擴增實境學習系統使用者的認知型態、學習動機與電腦態度對認知負荷之影響

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(1)國立臺灣師範大學圖文傳播學系碩士論文. 擴增實境學習系統使用者的認知型態、學習動機與電腦態度對認知負荷之影響 The Effect of Cognitive Styles, Learning Motivation and Computer Attitude on Cognitive Load of Users in Augmented Reality Learning System. 指導教授：王燕超博士研究生：褚欣慧. 中華民國一○一年八月.

(2) 誌. 謝. 在完成碩士論文後，歷經了半年的出國交換以及開始工作後，終於可以送出我的畢業論文。回想起在研究室的點點滴滴，除了無限感激外，更有著無限懷念，和圖傳嫩天團的大家一起在研究室發牢騷，和戰友吳米菲椅子一排就在研究室邊睡邊寫論文的打拼日子，當時雖然很痛苦，可是現在回想起來都很快樂美好。此外，也要謝謝 AR 研究室的大老闆超哥，給予我在研究的範圍上很大的自由，我才得以這麼快就完成論文。謝謝ＡＲ研究室的前輩兼學長皓皓，幫助我們的ＡＲ建模還有技術支援，謝謝以前我在暨大的李懿芳老師，因為剛好她現在到師大教書，所以在統計上也給我了很多的幫助！最後謝謝師大圖傳所給我的一切資源，我在學校的兩年裡所學到的東西，對於我現在在工作上真的都幫助很大。最後也謝謝我的老爸老媽，一路支持我完成碩士學位，我現在是碩士啦！. 心永遠留在學校的小褚於 2013.8.11.

(3) 中文摘要資訊科技的發展，使得多媒體輔助學習的應用越來越多元，其中擴增實境因具有高互動與虛實整合的特性，也開始廣泛的被應用在教育上。然而在過去的相關研究中，往往僅關注在多媒體的正面的影響與學習成效上，卻忽略了不同學習者在透過多媒體來學習時，可能產生的不同感受。因此，本研究欲了解在擴增實境的學習環境下，學習者的認知型態、學習動機與電腦態度，對於學習者在進行學習時的認知負荷之影響。. 為了解變項與變項之間的關係，本研究以國中七年級之學生為對象，採用前實驗研究法進行擴增實境學習系統的教學後，再以問卷調查法蒐集實徵資料進行分析與假設驗證。結果發現學習者的認知型態、學習動機與電腦態度，的確會對學習者在透過擴增實境進行學習時所產生的認知負荷產生影響。在三個自變項當中，學習動機對於認知負荷的影響最高，而電腦態度對於認知負荷的影響最低。在認知型態的部分，相較於語文導向的學生，視覺導向的學生產生的認知負荷較低，不過整體而言，兩類型的學生在透過擴增實境學習時所產生的認知負荷都偏低。. 關鍵字：擴增實境、認知型態、認知負荷、學習動機、電腦態度. i.

(4) Abstract The development of information technologies is making a various application of multimedia-assisted learning, and augmented reality also is used on education for its high interactivity. The correlational studies in the past, however, were mainly focused on the effect of media without taking the individual differences into consideration. Thus, this study examed the relationship between cognitive styles, learning motivation, attitudes toward computers and cognitive load under an augmented reality learning system. To figure out the relationships between the variables, this research took junior high school’s students as the participants, and adopted questionnaires as the manner of collecting empirical data. All the data were analyzed to test hypotheses. The result shows that cognitive styles, learning motivation and attitudes toward computers of users will influence their cognitive load under the augmented reality learning system while learning. In the three independent variables, learning motivation has the greatest impact on cognitive load while attitudes toward computers have the minimum impact on cognitive load. In cognitive styles, visualized students have lower cognitive load than verbalized students, but cognitive load of the both two styles is all low under the augmented reality learning system.. Keyword: augmented reality (AR), cognitive styles, cognitive load, learning motivation, computer attitude. ii.

(5) 目次中文摘要........................................................................................................................ I ABSTRACT ................................................................................................................. II 目次............................................................................................................................. III 表次............................................................................................................................... V 圖次............................................................................................................................. VI 第一章緒論................................................................................................................ 1 第一節研究背景與動機 .......................................................................................... 1 第二節研究目的 ...................................................................................................... 3 第三節名詞解釋 ...................................................................................................... 3 第四節研究範圍 ...................................................................................................... 6 第五節研究流程 ...................................................................................................... 7 第二章文獻探討........................................................................................................ 9 第一節第二節第三節第四節. 擴增實境輔助學習 ...................................................................................... 9 認知型態 .................................................................................................... 14 學習動機 .................................................................................................... 21 電腦態度 .................................................................................................... 26. 第五節認知負荷 .................................................................................................... 29 第三章研究設計與實施.......................................................................................... 39 第一節第二節第三節第四節第五節第六節. 研究架構 .................................................................................................... 40 研究方法 .................................................................................................... 41 研究對象 .................................................................................................... 43 研究工具 .................................................................................................... 43 研究實施 .................................................................................................... 54 資料處理與分析 ........................................................................................ 56. 第四章資料處理 A 與分析 ..................................................................................... 59 第一節第二節第三節第四節. 資料分析與處理 ........................................................................................ 59 問卷信度與效度 ........................................................................................ 64 假設檢定 .................................................................................................... 68 綜合討論 .................................................................................................. 74. iii.

(6) 第五章結論與建議.................................................................................................. 77 第一節研究結論 .................................................................................................... 77 第二節研究建議 .................................................................................................... 78 參考文獻...................................................................................................................... 81 附錄一.......................................................................................................................... 91. iv.

(7) 表次表 2-2 常見的認知型態分類...................................................................................... 16 表 2-3 視覺導向/語文導向認知風格特質分析表 .................................................... 17 表 2-4 認知型態與多媒體學習的相關研究.............................................................. 20 表 2-1 認知負荷與多媒體學習相關之研究.............................................................. 37 表 3-1 SOP 量表信度分析 .......................................................................................... 44 表 3-2 修正過之 SOP 量表因素負荷值 .................................................................... 45 表 3-3 學習動機量表信度分析.................................................................................. 46 表 3-4 學習動機量表因素負荷值.............................................................................. 47 表 3-5 電腦態度量表信度分析.................................................................................. 48 表 3-6 電腦態度量表因素負荷值.............................................................................. 49 表 3-7 認知負荷量表信度分析.................................................................................. 50 表 3-8 學習動機量表因素負荷值.............................................................................. 51 表 3-9 表 4-1 表 4-2 表 4-3. 「AR YOU READY? 學攝影」單元列表 ........................................................ 53 班級人數及男女比例表.................................................................................. 59 學習動機量表各題項之平均數與標準差...................................................... 60 電腦態度量表各題項之平均數與標準差...................................................... 61. 表 4-4 SOP 量表各題項之平均數與標準差.............................................................. 62 表 4-5 認知負荷量表各題項之平均數與標準差...................................................... 63 表 4-6 各量表之平均數與標準差.............................................................................. 64 表 4-7 各量表信度 ...................................................................................................... 65 表 4-8 各量表之 KMO 與 BARLETT 檢定 ................................................................ 65 表 4-9 各量表之因素負荷量與累積解釋變異量...................................................... 66 表 4-10 表 4-11 表 4-12 表 4-13 表 4-14 表 4-15 表 4-16. 認知型態與認知負荷之 T 值檢定 ................................................................ 69 相關係數的強度大小與意義 ........................................................................ 70 學習動機與認知負荷之皮爾森相關係數表................................................ 70 電腦態度與認知負荷之皮爾森相關係數表................................................ 71 認知型態、學習動機與電腦態度對認知負荷之強迫進入多元迴歸模式 72 認知型態、學習動機與電腦態度對認知負荷之多元迴歸共線性診斷.... 73 認知型態、學習動機與電腦態度對認知負荷之強迫進入多元分析係數 73. v.

(8) 圖次圖 1-1 圖 2-1 圖 2-2 圖 3-1 圖 3-2 圖 3-3. 研究流程圖........................................................................................................ 7 真實-虛擬連續性示意圖 ................................................................................ 10 擴增實境設備與成像過程圖 .......................................................................... 11 研究架構圖...................................................................................................... 40 擴增實境學習系統首頁 .................................................................................. 52 擴增實境學習系統擬使用之圖卡 .................................................................. 52. vi.

(9) vii.

