發展即時動態學習負荷計量機制以建構適性化數位學習狀態診斷模式

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(1)第一章. 緒論. 在此瞬息萬變的數位時代之際，知識管理將是個人與企業脫穎而出與維持競爭優勢的不二法門，如何建構一個有效的知識系統，讓組織中的知識能有效地創造、流通與加值，進而創造企業效率與價值，成了當前企業最重要的課題。 Senge (1990)指出未來最成功的企業將是不斷以靈活、有彈性的學習，創造持久競爭優勢的「學習型組織」。在全球企業環境變遷、組織面臨不興則亡的局勢中，許多國內知名大企業，如新光人壽、王品、 OK超商等，都紛紛導入數位學習，藉以推動有效知識管理，使企業真正成為學習型組織，才能在快速變遷的網路經濟時代中，永保企業的競爭優勢。數位學習的概念係源自於網際網路(internet) 之運用，利用電子化的教學科技，讓學習者透過網路與電腦輔助的學習環境與機制，能夠不受時間與地點的限制，獲得專家或講師的智慧傳授以便進行學習、教育訓練服務與訊息的傳遞，並更進一步促成組織內知識的擷取、傳播、保存與管理。簡言之，所謂數位學習就是「在網際網路上進行的學習活動」（林幸華、連麗真，2002）。因此，以網路為平台的數位學習已在學校教學和企業教育訓練中扮演相當重要的角色（陳昭珍， 2003）。因材施教的適性化學習是數位學習系統重要目標之一（Martinez & Bunderson, 2000），因此，如何達成適性化數位學習，則是本研究所要探討之重點。. 1.

(2) 第一節. 研究背景與動機. 壹、研究背景隨著資訊科技與網際網路的快速發展，人類社會正逐步從工業化社會向資訊化社會邁進(鄭經文、楊曉強，2007)。在全球網路頻寬不斷的提昇之下，以網路為基礎的數位學習也蔚為一股風潮。學校運用數位學習來達到知識分享與學習；企業可透過數位學習來進行教育訓練，讓知識得以快速有效傳播到組織內部（曹世亮，2001；鍾瑞國、楊寶華，2006）。藉由數位學習，知識的取得變得更快速更多元化（Lim & Kim, 2003）。數位學習除了在學界蓬勃發展，在業界發展亦是迅速（劉仲矩、張文華，2003）。資策會（2004）指出，許多追求高績效的現代化企業投下鉅資及人力，建構內部的數位學習網路，以強化教育訓練工作，促進員工持續學習，提升企業本身之競爭力（吳宗杉、顏聖豪， 2006；蘇照雅、陳怡穎，2005；張善智，2004）。數位學習的學習模式具備了隨時、隨地的高取得特性（吳志銘， 1998），不但突破了傳統教室學習在時間和空間上的限制，而且學習者能夠彈性的選擇適合自己的課程和時間來學習，營造一個自主的、個人的學習空間(黃貝玲，2001；Rosenberg, 2001)。使得原本以老師為教學中心的教學活動逐漸轉變為學生自主學習的模式，老師從知識傳授者轉型成知識提供者及輔導者的角色（黃孟元、黃嘉勝，1999；Sun, Lin, & Yu, 2008），因此被廣泛的應用在學校教育或企業教育訓練上（張明敏，2001）。然而Molenda（2003）卻指出數位學習課程有70%的高退學率，主. 2.

(3) 要為不適當的教學設計所導致。本研究認為當前數位學習的學習評量多施於學習段落截點，對於學習者的整體學習狀態缺乏即時(real-time) 動態的回饋，無法即時讓學習者與教師雙方了解學習狀態，給予即時且適當的學習輔助，以提升學習效率。由於無法即時動態的回饋學習者的整體學習狀態，所以無法於學習歷程中進行學習診斷，進而於學習歷程中進行學習路徑的動態選擇，達到即時動態的適性學習。數位學習是組織推動e化必須的過程之一，如何規劃有效的數位學習，讓每位學習者自主掌控學習的時間與進度，管理者則可透過教學管理機制，充分掌握學習成果，並與人力資源發展做更緊密的結合，是有心導入數位學習進行教育訓練者所關心的議題。本研究針對目前數位學習在設計上的限制與影響，分述如下：一、忽略學習者本身的特質多元性的學習者分類機制只以前測成績為學習者分類或學習進入點依據，忽略學習者本身的特性是多元的，而非單一特性就可以將學習者分類。林進材（2003）認為適性及個人化的教學是現今教學的主要趨勢，分類學習者的目的是為了給予不同特性學習者量身訂做的學習路徑與內容，成就適性學習。只以前測成績為學習者分類將造成嚴重的偏誤，導致學習失敗。二、為一結果控制導向型的學習成就評量（一）只針對學習成就進行截點式評量，忽略影響學習的因素頗為多元與複雜。（二）不具備學習歷程性之單因子學習評量。對學習者的影響. 3.

(4) 因素是多元與複雜，並非只發生於原本教材設計的學習段落(學習截點)結束時，而是於學習歷程中持續影響學習者學習。三、學習者與教師皆無法有效互動與即時給予需求的學習輔助與支持（一）不具備讓教師與學習者能夠雙向、同步、即時了解學習狀態的機制設計，對於學習者於學習歷程進行中的學習狀態缺乏即時的回饋機制設計。（二）缺乏於學習歷程進行中，即時了解學習者的整體學習狀態的有效機制來評量學習者學習狀態，且無法量化學習者於學習歷程中的學習狀態，提供教師與學習者雙方即時學習狀態的量化資訊。（三）缺乏即時診斷機制，以判讀學習者之量化學習狀態資訊，進行自動化或學習者自主控制的適性學習輔助。. 貳、研究動機針對上述研究背景，產生以下動機：一、動機一︰進行學習者特性分類，將學習者學習風格之內隱特性轉換成具體化的數據，提供因材施教的教學輔助，提升學習效率。隨著社會需求與教育思潮的變革，學生個人的教育與發展逐漸受到重視，朝向以學生為主體（游光昭、林坤誼，2007）。為了. 4.

(5) 解學生在學習活動中的差異，許多研究將學習者分類，使其在教育的過程中能針對學習者的特徵因材施教，如認知風格、學習風格、人格風格…等（管怡婷，2004；黃炯瑩，2004）。Sarasin（1999）認為在教學上若能了解與應用學習者之學習風格，將更能提升其學習成效。學習風格 (learning style) 是指個人對訊息處理（information processing）的習慣，亦即學習者在知覺、思考、問題解決和記憶方面的典型表現，也就是在訊息處理的過程中，個體在感覺偏好、資訊編組及記憶保留等方面的特殊屬性，與不易改變的習慣性（劉信雄，1992）。R. Dunn 與 K. Dunn（1979）指出教學應以學習者的學習風格相配合，簡綜男（1999）的實驗研究顯示學習風格會影響學習成就表現。上述的研究通常利用問卷或訪談的方式，讓學生了解其特徵，較少實際實作於數位學習環境，依分類後的學習者給予學習上的輔助。例如讓學習者在數位學習環境中能看到符合他的學習風格學習資源，以及能否使學習者更快獲得想要的學習資源等。二、動機二︰進行學習者特性分類，將學習者自我效能之內隱特性轉換成具體化的數據，提供因材施教的教學輔助，提升學習效率。自我效能，係指一個人相信他具有完成其任務或學習知識、技能與能力的信念(Bandura, 1977)。自我效能之高低會影響個人在選擇行為上之差異，高自我效能者在面臨困難和阻礙時，會勇於面對並克服問題(Bandura, 1982)，且自我效能也會直接影響學習表現和績效(鄭碧月，2001；萬金生，2003；湯大緯，2002；劉佩雲， 2000；鍾瑞國，2007)。Potosky（2002）指出自我效能與訓練績效. 5.

(6) 之間存在一正向關係，即高自我效能者，其訓練績效優於低自我效能者。自我效能代表個體對於工作績效的信心水準，自我效能高的人，大都相信他們自己能有效地處理所面臨的事件和處境，使得他們常有不凡的表現(萬金生，2004)。因此，本研究將以學習者之自我效能進行分類，以提供學習上的參考，提升學習效率。三、動機三：由動態評量與認知負荷理論來發展可即時動態量測學習者之學習負荷，建立起可監控學習狀態歷程的機制。 Sweller、van Merriënboer 與 Paas（1998）認為認知負荷是發生在短期記憶，而理解是發生在長期記憶，如果短期記憶無法順利進行到下一階段，勢必會影響最終的理解；又則，Valcke（2002）強調監控活動（monitoring activities）在訊息處理歷程中的重要性，由此可得知，認知負荷是具有歷程變動特性，且前階段歷程的負荷將會影響下一階段的負荷。所以要了解學習者的學習狀態，必須對於其認知負荷進行歷程監控。由於進行認知負荷的量化量測會打斷原有進行中的任務工作或學習活動，造成工作者或學習者的活動間斷，所以至今對於認知負荷的量化量測技術僅止於截點式（當任務工作或學習活動告一段落時）的評量，而非歷程性的動態評量。因此，必須開發出可即時量化量測的歷程性動態學習負荷，來取代截點式的認知負荷評量，在不佔用學習者時間來從事負荷評量，且又具備學習者主觀式整體式評量，不間斷學習者學習活動情況下，建立起可歷程監控學習狀態的機制。. 6.

