Scratch圖像導引式教學法對認知負荷與學習成效影響之探討
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(2) 謝. 誌. 在因緣際會的情況下參加了研究所的入學考試，也意外的通過入學考試，考上之初 充滿了喜悅，抱著愉悅的心情開始我的在職進修生活，過程中常因工作和學業的衝突， 在我兩年的求學生涯當中，總有想放棄工作只想專心進修的念頭，但是每每抑制住這樣 的念頭，仍然堅持再堅持。在學期間同儕學習的歡樂氣氛，讓我彷彿回到十幾年在學校 的時光，每次下了班上學得途中總是愉悅和充滿期盼的，時間匆匆的過去入學後一年開 始自己的論文，在論文寫作上時常遭遇瓶頸，但是心裡的一股力量總告訴自己，必須如 期完成自己的學業，不可拖延，最後的幾個月，周末與平常日的晚上常常只留時間給論 文，就算偶爾外出休閒娛樂，也總是惦記著論文的進度，從最初不理解論文的寫作模式、 實驗教學設計及令人頭痛的統計，常因為無教學方面領域的先備知識而撞得滿頭包，過 程中對於非教學領域的我，時而感到無力且無助，幸好有指導教授與學長的協助與指引， 讓我對於論文與實驗有初步的認識，當然同學們也是很重要的討論夥伴，更讓我受益良 多，此外，身旁的家人更是精神支柱，求學的路途中要更要感謝所有曾經給我幫助的人。 首先要特別感謝我的指導教授陳鴻仁老師，陳教授總是很有耐心地給予我論文方向 上的建議，並且不時指引我研究時正確的方式，老師總是非常尊重學生的研究想法，更 經常叮嚀我們的論文進度，也因此一年多的時間有這份論文的誕生，在此獻上十二萬分 的敬意與謝意；除此之外，我也十分謝謝口試委員-黃國禎、黃國豪與林欣怡教授，感 謝老師們提供專業且寶貴的意見，讓我論文更完整與連貫性；接著我要感謝我的老公和 爸媽，給我不論經濟與精神上的支持，真是辛苦你們了；以及與我一起奮鬥的同學們， 謝謝你們曾經幫助我的點點滴滴，真誠的感謝你們，並獻上我真誠的祝福，希望你們在 未來的工作生涯中一切順利、平安且健康。. ii.
(3) 摘. 要. 本論文在針對國小六年級學生使用圖像化導引式 Scratch 軟體教學網站課程，根據 實驗結果所得到的資料進行處理與分析，從而了解學生在學習遷移與 Scratch 學習成就、 認知負荷及科技接受程度之影響，即為「Scratch 圖像式導引機制」網站課程的教學輔助 對於學習者的學習成效與認知負荷的影響，並藉由學習遷移與 Scratch 學習成就測驗、 認知負荷量表及學生科技接受度調查表三種測驗中是否存在顯著差異性，再進一步透過 課堂觀察、操作錄影及課後訪談分析學生認知負荷造成的原因及科技接受程度。所得研 究結果，分述如下： 一、「Scratch 圖像式導引機制」課程設計之圖像引導策略，對國小六年級學生資訊技能 轉移與 Scratch 學習成就有顯著差異，根據學習成就測驗發現，學生對於圖像式的記 憶優於文字。 二、「Scratch 圖像式導引機制」課程網站中所建構的漸進式鷹架學習輔助，透過研究者 課堂觀察，使得學生在 Scratch 軟體單元練習上，實驗組完成度高於對照組。 三、由於受到「Scratch 圖像式導引機制」的協助，因此減少了需要製造心像以及記憶的 負荷，認知負荷也較低，從認知負荷量表統計結果，推定「Scratch 圖像式導引機制」 課程，並未造成實驗組學童較高認知負荷。 四、在學生科技接受度調查數據當中，半數以上數的學生認為「Scratch 圖像式導引機制」 的網站，比以前的學習方式更有趣，網站中步驟式圖片資訊可協助學生在做課堂練 習時使用，也認為網站的介面操作並不困難，整體而言，對於本次的網站學習方式 感到滿意。 關鍵字：學習遷移、Scratch 圖像式導引機制、鷹架學習、認知負荷、科技接受度. iii.
(4) Abstract This paper tries to explore the learning effect and cognitive load of Scratch Graphic Guided Instruction internet course on the 6th graders.. Through the analysis of experimental. data, we can understand the influences of the transfer of learning on students’ learning achievement, cognitive load, and their technology acceptance model, i.e. the influences of the teaching assistance from the internet course of Scratch Graphic Guided Instruction on learners’ learning achievement and cognitive load. We adopt three instruments: transfer of learning and Scratch learning achievement test, cognitive load scale, and technology acceptance model questionnaire to find out the difference among the results of the three instruments. Furthermore, we analyze the reasons that result in learners’ cognitive load and their acceptance of technology via class observation, video-taking, and interview after class. The results are as following: 1. Students following the Graphic Guided strategies designed in Graphic Guided Instruction course show significant difference in the transfer of informational skill and Scratch Learning Achievement. According to the results of Learning Achievement examination, we find that students show better memories in graphs than in words. 2. The researcher observes that with the assistance of gradual Scaffolding Learning established by the internet course of graphic resolving instruction, students in the experimental group shows higher accomplishment than students in the controlled group in the practices of Scratch software unit in class. 3. Due to the help of Graphic Guided Instruction, learners’ memory loading and the necessity to produce image memory are reduced, and their cognitive load is also low. According to the statistical analysis of the Cognitive Load chart, we assume that the course of Graphic Guided. iv.
(5) Instruction does not increase experimental students’ cognitive load. 4. In the investigations of students’ technology acceptance, more than half students consider that Graphic Guided Instruction is more interesting than the former studying method. Step by step graphic pictures in the internet course can help students practice in class, and students think the course provides the user-friendly interface. In a word, students are satisfied with the learning method of this internet course. Keywords：Transfer of learning, Scratch Graphic Guided Instruction, Scaffolding Learning, Cognitive Load, Technology acceptance model.. v.
(6) 目. 錄. 謝. 誌 ...................................................................................................................................... ii. 摘. 要 ..................................................................................................................................... iii. Abstract .................................................................................................................................... iv 目. 錄 ....................................................................................................................................... vi. 表. 次 ..................................................................................................................................... viii. 圖. 次 ....................................................................................................................................... ix. 第一章 緒. 論 .......................................................................................................................... 1. 第一節 研究背景 ...................................................................................................................... 1 第二節 研究動機 ...................................................................................................................... 2 第三節 研究目的 ...................................................................................................................... 3 第四節 研究範圍與限制 .......................................................................................................... 3 第五節 名詞解釋 ...................................................................................................................... 4 第二章 文獻探討 ...................................................................................................................... 7 第一節 資訊技能轉移與軟體教學 ......................................................................................... 7 第二節 鷹架學習理論 ........................................................................................................... 15 第三節 數位教材介面設計之探討 ....................................................................................... 20 第四節 認知負荷 ................................................................................................................... 23 第五節 小結 ........................................................................................................................... 29 第三章 研究方法 .................................................................................................................... 30 第一節 研究設計與架構 ........................................................................................................ 30. vi.
(7) 第二節 研究樣本 .................................................................................................................... 32 第三節 研究程序 .................................................................................................................... 33 第四節 研究工具 .................................................................................................................... 37 第五節 測量工具 .................................................................................................................... 37 第六節 SCRATCH 教學課程設計 ............................................................................................. 42 第七節 資料處理與分析 ........................................................................................................ 52 第四章 研究結果與討論 ........................................................................................................ 54 第一節 「SCRATCH 圖像式導引機制」對於學習成效之影響 ............................................. 55 第二節 「SCRATCH 圖示導引機制」課程對於認知負荷之影響 ......................................... 59 第三節 「SCRATCH 圖像式導引機制」對學生之科技接受度的影響 ................................. 66 第五章. 結論與建議 .............................................................................................................. 71. 第一節 結 論 ........................................................................................................................... 71 第二節 建 議 ........................................................................................................................... 75 參考文獻 .................................................................................................................................. 77 中文部分 .................................................................................................................................. 77 外文部分 .................................................................................................................................. 82 附錄一 學習遷移與 SCRATCH 學習成就測驗 ........................................................................ 87 附錄二 認知負荷量表 ............................................................................................................ 90 附錄三 學生科技接受度調查表 ............................................................................................ 91. vii.
