On IWB, different students and multimedia teaching materials of IWB interactive quantity have significant differences in learning achievements, and interactive quantity 3 has better learning achievements.

The results of this study are able to provide Biology teachers with the design of teaching materials and teaching methods for reference when they use IWB to teach main subject units such as “Fossil”, “Evolution Theory”, and “Evolution History”.

誌謝

能夠完成這本論文，要感謝許多人在這一路上對我的指導與幫助，讓我在交通大學 進修的這兩年中，能夠順利畢業並在各方面都能有所成長。 首先要感謝指導教授陳登吉老師和孔博士的指導及教誨，在學術上給予我充分的指 導，為我的研究開啟一扇大門，尤其是孔崇旭教授每個禮拜不辭辛勞地在我整個研究過 程及論文撰寫上給予細心的指導及觀念上的啟發，讓我能順利完成研究及論文，還有黃 世昆教授及洪茂盛教授在論文口試時給予我細心的指導與建議，讓我的論文能更加完 善。 再來要感謝實驗室的同學們：陳錦儒同學、廖元鴻同學、洪詩玲同學及徐淑芬同學 在我的研究過程中提供協助，大家能夠同心協力合作完成學業是件很令人感動及開心的 事。還有我所任教學校的長官及老師們：傅瑜雯校長、葉蓮芬主任、殷湘玲小姐等給予 我許多幫助與鼓勵，協助我完成研究。 最後更要感謝我的家人給我的鼓勵與支持，讓我這兩年可以將心思專注在學業及研 究上，尤其是媽媽在我進修期間生病，所幸有父親、二位兄長及親戚們的幫忙，讓我能 夠有餘力完成學業。 真的很謝謝你們大家對我的幫助，你們給我的協助與支持正是我完成學業的最大動 力，最後謹以本論文獻給所有幫助我、支持我、關心我的人，謝謝大家。 黃建福謹誌 中華民國九十九年七月

目錄

目錄...vi 表目錄...ix 圖目錄...x 一、緒論...1 1.1 研究背景 ...1 1.2 研究動機 ...1 1.3 研究目的 ...3 1.4 研究範圍與限制 ...4 1.5 名詞解釋 ...4 1.5.1 電子白板(interactive whiteboard)...4 1.5.2 資訊量(elements of information) ...5 1.5.3 學習成效(learning achievement) ...5 二、文獻探討...6 2.1 認知負荷 ...6 2.1.1 認知負荷的基本假設 ...6 2.1.2 認知負荷的類型 ...7 2.1.3 認知負荷理論的教學設計原則 ...9 2.1.4 降低認知負荷相關研究 ...10 2.1.5 認知負荷的測量 ... 11 2.1.6 資訊量的討論 ...12 2.2 互動學習相關理論 ...12 2.2.1 互動學習的形式 ...12 2.2.2 互動學習模式於電子白板之應用 ...13 2.3 電子白板相關研究 ...15

2.3.1 電子白板的應用層次 ...15 2.3.2 電子白板的相關研究 ...16 三、理論模型...23 四、研究方法...26 4.1 研究流程與架構 ...26 4.1.1 研究流程 ...26 4.1.2 研究架構 ...26 4.2 研究設計 ...27 4.2.1 實驗步驟 ...27 4.2.2 實驗設計 ...28 4.2.3 研究對象 ...32 4.3 研究工具 ...32 4.3.1 電子白板 ...32 4.3.2 後測試卷(生物科學習成就測驗) ...34 4.3.3 認知負荷主觀評量問卷 ...34 4.3.4 互動式多媒體教材 ...35 4.4 資料處理 ...35 4.5 互動式多媒體教材編輯製作 ...36 4.5.1 互動式多媒體教材編輯製作軟體-IMCS ...36 4.5.2 教材編輯製作過程 ...37 4.5.3 互動式多媒體教材樣版 ...40 4.5.4 互動式多媒體教材樣版製作過程 ...41 五、實驗結果與討論...45 5.1 電子白板單面教材資訊量對學習成效之分析 ...45 5.1.1 進行階段一實驗前的前測單因子變異數分析的結果 ...45

5.1.3 階段一實驗－不同資訊量後測成績之學習成效比較 ...48 5.1.4 階段一實驗－不同資訊量之認知負荷比較 ...48 5.2 電子白板單面教材資訊量師-白互動量對學習成效之分析...49 5.2.1 階段二實驗－不同師-白互動量後測成績單因子變異數分析的結果...49 5.2.2 階段二實驗－不同師-白互動量後測成績之學習成效比較...51 5.3 電子白板每一小單元生-白互動量對學習成效之分析...52 5.3.1 階段三實驗－不同生-白互動量後測成績單因子變異數分析的結果...52 5.3.2 階段三實驗－不同生-白互動量後測成績之學習成效比較...53 5.4 結果摘要 ...54 5.5 討論 ...54 六、結論與建議...56 6.1 結論 ...56 6.2 建議 ...56 6.3 未來研究方向 ...56 參考文獻...57 附錄一 學習成就測驗試卷 ...62 附錄二 認知負荷量表 ...68

表目錄

表 1 國內外電子白板相關文獻。 ...16 表 2 資訊量計算方式 ...30 表 3 SB680V 硬體規格表 ...33 表 4 專家教學資料表...34 表 5 後測試卷信度分析表...34 表 6 階段一實驗前測之各班學生變異數同質性檢定...45 表 7 階段一實驗前測之各班學生單因子變異數分析 ANOVA...45 表 8 階段一實驗後測之各組學生變異數同質性檢定...46 表 9 階段一實驗後測之各組學生單因子變異數分析 ANOVA...46 表 10 階段一實驗後測之五種資訊量數之成對比較...47 表 11 五種資訊量教材之學習成就比較表(描述性統計量)...48 表 12 階段一實驗認知負荷統計表(描述性統計量)...48 表 13 階段二實驗後測之各組學生變異數同質性檢定...49 表 14 階段二實驗後測之各組學生單因子變異數分析 ANOVA...49 表 15 階段二實驗後測之五種師-白互動量數成對比較...50 表 16 五種師-白互動量教材之學習成就比較表(描述性統計量)...51 表 17 階段三實驗後測之各組學生變異數同質性檢定...52 表 18 階段三實驗後測之各組學生單因子變異數分析 ANOVA...52 表 19 階段三實驗後測之五種生-白互動量數成對比較...53 表 20 五種生-白互動量教材之學習成就比較表(描述性統計量)...54

圖目錄

圖 1 互動理論模型 ...23 圖 2 研究架構圖 ...27 圖 3 實驗步驟圖 ...28 圖 4 文字資訊量 3 計算範例 ...29 圖 5 圖片資訊量 3 計算範例 ...29 圖 6 圖文並茂元件資訊量 3 計算範例 ...30 圖 7 電子白板裝置運作圖 ...33

一、緒論

1.1 研究背景

近來年，電子白板被廣泛的應用於教育上，世界各國大量引進學校與教室教學之 中，在「2009 年創新教學與學習科技國際論壇」中教育部司長即指出：2005 年墨西哥 建置了 4 萬片、馬來西亞建置 6 萬片；2007 年英國中小學 50%的班級有電子白板；到 了 2009 年英國中小學 98% 設置電子白板，美國總統歐巴馬承諾 200 億經費挹注教 育，其中 100 億用於打造未來教室，韓國提撥 3166 萬美金完成 2400 間教室 E 化， 台灣也於「資訊教育白皮書」中提出要撥款四十餘億經費建置中小學資訊設施，方便教 室中進行多媒體互動式教學，其中互動式電子白板已經是傳統教室中最重要的教學輔具 之一。 電子白板其實只是一塊大型的觸控板，連接電腦與單槍投影機而運作，之所以會被 如此大量的引進於教學現場是因為其異於傳統黑板及單槍投影機教學的功能，甚至可以 說是結合了傳統黑板及單槍投影機於一體，在此螢幕上可隨意書寫、操作、標記、圈點， 所書寫資料能儲存、重複播放及列印。 因為具有這些功能，所以電子白板在教育現場使用時，有相當良好的教學成效，相 關的研究也陸續出現，有學者研究指出，電子白板具有增加互動性、提升學習成效、有 助教學效率、幫助資訊學習能力(Bruce & Rose, 2010; Hall & Higgins, 2005; Hennessy, Deaney, Ruthven, & Winterbottom, 2007; Omar, 2010; Schmid, 2008; Slay, Siebörger, & Hodgkinson-Williams, 2008; Thompson & Flecknoe, 2003；江志浩，2009；劉文斌，2009； 蔡文瓊，2009；張夏暖，2009；高瑩真，2008；鄭仁燦，2008；陳秀雯，2008；林儀惠， 2007；黃國禎，2007；顏菀廷，2007)等的的功能，尤其是提升互動性的部份，因為提 升了互動性，相對的也增加了學生的注意力、參與度、學習動機、學習態度及學習興趣 等。