(7) 四、動機四：藉由即時動態學習負荷計量機制，發展適性數位學習狀態診斷模式，以達成適性化學習的目標。黃克文（1996）、黃柏勳（2004）與陳密桃（2003）彙整認知負荷相關資料後，指出認知負荷具有負載有限性。學習者的認知負荷量有一定的限度，並非無所限制。一旦接收的訊息超過學習者本身的認知能力，即形成「過度」的認知負荷，使學習者無法辨識訊息的意涵，造成訊息處理失敗。如果訊息形成的總認知負荷量未超出學習者本身的負載限度，則學習者可有效處理訊息。本研究將針對各個學習者分類群組的歷程性學習負荷曲線模態特性，分析出其負荷區間變化趨勢特性（造成負荷變化率趨勢改變或轉折的負荷區間）與相對應之臨界值，以此為基礎來發展即時動態的適性數位學習狀態診斷模式。綜合以上研究背景與動機，研究者擬發展一個即時動態學習負荷計量機制，藉此建構適性數位學習狀態診斷模式，以達成適性化學習的目標。茲將此即時動態適性數位學習與傳統數位學習之特性差異比較如表1.1所示：. 7.

(8) 表1.1 即時動態適性數位學習與傳統數位學習之特性比較表傳統數位學習. 即時動態適性數位學習. 1. 單一準則的學習者分類. 多元準則的學習者分類. 2. 結果控制導向. 歷程狀態診斷導向. 3. 截點式單因子評量. 歷程式即時整體評量. 學習與評量個別獨立進行之. 學習與評量混合互動之. 學習平台. 學習平台. 單層結構之單向教學/評量/. 多層次結構之雙向互動輔助學. 解答學習架構. 習架構. 6. 單一學習狀態準則的計量機制. 多元學習狀態準則的計量機制. 7. 特定截點化診斷機制. 即時動態的歷程化診斷機制. 8. 制式化學習路徑. 自動化/自主化雙模式學習路徑. 支援建立制式型(固定學習路. 支援建立智慧型(具經驗學習與. 徑)適性學習系統. 路徑調適功能)適性學習系統. 4. 5. 9. 資料來源︰本研究整理. 8.

(9) 第二節. 研究目的與待答問題. 壹、研究目的根據研究背景、動機產生本研究的目的，如下所示：一、以動態評量與認知負荷理論為基礎，發展即時動態學習負荷計量機制與快速評量計分機制，以建構出學習者之學習負荷曲線。二、將學習者依學習風格、自我效能、學習效率進行特性化分組，由各群組學習者之個別學習負荷曲線，回歸出個別特徵學習負荷曲線模態。三、探討各群組之特徵學習負荷曲線模態，分析、歸納出其學習負荷量之區間變化趨勢特性與相對應之趨勢變化臨界值，發展即時動態的適性數位學習狀態診斷模式，作為提供未來規劃、開發數位適性學習系統時，所需之設計參數。. 貳、待答問題根據研究目的，提出以下待答問題：一、如何運用動態評量與認知負荷理論，發展學習負荷計量機制，即時量化學習者之學習負荷？二、不同學習者分類群組的特徵學習負荷曲線模態為何？. 9.

(10) 三、不同學習者分類群組的學習負荷區間變化率趨勢特性與相對應之臨界值為何？四、提供規劃、開發適性數位學習系統時，所需之適性數位學習狀態診斷模式為何？. 第三節研究限制. 本研究之限制說明如下︰一、學習者個人的特性類別眾多，本研究僅以學習風格與自我效能進行學習者分組。二、由於本研究採用IC3數位學習國際標準系統，因人力、時間與經費等客觀因素，及學習者配合意願，造成有效樣本數量上受到侷限，因此部份群組之學習負荷曲線模態從缺。. 第四節. 名詞解釋. 壹、數位學習數位學習（e-learning）係指應用電腦及網路科技，在網際網路上所進行的教學活動。學習者在任何時間，都可以透過電腦，經由網路通訊與教學管理系統連接，隨時隨地學習。本研究以國際認證機構 (Certiport) 所開發的 IC3 （ Internet and Computing Core Certifications）練習與教學系統做為本研究之數位學習. 10.

(11) 系統，期使本研究結果具備更廣泛的適用性與國際性。. 貳、動態評量「動態評量」（dynamic assessment）係指在學習歷程中，對學習者進行持續性的評量，強調教學與評量的結合，重視動態學習歷程。本研究依動態評量的特性，選用本研究之數位學習系統—IC3 練習與教學系統。. 參、認知負荷認知負荷（cognitive load）是指學習內容對個體產生過多負荷，造成學習困難，進而導致個體心理與生理的負面情緒，影響學習表現。本研究依據認知負荷理論，做為選擇本研究之數位學習系統原則，以控制可能由研究工具本身對學習者造成的認知負荷到最低。. 肆、學習負荷學習負荷（learning load）為學習者於學習歷程中，任何一個時間點的認知負荷狀態，其負荷的量測為一歷程式的連續量測，可表示學習者於學習歷程中即時且連續的負荷量值。本研究所發展之學習負荷的計量機制，可以在不防礙(不干擾、不中斷)學習者連續學習狀況下進行，即時展示學習者於任一時間點時之學習狀態，並且以量化的學習負荷數值表示。學習負荷量測與計量機制將於第三章的研究工具章節中詳述。. 11.

(12) 伍、學習風格學習風格（learning style）為學習者的獨特學習偏好或傾向，藉由評量學習者的學習風格，即可了解其在學習環境中所表現的行為。本研究以「Kolb學習風格量表」進行學習者的學習風格分類，探討不同種類的學習風格學習者其特徵學習負荷曲線模態以及學習負荷區間變化率趨勢特性與相對應之臨界值。. 陸、自我效能自我效能（self-efficacy）是指個人判斷自己執行某特定行為的自信程度。本研究以學習者在「自我效能量表」上的得分代表其自我效能。受試者得分越高表示自我效能越高，反之則越低。. 柒、適性學習適性學習（adaptive learning）就是提供每一位學習者最適合的學習方式，強調自主控制學習的歷程，獲得自己所需的知識內容，以提升學習成就與學習效率。本研究以學習者之學習風格與自我效能進行個人特性化分類，建立各類學習者模式，提供開發適性數位學習系統之參考。. 12.

(13) 第二章. 文獻探討. 本研究的目的在以動態評量與認知負荷理論為基礎，發展數位學習使用者即時動態學習負荷計量機制，並將學習者依學習風格、自我效能、學習效率進行特性化分組，探討各群組之特徵學習負荷曲線模態與其學習負荷區間變化率趨勢特性與相對應之臨界值，藉此發展適性數位學習狀態診斷模式。因此，本章乃研究者閱讀國內外相關研究，整理出以下文獻資料，作為本研究之理論依據。本章共分為七節：第一節為動態評量；第二節為認知負荷；第三節為數位學習；第四節為適性學習；第五節為學習風格；第六節為自我效能；第七節為學習效率。茲分節說明如下︰. 第一節. 動態評量. 動態評量（dynamic assessment）是指在教學前、教學中及教學後，以因應及調整評量情境的方式，對學習者的認知能力進行持續性評量，以了解教學與認知改變的關係。動態評量探討「如何學習」及「學習如何發生變化」的心理歷程，並設法去評量學習者是否有改變的潛能（Campione, 1989）。 Bransford 、 Brown 與 Cocking (2000) 認為以評量為中心 (assessment-centered) 的教學環境，是一種有效的教學環境設計。 Bransford 等人更指出，教師也應該利用「形成性評量」來培養學習者「自我評量(self-assessment)」的能力，使他們可以隨時利用此能力來評量(assess)自己的學習狀況，進而提升學習效益。因此，強調對個體的潛在能力作引導性、建設性衡量與鑑定的動態評量，漸漸受到教育. 13.