(8) 表. 次. 表 2-1 資訊技能遷移之相關研究表...................................................................................... 10 表 2-2 電腦輔助教學之相關研究表...................................................................................... 14 表 2-3 學習鷹架的意涵整理表.............................................................................................. 17 表 2-4 鷹架理論與傳統學習理論的比較.............................................................................. 18 表 2-5 鷹架學習理論之相關研究表...................................................................................... 19 表 2-6 介面設計的原則.......................................................................................................... 20 表 2-7 數位教材介面設計之相關研究表............................................................................... 22 表 2-8 認知負荷之相關研究表.............................................................................................. 27 表 3-1 研究設計模式.............................................................................................................. 30 表 3-2 難度及鑑別度分析表.................................................................................................. 38 表 3-3 測驗向度項目分析表................................................................................................... 40 表 3-4 本研究 Scratch 程式設計課程大綱............................................................................ 43 表 3-5 本研究資料分析方法.................................................................................................. 52 表 4-1 實驗組與對照組在前測成績組內迴歸係數同質性考驗摘要表.............................. 55 表 4-2 實驗組與對照組的共變異數分析.............................................................................. 56 表 4-3 實驗組與對照組在不同教學法的邊際平均數.......................................................... 56 表 4-4 實驗組與對照組在測驗項度分數及總分之後測平均數.......................................... 57 表 4-5 實驗組與對照組在基本測驗項度共變數分析摘要表.............................................. 57 表 4-6 Scratch 課程對認知負荷各向度影響之平均數差異............................................... 59 表 4-7 認知負荷量表學習後平均數相等的 t 檢定 ............................................................ 61 表 4-8 認知負荷量表之「心智負荷」向度分析摘要表...................................................... 62 表 4-9 認知負荷量表之「心智努力」向度分析摘要表...................................................... 63 表 4-10 認知負荷量表之各向度逐題描述性統計表............................................................. 64 表 4-11 學生科技接受度「學習機制認知有用性」逐題百分比統計表 ............................ 67 表 4-12 學生科技接受度「學習機制認知易用性」逐題百分比統計表............................. 68 表 4-13 學生科技接受度學習後敘述性統計表..................................................................... 69 表 5-1 研究假設與研究結論對照表...................................................................................... 74. viii.
(9) 圖. 次. 圖 2-1 ZPD 動態發展圖 ......................................................................................................... 16 圖 2-2 認知負荷概念圖.......................................................................................................... 24 圖 3-1 研究架構圖................................................................................................................... 31 圖 3-2 研究程序圖示............................................................................................................... 35 圖 3-3「Scratch 圖像式導引機制」流程圖........................................................................... 42 圖 3-4 網站教學畫面_單元一認識圖示................................................................................. 44 圖 3-5 網站之圖示遷移學習概念引導畫面........................................................................... 45 圖 3-6 網站之步驟式引導教學畫面....................................................................................... 45 圖 3-7 PowerPoint 認識圖示 ................................................................................................... 46 圖 3-8 Scratch 認識圖示.......................................................................................................... 46 圖 3-9 PowerPoint 概念引導說明 ........................................................................................... 47 圖 3-10 軟體之間的圖像概念遷移......................................................................................... 47 圖 3-11 小蜜蜂的積木程式 ..................................................................................................... 48 圖 3-12 小蜜蜂背景的積木程式............................................................................................. 48 圖 3-13 貓咪主持人程式積木圖示......................................................................................... 49 圖 3-14 製作嘻哈舞者程式積木圖示..................................................................................... 49 圖 3-15 製作舞台背景程式積木圖示..................................................................................... 49 圖 3-16 實驗組學生進入 Scratch 教學網站........................................................................... 50 圖 3-17 實驗組 Scratch 網站教學學習中............................................................................... 50 圖 3-18 實驗組練習程式積木排列......................................................................................... 50 圖 3-19 對照組聽教學者口述製作角色................................................................................. 51 圖 3-20 對照組閱讀 Scratch 紙本講義教材........................................................................... 51 圖 3-21 對照組按照講義步驟製作角色................................................................................. 51 圖 3-22 對照組完成主題課程畫面......................................................................................... 51. ix.
(10) 第一章 緒. 論. 本研究之緒論共分五小節來探討：第一節說明本研究背景；第二節說明本研究動機； 第三節說明本研究目的；第四節說明本研究所包含的範圍與其限制；第五節則為本研究 之重要名詞釋義，將本研究之重要關鍵字做詳細與明確的定義與說明。. 第一節 研究背景 科技的迅速發展帶來學習環境的革新，數位科技也讓學習成為高技術支援與策略設 計的整合（Pantazis，2002） 。數位學習（E-learning）於政府的推動下在國內儼然已成為 教學之潮流，Piskurich 與 Piskurich（2003）認為數位學習是為教學設計者與教學者建構 的一個傳遞系統，使得數位學習設計的優點得以充分運用在學習與教學的需求。Gagne 與 Briggs（1992）由於電腦應用軟體操作之學習類型屬於心理動作技能領域，這樣的學 習需要從感知面及生心理開始預備，經過教學者的整體講解及動作示範後，將教學目標 之連續動作拆解為單個獨立動作提供學習者模仿及嘗試錯誤，再藉由多次練習方能按部 就班的流暢操作，並達到自動化與學習遷移的效果（趙倩筠，2007）。 有關學習遷移的研究一直是爭論不斷，因為許多遠遷移的實證研究都沒有得到正向 的支持（Gick & Holyoak, 1980; Reed, Ernst, & Banerji, 1974），如 Detterman（1993）便 認為學習遷移的證據比火山爆發的機率還低，但另一方面卻又有人認為學習遷移無所不 在（Bereiter, 1995; Dyson, 1999） 。Perkins 與 Salomon（1994）學習遷移也常視新問題解 決情境與舊學習情境間的相似程度，區分為近遷移（Near Transfer）與遠遷移（Far Transfer） （蔡福興、游光昭、蕭顯勝，2010）。技能遷移理論認為，有些舊技能能幫助新技能的 學習（正遷移） ，但有些則會對新技能的學習造成干擾（負遷移） 。辨別假說（Theory of Discriminate）亦指出，受試者為了區辨新學習的事物中那些是舊的事物(或區分新舊事 物間的差異)，會花費更多時間學習（Schwartz & Humphreys，1973）。因此，有舊技能.
(11) 基礎者，一開始雖然表現較沒有基礎者好，但其進步較緩慢，甚至會在後面階段表現較 無任何舊技能基礎者差（Fix & Wiedenbeck, 1996）。 數位教材內容可以透過網頁的呈現方式讓學習者瀏覽，這是不同於傳統平面媒體的 單向閱讀方式，學習者透過與網頁的互動及畫面的輔助來獲取不同的學習內容。同時學 習者也可以透過網際網路的環境，在任何時候、以任何方式取得數位學習內容並體驗學 習活動。數位教材介面設計指的是數位教材所呈現之感官的風格、操作的導覽以及互動 的模式，讓數位教材內容與學習者發生關連及產生良好互動的方法 (張志仁，2007) 。 電腦輔助學習，可以增加學習者互動機會，並滿足個別化學習需求，學習者立即可以獲 得回饋，能增加學習者學習動機 (羅曉愉，2012) 。網頁設計須重視使用者之心智模式， 運用社會訊息做出有效之傳播;對物件導向網站環境應與理解並掌握其介面設計 (黃如 足，2001)。網站親和性也是使用性的一環(Andy Clarke，2007)，因此想製作一個使用性 良好的網站，賦予網站親和力也勢必要過程之一 (張瑞哲，2007)。. 第二節 研究動機 觀國民中小學九年一貫課程中，在藝術與人文方面，電腦軟體在這幾年來已對視覺 動畫設計帶來革新與改變，而此新的軟體並不在於取代傳統軟體，而是改變與影響教師 與學生的思維與表現方式。在電腦軟體領域中，軟體更迭的速度之快，一如人類創造新 科技般之日益加速。科技所帶來的機會並非沒有危機，電腦軟體更新發展迅速，學習者 的學習成效仍有待評估階段，對誠如 Liao(1992)所言，多數人將精力集中在教學軟體的 開發上，而忽視了如何快速學習這些軟體對學生才是最有裨益的。研究者認為應用電腦 動畫於國小人文教學場域中，師生面對電腦軟體如此快速的環境，必須知其學習者本身 先備知識，善用學習優勢，讓學習軟體變得有趣且易上手，達成對數位資訊的適應力、 學習力、應用力與創造力，特別教導學生如何讓既有知識技能有效「正遷移」學習電腦 動畫技能。本研究即欲透過「Scratch 圖像式導引機制」設計的方法，將已習得之資訊技. 2.
