多媒體影音教材之學習注意力引導對於提升學習成效的影響研究 - 政大學術集成

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(1)國立政治大學圖書資訊學數位碩士在職專班. 碩士論文 Master’s Thesis E-learning Master Program of Library and Information Studies National Chengchi University. 立. 政治大. 多媒體影音教材之學習注意力引導. ‧ 國. 學. 對於提升學習成效的影響研究. ‧. A Study on Assessing the Effects of Video Lectures. n. al. er. io. sit. y. Nat. with Attention Guidance on Enhancing Learning Performance. Ch. engchi. i n U. 指導教授：陳志銘. v. 博士. Adviser: Dr. Chih-Ming Chen. 研究生：蘇欣欣. 撰. Author: Hsin-Hsin Su. 中華民國一百零三年七月 July, 2014.

(2) 感謝詞過了不惑之年，卻還能夠享受研究學習的樂趣，我感到無比的幸福與幸運。能夠完成論文，要感謝的人真的太多了。首先要感謝的是全心全意支持我的家人，能夠理解且包容我對學習的熱情與任性，讓我毫無後顧之憂的邁向自己的方向與目標。感謝指導教授陳老師在學業與研究上的指導與協助，在頻繁的討論與互動中，感受到陳老師在學術領域宏觀的視野與前瞻、以及對學術研究的嚴謹與堅持，是我非常珍貴的學習經驗，也是支持自己努力走下去的重要動力。感謝蔡介立老師、王豐緒老師、與賴志宏老師給予的寶貴建議與意見，讓我的論文能. 政治大讀者，跨進了圖書館的領域，並深深感受到圖書館的內涵與魅力、專業與使命；立夠更加充實完整。也感謝所上老師們的教導，讓我從一個只是單純喜愛圖書館的. ‧ 國. 學. 感謝明雯助教對迷糊的我常予以適時的提醒，感謝專班學妹姿君與懿融的鼓勵，特別感謝學妹秀蓁在口試當天為我們準備的手工點心與飲料，讓我心無旁騖的準. ‧. 備口試，順利通過我最重要的一關。非常謝謝大家。. sit. y. Nat. 再來要特別感謝同窗的伙伴們：謝謝淳瑜，我們一直都是最好的分組搭檔；. al. er. io. 謝謝惠卿，在論文的路上有你一起才能如此順利的走下去；謝謝嘉瑩與鈺涵，在. v. n. 每次 meeting 互相的加油打氣，累積下次努力的勇氣；感謝班代亦凡這兩年的班. Ch. engchi. i n U. 務奔走，感謝琬琳、任婷、怡帆、貴興、宗桓、佳君、菀婷、淑娟、迎春、忠婷，感謝有你們的同行，讓我的研究所生活增添了美麗的色彩與難忘的回憶，也祝福大家順利畢業、完成自己的夢想。最後，還要感謝協助我進行實驗研究的可愛學生們，感謝你們的熱情與好奇心，讓我順利完成研究；也要感謝教務處在課務安排上的協助，讓我總能及時趕上晚上的數位同步課程，還要感謝學校的同事們，在這兩年對我的鼓勵與支持，謝謝大家。蘇欣欣謹誌政治大學圖書資訊學數位學習在職專班 2014 年 7 月. i.

(3) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. ii. i n U. v.