室後勢必會對教師傳統的教學帶來極大的衝擊，並造成教學環境的改變，如教學習慣、 教材設計、教學方式、教室配置與教室氣氛等等，如何善用此高互動性的科技輔具來導 入教學，且發揮此設備之最大功能與效益，需要更多、更深入的研究來探討及證明，(Bruce & Rose , 2010)提出需要更多研究來決定電子白板如何使用可以與學習成效相關，不當的 教材呈現是無法提升動機和學習成效的，由此可知，在使用電子白板教學時，應有適當 的教材呈現方式。 早期電子白板的研究多以師生自陳量表為工具進行問卷調查或晤談結果所得，探討 項目偏向於教師知覺、師生滿意度、學習動機、學習態度等(陳惠邦，2006)，近來才有 較多探討使用電子白板教學的學習成效，但多為傳統教學組、單槍教學組與電子白板組 的比較(江志浩，2009；張夏暖，2009；顏菀廷，2007；林儀惠，2007)，但卻少有深入 探討電子白板上多媒體教材設計的原則對學習成效的影響，而學習成效正是教學上認知 層次首要達成的目標之一，故本研究的重點著重在於電子白板教學時不同因素對學習成 效的影響。 在多媒體教材的設計上，資訊量是首要考慮的要素之一，因為資訊量會影響認知負 荷，不當的教材呈現方式，將影響學習者外在認知負荷，進而影響學習成效( Mayer, Moreno, Boire &Vagge, 1999)，而當資訊量過多時，會增加教材的外在認知負荷，可能會 降低學習成效。 人的工作記憶容量有資料數目(chunks)的限制(Cowan, 2001; Miller, 1956)，語言記憶 容量的能力大約是7±2 (Miller, 1956)，圖像記憶容量的能力約能記憶 4±1 個圖形資料項 目(Cowan, 2001)，但是這些實驗所得到的數字，卻都是在桌上型電腦的研究之下所得到 的，然而不同載具適合的資訊量不同，電子白板也是一種載具，應有其較適當的資訊量， 至今仍相當缺乏於電子白板之尺寸實驗相關的文獻，而電子白板將成為未來教學輔具的 主流，故研究者想探討若以較常見的電子白板尺寸-80 吋時(以 SB680V 為例)，教材設計 之較佳資訊量為何，此為本研究的動機之一。 許多研究都指出電子白板可增加教室教學的互動性，相關的研究並未詳細指出使用 電子白板教學時可增加何種互動及互動的增加對學習成效是否有正面的效果，故有學者

(陳惠邦，2006)指出互動的內涵與必要性及成效需要更進一步的探討。且互動的方式有 很多種，如教師-學生、教師-電子白板、教師-電子白板-學生、學生-電子白板-學生、教 師-學生-電子白板等等，其中教師與電子白板的互動可增加學生的注意力與學習動機， 並有提示重點的效果，但過多的互動是否反而會增加不必要的認知負荷，而降低了學習 成效，故本研究的動機之二乃在探討教師與電子白板的互動應為多少較為適當。 由互動學習理論可知，互動是學習的方式之一，學習者藉由與同儕的互動、與教師 的互動及與教材的互動都可以得到學習的效果。互動會影響學習動機與學習成效，尤其 是學生和電子白板的互動，李慶志(2008)的研究指出讓學生藉由親自操作電子白板學習 數學，有助於提高該生的數學學習興趣。但也有學者(陳惠邦，2006)提出警告，如果教 師過於倚賴互動白板，並常允許學生在互動白板上活動，很有可能導致教學進度落後， 甚而更強化了教師中心的教學，目前尚無相關研究指出學生與電子白板互動對學習成效 之影響及較佳的學生操作電子白板次數，故本研究的動機之三旨在探討學生與電子白板 的互動應為多少較為適當。 綜合以上所述，研究者想要了解如何將電子白板這項科技在教學上「有效地使用」 來達到學習成效的目標。

1.3 研究目的

基於前述的研究背景及動機，電子白板具有強大的教育潛能，近來政府大量的將電 子白板導入學校及教室，勢必造成教學現場的改變，由此可知，電子白板上的多媒體教 材設計及教學策略應有不同的原則，而目前尚缺乏相關的研究，故本研究之目的旨在探 討應用電子白板教學時之資訊量及互動量是否會影響學習成效和認知負荷，並希望藉此 能歸納出較佳的教學方式，期能提供教師在電子白板上編輯多媒體教材及應用電子白板 教授多媒體教材時的一項參考。 本研究以國中一年級自然與生活科技領域演化單元為教學內容，設計符合電子白板 需求的高互動式多媒體教學教材，並作為電子白板融入教學研究之實驗材料，本研究目 的如下：

1.探討利用電子白板教學時，較適合之多媒體教材單面資訊量為何。 2.探討利用電子白板教學時，較適合之教師與電子白板的互動量為何。 3.探討利用電子白板教學時，較適合之學生與電子白板的互動量為何。

1.4 研究範圍與限制

本研究範圍界定如下： 本研究以國一自然與生活科技「演化」作為電子白板的多媒體教材課程內容，研究 者依「九年一貫課程標準之能力指標」編輯多媒體教材，希望將本研究的結果作為電子 白板多媒體教材編輯及教學的參考依據，但因限於時間、人力及經費等問題，使得本研 究結果運用受到以下幾點的限制： 1.本研究的實驗設計採方便取樣的方式，實驗進行之樣本皆以班級為單位進行實驗，以 桃園縣某國中一年級學生為實驗對象，故本研究的結果無法對其他群體做過度的延伸 及推論。 2.本研究所採用之教材內容為國一自然與生活科技「演化」單元，所得之結果僅能推論 國一自然與生活科技「演化」單元之教學參考，對於其他的教學單元，無法做過度的 推論。 3.本研究是以 80 吋之電子白板作為研究工具，所得之結果是否能推論至其他不同尺寸規 格的電子白板，則有待進一步的研究。

1.5 名詞解釋

1.5.1 電子白板(interactive whiteboard)

電子白板，英文名稱為Interactive WhiteBoard，簡稱為 IWB，中文也可稱為互動式 電子白板、互動電子白板、互動白板等。電子白板是大型的觸控板，連結電腦、投影機 而運作，電子白板相當於觸控式螢幕，外觀與傳統白板相似，但電子白板可以透過其上 所安裝之軟體而有許多互動功能，是近年來被大量使用的教學輔具。電子白板的生產廠 商及型號非常多樣，本研究所採用的電子白板是Smart Board 公司生產的 SB680V。

1.5.2 資訊量(elements of information)

許多研究皆提及資訊量，多數研究皆指出過多的資訊量會影響學習者的學習。但資 訊量如何計算，並沒有一定的規則與標準。本研究探討各相關文獻後，將「資訊量」以 「觀念的個數」做計算，將敘述一個觀念的聲音、文字或圖片各視為一個元件。

1.5.3 學習成效(learning achievement)

指學生在學科學習之後的成果表現，衡量學習者的學習成效有很多種方法，這裡所 指的學習成效乃是指學習者的學習成績，包括期中成績、期末成績、實驗的後測成績等， 本研究的學習成效是指實驗的後測成績，亦即學生在接受互動式多媒體教材教學後立即 給予試卷施測所得的後測成績。若學生的成績越高，代表學習成效越好。本研究的教材 共分為三個學習單元，每一個單元課程的學習結束後會進行形成性評量，以此測驗成績 定義為各單元的學習成效。