(14) 學者們的重視（許家驊，1998）。動態評量乃植基於Vygotsky（1978）提出之社會認知發展論的「近側發展區」( Zone of Proximal Development)及「鷹架」（scaffolding）等觀點(Allal & Ducrey, 2000; Brown & French, 1979; Campione & Brown, 1987; Day, 1983)。以下就動態評量的意義、特性與模式，Vygotsky 社會認知發展論的近側發展區及鷹架等概念加以探討。. 壹、動態評量的意義、特性與模式「動態評量」是相對於傳統化心理計量測驗的「靜態評量」而提出的。動態評量著重於認知功能，一般模式為「測驗（test）－介入 (intervention) －再測驗（retest）」，「介入」為評量的重要部分。 Haywood、Brown 與 Wingenfeld( 1990)指出動態的涵義有二個：一、著重學習歷程或認知改變的評量；二、在評量進行中教學，評量者與被量者的關係是互動的。評量者被視為中介者，學習者則為主動參與者。耿筱曾、蕭建嘉（2002）認為動態評量具有下列特性：一、強調認知能力的可變性；二、重視歷程導向的評量；三、評量者與受評者是互動關係；四、提供教育方案有關的訊息；五、結合教學與評量。動態評量的模式主要分為︰一、「測驗－訓練－測驗」模式；二、學習潛能評量模式；三、測驗極限評量模式；四、漸進提示評量模式；五、心理計量評量模式；六、連續評量模式等六大類。茲將此六種模式的代表人物、主張及特色整理如下表2.1所示︰. 14.

(15) 表 2.1 動態評量的模式模式. 代表人物. 主張. 特色. 測驗-訓練-測驗模式 Budoff（1987）（test-train-test assessment）. 智力是可以訓練的、非固定不變的。. 測驗將受試區分成三大類：1.高分者（high score）－前後測均表現良好者。2.獲益者（gainers）－後測成績優於前測成績者。3.無獲益者（nongainers）－後測成績沒有高於前測成績者，藉以了解受試者的學習潛能。. 學習潛能評量模式（learning potential assessment）. Feuerstein, Rand, & Hoffman（ 1979）. 智力是個體運用先前所習得之經驗，以適應新情境的能力。. 測驗極限評量模式（testing the limits assessment）. Carison & Wiedl（個體對訊息處理的能力受到本身智力和人格因素的 1992）影響，直接將介入的情形安排在測驗的情境中。. 1.引導受試者說出如何去解問題2.引導受試者在解題時說出來解題的步驟3.提供精緻化的回饋4.評量者說明對或錯的原因並和受試討論解題原則。. 漸進提示評量模式（graduated prompting assessment ）. Campione& Brown 期望透過評估受試者的近 (1987) 側發展區，進而提昇其認知能力。. 評估受試者欲達某一特定標準時，所需要協助提示量的多寡。提示系統依「一般」、「抽象逐漸變為具體」、「特定而具體」的順序安排。依「提示量」之多寡來計算，受試所需的提示量愈多，表示其能力愈低。. 訓練注重︰1.協助學生了解作要求，2.提供讚美與鼓勵，3.檢查解題策略。 1.採用「前測－中介教學－後測」的施測程序。2.施測者是教學者也是觀察者，受試者是學習者也是表演者3.測驗目的在探索成功學習的類型4.測驗的結果在解釋傾向個體內的比較而非個體間的表現。. 提示的方式採用「前測－學習－遷移－後測」的程序，強調提示內容的標準化，以建立量化的資料。. 心理計量評量模式 Embretson（ (psychometric 1987） assessment). 強調認知能力的可變性。. 連續評量模式（continuum of assessment modelmediated and graduated prompting). 分兩階段來鑑定受試者的能力及認知缺陷：第一階段採用標準化漸進提示模式，來評估受試者的一般能力，第二階段，分別實施「漸進提示」或「中介訓練」，並進行「一連串」的評量。. 結合Feuerstein 的「學習潛能評量模式」與 Campione & Brown 的「漸進提示評量模式」而形成。. 採用「前測－訓練－後測」的程序來評估受試者的一般能力。在資料分析方面，採用試題反應理論（item response theory，IRT）來進行計分。與Budoff 的模式相較，其優點為：1.對特定的建構能力提供更精確的評估2. 能評量到新的能力 3. 能提高個體之心智效能（mental efficiency ）。 1.訓練受試者對作業材料的熟悉及基本認知技能 2.教導特定的解題原則與程序 3.提供反應表現相關回饋. 資料來源︰本研究整理. 15.

(16) 動態評量之所以逐漸受到重視，大約可歸納出下列幾種原因（王錦如，2001；Bolig & Day, 1993; Day & Hall, 1987; Haywood, Brown, & Wingenfeld, 1990; Lidz, 1987; Tzuriel & Haywood, 1992）：一、標準化的測驗雖具有客觀區分的效能，但是對於部份條件不利的受試者，尚難測出其實際的能力，易導致錯誤安置的情形。二、動態評量強調評量與教學的結合，重視評量者與受試者的互動關係。三、著重於動態認知歷程的瞭解與認知功能的變化情形。四、認知功能可透過學習經驗來增進發展，適當的學習輔導可使學習表現產生正向的改變。五、可探究出學習者間學習能力的差異。六、注重「人」的價值，並認為只要作適度的因應或協助，每個人都具有潛能及可塑性的。. 貳、Vygotsky 的社會認知發展論 L. S. Vygotsky 是蘇俄的心理學家，引用馬克斯對意識的社會性和現實活動關係之分析，建立了探究高層次心理功能的理論和方法，並從恩格斯的辯證觀點發現：欲了解任何現象的本質必須探索其本源和發展（孫志麟，1992；陳淑敏，1994）。他認為人類高層次的心理能力，是起源於社會互動的過程，並受特殊社會文化的影響，故重視「社會中介」的重要性。以下介紹Vygotsky 理論的兩個重要概念「近側發. 16.

(17) 展區」與「鷹架理論」：. 一、近側發展區( Zone of Proximal Development) 「近側發展區」是Vygotsky 理論的中心思想，主要在探討個體高層次心理功能的發展，以分析學習與發展之間的關係。除了透過語言的社會互動輔助個體學習發展外，成人尚可藉由示範、立即回饋、教導、發問、認知組合等方式介入個體的認知結構，協助其認知發展。Vygotsky（1978）將近側發展區定義為：個體能獨自解決問題之實際發展水準與經由成人指導下或與能力較好的同儕合作下，而解決問題之潛在發展水準間之差距。因此，評量的主要目標，在於確認個體能「獨立完成作業」及「需要他人協助才能完成」兩者間的差距，亦即個體的近側發展區（見圖2.1），個體在不同的領域可能會有不同的近側發展區。. 接受協助之表現水準問題的難度. ZPD. 獨立完成之表現水準圖2.1 近側發展區（修改自Vygotsky, 1978）. 在發展與學習之間的觀點上，Vygotsky 辯證了Piaget所提出的學. 17.

(18) 習是附屬於個體的發展階段之下，他認為學習與發展是互為影響的關係，一方面個體的學習需以其本身的認知發展為基礎，另一方面有效的學習是可以促進個體的認知發展。認知能力的學習不須依賴個體身心成熟的因素，在外有效的引導下，個體的學習對其認知發展有促進及激發的作用。 Vygotsky 的理論方法是一個極為人性化的考量，他關心人類個體，重視環境對個體的影響。在教學應用上，分析學習者困難的原因，找出學習者最適合的學習方法、學習策略以及學習的輔助（沈中偉、黃秋娟，1994）。孫志麟（1991a）歸納出近側發展區在測驗上的應用原則如下：（一）測驗應具有預測、診斷及補救的功能。（二）兼採標準化與非標準化的評量方式。（三）發展學習潛能評量工具來評量學生的潛能。（四）重視社會文化對智力本質及發展的影響。（五）注重特殊兒童及文化不利地區兒童智力的診斷。 Allal 與 Ducrey （2000）針對Vygotsky的近側發展區提出以下的見解：（一）學習者的近側發展區是可測的，在評量中結合教學，運用動態評量的模式，來估計學習者的學習潛能，用以預測其未來成就或做為補救教學的依據，並據此做適性教育的決策。. 18.

