優質標註萃取機制提昇閱讀成效之研究：以合作式閱讀標註系統為例 - 政大學術集成

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(1)國立政治大學圖書資訊與檔案學研究所碩士論文 National Chengchi University Graduate Institute of Library, Information and Archival Studies Master’s Thesis. 政治大優質標註萃取機制提昇閱讀成效之研究：立. ‧ 國. 學. 以合作式閱讀標註系統為例. ‧. Mining Quality Reading Annotations for Promoting Reading Performance: A Study on the Collaborative Reading Annotation System. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 指導教授：陳志銘博士 Adviser: Dr. Chih-Ming Chen. 研究生：黃柏翰撰 Author: Po-Han Huang. 中華民國一百零二年二月 February, 2013.

(2) 謝辭論文的完成代表下個階段的開始，研究所生活的點點滴滴成了難忘的回憶，實驗室的週週會議成了論文的字句。在這個階段中要感謝的人太多太多，不論是班上的同窗、已經畢業的學長姊、不太熟識的學弟妹、任何跟圖檔所有關係的師長們以及曾經協助進行實驗的人，許多的感謝無法一一傳達，在此僅透過簡單文字表達我誠摯的謝意。一杯茶的時間也說不完對陳志銘老師的感激，從進實驗室以來，陳老師永遠. 治政大老師探究更深層研究領域的一個踏階，但自己卻能學習到許多無法量化的知識，立盡最大的力量在傳授我們研究生須具備的任何知識與經驗，論文的結束僅僅只是. 非常感謝老師對於整個實驗室的付出，不只是從書本或論文中，在陳老師身上學. ‧ 國. 學. 到的更豐富，也很感謝師母以及實驗課堂上的學生們在我研究實驗上的協助，也. ‧. 希望老師未來能繼續幫助更多研究者，在學術界能被您指導過是很幸福的啊！. y. Nat. 一片葉子的長出與落下看了好幾回，但家人的陪伴卻不會突然的出現或消失，. er. io. sit. 很感謝家人支持我繼續往碩士這條路邁進，雖然在學術研究上無法給予相關協助，但能平安生活在一起就是最大的動力，家裡的三隻貓咪也經常隔著房們陪著我進. al. n. v i n 行研究，希望研究所學習到的經驗將來能幫助兄弟姊妹們，未來也把所學知識應 Ch engchi U 用於工作中讓自己能好好孝順父母！. 一顆蛋的早餐或午餐足以讓我爬上百年樓四樓，就要離開這個圖檔所小小的地盤，將來有空必定時常回來走走，因為這裡的環境確實很適合做研究，近看有大樹與池塘、遠眺則有高樓與燈影，離別是下次見面的開始，謝謝這裡的每一位。. 黃柏翰（北極熊）謹誌中華民國一○二年二月.

(3) 摘要本研究發展可以在任意網頁上進行閱讀標註之合作式閱讀標註系統，並透過探勘集體智慧方式，在合作式閱讀標註系統上發展「優質標註萃取」及「達人標註萃取」機制，來輔助學習者進行數位文本閱讀學習，以達到提昇閱讀理解成效的目的。此外，本研究也進一步探討透過「優質標註萃取」及「達人標註萃取」機制過濾掉一部份品質較差的標註，是否可有效降低閱讀標註文本時產生的認知負荷。. 政治大. 本研究將學習者分成實驗組 1（達人標註）、實驗組 2（優質標註）與控制組. 立. （所有標註）三組，並分別進行約 80 分鐘的合作式閱讀標註學習活動。其中控. ‧ 國. 學. 制組的成員採用「呈現所有標註之合作式閱讀標系統」支援閱讀學習；而實驗組 1 的成員則透過「呈現達人標註之合作式閱讀標註系統」來進行閱讀學習；實驗. ‧. 組 2 則透過「呈現優質標註之合作式閱讀標註系統」來進行閱讀學習。合作式閱. y. Nat. sit. 讀標註活動要求學習者在指定時間內閱讀本研究指定的文本（化學科普之文章），. n. al. er. io. 同時利用「合作式閱讀標註系統」進行閱讀標註撰寫與分享。閱讀標註活動結束. i n U. v. 後，學習者將進行所閱讀文本之閱讀理解評量以及認知負荷量表填寫，據此瞭解. Ch. engchi. 學習者的閱讀理解成效及認知負荷程度。. 研究結果顯示，採用具有「優質標註萃取」機制所得標註支援閱讀學習，有助於過濾品質不佳的閱讀標註，並提供更簡潔易找尋之優質標註支援閱讀學習，進而提昇閱讀理解成效，由於閱讀時更容易找到所需的優質資訊，因此亦較有助於提昇學習者不同面向概念的閱讀理解成效；此外，本研究基於每位學習者的有效標註，在考量標註層次及標註數量下，評估每位學習者的“標註能力”，採用優質標註支援閱讀學習的實驗組 2（優質標註）學習者中，標註能力越高的學習者，其閱讀理解成效也較佳；而本研究將學習者依照閱讀理解後測成績高低，分成高分組及低分組後顯示，控制組（所有標註）與實驗組 2（優質標註）的組別 i.

(4) 中，均呈現出低分組學習者的認知負荷顯著高於高分組學習者的現象；除此之外，本研究比較三組採用不同標註呈現方式之合作式閱讀標註系統進行閱讀學習之學習者時，結果發現，採用三種不同閱讀標註呈現方式組別學習者之認知負荷無顯著差異。最後，本研究歸納研究者在研究過程及結果中之發現，提出發展結合合作式閱讀標註的有效閱讀學習策略、探討各類型標註眼動行為對於閱讀理解成效影響與擴展合作式閱讀標註系統支援行動閱讀學習等未來研究議題之初步架構，供後續研究參考以進行更深入之探究。. 治政大關鍵字：合作式閱讀標註；優質標註萃取；模糊推論；閱讀學習立 ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. ii. i n U. v.

(5) Abstract A Collaborative Reading Annotation System, which can be randomly proceeded reading annotations on any web pages, is developed in this study. Furthermore, Quality Annotation Extraction and Master Annotation Extraction are developed on the Collaborative Reading Annotation System by mining collective intelligence for assisting learners in proceeding reading digital texts and promoting the reading comprehension performance. The effect of removing some bad-quality annotations. 政治大 the cognitive load when reading 立 annotation texts is further discussed in this study.. through Quality Annotation Extraction and Master Annotation Extraction on reducing. ‧ 國. 學. The learners are divided into Experiment Group 1 (Master Annotation), Experiment Group 2 (Quality Annotation), and Control Group (All Annotation) for collaborative. reading. annotation. ‧. 80-minute. learning.. Control. Group. uses. sit. y. Nat. Collaborative Reading Annotation System with all annotations for promoting reading;. n. al. er. io. Experiment Group 1 proceeds reading through Collaborative Reading Annotation. i n U. v. System with master annotations; and, Experiment Group 2 applies Collaborative. Ch. engchi. Reading Annotation System with quality annotations to reading. The learners are requested to read the assigned texts (articles of popular science in chemistry) in the assigned period and write and share the reading annotations with the Collaborative Reading Annotation System. Afterwards, the learners are evaluated the reading comprehension of the texts and fill in the cognitive load scale for understanding the reading comprehension performance and the cognitive load. The research results show that utilizing the annotations acquired by Quality Annotation Extraction for promoting reading could filter out unfavorable reading annotations and provide quality annotations, which are more easily searched for iii.

(6) promoting reading, to further enhance the reading comprehension performance. Since the quality information can be more easily searched, it could better assist learners in promoting reading comprehension performance in various aspects. Moreover, based on the valid annotations of each learner, the annotation ability is evaluated the annotation level and quantity. Learners with higher annotation ability in Experiment Group 2 (Quality Annotation) present better reading comprehension performance. Based on the reading comprehension post-test results, the learners are divided into high-score and low-score groups. The cognitive load of low-score learners in both. 政治大 higher than it of high-score learners. Besides, the cognitive load among the three 立 Control Group (All Annotation) and Experiment Group 2 (Quality Annotation) is. groups applying the Collaborative Reading Annotation System with different. ‧ 國. 學. annotations to reading does not appear significant differences.. ‧. Finally, developing effective reading strategies with Collaborative Reading. sit. y. Nat. Annotation, discussing the effects of various annotations on reading comprehension. io. er. performance, and expanding Collaborative Reading Annotation System for promoting mobile reading are proposed as the preliminary framework for future research, with. al. n. v i n Cbehpreceded in successive which in-depth exploration could research. engchi U. Key words: Collaborative Reading Annotation, Quality Annotation Extraction, Fuzzy Inference, Reading Learning. iv.