二、文獻探討

2.1 認知負荷

「認知負荷」(cognitive load)早期應用在軍事訓練及各種企業上，稱為「心智工作 負荷」(mental workload)，直到Sweller(1998)提出「認知負荷理論」(cognitive load theory， CLT)將此觀念引入教育界，學界才開始聚焦於探討教學法、學習內容對於學習者概念獲 得與認知層面的影響，以及認知負荷與教學效果的關係之後，於是開啟了認知負荷理論 運用於教育問題的研究新頁。

2.1.1 認知負荷的基本假設

Sweller 所 提 出 的 認 知 負 荷 理 論 對 人 類 認 知 架 構 有 四 項 基 本 假 設(Sweller, Van Merrienboer & Paas, 1998；宋曜廷，2000；翁嘉鴻，2001；陳密桃，2003)：

1. 人類的工作記憶(working memory)容量是有限的

人類對於新訊息的接收，必須依賴工作記憶對訊息做更深入的認識與理解，理解 之後刻意予以保留，使之轉為長期記憶。工作記憶的容量是有限的，平均只能儲 存大約 7 個要素(elements)，但是能真正同時操作處理的，只有2-4 個要素，且 工 作 記 憶 運 作 或 保 留 的 時 間 極 短 ， 若 未 經 重 述 ， 大 約20 秒 隨 即 消 失 (Van Merrienboer & Sweller, 2005)，由於運作記憶容量有限，所以如果需要一次處理多 個訊息，容易造成認知負荷過重。且若待處理的訊息其本身內部要素的互動性 高，必須相互參照後才能了解，則個體將更耗費短期記憶容量，因而產生更大的 認知負荷，造成學習困難。

2. 人類的長期記憶（long term memory）並沒有容量的限制

由於長期記憶無容量限制的特性，使得專家與生手在處理某些事件上，產生極大 的差異性。專家和生手最主要的差別，在於長期記憶所儲存知識內容的多寡。由 於專家的長期記憶儲存許多的問題狀態（problem states）知識，以及對應的解法， 在面對問題情境時，可以自長期記憶中迅速的檢索出對應之策，但新手卻需要於 短期記憶中進行推理和搜尋，進而耗費了許多精力。

3. 知識是以基模（schema）的形式儲存在長期記憶中

個體學習所得知識概念以基模的形式存於長期記憶中，根據基模理論，它的發展 是由簡單到複雜，由粗略到精緻的建構過程。許多佔用記憶容量的訊息成分，可 以融合成一個複雜的基模，而變成一個單一的處理單位，所以，基模除了在長期 記憶中可以發揮組織和儲存訊息的功能外，亦可以在工作記憶區發揮降低記憶負 荷的功能(Van Merrienboer & Sweller, 2005)。

4. 基模運作自動化（schema automation）(張春興，1996)是基模建構的重要過程 人類處理訊息的模式有兩種，一種是控制式處理，另一種是自動化處理。控制式 處理在意識層面上占用的運作記憶空間極多，而自動化處理較不需意識的監控， 占用的記憶空間極少。自動化的訊息處理可降低工作記憶的負荷，若藉由充分的 練習可以將基模的運作自動化，當基模運作自動化後，可以節省許多工作記憶區 的空間，進而降低工作記憶區之負荷，便可同時對更多訊息作同時或更深入的處 理。

2.1.2 認知負荷的類型

Sweller(1998)等人指出在教學過程中，學習者的認知負荷來源可分為以下三類： 1. 內在認知負荷(intrinsic cognitive load)

內在認知負荷是指在工作記憶中需要同時進行並整合處理的元素(element)數 量，這種複雜的元素越多，學習者的內在認知負荷就越大。當訊息結構複雜度越 高，學習者需要將高關聯性的教材在工作記憶區中處理，此時即產生內在認知負 荷。內在認知負荷的來源是教材本身特性，不易靠良好的教材設計而降低。 2. 外在認知負荷(extraneous cognitive load)

外在認知負荷來自於教材的組織和呈現方式。不同的教材組織與呈現方式會有不 同大小的外在認知負荷。妥善安排、有組織的呈現教材，可以降低外在認知負荷， 讓學習者更能善用有限的工作記憶區來處理與學習內容相關的資訊。當教材的內 在認知負荷低時，外在認知負荷高對學習成效的影響不大，但若教材內在要素互

動性高，則教材的呈現方式將非常重要(Sweller & Chandler, 1994)。 3. 有效認知負荷(germane cognitive load)

有效認知負荷源自教學設計者的影響，係指藉由教學設計來適當地呈現教材，吸 引學生專注於學習內容的認知過程及基模建構。有效認知負荷雖然會增加學習者 的負荷感，卻可幫助建構自動化的基模。常用的方法如問學生問題、提出未完成 的例題讓學生完成等。良好的教學設計，應可降低學生的外在認知負荷，增加學 生的有效認知負荷。但唯有在總認知負荷量（包括內在、外在、有效認知負荷）， 未超出學習者的工作記憶負荷量時，適當引入有效認知負荷才有意義。 由上述三種認知負荷型態可知，有效認知負荷性質類似外在認知負荷，但外在認知 負荷不利學習，而有效負荷卻會提昇學習成效。當內在認知負荷較低時，學習者很容易 就了解教材，無須藉由教學設計來降低外在認知負荷；但當內在認知負荷較高時，則要 透過教學設計來降低外在認知負荷，並運用有效認知負荷來建構學習新內容所需的基 模，幫助學習者在有限運作記憶中處理訊息。 由於認知負荷是建立在工作記憶容量的基礎之上，所以三種認知負荷之間是一種彼 此消長的關係。有效的學習，三種認知負荷相加起來的總量是在一定的範圍內，其中一 種認知負荷較高，則另外兩種認知負荷必然較低。如果三種認知負荷都偏高，則必然阻 礙學習的進行。所以教師在教學過程中，應當考慮到這三種認知負荷之間的相互關係， 進行最佳化的教學設計，才能達到最好的教學效果。 影響認知負荷的因素包含教材本身的難易程度、教學者所呈現的教學資訊方式、學 習者的本身先備知識（知識的基本架構-基模）及學習者接收資訊的類型與能力。 因此本研究教學者在教學的過程，考量教材的內在認知負荷、外在認知負荷及有效 認知負荷來設計適當互動式多媒體教材。實驗第一階段的設計就是教學者為了探討較適 的內在認知負荷，讓學習者經過不同的資訊量呈現得到的學習成效分析，讓教學者可以 找到對於這些教學者的有效的教學設計。實驗第二階段的設計就是應用實驗一的結果得 知較適的資訊量後，教師透過與電子白板的互動來吸引學生注意力，使其專注學習，藉 此探討較佳的有效認知負荷，期許教學者未來在教學中可以利用實驗結果分析達到最大

的教學成效。

2.1.3 認知負荷理論的教學設計原則

Sweller(1998)等人 歸納以認知負荷理論為主題的研究，提出教學設計之原則分別 為：開放目標效應（goal free effect）、示例效應（worked example effect）、完成問題效 應（completion problem effect）、分散注意力效應（split attention effect）、型態效應（modality effect）、多餘效應（redundancy effect）、變化效應（variability effect）等，茲簡述如下：

1. 開放目標效應（goal free effect）

當問題並非只有一種解決方式時，教學歷程應採開放目標，使學生不受限制地自 由表達自己思考後的結果，以及過程中遇到的問題，減少外在認知負荷。(Sweller et al., 1998；宋曜廷，2000；陳密桃，2003)

2. 示例效應（worked example effect）

教師在教導有關程序性知識(procedure knowledge)前，若能呈現適當的範例，可 協助學生對於問題狀態和解題步驟建構出較完整的基模，也可協助降低外在認知 負荷，此範例須著重在其問題狀態、呈現步驟以及使學生可以歸納出衍生問題或 基模的設計。(Sweller et al., 1998；宋曜廷，2000；陳密桃，2003)

3. 完成問題效應（completion problem effect）

將示範例題只呈現一半的解法，剩下一半由學習者完成時，能使學習者不容易分 心，且具有減低外在認知負荷的效果。(Sweller et al., 1998；宋曜廷，2000；陳密 桃，2003)