(19) （二）學習者因教學互動而創造出近側發展區，近側發展區是可變動的，在教學中結合評量，評量被視為教學的一部份，而非教學的終點。近側發展區理論在動態評量上的應用注重的是評量的過程而不只是結果，辨識學習者已經使用於精熟課程相關活動的策略，以及最能幫助他們有效學習的引導程序。除了評量學習者目前知道什麼外，評量者也應積極嘗試促進其改善的作法，以便精確估量學習者近側發展區的寬度。綜言之，近側發展區是指那些尚未完全成熟，且正在成長中的心理能力，透過動態的相互影響呈現發展的效果。學習與發展是相互影響的關係，透過適當的引導，使學習者的學習潛能得以發揮。本研究所採用之IC3 練習與教學系統具備近側發展區的特性需求，在教學中結合評量，評量被視為教學的一部份，而非教學的終點；在評量中結合教學，運用動態評量的模式，來估計學習者的學習潛能，用以預測其未來成就或做為補救教學的依據，並據此做適性教育的決策。基本上，IC3 練習與教學系統為一學習/評量混合互動式的數位學習系統，採取多層次架構的學習教材設計，於初始的學習層次中，是在評量中結合教學。當學習者仍無法正確學習時，進入進階的學習層次，此階段學習層次中，採用在教學中結合評量，以提示方式給予輔助學習，提示的目的是協助學習者啟動鷹架作用，介入學習者的認知結構，協助其認知發展，輔助學習者學習。若是學習者於接受提示後仍然無法有效學習，則給與完整的解說展示，其展示採取多元方式進行，例如文字解說、圖示範例、動畫操作演示等方式。. 19.

(20) 二、鷹架理論（scaffolding） Wood、Bruner 與 Ross (1976)根據Vygotsky理論而提出「鷹架理論」，鷹架為暫時性的支架或是一種支持的形式，協助學生直到學生能自行操作或學習，以建立內在的自我獨立及自我學習。鷹架可能是任何工具或是教學策略，其特色在於其互動的功能 (Palincsar, 1986)。張春興（1996）認為在學習者的近側發展區裡，別人所給予的協助，即稱為鷹架作用，意即協助對發展有促進作用。Greenfield （1984）指出，鷹架作用具有五項特徵：提供支援、做為一種工具、拓展工作者的範圍、使原本不可能完成的事情成為可能，而且必要時必須選擇地運用它。複雜心理能力的教學始於師生之間共享的活動，然後教師再逐漸將控制權轉移給學生。鷹架的概念與循序漸進相似，皆旨在減少學習初期錯誤率與失敗經驗，並且提供越來越少的支援。 Gallimore 與 Tharp（1990）列舉了下列六種促進學習發展的鷹架作用：（一）示範（modeling）：示範是提供楷模使人模仿的過程。例如兒童的社會化歷程，大部份是透過模仿成人的表現而來。連續不斷地模仿，能使行為趨於複雜。（二）立即的處理（contingency management）：根據學習者的表現，安排行為發生後立即的增加或懲罰。良好行為發生後立即給予的獎賞、讚美或鼓勵，皆能使學習者朝向近側發展區邁進的學習更趨穩固。. 20.

(21) （三）回饋（feeding back）：對於學習者的表現給予訊息的回饋，將有助其修正自己的行為，使其有更突出的表現。回饋不單只是針對行為提供訊息，所提供的訊息必須參照某些標準，才能對行為發展有所助益。（四）教導（instructing）：有效的教導必須和立即處理、回饋、認知結構交互作用。適當的教導能幫助學習者內化為個人的經驗，使其自我調整。（五）發問（questioning）：發問一方面可以激發學習者練習思考與語言表達；另一方面則可透過思考和語言表達的練習，幫助學習者培養蒐集證據和運用邏輯思考的能力。（六）認知組合（cognitive structuring）：提供學習者思考和操作性的結構性教材，以發展其組織、評斷、蒐集、記憶、排序和行動的能力。由此觀之，高層次心智功能的發展都必須經過兩個階段：社會性的外在階段、個人內在階段。即心理的發展是先透過外在「社會互動」，再經由「內化作用」轉變為內在、意識的活動。而心理功能的發展是將人際間的歷程轉化為個人內在歷程的活動，此一轉化的過程乃透過符號結構，特別是語言而成的（陳淑敏， 1994）。因此，個體認知能力的發展是依照「他人支持自我支持 內化（自動化）去自動化」的循環歷程，不斷的提昇（Gallimore & Tharp, 1990）。學習者藉由他人的協助逐步發展其認知技巧，隨著認知技巧的內化，所需的協助越來越少。故認知. 21.

(22) 歷程的內化是逐漸的，由他人調整（other- regulated）逐漸發展為自我調整（self-regulated）（胡永崇，1993；Stanley, 1993）。除了透過語言的社會互動輔助學習發展外，尚可藉由示範、立即回饋、教導、發問、認知組合等方式介入學習者的認知結構，協助其認知發展。. 本研究所採用之IC3 練習與教學系統與鷹架理論相應功能整理如下表：表2.2 IC3 練習與教學系統具備的鷹架理論相應功能對照表 IC3 練習與教學系統. 鷹架理論示範. 作用：提供學習者過程式楷模使之得以模仿功能：完整的正確操作示範(以動畫展示). 自主. 作用：將控制權轉移給學習者功能：學習者可依照學習脈絡，自我選擇學習路徑。. 教導. 作用：立即處理學習者的困惑幫助其內化成為個人經驗功能：完整的解答步驟與解說(以文字、圖解展示). 發問. 作用：給予激發學習者練習思考的關聯性知識或疑問功能：提示. 認知組合. 作用：提供學習者結構性教材以發展認知組合能力功能：是非、配對、操作、選擇等多模式學習評量教材. 資料來源︰本研究整理. 22.

(23) 因此，本研究所採用之IC3 練習與教學系統符應動態評量設計並具備以下特色︰（一）注重學習歷程性的評量，而非學習段落之截點式評量。動態評量的結果是展示學習者於學習歷程中，連續發生的行為反應紀錄，而非不連續性的點評量結果。（二）學習即是評量，評量也是學習。在歷程中，評量與學習同時共存，而非個別獨立的活動，即學習進行中同時完成動態即時的評量。（三）於學習歷程中，學習者與數位學習平台之間保持持續的互動對話，學習者以當時主觀感受的整體考量，透過互動對話，自主選擇學習路徑。不同學習路徑產生不同的動態評量結果。. 23.

(24) 第二節認知負荷「認知負荷」（cognitive load）由歐美的人因工學（human factor）與人體工學（ergonomics）等概念而來，並以認知心理觀點，探討工作與任務對執行者的影響及適合性。最早應用在軍事訓練及各種企業上，稱為「心智工作負荷」（mental workload），並以此為指標作為任務、工作或操作系統設計上的參考（黃克文，1996）。 Sweller（1988, 1989, 1990）將此觀念引進教育界時稱為「認知負荷」，著重在「學習內容」及「教學方法」對學習者「概念獲得」與「認知層面」的影響（翁嘉鴻，2001）。Sweller（1988）認為在學習過程中一些與學習內容無關的訊息會佔據「工作記憶」的容量，進而產生認知負荷，對學習產生負面影響。國內外許多學者將認知負荷定義為︰認知負荷是學習或環境對個體的心智努力和心智負荷產生過多資訊量，導致個體心理與生理的負面負荷，進而影響學習表現(黃柏勲，2004; 黃巧琪，2004; 陳密桃，2003; 宋曜廷，2000; 黃克文，1996; Paas, 1992; Sweller et al., 1998) 。本節就認知負荷理論的架構、觀點、類型、特性、來源、測量方法及其對學習表現之影響來說明，茲分述如下：. 壹、認知負荷理論的架構認知負荷理論源自於1980 年代，理論發展的目標在於引導教學設計的決定，並考慮學習者訊息結構的處理和認知架構（Paas, Renkle, & Sweller, 2003）。Gerjets 與 Scheiter（2003）提出教學設計應要去關注學習者的歷程，而不是去強調教學者所作的教學決定，並提出認知負. 24.

(25) 荷理論的架構如圖2.2所示。. 圖2.2 認知負荷理論架構圖（Gerjects & Scheiter, 2003）. 依據認知負荷理論，本研究所探討的學習負荷為一歷程性的負荷，注重學習者於學習歷程中，動態的學習負荷變化監測，以其歷程性的學習負荷變化，來反應學習者對於教材複雜度、教學設計、與專門知識的整體負荷量。. 貳、認知負荷理論的觀點認知負荷理論對人類認知架構（cognitive architecture）有四個基本的觀點（吳金聰，2006；宋曜廷，2000；翁嘉鴻，2001；陳密桃，2003；黃巧琪，2004；黃柏勳，2004；Mousavi, Low, & Sweller, 1995；Sweller et al., 1998），分述如下：一、有限容量的短期工作記憶（working memory）人類的短期工作記憶容量約能夠在同一個時間處理七個資訊. 25.