(7) 目次摘要 ...................................................................................................................... i Abstract ............................................................................................................... iii 目次 ..................................................................................................................... v 表目次................................................................................................................ vii 圖目次.................................................................................................................. x 第一章. 緒論 ....................................................................................................... 1. 政治大. 第一節. 研究背景與動機.......................................................................................... 1. 第二節. 研究目的 ..................................................................................................... 3. 第三節. 研究問題 ..................................................................................................... 3. 第四節. 研究範圍與限制.......................................................................................... 4. 第五節. 名詞解釋 ..................................................................................................... 5. ‧. ‧ 國. 學. 文獻探討 ............................................................................................... 7. sit. y. Nat. 第二章. 立. 第二節. 閱讀理解 ................................................................................................... 12. 第三章. al. v i n Ch 認知負荷 ................................................................................................... 18 engchi U n. 第三節. er. 合作式數位閱讀標註系統 .......................................................................... 7. io. 第一節. 優質標註及達人標註萃取機制設計 ................................................... 28. 第一節. 改良式標註評比機制 ................................................................................ 28. 第二節. 標註熱門程度決定機制 ............................................................................ 36. 第四章. 研究方法與步驟.................................................................................. 42. 第一節. 研究架構 ................................................................................................... 42. 第二節. 研究方法 ................................................................................................... 45. 第三節. 研究對象 ................................................................................................... 47. 第四節. 研究工具 ................................................................................................... 47. 第五節. 實驗設計 ................................................................................................... 53 v.

(8) 第六節. 第五章. 研究流程 ................................................................................................... 56. 實驗結果分析 ..................................................................................... 57. 第一節. 實驗背景說明 ........................................................................................... 57. 第二節. 不同閱讀標註萃取機制對於閱讀理解成效及認知負荷影響分析 ........... 58. 第三節. 在不同閱讀標註萃取機制支援閱讀學習下閱讀理解成效、標註能力及認. 知負荷之間的相關分析 ............................................................................................. 72 第四節. 針對實驗組 2（優質標註）學習者之閱讀理解成效及標註能力迴歸分析 . .................................................................................................................. 76. 第五節. 訪談資料整理 ........................................................................................... 77. 第六節. 政治大結論與未來研究方向 .......................................................................... 94 立. 第一節. 學. 第二節. 結論........................................................................................................... 94. ‧ 國. 第六章. 討論........................................................................................................... 88. 未來研究方向 ........................................................................................... 97. ‧. 參考文獻 ...........................................................................................................100 中文文獻 .................................................................................................................. 100. y. Nat. io. sit. 英文文獻 .................................................................................................................. 102. n. al. er. 附錄一認知負荷量表......................................................................................107. i n U. v. 附錄二閱讀理解測驗試卷 ..............................................................................108. Ch. engchi. 附錄三訪談大鋼及問卷 ..................................................................................112. vi.

(9) 表目次表 2-1 認知負荷兩向度分類關係表 .................................................................. 27 表 3-1 「最近被點擊時間間隔」T1 之模糊語意集合表 ................................. 37 表 3-2 「平均被點擊時間」T2 之模糊語意集合表 ......................................... 37 表 3-3 標註熱門程度可信度 C 之模糊語意集合表 .......................................... 37 表 3-4 模糊規則表 ............................................................................................. 39 表 4-1 教學實驗規劃表 ..................................................................................... 53 表 4-2 實驗流程 ................................................................................................. 54. 治政表 5-1 不同閱讀標註萃取機制支援閱讀學習組別之學習者閱讀理解前測敘述大立統計 ........................................................................................................ 58 ‧ 國. 學. 表 5-2 不同閱讀標註萃取機制支援閱讀學習組別之學習者閱讀理解前測 ANOVA 檢定 ......................................................................................... 58. ‧. 表 5-3 採用不同閱讀標註萃取機制支援閱讀學習組別之學習者閱讀理解後測. sit. y. Nat. 敘述統計 ................................................................................................ 59 表 5-4 採用不同閱讀標註萃取機制支援閱讀學習組別之學習者閱讀理解後測. io. n. al. er. ANOVA 檢定 ......................................................................................... 59. i n U. v. 表 5-5 採用不同閱讀標註萃取機制支援閱讀學習之三組學習者閱讀理解前後. Ch. engchi. 測驗敘述統計......................................................................................... 60 表 5-6 採用不同閱讀標註萃取機制支援閱讀學習之三組學習者閱讀理解前後測驗成對樣本 t 檢定 .............................................................................. 60 表 5-7 三組學習者閱讀理解測驗進步成績之敘述統計 .................................. 61 表 5-8 三組學習者閱讀理解測驗進步成績之 ANOVA 檢定與 Scheffe 事後多重比較結果 ................................................................................................ 61 表 5-9 三組學習者對於不同類型題目之閱讀理解前測敘述統計 ................... 62 表 5-10 三組學習者對於不同類型題目之閱讀理解前測之 ANOVA 檢定 ..... 63 表 5-11 三組學習者對於不同類型題目之閱讀理解後測敘述統計 ................. 64 表 5-12 三組學習者對於不同類型題目之閱讀理解後測之 ANOVA 檢定 ..... 64 vii.

(10) 表 5-13 三組學習者對於應用類型題目之閱讀理解後測之共變數同質性檢定摘要表 .................................................................................................. 65 表 5-14 三組學習者對於應用類型題目之閱讀理解後測之單因子共變數分析摘要表 .................................................................................................. 65 表 5-15 控制組（所有標註）學習者對於不同類型概念題目之閱讀理解成效敘述統計 .................................................................................................. 66 表 5-16 控制組（所有標註）學習者對於不同類型概念題目之閱讀理解成效成對樣本 t 檢定 ....................................................................................... 66 表 5-17 實驗組 1（達人標註）學習者對於不同類型概念題目之閱讀理解成效敘述統計 .............................................................................................. 67. 政治大成對樣本 t 檢定.................................................................................... 67 立. 表 5-18 實驗組 1（達人標註）學習者對於不同類型概念題目之閱讀理解成效. ‧ 國. 學. 表 5-19 實驗組 2（優質標註）學習者對於不同類型概念題目之閱讀理解成效敘述統計 .............................................................................................. 68. ‧. 表 5-20 實驗組 2（優質標註）學習者對於不同類型概念題目之閱讀理解成效成對樣本 t 檢定.................................................................................... 68. y. Nat. sit. 表 5-21 三組間學習者認知負荷之敘述統計 .................................................... 69. er. io. 表 5-22 三組間學習者認知負荷之變異數分析 ................................................ 69. al. n. v i n Ch 本 t 檢定 ............................................................................................... 70 engchi U. 表 5-23 控制組（所有標註）高低不同閱讀理解成效學習者認知負荷之獨立樣. 表 5-24 實驗組 1（達人標註）高低不同閱讀理解成效學習者認知負荷之獨立樣本 t 檢定 ........................................................................................... 71 表 5-25 實驗組 2（優質標註）高低不同閱讀理解成效學習者認知負荷之獨立樣本 t 檢定 ........................................................................................... 71 表 5-26 不同閱讀標註萃取機制下學習者閱讀理解與認知負荷相關分析...... 73 表 5-27 不同閱讀標註萃取機制下學習者標註能力與認知負荷相關分析...... 74 表 5-28 不同閱讀標註萃取機制下學習者閱讀理解成效與標註能力相關分析 .............................................................................................................. 75. viii.

(11) 表 5-29 實驗組 2（優質標註）學習者閱讀理解測驗與標註能力之迴歸分析表 .............................................................................................................. 76 表 5-30 問卷結果總彙整 .................................................................................. 85 表 5-31 參與訪談學習者認知負荷敘述統計 .................................................... 87 表 5-32 參與訪談學習者認知負荷 ANOVA 檢定............................................ 87 表 5-33 實驗結果總彙整 .................................................................................. 89. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. ix. i n U. v.

(12) 圖目次圖 2-1 數位圖書館之合作式閱讀標註系統架構圖 .......................................... 10 圖 2-2 訊息處理歷程示意圖 ............................................................................. 16 圖 2-3 認知負荷構念示意圖 ............................................................................. 24 圖 3-1 「合作式閱讀標註系統」架構圖 ......................................................... 29 圖 3-2 標註品質評比機制運作流程圖 ............................................................. 30 圖 3-3 標註被點擊時間分佈示意圖 ................................................................. 36. 政治大圖 3-5 語意變數 C 之模糊隸屬函數................................................................. 38 立. 圖 3-4 T1 與 T2 之模糊隸屬函數 ........................................................................ 38. ‧ 國. 學. 圖 3-6 模糊推論架構 ........................................................................................ 39 圖 4-1 研究架構圖 ............................................................................................ 43. ‧. 圖 4-2 實驗規劃示意圖 .................................................................................... 46. y. Nat. 圖 4-3 系統功能機制架構圖 ............................................................................. 48. io. sit. 圖 4-4 新增／修改／刪除標註示意圖 ............................................................. 49. n. al. er. 圖 4-5 標註內容討論示意圖 ............................................................................. 49. Ch. i n U. v. 圖 4-6 喜愛標註功能示意圖 ............................................................................. 50. engchi. 圖 5-1 控制組（所有標註）標註呈現示意圖 .................................................. 91 圖 5-2 實驗組 1（達人標註）標註呈現示意圖 ............................................... 91 圖 5-3 實驗組 2（優質標註）標註呈現示意圖 ............................................... 92. x.