(12) 能，轉移至 Scratch 遊戲動畫學習軟體，促使學習的正向遷移，並進一步探討在國小資 訊教育現場中，是否能產生學習遷移及其學習效果。. 第三節 研究目的 主要目的從學習者的角度來探討學習者技能遷移的現象，其方法利用資訊技能轉移 以了解對於 Srcatch 軟體學習的成效。 再者，比較傳統教學者的教學介面設計與「Scratch 圖像式導引機制」介面之間，學習者於軟體學習上成效之研究。本研究目的分述如下： 一、國小電腦教師的 Srcatch 軟體教學，經由「Scratch 圖像式導引機制」的建置，希望 學習成效更好。 二、透過「Scratch 圖像式導引機制」的策略方法，於國小電腦教師的 Srcatch 軟體教學 課程中，探討資訊技能轉移。 三、運用「Scratch 圖像式導引機制」的策略方法，促使國小電腦教師利用資訊技能轉移， 了解 Srcatch 軟體學習的成效。 四、 「Scratch 圖像式導引機制」的介面新設計，比較傳統教學方式與新的輔助教學系統， 進而探討認知負荷的差異。. 第四節 研究範圍與限制 分析上述的研究問題之後，將本研究之範圍與限制分述如下： 一、研究範圍 (一)研究對象 本研究以台中市某國小班級為研究對象，採準實驗研究法，以台中市某國民小學電 腦教學課程進行問卷調查。教學實驗選取兩班級電腦課程進行實驗教學。 (二)電腦動畫教材內容. 3.
(13) 本研究乃運用自由軟體於電腦遊戲動畫教學，選擇軟體為 Srcatch，功能包含圖畫背 景設定、圖片修整、動畫效果設定、動畫順序安排、簡報音樂搭配等工具，是一套 免費且開放原始碼的遊戲動畫之自由軟體。實驗教學內容則是藉由資訊技能的轉移 技術，進行教學活動，教學課程的設計將讓學生透過感官、認知學習、遷移學習來 進行動畫設計創作。 二、研究限制 (一) 本研究以教學現場實務應用之研究，受限在學校教學場域的限制，在人力、設備及 時間等因素的考量，研究對象與其結果的應用與推論有所保留。 (二) 本研究使用的電腦動畫繪圖，考量直接應用教學現場電腦硬體的設備，輸入方式應 用一般滑鼠進行繪圖操作，未能擴及電腦繪圖其他形式的輸入模式的推論；傳統教 學方面，本研究選取傳統解說式教學法，研究結果不適合推論於其他傳統教學。 (三) 本研究只針對國小六年級兒童 Scratch 動畫軟體繪圖表現進行討論，其他年級並不 納入探討範圍之內。. 第五節 名詞解釋 茲將本研究所涉及之重要概念涵意說明如下： 一、資訊技能轉移 學習遷移（Transfer of Learning）廣義而言，被定義為將某一個情境所學到知 識或技能應用到新情境上的一種現象（Cormier & Hagman, 1987; Reed, 1993; Singley & Anderson, 1989） 。至今，無論任何一個層級或領域，教育或訓練的目的都是希望 學生在未來能產生學習的遷移。換言之，學習遷移被視為教育的一個終極目標（De Corte, 2003; McKeough, Lupart, & Marini, 1995） 。學習遷移也常視新問題解決情境與. 4.
(14) 舊學習情境間的相似程度，區分為近遷移（Near Transfer）與遠遷移（Far Transfer） （Perkins & Salomon, 1994）。如果兩種技能在刺激與反應間有相同或相似的元素， 且對人的能力和心理特點有共同的要求時，就可能發生遷移（Transfer） 。然而，由 於是兩種技能，如無法適切地分辦出其中的異同，則容易發生干擾(負遷移)。目前 用於解釋技能遷移的主要理論是以 Anderson 的技能獲取理論（Singley & Andersion, 1989）為基礎的「共有元素（Common Element）」論。此理論認為，技能行為是由 一領域的宣告性知識（事實）轉換成程序而得。這些程序只在高特定的情況下才會 被觸發。如此，在一領域所學得的某一部份程序將無法被使用在此領域的其它部份， 除非使用此程序的條件在兩個情況下是相同的。因此要在兩個工作間遷移技能，兩 工作必須共有相同的程序或元素。據此可推得此理論的基本原則「知識的使用特定 性（Use Specificity of Knowledge）」 （Anderson, 1987） ：由訓練及練習所獲得的不是 知識，而是知識的某個特定的使用法（Anderson, 1993; Singley & Anderson, 1989,） （鍾靖良，2006）。因此，學習新舊情境間須有共同的元素存在，學習遷移發生的 可能性會增加。. 二、鷹架學習 Hatano (1993)曾提出鷹架（Scaffolding）學習理論係植基於「建構主義論」 （Constructivism），強調知識是由個人建構而成，且此一過程乃是經與別人互動-無論與能力相當的同儕之間水平式的關係，或是專家與生手之間的垂直式的互動-而促成的（徐椿樑，2001）。持此種看法的代表人物有 Vygotsky（1978）, Wertsch, Mcnamee,Mclare, & Budwig（1981）, Gavelek（1986）, Smagorinski（1995）等。其 中又以 Vygotsky 的學習「可能發展區」（Zone of Proximal Development, ZPD） 提 供了豐富的概念性的教學導引。建構主義論者認為，知識的本質乃是社會性的。因 此，只有在社會互動的情境當中，學習才會發生，理解才有可能。教師的任務就是. 5.
(15) 要讓他們有充分的機會接觸各種資訊，提供豐富的教學情境與脈絡，然後使學生由 新的材料和先前已經獲得的資訊加以關聯。在資訊逐步內化的過程當中，學生會產 生許多的問題；這時教師應鼓勵學生主動思考與解決問題，並且安排機會讓學生和 同儕分享解決問題的經驗，最終的目的是要讓學生能逐漸地、獨立自主地邏輯思考， 進而解決問題（徐椿樑，2001） 。總而言之，鷹架學習經由社會互動與教學的引導， 個體在可能發展區中趨向最佳化的表現。 三、認知負荷 認知負荷理論（Cognitive Load Theory, CLT）自 1988 年以來，在教學領域逐漸 受到重視，其旨趣在探討內、外在因素所引發之個體認知負荷情形，了解學生學習 困難的原因所在，協助學生及教學設計者等尋求相關因應之道（陳密桃，2003）。 近年來資訊科技於教學之運用漸成風氣，學習者之心智能力與教材、教法等之運用， 皆為影響學習之要項，學校大力推展資訊科技融入教學之際，亦需考量學生在學習 上所產生的認知負荷相關問題。認知負荷涉及學習者的心智努力程度及所知覺的學 習內容困難度，包含心智負荷及心智努力兩面向，在學習上當個體心智努力程度或 所知覺的困難度越大，則其認知負荷越大（Paas, 1992）。Paas 和 Van Merriënboer （1994）指出學習者之認知負荷源自因果因素，包含任務特性、學習者特性及兩者 之交互作用。依據 Sweller, Van Merriënboer & Paas (1998)的觀點，認知負荷可分為 內在、外在及增生認知負荷等三種 （蘇國章，2011） 。因此，認知負荷的研究探討 為了解學生的學習承受度，教學者參酌學習困難的原因，在教學設計上進行改善。. 6.
(16) 第二章 文獻探討 第一節 資訊技能轉移與軟體教學 一、資訊技能遷移之探討 (一) 學習遷移之概念 學習遷移又稱為訓練遷移(Transfer of Training)，係指學習結果擴展或類化的現 象（張春興，1989），一般被定義為在某場域中學習到新知識與技能，其學習結果 類化或擴張運用於不同學習情境之現象（Cormier & Hagman, 1987; Singley & Anderson,1989）。學習遷移為教學的最終目的，也是最難解決的教學目標之一（張 春興，1989；Davis, 1999）。 自 19 世紀初期，Thorndike 和 Woodworth 開始發展有關學習遷移的研究，接 續有許多有關學習遷移的研究與理論陸續被發表出來，但學習遷移的研究的議題與 概念意見分歧，學者爭議不斷，許多相關學習遷移的研究皆無法成功驗證其結果， 尤其在於遠遷移的研究主題上（Gick & Holyoak, 1980; Reed, Ernst, & Banerji, 1974）， 曾有學者認為學習遷移的實證遠比火山爆發的機率還低（Detterman,1993） ，但也有 人認為學習遷移的具有無所不在的可能性（Bereiter, 1995; Dyson, 1999） ，學習遷移 有不同的類型，分述如下： 1.正遷移（Positive Transfer）與負遷移（Negative Transfer）： 依據「共有元素」論，技能的遷移僅在十分特定的情況下才會被觸發。學習遷 移的效用分為正向遷移與負向遷移，正向遷移係指學習效果的提升作用，例如：學 習九九乘法表，可以幫助四則運算。反之，學習效果的低落則是負向遷移（林生傳， 1997） 例如：已學會乘法越乘越大，負數卻變小，干擾舊有的學習經驗。因此， 教學的目的在於提升學習的正面效果。. 7.