(26) 項目或資訊（王甦、汪安聖，2004；張春興，2002）。對於新資訊的接收，必須依賴工作記憶對資訊作更深入的認識與理解，理解之後刻意予以保留，使之轉換為長期記憶。若待處理的訊息或教材本身內部要素間相互關聯性很強，要相互參照完成才能了解，則需消耗更高的工作記憶區容量。Sweller（1988, 1989, 1993, 1994）指出，如果教材或學習程序遠超過學習者的工作記憶容量，將有損學習者的理解、學習和問題解決能力。二、長期記憶（long-term memory）長期記憶指保持訊息長期不忘的永久記憶（ permanent memory）。人類並不會直接意識到長期記憶的存在，需經由短期工作記憶將資訊加以過濾及篩選才能將之轉換成知識至長期記憶內，所以長期記憶內的內容是知識的最初來源。長期記憶區主要儲存基模(schema)，專家與生手的差別就在長期記憶區的基模。因專家的長期記憶區儲存大量問題狀態的知識與解題策略的基模，可以立即從長期記憶裡提取出最佳的解決方法，而生手則因缺少基模，需要在短期記憶區進行推理與搜尋，耗費許多時間、精力及短期工作記憶的空間才能找出最佳解決策略，而在這過程中較容易產生認知負荷，造成學習困難。三、基模建構（schema construction）基模除了在長期記憶中具有儲存及組織資訊的功能外，亦可降低工作記憶區的負荷。此乃因為在工作記憶裡能處理的元素有限，如能將許多佔用工作記憶容量的元素融合成一個具規模且複雜的基模，使之形成一個處理單位，降低工作記憶的負擔，將有. 26.

(27) 助於學習。所以當學習者具有豐富的知識即代表學習者有豐富的基模，將有助學習者理解及記憶學習的材料。因此，基模建構是教學及訓練時的重點。四、基模自動化（schema automation）所有的資訊都可以藉由意識（ consciously ）或是自動化（ automatically）的方式來處理。人類處理訊息有控制式處理（controlled processing）和自動式處理(automatic processing)，而控制式處理因發生在意識活動上，意識的處理發生在短期記憶中，會佔用許多工作記憶的空間，而自動化處理大部分不受意識所監控，佔用極少的工作記憶空間。因此，藉由足夠的練習即可產生自動化來降低知覺努力（conscious effort）以減少工作記憶區之負荷，當基模自動化之後，可以節省許多工作記憶的空間，進而降低工作記憶的負荷，也可以對更多的訊息作同時及更深入的處理。因此，基模運作自動化（schema automation）是基模建構的重要過程。. 參、認知負荷的類型認知負荷理論提出教學的主要目標是在於基模的建構及自動化，這樣才有助於問題的解決。此外，能否在工作記憶裡輕鬆處理資訊也是認知負荷所關心的焦點。因此，Sweller等學者（1998）認為認知負荷的類型有以下三種︰. 27.

(28) 一、內在認知負荷（intrinsic cognitive load）內在認知負荷是由教材本身特性（難度）及學習者的專門知識交互作用所決定的，同時也決定內在認知負荷是高或低的狀態，所以內在認知負荷是無法由教學設計者來改變的。內在認知負荷並不會因教材呈現方式的不同而改變，主要是受到教學內容中單元（elements）間相關連的程度而影響，也就是由於「教材內容本身」的難易程度而造成，與「教材呈現」無關。當學習者在面對低單元關連的教材，不需將大量的單元置入工作記憶區中，即可瞭解個別的單元內容。因此，它的內在認知負荷較低，較適合以循序方式來學習；而在面對高單元關連的教材時，學習者必需將大量的單元同時置入工作記憶區中，因此會造成較高的內在認知負荷。例如：「單字」及「詞句」的學習中，「單字」的學習被視為低單元關連教材的學習；而「詞句」的學習除了必須瞭解個別單字的意義外，還要瞭解字與字間的排列關係，因此屬於高單元關連的教材。影響單元關連程度高低的原因，除了教材本身的特性外，學習者的經驗有無亦是一個重要的因子。相同的內容對不同學習經驗者來說，會造成不同程度的內在認知負荷。學習者若能將訊息結合基模自動化，將可以降低工作記憶區的負荷，如果沒有建立基模，所有的訊息將在工作記憶區處理，易造成認知負載過重。雖然教材設計者無法直接改變內在認知負荷，但在設計的過程中，仍應考量到學習者的認知能力及教材的內在認知負荷。. 28.

(29) 二、外在認知負荷（extraneous cognitive load）資訊不同的呈現方式，對資訊接收者會造成不同程度的負荷，此負荷稱為「外在認知負荷」或無效的認知負荷(ineffective cognitive load)(陳密桃，2003)。外在認知負荷是教學設計者在教材設計及呈現教材的過程忽略工作記憶的限制，造成學習者認知上的負荷。而此種負荷是外加的，不同於內在知負荷是無法改變，所以減少外在認知負荷是必要的。而外在認知負荷是可以藉由教學設計者修正教材及呈現方式來降低的。外在認知負荷為認知負荷理論的核心，在於藉由資料呈現、資訊組織等方面的設計，可達到控制外在認知負荷。所以，不論是多媒體或教材的設計者，應致力於降低外在認知負荷，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。三、增生認知負荷（germane cognitive load）增生認知負荷意指藉由教學設計以吸引學生專注在學習內容的認知過程或基模建構。增生認知負荷為外在認知負荷的一種，但外在認知負荷會阻礙學習者學習，而增生認知負荷卻能促進學習者學習(Paas et al., 2003) 。但只有在總認知負荷量（內在認知負荷與外在認知負荷之總和）未超出學習者的能力範圍時，適當的引入「增生認知負荷」才有意義。例如：設計未完成的問題，引導學習者完成，這樣的過程即增加了「增生認知負荷」，達到協助學習者建構相關基模。綜合上述三種認知負荷型態可知，增生認知負荷很像外在認知負. 29.

(30) 荷，但外在認知負荷會干擾學習，而增生認知負荷卻會提昇學習效果。當內在認知負荷較低時，學習者很容易了解教材，就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，並運用增生認知負荷來建構學習新內容所需的基模，幫助學習者在有限工作記憶中處理訊息。由於外在認知負荷為教材設計所造成，Sweller（2004）認為在教材設計上應降低認知負荷量，以幫助學習者學習，並提出教材設計上應注意的原則，茲分述如下：一、開放目標效應（goal- free effect）開放目標效應就是在教學歷程中給予不同的解答方法，訓練讓學習者能運用自己所習得的知識，解決問題。因為在尋求單一目標（標準答案）的過程中，容易造成極大的認知負荷（宋曜廷， 2000；陳密桃，2003；Sweller et al., 1998）。二、範例效應（worked example effect）範例著重在問題的狀態及解決步驟，藉由適當呈現適當的解題範例將可協助學習者對問題狀態及解題步驟建構出完整的基模，且有較佳的學習表現（宋曜廷，2000；陳密桃，2003；Sweller et al.,1998）。三、完成問題效應（completion problem effect）提供範例雖然有助學習，但能力高的學習者可能會將問題做全盤處理或精緻化處理，而能力低的學習者只會在碰到問題時才做仔細的研讀。因此，將範例呈現一半解法，不提供完整的解題步驟，可以使學習者用心思考問題（宋曜廷，2000；陳密桃，2003；. 30.

(31) Sweller et al., 1998）。四、注意力分散效應（split-attention effect）注意力分散效應是指學習者在學習的過程中必須參照不同的資訊並加以整合才能理解。如果教材的呈現方式是分散，學習者必須將注意力分散至相關資訊中，進而增認知負荷而影響學習效果。例如：圖形和解說分開放置，或動畫與旁白分開出現（宋曜廷，2000；Sweller et al., 1998）。因此，若資訊是以整合的方式呈現即可去除注意力分散的效應（Yeung, 1999）。五、累贅效應（redundancy effect）累贅效應是指將相同的資訊以不同的方式呈現，例如：正文與註解同時出現，或文字與圖片同時放置一起，對專家而言，重複的資訊同時進入工作記憶裡，將增加工作記憶的過度負載，降低學習效果（宋曜廷，2000；Kalyuga, Chandler, & Sweller, 2000； Sweller et al., 1998, Yeung, 1999 ）。六、形式效應（modality effect）形式效應係指學習者藉由不同的訊息表達方式（例如︰視覺和聽覺）來接收資訊，將可增加有效工作記憶區的容量，降低認知負荷，進而提升學習效果（宋曜廷，2000；徐易稜，2001；陳密桃，2003；Mousavi et al., 1995；Penny, 1989；Sweller et al., 1998）。七、變化效應（variability effect）學習者在進行解題時，變換不同的問題狀態和情境，能使學習者更投入與學習有關的作業，有助基模的建立（宋曜廷，2000；. 31.