(13) 第一章緒論近年來網路學習已經蔚為風潮，且網路學習數位教材普遍以網頁方式呈現，在數位教材上進行數位閱讀標註（Annotation）有助於學習者進行思考、記憶、理解及閱讀知識分享（吳漢障，2009）。本研究基於模糊理論，透過學習者使用合作式閱讀標註系統的標註歷程萃取出「優質標註」及「達人標註」，並推薦給其他學習者，讓學習者能夠利用系統萃取出的高品質標註來輔助進行閱讀學習，藉以增加閱讀學習效率以及提高閱讀理解成效。此外，本研究也進行學習者認知. 治政大機制是否較無萃取機制系統所產生認知負荷程度低，更有助於學習者的閱讀吸收。立負荷程度的測量，藉此探討本研究所發展之「優質標註萃取」及「達人標註萃取」. 本章將針對本研究之研究背景與動機、研究目的、研究問題、研究範圍與限制以. 第一節研究背景與動機. Nat. y. ‧. ‧ 國. 學. 及名詞解釋等五小節進行說明。. er. io. sit. 近年來的研究結果發現，超過 93%的資訊是以數位的方式被創造出來（魏裕昌，2006），顯示未來數位閱讀是必然的趨勢。顯而易見的，傳統書本閱讀不利. al. n. v i n 於累積與分享閱讀知識；相對的，在數位閱讀環境中，若讀者能在數位文本上透 Ch engchi U 過電腦進行閱讀標註，將可以有效累積所有讀者的閱讀心得，達到閱讀知識典藏. 與分享的目的。此外，過去許多與閱讀相關的研究指出，合作式的閱讀學習能有效提昇學習者的閱讀學習理解成效（黃秋燕，2004；李中莉，2002；Klingner, Vaughn, Arguelles, Hughe, Leftwich, 2004）。並且透過閱讀標註分享，將使得這些累積的閱讀標註成為後來閱讀同一份數位文本讀者的有效外在認知支援參考，也可促進讀者進行更具深度與廣度的閱讀，如能再針對閱讀標註內容進行討論與互動，將可發展成為一種兼具匯集集體智慧與針對閱讀知識進行討論辯證的創新合作式數位閱讀標註學習模式。因此，將數位學習環境裡有助於知識分享的特點設計於 1.

(14) 合作式閱讀標註系統中，可有效促使閱讀同一數位文本學習者進行閱讀標註分享與討論，此一特點也具有發展閱讀學習社群的潛力。然而同一數位文本因多人進行閱讀標註後，將累積大量品質參差不齊的閱讀標註內容，反而不利於進行閱讀學習，如何有效解決此一問題成為重要研究議題。此外，Carlson, Chandler 與 Sweller（2003）的研究指出，學習者在學習過程中，若遇到同時呈現過多的互動要素時，認知負荷程度可能會超出有限的運作記憶，使得學習成效大打折扣。太高的認知負荷，也可能使得學習者因此產生學習焦慮，甚至可能停止進行學習（Wulf & Shea, 2002）。因此，針對大量基於合作. 治政大負荷，如何有效解決此一問題也是本研究探討的重點方向。立. 式閱讀標註所產生的閱讀標註內容，是否對於學習者的閱讀學習產生過高的認知. 因此，本研究發展可以在任意網頁上進行閱讀標註之合作式閱讀標註系統，. ‧ 國. 學. 並透過探勘集體智慧方式，在合作式閱讀標註系統上發展「優質標註萃取」及「達. ‧. 人標註萃取」機制，來輔助學習者進行數位文本閱讀學習，進而達到提昇閱讀理. y. Nat. 解成效的目的。同一數位文本在多人進行閱讀標註後，將累積大量品質參差不齊. er. io. sit. 之標註內容，透過本研究發展的「優質標註萃取」機制協助學習者在大量的閱讀標註中篩選出品質較佳的標註，藉此降低學習者在尋找合適標註內容的時間，並. al. n. v i n 進行更有效率的學習；而本研究「達人標註萃取」機制的設置，探討除了針對單 Ch engchi U 則品質較佳的閱讀標註內容進行學習外，透過呈現對於同一數位文本貢獻較多高品質標註之單一學習者的全部標註，以作為他人閱讀的學習典範，並利用標註達人排行榜閱讀所選取之達人標註，進一步探究從標註達人的角度進行閱讀標註學習是否也具有提昇閱讀理解成效之功用。此外，本研究也進一步探討透過「優質標註萃取」及「達人標註萃取」機制過濾掉一部份品質較差的標註，是否可有效降低閱讀標註文本時產生的認知負荷。. 2.

(15) 第二節. 研究目的. 本研究旨在利用模糊理論方法於「合作式閱讀標註系統」上發展「優質標註萃取」及「達人標註萃取」機制輔助閱讀學習，希望藉以提昇學習者的閱讀理解成效，並有效降低合作式閱讀標註活動時，大量閱讀標註可能產生的認知負荷。據此，本研究的研究目的如下：一、基於合作式閱讀標註行為，應用模糊理論方法於「合作式閱讀標註系統」中發展「優質標註萃取」及「達人標註萃取」機制，輔助閱讀學習。. 治政大習者的閱讀理解成效是否產生助益，以驗證這兩種機制是否有效。立. 二、探討利用「優質標註萃取」與「達人標註萃取」機制輔助閱讀學習，對於學. 三、探討「優質標註萃取」與「達人標註萃取」機制，是否可有效降低因為合作. ‧ 國. 學. 閱讀標註所產生之大量閱讀標註可能產生的認知負荷？. al. sit. io. 綜合上述研究目的，本研究的研究問題如下：. er. 研究問題. y. ‧. Nat. 第三節. n. v i n 一、如何利用模糊理論依據學習者的閱讀標註互動行為，在合作式閱讀標註系統 Ch engchi U 上建置「優質標註萃取」與「達人標註萃取」機制，有效輔助閱讀學習？. 二、探討利用「呈現所有標註之合作式閱讀標註系統」、「呈現優質標註之合作式閱讀標註系統」及「呈現達人標註之合作式閱讀標註系統」之不同組別學習者，針對同一閱讀文本之閱讀理解成效是否具有顯著差異？三、探討利用「呈現所有標註之合作式閱讀標註系統」、「呈現優質標註之合作式閱讀標註系統」及「呈現達人標註之合作式閱讀標註系統」之不同組別學習者，針對同一閱讀文本之認知負荷程度是否具有顯著差異？. 3.

(16) 四、探討利用「呈現所有標註之合作式閱讀標註系統」、「呈現優質標註之合作式閱讀標註系統」及「呈現達人標註之合作式閱讀標註系統」之不同組別學習者，在閱讀理解成效、標註能力及認知負荷上是否具有顯著關聯？. 第四節研究範圍與限制一、研究範圍 (一) 本研究發展之「優質標註萃取」與「達人標註萃取」機制，僅考量包括. 政治大圍共識五項閱讀標註行為因素，以及標註熱門程度因素，其他可能影響立標註策略類型、標註範圍長度、標註範圍詞性、標註喜愛共識、標註範. ‧ 國. 學. 高品質標註萃取之可能因素，不在本研究探討範圍之內。 (二) 本研究採用之閱讀標註文本均採用相同的文本，並具有相同的內容呈現. ‧. 方式，在閱讀學習中除了閱讀文本的難易度及內容呈現方式會影響認知. sit. y. Nat. 負荷之外，其他諸如學習者個人認知能力影響認知負荷之因素，則不在. n. al. er. io. 本研究探討範圍內。. 二、研究限制. Ch. engchi. i n U. v. (一) 本研究以臺北市立第一女子高級中學在學學生為研究對象，所得之研究結果是否能類推至其他研究對象之母群，仍需再進一步進行驗證，故本研究結果不宜作過度推論。 (二) 本研究以化學科普類型閱讀文章進行實驗，而學習者的閱讀標註行為或者認知負荷程度，可能在不同題材的閱讀文章中會有所差異，因此本研究所獲致結果是否可類推於其他類型數位文本中（如：文言文、詩詞等），仍需作進一步的探究。. 4.