4. 分散注意力效應（split attention effect）

分散注意力的發生原因為學習者需要將他們的注意力分開，以獲得不同呈現來源 的資訊，並且花費心力將不同來源的資訊整合起來。這樣處理兩種來源的資訊 時，便產生較高的認知負荷，也降低學習效果。(Sweller et al., 1998; Yeung et al., 1997 ; Yeung, 1999 ；宋曜廷，2000)

人類的工作記憶可以同時處理形碼(視覺)與聲碼(聽覺)這兩種型態的訊息，以兩 套系統來處理訊息將優於單一系統，可以透過這兩種訊息的同時出現，降低學生 本身學習的認知負荷，其效果會比只有視覺或純聽覺來的好。(Penny, 1989; Sweller et al., 1998；宋曜廷，2000；徐易稜，2001；陳密桃，2003) 6. 多餘效應（redundancy effect） 當學習者面對多種方式呈現的資訊時，如果單一呈現方式即可完整傳達意義，但 卻將相同的資訊以不同方式同時呈現，則會發生多餘效應。大量訊息同時進入到 工作記憶將會導致過度負荷，降低了學習效果，故當這些訊息自身的意義明確 時，獨立呈現即可，無須互相參照。(Kalyuga et al.,2000; Sweller et al., 1998；宋 曜廷，2000) 7. 變化效應（variability effect） 學習者在進行解題時，變換不同的問題與情境，雖然造成更大的認知負荷，但此 時產生的是有效認知負荷，將有助於基模的建立與學習遷移的發展。(Sweller et al., 1998；宋曜廷，2000；陳密桃，2003)

2.1.4 降低認知負荷相關研究

1.減少內在認知負荷 雖然Sweller等人認為內在認知負荷是無法透過教學設計而改變的，但仍有研究者 嘗試尋找方法來降低內在認知負荷。內在認知負荷是來自教材中元素的交互作 用，所以減少內在認知負荷的方法就是減少元素間的交互作用(Ayres, 2006)。 2.降低外在認知負荷 外在認知負荷的來源主要是由教材的組織和呈現方式，所以使教材的呈現方式最 佳化是降低外在認知負荷的一個重要途徑。Mayer等人(2002)以認知負荷理論、雙 重編碼理論等為基礎，提出多媒體教學設計的五個原則(Mayer & Moreno, 2002) 如：多媒體原則(multimedia aids)認為用旁白和動畫並用的效果比僅用旁白的效果 好；接近原則(contiguity aids)為旁白和動畫同時出現比先後出現好；形式原則

(modality aids) 認 為 出 現 文 字 和 旁 白 並 用 比 僅 出 現 文 字 效 果 好 ； 多 餘 原 則 (redundancy aids)認為出現旁白和動畫，比出現旁白、動畫及說明文字的效果好； 一致原則(coherence aids)則是應減少不必要的文字和聲音，使呈現的內容一致。 3.增加有效認知負荷 Sweller等人(1998)認為變化效應(variability effect)是增加有效認知負荷的有效途 徑之一。變化效應有助於學習者更投入與學習有關的作業，因此在學習遷移上效 果更明顯，有助於基模的建立和發展。

2.1.5 認知負荷的測量

認知負荷的測量通常包含心理負荷（mental load）與心智努力（mental effort）兩個 部份（Sweller, 1998）： 1.心理負荷（mental load） 是由任務或環境所造成的負荷，包括元素互動性、教材設計等。 2.心智努力（mental effort） 個體為了順應工作需求所付出的能力與資源。對心智努力的衡量，可反應出心理 負荷所沒有反應出的認知負荷。

Burnken, Plass 與 Leutner(2003)認為測量認知負荷的方式可以兩個維度來劃分：主 觀與客觀及直接與間接。主觀性測量是指用主觀性的方法，例如自我報告法等來測量認 知負荷的強度，通常以評定量表測量，由學習者自我反省，將自己的負荷量化，學習者 評定本身的負荷後，選取較適合自己的尺度；客觀性測量是指經由對行為、生理狀況及 成績等進行客觀的觀察，得出認知負荷的大小。直接測量是指對受測者的主觀感覺、大 腦活動進行直接測量，以此衡量認知負荷；而間接測量是指對受測者的行為及學習成績 進行推論，來進行判斷而得到結論。 就以上方法來說，主觀測量法為最常見的方法，其效度、信度、敏感度上，都較其 他測量法為佳，且更方便而具實用與可行性(Sweller,Van Merrienboer & Paas, 1998)。 故本研究中認知負荷的衡量採用主觀測量法，以學習者心理負荷與學習者主觀的心智努

力的衡量，參考宋曜廷(2000)測量認知負荷量表，分別就學生對教學內容所感受到的難 易程度與自認為需付出的努力，分七個向度做為選項。

2.1.6 資訊量的討論

Miller(1956)指出工作記憶(working memory)在同一時間可以容許七個資訊項目 (item)或元件(element)，一般人的記憶容量大約為7±2 項目，這些項目可以是字母、數字、 或圖形，也可以是詞或句子。Mayer(1999)則提出在總資訊內容相同的情況下，將資訊分 段呈現，比一次呈現所有的資訊，有較佳的學習成效，並於2003年提出分割效應 (segmentation effect)的原則，將學習內容分割成數個小片段，減少每次訊息量，藉以解 決資訊量過多的問題。 陳彙芳(2000)把內容的複雜度(摘要式及詳述式)視為資訊量的差異，來探討資訊量 對學習成效的影響，結果發現學習者面對較少的資訊量會有較佳的學習效果。范懿文 (2000)指出無論是「高資訊量」或「低資訊量」的學習，其內容元件的性質相同，而元 件的數量不同，對學習成效會有顯著影響。洪碧霞(2008)研究發現學習能力較弱的學生， 其所能記憶的資訊量很難超過4個，而一般學生則多半可以掌握到6個資訊量。陳姚真等 (2008)則指出資訊量過多會增加認知負荷、分散學習者的注意力或使訊息處理不及，造 成較差的學習成效。 多數研究皆指出資訊量會影響學習者的學習成效，但資訊量卻沒有一定的的計算方 式。本研究中，由以上文獻整理後，將「資訊量」以「觀念的個數」做計算，將敘述一 個觀念的聲音、文字或圖片各視為一個元件，並期望能找出在電子白板上最適合學習的 資訊量。

2.2 互動學習相關理論

2.2.1 互動學習的形式

互動是學習的重要關鍵。若沒有明顯的互動的話，學生很容易分心或對其他人產生 誤解，或是會將他們的專注力轉移到其他活動上，互動能讓學習者有參與感，而不只是 一個旁觀者，進而提昇學習的效果(Webster,1993)。

Moore 與 Kearsley(1996) 表示，「如何應用相關的技巧促進教學互動，一直是迫切 需要研究的主題。」，所以Moore 在 1989 年提出了教學的三大互動型態：學習者 與教材的互動、學習者與教師的互動以及學習者與學習者的互動。 1. 學習者與教材的互動 此互動定義成學習者與教材內容智慧地互動過程，此種互動能帶給學習者在理 解、觀點或認知結構等的改變，能有助於學習成效。 2. 學習者與教師的互動 此種互動是學習者與教師的互動，教師藉由互動來鼓勵學生或激起學生的學習 興趣，且可澄清學生對課程內容誤解的部份，對學習有正向的幫助。 3. 學習者與學習者間的互動 透過學習者間相互詢問、解說或表達意見，以達到相互學習的效果，而教師加 入或不加入此學習群體間的互動都可以有學習的效果 (湯宗益、廖莉芬，2003)。 Hillman, Willis 與 Gunawardena(1994)則將 Moore 的三種互動形式擴展，於是增加了 第四種互動－學習者與科技的互動。