(4) 摘要近幾年來隨著資訊與通訊科技的快速發展，教與學的模式已經產生了巨大的轉變，課程教材的設計也從單純的紙本教材，演變出結合文字、圖片、聲音與動畫的多媒體教材，然而多媒體教材中多元的多媒體元素，若沒有設計有效的注意力引導，容易引發學習者的注意力分散，並且不容易掌握學習重點。過去研究指出，注意力為影響學習成效的關鍵因素之一，如果教師在設計多媒體教材時能掌握容易引發學生注意力發散，以及需要花費較長視覺凝視時間的內容並予以提. 政治大成效。因此，如何引導學生在利用多媒體影音教材進行自主學習的持續注意力，立示，教導學生把握關鍵的線索與重點，就能改善學生的學習狀況，並提升其學習. ‧ 國. 學. 是一個非常值得探討的研究議題。. 本研究隨機將研究對象分派為採用教師主觀決定(實驗組一)、基於腦波儀與. ‧. 眼動儀客觀決定(實驗組二)、以及不採用注意力引導(控制組)的多媒體影音教材. sit. y. Nat. 進行自主學習的三組學習者，以了解三組學習者及三組不同性別學習者之持續注. al. n. 是否具有顯著的關聯。. er. io. 意力、學習成效與記憶保留是否具有顯著的差異，以及其持續注意力與學習成效. Ch. engchi. i n U. v. 研究結果顯示，在三組研究對象之學習者具有相同背景知識的前提下，兩組實驗組學習者之學習成效、記憶保留與持續注意力均明顯優於控制組學習者，但是實驗組一與實驗組二學習者之學習成效、記憶保留與持續注意力並無顯著差異；三組學習者之學習持續注意力與學習成效均具有顯著的正相關，並且實驗組二學習者的學習成效與持續注意力相關度高於其他兩組學習者。而女性學習者接受兩種不同注意力引導之多媒體影音教材進行學習之學習成效與記憶保留均優於男性學習者。. 關鍵字：注意力引導、學習成效、記憶保留、腦波儀、眼動儀. iii.

(5) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. iv. i n U. v.

(6) Abstract The rapid development of information and communication technologies in recent years has largely changed the teaching and learning model; and, the design of teaching materials has also evolved from purely paper-based materials into multimedia materials integrated with texts, pictures, sound, and animation. Nonetheless, without effective attention guiding, the diversified multimedia elements in multimedia materials would likely induce distraction of learners and not giving. 政治大 factor in learning effectiveness; 立 when a teacher could pay attention to the contents. priority to the key points of learning. The past research pointed out attention as a key. ‧ 國. 學. which could easily induce students’ distraction and require longer time for visual stare and design multimedia materials for hints to teach the students give priority to key. ‧. clues and points, students’ learning conditions would be improved and the learning. sit. y. Nat. effectiveness would be enhanced. For this reason, it is worth exploring how to guide. al. n. materials.. er. io. students retaining the attention in the autonomic learning by utilizing multimedia. Ch. engchi. i n U. v. The research participants are randomly divided into three groups of learners with the teacher subjectively deciding the multimedia materials (Experiment 1), objectively deciding the multimedia materials based on electroencephalography and eye trackers (Experiment 2), and not applying attention guiding multimedia materials (control group). It tends to understand the differences among the three groups of learners and the learners with different genders in continuous attention, learning effectiveness, and memory retention as well as the correlations between continuous attention and learning effectiveness. The research results show that, under the premise of the learners in the three. v.

(7) groups with the same background knowledge, the two experimental groups present superior learning effectiveness, memory retention, and continuous attention than the control group, Experiment 1 does not reveal remarkable differences in learning effectiveness, memory retention, and continuous attention from Experiment 2, continuous attention and learning effectiveness of the three groups appear notably positive correlations, and Experiment 2 shows higher correlations between learning effectiveness and continuous attention than the other two groups. On the other hand, female learners receiving two different attention guiding multimedia materials. 政治大. outperform male learners on learning effectiveness and memory retention.. 立. Key words: attention guidance, learning effectiveness,. memory. ‧ 國. 學. electroencephalography, eye tracker. ‧. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. vi. i n U. v. retention,.

(8) 目錄. 第一章緒論……………………………………………………………………1 第一節. 研究背景與動機………………………………………………………1. 第二節. 研究目的與問題………………………………………………………3. 第三節. 研究範圍與限制………………………………………………………4. 第四節. 研究貢獻………………………………………………………………4. 第五節. 政治大文獻探討………………………………………………………………7 立. 第二章. 名詞解釋………………………………………………………………5. 注意力引導……………………………………………………………7. 第二節. 注意力偵測系統……………………………………………………13. 第三節. 性別差異與學習成效………………………………………………18. ‧. ‧ 國. 學. 第一節. Nat. sit. y. 第三章研究方法……………………………………………………………23. 第二節. 研究方法……………………………………………………………24. 第三節. 研究設計……………………………………………………………25. 第四節. 研究工具……………………………………………………………35. 第五節. 研究步驟……………………………………………………………37. n. al. er. 研究架構……………………………………………………………23. io. 第一節. Ch. engchi. i n U. v. 第四章實驗結果分析 ………………………………………………………41 第一節. 實驗對象對於學習教材內容之先備知識分析……………………41. 第二節. 採用不具注意力引導及不同注意力引導多媒體影音教材進行學習對於學習成效的影響分析…………………………………………44. vii.