(17) 第五節. 名詞解釋. 一、優質標註萃取機制本研究的「優質標註萃取機制」主要係透過學習者在「合作式閱讀標註系統」上的閱讀標註行為歷程資料，在考量「標註分數」以及標註熱門程度因素下，基於模糊推論萃取出優質標註內容，以輔助學習者進行閱讀學習，詳細「優質標註萃取機制」方法將於第三章中詳細描述。. 二、. 達人標註萃取機制. 政治大. 本研究的「達人標註萃取機制」主要係透過學習者在「合作式閱讀標註系統」. 立. 上的閱讀標註行為歷程資料，在考量「標註分數」以及標註熱門程度因素下，基. ‧ 國. 學. 於模糊推論萃取出達人標註內容，以輔助學習者進行閱讀學習，詳細「達人標註萃取機制」方法將於第三章中詳細描述。. ‧. 三、合作式閱讀標註系統. y. Nat. er. io. sit. 本研究改良陳勇汀（2011）所發展的「知識標註學習系統」（Knowledge-based Annotation Learning System，簡稱 KALS），使其具有「優質標註萃取」與「達人. al. n. v i n 標註萃取」機制，該系統是一種合作式閱讀標註系統，具有讓學習者進行閱讀標 Ch engchi U 註的撰寫、分享與互動討論功能。. 四、閱讀理解能力為了評估學習者的閱讀理解程度，本研究針對指定之閱讀數位文本，評量學習者對於該數位文本內容的理解程度，進而量化成「閱讀理解分數」。本研究將綜合過去研究提出的閱讀指導研究（Keshav, 2007；Bogucka & Wood, 2009）以及閱讀理解測驗模型（Cromley, Snyder-Hogan & Luciw-Dubas, 2010），設計閱讀理解測驗。獲得分數越低表示閱讀學習理解程度越差；反之，越高則閱讀理解程度越高。 5.

(18) 五、認知負荷 Sweller（1988）將認知負荷理論引入教育界，隨即引起國際的重視，不但成為許多研究的理論基礎，也廣泛被應用於教學設計，是當前有關學習與教學設計最具影響的理論之一。Pass 及 Van Merrienboer（1994）指出，將特定工作加諸在學習者認知系統時，所產生的心智負荷就是「認知負荷」。黃柏勳（2003）則認為，認知負荷指的是個體位於工作及學習情境下處理訊息時，所感受到心智努力與心智負荷的負荷總量。本研究採用由 Hwang 與 Chang（2011）所提出的認知負荷量表，相較於其他認知負荷量表而言，題數減少主要為避免受測者在填寫過. 政治大為衡量認知負荷程度的方法立，該量表採用李克特氏（Likert scales）七點量表計分，. 程因題數過多產生額外認知負荷，並採用主觀的衡量，由學習者進行自我評量作. ‧ 國. 學. 得分越高者，代表有較高的認知負荷程度，反之則有較低認知負荷程度。. 六、標註能力. ‧. Stemler（2001）的研究指出，依照學習者提供標註的類型及標註內容，可. y. Nat. sit. 給予標註者不同程度的貢獻值。因此，本研究將閱讀標註分為基本型標註與進階. n. al. er. io. 型標註兩種層次，基本類型標註包括標示文章中的「重要」、「質疑」及「困惑」. i n U. v. 內容，並給予 1 分的標註能力值；進階類型則有「摘要」及「舉例」兩種，給予. Ch. engchi. 2 分的標註能力值。本研究依據學習者貢獻的標註數量及對應之標註層次得分兩者乘積總和，再經過正規化後得到「標註能力」值。此外，本研究只將有效標註納入標註能力值的計算，內容不符要求的無效標註將不列入標註能力值計算。. 6.

(19) 第二章文獻探討本研究欲從學習者使用合作式數位閱讀標註系統的使用行為歷程，進一步萃取出優質標註及達人標註輔助閱讀學習。以下分別針對合作式數位閱讀標註系統、閱讀理解能力以及認知負荷三個面向進行相關文獻分析與探討。. 第一節. 合作式數位閱讀標註系統. 政治大過去已有許多協助學習者進行閱讀學習的數位科技輔具被發展出來，其中多立. 一、數位閱讀標註系統. ‧ 國. 學. 人合作式閱讀標註系統，可提供學習者進行小組合作式學習與知識交流。例如 Addison 等人（2010）所發展的個人化標註管理系統（Personalized annotation. ‧. management system 2.0, PAMS 2.0），除了提供給使用者進行個人化閱讀標註外，. sit. y. Nat. 該系統也提供同組學習成員進行合作式閱讀，且標註內容可與組內學習成員進行. al. er. io. 分享、討論。Steimle、Brdiczka 及 Mühlhäuser（2009）則使用數位筆進行課堂中. v. n. 投影片的演講與筆記閱讀研究，其發展的數位閱讀輔具可提供學生進行筆記分享，. Ch. engchi. i n U. 並可以針對標註設定公開、小組與私密三種模式，透過設定公開或小組模式，學生們可與其他小組成員自由地進行筆記內容的討論與分享。除此之外，陳志銘等人（2010）所發展的合作式閱讀標註系統，除了提供任意網頁上的內容標註，亦提供學習者之間進行閱讀標註分享與討論，以及學習者之間對他人標註內容評分，進而提昇學習者標註品質與閱讀學習成效。綜合以上文獻可以看出，目前已有許多在數位環境下的閱讀輔助系統被發展出來，而系統亦提供合作式機制供學習者進行閱讀資訊的傳遞與知識的分享，以達到更佳的閱讀學習成效。. 7.

(20) Wolfe（2002）歸納並彙整各式相關標註系統與技術後，整理出閱讀標註系統設計時七個主要的考量要素： 1.. 輸入（Input）鍵盤的文字輸入、麥克風的聲音輸入、滑鼠、繪圖板或電子筆等工具，都是可以被接受的輸入形式。由於現今桌上型個人電腦、筆記型電腦仍是主要被使用的數位閱讀工具，因此使用者輸入方式主要還是鍵盤與滑鼠兩種輸入裝置為主。在未來，智慧型手機與平板電腦（如 iPad）等行動數位閱讀載具盛行後，藉由觸控方式進行操作可能會逐漸改變人們輸入的習慣。. 2.. 治政大獨立的文字文件、聲音檔、影片檔、網頁、電子文件或是針對標註而產立. 被標註文字類型. 生的標註，都是可以被標註的類型。. ‧ 國. 學. 3.. 標註範圍定位. ‧. 這裡是指允許被使用者標註的地方。可能是一段文字、整篇文章、指定. 標註顯示介面. io. al. v i n 使用者的標註內容可以另開視窗、螢光筆、下加底線強調重點、自由繪 Ch engchi U n. 4.. er. 註，或者是對不同文本間進行標註。. sit. y. Nat. 段落或獨立像素（pixel）的位置。而有些技術可讓使用者進行不連續文字標. 圖（如 MakeUp、Bounce）、直接插入文本內文中、或在文本旁插入一欄另. 外顯示標註文字（如 Google Sidewiki）等方式顯示。此外，在多人閱讀環境中，為了讓讀者可以輕易瀏覽他人對於標註的回應，以及分享他人的標註，最好能夠提供討論回應的互動介面。 5.. 檢索與過濾提供讀者能藉由標註的各項資訊來找到已被系統儲存的標註。常見的方式有利用作者、撰寫日期、標註輸入型態、時間、權限（允許特定的人能夠檢視某些標註）等進行檢索。 8.

(21) 6.. 儲存位置儲存位置又可分成兩種形式：一種是將文本及標註分別獨立儲存於不同的資料庫；另一種則是和主要文本儲存於相同的資料庫下。儲存於資料庫的標註資訊能彈性地進行應用，也可作為資訊過濾、檢索與標註分享。. 7.. 其他例如 CritLink（Yee, 2002）與 Microsoft Office Word 均額外提供標註內容異動自動通知功能，也就是當文件內的標註有任何更新動作時，作者就會收到一封系統自動發出的提醒電子郵件。. 治政大此外，Chen 等人（2010）於臺灣百年圖書館史數位圖書館上發展合作式閱立. 讀標註系統，系統架構如圖 2-1 所示。該閱讀標註系統服務模組係建置於數位圖. ‧ 國. 學. 書館中，透過數位圖書館資料庫可提供豐富的閱讀文本供使用者瀏覽、檢索與標. ‧. 註，而標註系統服務模負責將讀者的標註與數位圖書館內容文本一同呈現。標註. y. Nat. 系統服務模組的資料為獨立存放於個別資料庫中，因此並不影響原本數位圖書館. er. io. sit. 所提供的原始文本，系統也能設定開放或關閉標註功能。此外，此一標註系統服務模組能夠附加在任何網站上。. n. al. Ch. engchi. 9. i n U. v.