Anderson 與 Garrison( 1998 )則認為，除了 Moore 的三種互動型態外，應再增加三種 互動的型式：教學者與教學者互動、教學者與教材互動，和教材與教材互動，此六種教 學互動型式形成一個完整的教學互動架構。 Taylor(1998)也指出在學習活動裡有兩種互動的形式：社會形式的互動(social)與個人 形式的互動(individual)。社會形式的互動指的是學生與老師或學生與學生之間的互動； 個人形式的互動則是指學生與教材之間的互動。 而在這些互動形式之下，電子白板可以呈現教材，又是科技的一部份，故電子白板 同時具有「教材」與「科技」的雙重身份，在互動學習裡扮演了非常重要的角色。

2.2.2 互動學習模式於電子白板之應用

王磊(2000)則更進一步指出，在多媒體教學中，師生間主要透過媒體為中介來進行 學習，故而形成了三種互動模式：「人－機」，「人－機－人」及「人－人」。

「人－機」互動模式指的是人與機器的互動，其中的「人」主要是指學習者，是「學 習者與教材的互動」的演變，學習者透過互動式多媒體教材、電腦與電子白板，利用互 動式多媒體教學軟體與教材內容間進行交互作用，使學習者能在操作中能適時得到反 饋。圖文並茂，內容豐富的「人－機」互動模式能有效地提升學生的學習興趣，使學生 產生學習慾望，使學習動機增加，且有利於學生的認知主體運作。在「人－機」互動模 式下，學習者可以運用互動電子設備的軟體與硬體，操作適合自己學習程度的練習，透 過電腦的回饋，達成自我學習的目的。 「人－人」互動模式指的是人與人的互動，其中的「人」可以是學習者，也可以是 教師，故較常見的是「生－生」、「師－生」及「生－師」三種，是「學習者與教師的互 動」及「學習者與學習者間的互動」的綜合，此種互動都有助於觀念的學習或是學習群 體的建立。 「人－機－人」互動模式是在電子白板教學中較常見的互動形式，指的是教學中學 習者之間或學習者與教師之間透過電子白板的互動來進行溝通，常見的表現方式有以下 三種。 1.「教師－機－單一學生」的互動 此模式較適用於個別化教學，教師透過多媒體教材及電子白板來呈現教學內容， 學生則經由操作電子白板強化學習獲得的概念，且在一對一的教學環境中，學生 可以得到教師的及時指導，並加強和教師情感上的溝通。 2.「教師－機－群體學生」的互動 在這種模式中，教師透過電子白板呈現多媒體教材及教學概念，學生和教師則可 透過進行問答、對話來溝通，教師可透過學生對電子白板的操作確認概念是否清 楚，並使用電子白板來告知學生錯誤概念的部份。在整個互動過程中，教師扮演 控制者與指導者的角色。 3.「學生－機－學生」的互動 在電子白板的課堂中，學生透過電子白板的操作來發表自己的意見，並將自己的 認知概念呈現，與其他學生進行互動交流，其他學生可具體了解彼此概念，進而

形成學習群體，達到交互學習、互動學習的目的。 電子白板功能與增加的互動不論對教師或學生都有相當良好的幫助。 傳統教室的教學，教師會讓學生上台利用黑板示範講解，而將傳統黑板示範教學的 方式結合電子白板所提供的軟體，更可讓學生在電子白板上移動教材，完成學習任務、 標記註釋，結合軟體提供立即回饋、計算學習表現，或重現之前呈現的教材。 教師在教學應用操作上可使用教材及教學過程的保存與重現，並利用操作拖曳及隱 藏與揭示等功能來強調重點。學生則可從觀摩他人與電子白板的互動過程中，將他人的 操作歷程與自己的經驗與知識相比較，並且在分享及操作的過程中，將自己學習歷程的 內隱知識外顯化，達到同儕之間的知識轉換與交流互動。而教師則可透過讓學生實際上 台操作、經由學習記錄或檢測的結果，來了解學生的學習狀況，當學生有問題時，教師 便可立即介入指導修正。因此，電子白板互動功能讓學生在使用多樣化展示功能的同 時，呈現更詳細的概念成長的過程，也間接改變了師生間的教學互動(顏菀廷，2007)。 本研究綜合 Moore(1989)的三大互動型態、Hillman(1994)等人的第四種互動型態及 王磊(2000)提出的三種互動模式來得到本研究的互動理論模型，即「教師」、「學生」及 「電子白板」三者間的互動。

2.3 電子白板相關研究

2.3.1 電子白板的應用層次

電子白板原為辦公室簡報訓練等用途而設計，陳惠邦(2006)提出電子白板引進教室 中應用的四個層次如下所述： 1.代替傳統黑板的展示或教學呈現功能 把電子白板當成傳統的黑板來使用，在上面書寫或畫圖來進行教學，或是將電子 白板當作大型螢幕，將電腦上的各種教材呈現出來。 2.以教師為主導媒體操作平台 利用電子白板的功能比上一個層次多，教師不僅把電子白板當黑板使用，並藉由 電子白板來控制電腦，開啟相關的教學媒體及教材來進行教學。

3.以教師為中心的展示平台 此層次的電子白板除了被當作黑板使用，並用來控制電腦之外，教師還會應用電 子白板軟體的功能（如聚光燈、各式各樣的畫筆等）和有用的教學素材（如內建 遊戲、圖片等）來進行教學。 4.師生互動學習平台 教師不僅會如上述三項所提及的方式操作電子白板，還會結合網路、視訊或其他 週邊設備及教學資源，設計能有效促進師生互動的教學活動。比起上述三個層 次，最重要的是教師具備自行設計教材的能力，也才能靈活運用電子白板的功能。 本研究所製作的互動式多媒體教材即採師生互動學習平台，期望能發展出適合此平 台下較佳的互動方式與數量，以供教師教學時參考。

2.3.2 電子白板的相關研究

由以下文獻可知，電子白板的確有相當良好的教學成效，但其成效多為與傳統教學 或單槍教學比較，卻少有探討互動的內涵及不同互動類型對學習成效的影響，故本研究 擬探討不同互動模式下不同互動量對學習成效的影響，以做為教師設計教材及教學時的 參考。國內外電子白板的相關文獻與研究結果整理如表 1。 表 1 國內外電子白板相關文獻。 研究者 /年份 主題/篇名 對象 科目 單元 研究 項目 研究方法與結論 Omar S. López 2010

The Digital Learning Classroom: Improving

English Language Learners’academic success in mathematics and reading

using interactive whiteboard technology 英語 學習 者 英文 數學 閱讀 學習 成效 本測驗的第一個目標是想決 定IWB科技促進學習成效的 程度，減少了三年級生和五 年級生在數學與閱讀的學習 差距。第二個測試目標是決 定IWB是否比傳統教室更有 助於學業成績。本研究採準 實驗設計，結果強烈的表示 IWB可以促進學習成效，且 提升了英文學習者的成績， 使其與正常學生沒有差距。

續表1

Bruce Torff , Rose Tirotta

2010

Interactive whiteboards produce small gains in

elementary students’self-reported motivation in mathematics 國小 數學 學習 動機 對773位國小高年級學生以 IWB進行數學教學後，自我 覺知的動機層次。實驗組的 學 生 動 機 高 於 控 制 組 的 學 生，但效應不算很高。 需要更多研究來決定電子白 板如何使用可以與學習成效 相關，不當的教材呈現是無 法提升動機和學習成效的 江志浩 2009 以多元智能角度探討互動 式電子白板對國小學童學 習成效之研究 國小 自然 學習 成效 實驗組學童接受互動式電子 白板教學方式，控制組則以 一般傳統方式進行教學。 自然與生活科技學習成就測 驗成績有顯著差異，實驗組 顯著優於控制組，且師生互 動更為密切。 劉文斌 2009 電子白板融入代數推理教 學之研究 國小 數學 代數 學習 成效 對六名六年級學童進行三週 的教學活動，以自編的前、 後測筆試工具、訪談、教學 錄影、學習單、教學回饋單 與教學省思記錄蒐集資料， 透過質性為主，量性為輔的 方式進行分析。 學童不僅在前後測筆試之平 均答對率有所提升，也能了 解未知數符號在一般式中所 代表的意義。研究結果顯示 可協助發展學童在形數規律 情 境 問 題 中 的 代 數 推 理 能 力。 張夏暖 2009 運用互動式電子白板於溝 通式教學之成效研究-以 國中英語科為例 國中 九年 級 英語 學習 成就 和 學習 態度 實驗組其中之一採用互動式 電子白板教學，另一實驗組 實施單槍投影機教學，控制 組則採取傳統黑板教學 互動式電子白板教學之學習 成就與學習態度均較佳。