(10) 第一章. 緒論. 第一節研究背景與動機一、擴增實境輔助教學的研究蔚為趨勢傳統的教學環境中常是由教師單向授課與講解的方式來進行教學，往往因無法顧及學生的個別差異而導致有限的教學成效。然而在資訊科技的發展下，數位學習以其降低成本、強化反應能力、教材內容的一致性和個人化、教材內容可即時更新、隨時學習及通用性等特性，而具有相當的優勢(Belal, 2011)。隨著時代的演進，每當有新技術的產生，學者們便會研究該技術是否適用於教學，而擴增實境(Augmented Reality, AR)技術自然也不例外。擴增實境這種類型的媒介沉浸將數位資源融入現實生活中，具有虛實整合的特性，可以增強學生的經驗與互動 (Dunleavy, Dede, & Mitchell, 2009)，近年來也有越來越多的研究在探討這種擴增實境式的教學方式如何提升學生的參與度並幫助學生理解。如 Liu、Tan 與 Chu(2007)建置了一套以擴增實境與二維條碼為基礎的英語學習系統，並評估此套系統對於大學生的學習成效及學習態度之影響為何，而研究結果則指出擴增實境對於英語學習的確具有顯著成效。Damala、Marchal 與 Houlier(2009)則將擴增實境運用於課外的博物館學習上，並以行動導覽的方式呈現，他們也發現擴增實境對於豐富的文化遺產內容學習十分有幫助。. 二、認知負荷在多媒體輔助教學的研究中日漸重要無論是擴增實境還是一般的數位學習，多媒體輔助教學的應用以及其在教育中所扮演的角色日漸重要。早期的研究往往只關注在多媒體的影響上，不斷的去探討多媒體輔助對於學習的正面影響(Mayer, 1997)，但隨著多媒體技術的不斷發展，多媒體呈現的形式越來越加豐富時，便不宜再將所有的多媒體混為一談。 Strehler(2008)將多媒體分為三個層次，分別為技術的、語意的(semiotic)與感官的， 1.

(11) 技術層次關注於學習媒體本身的成效，語意與感官層次則聚焦於於內容呈現方式的成效。他指出早期研究多著重於技術層面，然而現在看來，過去的研究因為沒有考慮到不同媒體技術的語意及感官層面，在研究學習的影響上便顯得過於簡單化而誤導了研究結果。因此，在現今的認知科學及教育心理學的文獻裡，都不斷地試圖探討在特定媒體形式中，如文字或圖片(無論是靜態還是動態)等不同的呈現形式，對於理解以及學習的影響為何(Mayer & Moreno, 2003)，以及了解不同技術的多媒體輔助學習，對於學習者本身是否全然是正面的影響與幫助。對此， Sweller、van Merrienboer 與 Pass 於 1998 提出了認知負荷理論，他們認為當某一特定工作超過學習者工作記憶體所能負荷的記憶寬度時，便會產生認知負荷，而這樣的認知負荷又可以分為兩個層面，分別為教材內容以及教材呈現方式所導致的認知負荷(Sweller, Ayres & Kalyuga, 2011)，由於教材內容屬較無法改變的部分，因此 Sweller 等人認為只要教材的呈現方式適切，便可以有效降低學習者的認知負荷，提高學習成效。而在擴增實境的學習環境裡時，3D 虛實整合與高互動的呈現方式是會提升學生的理解程度還是造成學生因需多學習擴增實境而導致的額外負擔，對此便仍有待討論。. 三、可降低認知負荷的影響因素導致認知負荷的原因有很多，如能控制這些影響的因素，將可以有效的降低認知負荷。Paas 與 van Merriënboer(1994)指出導致認知負荷的因素主要包括了學習者本身的特性以及學習環境兩大類，其中學習環境指的是學習內容、資訊展現方式、教材編排方式與學習程序等，亦即本研究欲討論之擴增實境學習系統；而學習者本身指的則是認知能力與先備知識等，也就是基本的個人差異(individual differences)。從社會認知理論(Social Cognitive Theory)的角度而言，個人差異是預測與解釋人類行為的重要理論，人類對環境反應的互動行為都會受到個人差異的影響(Ayersman & von Minden, 1995)。在教育領域中，個人差異包含了許多變. 2.

(12) 項，在一般文獻中常被分為生理差異、先備知識與個性差異(personality differences) 三類(Ayersman & von Minden, 1995)，除去先天上的生理差異與可控制的先備知識差異後，在多媒體學習的相關文獻中，電腦態度與學習動機是在個性差異中時常被探討的變項(Connolly, Stansﬁeld & Hainey, 2011; Liu, Horton, Olmanson & Toprac, 2011; Nix & Wyllie, 2011)。 Ayersman 與 von Minden(1995)指出，個人差異往往為「認知型態」或「學習型態」的所取代，近年來關於認知型態的研究更是如雨後春筍，成為研究個人差異的關鍵面向(Strehler, 2008)，而且認知型態會影響一個人對訊息的認知、處理、思考及解決問題的方式(Witkin, Moore, Goodenough & Cox, 1977)，是為更根本的個人差異，故本研究將認知型態、學習動機及電腦態度分別作為在擴增實境學習系統的環境下，可能影響認知負荷的三個因素，並試圖了解控制這些影響因素時，是否能夠有效的降低認知負荷。. 第二節研究目的根據本研究之研究背景與動機，本研究的研究目的如下：一、了解學習者以擴增實境學習系統學習時，其認知型態與認知負荷的關係。二、了解學習者以擴增實境學習系統學習時，其學習動機與認知負荷的關係。三、了解學習者以擴增實境學習系統學習時，其電腦態度與認知負荷的關係。四、了解學習者以擴增實境學習系統學習時，認知型態、學習動機與電腦態度對認知負荷的影響。. 第三節名詞解釋一、認知型態(Cognitive styles) 認知型態是個體在辨識與處理資訊時，一致性慣用的方式，也就是指學習者所喜愛的訊息處理方式。本研究採用 Richardson (1977)的分類方式，將認知型態分為視覺導向及語文導向兩類，並使用 Childers、Houston 與 Heckler(1985)發展 3.

(13) 的 SOP 量表(Style of Processing Scale, SOP)，以區別學習者的認知型態，得分越高者為視覺導向，反之則為語文導向。本變項雖為類別變項，但因應以 SPSS 跑多元回歸的需要，將認知型態改為虛擬連續變項處理，1 為視覺導向，2 為語文導向。. 二、學習動機(Learning motivation) 學習動機是一個內部的心理過程，它讓學習者可以精簡化的了解學習獎勵，並且自發性的維持學習活動，從而滿足學習目標。而在本研究中所使用的學習動機量表，乃修訂自 Pintrich、Smith、Garcia 與 McKeachie 於 1991 年所開發的李克特 5 點式學習動機策略量表，得分越高表示學習動機越強，反之則代表學習動機越低。. 三、電腦態度(Attitude toward computer) 電腦態度乃是指使用者在面對電腦時的認知、情感及行為傾向。本研究中所使用的電腦態度量表修訂自 Nickell 與 Pinto 於 1986 所開發的李克特 5 點式電腦態度量表(Computer Attitude Scale, CAS)，得分越高表示電腦態度越趨於正向，反之則代表越趨於負向。. 四、認知負荷(Cognitive load) 認知負荷是指人類在有限的工作記憶下，將一特定工作加諸於學習者認知系統時所產生的負荷。本研究參考 Paas (1992)所提出的心智努力量表(Mental Effort Rating Scale)，修訂出本研究所使用之認知負荷量表，得分越高表示其所受之認知負荷越大，反之則為所受之認知負荷越小。. 4.

(14) 五、擴增實境學習系統(Augumented reality learning system) 本研究擬定開發一以攝影入門知識為主的擴增實境學習系統，作為本研究探討擴增實境輔助學習的教材。內容共分兩大單元，每一大單元中又分為三至四個子單元，而每一個大單元中又至少會有一個子單元具有擴增實境的效果呈現作為輔助學習。. 5.

(15) 第四節研究範圍一、探討變項本研究試圖探討學習者在使用擴增實境學習系統時認知層面的影響，故在研究變項上僅探討在擴增實境學習系統下，學習者之認知型態與認知負荷之間的關係，並納入學習者本身的個人差異作為考量，學習成效等外顯結果則不在本研究的討論範圍。. 二、教學工具由於本研究所使用之擴增實境學習系統，乃是採取螢幕式的擴增實境做為顯示方式，操作上十分簡單便利，加上本研究擬於教學實施前先行教導學生擴增實境的相關概念，以將「新奇效應」所可能影響學習的干擾因素排除。故本研究主要是以認知心理的角度探討擴增實境學習系統對於使用者的影響，教材的設計與系統建構的技術層面則不在本研究討論的範圍之內。. 三、擴增實境之顯示方式擴增實境的顯示方式有很多種，早期常用的頭戴式顯示器或動作感測器 (motion sensor)因為成本過高，而導致擴增實境一直無法普及；然而自 2010 年以來，利用圖卡與簡易網路攝影機來偵測，並透過螢幕來呈現擴增實境效果的方式越來越受歡迎(Tan & Soh, 2010)，主要是因其設備成本較低也較易取得之故。由於本擴增實境學習系統的目的乃在於課堂教學以及學生自學，故在普及化推動的考量之下，便以此種螢幕式(monitor-based)的擴增實境作為應用。. 四、研究對象本研究採取便利抽樣之方式，以新北市 A 國中之學生為研究對象，並不包含臺灣其他地區之國中生；另所有研究對象皆為七年級生，排除年級的可能因素，故年齡亦不列入本研究之研究範圍。. 6.