(22) 圖 2-1 數位圖書館之合作式閱讀標註系統架構圖資料來源：“Developing a Taiwan Library History Digital Library with Reader Knowledge Archiving and Sharing Mechanisms Based on the DSpace Platform”by. 政治大. 立. Chen. C., Chen. Y., 2010, The Electronic Library, 30(3), 426-442.. ‧ 國. 學. 除此之外，尚有許多研究提出各種值得參考的標註系統架構。Shevade 與. ‧. Sunaram（2005）提出合作式標註系統架構，讓閱讀社群進行典藏文件共享，並. sit. y. Nat. 於文件上進行合作式標註，該系統基於媒體特色、使用情境、經驗關聯. al. er. io. （commonsensical relationships）與語意關聯（linguistic relationships）資訊，進而. v. n. 提供使用者個人化建議；Agosti、Ferro、Frommholz 與 Thiel（2004）提出標註. Ch. engchi. i n U. 工具整合模型，並詳細說明該如何組織標註工具，且將標註與資訊資源進行連結。另外，也有研究發展的標註工具以開放原始碼提供研究者參考，例如 CritLink （Yee, 2002）及 OATS（Bateman et al., 2006）等，這些研究成果皆可作為本研究發展合作式閱讀標註系統時的重要參考依據。. 二、標註知識分享學者 Wolfe（2002）歸納出使用閱讀標註的四種情境，並說明各情境中標註工具的設計要點，說明如下： 1.. 讀者給自己看的標註：例如學生在讀書時依據自己閱讀需求所標註的文字；或是研究者在研究過程中所產生的參考記錄。 10.

(23) 讀者想給作者看的標註：例如校對原稿的編輯者要提醒給作家的標註；或是. 2.. 教師在修改學生作業時留給學生的評語等。讀者想要分享給其他讀者的標註：例如圖書館讀者於書上撰寫的標註；或是. 3.. 編輯者提供給其他編輯者觀看的註解。作者想給讀者的標註：例如作者在創作時，於文本中撰寫給讀者的額外解釋. 4.. 或內容等。本研究關注的情境在於第三項，換句話說，即讀者標註的目的是為了與其他讀者分享。在此一情境中，讀者可藉由本研究所發展的合作式閱讀標註系統，將. 治政大讀者針對其他讀者的標註進行互動的模式又可分為兩種：第一種模式為將標立. 他們的閱讀標註與文本內容結合，也可以透過標註回應與討論工具進行互動。. 註當作其他額外的文字看待，而標註本身也可以像原始文本一樣被讀者進行標註。. ‧ 國. 學. 此模式的優點在於讀者可以維持一貫的標註動作，但會讓二次文字（即讀者的標. ‧. 註）與原始文字的界線變得模糊且複雜，可能導致其他問題。此外，這種模式之. y. Nat. 下的標註討論很容易因為沒有類似討論串（thread）的介面供讀者瀏覽而變得過. er. io. sit. 於複雜，並且標註的深度可能越來越多層，反而容易造成讀者混亂；第二種模式則是將標註以討論串架構（threaded-reply structure）的方式呈現，雖然此種架構. al. n. v i n 可能會打破標註以往的印象，不過讀者與讀者間卻能更容易進行交談與分享知 Ch engchi U 識。. 而閱讀標註系統也會因為標註的對象、標註與文本之間的關聯不同而有所變化，因此也必須考慮到讀者權限設定的需求。而 Annotator（O'Hara & Sellen, 1997）、 CritLink（Yee, 2002）與 DEBORA（Nichols et al., 2000）等標註系統，可讓讀者自由設定標註的公開等級，包括可設定為私人的、公開的或限制特定群組才能閱讀分享。而有些合作式閱讀標註系統允許在多份不同文件間進行交互參照（cross-reference），因此教師可以透過撰寫標註來建立不同文件之間的連結，讓學生方便進行閱讀活動（Vannevar, 1945）。 11.

(24) 三、合作式數位閱讀許多研究指出，合作式學習有助於提昇學習成效（Hilke, 1990；Balkcom, 1992）。透過合作學習對於學習內容進行批判與修正，可促使彼此分享各自的知識、觀點與資訊，同時也能增進學習者間互動關係與培養溝通能力，並可促使學習者有更高層次的思考能力展現。讀者將自身閱讀理解過程以標註方式撰寫在數位文本上，有助於後續閱讀的讀者從中獲得閱讀理解的外在認知支援，這種過程即促成了讀者與讀者間特殊的合作學習關係。Marshall（1998）觀察學生購買二手書的過程中，發現在選擇書. 政治大考量係因為前一位讀者的注釋提供了能夠幫助該讀者閱讀理解的外在認知支援。立本的過程中，常常會因為前一位讀者所做的詳細注釋而選擇該本書，這樣的選擇. ‧ 國. 學. Brush 與 Marshall（2002）也發現有些讀者願意將自己整理過的詳盡標註分享給其他讀者，甚至因此促進線上討論的進行。. ‧. 陳志銘等人（2010）指出，讀者透過分享自身不同專業能力及見解的標註，. sit. y. Nat. 可分享自己的觀點給其他讀者參考，這樣的分享閱讀模式可以讓團體內成員在學. n. al. er. io. 習的過程中提昇自己的學習水平。. i n U. Ch. v. en chi 第二節 g 閱讀理解. 一、閱讀理解意義閱讀是什麼？Goodman（1968／洪月女譯，1998）認為閱讀是建構性且動態的過程，而兩個讀者同時讀同一篇文章，會得到「不會建構出相同意義」以及「任何一位讀者對於該文章理解的意義都不會與作者所認為的完全一致」之結論。 Hittleman（1978）則認為閱讀是從印刷圖形裡，進行重建作者想表達訊息及觀念的歷程。Vacca & Gove（2000）也提出閱讀是人類藉由書寫文字中獲取語言訊息，並根據該訊息用以建構有意義的行為及歷程。張玉成（2001）界定閱讀是個體以 12.

(25) 既有的生活經驗與知識作為基礎，從圖書資料中所表達的訊息來進行個體的知識統整建構，進而思考並創造出新義的過程。閱讀理解又是什麼？學者 McNeil（1984）指出，所謂閱讀理解係指讀者與文章之間，透過建構意義而產生的互動。藍慧君（1991）認為閱讀理解係指讀者在閱讀文章時，能正確建構文章意義的一種能力。Lercer（1989）則認為閱讀理解取決於讀者對於閱讀材料所擁有的先備知識與經驗，意即讀者在面對將要閱讀的材料時，以自己背景知識為基礎，對閱讀材料作出主動的意義建構歷程，該歷程是一種具有策略性的思考過程，且讀者需要具備適當的動機，願意和閱讀材料. 治政大動的歷程，首先是對字詞的瞭解，再透過讀者的推論、整合以對前後文之要義進立間作主動的互動行為。張玉成（2001）也指出閱讀理解是多種認知能力間進行互. 行摘要，最後與擁有的先備知識及經驗進行比較、批判、想像、分析、創新等思. ‧ 國. 學. 考過程後，以建構自己感性與理性的認知觀點作為結束。葉宛婷（2005）認為讀. ‧. 者面對一篇閱讀材料時，透過文字辨認技巧轉譯成有意義的型態，便能產生理解，. y. Nat. 所以閱讀理解可以說是一種行為，亦是一種能力。當閱讀活動進行時，閱讀理解. er. io. sit. 就是一種將文字意義化的過程，讀者從中會藉由訊息的前後脈絡關係與讀者具備的知識基模互動，最後創造出對閱讀內容意義的理解。. al. n. v i n 此外，閱讀時除了要有所謂的「策略」外，也必須有閱讀的「技巧」。Stahl Ch engchi U. 與 Hayes（1997）認為「策略」是指有意識的思考歷程，會導致讀者消耗較多的認知資源；而「技巧」則近似自動化的過程，相對需要的認知資源較少。因此，. 讀者若能擁有較好的能力，就會善用閱讀技巧，取而代之斟酌於細節處理及耗費腦力的策略。閱讀活動中，閱讀能力較佳的讀者經常具備類似自動化過程的閱讀技巧（Stahl & Hayes，1997）。. 13.