(17) 2.近遷移（Near Transfer）與遠遷移（Far Transfer）： 以學習場域而言，有近遷移與遠遷移兩者，前者指的是解決相似性高的問題， 後者則將個人習得的知識技能加以類推應用於極不同性質的問題，強調學習遷移性 質上之相似的程度（Salomon & Perkins, 1988）。 3.特定遷移（Specific Transfer）與一般遷移（General Transfer）： 以學習內容而言，布魯納（Bruner, 1960）認為有特殊遷移與一般遷移兩類，學 習者將學習到的經驗，應用到與其相類似的特定或相似的事物中，亦是習慣的延伸 和結合，稱為特定遷移; 一般遷移係指學習者將原先的學習經驗普遍化為概念，在 新的學習環境中原則和態度的轉移，作為認知問題的基礎，可增加廣度與深度知識 在基本觀念上的擴展。 4.水平遷移（Lateral Transfer）與垂直遷移（Vertical Transfer）： 蓋聶（Gagne）與歐修伯（D. P. Ausubel）認為學習遷移有水平與垂直的遷移兩 種，水平遷移係指某一種學習擴展至相近的其他領域，類化的學習方式；垂直遷移 也稱縱向遷移，即具有較高的概括水平的上位經驗與具有較低的概括水平的下位經 驗之間的相互影響，將個人的新舊學習經驗重新組合，形成比舊經驗更高層次的學 習。 (二) 影響學習遷移成效的因素 傳統的學習遷移研究僅強調舊知識是否能用於新問題，忽視在解決新問題時有 學習及尋求支援的可能性，傳統標準太過狹隘；Bransford 及 Schwartz 提出「為未 來學習準備」 （PFL）的理論作為探討學習遷移的新觀點，如果個體遇到新的情境問 題，能成功運用舊的知識解決新問題，那表示個體已經為未來的學習做好準備，學. 8.
(18) 者期望學習遷移的研究以學習為重點。在傳統的研究已有許多學者討論過，Mayer （1998）曾提出過去的研究當中，學習者僅在例行性的問題（routine problems）表 現較佳。成功影響問題解決遷移（problem solving transfer），整理出三種關鍵性的 能力： 1.認知技能（Cognitive Skill）：在 Mayer（1998）的看法中，具備某特定領域知識 （Domain-specific Knowledge）的基本能力，方能成功解決問題。 2.後設認知技能（Metacognitive Skill） ：個體如需解決非例行性問題，Mayer（1998） 認為知識技能的應用相對重要，因此，成功影響技能遷移是教學者的控制與監督。 3.動機技能（Motivational Skill） ：除了以上兩項技能之外，Mayer（1998）認為個體 具備強烈的動機，例如：興趣、自信等。個體的意願高，成功解決的可能性越大。 Bransford 及 Brown（1999）則認為影響人們學習遷移能力的因素，最初在某學 科學習到的知識多寡，決定學習遷移量的多寡;學習學科的深度較深與花費時間長， 所學遷移的可能性越高。以不同的學習情境而言，學習某種概念與抽象知識表徵概 念的建構提升，並將概念向外遷移。 教學者的角度，如果學習者回饋次數越多，可提供學習者將新知識與舊知識經 驗的比對，加深對新情境應用的準確性；在學習過程中，要求學生反思學習過程， 後設認知的教學法可以協助學習者學習遷移。探討有關影響學習遷移成效，參考傳 統成功影響問題解決遷移能力與影響人們學習遷移能力的因素，作為研究的依據。 國內對於學習遷移的研究眾多，茲將學習遷移的相關研究整理，如表 2-1。. 9.
(19) 表 2-1 資訊技能遷移之相關研究表 作者/年代 蔡福興、游 光昭、蕭顯 勝（2008）. 研究主題 從學習遷移觀點發掘 數位遊戲式學習之成 效. 研究結果 本研究以遊戲式及網頁式兩種不同導向的數位 學習活動，來探討學習者在知識獲取及學習遷移 表現上的成效差異，同時分析兩種不同學習行為 所隱含的意義。 背景知識與認知風格 本研究由背景知識及認知風格兩方面探討影響 鍾靖良 對程式語言學習技能 程式學習的可能因素。由實驗結果發現：若舊程 （2006） 遷移之影響 式語言與新程式語言的語法及用途皆相同時，對 學習者會有正遷移的影響。 國小資訊教育軟體之 文書處理軟體「Writer」與「Word」之間可以相 學習成效與學習遷移 互為用，因兩者都可以互相產生「正遷移」的效 張義斌 之探究-以 OpenOffice 果。對學童而言， 「PowerPoint」較易學習，但站 （2007） 與 MicrosoftOffice 為例 在學習遷移的角度來看，「Impress」對 「PowerPoint」具有「正遷移」的效果，反之則 為「負遷移」。 資料來源:本研究整理. 二、數位學習軟體輔助教學 (一) 電腦輔助教學之概念 電腦輔助教學（Computer Assisted Instruction [CAI]）係指在學習的過程中，將 電腦作為學習的教學輔助工具，當作協助教師與學習者的學習工具之一（尹玫君， 1993）。王全世（2001）則認為電腦輔助教學是利用先進的電腦技術融入教學或學 習材料，幫助學習者自習或教學者教學，依電腦多媒體的回饋加強學習成效的一種 學習方式。 電腦輔助教學是數位媒體教學之一，學習者依自己的時間安排安排學習進度， 並透過電腦輔助教學軟體中的圖形、符號、聲音、提示及文字的呈現與排列組合， 建構出相關的知識，因此本研究之理論基礎從皮亞傑的認知發展、學習發展、訊息 處理、建構理論、視覺思考及情境學習等理論來探討。相關理論基礎說明如下：. 10.
(20) 1.皮亞傑的認知發展 發展的起點是一種認知結構，而其終點又是另一種認知結構，故稱之為獨特的發展 階段，但在心理發展過程中，卻是連續的過程。皮亞傑將認知發展分為感覺動作、 前運思期、具體運思期及形式運思期四個階段，人類藉由舊經驗與舊知識與環境的 交互作用，以建構新的知識，被稱為「建構主義」。 2.學習發展論 強調學生的主動探索，認為從事物變化中發現原則原理，才是構成學習的主要條件。 認為人認知表徵的發展分為三個階段：動作表徵，形象表徵，符號表徵。強調教師 的教學最重要的任務是配合學生的身 心發展，教學生如何思維，如何從求知活動 中發現原則原理，從而整理統合，組織成為屬於自己的知識經驗（張春興，1996） 。 3.有意義的學習 Ausubel 則認為學習是有意義的，也就是只有經由學習者自行發現知識意義的學習， 才是其正的學習（張春興，1996）。從 Van Engen 的觀點來看，認為操作或事件本 身並非是知識，必須要和個體的心靈聯結，才能成為知識，因此數學知識意指符號 和操作之間經過個體的心中作聯結才能產生知識。 4.訊息處理理論 訊息處理理論對學習的主要觀點有:（1）學習者在學習的歷程中扮演主動積極建構 的角色（2）在學習歷程中有較高層次的認知歷程（3）學生既有知識的重要性（4） 學習不僅是概念的改變更應是認知結構的改變（郭重吉，1988；張新仁，1988；Siegler， 1985） 。 基本上，訊息處理理論認為人類將外界的訊息或知識傳入大腦的過程是相當複 雜的，通常是經由感官的接收（如眼睛看、耳朵聽等），再藉由感覺神經的傳達到 中樞神經，然後再將外界訊息轉換成個人所能接收的符號或表徵模式儲存到人腦中， 人腦相當於電腦記憶體，會將新知識儲存、組織及分類。當人類需要回憶或運用這. 11.