(16) 第五節研究流程本研究流程包含發展研究主題、動機與目的階段；文獻蒐集、閱讀與整理階段；實際施測階段；資料分析階段；及結論與建議階段。以下為本研究之流程圖：發展研究主題、動機與目的階段. 蒐集國內外研究趨勢，確定研究範圍後開始蒐集相關資料，並擬定題目. 製作「AR you ready? 學攝影」. 實際施測階段. 發展本研究之問卷. 選取樣本與實施預試. 實際教學與施測. 資料分析階段. 資料統計與綜合分析. 整理與歸納結論與建議階段結論與建議. 圖 1-1 研究流程圖. 7.

(17) 8.

(18) 第二章. 文獻探討. 第一節擴增實境輔助學習. 一、擴增實境的定義與呈現方式 Azuma(1997)說明了擴增實境是一種「虛擬環境」(virtual environment)的變化，也就是說，擴增實境是由虛擬實境(virtually reality)所延伸而來的。Di Serio、 Ibáñez 與 Kloos(2012)指出，兩者不同之處在於虛擬實境是由電腦建置出一個虛擬的三維空間，讓使用者可以完全沉浸於其中的虛擬世界；而擴增實境則是將虛擬與現實整合，意即在現實生活的環境中加入所需要的虛擬畫面或內容，使用者透過一個鏡頭或螢幕，便可以同時看見現實環境與這些虛擬資訊。也就是說，兩者最根本的差異在於虛擬實境企圖取代真實的世界，而擴增實境卻是在實境上擴增資訊(郭世文，2008)。因此，擴增實境是輔助現實的一種工具，呈現給使用者的是真實與虛擬共存的環境。由於擴增實境與虛擬實境的關係密切，都包含在 Milgram、Takemura、Utsumi 與 Kishino(1994)所提出的「真實-虛擬連續性」(reality-virtuality continuum)之範圍內。這個「真實-虛擬連續性」即是將現實環境與虛擬環境視為一個封閉的集合，如圖 2-1 所示，左邊代表現實的生活環境，而右邊則是完全的虛擬環境，而兩者的中間則表示現實環境與虛擬環境同時存在的一個狀況，因此擴增實境可說是一個混合真實的環境。Azuma (1997)並指出擴增實境所需具備的三種特性，分別為結合真實與虛擬、即時性的互動、以及在 3D 的空間內運作。徐媛(2007)也認為，擴增實境是一種透過電腦將虛擬訊息運用到真實世界，使真實環境與虛擬訊息同時存在的技術，再透過硬體與軟體的協調作用，讓使用者可以自然的在真實環境中與虛擬物件進行即時互動。. 9.

(19) 圖 2-1 真實-虛擬連續性示意圖資料來源：Milgram, P., Takemura, H., Utsumi, A. & Kishino, F. (1994). Augmented reality: A class of displays on the reality-virtuality continuum. Telemanipulator and Telepresence Technologies, 2351, 282-292.. 擴增實境是利用電腦週邊輸入與輸出設備來完成成像的，如下圖 2-2 所示。首先利用視訊攝影機(webcam)並定義圖卡(marker)，電腦便可根據所偵測到的圖卡來顯示相對應的 3D 模型或虛擬物件。而圖卡以黑白為主而非彩色則是為了方便電腦辨識，另外圖卡方框內的圖案並不受限，可以根據設計者喜好或是內容需求來自行設定。郭世文(2008)指出，擴增實境所需的設備主要為顯示器、追蹤器、繪圖電腦與軟體，以及運算電腦，經常被運用的操作介面則包含液晶顯示器與攝影機、智慧型手機、具有攝影功能的手持式 PDA 及頭戴式擴增實境系統等。Zhou、 Duh 與 Billinghurst(2008)指出擴增實境需要的硬體設備至少有以下三種： (一) 視訊攝影機(camera)：視訊攝影機為擴增實境系統的輸入設備，它從現實環境中讀取到影像或圖卡後傳送至電腦中進行相對應的處理與運算。 (二) 電腦(computer)：主要處理視訊攝影機從現實環境中讀取到的圖卡，並將此影像轉換為相對應的虛擬物件，再將此虛擬物件透過顯示設備擺放於所讀取到的圖卡上。 (三) 顯示設備(display device)：為擴增實境系統的輸出設備，用來展示真實與虛擬混合的影像，而擴增實境系統的顯示設備主要包括頭戴式顯示器 (head-mounted display, HMD)、手持式顯示器、電腦螢幕與投影機等。. 10.

(20) 圖 2-2 擴增實境設備與成像過程圖. 二、從多媒體到擴增實境輔助學習應用多媒體設備來輔助學習在近年已經成為趨勢，因為無論是在輔助教師課堂上的教學或是幫助學生進行學習的活動上，都有著顯著的效果與影響(Wilson, Chen & Jamal, 2011)。在輔助教師的教學上，多媒體輔助學習可以是一個取代性的角色(supplantive role)或是一個支援性的角色(supportive role)，意即多媒體輔助學習可以取代教師的角色，也可以成為一個支援教師的角色，加強教師在教學時所強調的重點，並給學生一個練習與自我評估的機會(Belal, 2011)。因此，當多媒體作為一個支援教師的角色時，它可以促進師生之間的溝通，並且促進學生的學習動機，讓學生可以發展並表達自己的觀點。Belal(2011)指出，多媒體輔助學習的環境可以讓比較被動的學生有更多參與的機會，相較於傳統的教學環境，較害羞的學生會比較勇於表達自己的想法與意見，也會比較敢發問。Wilson、Boyd、 Chen 與 Jamal(2011)發現使用電腦進行測驗的學生，成績表現比那些以紙筆進行測驗之學生來得好，並指出指出多媒體輔助學習可以減少學生的焦慮感，並提升學生的自信心。此外，多媒體輔助學習可以顯著的提升那些問題解決能力較低之學生的表現，其中，視覺化的多媒體輔助學習設計，最能夠幫助學生解決問題 11.

(21) (Chang, Sung & Lin, 2006)。早期透過多媒體來輔助學習的環境並沒有包含網路，近年來則漸漸整合網路，因為網路的可控制性以及可協同合作的特性(create knowledge collaboratively)都能夠提升學習動機(Di Serio, Ibáñez & Kloos, 2012)。3D 的虛擬世界則被認為是網際網路的革命，並且成功地被應用於教育領域中(Chittaro & Ranon, 2007)，Huang、 Rauch 與 Liaw(2010)也指出 3D 虛擬世界沉浸與互動的能力能提升學生的學習動機與參與度。隨著技術的進步與設備的簡化，將擴增實境應用於教育上也開始具有可行性(Specht, Ternier & Greller, 2011)，這項技術透過將虛擬物件疊加於真實環境中，大大加強了我們的感官感受(Azuma, 1997)。擴增實境與 3D 的虛擬環境十分相似，提供了不同程度的沉浸與互動，有效的幫助學生參與學習活動。. 三、擴增實境在教學上的應用近年來，電腦圖形與互動科技的發展使得擴增實境技術得以更加靈活的被運用於各個領域上，因為技術與設備的要求簡化，擴增實境在教育領域上的應用也有了更多的可能。越來越多的研究與教師使用擴增實境技術作為教學工具，主要是因為它可以提供一個全新的展示教材方式，並帶來全新的互動經驗，也因為擴增實境開始被應用於發展教學系統和工具上，因此許多的學者也開始致力於這方面的研究中。 Shelton 與 Hedley(2002)將擴增實境技術運用於科學展示上，讓大學生可以輕鬆的與學習內容互動並進行感知回饋(perception feedback)，以快速了解九大行星間的關係。透過獨特的視覺與感官訊息組合，擴增實境可以創造出一個有力的學習經驗，並根本地改變學生了解學習內容的方式。Liu、Tan 與 Chu(2007)建置了一套以擴增實境與二維條碼為基礎的英語學習系統，並評估此套系統對於大學生的學習成效及學習態度之影響為何，而研究結果則指出擴增實境對於英語學習的確具有顯著成效。Zhou、Duh 與 Billinghurst(2008)闡明了將擴增實境應用於教. 12.