(9) 第三節. 採用不具注意力引導及不同注意力引導多媒體影音教材進行學習對於注意力的影響分析……………………………………………52. 第四節. 採用不具注意力引導及不同注意力引導多媒體影音教材進行學習之學習成效與持續注意力相關分析………………………………55. 第五節. 採用不具注意力引導及不同注意力引導多媒體影音教材進行學習對於延宕學習成效之影響分析……………………………………60. 第六節. 討論…………………………………………………………………63. 政治大研究結論……………………………………………………………67 立. 第五章結論與未來研究方向……………………………………………67 第一節. 教學上的建議………………………………………………………69. 第三節. 未來研究方向………………………………………………………70. ‧. ‧ 國. 學. 第二節. 參考文獻…………………………………………………………………………73. y. Nat. 附錄二. 本研究使用之教材簡報檔…………………………………………81. 附錄三. 本研究實驗組二使用注意力引導劃分興趣區之投影片…………83. 附錄四. 教材錄製口述腳本…………………………………………………85. 附錄五. 學習成效前後測評量試卷…………………………………………91. n. al. er. sit. 受試者家長同意書…………………………………………………79. io. 附錄一. Ch. engchi. viii. i n U. v.

(10) 表格目錄. 表 2-1. 與信號提示相關的研究…………………………………………………12 表 2-2. 近年眼球追蹤與學習之相關研究………………………………………14 表 2-3. 近年眼球追蹤輔助信號提示學習之相關研究…………………………15 表 2-4. 男性學習者與女性學習者潛在學習之優勢與劣勢……………………17 表 3-1. 研究對象基本資料………………………………………………………25 表 3-2. 各投影片注意力之平均數、標準差與變異係數分析結果……………30. 政治大. 表 3-3. 實驗組二需進行注意力引導投影片之總凝視時間與提示數量………31. 立. 表 3-4. 本研究使用教材之簡報檔設計…………………………………………33. ‧ 國. 學. 表 3-5. 本研究所使用注意力引導機制之差異比較……………………………34 表 4-1. 三組學習者對於學習教材內容之前測成績敘述統計結果……………41. ‧. 表 4-2. 三組學習者對於學習教材內容之前測成績單因子變異數分析結果…42. y. Nat. sit. 表 4-3. 三組男性學習者前測成績之敘述統計結果……………………………42. n. al. er. io. 表 4-4. 三組男性學習者前測成績之單因子變異數分析結果…………………42. i n U. v. 表 4-5. 三組女性學習者前測成績之敘述統計…………………………………43. Ch. engchi. 表 4-6. 三組女性學習者前測成績之單因子變異數分析結果…………………43 表 4-7. 三組學習者後測成績之敘述統計結果…………………………………44 表 4-8. 共變數分析結果摘要表（依變數: 後測成績）………………………45 表 4-9. 三組學習者後測成績之多重比較結果…………………………………46 表 4-10. 三組學習者前測／後測成績之成對樣本 t 檢定結果………………46 表 4-11. 三組男性學習者後測成績之敘述統計結果…………………………47 表 4-12. 共變數分析結果摘要表（依變數: 男生後測成績）………………48 表 4-13. 三組男性學習者前測／後測成績之成對樣本 t 檢定結果…………48. ix.