(26) 二、閱讀理解歷程閱讀理解的產生係指讀者導引出文章中的意義，並不是只透過嘴巴說出文章中有哪些字（Flood & Lapp, 1984）。然而文字辨識過程若能達到自動化的地步，讀者就有其他心力專注於更高層次的閱讀理解，包括摘要、歸納、綜合、引申或監視理解的歷程（張新仁，1988）。 Gagn’e（1993）從訊息處理的觀點指出閱讀歷程可分為下面四個階段：解碼（ decoding ）、文義理解（ literal comprehension ）、推理理解（ inferential comprehension）及理解監控（comprehension monitoring），分述如下：. 政治大解碼係指將印刷文字轉變成語音型式的表現過程（Samuels，2002），讀立. (一) 解碼（decoding）. ‧ 國. 學. 者會在過程中將看到的字詞型態與長期記憶裡已知的型態進行比對，從初始的字母層次逐漸轉換成透過組塊的概念進行比對解碼（鄭博真，1996）；此. ‧. 外，當讀者先讀出字音，再藉由定音檢索出字義的方法，又稱為轉錄的一種. sit. y. Nat. 歷程（陳淑娟，1997）。. al. er. io. (二) 文義理解（literal comprehension）. v. n. 文義理解指的是能夠認出文字中包含的意義，可劃分為兩部份。其一為. Ch. engchi. i n U. 語法分析（parsing），係指讀者運用語言句法規則，進行確認字組意義和身份的一種過程（王瓊珠，1992）；其二為字義接觸（lexical access），係指透過被激活的知識來選擇字詞的正確意義（鄭博真，1996）。 (三) 推論理解（inferential comprehension）推論理解在閱讀歷程中，可提供讀者更廣泛且深層的理解，其中包含三個層次分別是：摘要（summatization）、統整（integration）、精緻化（elaboration）。摘要（summatization ）是指讀者在閱讀文章後，能從文章中的小標題、各段落的主題句或是文章中的提示語詞摘要出重點（王瓊珠，1992）；統整（integration）是指讀者將兩個或以上不相連的語句聯接起來，使其成為一 14.

(27) 連貫的敘述（王瓊珠，1992）；精緻化（elaboration）的歷程係指推論的過程中讀者加入自己的經驗，藉以擴展文章的內涵，也就是讀者從先備知識中提取相關概念訊息，並與新訊息進行連結而引伸聯想。 (四) 理解監控（comprehension monitoring）理解監控功能在於確保讀者能有效地面對欲理解目標，其中包含目標設定（goal setting）、策略選擇（strategy selection）、目標檢核（goal-checking）與修補策略（remediation）四個項目。目標設定係指讀者在閱讀開始時，會先行設定目標，接著讀者會根據所設定的目標進行策略選擇來達成目標，下. 治政大中斷時，則會進行修補策略步驟。立. 一步則會透過目標檢核來確保是否達成預定之目標，但若閱讀受到檢核必須. ‧ 國. 學. 三、閱讀理解理論. 個體於內在的心智運作歷程，可以透過學習心理學上包括「基模理論」、「訊. ‧. 息處理理論」、「鷹架理論」理論加以詮釋。其中基模理論強調以學習者先備知識. sit. y. Nat. 作為學習的基礎，且學習是透過基模轉變而進行；訊息處理理論則強調閱讀時，. al. n. 到提昇閱讀理解的成效，詳細說明如下：. Ch. (一) 基模理論（Schema Theory）. engchi. er. io. 訊息處理的內在運作過程；而鷹架理論強調主動建構的過程，透過策略的協助達. i n U. v. Rumelhart 與 Norman（1978）定義基模為「存於記憶中表徵類總概念」（generic concept）的資料結構，也就是說基模包含了發生在某範疇內結構中典型概念、屬性、關係的有組織知識結構。Ausubel（1968）則主張進行有意義的學習才能產生真正的學習，而有意義的學習係指將新的訊息與相關先備知識連結在一起。因此，基模理論提供讀者一種組織知識以及理解並記憶文章訊息的基礎（Armbruster，1986）。在閱讀過程中，讀者會以擁有的基模也就是先備知識作為理解的開端，再透過各種閱讀理解策略來輔助自己進一步理解正在閱讀的內容。 15.

(28) 綜合上述，當讀者能把記憶中的資訊與文章中獲得的新訊息連結在一起時，就會產生理解，所以讀者閱讀時必須建構適當的基模，才能協助自己有效率且正確的進行閱讀理解活動，一旦理解了所閱讀的內容轉變為新知後，就會成為新的認知基模。 (二) 訊息處理理論（Information Processing）訊息處理理論是指將記憶視為知識儲存的歷程，透過研究個體如何把知識編碼、儲存、檢索及解碼，並解釋人類於環境中如何藉由感官覺察、注意、辨識、轉換、記憶等內在心理活動，加以吸收並運用知識的一種過程（張春. 治政大呈現的訊息，只會存在於讀者的短期記憶裡，時間一久或者更多訊息進入後，立興，1996）。當讀者對於文章沒有產生任何具有意義的連結時，則文章中所. 若沒有針對閱讀材料的訊息加以處理並與既有的知識基模產生連結，這些訊. ‧ 國. 學. 息將會在很短的時間內消失；反之，若短期記憶能將文章與先備知識進行連. ‧. 結，且對文章內容產生有意義化的過程，則這些經過處理的資訊將轉變為讀. y. Nat. 者認知基模的一部份，最後成為閱讀其他文本或處理任何狀況的先備知識。. n. er. io. al. sit. 圖 2-2 說明訊息處理的歷程。. Ch. engchi. i n U. v. 圖 2-2 訊息處理歷程示意圖資料來源：張春興（1996）。教育心理學-三化取向的理論與實踐。臺北市：東華。. 16.

(29) 從圖 2. 2 可以得知，訊息處理可區分為三個彼此分離但前後交流的階段來加以解釋，而這三階段各代表三種不同性質與形式的記憶，分別敘述如下（張春興，1996）： 1.. 感官收錄（sensory register，SR）指的是個體憑視、聽、嗅、味等感覺器官感應外界的刺激時所引起短暫（三秒以下）的記憶。這樣的刺激會保持原狀供個體選擇是否要進一步處理，否則就會形成遺忘。換句話說，感官收錄是具有選擇性的，且和動機、需求及經驗有關。. 2.. 治政大 20 秒以內的記憶，當感官收錄後經過注意，而能在時間上延續到立. 短期記憶（short-term memory，STM）. 即可對刺激產生適當反應，若再採用復習的方式，便可使其進入長期記. ‧ 國. 學. 憶中。同時也具有讓個體對訊息性質具有深層理解認識，進而產生運作. 長期記憶（long-term memory，LTM）. y. Nat. 3.. ‧. 記憶（working memory，WM）功能。. 情節記憶與關於語文表達意義的語意記憶。. n. al. Ch. (三) 鷹架理論（Scaffolding Theory）. engchi. er. io. sit. 係指保持訊息長時間不被遺忘的永久記憶，可分為關於生活情節的. i n U. v. 「鷹架」源自於 Vygotsky（1978）的學習理論，指的是有能力的成年人提供學習者暫時性的形式支架，藉以輔助學生，直到學習者能自行操作及學習。因此學習者身邊若有適當鼓勵學習的教師或同儕，透過協助搭起學習鷹架，並利用提問的技巧，來創造學習者「認知衝突」，並促進反省思考，則學習者本身的潛能便能獲得較佳的發揮效果。同時，於鷹架中學習者所扮演的角色將不再被動的進行學習，而是積極參與學習活動及主動思考，在這樣的學習環境中，教師的教導與鼓勵是促使學習者獨立學習的重要關鍵。. 17.