(22) 學上的幾個獨特優勢：(一)利用擴增實境的顯示方式，可以讓學習者在虛擬與真實的環境中，流暢地與虛擬物件互動；(二)擴增實境的顯示方式創造出了新的教學與學習策略，即使學習者沒有任何電腦經驗，一樣也可以順利的與學習內容互動；(三)擴增實境讓學習者沉浸於學習內容中，改變了學習者傳統只面對靜態文字的學習方式。在許多擴增實境應用於博物館的展示設計上，展示臺提供關展品的相關資訊，參觀者只要配戴頭戴式顯示器來觀看展品，就可搭配展示台的資訊說明來進行學習。這樣的互動方式即使是許多參觀者去觀看展示品，也能提供個人化的資訊說明，不受其他參觀者的影響。 Irawati、Hong、Kim 與 Ko (2008)將擴增實境與虛擬實境技術應用在教學物理課程上，藉由其特性展現一些平常課程上不容易呈現的效果，如骨牌效應、入射角及反射角，以及碰撞反應等。以往的骨牌效應，若要做到讓學生印象深刻的表現，往往需要大量的時間及骨牌以建置其環境，且在建立過程常因為不小心的碰撞造成時間上的損失，因此使用擴增實境技術能將虛擬骨牌融入真實課程之中，節省時間成本。Tan、Lewis、Avis 與 Withers(2008)也利用擴增實境的技術來模擬許多不同的材質在不同情況(如高溫燃燒)下的反應及變化，學生可以自行選擇材質定義圖卡，觀察燃燒的狀況，了解其材質的化學反應。並且設計簡易的遊戲讓學生能夠針對材質的特色進行分類，如金屬類、自然材質類、陶瓷類和聚合物等。透過擴增實境的特色，能夠輕易地在一般教室進行許多小型實驗，讓學生觀摩與練習，並得到正面的回饋。 2005 年 ADETTI 與 Sbh 發展了一本多媒體互動書(miBook)，這本書採用了擴增實境與多媒體技術來呈現影音內容，並讓學習者可以與書內的影音內容互動。 Dias(2009)便利用這本 miBook 做了一些擴增實境的研究，他發現 miBook 可以讓使用者感受到多重的感官刺激，因為視覺化的方式對使用者來說較易理解，它可以加強學習的過程並讓學習者快速理解書本中的知識。Damala、Marchal 與 Houlier(2009)則將擴增實境運用於課外的博物館學習上，並以行動導覽的方式呈現，他們也發現擴增實境對於豐富的文化遺產內容學習十分有幫助。從上述的應 13.

(23) 用中，可以發現擴增實境的用途廣泛，隨著技術的進步在教育上的應用也越來越多元，應用層面愈來愈豐富。. 第二節認知型態一、認知型態定義認知型態的概念，最初是由 Klein 與 Schlesinger (1951)所提出，當時他們發覺個體在知覺以及個性上是有所不同的，便將此概念稱為知覺態度(perceptual attitudes)。Klein 與 Schlesinger 認為認知型態是一種對外在環境的適應，個體在設法求取內外在需求的平衡時，認知型態就是一個「自我控制系統」(ego-control system)的特殊機制，讓個體會選擇性的注意到特定資訊，而忽略某些資訊。Witkin、 Moore、Goodenough 與 Cox (1977)認為人們在知覺、思考、問題解決及學習等方式上的個別差異，就是所謂的認知型態。而 Curry(1983)則近一步說明，認知型態是個體在進行知覺、記憶、思考、判斷及問題處理時，所習慣使用的模式，也就是個體在辨識與處理資訊時，一致性慣用的方式。因此簡單來說，認知型態就是指學習者所喜愛的訊息處理方式，例如使用視覺方式對語文來表徵知識、訊息處理時依賴上下文脈的程度、或處理訊息時的複雜和抽象程度等(林清山譯， 1997)。因此，認知型態表現出的是個人處理訊息時的風格或傾向(tendency)，它與智力無關，而與偏好(propensity or preference)有關，因此認知型態並不含「優劣、高下」的價值評斷，僅陳述個體對特定訊息環境的喜好狀態(Jonassen & Grabowski, 1993)。此外，認知型態具有恆常與穩定(consistency and stability)的特質，個人的認知型態不會因時間或情境而有重大轉變(Jonassen & Grabowski, 1993)。在過去的六十年裡，認知型態(cognitive styles)一詞廣泛的被運用於教育領域的研究上 (Pektas, 2010)，常常被當做是學習型態(learning styles)的同義詞。對此，Curry(1983) 針對所有的認知與學習型態提出了一個洋蔥模型，共可分為三層，最外層也是最 14.

(24) 容易觀察的，就是教學與學習偏好(instructional / learning preference)。教學偏好指的是學習情境的選擇，因為它是一個可以修改的環境，所以也被認為是最不穩定的一種型態。第二層是訊息處理以及學習風格(information processing / learning style)，雖然較教學偏好來的穩定，但基本上仍會受到環境的影響；而 Curry(1983) 認為，洋蔥的最核心則是認知人格(cognitive-personality)，是最穩定也最根本的一種型態，並會與洋蔥的另外兩層互動。在多媒體技術越來越廣泛的被應用於以網路為基礎的教學上時，認知型態這種最根本的個人差異，將會顯著的影響學習者對於多媒體呈現內容的偏好(Ghinea & Chen, 2003)。. 二、視覺導向與語文導向 1980 年代晚期到 1990 年代初期，教育領域重啟了對於認知型態的興趣，最初主要是為了減少關於認知型態各種分類與標籤的混亂(Riding & Cheema, 1991)。由於電腦科技在教育上的應用越來越廣泛，認知型態在這種以電腦為基礎的教材中，開始受到越來越多的研究者注意，而各學者依據不同的觀點及分析角度，在認知型態上也產生了不同的面向與定義。認知型態從 1990 年代發展至今日，常見的種類有「場地獨立-場地依賴」、「掃描廣度」、「執著與彈性控制」、「認知複雜性」、「循序與全面性」、「視覺與語文導向」及「控制傾向」等，相關內容與整理如下表。因為擴增實境的呈現會包括文字和 3D 虛擬物件，而視覺導向或語文導向的認知型態可能對結合文字、圖形、動畫等的多媒體教材教學效果有不同的影響(Ghinea & Chen, 2003)，所以本研究採用的視覺導向-語文導向的認知型態分類方式，作為本研究的認知型態分類。. 15.

(25) 表 2-1 常見的認知型態分類型態名稱. 類型. 測量方式. 場地獨立性(field independence /dependence)：形象能否從場地中獨立出來的知覺特質. 場地獨立(field independence)：個體能以內在的參考架構去知覺情況場地依賴(field dependence)：傾向依賴外在的學習情境來學習. 藏圖測驗(Embeded Figure Test)：受試者必須從複雜的圖形中判斷出指定的簡易圖形，以此測量受試者解決幾何圖形的能力. 掃描廣度(Range of scanning)：問題審視與了解的注意廣度. 掃瞄型(scan)：注重問題的全面受試者眼球運動的範圍測驗性 (Extensiveness of eye movements of a 聚焦型(focus)：將重心集中於 subject performing the Size Estimation 少數焦點 Test). 執著與彈性控制(constricted 變通型(flexible control)：能控 control / flexible control)：受制自己不被外界干擾. 叫色作業(Color-naming Task)：受試者被要求要忽略字體本身的顏色，而念出顏. 外在干擾而導致注意力不集中的程度差異. 拘泥型(constricted control)：容易因外物而分心. 色的字，如以黃色打出的「藍」，受試者必須念出「藍」而非「黃」，並測量受試者在處理分散其注意力之線索的難易程度。. 認知複雜性(conceptual complexity)：情境線索運用方式的差異. 認知綜合型(concrete)：能顧慮不同線索，予以統合運用認知簡約型(abstract)：慣於按. 句子完成測驗(Sentence Completion Test)：受試者必須完成一定數量的句子詞幹，而句子的評分則為綜合(concrete). 部就班. 到簡約(abstract)的五等第評分. 循序與全面性(serialistic / 擴散思維型(holistic)：思路廣以一系列問題解決的任務，要求受試者 holistic)：思維方式的個別差闊，由不同角度尋答案一步一步或是以宏觀(global approach)的異聚斂思維型(serialistic)：按邏輯方式來解決問題常規尋求既有固定答案視覺與語文導向(visualizer (imager)/verbalizer)：個體注意及處理視覺或語文訊息的偏好. 視覺導向(visualizer)：偏好以圖片，插畫等視覺性的管道來從事訊息處理的工作語文導向(verbalizer)：偏好經由閱讀或聆聽語文性的訊息來獲取資訊. 個別差異問卷(Individual Differences Questionnaire, IDQ) 視覺/語文導向問卷(Visualizer/Verbalizer Questionnaire, VVQ) 處理型態問卷(Style of Processing, SOP). 控制傾向(Locus of 內控(internal)：將事件的原因和控制傾向測驗(Locus of Control Test)：任 control)：個體對行為導致強控制歸於自己的力量務中的項目要求受試者評估自己對於內化的期望不同外控(external)：為事件的原因部或外部控制的預期為何和控制是屬於外部的環境. 16.