(21) 些新知識時，人腦會主動去檢索或提取，然後再將這些檢索出來的知識轉化成外界 所能接受的符號表達出來。 5. 建構理論 建構論的基本理念認為知識是人所建構出來的，感官所察覺到的訊息最主要的是決 定於人們已有的知識、信念和理論（郭重吉，1996），也就是知識是個人主動「建 構」的，個人根據先前經驗形成心智結構（mental structure） ，將新進的訊息同化於 原先的結構中，或調整結構以適應新訊息（鄭晉昌，1996）。 (二) 電腦輔助教學課程設計與評估 電腦輔助教學是藉由電腦媒體用以表達利用程式軟體撰寫成的課程教材，故其 本質即是結合著電腦與教學兩樣東西；在「教學」一項中即包括有：教材的編製、 教學原理、教育心理、教學目標與教學方法等各項與教學有關之理論，所以就整體 的電腦輔助教學而言，是整合著電腦與教學的應用。「Scratch 圖像式導引機制」課 程軟體的整個製作與發展過程可分成三個階段（杜日富，1991），分別為： 1.事前評估：應考慮到教材之內容、教學目標、課程軟體表現的形式、學習者的背 景與媒體之適用等。 2.課程設計：包括有腳本的撰寫、程式的編寫及美工與音樂之設計等。 3.分析評估：分別有腳本與程式的細部評估與整體性評估，其中注重教材的完整性 與正確性、螢幕之構圖與佈局、教學目標的明確性、回饋的方式與場合等問題。 李芳樂（1997）認為現在市面上找得到的電腦教學軟體﹐包括那些電腦教學軟 體的及那些雖然沒有說明是教學用途，但是卻可以用於課堂教學的﹐從它們在課堂 中扮演的角色來看﹐大致上可分為兩類，第一類的軟體可稱為教學工具。特色是它 們可以令教師及學生節省時間，或是可以令學生更有學習動機，使教學效果更佳。 但使用了這些軟體，對教學模式卻沒有多大的改變， 教師仍然扮演著學生的指導. 12.
(22) 者的角色，所以也是一種教學輔助工具。第二類軟體的設計取向﹐與前者不同。這 類軟體的設計﹐好像朝向一個取代教師的目標。雖然這個目標不容易達到﹐但如果 使用者能用心學習（或者說學習動機強烈），也的確能夠達到自學的目的。通常包 括兩部分: 即教學部分和練習部分。教學部份通常是將要教授的內容分為幾個單元， 然後將各單元逐步呈現讓學生於螢光幕上閱讀。 課程軟體的評估(Evaluation)不僅是在製作發展過程中需要，同時如何選擇適當 的課程軟體也是評估的一種方法。不論是品質管制或是選購的參考，其所依據的準 則不外乎：軟體操作的方便與簡易、適用媒體的普及與相容、課程軟體表現方式與 吸引力、教材內容的正確性、教材的回饋方式與說明、媒體特性的應用（杜日富， 1991）。 國內對於電腦輔助教學的研究眾多，茲將電腦輔助教學的相關研究整理，如表 2-2。. 13.
(23) 表 2-2 電腦輔助教學之相關研究表 作者與年代. 研究主題. 研究結果. 陳建安 （2002）. 國小三年級學生 運用電腦教學軟 體學習「分數和 小數」成效之研 究. 實證研究以三年級學生為研究對象，以一所學校現有 的班級做實驗組與控制組之抽樣，進行準實驗研究。. 謝旭明 （2011）. 電腦輔助教學對 國小三年級學童 面積概念學習成 效之研究. 1.本研究之電腦輔助教學強調面積初步概念，且提供 面積比較、面積覆蓋測量的經驗，有助於國小三年級 學童學習面積概念。 2.實驗組的面積學習成就測驗試題之後測及延後測均 顯著高於對照組。. 蔡昌志 （2012）. 多媒體電腦輔助 教學對國中中度 智能障礙學生金 錢與消費技能之 成效. 本研究採單一受試實驗設計模式中的跨受試多探試 設計，探討三位國中中度智能障礙學生接受多媒體電 腦輔助教學後，在金錢與消費技能之學習成效，並對 受試者的家長進行社會效度評量。. 羅希哲、吳 電腦多媒體在英 小麗、李麗 語閱讀教學應用 鳳（2004） 之研究－以小說 Silas Marner 為 例. 1.實驗組的學習成效優於控制組學生。 2.教師透過此電腦輔助教學系統可有效達到教學目 標。 3.師生對於電腦輔助教學滿意度，普遍給予肯定的評 價。. 李明富 （2009）. 1.這套教學軟體選擇在一間國小進行測試。 2.從問卷調查的結果顯示，包括教師和學生等參與測 試的人員對於這套課程教學軟體大多數都傾向滿意 的程度，也大致同意這套具有動畫教學代理人的數位 教材確實能促進教學效果。. 一個可支援製作 動畫教學代理人 導向之國小數位 教材的編輯工具 之研究. 資料來源：本研究整理. 14.
(24) 第二節 鷹架學習理論 一、鷹架學習理論的心理學基礎 Vygostky 的鷹架學習理論是沿襲建構主義的知識建構論。建構主義可說是十九 世紀末期至今的「人本主義」走向的知識論思潮。前蘇聯學者 Vygotsky（1896 ~ 1934） 是一位非常有影響力的心理學家。在生前著作未受學界青睞，直到 1960 至 1970 年 代被翻譯成英文，他的鷹架學習理論才逐漸受到西方教育界的重視。『學習領導發 展（Learning Leads Development）』是 Vygostky 發展心理學的中心思想。學習發展 是一種相當複雜的組合過程，在學習的過程中「可能發展區」 （ZPD） ，將學生導向 較高的心理發展歷程，眾多學者將他的觀點運用到許多教學活動學習上，對於西方 的教育具有深遠的影響（陳淑敏，1995）。 在社會互動的過程中，Vygotsky 認為人類高層次的心理活動，首先是經由社會 化協商的調整，循序漸進內化為自我的過程，教學者預設一個暫時性的框架幫助學 習者學習的發展，此引導過程稱為「鷹架」 （Scaffolding） 。 「溝通」與「認知」兩個 議題即是鷹架的重要概念，社會認知透過語言的溝通將對於學習者問題解決能力與 反思有所助益，進而達成學習遷移的效果，同時促進學習者自我導向學習能力之培 養（張菀珍，1997）。 可能發展區是 Vygotsky 的重要理念，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。此理念主要是以評估個體歷史的發展情況 以及未來可能的發展潛能，以決定目前適合的發展方向。因此，教學者如要了解學 生的學習能力的發展，必須考慮實際發展層次（The Actual Development Level）與 潛在發展層次（The Potential Development level）。Moll（1990）歸納可能發展區三 個重要特色，如下：. 15.
(25) (一) 在學習活動中將學生導向較高的心理發展歷程 (二) 社會化協商活動影響形成 (三) 個人的可能發展區將因為社會化的刺激而不斷改變 Doolittle（1998） 根據可能發展區的內涵提出了 ZPD 動態發展圖，如圖 2-1。. 任務要求水平 任務初期學習. ZPD. 比較多的協助. 未接受協助. 接受協助的表現. 的表現 比較少的協助. ZPD. ZPD. 無協助. 任務末期學習. 圖 2-1 ZPD 動態發展圖. 在 ZPD 動態發展圖當中得知 Doolittle 在教學者與同儕的激勵下在可能發展區 中學習新知識技能，在學習任務結束時，可超越原本的任務要求標準，學習者也同 時具備完成任務的能力，在學習歷程當中，教學者循序漸進的遞減對學習者的協助 與監控，逐漸讓學習者承擔學習責任。. 16.
(26) 二、學習鷹架（Scaffolding）的概念 學習鷹架的意涵，學者們提出相關的解釋，整理如下： 表 2-3 學習鷹架的意涵整理表 學者/年代 Vygotsky. 學習鷹架的意涵 『通過可能發展區的導引，教師採取一個暫時的支持以協助學生 能力的發展，此種導引稱之為「鷹架」』. 『教學鷹架為：在可能發展區（ZPD）中教師對學生所提供的暫 Palincsar 時性支持』 & Brown（1984） ，教師扮演支持，導引和擴展的角色，給予 Gee, Michael & 『鷹架是一種「橋樑」 學習者協助和澄清所需的訊息』 O’Connor （1992） 『鷹架的意義應該包含「垂直」與「水平」兩個層次： 第一層次「垂直鷹架」 ，將學習內容配合學習者的意圖與需求加以 Dyson（1990） 結構化處理，並在教學互動中鼓勵學習者認知的複雜化，以培養 其應用能力；第二層次「水平鷹架」 ，強調教師的支持與學習內容 應配合學習者的社會背景和經驗，而非孤立的教學支持』。 資料來源：本研究整理 Bruner 翻譯 Vygotsky 的著作 Own View 序言，將鷹架概念重新做具體的詮釋， 運用鷹架的概念教學促使學生產生學習上的動力（recuritment） ，增加學生學習的動 機，在學習過程之中遇到任何的變化，需要有專家引導學習者學習，當學習者動機 動搖時，需要經由旁人的鼓勵與協助，才能繼續維持對於學習的熱衷，教學者在課 程教學中，要協助澄清重要的概念特徵或問題與問題之間的關聯性，幫助學習者學 習。此外技術性的相關課程，實地示範（demonstration）教學能讓學習者了解其抽 象知識，以實作應用。 三、Vygotsky 的鷹架學習理論 經由以上學者對鷹架理論的定義闡述，Vygotsky 鷹架學習理論的首要重點為探 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，並強調高. 17.