(30) 綜合上面所述，所謂閱讀理解係指閱讀過程中，透過教師引導學習者將認知基模中的知識與閱讀材料進行連結，提醒學習者使用本身具備的學習策略，若學習者能逐漸掌握理解方式與閱讀策略後，再逐漸將閱讀理解工作轉移至學習者，且協助學習者產生新的理解基模，並對閱讀文本進行預測、思考，即可對文章內容意義的理解進行建構。閱讀的最終目的在於理解文章中的意義，閱讀本身並不是一項單純的認知活動，過程中包含著字彙辨識與文意理解的相互運作，整個閱讀理解的歷程是指讀者與文字訊息配合不同階段策略的互動情形，這樣的過程對於提昇閱讀理解有著相當的助益。. 治政認知負荷第三節. 大. 立. 認知負荷理論（cognitive load）源自於歐美人體工學（ergonomics）與人因. ‧ 國. 學. 科學（human factor）領域，早期主要應用於企業及軍事訓練上，稱為「心智工. ‧. 作負荷」（mental workload），直到澳洲新南威爾斯大學教育學院的學者 Sweller. y. Nat. （1988）將認知負荷理論引入教育界，隨即引起國際間的重視，而後不僅成為許. er. io. sit. 多研究理論的基礎，也被廣泛應用在教學設計上，可說是當前教學設計與學習領域最具影響力的理論之一。. al. n. v i n 根據先前許多研究學者的整理， C h 「認知負荷」主要可分為三個範疇：內在認 engchi U. 知負荷（Intrinsic Cognitive Load）、外在認知負荷（Extraneous Cognitive Load）及增生認知負荷（Germane Cognitive Load）。其中內在認知負荷的意義為，人們在學習過程中，運作記憶內各要素間的互動程度（Sweller & Chandler, 1994）。如果一次將太多互動要素呈現給學習者，將可能導致認知負荷程度會超出有限運作記憶，因此學習者的學習成效將會大打折扣（Carlson, Chandler, & Sweller, 2003）。而外在認知負荷重點則是在教材的組織，教師可將教材以示例、圖形、課本等不同方式呈現給學生，所以外在刺激形式的不同也會帶來不同的外在認知負荷（Carlson et al., 2003）。此外，根據 Gerjets 和 Scheiter（2003）兩位學者指出， 18.

(31) 增生認知負荷有助於學習者基模結構，往更高層認知歷程發展。. 一、認知負荷定義自學者 Swellter 從其他領域將「認知負荷」（cognitive load）的概念引進教育界後，學術界間便開始對認知負荷理論進行多方面的研究，以下整理出不同學者對於「認知負荷」的看法： 1.. Sweller（1988）：「認知負荷」與「短期工作記憶」所能負荷的記憶單位數量有關。一個個體若將許多項目儲存於短期記憶內時，就容易造成「過度」的. 政治大 Pass 及 Van Merrienboer（1994）立：「認知負荷」就是將特定工作加諸在學習者認知負荷。. 2.. ‧ 國. 3.. 學. 認知系統時，進而產生的心智負荷。. 黃柏勳（2003）：認知負荷是指個體於工作及學習情境下處理訊息時，所感. ‧. 受到心智努力與心智負荷的負荷總量。若負荷總量超出個體所能接受上限，. sit. y. Nat. 將導致個體內的認知系統過度負載，導致心理或生理上引起焦慮、苦惱與壓. al. v. 賴日生、曾曉青、陳美榮（2005）：執行一個特定的任務時，加諸在學生工. n. 4.. er. io. 力等負面知覺，最後影響到工作及學習的表現。. Ch. engchi. i n U. 作記憶中智力活動總數量，然而對認知負荷起作用的主因是工作記憶必須去注意內容的數量時。. 歸納上述不同學者的觀點，短期記憶裡的項目越多，認知負荷程度越大；在學習的過程中，越需要去付出較多的心智努力時，認知負荷程度就越大；任務要求與自身認知能力之間差距越大，則認知負荷程度越大。此外，在心智負荷與心智努力的負荷總量上，若超出個體所能接受範圍，而導致認知系統過度負載，將會造成生理或心理上的負面效應，最後影響到學習的表現。. 19.

(32) 二、認知負荷類型學者 Sweller 等人從教學設計的觀點，將產生認知負荷的來源分成三種類型（Sweller et al., 1998；陳密桃，2003；郭秀緞，2005）：內在認知負荷、外在認知負荷及增生認知負荷。分述說明如下： (一) 內在認知負荷（Intrinsic Cognitive Load）內在認知負荷的本質是屬於學習內容的內在部分，其中包含學習者先備知識、教材特質以及上述二者間的交互作用。教材中的特質是指教材本身內在特性（難易程度），並不會因教材呈現方式不同而有所改變，意指不會受. 政治大知負荷較低；反之，教材要素間關聯性高，其內在認知負荷亦會較高。此外，立. 到教學設計影響。學習者面對教材要素間關聯性低的教材時，其產生內在認. ‧ 國. 學. 學習者先備經驗、專業知識的不同，也會造成不同程度的內在認知負荷。 (二) 外在認知負荷（Extraneous Cognitive Load）. ‧. 外在認知負荷又稱為無效認知負荷（ineffective cognitive load），主要是. sit. y. Nat. 因為教材設計與教材呈現方式不同，造成學習者額外程度的負荷，這與學習. al. er. io. 者的基模建構及自動化無關。又因這類型認知負荷是外加的，因此可藉由教. v. n. 材內容組織與呈現方式的設計來降低，此為多媒體教材設計者所致力研究的重點之ㄧ。. Ch. engchi. i n U. 此外，當訊息必需經過整合才能彼此參照時，若在呈現的時間上加以錯開，則會額外加重外在認知負荷程度；若預先將訊息比較或是整合、同時呈現，則可降低外在認知負荷程度，例如：學者 Sweller 提出許多實驗證明，整合口語及視覺資訊能防止學習者在圖片及文字上分散其注意力，進而提高學習的效果（Chandler & Sweller, 1992；Sweller, Chandler, Tierney & Cooper, 1990；Tarmizi & Swller, 1988）。本研究主要也是為了協助降低學習者外在認知負荷，透過發展的推薦機制使得學習者能更有效率地進行學習，將優質標註內容篩選出並推薦給學習者輔助其更專注於閱讀學習活動。 20.

(33) (三) 增生認知負荷（Germane Cognitive Load）增生認知負荷可視為外在認知負荷的一部分，但此種型態認知負荷卻對學習者內在基礎的基模建構上有所助益。增生認知負荷可界定為降低外在認知負荷後，刻意透過教學活動設計，並以適當材料呈現，使學生更能專注於學習內容，而達到基模建構的認知努力。例如使用教學設計方式來鼓勵學生將教學內容進行比較、抽象化、精緻化或參閱其他資料等，都是增生認知負荷。增生認知負荷在教學設計及過程中，只有在總認知負荷量（內在與外在認知負荷）未超過學習者的負荷範圍時，使用上才會有意義。由此可知，雖. 治政大專注於基模的建立與自動化上，同時也能增加學習者的專注度和學習動機，立然增生認知負荷也是認知負荷的一種，但由於此型態的負荷可幫助學習者更. 因此增生認知負荷雖然是額外增加的負荷，但換來的是學習者獲得更大、更. ‧ 國. 學. 正面的助益。. ‧. io. 自由目標效應（Goal Free Effect）. al. v i n 目標導向教學屬於傳統式教學，該教學方式侷限了學習者的想法與解題 Ch engchi U n. 1.. er. 結果，進而提出七項教學設計原則，分別說明如下：. sit. y. Nat. 此外，Sweller 等人（1998）歸納出認知負荷理論應用於各學科領域的研究. 目標，反而容易造成極大認知負荷。因此，學習者在面臨非單一解答的題目. 時，應採開放目標的方式進行教學，讓學習者擁有自由思考的空間，可多重表達個人思考歷程、啟發創造力且不受教學目標限制，如此一來可減低外在認知負荷。 2.. 範例效應（Worked Example Effect）「精緻性範例」著重在問題步驟、問題狀態以及使學習者可歸納出衍生問題，比起解決問題，「精緻性範例」更能幫助學習者建立基模以及產生較低的外在認知負荷。 21.

(34) 3.. 完成問題效應（Completion Problem Effect）每個學生的學習能力有所差異，完整提供解題範例不但會限制學習者思考方向也可能剝奪其學習慾望，也會因為釋例與問題同時在工作記憶佔據運作空間，導致外在認知負荷。完成性的問題意指給予學習者部分解答的狀態及問題的目標，再讓學習者完成其餘部分答案的一種解題方式，如此一來可減少外在認知負荷以及基模的建立。. 4.. 分散注意力效應（Split-Attention Effect）面對多重訊息，訊息必需加以整合才能達到最好的學習效果。教材在呈. 治政大若不位於同位置或不同時間呈現，學習者的注意力就會分散，導致學習者的立. 現時需要考量教材要素間的關聯性，相關的要素最好位於同位置並同時呈現，. 認知負荷增加。. ‧ 國. 學. 5.. 重複效應（Redundancy Effect）. ‧. 學習者面對多重的訊息來源時，如果這些訊息皆可獨立出現，而且意義. y. Nat. 也相當明確，也不需相互參照、整合亦能理解。則如果將這些訊息在空間上. n. 6.. al. er. io. 果。. sit. 或時間上安排使其同時呈現，將會導致工作記憶過度負荷，且降低學習的效. Ch. 形式效應（Modality Effect）. engchi. i n U. v. 人在處理訊息時係多重管道齊下，分別處理不同性質、不同型態的訊息，教師於教學活動時利用工作記憶處理訊息的特性，使用不同的知覺狀態，取代只用單一型態來呈現訊息的方式，將有助於降低認知負荷，並增加學生的學習成效。. 22.