(11) 表 4-14. 三組女性學習者後測成績之敘述統計結果…………………………49 表 4-15. 共變數分析結果摘要表（依變數: 女生後測成績）………………50 表 4-16. 三組女性學習者後測成績之多重比較結果…………………………51 表 4-17. 三組女性前測／後測成績之成對樣本 t 檢定結果…………………51 表 4-18. 三組學習者學習持續注意力之敘述統計結果………………………52 表 4-19. 三組學習者學習持續注意力之單因子變異數分析結果……………52 表 4-20. 三組男性學習者學習持續注意力之敘述統計結果…………………53 表 4-21. 三組男性學習者學習持續注意力之變異數分析結果………………53. 治政大表 4-23. 三組女性學習者學習持續注意力之變異數分析結果………………54 立表 4-22. 三組女性學習者學習持續注意力之敘述統計結果…………………54. 表 4-24. 三組學習者組之學習成效與學習持續注意力相關分析……………56. ‧ 國. 學. 表 4-25. 三組學習者之學習持續注意力對學習成效之解釋變異量模式摘要…. ‧. …………………………………………………………………………57. y. Nat. 表 4-26. 三組學習者之學習持續注意力與學習成效迴歸分析結果…………57. er. io. sit. 表 4-27. 三組不同性別學習者之學習成效與學習持續注意力相關分析結果… …………………………………………………………………………59. al. n. v i n 三組學習者延宕後測成績之敘述統計結果…………………………60 Ch engchi U. 表 4-28.. 表 4-29. 三組學習者延宕後測成績之單因子變異數分析結果………………61 表 4-30. 三組男性學習者延宕後測成績之敘述統計結果……………………61 表 4-31. 三組男性學習者延宕後測成績之單因子變異數分析結果…………61 表 4-32. 三組女性學習者延宕後測成績之敘述統計結果……………………62 表 4-33. 三組女性學習者延宕後測成績之變異數分析結果…………………62 表 4-34. 三組學習者之學習成效差異檢定結果彙整 …………………………64 表 4-35. 三組學習者之記憶保留成效差異檢定結果彙整……………………64 表 4-36. 三組學習者之學習持續注意力差異檢定結果彙整…………………65. x.

(12) 圖片目錄. 圖 3-1. 研究架構圖……………………………………………………………24 圖 3-2. 本研究使用教材之簡報檔圖片（節錄）………………………………26 圖 3-3. 預試組使用眼動儀與腦波儀進行實驗…………………………………27 圖 3-4. 實驗組一之文字視覺注意力引導方式…………………………………28 圖 3-5. 實驗組一之圖片視覺注意力引導方式…………………………………28 圖 3-6. 實驗組二採用之投影片眼動興趣區劃分示例…………………………32. 政治大. 圖 3-7. 實驗組二採用之投影片重點提示引導示例……………………………32. 立. 圖 3-8. NeuroSky Mindwave Mobile 耳機…………………………………35. ‧ 國. 學. 圖 3-9. 腦波注意力偵測系統之注意力分析與顯示介面……………………36 圖 3-10. i-Seizer 60 眼動儀……………………………………………………37. ‧. 圖 3-11. 研究流程圖……………………………………………………………39. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. xi. i n U. v.

(13) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. xii. i n U. v.

(14) 第一章. 第一節. 緒論. 研究背景與動機. 人們在成長的過程中，常常被要求要「專心」、要「心無旁騖」，也就是要專注於某件事（或聚焦於即使是沒有興趣的事物），並且不分心去注意別的無關事物（或壓抑對其他有趣事物的好奇心）。日常生活中的所有活動，都需要以注意力來處理各項外在或內在的訊息，以避免受到不必要的干擾。而所謂「持續注意 (sustained attention)」，是要先「注意到」（看到、聽到、遇到）有興趣的事. 政治大. 物或訊息，並且要長時間專注去完成它，才可以稱為「持續注意」（柯華葳，2010；. 立. 徐慈妤、洪蘭、曾志朗、阮啟弘，2013）。在一般的情境下多使用「注意力. ‧ 國. 學. (attention)」這個名詞；但是在學習的情境中，因為要花較長的時間、更多的心力去「注意」並處理學習訊息，所以通常會使用「持續注意力」的說法。. ‧. 近幾年來隨著資訊與通訊科技(information and communication technology,. y. Nat. sit. ICT)的快速發展，教與學的模式已經產生了巨大的轉變。親子天下所做的「滑世. n. al. er. io. 代來了！」主題報導提到：「用不用新科技，對老師『教』的影響不大，但對學. i n U. v. 生『學』的影響可大了，有了科技的輔助，學習的質與量都會增加。」（親子天. Ch. engchi. 下，2013，p.197-198）。因此，許多教師與學生樂見教學科技進入學校、進入教室；課程的設計也從單純的紙本教材，演變出結合文字、圖片、聲音與動畫的多媒體教材以吸引學習者的注意力，進而協助學習者更有效率的達成學習目標與成效。特別的是目前隨著網路開放式課程的蓬勃發展，學生利用多媒體影音教材 (multimedia video lecture)進行自主學習的情境已很常見，並且許多研究已證明其對於學習的成效助有助益(Mayer & Moreno, 2002；Mayer, 2003；李金鈴， 2008；賴昭蓉，2013)。相對的，也有許多研究指出多媒體影音教材常常會因為過於豐富與多元的媒體呈現，讓學習者不知該對哪一項刺激做出反應，反而出現了注意力分散的效應 1.