(27) 層次學習是由「社會協商」開始到「個人意義」完成；鷹架協助學習者學習能力發 展是暫時性的支持，並非持續性支持，在語言方面，強調認知與溝通的重要性。 Vygotsky 教育哲學觀(徐椿樑，2001)： (一)基本假定:個人因學習而發展，此差距即為個體發展的區域（ZPD）。 (二) 可能發展區的動因:受到社會條件的影響，個體在可能發展區表現能力存在差異性， 社會 化的影響對於學習者的思考發展有著重要的影響（ Thinking and Speech, 1987）。 (三) 心智技巧與能力獲得的機制:經由他人的協助學得經驗並內化與轉換，解決相同問 題並解決後續問題（Moll & Tudge,1990）。 (四) 教學的主要意義:教學重要目的在於獨創個人的可能發展區，並引導學習者達到其 最佳化的發展（Wood, Bruner,& Ross,1976） 。 (五) 對教學活動的啟示:強調思考的重要性，個人心智能力的發展主要透過溝通創造新 的意義，並非由知識較多者傳遞與教導，師生之間主動創造學習系統，教學過程強 調雙向溝通。（Moll & Tudge,1990）如表 2-4，鷹架理論與傳統學習理論的比較： 表 2-4 鷹架理論與傳統學習理論的比較 行為學派. 訊息處理學派. 學習遷移. 獲取客觀、結構化知 識 被動的增強與反 積極處理與建立知識 應、嚐試錯誤與練習 結構與知識庫 行為相似性 知識結構相似性. 教學策略. 練習與回饋. 有效認知策略與技能. 教師角色. 教導與訓練. 教導與啟發. 學生角色. 被動吸收知識與練 習. 主動連結與產生結構 知識. 學習目的 學習過程. 行為改變與養成. 18. 鷹架理論 自我建構新的能力 積極、主動、合作與互動的 建構有意義的知識 ZPD 與支持鷹架 成人引導、同儕學習、學習 責任遷移 建構垂直與水平鷹架，引導 與近側啟發 主動、互動與合作學習.
(28) 國內對於鷹架學習理論的研究眾多，茲將鷹架學習理論的相關研究整理，如表 2-5 表 2-5 鷹架學習理論之相關研究表 作者/年代. 研究主題. 研究結果. 徐椿樑 （2001）. 鷹架學習理論 在專業技術教 學的成效分析 之研究. 1.小組式研討的合作學習是協助學生多元思考的最佳途 徑，可有效的促成個人學習鷹架的建構。 2.系統化的教材與結構性的問題是應用鷹架學習理論的 教學模式成功的關鍵因素。 3.教學模式中，學習責任的釐清與遷移對學習者的學習 鷹架建構具有關鍵性的影響，因此學習契約的訂定，亦 是教學成功與否的關鍵因素。 4.專業技術教師依照個人教學的課程特質、內容、時程， 作適度修正，提昇技術教學效能。. 施美菁 （2006）. 鷹架學習概念 應用於幼稚園 藝術教學情境 之研究. 1.本研究的藝術教學情境中的社會互動型態因著教學課 程的進行方式可區分為「大團體模式」和「小組或個人 互動模式」；後者的自由彈性較大。 2.學習鷹架的循環歷程結構有其類似的運作階段，主要 包含：「觀察/評估」、「介入」、「回饋」、「評估」等四個 部份。 3. 對於幼兒藝術學習之影響涵蓋以下三個面向： （1）感 官與審美知覺的敏銳；（2）創作表現的熟稔； （3）分析 評論性思考的展現。. 翁培津 （2002）. 鷹架學習輔導 在網路學習之 應用研究. 1.使用鷹架式學習輔導之學習者與使用提示式學習輔導 之學習者在系統停留時間上有顯著的差異。 2.使用提示式學習輔導之學習者，其學習路徑是不同的。 3.在學習成效上優於提示式學習輔導之學習者。. 資料來源：本研究整理. 19.
(29) 第三節 數位教材介面設計之探討 ㄧ、使用者介面設計之概念 Poulymenakou et al.（2005）使用者介面設計包含文字與圖像，如應用於數位教 材中，圖像除了裝飾之外，要幫助學習者提升學習成效。Witken（1998）認為，介 面設計的意義就是設計師了解使用者與電腦的互動關係，在設計界面時增加兩者間 的互動。Mayer（1998）對於介面設計的解釋即為資訊有效的呈現、具備導覽功能， 提供設計者一定的規則引導其設計（曾元琦，1999）。提供設計者在進行介面設計 時，作為參考的規範，依照相關的規則設計出所需的使用者介面設計，本研究整理 國內外學者提出的介面設計原則，如表 2-6： 表 2-6 介面設計的原則 學者（年份） 黃朝盟、趙美慧 （2001）. 李國銘（2000）. 使用者介面設計的原則 一、以使用者的行為模式為核心。 二、建立網頁的獨立性。 三、設計清晰好用的導覽功能。 四、保持簡單明瞭的原則。 五、採用普遍化的設計。 六、提供網站的「無障礙空間」。 一、迎合使用者的概念模式。 二、一致性。 三、善用使用者的語文與隱喻。 四、使用者掌控權。 五、減輕使用者的記憶負擔。 六、了解使用者的能力與限制。 七、明確的訊息與指引。 八、減少模式與狀態切換。 九、所見即所得。 十、清楚與簡單。 十一、回饋。 十二、防止錯誤。 十三、原諒與復原。 十四、整體的美感。 十五、取捨的問題。 十六、百分之八十的解決方法。. 20.
(30) 學者（年份）. 龍斯雲（2000）. Holcomb 與 Tharp（1991）. 使用者介面設計的原則 十七、容易學習與使用。 十八、說明文件與輔助。 一、一致性。 二、使用者擁有主控權。 三、清晰與簡單。 四、減輕記憶負擔。 五、所見即所得。 六、個別差異。 七、簡學易用。 八、整體的美感。 九、回饋。 十、復原。 十一、輔助系統。 一、具有完整功能性。 二、使用者可掌控。 三、自然且直接的操作。 四、具訊息回饋性。 五、使用者輔助功能。 六、介面一致性。 七、使用者僅需極少的記憶即可瞭解介面之操作與運用。. 資料來源：本研究整理. 二、介面設計在數位教材之運用 Jones 和 Okey （1995）認為重視數位學習者的需求應該是數位教材的重要關鍵， 使用愉悅性操作設計，讓使用者具有自由、彈性且習慣性的方式與介面產生互動。 在使用者的介面設計上 Huib et al.（2005）表示，訊息的呈現方式應避免過於複雜， 盡量簡化訊息，介面提供學習者必要的引導設計，以提高學習的效率。在引導式教 材的概念中，Ana 和 Correia（2001）認為介面應具有導覽機能的設計，具備完整 的導覽地圖設計，讓學習者容易了解教材的內容分佈，即是增加學習者使用介面的 能力（張志仁，2007）。IBM 知識工廠的教材開發團隊在開發數位教材時，主要會 參考一套人類行為分析專家所制定的十七項介面設計基本原則（蔡秀勤，2005）， 以作為實際進行數位教材設計規劃及細部安排時的參考依據，基本原則為愉悅性. 21.
(31) （Pleasing） 、明確性（Clarity） 、相容性（Compatibility） 、理解性（Comprehensibility）、 一致性（Consistency） 、掌控性（Control） 、直接性（Directness） 、有效性（Efficiency）、 隱 喻 性 （ Metaphors ）、 靈 活 性 （ Flexibility ）、 容 錯 性 （ Forgiveness ）、 預 測 性 （Predictability） 、復原性（Recovery） 、回應性（Responsiveness） 、簡易性（Simplicity）、 可逆性（Tradeoffs）等十七項。 數位教材介面設計乃是數位教材中關鍵性的步驟，數位教材應以學習為介面設 計重點，因此介面設計原則輔助介面設計者設計出符合學習者所需之優良介面，以 達成提高教學品質之目的。國內對於數位教材介面設計的研究眾多，茲將數位教材 介面設計的相關研究整理，如表 2-7。 表 2-7. 數位教材介面設計之相關研究表. 作者/年代 張志仁 （2007）. 研究主題 研究結果 數位教材介面設計 從數位教材實作過程中產出的數位教材介面設計原 原則之探討 則。將可以對於設計數位教材及發展數位教材介面提 供具體的建議及方向。. 江怡蒨 （2012）. 臺灣史前博物館線 上展覽介面設計規 劃與使用性研究─ 以魯凱族之月桃文 化線上展覽為例. 本研究針論述結果做分析，並根據研究論述結果提出 線上展覽設計建議與未來參考方向，以做為原住民線 上展覽日後規劃『魯凱族之月桃文化』線上展覽參考 原則。. 羅曉愉 （2012）. 應用臉部情意運算 融入遊戲式學習之 適性化介面設計與 研究. 研究者應用「臉部情意運算融入遊戲式學習之適性化 介面工具」進行考驗，經由受測者使用不同工具的實 驗結果，了解使用情感融入遊戲式學習之適性化介面 的可行性，並且資訊歸納整理出結論。. 陳韋禎 （2011）. 以『九柱性格』為 本研究創作所提出之良好的使用者介面，顧及之操作 主的創意介面設計 行為的基本條件、設計策略方法以及九柱性格創意介 創作研究 面之創作案例，將提供行動裝置之使用者圖形介面設 計者，設計原則的建議以及創意思維之提示作用。. 資料來源：本研究整理. 22.