(35) 7.. 變化效應（Variability Effect）「變化效應」是一個透過增生認知負荷來促進學習成效的例子。教師於教學時可使用多元的方式呈現訊息，並轉變不同的學習情境和問題狀態，刺激學習者進行多元思考，協助其建立學習基模。雖然變換學習情境可能導致表面上造成認知負荷，但也有助於引起學習者的注意力，使其更投入學習中，因此在學習遷移上的效果將更為明顯（宋曜廷，2000；Sweller et al., 1998）。. 針對上述的七個效應裡面，「分散注意力效應」及「重複效應」與本研究最. 治政大理於數位文本中，再經由系統的萃取機制來將好的標註提供給所有學習者，達到立為相關，透過本研究發展的合作式閱讀標註系統，將每個學習者所整理的標註整. 優質標註的整合功能進而提昇學習成效，反之，若沒有經過系統的萃取而將所有. ‧ 國. 學. 標註內容一次呈現給學習者，導致學習者必須自己去尋找及判定哪個標註內容才. ‧. 是對自己有幫助，這樣的情況就可能會產生「分散注意力效應」；當學習者閱讀. y. Nat. 一篇數位文本時，其中大量資訊可能都是學習者所不熟悉、沒見過的，然而合作. er. io. sit. 式閱讀標註學習活動會將所有學習者對一項新資訊的註解呈現在一起，此時就會造成所謂的「重複效應」，因為大家的標註內容可能會相當類似但不完全相同，. al. n. v i n 這樣模稜兩可的結果也可能造成其他學習者的混淆，所以本研究發展的萃取機制 Ch engchi U 就能降低此效應的發生，進而降低學習者的認知負荷程度。. 23.

(36) 三、認知負荷來源學者 Pass 與 Van Merrienboer（1994），認為「認知負荷」是多向度的概念，包括因果要素（Causal Factors）與評估要素（Assessment Factors）兩種，其因果與評估要素如圖 2-3 所示。因果要素. 評估要素心智負荷. 任務(環境). 認控制政知治大處理. 任務(環境) 與學習者特性交互作用. 立. 心智努力. ‧ 國. 學. 學習者特性. 負荷. 自動化處理. ‧. 任務(環境). Nat. y. sit. n. al. er. io. 圖 2-3 認知負荷構念示意圖資料來源：“Instructional control of cognitive load in the training of complex cognitive tasks”by Pass, F. & Van Merrienboer, J.J.G., 1994, Educational Psychology Review, 6(4), 51-71.. Ch. engchi. i n U. v. (一) 因果要素（Causal Factors）因果要素係指造成認知負荷的來源，其中包括了任務與環境、學習特性及其交互作用（陳彙芳，1999；Pass & Van Merrienboer, 1994），意義分別如下： 1.. 學習者的特性學習者特性係指學習者個人先備知識、認知能力、認知型態、年齡與經驗等（陳密桃，2003）。也代表不同學習者間的個別差異，這些因素皆會影響學習者在學習時所產生的認知負荷。想要有好的教學成效， 24.

(37) 就得先去瞭解學生的個別差異。例如：進行教學活動前，透過瞭解學生具備的先備知識、經驗等，並瞭解學習者認知型態，最後再依據學生個別的差異而設計不同的教學方式，或是於教學前先行補充先備知識不足的部分以利教學活動進行，也可以提昇學習成效。 2.. 學習環境與任務指複雜度、學習內容、時間壓力、噪音、資訊展現方式、溫度、教材編排方式、學習程序等（陳彙芳，1999）。學習環境與任務對認知負荷影響很大。因此教師宜將學習內容依難易程度加以計劃安排；將教材. 治政大的學習時間；佈置適於學習的環境供學生進行學習，這都將有助認知負立訊息以適當方式呈現；漸進式安排教學過程或學習活動；給予學生足夠. 荷的降低，進而促進學習。. ‧ 國. 學. 3.. 二者交互之作用。. ‧ y. Nat. (二) 評估要素（Assessment Factors）. er. io. sit. 評估要素係指認知負荷所導致的結果，其中包括心智負荷（mental load）、心智努力（mental effort）、表現（performance），透過上述三要素可用來評. al. n. v i n 估學習者的認知負荷（陳彙芳，1999；Paas & Van Merrienboer, 1994），分別 Ch engchi U 解釋如下： 1.. 心智負荷：以工作為核心層面，與內在或外在特性有關，主要是工作或環境需求所造成。. 2.. 心智努力：以人為核心層面，屬於心智控制處理，主要是指學習者為達成任務所需的努力。. 3.. 表現：是心智負荷、心智努力以及前述因果要素的反映。. 25.

(38) 然而認知負荷的來源對學習而言，有下列兩項教學意涵： 1.. 學習者特性會影響認知負荷：必須克服這些特性，才能獲得好的學習表現。例如：教學前先增進學習者先備知識、經驗等，藉以協助學習者降低認知負荷。. 2.. 學習環境：環境的因素對於認知負荷有很大影響。因此，教師必須想辦法協助學習者排除不好的環境因素。例如：將教材資訊作適當呈現；將學習內容依難易度加以安排；給予學生適度的自由學習時間；教學活動或學習活動做漸進式安排；上述方法都有助於降低認知負荷的程度，促. 治政大（Sweller et al., 1998）。立. 進學習在進行特定任務時，降低加諸於學習者認知系統的負荷量. ‧ 國. 學. 四、認知負荷的量測. 訊息進入工作記憶運作時所產生的負荷總量即為認知負荷，而如何測量這些. ‧. 「負荷量」便成為研究者的一大挑戰；藉由認知負荷的測量，可瞭解學習者在接. sit. y. Nat. 收並處理新訊息時所遇到的困難，進一步從測量的結果來改善教學方式。此外，. al. er. io. 也具有提昇認知負荷理論在教育層面的應用價值。. v. n. Brunken 及 L.Plass 等人（2003）認為，認知負荷的測量方式可歸類為兩個. Ch. engchi. i n U. 向度：關係（直接或間接）及客觀性（主觀或客觀）兩種。關係向度測量的分類是依據實際行為特徵與測量的觀察；而客觀性向度著重於進行測量的方式是否主觀。主觀性測量指的是主觀性的方法，例如使用自我報告法來測量認知負荷的程度。此一方法對衡量相對較小的認知負荷差異為較靈敏且具有信度、效度及不受干擾的特性（Sweller, Van Merrienboer & Pass, 1998; Pass & Van Merrienboer, 1994）；客觀性測量指的是透過對生理狀態、行為或成績等客觀的觀察，進而獲得認知負荷程度的大小。直接測量係指對受測者的主觀感覺進行直接測量，最後得到結果；而間接測量是通過受測者的成績或學習行為等進行推論後做出判斷。表 2-1 為測量認知負荷的關係表： 26.

(39) 表 2-1 認知負荷兩向度分類關係表關係. 客觀性. 間接. 直接. 主觀. 心智努力自我評量. 壓力等級自我評量教材難易自我評量. 客觀. 行為、生理、學習成效評量. 腦部活動測量雙重任務表現. 資料來源：“Direct Measurement of Cognitive Load in Multimedia Learning”by Brunken, R., Plass, J. L., & Leutner, D., 2003, Educational Psychology, 38(1), 53-61.. 1.. 立. 寫量表。. ‧ 國. 直接／主觀：教材難易程度藉由學習者的評量，直接關連至學習者認知負荷的程度。. ‧. 3.. 學. 2.. 政治大. 間接／主觀：學習者回顧學習時的認知歷程，並依照心智努力的付出程度填. 間接／客觀：評量學習成效或測量生理相關的訊息（如：眼動儀的測量）。. Nat. sit. n. al. er. 直接／客觀：最直接且客觀的評量方法，莫過於使用功能性核磁共振、神經. io. 4.. y. 這類方法雖然客觀，卻只是透過注意力資訊間接去證實與認知負荷相關度。. 影像、陽電子放射等方式觀察腦部活動。. Ch. engchi. i n U. v. 本研究由於受到設備與教學活動限制，無法採用直接／客觀的觀察方式進行認知負荷的量測，而是採用 Hwang 及 Chang（2011）所提出的認知負荷量表，相較於其他認知負荷量表而言，題數減少主要為避免受測者在填寫過程因題數過多產生額外認知負荷，並採用主觀的衡量，由學習者進行自我評量作為衡量使用「合作式閱讀標註系統」時認知負荷程度的方法，該量表採用李克特氏（Likert scales）七點量表計分，得分越高者，代表有較高的認知負荷程度，反之則有較低認知負荷程度。. 27.