(15) (split attention effect)，因而降低了學習成效（林容任，2006）。鄭昭明（2006）指出注意力對於學習具有非常重要的意義，沒有注意就沒有辨識、學習和記憶；也就是說，外來的訊息如果沒有被注意，就會很快的消失而遺忘。注意力與學習具有密切的關聯，人類的大腦為了有效率的處理訊息，以及避免大腦的負荷過重，注意力扮演了過濾不相關訊息進入認知歷程的重要角色，在減弱了不相關訊息的處理量下，才能專注於感興趣訊息，並進一步的進行認知處理，而達成學習的目標（林宜親、李冠慧、宋玟欣、柯華葳、曾志朗、洪蘭、阮啟弘，2011；徐慈妤，2013）。. 治政大素之一，因此如果教師能掌握學生學習時是否能持續注意力於學習內容，並於學立. Liu, Chiang 及 Chu (2013)的研究指出，注意力為影響學習成效的關鍵因. 生不夠專注時即時且適時地提醒學生注意，教導學生把握關鍵的線索與重點，就. ‧ 國. 學. 能改善學生的學習狀況，並提升其學業成就。因此，如何引導學生在利用多媒體. ‧. 影音教材(multimedia video lecture)進行自主學習的持續注意力，是一個非常. y. Nat. 值得探討的研究議題。. er. io. sit. 一般而言，注意力可以被區分為內隱的注意力（covert attention）及外顯的注意力（overt attention），內隱的注意力視注意力為一種內在的認知歷程，. al. n. v i n 其主要聚焦於大腦對於訊息的選擇與分配；而外顯的注意力係指當人們注意到了 Ch engchi U. 某些事物時，其視覺的焦點所注視的部份，據此眼動（eye movements）軌跡也扮演著重要的選擇與注意角色（襲充文，2007）。因此，本研究採用腦波儀，直接測量學生在進行多媒體影音教材學習時的持續注意力 (sustained attention)，以測量學生學習時的內隱專注力，再加上輔以眼動儀偵測學生在進行多媒體影音教材學習時眼球移動的軌跡與停留時間，以測量學生學習時的外顯專注力，藉由腦波儀與眼動儀兩者的互相輔助，以科學的方法檢測學生在進行多媒體影音教材學習時容易產生注意力分散，並且需要花費較長視覺凝視注意力之投影片學習片段進行注意力的引導設計，希望據此了解此一注意力引導設計，是. 2.

(16) 否有助於其增進自主進行多媒體影音教材學習時的持續注意力，進而提升其學習成效與記憶保留。綜合上述，本研究除了探討如何基於腦波儀及眼動儀偵測學習者容易產生注意力分散且需要花費較長視覺凝視注意力之學習段落，並進行注意力引導設計外，也探究此一注意力引導機制是否有助於提升持續注意力、學習成效與記憶保留。本研究之研究成果有助於教學者設計出更容易讓學習者專注進行學習的多媒體影音教材。. 第二節. 治. 政研究目的與問題. 立. 大. 基於上述研究背景與動機，本研究旨在同時透過腦波儀內隱的認知注意力與. ‧ 國. 學. 眼動儀外顯的視覺注意力評測，偵測學習者以多媒體影音課程進行學習時容易引發注意力發散，並且需要花費較長視覺凝視注意力的學習段落，並據此設計學習. ‧. 注意力引導機制，希望提升學習者以多媒體影音教材進行學習時的學習專注力與. y. Nat. n. al. er. io. sit. 學習成效。基於上述研究目的，本研究欲探討的研究問題如下：. i n U. v. 一、結合腦波儀與眼動儀，偵測學習者以多媒體影音教材進行自主學習時的學習. Ch. engchi. 歷程，是否能夠依據腦波儀所偵測之內隱認知專注力的集中或發散，以及眼動儀所偵測之外顯眼動視覺注意力，精確掌握該教材容易引發學習者注意力發散且需要花費較長視覺凝視注意力之重要段落？並據此設計有效的視覺注意力引導機制？二、在自主學習情境下，採用不具注意力引導（控制組）、教師提供的注意力引導（實驗組一），以及依據腦波儀與眼動儀偵測容易引發注意力發散，並且需要花費較多視覺凝視時間之投影片段落後，教師再依此客觀提供注意力引導（實驗組二）之多媒體影音教材進行學習，此三組之學習成效是否具有顯著的差異？ 3.