(32) 第四節 認知負荷 一、認知負荷之概念 認知負荷理論（Cognitive Load Theory）係指根據人類的心理認知歷程所建立， 本節針對認知負荷之定義與概念、認知負荷之來源、認知負荷之類型以及認知負荷 的測量方法等相關內容來進行文獻探討。認知負荷理論的發展原本用於軍事發展或 企業領域，並非應用於教育領域上，其理論源自於歐美的人體工學（Ergonomics） 與人因工學（Human Factor）等領域。從心理認知層面而言，探討工作與任務對執 行者的影響及適合性，作為工作及任務分派的指標之參考，早期又稱為「心智工作 負荷」 （Mental Workload） 。1988 年 Sweller 將此理論引進教育心理界（陳密桃，2003； Sweller, 1988） 。Sweller（1998）將認知負荷（Cognitive load）定義為在執行特定任 務時，個體認知系統上所產生的負荷量。Paas 和 Van Merriënboer（1994）則是將 認知負荷定義為將特定工作加諸於學習系統時所產生的負荷，也就是學習者心智負 載狀態。 黃克文（1996）曾在相關研究中指出，認知負荷的特性為學習脈絡中的假設性、 個體認知過程中的互動性接觸、影響學習成效因素的波動性程度，再者，對於不同 學習者認知負荷於程度上的個別性差異、表現得多向度性以及學習者對於本身的內 省感知能力（沈碩彬，2008） 。認知負荷的來源是多向度的，包含「因果要素」 （Causal Factors）以及「評估要素」（Assessment Factors），「因果要素」（Causal Factors）所 包含的要素，首要，為任務或環境因素（Task-environment Characteristics） ，例如噪 音、溫度等，較容易變化的因子，屬於較容易變動的因子；第二，為學習者本身的 特性（Subject Characteristics），如認知能力、風格、心智運作、認知等，屬於較穩 定的因子；第三，任務與學習者的交互作用（Interactions）會透過激勵、績效、動 機等因子等不穩定因素，也會影響認知負荷。「評估因子」係指認住負荷導致的結. 23.
(33) 果，包含受到任務或環境影響所產生的心智負荷（Mental Load） ，亦稱自動化處理； 再者，學習者因任務所需，付出的能力或資源，以心智努力（Mental Effort）稱之； 最後，學習者受到因果因子而產生的不同成效表現（Performance） 。以下依 Paas 與 Van Merriënboer（1994）負荷來源的模式結構進行解說，其結構圖（林寀雯，2007）， 如圖 2-2 所示： 因果要素. 評估要素 心智負荷. 任務或環境 認 知 負 荷. 任務或環境與 學習者特性之 交互作用. 控制 歷程. 自動 歷程. 心智處理 學習者 學習成效 圖 2-2 認知負荷概念圖. 本研究將「認知負荷」定義為學習者在使用輔助教學軟體學習 Scratch 軟體時， 造成認知系統的訊息處理上的負載之心理狀態。 二、認知負荷之類型 依照不同的訊息特性，以適當的方式呈現教材，較易幫助學習者理解、應盡量 避免產生內外在認知負荷。例如：圖形利於空間關係之呈現、文字利於以循序方式 呈現。Sweller（1998）以教學設計之觀點，將認知負荷來源分為三類（蘇國章，2011）： (一) 內在認知負荷（Intrinsic cognitive load） 內在認知負荷是來自教材內容本身，教材內容元件的相關聯性高低，決定其難. 24.
(34) 易程度。內容元件要素互動程度低，則學習該教材內容所造成的認知負荷低；內容 若要素互動程度高，則學習該教材內容所造成的認知負荷高。若元件要素中包含學 習者的基模中已建構的先備知識，則其所造成的認知負荷也較低。雖然元素互動低 的教材內容較容易學習，但若資訊量過多時，在學習上也會造成困難（翁嘉鴻，2001）。 部分學者認為內在認知負荷是不會改變的，無法經由教學設計改善（葉盈秀， 2006） 。 (二) 外在認知負荷（Extraneous Cognitive Load） 係指教材的呈現方式不適合學習者，或教材設計導致學習者活動時對工作記憶 所產生的負荷，與基模建構及自動化無關的認知負荷（郭秀緞，2005）。因此，造 成認知負荷的加重且降低了學習的效果，所以外在認知負荷又稱為無效認知負荷 （Ineffective Cognitive Load）。 (三) 增生認知負荷（Germane Cognitive Load） 增生認知負荷亦稱為有效認知負荷，係指學習過程中學習者將學習內容建構為 基模，或者將基模自動化的歷程，所產生的認知負荷，雖然增加認知負荷，但並未 超出學習者的能力容許範圍，此種認知負荷有助於提升學習者的學習成效，例如: 適當的教材呈現，引導學生進行學習。 三、認知負荷的測量方法 在文獻中學者將認知負荷概念化為任務基礎向度（Task-Based Dimension）與學 習者基礎向度（Learner-Based Dimension），認為兩者皆會影響學習成效（宋曜廷， 2000；Paas & van Merriënboer, 1994; Sweller et al., 1998） 。任務基礎維度係指個體為 完成某項任務心理負荷（Mental Load）程度的測量，重點在於任務對個體而言所需 的努力，任務本身特性分析;學習者基礎向度係指學習者學習者執行任務時，所付出 的心智努力（Mental Effort），屬於心智控制的一種。. 25.
(35) Wierwille 和 Eggemeier（1993）二位學者對心智努力（Mental Effort）的測量 提出三種分類方法，分別為主觀評估法（Subjective Techniques）、生理評估法 （ Physiological Techniques ）、任務與表現 評估法（ Task and Performance-Based Techniques），茲分述各個測量法如下（翁嘉鴻，2001）： 1. 主觀評估法（Subjective Techniques） ：此評估方法假設學習者有自我回饋的能力， 將自己的心智負荷量化，由學習者學習過程中所感受的負荷程度後，選擇分級來評 估自我認知荷的等級。 2. 生理評估法（Physiological Techniques） ：此評估法假設個體會因受到認知負荷的 多寡生理狀況因此變化，利用測量血壓、腦波或眼動儀等方式，評估學習者的認知 負荷。 3. 任務與績效評估法（Task- and Performance-based Techniques）：依任務複雜程度 與評估學習者表現績效兩者的關係，進而推論學習者的心理負荷程度。依據測量的 任務類型而言，分為主要任務與次要任務，測量時，主要與次要任務同時進行作業， 通常測量次要任務的表現，次要任務都是需要持續注意利的簡單任務，例如：主要 任務是看影片，次要任務是當畫面中出現某數字時說出來。 上述為最常見的三種評估法。過去研究資料顯示，發現主觀評估法適合評估較 小認知負荷效度，並具有信度、效度和不受干擾的特性，生理評估法對於較大的生 理反應變化之認知負荷較適用，由於設備經費及研究成本高，因此主觀評估法最為 廣泛使用於評量認知負荷的方法。 四、多媒體教材呈現效果對認知負荷影響 從多媒體教材呈現降低認知負荷，Sweller 等人（1998）提出的開放目標效果 （Goal-free Effect） 、示例效果（Worked Example Effect） 、完成策略效果（Completion Problem Effect） 、分散注意力效果（Split Attention Effect） 、形式效果（Modality Effect）、 重複效果（Redundancy Effect） 、變化效果（Variability Effect）可幫助學習者降低認. 26.