(26) Richardson 於 1977 將認知風格分成「視覺導向者」與「語文導向者」，而 Jonassen 與 Grabowski (1993)指出「視覺導向-語文導向」認知型態是「描述個體注意及處理視覺或語文訊息的偏好。有些人喜歡以圖片，插畫等視覺性的管道來從事訊息處理的工作，有些人則喜歡經由閱讀或聆聽語文性的訊息來獲取資訊。」而前者就是所謂的視覺導向，後者則為語文導向。Richardson (1977)整理數篇研究論文，發現視覺導向與語文導向者在許多特性上都有明顯區隔，視覺導向者思考方式較為具體，喜歡借助物像實體或形成心像(imagery)來協助思考的進行；語文導向者的思考活動則多涉及抽象符號之操作。同時，視覺導向者的思考型態是主觀、自我取向的(subjective self-orientation)，語文導向者則為客觀、任務取向 (objective task orientation)。兩者間的特質分別如下：表 2-2 視覺導向/語文導向認知風格特質分析表視覺導向. 語文導向. 影像導向的. 文字導向的. 運用圖像的能力流暢. 運用文字的能力流暢. 幻想的情境清晰. 很少幻想. 喜歡經由具像的實體來獲取訊息. 喜歡透過文字獲得訊息. 覺得拼圖一類的遊戲有趣. 喜歡與文字性質的遊戲. 較為主觀、自我導向的. 較客觀、任務導向. 左眼律動. 右眼律動. 容易理解處理視覺性的訊息. 能輕易理解複雜的語意訊息. 能靈活的操弄與轉化影. 能靈活的操弄與轉化語. 像訊息. 意符號. 資料來源：Handbook of individual difference, learning, and instruction. (p. 87), by D. H. Jonassen, & B. L. Grabowski, 1993, Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum Associates.. 關於視覺導向-語文導向的認知風格量測工具，是依各學者所採用的認知風. 17.

(27) 格定義、所考量的主要因素、與所持觀點或是分析層面的不同而發展出來的 (Ghinea & Chen, 2003)，Paivio 利用雙碼理論(dual-coding theory)發展了個別差異調查表(Individual Differences Questionnaire, IDQ)，此為一份 86 題的測驗，其目的在測量個體的思考方式，利用真或假來回答問題，其中 47 題用來評斷學習者對訊息處理的方式是傾向文字模式；另外 39 題則用來評斷學習者對訊息處理的方式是傾向圖像模式(Richardson, 1977)。由於 IDQ 的題項過多，因此 Richardson (1977) 便根據 Paivo 的理論，從而演變出一份 15 題的 VVQ 量表 (Visualizer/Verbalizer Questionnaire)，受測者依題目回答「是」或「否」，得分高者為視覺型；得分低者為語言型。然而 Childers、Houston 與 Heckler(1985) 認為有些 VVQ 的題項不能夠有效衡量「視覺導向-語文導向」認知風格。因此他們針對 VVQ 的缺點，從 VVQ 的題項中去蕪存菁挑出了六題，再加上他們自己發展的十六題，發展出 SOP(Style of Processing)量表，總共二十二個題目。其中有十一題為衡量視覺訊息的處理偏好的題項(例如「當我做很多事情的時候，我覺得使用心智圖像來思考對我有很大的幫助」)；另外十一題則為衡量語文訊息的處理偏好(例如「我喜愛做需要運用到文字的工作」)。測量方式也從原本的「是」或「否」改為李克特量表，得分越高者表越偏向視覺導向，反之則偏向語文導向。SOP 量表不僅題目擴充、內容改變，同時測量觀點也有本質上的變化。由於本研究是探討在擴增實境學習系統下，使用多媒體與圖文混合式教材對不同認知風格學習者的影響，SOP 的問項是衡量受測者的「視覺導向」與「文字導向」，因此本研究在測量認知風格上將採用 SOP 量表作為認知型態分群的測驗工具。. 三、認知型態與多媒體輔助學習多媒體輔助學習的教材在過去幾年來發展的相當快速，然而因學習者的背景不盡相同，個人差異就成了多媒體教材相關研究中的重要議題。而在各式各樣的個人差異因素中，認知型態又是一個特別重要的因素之一，因為認知型態對於教 18.

(28) 學以及學習都會有所影響(Ghinea & Chen, 2003)。由於本研究以 Richardson (1977) 的「視覺導向-語文導向」作為認知型態的分類方式，故以下針對視覺導向-語文導向的認知型態與多媒體學習有關之研究作探討。有的學者研究發現認知型態對於多媒體學習具有顯著影響，如 Chen 與 Macredie (2004)在探討學習者的認知型態對於電腦化教材特色的知覺與態度時，發覺認知型態的確會影響學習者對於非線性互動、自主學習、指引工具以及他們遇到困難或問題時的反應。Pektas(2010)探討設計系學生的認知型態與其 2D 繪圖表現之間的關係時，亦證實視覺導向學習者的表現比語文導向學習者的表現好。但也有學者指出視覺導向-語文導向的認知型態對於多媒體輔助學習的影響並不大，如 Chen、Ghinea 與 Macredie (2006)就在其實證研究中發現，無論是何種認知型態的學習者，對於多媒體影片中所呈現的資訊內容都十分能夠理解，且多媒體內容明顯的會影響學習者的理解度與享受程度。Chen、Ghinea 與 Macredie 指出學習者傾向喜歡以視覺化的方式呈現資訊性目的的內容，而多媒體影片中的文字對於知識吸收則有著決定性的影響。也就是說，無論何種認知型態的學習者在多媒體影片輔助學習上的理解與反應是沒有顯著差異的。Massa 與 Mayer (2006) 的實證研究也發覺視覺導向及語文導向的學習者在測驗上的表現並無差異，並認為視覺導向及語文導向的學生並不須要給予不同的教材設計。為了解認知型態對於多媒體輔助學習究竟是否有影響抑或影響為何，因此 Höffler、Prechtl 與 Nerdel (2010)更進一步將視覺導向的學生分為高視覺導向以及低視覺導向兩類，以探討視覺導向的認知型態，在多媒體化學習環境中的角色為何。結果發現高視覺導向的學生適合以靜態圖片來輔助學習，反而會比以動畫輔助來得佳；而低視覺導向的學生則無論在靜態圖片或動畫的輔助下，表現都沒有顯著差異。Sun 和 Chen (2010)則從外顯的學習效果中抽離，改為探討學習情緒 (learning emotion)與學習教材間的關係，並以靜態的文字與圖片、影片、及具互動性的動畫等三種方式來呈現教材，結果發現不同認知型態的學習情緒對於不同的多媒體呈現方式的確有所影響。 19.

(29) 表 2-3 認知型態與多媒體學習的相關研究作者及年代. 題目. 概述. Chen & Macredie (2004). Cognitive Modeling of Student Learning in Web-Based instructional Programs. 探討學習者的認知型態對於電腦化教材特色的知覺與態度，結果顯示認知型態會影響學習者對於非線性互動、自主學習、指引工具以及他們遇到困難或問題時的反應。. Chen, Ghinea & Macredie (2006). A Cognitive Approach to User Perception of Multimedia. 探討學習者的認知風格、多媒體服務品質、以及學習者對於品質的知覺之間的. Quality: An Empirical Investigation. 關係，發現無論是哪種認知風格的學習者，對於多媒體呈現的資訊內容都有很高度的理解。. Massa & Mayer (2006). Testing the ATI hypothesis: Should multimedia instruction accommodate verbalizer-visualizer cognitive style?. 在以電腦輔助教學的課程中，視覺導向及語文導向的學習者在測驗上的表現並無差異，並認為視覺導向及語文導向的學生並不須要給予不同的教材設計。. Pektas (2010). Effects of cognitive styles on 2D drafting and design. 探討設計系學生的認知型態與其 2D 繪圖表現之間的關係，研究發現在繪圖及. performance in digital media. 創意上，視覺導向學習者的表現都比語文導向學習者的表現好。. Höffler, Prechtl & Nerdel (2010). The influence of visual cognitive style when learning from instructional animations and static pictures. 探討視覺導向的認知型態，在多媒體化學習環境中的角色為何，發現以靜態圖片輔助高視覺導向的學生，會比以動畫輔助高視覺導向的學生來得佳；而低視覺導向的學生無論在靜態圖片或動畫的輔助下，表現都沒有顯著差異。. Sun & Chen (2010). Assessing learning emotion for both the cognitive styles of visualizer and verbalizer. 探討學習情緒與學習教材間的關係，並以靜態的文字與圖片、影片、及具互動性的動畫等三種方式來呈現教材，結果. distributed to different types of multimedia learning materials. 發現不同認知型態的學習情緒對於不同的多媒體呈現方式的確有影響。. 由於過去關於不同認知型態在多媒體輔助學習上的探討，特別是以「視覺– 語文導向」作為認知型態分類方式的相關研究中，多侷限於學習成效上，且部分 20.