續表1 蔡文瓊 2009 電子白板小組系統化複習 策略對國小學童英語學習 成效之研究 國小 英語 認句 學習 成效 和 學習 興趣 研究對象分為三組，分別接 受「電子白板小組系統化複 習」、「小組系統化複習」 及「小組教學」的教學策略 來進行實驗教學，且每組依 照英語認句學習成效後測劃 分學生為學習成就高中低。 電子白板小組系統化複習策 略在英語認句學習成效與英 語 學 習 興 趣 量 的 表 現 均 較 優，而高成就學童則在英語 認句學習成效優於中成就學 童與低成就學童。 黃致翔 2009 以ASSURE模式應用IWB 與TINS輔助國小自然科教 學之行動研究 國小 自然 學習 成績 和 學習 動機 以花蓮縣鄉村某國小六年級 學生共 19 人為研究對象， 透過教室觀察、訪談、學習 文件、學習動機問卷、學習 環 境 感 受 量 表 等 資 料 的 收 集，進行四個月的研究。根 據研究結果顯示，接受互動 式電子白板教學的學童，其 自然科學習成績、學習動機 皆有所提昇；對於自然科的 學習態度亦有明顯的變化。 高瑩真 2008 互動式電子白板應用於國 小高年級健康課程教學對 不同學習風格學習者學習 情形影響之研究 國小 健康 學習 成就 和 學習 態度 探討對不同學習風格學習者 學習情形影響之研究。實驗 組為應用互動式電子白板於 教學，控制組為傳統資訊融 入教學，進行五節課共 200 分鐘的健康課程教學。 研究發現如下： 一、電子白板組學習效益較 高。 二 、 電 子 白 板 組 國 小 學 童 中，省思觀察者的學習效益 高於主動實驗者。

續表1 郭伊黎 2008 結合互動式電子白板協助 中重度智能障礙兒童學習 功能性數學成效之研究 國小 啟智 班 數學 學習 成效 和 學習 態度 探討電子白板教學對提升中 重度智能障礙兒童功能性數 學能力與數學態度之成效。 以九名國小啟智班智能障礙 學生為研究對象，進行六週 共20 節教學。研究者對受試 者施以前、後測，並於三週 後再進行追蹤測驗。 研究發現對數學技能增進立 即成效、維持成效及提升學 習態度。 鄭仁燦 2008 互動式電子白板融入國小 英語教學之研究 國小 英語 學習 成就 和 學習 動機 和 學習 焦慮 實驗組是以互動式電子白板 做為教學的工具，控制組則 以一般英語的教學方式，以 黑板、單字卡、海報為主要 的教學工具。 研究結果發現實驗組學生大 部分生皆喜歡使用IWB 上英 語課，並知覺IWB 對其英語 學習成就有正向的幫助，能 提高其英語學習興趣。建議 教學者應適當地允許學生在 IWB 上互動。 曹勝傑 2008 以互動式電子白板為基礎 之ICT教學環境建置及提 升學生學習成效之研究 提出一個IWB 為基礎的 ICT 教學環境架構，以IWB 及終 端伺服器為中心，整合學習 資 源 、 網 路 學 習 角 及 虛 擬 IWB 等三個部份。 藉由 IWB 具有助長學生學 習興趣與主動性的特點，間 接提高學生學習的參與度， 促進學生在學習活動中，由 被動的接受者轉為主動的自 主學習。教師由原本的教學 者 轉 為 輔 導 學 生 學 習 的 角 色。

續表1 陳秀雯 2008 運用互動式電子白板於國 小四年級數學領域教學之 研究 國小 數學 學習 態度 和 學習 成效 將學生為實驗組與對照組， 分別進行互動式電子白板教 學與一般黑板教學。 本研究之研究結果顯示： 1.在認知與行為層面的數學 學習態度並無顯著的影響。 2.在情感層面的數學學習態 度有顯著的影響。 3.實驗組學生，分數及面積 單元的學習成效顯著優於一 般黑板教學的學生。 4.電子白板的使用不但能提 升教師教學的效率，還能吸 引學生的注意力，進而引發 學生對於數學的學習興趣， 且能讓學生更清楚理解教學 的內容。 建議電子白板只是教學的輔 具，教師設計的教學活動應 要強調學生的學習，並以適 當的教學策略來促進學生的 學習。 高俊豐 2008 以合作學習應用互動式電 子白板在國小高年級數學 縮圖與比例尺單元之成效 研究 國小 數學 縮圖 比例 尺 學習 成效 與 學習 態度 採用合作學習為教學策略， 以學生在六年級上學期數學 領域成績，區分為高、低學 業成就，每組 4 至 5 人，進 行為期3 週，共計 12 節課的 實驗教學。 一 、 提 昇 學 生 數 學 學 習 成 效。 二、能提昇學生數學學習態 度，且對於「學習數學信心」 有提昇效果。 三、對「低學業成就」學生 而言，結合互動式電子白板 在數學學習成效上顯著優於 傳統合作學習策略。 四、實驗組受訪學生對使用 互動式電子白板多持正面肯 定的態度，認為確實能幫助 他們學習數學且改變學習態 度

續表1 李慶志 2008 國小六年級學童在動態多 重表徵視窗環境下比例解 題補救教學之個案研究 國小 數學 比例 學習 興趣 針對「國小比例情境單元」 設計補救教學活動，選取六 年級三位低、中、高成就學 生為研究對象，並利用 GSP 軟體與電子白板，實施三週 五次的比例補救教學課程， 過程中採用錄影、填寫學習 單，晤談與分析，最後進行 後測等方法。 結 果 發 現 提 高 解 題 之 正 確 率，更提升個案學生的學習 慾望及以下發現。 結論如下： (1)電腦動畫、數值變化、多 樣的呈現方式都有助於提高 個案數學學習興趣。 (2)個案藉由親自操作電子白 板學習數學，有助於提高個 案的數學學習興趣。 黃國禎 2007 互動式電子白板融入國小 數學領域教學之行動研究 國小 數學 學習 表現 及學 習態 度 行動研究，研究者以任教班 級為研究對象，經過兩學期 的行動實施歷程(2007 年 9 月 至 2008 年 5 月)，利用學生 問卷、教學現場錄音、訪談 記錄、學生週記及教師反思 日誌來蒐集研究所需資料。 能 改 善 學 生 的 數 學 學 習 態 度、有助於引起學習動機， 提升教師教學效率。 林儀惠 2007 互動式電子白板在國小數 學教學之探討-以國小數 學領域五年級面積單元為 例 國小 數學 面積 學習 成效 和 學習 動機 教師使用IWB 融入教學方式 進行教學之學童，其數學成 就測驗結果優於教師以傳統 模式進行教學之學童，且大 部 分 的 學 生 皆 能 肯 定 使 用 IWB 融入教學，並能提昇學 生對學習數學之興趣。

續表1 陳彥至 2007 電子白板於國小數學科教 學之行動研究 國小 數學 學習 氣氛 和 學習 態度 行動研究法。研究發現，使 用電子白板有助於學習氣氛 的提升，部分電子白板內建 的工具如尺規、幾何繪圖工 具等，能讓學生更專注於學 習 ； 在 電 子 白 板 上 直 接 拖 曳、旋轉、縮放圖形等功能 有助於學生瞭解幾何單元的 概念，讓學生更瞭解抽象概 念的基本原理；而學生也普 遍喜歡使用電子白板來進行 幾何概念的學習。 顏菀廷 2007 應用互動式電子白板融入 國小數學教學成效之探究 國小 數學 學習 成效 和 學習 動機 透過小組合作的方式讓學生 與 互 動 式 電 子 白 板 產 生 互 動，或是教師與互動性電子 白板互動時，都對學生學習 產生影響。實驗組是以互動 式電子白板當成教學互動的 工具，控制組以單槍投影為 教學的工具。 研究結果發現實驗組的學習 成效和數學學習動機有其顯 著的差異。 周孝俊 2007 互動式電子白板教學活動 和實驗 國小 自然 學習 興趣 以環境議題--「土石流」為 例，結合電子白板進行教學 活動，設計出以類似「大富 翁」為主軸的闖關遊戲。 提高學生的學習興趣，以表 現 出 以 學 習 者 為 中 心 (learner-centered)的精神與意 義。 資料來源：研究者整理