(17) 三、在自主學習情境下，此三組之學習持續注意力是否具有顯著的差異？四、在自主學習情境下，此三組之學習持續注意力與學習成效是否具有顯著的關聯？五、在自主學習情境下，此三組之學習記憶保留是否具有顯著的差異？六、在自主學習情境下，此三組之男性學習者與女性學習者之學習成效、持續注意力及學習記憶保留是否具有顯著的差異？. 第三節. 研究範圍與限制. 政治大. 一、研究對象的範圍與限制：本研究以臺北市立誠正國民中學八年級學生為研究. 立. 對象，研究結果能否類推至其他年級或年齡族群，不宜作過度的推論。. ‧ 國. 學. 二、研究學科的範圍與限制：本研究以社會領域─地理學科為教學科目，研究結果能否類推至其他科目，不宜作過度的推論。. ‧. 三、多媒體教材內容與限制：本研究採用的多媒體影音教材僅以包括文字、靜態. y. Nat. sit. 圖片與教學者的口頭講解內容錄製而成，其他包含諸如影片、動畫、手寫字. n. al. er. io. 或字幕等多媒體元素之多媒體影音教材，不在本研究的探討範圍之內。. 第四節. 研究貢獻. Ch. engchi. i n U. v. 一、本研究藉由腦波儀與眼動儀等科學儀器的輔助，在同時考量外顯（眼動）與內隱（腦波）的注意力歷程，診斷學習者以多媒體影音教材進行自主學習時容易產生注意力發散，並且需要花費較長視覺凝視注意力的學習段落，並據此適時提供注意力引導，以提升學習者的持續注意力，進而提升學習成效與記憶保留。相較於教師主觀決定所提供的注意力引導，本研究採用的方法可以更精確的掌握學習過程中容易引發專注力發散，並且需要花費較長視覺凝視注意力的學習段落，並據此更恰當的決定需要設計注意力引導的學習段落，進而提升學習之持續注意力與學習成效。 4.

(18) 二、本研究以客觀的科學儀器輔助，標示出學習者學習時容易產生注意力發散，並且需要花費較長視覺凝視注意力的段落，以此提供教師參考，再比較主觀（教師決定）與客觀（科學儀器輔助測得後再加上教師決定）的差異，使教師更加了解學習者注意力與學習的特點。故本研究的研究成果有助教師於多媒體影音教材設計時，能更有效把握重要段落的提示設計要點，以設計出更能符合學習者進行自主學習的多媒體影音教材。. 第五節. 名詞解釋. 政治大 1890 年 William James 立提出對注意力的定義為：「注意力是對心的支配，以. 一、持續注意力. ‧ 國. 學. 明確且清楚的形式呈現，在幾個同時出現的物件中，或是一連串的想法思緒中，捨棄其他而獨鍾其一；它的本質是集中、專心與意識。」注意力有助於在達成目. ‧. 標的過程中，不會因為外在大量的刺激與訊息而分心，使人們能夠更有效的規劃. sit. y. Nat. 行動、進行思考與溝通（Roda, 2011），以適應繁複的日常生活活動。而在學習. al. er. io. 的情境下，更需要持續集中心力於某一特定的學習刺激與訊息上，故本研究中所. v. n. 稱的持續注意力(sustained attention)係指學習者於學習過程中能夠一段時間. Ch. engchi. 專心的投注於某一學習活動的程度。. i n U. 二、多媒體影音教材本研究中所指多媒體影音教材，為使用 PowerCam 錄製教師講解投影片內容之影音課程，其多媒體元素包括文字、靜態圖片與教學者的口頭講解內容。教學內容來源為學校社會領域自編補充教材，教材原為投影片（PowerPoint）檔案，以提供教師於課堂上教學使用；但為了確保不同實驗組別受試者所聽到的課程內容均相同，故本研究以寫下教師上課口述腳本，以 PowerCam 錄製成影音教材方式製作實驗所需的多媒體影音教材後，再放置於數位學習平台上供學習者播放進行自主學習。 5.