(30) 研究指出視覺導向的學生在動態學習成效較語文導向的學生來得佳，而部分研究卻也指出此兩種不同認知型態的學生在學習成效上是沒有差異的。而 Sun 與 Chen(2010)則將重點從學習成效拉出，轉而探討不同認知型態與學習情緒的關係，結果發現不同認知型態的學生對於不同的多媒體呈現方式的學習情緒的確有所不同，因此本研究亦跳脫學習成效之窠臼，針對在擴增實境學習系統的環境下，探討不同認知型態的學生在認知負荷上的差異。. 第三節學習動機一、學習動機之定義與相關理論學習動機在學習的過程中一直扮演著十分重要的角色，張春興(1994)認為所謂的學習動機是一種內在的心理歷程，可以引起學生參與和維持學習活動，並促使學習活動趨向於教師所設定目標；而 Bong(2004)認為學習動機乃是一種學習者在學習時的成就動機(achievement motivation)，是個體追求成功目標的心理需求，也是影響最後學習成效的主因。也就是說，當具有足夠充分的動機時，學生才會更熱切的接近具有挑戰性的任務，即使面臨困難也能夠堅持，並且享受從中獲得的成就感(Liu, Horton, Olmanson & Toprac, 2011)。因此簡單來說，學習動機是一個內部的心理過程，它讓學習者可以精簡化的了解學習獎勵，並且自發性的維持學習活動，從而滿足學習目標。 Lee(2010)從不同學派的角度來探討學習動機，他將學習動機整理出三個學派，分別為行為主義(Behaviorism)、人本主義(Humanism)及認知科學(Cognitive Science)。從行為主義的角度來看，學習動機的核心理念為驅動力(drive)，而驅動力則是從需求而來的，簡言之「需求-驅動力-行動」就是行為主義的基本模型。如果學習者正在執行的行為獲得可以滿足他需求的回報，那該行為將可被加強和保留(張春興，1994)，因此行為主義假定學習動機乃是由外部激勵所驅動的。而人本主義則認為學習動機的核心理念為需要(need)，如自尊和自我實現，並強調 21.

(31) 學習動機是內在的，當基本需求獲得滿足後，個體便會追求更高層次的需求(Lee, 2010)。在 Maslow 的需求層次論(need hierarchy theory)中，則將人類的需求做了先後順序與低至高層次之分，其中「知識的需求」，即是指學習動機(Lee, 2010)。認知心理學則認為動機是環境(刺激)和個人行為(反應)之間的過程，林生傳(1999) 指出學習、知覺與動機是三者不斷在交互作用的，也就是說，學習動機乃是來自於學習者的知覺及資訊接受之間的交互過程。因此，認知科學認為學習動機是一種內部的力量，驅動個體在接收到任務後不斷向目標努力邁進(Lee, 2010)。而當個體接收到工作後(資訊接收)，認為這份工作具有價值或十分有用(知覺)，便會願意付出心力朝向目標邁進，這便稱之為工作價值(Agnesia, 2010)。跟據以上三個學派的觀點，可以發覺行為主義的關注焦點較偏向外在的學習動機，人本主義則偏向內在的學習動機，而認知科學則傾向認為動機乃是一種知覺與資訊接收交互作用的工作價值，以下便再針對外在動機、內在動機以及工作價值作探討：. (一) 內在動機當學生努力用功的原因純粹是因為他們喜歡該學科而樂於學習，並非是為了贏取獎品或成績等外在原因，也就是學習者是藉由內在的增強獲得滿足，而不是依靠外在的目標，便稱之為內在動機(林生傳，1999)。因此，內在動機會受到挑戰性、好奇心、控制性與幻想(fantasy)等因素的影響(Liu, Horton, Olmanson & Toprac, 2011)，當學習者面臨與他們興趣或熱情有關的挑戰時，學習者便會產生內在動機(Hmelo-Silver, 2004)。當學生覺得他們所學習的內容是很重要的，或與他們的生活有關時，學生的學習動機便會提高(Ferrari & Mahalingham, 1998)。也就是說，學習者要學習的內容與他們的生活越有關，學習者願意付出心力去努力學習與克服困難的動機也就越高。此外，當學習者認為他們可以控制自己的學習成效時，其學習動機也會隨之提升(Thompson & Thornton, 2002)。. 22.

(32) (二)外在動機相較於內在動機，所謂的外在動機，便是指當學生的努力用功是為了討父母歡心、獲得老師獎品或是謀取更高的分數時，這些行為的動機稱之(林生傳，1999)。也就是說，學生之所以努力學習的原因並不是因為自己本身，而是依靠外在的誘因或獎懲，因此陳玉玲(2003)指出外在動機所引起的行為是工具性的，是達成目的的手段。雖然內在動機在學習上十分重要，但大部分的人在進行學習時，多依靠外在動機進行學習，真正主要是因為內在動機而自發學習的人卻很少，Richard 與 Edward (2000)便指出，過了幼兒時期後，因為社會需求以及社會角色讓個體必須承擔責任，以及從事一些與內在興趣無關的工作或學習。但 Thompson 與 Thornton(2002)則近一步發現學習動機面向也會隨著年齡而有所不同，高中學生的學習動機多半建立於外在動機上，而大學生學習則多由內在動機所引起。. (三) 工作價值陳玉玲(2003)指出「達成價值、有用價值、成功代價」是屬於外在動機層面的工作價值，達成價值是指學習者認為完成這份工作的重要性；有用價值是指學習者認為完成這份工作的有用性，以及對未來是很重要的；成功代價則是指學習者認為從事這份工作所需花的時間與代價，因此工作價值可以說是與學業表現有關的動機要素。也就是說，當學習者認為此份工作的價值或有用性愈高時，便會愈願意付出心力維持學習活動。Bong(2004)則指出工作價值是一種參與學習的誘因(incentive)，這個誘因是一個複合的結構(composite construct)，包含知覺重要性、有用性及興趣等。許多研究都肯定內在動機的重要性，因為它是自行發動且持續存在的，只需要內在的興趣就可以維持運作，但林生傳(1999)指出，在實際上的教學環境中，不可能僅靠內在動機維持學習，因為環境的因素同樣會影響動機，誘因及外在的支持仍是有必要的，因此內在與外在動機交互作用之下所產生的工作價值在實際的教學環境中仍是非常重要的。. 23.

(33) 二、MSLQ 量表測量學習動機的方法中，以自陳式量表最為常見，而在一般性的學習動機量表中，最常被提及學習動機測量工具就是由美國密西根大學的 Pintrich、Smith 及 Mckeachie(1989)等所建立的「學習動機策略問卷」(Motivated Strategies for Learning Questionnaire, MSLQ)。最初，Pintrich 等人建立這份問卷的目的主要是希望可以透過學習動機的測量，了解大學生在課堂上的學習成效，進而促進學生的學習(Duncan & McKeachie, 2005)。1986 年後，Pintrich 及 Mckeachie 開始正式的發展 MSLQ 問卷，而最終正式版的問卷歷經了 10 年才產生。 MSLQ 量表的理論基礎是認知科學觀點的動機理論以及自我調節學習理論 (self-regulation)，在這樣的理論框架下是假定學生的學習動機與學習策略均不是靜態的，而是動態且受到情境約束的(contextually bound)(Duncan & McKeachie, 2005)，也就是說，學生的學習動機會隨著對課程內容的興趣而改變。基於這樣的理論框架，MSLQ 主要是用來衡量學習者對於特定課程的學習動機，與廣泛測量一般性學習動機的量表有所不同(Artino, 2005)，因此針對本研究中特定的擴增實境學習系統，以及特定的課程內容，以 MSLQ 來測量學習者的學習動機，可以說是十分適當的。自從 MSLQ 量表建立以來，已為眾多的研究所使用。在與多媒體相關的研究上，Hsu 與 Wang(2011)研究了學生使用部落格(blog)與閱讀水平(reading level) 之間的關係，以 MSLQ 量表進行調查，發現使用部落格的學生，在記憶保留 (retention)的部分會較佳。Amelink、Scales 與 Tront(2012)以平板電腦作為教學工具，針對工程科系的學生做測量，透過 MSLQ 量表來了解學生使用平板電腦進行學習的情形與程度，與學生之學習行為的關係，結果發現，使用平板電腦越頻繁的學生，其涉入該門工程課程的程度也就越深。Liu、Lin、Jian 與 Liou(2012) 則針對創意研究所的學生上了一門教學媒體介紹的課程後，請學生在期末實際製作出一個教學媒體網站，透過 MSLQ 量表調查後發現，學生的學習動機經由這. 24.