三、理論模型

本研究的理論模型為綜合Moore(1989)、Hillman, D., Willis. J. & Gunawardena, N. (1994)、Anderson 與 Garrison(1998)及王磊(2000)的互動模式所得出。 本研究之互動理論模型如圖 1。

電子白

板

電子白

板

學生

學生

互

動

量

互

動

量

資訊量

資訊量

互

動

量

互

動

量

互動量

教師

教師

圖 1 互動理論模型 互動的主體有三個：教師、學生及電子白板，茲說明如下： 1.教師 知識的傳授者，也是教材的編輯者，當教師使用電子白板呈現教材時會與電子白 板產生互動，透過與電子白板的互動來增加學生的動機與注意力並傳遞知識；經 由與學生的互動如發問、回應等方式來增進學生對知識的理解，有助學習成效的 提升。

2.學生 知識的接受者，學習的主體，經由與教師的互動可加深對知識的理解，並修正不 正確的觀念；經由與電子白板的互動與回饋，及在電子白板上呈現其所理解的概 念，將抽象的想法具體化，可與教師進行概念上的溝通與確認、修正。 3.電子白板 科技教學輔具之一，具有 Moore(1989)三種互動型態中的「教材」角色，是教材 的呈現工具，也具有Hillman 與 Gunawardena(1994)四種互動型態中「科技」的角 色，因其能將使用者在其上的操作傳給電腦，再經由單槍投影機呈現出反應，故 其同時具有「教材」與「科技」的角色。 互動的方式有三個：教師與電子白板的互動(簡稱師-白)、學生與電子白板的互動(簡 稱生-白)及教師與學生的互動(簡稱師-生) ，茲說明如下： 1.教師－電子白板的互動(師-白) Anderson 與 Garrison(1998)的六種互動型式之一為「教學者與教材互動」，而電子 白板是教材的載具，故教師與電子白板的互動即屬「教學者與教材互動」型式的 一種。教師與電子白板的互動可吸引學生的注意力，因為電子白板有許多功能， 使教師可利用許多不同的方式來呈現教材，並與教材互動，而教師與電子白板的 互動有許多種，例如拖拉、點選、碰撞、畫筆、開啟網頁、啟動程式、啟動視訊 等等，其中較常使用，也是電子白板上較易引起注意力的應是拖拉，故本研究的 師－白互動量僅計算每個畫面教師操作電子白板的拖拉次數。 2.學生－電子白板的互動(生-白) 電子白板同時具有「教材」與「科技」的角色，故此模式既是Moore(1989)的「學 習者與教材的互動」型態，也是Hillman 與 Gunawardena(1994)所提出的「學習者 與科技的互動」型態。故學生與電子白板的互動有許多種，例如拖拉、點選、碰 撞、畫筆、開啟網頁、開啟程式等等操作，因學生的操作行為較難控制，故本研 究的生－白互動量僅計算每一小單元結束後，學生上台操作電子白板的次數。

3.教師－學生的互動(師-生) 即「教學者與學習者的互動」型態，經由此互動可強化彼此情感、學習動機及注 意力，並可藉由問答之間澄清修正錯誤概念，形成正面的學習氣氛。 ◎資訊量 教材的構成元素之一，在多媒體教材上更為重要，因為多媒體包含文字、聲音、 圖片、影片等，所含的資訊量較一般教材為高，而資訊量過高會影響認知負荷， 認知負荷會影響學習成效，而資訊量的計算方式莫衷一是，本研究參考孫秉文 (2009)的計算方式，將資訊量定義為每個畫面的「觀念個數」將敘述一個觀念的 聲音、文字或圖片各視為一個元件，於本論文29 頁實驗設計部份有詳細說明。 ◎學習成效 學生在學科學習之後的成果表現，是教學的目標之一，而衡量學習者學習成效有 方法有很多種，本研究的學習成效是指實驗的後測成績，亦即學生在接受互動式 多媒體教材教學後立即給予試卷施測所得的後測成績。若學生的成績越高，代表 學習成效越好。

四、研究方法

本章旨在描述本論文之研究設計，以探討在電子白板上之互動式多媒體教材以不同 的「資訊量」、「教師與電子白板互動量」、「學生與電子白板互動量」，其對國一自然與 生活科技「演化」單元學習成效之影響。 本研究採三階段實驗進行，實驗一主要目的為找出電子白板上其多媒體教材設計之 最佳「資訊量」數(3、5、7、9、11)；實驗二目的是將教材融入「不同教師與電子白板 互動量」(0、3、5、7、9 )，透過實驗方式找出多少互動量，學生的學習成效最佳；實 驗三則是將教材融入「不同學生與電子白板互動量」(1、2、3、4、5 )，透過實驗方式 找出多少互動量，學生的學習成效最佳，並作為未來行動載具上製作多媒體教材設計之 參考依據。 全章共分五節，第一節研究流程及架構；第二節研究設計；第三節研究工具；第四 節資料分析；第五節多媒體教材編輯製作。

4.1 研究流程與架構

4.1.1 研究流程

本研究先確認研究主題，再根據研究背景與動機，發展出研究目的與研究問題後， 著手蒐集相關文獻。界定研究範圍，訂出研究架構，設計互動式多媒體教材及測量工具 後，進行實驗及收集數據，並經 SPSS 軟體分析數據後得出研究結果，最後依研究結果 提出結論、建議及未來發展方向。

4.1.2 研究架構

本研究採因子設計之準實驗研究法，所研究之因子為自變項共三項，為別為資訊 量、師-白互動量及生-白互動量，研究之架構如圖 2。

電子白板的教材

自變項

依變項

學習成效 認知負荷

資訊量

3、5、7、9、11

師-白互動量

0、3、5、7、9

生-白互動量

1、2、3、4、5

學習成效

學習成效

圖 2 研究架構圖

4.2 研究設計

4.2.1 實驗步驟

本研究依研究目的設計實驗。研究者製作三個單元教材，第一單元設計不同「資訊 量」的互動式多媒體教材共5 種，在完成單元教學後立即進行認知負荷及學習成效評量， 並進行數據分析；第二單元則以第一單元之數據分析結果，得出較佳之資訊量後，設計 相同資訊量但不同「教師與電子白板互動量」之教材共5 種，在完成單元教學後立即進 行認知負荷及學習成效評量，並進行數據分析；第三單元則以第二單元之數據分析結 果，得出較佳之教師與電子白板互動量後，設計相同資訊量且相同教師與電子白板互動 量之教材1 種，但在每一小單元教學後，給予「學生上台與電子白板互動之次數」不同， 完成教學後立即進行認知負荷及學習成效評量，並進行數據分析。本研究實驗步驟過程 如圖 3。

圖 3 實驗步驟圖

4.2.2 實驗設計

本研究依研究目的設計實驗，探討不同「資訊量」、「教師與電子白板互動量」及「學 生與電與白板互動量」對學習成效及認知負荷的影響。 研究中的自變項是「資訊量」、「教師與電子白板互動量」與「學生與電與白板互動 量」，依變項為後測的「學習成效」與「認知負荷」。本實驗之變項定義如下： 1.自變項 (1)教材資訊量 依據先前文獻探討，本研究將資訊量以「觀念的個數」來計算。

其中：文字元件：文字敘述一個觀念為一個元件。以圖 4 為例，資訊量＝3。

圖 4 文字資訊量 3 計算範例

圖文並茂元件：一張圖片為一個元件、文字敘述一個觀念為一個元件。以圖 6 為例，文字敘述資訊量＝1，圖片資訊量＝2，故總資訊量＝3。 圖 6 圖文並茂元件資訊量 3 計算範例 資訊量的計算方式整理如表 2 所示。 表 2 資訊量計算方式 名稱 計算方式 文字元件 文字敘述一個觀念為一個元件 圖片元件 一張圖片為一個元件 圖文並茂元件 一張圖片為一個元件、文字敘述一個觀念為一個元件 例外 練習題目不定義元件數 依先前文獻探討可知，人一次能記憶文字項目容量的能力大約是 7±2 (Miller, 1956； Simon, 1974)，工作記憶在同一時間可以容許七個資訊元件，故本研究以 7±2 為原則， 以7 個資訊量為中間值，往上以 2 遞增、往下以 2 遞減，選定為五種：資訊量 11、資訊 量9、資訊量 7、資訊量 5、資訊量 3。 (2)教師與電子白板互動量(師-白互動量)