(32) 陳密桃，2003；Sweller et al., 1998）。綜合上述，如果在教材上設計不當，容易造成學習者在學習過程中認知上的負荷。因此，本研究所採用的IC3練習與教學系統乃具備以上教材上應注意的七項原則，整理如對照表 2.3所示，藉以控制並減少可能由研究工具本身對學習者造成的不當負荷到最低。IC3練習與教學系統為使學習者能自行建立基模，在提供閱讀教材的同時，也注意教材內容之呈現方式；另一方面，透過學習元件化，使得每個學習元件的內容簡化，且不會產生過長的閱讀內容，可降低資訊的工作記憶量，減少負荷。此外，提供多元的提示方式，如文字解說、圖片介紹、動畫操作等，變換問題之情境，引發學習者思考以幫助學習者建立不同情境之基模。. 表2.3 認知負荷效應與IC3練習與教學系統設計原則對照表認知負荷效應. IC3練習與教學系統設計原則. 開放目標效應. 以不同教學方式對類似的學習單元進行教學，在教學歷程中給予不同的解答方法。. 範例效應. 於提示與最終展示的學習階段，以範例方式展示。. 完成問題效應. 於提示的學習階段，採取不提供完整解題的範例方式。. 注意力分散效應. 不論文字解說、圖示、動畫操作演示等展示方式，皆將展示資訊放置於問題的附近，避免分離。. 32.

(33) 表2.3 認知負荷效應與IC3練習與教學系統設計原則對照表（續）認知負荷效應. IC3練習與教學系統設計原則. 累贅效應. 每次展示只顯示一種展示方式。. 形式效應. 提供多元展示形式。. 變化效應. 以不同的學習情境，對類似的學習單元進行教材設計。. 資料來源︰本研究整理. 肆、認知負荷的特性想要更進一步瞭解認知負荷的深層意涵，可藉由瞭解認知負荷的特性來加深對認知負荷的認識。國內學者黃克文（1996）、黃柏勳（2004）與陳密桃（2003）彙整認知負荷相關資料後，指出認知負荷具有以下特性，其說明如下：一、假設性認知負荷的發生是當學習者置身於學習脈絡中時，因學習方式、學習要求及學習環境等因素，加諸在學習者之心裡與情緒上的概念。此一假設可能與事實相符，也可能與事實差之千里，其主要原因是取決於學習者自身因素（個別差異）與學習材料之內容。二、互動性認知負荷不會無中生有。認知負荷是在學習者認知過程中，與認知對象有所接觸之後才產生的。學習者根據其內在條件（記. 33.

(34) 憶、概念、策略）去面對外在條件，在此一互動過程中，才產生認知負荷。三、變動性因為認知負荷具有假設性之本質，所以認知負荷會隨著影響學習成就之因素或時間上的改變而有所變動，因此，認知負荷基本上是動態的，是會跟隨影響學習因素來產生改變的。不論學習者的內在因素（如：智能改變、練習時間、成熟度變化、學習策略、智能… 等）或是外在因素（如：壓力、期望、懲罰、增強、學習氣氛、學習環境… 等）皆會影響並造成認知負荷的變動。四、個別性對不同的學習者而言，同一件任務或學習，會產生不同程度的認知負荷。而同樣程度的認知負荷，對能力高的學習者而言，並不會造成影響，反之，對能力低的學習者來說，可能會造成很大的心智負擔，進而影響學習成效。此外，學習者的情緒、經驗、動機、成熟度、先前學習等，都會對學習者產生不同程度的認知負荷。五、多層面性由於認知負荷有可能因學習者的內在條件因素或外在條件因素而使認知負荷產生變化，因此，我們可得知認知負荷是複雜的、多面向的（multi- faceted），是建立在多重輸入與多重輸出之動態系統基礎之上。由於來源可能是多重的，作用機制也可能是多重的，因此，表現更可能是多向度的。. 34.

(35) 六、感知性 Paas 與 van Merriënboer (1994a)認為學習者有能力去內省（introspect）本身的認知歷程，並記錄所耗費的心智努力的數量多寡。O’ Don ne l與 Eggemeier (1986) 也指出使用主觀的後設測量，可以很容易、非強制性的得到認知負荷的數據來加以分析，並有很高之效度。七、負載有限性學習者的認知負荷量有一定的限度，並非無所限制。一旦接收的訊息超過學習者本身的認知能力，即形成「過度」的認知負荷，使學習者無法辨識訊息的意涵，造成訊息處理失敗。如果訊息形成的總認知負荷量未超出學習者本身的負載限度，則學習者可有效處理訊息。八、可操控性認知負荷的可操控性係指藉由對工作任務、學習材料及學習者本身等認知負荷來源的操控或改善，可降低個體的認知負荷。由於本研究所探討之學習者學習狀態診斷模式特性，為學習者於學習歷程的總和狀態，故具有與認知負荷相似的特性，如表 2.4：. 35.

(36) 表 2.4 學習狀態診斷模式特性與認知負荷特性對照表認知負荷. 學習狀態診斷模式特性. 特性主觀性. 學習狀態是針對個別學習者自身的學習脈絡所表現出來的整體狀態，因以自然、不干擾、非強制性方式，由影響學習者學習狀態的綜合要素表現上監測，反應其主觀狀態。. 歷程性. 持續的學習歷程中，前一時刻的學習狀態將影響下一時刻的狀態。. 互動性. 學習者根據其內在條件(自我效能、經驗、學習風格、成熟度)與外在學習環境(教材內容、教材展示、學習路徑、時間限制)互動。. 變動性. 學習者之學習狀態於學習歷程中，因為波動的內在條件與外在學習環境之互動而持續變動。. 個別性. 每位學習者的內在條件不同，對相同的外在學習環境會產生不同程度的學習反應與學習成就表現。. 多元性. 由多元要素構成的整體性狀態。. 有限性. 當學習者內在條件無法有效與外在學習環境互動，且持續無法獲得改善，將導致過度狀態，造成學習失敗，即為學習狀態的有限性。. 可操控性藉由改變外在學習環境、強化自我效能經驗等方式，將可調適學習狀態。資料來源︰本研究整理. 36.

(37) 伍、認知負荷的來源 Paas（1992）指出認知負荷是一種多面向的構念，而造成其認知負荷的原因為其心智努力程度與知覺內容的困難度。Paas 與 van Merriënboer（1994a）更進一歩提出認知負荷來源架構圖（圖2.3），包含因果因子（causal factors）及評估因子（assessment factors）：因果因子. 評估因子. 心智負荷. 任務 (環境) 認知負荷. 任務/學習者交互作用. 控制處理. 自動化處理. 心智努力學習者工作成效. 圖2.3 認知負荷來源架構圖（Paas & van Merriënboer, 1994a）「因果因子」是造成認知負荷的來源，又可以細分為以下三項（吳金聰，2006；翁嘉鴻，2001；黃柏勳，2004；陳密桃，2003；陳彙芳， 1999；陳秀瑄，2007；Paas & van Merriënboer, 1994a）：一、任務/環境特性（task/environment characteristics）：包含教材內容、資訊呈現方式、獎賞類型、時間壓力、期待、噪音、溫度等，屬較易變動的因子。二、學習者特性（subject characteristics）：包含認知能力、認知風格、認知型態、先備知識與先備經驗等，屬較穩定的因子。. 37.

(38) 三、學習者特性與任務的交互作用（subject-task interactions）：如績效、動機、激勵等因子。「評估因子」則包含三個要素，分別是心智負荷（mental load）、心智努力（mental effort）及工作成效（performance）。而心智負荷係受到任務/環境影響而產生的。心智努力則是代表學習者的內在控制處理（controlled processing），係學習者為了完成工作任務所付出的能力或資源的總合，而其耗費的總合包含了三個「因果因子」（任務/環境特性、學習者特性、學習者與任務的交互作用）。工作成效為衡量學習者的表現情況。綜上所述，可知認知負荷的來源是多重的，不論是任務/環境特性、學習者特性、或是任務與學習者的交互作用，當學習者無法即時處理時，就能會造成認知上的負荷。而評估認知負荷情形可以從心智努力與負荷、知覺困難度、時間壓力與負荷等方面來加以衡量（黃儒傑，2008）。. 陸、測量認知負荷的指標與方法一、測量認知負荷的指標認知負荷是一種相當直覺的概念，相同的工作，因人、因時、因地的不同，都可能產生不同的結果，因此，比較難有客觀的標準來加以評量，Jex (1998)認為測量認知負荷的工具應該符合以下五項指標(criteria)，才能真正評量出認知負荷的高低，這五項指標分別是︰（一）相關性(relevant)︰指標與心智負荷產生的主要成分. 38.