(34) 樣練習時坐的方式提升了。由近年來的研究可以發現 MSLQ 的應用越來越廣泛，所針對的目標課程也越來越多元。由於 MSLQ 量表當初的設計並未針對特殊地區的人口特性進行設計，因此 Duncan & McKeachie(2005)指出，若研究上有需要，可以針對特定的班級、教師或學校來修正 MSLQ 量表。而其實早在 1999 年，Rao 與 Sachs 便針對華人修正出一個華人版(Chinese version)的 MSLQ 量表(Rao & Sachs, 1999)，因此本研究便以原始的 MSLQ 量表為主，再參考 Rao 與 Sachs 的華人版 MSLQ 量表進行適當修正後，成為本研究所使用的預試用學習動機量表。. 三、學習動機與多媒體輔助學習使用多媒體來輔助學生學習一直被認為具有正向的作用，然而大部份研究觀的焦點都在於以網路為基礎的(web-based)教材本身上，且以多媒體教材系統來輔助教學時，尤其是在與自然科學相關的學科上特別有幫助(Seiler, Popescu & Peterson, 2002)。此外，在前一節當中也可以發現學生在學習過程中可能也會受到其偏好的認知型態所影響，但除了認知型態外，學習動機也被認為與多媒體輔助學習的環境有相當重要的關係(McWilliams, 2001)。至於要如何提升學生的學習動機，Hidi 與 Harackiewicz (2000)則指出教材的情境(context)也會明顯的影響學習動機，具有挑戰性的且能夠讓學生自由選擇的教材，都會正向的影響學生的學習動機。 Di Serio1、Ibáñez 與 Kloos(2012)將國中學生的上課方式分為擴增實境與投影片兩種，探討學生注意與滿足的動機因素，研究結果發現，擴增實境技術對於提升國中學生動機具有正向的作用，雖然擴增實境的技術仍不夠成熟，無法大量應用於教育之中，但國中學生對於擴增實境的熱情與興趣都是非常高的。在過去的許多研究中都指出，比起學習動機較低的學生而言，學習動機較高的學生較願意參與與付出努力。因為學習動機是一個能量的來源，而這股能量決定了為何學習. 25.

(35) 者要投入努力、參與學習活動的意願可以維持多久、學習者願意付出的心力有多少、以及他們對於學習活動所產生的連結感為何。因此教育領域的學者與教師，也都一直致力於提升學生的動機，而過去幾十年來，利用科技來提升學習動機的情況也越來越普遍，許多實證研究探討了特定科技在教學上的效果(Amelink, Scales & Tront, 2012; Hsu & Wang, 201; Liu, Lin, Jian & Liou, 2012)，因為不同科技的特性，也是提升學習動機的因素之一，因此許多新興科技都被用來建置出一個學習環境，希望利用這些新興科技的元素來提升學生的學習動機，Lepper、 Iyengar 與 Corpus(2005)也證實了利用新興科技來建置學習環境，的確可以有效的提升學習動機。. 第四節電腦態度將科技應用於教育用途上，一般便稱之為教育科技，而教育科技又主要是以電腦和以電腦為主的系統(劉子健，2004)，因此在以多媒體科技輔助學習時，電腦態度的研究將可以幫助了解學習者在以電腦進行學習時所可能產生的心理障礙，故本節將針對電腦態度的定義、電腦態度與多媒體輔助學習的相關研究分別作探討。. 一、電腦態度定義與內涵「態度」是一個人對於事物喜歡與否的程度指標，也就是個體對於某事物穩定一致的行為與情緒傾向(黃世杰，2002)；謝富榮(2007)認為態度是個體對於事物喜好或厭惡的心理傾向；Morris、Gullekson、Morse 與 Popovich(2009)則闡明態度是由個體特定行為或舉動的行為傾向、信仰與情感評價(正面或負面)所組成。而所謂的電腦態度包含了許多面向，簡單的如喜歡到不喜歡電腦，複雜的如電腦焦慮到恐懼(apprehension)(Mitra, 1998)，因此學者們對於電腦態度的看法與觀點也並非一致，不過一般而言，電腦態度泛指對電腦的一般觀點與看法。黃世杰 (2002)根據其對態度的定義，指出電腦態度是個人對電腦及電腦相關資訊所表現 26.

(36) 出穩定的行為與情緒反應傾向；謝富榮(2007) 則認為電腦態度是個人對於電腦與電腦相關活動一致性及持久性的好惡評價或感覺。 Nickell 與 Pinto(1986)在早期所開發的電腦態度量表(The Computer Attitude Scale, CAS)中，僅將電腦態度區分為正面態度以及負面態度兩種要素。Kay(1993) 則指出，一般都認為電腦態度具有認知(cognition)、情感(affect)與行為(conation) 三個層面的構成要素：認知表示個體對於電腦所持有的信念、知覺與訊息；情感表示個體對於電腦的情緒與感覺；行為則是個體對於電腦的反應傾向。而黃世杰 (2002)在其針對國中學生所編製的電腦態度量表，就是分為認知、情感與行為等三個構面。謝富榮(2007)在國小學童的電腦態度調查中，則是將電腦態度的正面與負面態度再詳細的探討下去，分為電腦焦慮、電腦信心、電腦喜好及電腦有用性等四個要素，電腦焦慮屬於負面態度，而後三者則屬於正面的態度。Morris、 Gullekson、Morse 與 Popovich(2008)亦電腦態度分為四個構面，分別為對電腦的正面反應、對電腦的負面反應、工作/教育上的應用與使用、社會/娛樂/購物上的應用，前兩項屬於一般性的正、負面電腦態度，而後兩項則屬於電腦應用於特定目的時的態度。由於本研究的研究對象為國中學生，加上主要目的為測量出國中生的一般電腦態度，而非應用於特定項目中的電腦態度，故選擇以較常見的認知、情感與行為作為本研究中電腦態度之要素。電腦時代的來臨，讓人們在使用電腦時開始產生了新的正面與負面之態度。電腦似乎讓人們進入了一個更快速、更有效率的全新時代，但伴隨著電腦而來的一些負面影響(如隱私權的喪失)，卻也讓人們產生了一些負面的態度(Nickell & Pinto, 1986)，因此無論是已工作的成人或是在校的學生，在面對電腦時的態度便產生了很大的歧異。由於電腦態度越正向的學生會更願意去使用及學習電腦，並且有信心可以透過電腦來進行學習，反之，電腦態度越負面的學生則會排斥及逃避使用電腦，透過電腦來進行學習時其效果便可能較差(謝富榮, 2007)，因此在進行多媒體或電腦輔助教學之前，了解學生的電腦態度就變得十分重要。. 27.

(37) 二、電腦態度與多媒體輔助學習隨著科技在教育上的應用越來越進步，研究的焦點也重回到了學生對於這些新科技的反應上，因為電腦態度可以看出學習者對於教學設備的使用經驗，所以也一直廣為應用於許多研究上(Mitra, 1998)。 Teo (2008)研究了大學生的電腦態度，發現電腦態度在學生是否願意接受以電腦作為學習工具的過程中，扮演著相當重要的角色，且會影響到學生在未來繼續以電腦來進行學習的意願。Hsu、Wang 與 Chiu(2009)則針對商學院的學生作但討，以科技接受模式(Technology Acceptance Model, TAM)檢驗商學院學生對於用對於學習統計軟體的接受度，結果發現學生的電腦態度對於知覺有用性 (perceived usefulness)有顯著的影響，並會進而影響到學習者的使用意願。然而將科技運用於大學教育中的相關研究中，各學者的研究結果仍有相當多的出入，電腦態度有時對於學習上的影響也並非絕對有關。為了瞭解科技應用於大學教育上的效果，Lamber(2008)探討了運用單一科技於課堂上對於職前教師的知覺電腦能力(perceived computer ability)與電腦態度的影響，而研究發現運用科技於課程中可以影響職前教師們的知覺電腦能力，對於電腦態度的影響卻不大。 Lynch、Steele、Palensky、Lacy 與 Duffya(2001)研究學習偏好(learning preferences) 與電腦態度對於學生在利用電腦輔助學習時，知識吸收上的影響為何，結果顯示雖然電腦輔助教學有助於學生在知識上的學習，可是卻與學習偏好及電腦態度無關。從近年來的研究中可以看出，電腦態度在多媒體輔助學習上的重要性，但是對於學習上的影響是否具有顯著相關的影響，在過去的研究中仍無定論，故本研究將電腦態度納入，以了解在擴增實境這樣較為特殊的多媒體環境下，電腦態度對於學習上的影響究竟為何，以及其與認知負荷之間的關係。. 28.