教師與電子白板的互動方式有很多種，點選、拖拉、碰撞等等都算一次互動， 其中最常使用的互動為點選及拖拉，而拖拉的互動及影響注意力效果較點選 差，故本研究僅計算每一畫面教師對元件拖拉的次數，而點選、碰撞等都控制 為0。本研究選定之教師與電子白板互動量為五種：互動量 0、互動量 3、互動 量5、互動量 7、互動量 9。 (3)學生與電子白板互動量(生-白互動量) 學生與電子白板的互動方式有很多種，本研究僅計算學生上台操作電子白板的 次數，「演化歷史」單元共區分為八個小單元，每一小單元後，一位學生上台 操作一次計算為1，二位學生上台操作二次計算為 2，依此類推，選定為五種： 互動量1、互動量 2、互動量 3、互動量 4、互動量 5。 2.依變項 (1)學習成效 指學習者在學習過教材後，對於學習成就測驗(後測)的表現情形，學習成就測 驗的分數越高，代表學習成效越好。由學習成效可判斷出學生對該教材的學習 效果，進而了解教材對學生學習上的幫助。 (2)認知負荷 是指學生學習教材時，學生自己所感受到的心智負荷程度及所必須付出的心智 努力程度，本研究是透過認知負荷量表，要求學習者自我回顧學習的歷程，依 量表上的問題，回答出自己所感受的心智負荷及心智努力程度，量表上的得分 越高，代表學習時的認知負荷越大，由該量表可了解該教材對所造成學生學習 上的認知負荷程度。

3.控制變項 (1)授課內容 所有學習者所接受的課程內容階段一皆為「化石」、階段二皆為「演化學說」， 階段三皆為「演化歷史」。 (2)授課教師 參與本實驗5 個班級之授課教師皆為同一人，可降低因不同授課教師對學習成 效造成影響。 (3)評量工具 參與本實驗5 個班級，皆採用相同的三份測驗試題及認知負荷評量。

4.2.3 研究對象

本研究的研究對象為桃園縣龜山鄉某國中之國中一年級學生，年齡介於12~13 歲， 該年級共有7 班，其中一班為體育班，其餘班級皆為常態編班，實驗第一階段，以上學 期三次段考及下學期第一次段考之總成績為前測，選取五個起點行為較接近的班級，每 班學生約為 31 人，依學校原有編制班級進行實驗，剔除無效樣本後，有效人數共 151 人，進行實驗一。再依據實驗一結果找出最適當的資訊量後，變換不同教師與電子白板 互動量，進行實驗第二階段。最後依據實驗二結果最適當的教師與電子白板互動量後， 變換不同學生與電子白板互動量，進行實驗第三階段。

4.3 研究工具

4.3.1 電子白板

電子白板的英文為Interactive WhiteBoard，英文縮寫為 IWB，中文名稱有互動白板、 電子白板、互動式電子白板、交互白板等，為方便及統一稱呼，本文中皆稱為電子白板。 電子白板是大型的觸控板，可感應使用者在其上的操作，但需透過 USB 來連接電腦， 而電腦再連接單槍投影機投射於電子白板上，才能完成運作，如圖 7。

圖 7 電子白板裝置運作圖

圖片來源：2010 嘉穎科技股份有限公司 Carwin Technology Co., Ltd. 網址http://www.smartboard.com.tw/products-600_2.htm 電子白板裝置完成後，整體就如同觸控式螢幕，既是電腦的監視器，也是具有正常 書寫功能的傳統白板，只需用手指與白板接觸，即可輕鬆進行書寫、控制電腦程式並應 用各種軟體，而且手指就是滑鼠，不需使用特別的感應筆即可控制，是極佳的教學輔具。 本研究所使用之電子白板為SMART Board 公司所生產之 SB680V，其硬體規格如表 3。 表 3 SB680V 硬體規格表 規格 680V 型 尺寸(cm) （寬x 高 x 深度） 165.7x125.7x8.4 有效螢幕面積(cm) 156.5x117.2 對角尺寸(cm) 195.6 (77 吋) 重量(kg) 12.7 運輸尺寸(cm)（含外箱） 207.3x137.8x14.0 運輸重量(kg)（含外箱） 18.6

4.3.2 後測試卷(生物科學習成就測驗)

配合研究目的，研究者依據康軒版國中一年級自然與生活科技教材內容編定成就測 驗三份（附錄一），每份各 20 題，每題 5 分，共 60 題，分別在階段一、階段二及階段 三給予後測。 測驗題目編定後，依照三位專家（如表 4）的建議做細部的調整與修正，故有基本 的專家效度。 表 4 專家教學資料表 學經歷 教學年資 Ａ專家 台灣師範大學生物系 15 年 Ｂ專家 台灣師範大學生物系 7 年 Ｃ專家 台灣師範大學生物系 7 年 接著找三年級已學過本課程班級，二個班之學生做試題預試，在回收的 68 份試卷 中，內部一致性信度 Cronbach＇s α 值分別為 0.836、0.788 及 0.719，顯示有良好的 信度，如表 5 所示。 表 5 後測試卷信度分析表 單元 Cronbach’s Alpha 值 項目的個數 單元一 化石 0.836 20 單元二 演化學說 0.788 20 單元三 演化歷史 0.719 20

4.3.3 認知負荷主觀評量問卷

在文獻探討中提到測量認知負荷的方法中，以主觀測量為最方便、省時、經濟。故 在本研究所使用之認知負荷量表為參考宋曜廷(2000)的認知負荷七點量表並修改而成， 主要用來衡量學習者主觀的心智負荷與心智努力程度，量表中有兩個問題，每一題都有 「1 到 7」七個程度選項（附錄二）： 第一題為「心智負荷測量問題」，要衡量學習者學習教材時所感受的心智負荷程度， 題目為「我認為此教材的內容在學習上：」，選項從「1」表示非常容易，依序到「7」 表示非常困難。

第二題是「心智努力測量問題」，要衡量學習者學習教材時所需要付出的心智努力 程度，題目為「我覺得花了很大的心力，才能記得教材的內容：」，選項從「1」表示非 常不同意，依序到「7」表示非常同意。 以選項上的數字代表量表上的得分，兩題的得分總和即為本研究之認知負荷的總值，兩 題總和最高為 14 分，最低為 2 分，中間值為 8 分，得分越高表示認知負荷越大，越 低則表示認知負荷越小。

4.3.4 互動式多媒體教材

互動式多媒體教材呈現方式包含了文字旁白、圖案插畫、靜態圖片、圖表圖形、動 畫視訊、聲音音樂、虛擬實境以及互動性的設計，利用多樣性的素材表現方式，學生有 機會可以從中自行操作學習，自我控制學習時間，達到個別化與適性化教學，並且因為 教材的多媒體呈現，期許引起學生對教材的興趣，並且提升學生的學習成效。本研究中 的多媒體教材指的是依據康軒出版社之『自然與生活科技』課程「演化」單元，透過台 中教育大學孔崇旭博士軟體工程暨數位學習實驗室開發的「IMCS」互動式多媒體教材 編輯系統所編之教材，以國一生物『演化』為學習內容進行編輯。

4.4 資料處理

將資料以統計軟體SPSS 12 中文版進行統計分析，循下列方式進行： 1.以單因子變異數分析五種『不同資訊量教材』對學習成效的影響。 2.以單因子變異數分析五種『不同師-白互動量教材』對學習成效的影響。 3.以單因子變異數分析五種『不同生-白互動量教材』對學習成效的影響。 4.利用相關係數檢定，討論認知負荷與學習成效之間是否有相關性。