(39) (components)有直接相關。（二）敏感性(sensitive)︰指標對負荷產生之變數有較高的檢驗力(test power)。（三）協調性(concordant)︰指標對目標群體(target population) 有普遍趨勢(ubiquitous trends)。（四）可靠性(reliable)︰指標對一測再測法(test-retest method) 具有較高的穩定性信度(stability reliability)。（五）方便性(convenient)︰測試工具容易學習及施行，而且具有可移動性(portable)及低價格(low cost)。. 二、測量認知負荷的方法 Wierwille 與 Eggemeier（1993）提出三種主要測量方法，分別為主觀測量方法（ subjective techniques ）、生理測量方法（physiological techniques）、任務和績效測量方法（task and performance-based techniques）。以下分別說明：（一）主觀測量方法（subjective techniques）認知負荷的概念是以操作者為中心(user-centered)，而不是以工作為中心(task-centered)(Hart, 1986)，因此，所謂的工作「困難度」並不能直接代表認知負荷的高低，而必須以人的「主觀感受(subjective perception)」為主，因為即使是同樣「困難度」的工作，由不同的人操作，所感受到的認知負. 39.

(40) 荷也必然不同。主觀測量方法假設學習者有能力回顧、內省他們的學習認知的歷程，並且能明確指出心智努力所花費的程度。通常以評定量表（rating scale）方式將自己所感到的負荷量化來測量學習者的心智努力。Sheridan 與 Stassen (1979)認為主觀測量法比其他測量法更能擷取認知負荷的本質(tapping the essence of mental workload)。（二）生理測量方法（physiological techniques）生理測量方法假設學習者的認知負荷改變會反映在生理變化上，包含心跳、腦中活動、眼睛活動等。因此，利用測量學習者心跳的變化或血壓的變化、腦部或眼睛的活動等，生理活動的變化來衡量學習者的認知負荷。此種方法通常需要各種儀器之輔助，在採行上有諸多的限制。（三）任務與績效測量方法（task and performance-based techniques）指藉由客觀的任務/工作困難度及學習成效來衡量學習者的學習表現與完成任務的複雜度之間的關係來推論學習者付出的心力有多大，如：學習成績、學習速度、學習錯誤率等。一般來說，若任務的複雜度愈高，且學習者的表現愈差，則表示該任務造成的認知負荷愈大。 Reid 與 Nygren（1988）指出主觀測量法具有容易施行、無干擾性、成本低、效度高、敏感度高。生理測量方法雖然不受干. 40.

(41) 擾，但較不具信度、效度，且測量一些生理反應變化所需要的機器設備，亦會花費較高的研究成本，而主觀測量方法不需大量的儀器來輔助，測量較為方便、快速與經濟，因此，主觀測量方法常被廣泛使用來衡量認知負荷的方法（宋曜廷，2000；翁嘉鴻， 2001；黃克文，1996；Sweller, et al.,1998）。綜上所述，本研究將建立以主觀感受評量與客觀績效量測並用的即時動態學習負荷計量機制，成為具備歷程性與即時性的動態學習負荷量測。. 柒、認知負荷對學習表現的影響 O’ Donne l l與 Eggemeier（1986）指出個體內在認知負荷的情形可由學習表現的模式來說明。認知負荷與學習表現具有負相關，即認知負荷愈低，其學習表現愈佳（徐易稜，2001；郭璟諭，2003；郭季緞，2005；黃克文，1996）。黃克文（1996）發現認知負荷在一定的區間裡會影響學習表現。如圖2.4 的 A 區中，認知負荷是低且穩定的，即使認知負荷增加也不影響學習表現；在 B 區中，增加的認知負荷已經使學習者的表現不穩定，在初期的過度負荷中，學習表現漸漸減弱。在高度的負荷之下，出現了巨變或是完全失敗；在C 區中，認知負荷相當高而使得表現幾乎停頓。由此可知，高認知負荷會影響甚至會降低學習表現。. 41.

(42) 高 A. B. C. 學習表現. 低低. 認知負荷. 高. 圖 2.4 認知負荷與學習表現（修改自黃克文，1996）. 依據上述理論，在不同的負荷區間內，學習者的學習表現有所不同。本研究的目的之ㄧ乃運用歸納所得之特徵學習負荷曲線模態，建立起學習負荷區間變化率趨勢特性與相對應之臨界值，以建構出不同的學習負荷區間內，學習者的學習表現的模型，提供未來開發即時動態適性數位學習系統所需的學習狀態診斷模式。. 42.

(43) 第三節. 數位學習. 掌握知識就是掌握競爭力，在面對未來全球化、資訊化的衝擊下，傳統學習的方式勢必無法滿足學習需求與期望，而數位學習本著利用資訊科技的優勢，整合學習與網際網路，將成為未來學習新趨勢（游光昭，2003）。. 壹、數位學習之定義數位學習（electronic learning）係指透過網際網路的軟硬體設施，傳送教育訓練內容與教材，使學習者不只單方面搜尋和接收知識，並能與教學者及其他學習者進行互動討論，使得學習行為變得更自主（余泰魁、林益民，2005；翁林仲，2004；許文楷、黃秀慧、陳榮方，2006; Baillie & Percoco, 2000; Hiltz & Turoff, 2005）。陳年興與楊錦潭（2006）認為凡是採用e化工具來進行敎與學的方式，就是數位學習。根據美國訓練發展協會（ American Society for Training and Development, ASTD）對數位學習的定義如下：數位學習泛指所有透過電子媒體為媒介之學習，例如電腦學習（computer-based learning）、網路學習（web-based learning）、虛擬教室（virtual classrooms）及數位合作學習（digital collaboration）等，包括經由網際網路（internet）、區域/外部網路（LAN/WAN）、有聲/影片（audio- and videotape）、衛星傳播（satellite broadcast）、互動電視（interactive TV）和光碟（CD-ROM）來傳遞課程內容的數位學習（ASTD, 2003）。吳美美（2004）指出數位學習隨著不同的發展階段，也有不同的. 43.

(44) 理解和詮釋。較早的解釋應為「電子學習」(electronic learning)、「電子媒體學習」(electronic media based learning)，或「技術導向學習」 (technology-based learning)，也有稱為數位學習就是「線上學習」(online learning)、「網絡學習」(networked learning)或「遠距學習」(distance learning)。此外，尚有很多說法，包括數位學習是「簡便學習」(easy learning)、「延伸學習」(extended learning)、「擴大學習」(expanded learning)、「每日學習」(everyday learning)、「人人學習」(everyone learning)、「無所不在學習」(ubiquitous learning )等。 Rosenberg（2001）認為數位學習是指利用網路的技術傳遞各式各樣的解決方案，以增進知識、提升績效，並提出以下三大根本標準：一、透過 Internet/Intranet 網路，資料可以即時更新、傳送、共享，使學習者之間的交流更加即時便利。二、運用標準的網路技術，經由電腦將知識內容傳遞給學習者，如 TCP/IP、網頁瀏覽、伺服器等技術組成平台。三、超越傳統訓練典範的學習方式，注重宏觀的學習。目前數位學習系統有許多形式，包括「即時群播 (real-time broadcasting) 」、「隨時點播(courseware-on-demand) 」、與「全球資訊網(World Wide Web,WWW)」等。「全球資訊網」教學系統是把超媒體教材(hypermedia courseware)放在網路上，整合了文字、聲音、影像，讓學習者透過全球資訊網，依個別學習的需求進行學習，是目前主流的網路應用技術（孫春在，1997；Duo & Yuen, 1999a）。由於網際網路的通訊功能可以跨越時空的隔閡並可以提供超媒體與超文件的內容與互動的機制，使得網路成為一個非常重要且具有彈性的學習環境（陳. 44.

(45) 年興，1998；Duo & Yuen, 1999b；Hughes & Hewson, 1998）。網路技術具有相當良好的教學屬性，包括：非同步、多方向、個別化、以及自動紀錄等四項屬性。而這些良好屬性為教學帶來：便利性、主動性、互動性、合作性、多樣化、及開放性（洪明洲，1999）。因此，愈來愈多的教師都將教學環境轉換到數位學習上，以網路為媒介來從事教學的工作。. 貳、數位學習的特點與相關研究由於網際網路的發展，使得教學方式產生改變，教學方式從傳統教學（conventional education）發展至數位學習，所謂數位學習就是指透過網路傳遞教材，讓使用者利用網路學習的方式，數位學習為各國政府推動終生學習與數位學習計畫的重要政策。Moore 與 Kearsley （1996）指出數位學習的優點是彈性的學習時間與地點、教學資源易整合、學生自主學習、降低教學成本，本研究統整近年來多位學者提出之數位學習特性如下（白如婷，2006；黃保瑞，2003；張錦松，2004；游光昭，2003；周秀蓉，2002；Galloway, 2005；Hiltz & Turoff, 2005 ; Kathawala & Wilgen, 2004；McCray, 2000 ; Webster & Hackley, 1997； Yang, 2001）：一、突破時間空間限制利用數位學習之虛擬環境，透過各種電子通訊的管道，將課程、知識與經驗，傳輸到世界各地且即時可取得來進行學習的活動。. 45.