(38) 第五節認知負荷過去的研究中，大多僅討論多媒體輔助教學的正面成效為何(Mayer, 1997)，然而像擴增實境這樣具有高互動性且需要操作做的多媒體，有時可能讓學生在學習知識本身之於，還需多付出心力來學習擴增實境的操作而導致額外的負荷，進而產生認知負荷。本節先探討認知負荷的類型與資源、認知負荷的測量後，再進一步探討過去的多媒體輔助教學中，認知負荷與多媒體輔助學習的相關研究。. 一、認知負荷的類型與資源認知負荷是一個與工作記憶特性及教學系統設計有關的理論，在教學設計中，被用於發展創新學習模式已逾二十年(Ainsworth, 2006)。認知負荷有一些基本的假設，首先，認知負荷理論假定人類的工作記憶容量是有限的，但長期記憶本身則沒有容量的限制；再者，人類所學習的知識都是以基模(schemas)的形態存放於長期記憶之中，而當人類在處理訊息的時候，會以意識(conscious)或自動化 (automatic)來處理，意識處理發生在短期記憶中，會占用許多的運作空間，而自動化處理則因少為意識處理所監控，所以較不占用運作空間。因此在認知負荷理論中，便假定自動化在基模結構裡，是相當重要的程序，許多知識起初都是由意識處理，經過不斷的練習後才會轉為自動化處理(Sweller, van Merriënboer, & Paas, 1998)。認知負荷的主要理論基礎之一就是他的類型(types)及資源(source)。當學習者透過工作記憶來處理資訊時，工作記憶中的負荷可依其功能性來分類，分別是因資訊本身所造成的「內在(intrinsic)認知負荷」、由資訊呈現的方式所造成的「外在(extraneous)認知負荷」、以及在工作記憶資源中，分配給對學習有關或有效資源的「有效認知負荷」(Sweller, Ayres & Kalyuga, 2011)。內在與外在認知負荷的程度是由要素交互(element interactivity)所決定的。所謂的要素是指任何需要被處理或學習的東西，也就是基模，而當這些要素彼此有關連的時候，工作記憶必須 29.

(39) 同時處理這些要素，就成了要素交互(Sweller, Ayres & Kalyuga, 2011)。以下就這三種認知負荷的類型分述：. (一) 內在認知負荷內在認知負荷與教材的難易度有關，通常包含越多交互要素的教材就越困難 (Sweller & Chandler, 1994)。因為低要素交互的教材都是由簡單且可以獨立學習的要素所組成，而高要素交互的教材則必須要同時理解教材內所有有關連的要素 (Sweller, van Merriënboer, & Paas, 1998)，例如學習在學習語言時，可以個別單獨學習的單字就屬於低要素交互的學習內容，而文法的學習則屬於高要素交互的內容(Pollock, Chandler, & Sweller, 2002)。此外，Jong(2010)指出內在認知負荷有幾個很重要的前提。第一個前提是領域要素與其交互性乃是造成內在認知負荷的主因，但其實還有一些其他教材上的特色也會造成內在認知負荷，例如某些教材雖然和其他教材有著一樣多的要素與一樣高的交互性，但是它們在本質上就是比較困難的。第二個前提是內在認知負荷與學習者的先備知識有關，而且是無法經由教學設計來降低的。但也有學者持不同的說法(van Merriënboer, Kirschner, & Kester, 2003)，例如將教材由簡單至困難排序來進行教學，就可以減低學生的內在認知負荷。因此，內在認知負荷的概念有助於解釋為何有些教材會比較困難，但也證明了教材的困難度(亦即記憶的負荷)不完全是由要素的多寡及交互性所決定，仍可以透過一些技術來改善內在的認知負荷。. (二) 外在認知負荷外在認知負荷是由教學或教材設計所導致的認知負荷，與學習內容本身並沒有直接的關係(基模建構)，Mayer 與 Chandler(2001)指出，外在認知負荷是一種與學習來說不必要的負荷，並且可以透過教學設計的改變來降低。在傳統的認知負荷研究中，大多著重於如何減低外在的認知負荷(如 Mayer & Moreno, 2002, 2003)，而這種學習者不應花時間與資源在與學習無關事情上的想法，看似很合理，但仍. 30.

(40) 有一些值得關注的問題。首先，導致外在認知負荷的設計可能同時也會刺激到有效認知負荷，例如兩個呈現方式不同但資訊內容相同的教學設計，可能被認為會導致過高的外在認知負荷(Mayer, Heiser, & Lonn, 2001)，但若能將這兩種呈現方式互相連結並融會貫通，也可以當作是獲得了更深層的知識(Ainsworth, 2006)。在這樣的情況下，如果去減少外在的認知負荷，便可能導致一些適當的有效認知負荷降的。第二，外在認知負荷的減少是有限制的，也就是說，外在認知負荷不可能為零。第三，如同內在認知負荷，外在認知負荷也是與學習者的先備知是有關的，第四，最近的一些研究結果也證明，在過去一直被視為會造成外在認知負荷的一些教學教材特性，如果教材是經過精心設計的話，並不會真的妨礙學習 (Jong, 2010)。總結來說，消除一些對學習而言不必要的教材特性，將有助於學生把重點放在這個問題的學習過程上，但這些教材的特性有時也不完全是多餘或沒有幫助的。. (三) 有效認知負荷認知負荷理論將基模的建構與自動化視為學習的主要目的(Sweller, van Merriënboer, & Paas, 1998)，而基模的建構包含了許多的處理過程(process)，如解釋、舉例、分類、推論、鑑別與組織，由這些處理過程所導致的負荷就稱為有效認知負荷(Jong, 2010)。教學設計應該以適當的方式來呈現教材，由此來增加有效認知負荷，以領導學生進行基模建構與自動化。不過，有效認知負荷雖然是好的，但能否過高也是一個問題。傳統的認知負荷理論側重於內、外在認知負荷「不好的」影響，但因為記憶容量是有限制的，即使是「好的」處理過程，如果太過困難的時候，也會造成工作記憶的負荷過重。例如一個沒有經驗學習者，被要求從學習內容中抽取出重點摘要，就可能會對學習者的記憶造成過重的負荷，因此增加有效認知負荷必須在認知負荷可以承受的範圍以內(van Merriënboer, Kirschner, & Kester, 2003)。Stull 和 Mayer(2007)則發現，利用作者所整理的圖表的學生，表現比那些自己整理圖表的學生來得好，他們認為這是因為那些自己整理圖表的學 31.

(41) 生必須承受更大的外在認知負荷，但也有可能是因為那些學生在有效處理的過程中，被過度苛求的關係。Kalyuga(2007)試著解決這個概念的問題，如果教學特別設計要讓學習者產生額外的認知活動，以增加有效認知負荷，造成整體的認知負荷超過學習者的工作記憶限制，那麼有效認知負荷也可能變成另一種的外在認知負荷，進而阻礙學習。也就是說，有效認知負荷只能是「好的」，而且當它占用過多的工作記憶容量時，就會變成外在認知負荷。總而言之，唯有在內在認知負荷、外在認知負荷與有效認知負荷三者的總負荷量未超過學習者的負荷量時，適當的增加有效認知負荷才有用(沈碩彬，2008)。在學習材料的要素中，大部分的要素都是由子要素所組成，而這些子要素在工作記憶中都必須單獨的來處理，直到被合併為要素後，又被當成一個單獨的要素來處理，因此，若要減低認知負荷的程度，就要把低階的子要素合併為較高階 (higher-level)的要素(Jong, 2010)。一些無法單獨學習的教學內容因高要素互動而導致高內在認知負荷，直到這些互動的要素再向上被合併為一個要素，才會降低內在認知負荷，不同的教學或教材設計則會導致高外在認知負荷。而一些不良的教學設計要求學習者要處理大量與內容本身無關的互動要素，就會造成外在的認知負荷(Sweller, Ayres & Kalyuga, 2011)。由於內在與外在認知負荷都必須經由工作記憶的資源分配來處理，而分配給內在認知負荷的資源對學習來說都是相當有效的，稱之為有效資源；而分配給外在認知負荷的資源則稱之為外在資源(Jong, 2010)。內在與外在的認知負荷是可以相加總的，總體的認知負荷決定了處理資訊所需的工作記憶資源，處理內在認知負荷的是有效資源，而處理外在認知負荷的則是外在資源。如果內在與外在的認知負荷加總後所需的資源，超過工作記憶的可用的有限資源，認知系統就無法順利處理必要的資訊。若教學設計造成了過高的外在認知負荷，外在資源便可能會不足以使用，而開始挪用到有效資源來做幫助，導致學習者無法真正的學習到教材本身的內容，因為工作記憶的資源都已經被用於處理教學設計的應付上(沈碩彬，2008)。與問題解決或教學設計有關的認知活動都會造成很大的外在認知負 32.