(36) 知負荷。以上為透過多媒體呈現方式可降低學習者的認知負荷。透過多媒體教學呈 現方式來幫助學習者降低認知負，結合 Sweller 等人（1998）所提出認知負荷歷程 的實證研究的教學設計原則。本研究多媒體教材的教學呈現方式及練習提示方式亦 參考以上多媒體呈現方式，以幫助學習者降低認知負荷，並結合教學策略進行教學 （翁嘉鴻，2001）。 五、認知負荷問卷量表 本論文所採用之認知負荷問卷量表為 Paas（1992）and Sweller, van Merriënboer, and Paas（1998）所制定，認知負荷量表共有八題，包含五題心智負荷與三題心智 努力，此量表的α值分別 0.86 和 0.85。進一步了解認知負荷量表，心智負荷係指學 習任務和科技輔助教學之間的相互作用，學生的知識則是依據科技教學工具，來確 認其教學任務和科技輔助工具的特點（Paas, F. G. W., & van Merriënboer, J. J. G., 1994）。另一方面而言，心智努力代表認知能力的分配，用以適應學習任務；換言 之，心智努力反映了認知負荷的所採取的學習策略（Pass, Tuovinen, Tabbers, & van Gerven, 2003）。 國內對於認知負荷的研究眾多，茲將認知負荷的相關研究整理，如表 2-8。 表 2-8 認知負荷之相關研究表 作者/年代 研究主題 蘇國章（2011） 應用認知負荷理論於 資訊融入教學多媒體 設計之分析－以自然 與生活科技領域”電 子教科書”為例. 研究結果 在認知負荷理論下，現今三家主要教科書商之 自然與生活科技領域”電子教科書”之多媒 體教材呈現。在重複、示範效應及分散注意效 應之圖像部分有助於學生之學習 在型態效應及分散注意效應之影像部分仍須 酌衡修正調整。 莊雯鈞（2011） 學習者控制播放模式 學習者的認知負荷量表結果依然反映了不良 中的 3D 動畫多媒體呈 的教學設計效應使學習者所感受到的心智努 現形式對學習成效與 力程度，學習者必須付出較大的心智努力來 認知負荷影響之研究 習，不良的教學設計效應仍反映在認知負荷 上。. 27.
(37) 作者/年代 研究主題 陳秀如（2008） 多媒體教學策略對外 籍生華語文學習成 效、認知負荷與學習動 機之影響－以漢字筆 畫書寫及義類辨識為 例 林立群 （2013） 多媒體組合方式對學 習成效與認知負荷之 影響 A concept map-embedded Hwang, G. J., educational computer Yang, L. H., & game for improving Wang, S. Y. students’ learning （2013） performance in natural science courses. 研究結果 1.認知負荷方面，使用筆畫語音之多媒體呈現 方式搭配語音提示之練習方式，可有效降低+ 學習者多媒體效果之認知負荷. 「認知負荷總分」及「互動模擬組－圖片組」 在逐步迴歸分析中達顯著 實驗組比對照組的心智負荷較為顯著，兩組在 心智負荷項度之間則沒有顯著差異。. 資料來源:本研究整理. 28.
(38) 第五節 小結 Bransford and Brown（1999）則認為影響人們學習遷移能力的因素，最初在某 學科學習到的知識多寡，決定學習遷移量的多寡;學習學科的深度較深與花費時間長， 所學遷移的可能性越高。以不同的學習情境而言，學習某種概念與抽象知識表徵概 念的建構提升，並將概念向外遷移（蔡福興、游光昭、蕭顯勝，2010） 。王全世（2001） 則認為電腦輔助教學是利用先進的電腦技術融入教學或學習材料，幫助學習者自習 或教學者教學，依電腦多媒體的回饋加強學習成效的一種學習方式。Gee, Michael & O’Connor（1992） 『鷹架是一種「橋樑」 ，教師扮演支持，導引和擴展的角色，給予 學習者協助和澄清所需的訊息』 （徐椿樑，2001） 。可能發展區是 Vygotsky 的重要理 念，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。此理念主要是以評估個體歷史的發展情況以及未來可能的發展潛能，以決定目 前適合的發展方向。使用者介面設計包含文字與圖像，如應用於數位教材中，圖像 除了裝飾之外，要幫助學習者提升學習成效（Poulymenakou et al.，2005）。另外， 結合 Sweller 等人（1998）所提出認知負荷歷程的實證研究的教學設計原則，運用 多媒體教學呈現方式來幫助學習者降低認知負荷。 由上述文獻分析得知學習遷移將學得的抽象概念知識，在適當的時機將概念向 外遷移，本研究利用「Scratch 圖像式導引機制」融入教學當中，協助學習者自學或 學習;在學習的過中，運用鷹架學習的教學引導步驟策略，給予學習者協助所需訊息。 本研究所設計的輔助教學教材呈現與練習提示方式，參考 Sweller 等人（1998）所 提出認知負荷歷程的實證研究的教學設計原則，透過數位教材介面設計原則的輔助， 設計出符合學習者所需之介面設計，並幫助學習者降低認知負荷，最終目的仍期望 提高學習者學習成效。. 29.
(39) 第三章 研究方法 本章共分為七節，第一節為研究設計與架構，第二節為研究樣本，第三節為研 究程序，第四節為研究工具，第五節為測量工具，第六節為「Scratch 圖像式導引機 制」課程設計，第七節為資料分析。. 第一節 研究設計與架構 一、研究設計 依據研究背景與動機為達成研究目的，本研究採用準實驗研究法，以台中市某 國小六年級兩個班，共 45 位學生為實驗對象，實驗組為 Scratch 軟體教學課程中融 入「Scratch 圖像式導引機制」 ，探討功能圖示導引機制的技能轉移，並比較傳統教 學方式與「Scratch 圖像式導引機制」，進而探討認知負荷的差異。 表 3-1 研究設計模式 組別. 前測. 實驗過程. 後測. 實驗組. M1. X1. S、L、T. 對照組. M1. X2. S、L. 八堂課. 教學後一周. 實施時間 M1：前一學期的電腦成績 X1：接受「Scratch 圖像式導引機制」教學. X2：接受傳統教學模式，無「Scratch 圖像式導引機制」教學 S：學習遷移與 Scratch 學習成就測驗 L：認知負荷量表 T：學生科技接受度調查表. 30.
(40) 二、研究架構 本研究採準實驗研究法，學習的實驗中包含學習有關於 Scratch 基礎動畫功能 圖示關鍵設定、Powerpoint 與 Scratch 之間的學習遷移測驗問題都與 Scratch 相對應 的關鍵設定有關，因此，為提升實驗的外在效度，減少實驗者對於實驗處理的敏感 性，本研究將使用學生前一年度的電腦學習成績作為前測成績，另設計一份學習遷 移與 Scratch 學習成就測驗作為後測，後測測驗對於學習遷移與 Scratch 功能圖示及 程式積木相關學習課程重點為依據。 研究架構圖如圖 3-1 所示，實驗整體主要在於測試自變項對依變項的影響結果， 亦即不同的數位學習模式是否對於學習成效造成影響。自變項是數位學習模式，包 含「Scratch 圖像式導引機制」與傳統式口述配合講義教學學習，依變項是學習者的 學習成效，然而為測試 Scratch 圖示功能記憶測驗與學習遷移測驗的差異性，以及 「Scratch 圖像式導引機制」與傳統式教學的遷移觀點之差異，學習成效包含學習遷 移與 Scratch 學習成就測驗、學習者的認知負荷、科技接受度調查狀況，都屬於本 論文研究範圍;控制變項則是控制所有學習者都有相同的學習時間、學習目標、學習 教材、學習設備、學習空間等。 控制變項 自變項. 數位學習模式 1.傳統式電腦學習 2. 「Scratch 圖像式 導引機制」. 學習時間、學習目標 學習教材、學習設備. 依變項. 學習成效 學習遷移與 Scratch 學習成 就測驗 認知負荷量表測驗. 共變項 文書軟體 基本操作能力 圖 3-1 研究架構圖. 31.
(41) 第二節 研究樣本 本研究樣本為台中市某國小六年級兩個班，共 45 名學生，本研究以這些學生 的六年級上學期的電腦學習測驗為前測為參考的依據，機分派一個班級為實驗組、 一個班為控制組。實驗組進行「Scratch 圖像式導引機制」的教學，透過學習遷移的 方式設計出適合 Scratch 軟體的教學設計，進而探討學習者的認知負荷。由於 Scratch 軟體的學習需有文書處理軟體為基礎，為減少受試者的個別差異，使實驗有較好的 內在效度，以國小六年級的兩個班學生為對象，樣本資料如表 3-1： 表 3-1 樣本資料 學校. 台中市某國小. 班級. 實驗組. 性別. 男. 女. 男. 女. 人數. 11. 13. 12. 9. 總人數. 45 人. 對照組. 欲探究兩班在國小資訊教育中的學習成效是否有顯著差異，以及學生在使用 「Scratch 圖像式導引機制」時，能否產生學習遷移的效果。為達上述目的，本研究 採用準實驗研究法，透過教學實驗探討此問題。. 32.
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