(46) 二、教材重複使用數位教材具有共享性與再利用性，並可模組化隨時編序組裝產生新教材，更具有彈性且能節省開發成本。三、提高成本效益雖然初期會因建構及開發數位學習系統而產生龐大的成本支出，但導入數位學習可減少講師、場地、餐飲之費用，後續還會因為使用者的增加及使用範圍的擴大形成經濟規模效應，而使成本逐漸降低。四、提高學習興趣由於教材之多樣性與呈現豐富化，可激發學習興趣，提高學習效率，達到有效學習。五、知識分享與累積數位學習為知識分享與累積之最佳場所，除了自我學習之外，透過社群方式達到知識交流，獲取前人學習經驗。六、個別化的彈性學習利用網路無遠弗屆的特性，學習者可在彈性時間與空間中，根據個人實際需求進行自我學習的選擇，對所需的工作技能知識及經驗，挑選適當的學習課程內容。七、教學記錄的量化與分析學習者的所有學習行為，例如︰學習單元名稱、學習時間、學. 46.

(47) 習路徑、討論內容等等，透過數位學習系統，皆能完整、真實的記錄下來。藉由此量化的教學記錄與分析，學習者可以檢視自己的學習策略和學習狀態；教學者也可以作為修改或調整教材內容及教學方式的參考依據。而在許多對數位學習相關的研究中，也顯示出其對學習的影響。如粘武清（2002）的研究發現線上交流的功能有助於學習者的學習成效與提昇學習動機。林勇成（2002）指出數位學習具有個別化學習的功能，有助於引起學習者學習興趣，並可改善教學空間和時間上的限制。Coppola、Hiltz 與 Rotter（2002）認為使用多種媒體型態來呈現學習資料，學習資料將更容易被記憶，也較能吸引學習者的注意。陳明琪（2003）也發現數位學習較能夠吸引學習者的注意、引起學習者的學習動機並且提高學習者的學習滿意度。Sun等人（2008）驗證了數位學習優於傳統課室教學，並能適應各種不同學習風格的學習者。綜上所述，數位學習富有許多的特性及優勢，同時也克服了傳統課堂教學的限制，整合運用各地的資源，使得資訊得以快速取得、溝通互動且更具彈性，並且以使用者為中心，融入日常生活與工作中，以需求為導向進行片段化與迅速化的知識學習(Karrer, 2006)，提供一個具有個人化、即時性與兼具同步或非同步的學習環境。為使本研究結果具備更廣泛的適用性與國際性，本研究選用由國際認證機構(Certiport)所開發的數位學習國際標準系統（IC3 練習與教學系統）為本研究工具，由於此數位學習系統之設計符合認知負荷與動態評量的特性需求，將學習的主控權，交回給學習者自己，因此研究工具本身對學習者可能產生的負荷降至最低，減少造成研究的汙染。. 47.

(48) 第四節. 適性學習. 同樣一套學習方式並不一定適合每一個學習者，而適性學習 (adaptive learning )的概念就在這樣的情形下產生出來。適性學習的意義就是要為每一位學習者找到最適合的學習方式，強調個人主動的控制學習的歷程，以建構自己所需的知識內容，提升學習成就與學習效率（薛雅明，2005；Tseng, Chu, Hwang, & Tsai, 2008）。在傳統學習的領域中，同學們同在一間教室上課，所有人都吸收到一樣的內容，這也是傳統學習要適性化所遇到最大的問題。因此，近年來教育模式逐漸朝向以學習者為中心，並強調適性學習的重要性（游光昭、林坤誼、林珍瑩，2004）。張時力(2005)認為為每一位學習者找到最適合的學習方式，就是適性學習。黃明月(1999)指出適性學習是爲了適應學習者的需求，並提升學習者對社會的適應性，陳欽峰(2004)認為適性學習能實現教育機會均等理念，排除因學習者間之個別差異而造成的學習不平等現象，達成「有教無類」與「因材施教」。適性學習系統能蒐集使用者的某些特徵並將其存放於使用者模組(user model)中，並運用使用者模組，提供不同使用者選擇不同的內容(Brusilovsky, 1996)。數位學習使學生在不受時間空間限制下學習，這樣的優勢使得數位學習系統非常適合進行適性化學習的發展(張時力，2005；Sun et al., 2008) 。因此，建置一個適性數位學習網站應考量之重點如下(林信男， 2001；溫嘉榮、郭勝煌，2007；曾文良，2002；Perkowitz & Etzioni, 1997)：. 48.

(49) 一、適性的類型(types of adaptation) 在網站裡的網頁，由於鏈結的增加或減少，將會造成網頁的增減，因此，網站的鏈結與文件格式是可以調適的。二、個人化與轉換(customization vs. transformation) 個人化就是網站為因應不同使用者，所提供內容不同的網頁。以網頁內容而言，要實現個人化就必須製作不同版本的網頁內容，因此，針對不同一群的人，網頁內容的轉換是必要性，針對不同國家的使用者，亦要提供不同語言的轉換。三、內容與存取的導向(content-based vs. access-based) 網站可以根據網頁內容的組織呈現方式做內容導向式的調適，以及分析學習者過去使用網站的行為模式做存取導向式的調適，以產生互補的效果。四、自動化程度(degree of automation) Chen 與 Macredie（2004）認為數位學習系統環境應提供有效的自我引導式的知識蒐尋，使其能以主動的學習方式來提高學習成效。在自動化的程度上可分為兩種：一種是學習者自訂，它是目前實現個人化網站最常使用的方式，其內容大多由教學網站提供網頁特定的特徵供使用者設定，透過學習者主動設定自己想要的網站型態或內容（Santally & Alain, 2006）；另外一種是系統自動調適，它具有較高的自動化程度，網站對於學習者難以表達的特徵或是較不容易有主觀顯現的特性，採取系統自動調適是比較. 49.

(50) 有效的方式，又可分為主動式與被動式兩種。主動式是由學習者主動給予系統調適的依據，例如透過網路問卷或評分的方式，系統可以客觀的分析使用者個人的特徵，建立各類學習者模式，以找出適合學習者的調適方向，被動式則是由系統間接取得或蒐集學習者的相關資料，進行資料分析，再將分析的結果回饋給學習者，以達系統自動調適的目的。 O’ He a r （2006）認為傳統的數位學習是以單向的課程結構為主，比較無法激發學習者本身的自我學習動機。Armatas、Holt 與 Rice （2003）研究指出數位學習環境若能依照個人的偏好與需求予以配合修改，則會增加選擇線上教學課程的動機。吳俞民（2003）的研究發現，在適性數位學習的環境中，由學生主動進行學習活動，教師僅扮演著引導者的角色，學生可以擁有個人化的學習進度，對學習方式也具有高度的自主性。然而在這樣高度自主性的學習環境下，若沒有妥善的學習規劃，將更容易造成學習上的迷失或挫折（溫嘉榮，2003）。因此，本研究的目的之ㄧ，乃建構出即時動態適性數位學習系統所需的即時動態適性數位學習狀態診斷模式。相較於目前的適性數位學習系統，增加可於學習者學習歷程中，持續性、即時偵測學習狀態的診斷機制，持續辨識即時的學習狀態，與資料庫中的學習狀態診斷模組進行比對，預測學習者未來的學習負荷趨勢，即時、自動向學習者建議最適化的學習路徑。學習者與教學者也同時透過即時動態的互動介面，轉換經由即時動態適性數位學習狀態診斷模式所監測到的學習狀態資訊，成為使用者導向的學習負荷曲線預測圖與色階表尺，提供學習者更為視覺親和辨識的輔助資訊，搭配即時動態適性數位學習系統所提供的最適化的學習路徑，讓學習者進能夠自主控制決定最佳. 50.

(51) 的學習決策。未來可進一步導入人工智慧技術於即時動態適性數位學習系統，可針對特定學習者的歷往學習歷程資料，透過人工智慧技術的經驗學習功能，持續對其資料庫中的學習狀態診斷模式進行調整，使其更加符合特定學習者個人的特色需求，形成個人化、可經驗學習的智慧型適性數位學習系統。因此，本研究關於適性學習理論應用的相關發展工作與研究工具選用，如下所示：一、以認知負荷搭配動態評量理論，結構層化學習路徑，發展歷程性即時動態學習負荷的計量機制，進而開發出即時動態適性數位學習狀態診斷模式，成為即時動態適性數位學習系統所需之診斷模式。二、以認知負荷與動態評量理論的特性，作為選擇本研究所需之數位學習系統的準則，使選用的數位學習系統符合認知負荷與動態評量特性需求，成為開發適性數位學習系統之有效研究工具。. 51.