(19) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 6. i n U. v.

(20) 第二章. 第一節. 文獻探討. 注意力引導. 一、注意力的定義與分類注意力是一個很抽象的概念，但卻是大家都可以認知到的狀態；1890 年 William James 提出注意力的定義為：「注意力是對心的支配，以明確且清楚的形式呈現，在幾個同時出現的物件中，或是一連串的想法思緒中，捨棄其他而獨. 政治大扮演重要的角色，它使我們能夠有效的行動、思考與溝通，並在我們達成目標的立. 鍾其一；它的本質是集中、專心與意識。」注意力同時也在工作表現與互動方面. ‧ 國. 學. 過程中，不會因外在大量的刺激與訊息而使我們分心（Roda, 2011）。所以我們日常的活動、工作與學習過程中，都是利用注意力來處理各項外在或內在的訊. ‧. 息，以避免受到不必要的事物干擾。. sit. y. Nat. 所以注意力是大腦必須具備的機制，是一種歷程的選擇，因為它能夠為有限. al. er. io. 的大腦容量，做同步的訊息處理，使得大腦系統不至於癱瘓當機。1987 年索爾. v. n. 柏格（Sohlberg）和馬提爾（Mateer）依臨床經驗將注意力分為五個向度（林鋐宇、周台傑，2010）：. Ch. engchi. i n U. （一）集中性注意力（focused attention）：指個體可以直接對特殊感覺刺激產生反應，或將注意力投注在某特定目標的能力。（二）持續性注意力（sustained attention）：指個體在連續與重複的活動中，將注意力持續投注在特定目標的能力。持續性注意力為本研究探討的主題，本研究以腦波儀偵測注意力的持續與發散程度，據此了解容易引發學習者較低學習注意力的段落所在。（三）選擇性注意力（selective attention）：指個體面對干擾物或其他刺激，仍能篩選出特定目標或維持行為的能力。. 7.

(21) （四）交替性／轉移性注意力（alternating / shifting attention）：指個體可以轉換其注意焦點，並在不同認知需求的任務間移動心智的彈性能力；換句話說，就是能在同一時間一心多用的能力。（五）分配性／分散性注意力（divided attention）：指個體能將注意力在多個目標上自由轉移或產生適當反應的能力。. 二、注意力與學習的關係鄭昭明（2006）指出注意力是完成有效學習的最基本層次：「沒有注意就沒有辨識、學習和記憶。」也就是外來的訊息如果沒有被注意，就無法被處理或被. 政治大時，人們才會對訊息進行處理，並進入理解記憶的層次，也才能在學習後出現成立記住，因此很快就會被遺忘。惟有注意到訊息的存在，以及注意到訊息的重要性. ‧ 國. 學. 效。換句話說，在學習的過程中，注意力是影響學習成效的主要因素之一。所以從學習的觀點來看，如果學生能覺知到自己是否專注並給予自己提醒，或是在課. ‧. 堂上教師能察覺學生上課的專注程度，並即時予以提示，或是引導學生的注意. y. sit er. io. 2013）。. Nat. 力，把握關鍵的學習重點，就能改善學生的學習狀況與學習成效（Liu et al.,. n. al 三、專注力引導的方式與效益 Ch. engchi. i n U. v. 近幾年來隨著數位學習的蓬勃發展，多媒體影音教材已成為學生進行自主學習時的主要教材來源（Yang, Chang, Chien, Chien, & Tseng,2013；Mayer, 2009) 在多媒體學習認知理論(cognitive theory of multimedia learning, CTML)中提出，若教材能同時擁有語文和圖像的兩種表徵，會更有利於學習的記憶和提取。多媒體影音教材通常同時包含文字、圖片、語音講解、教學者影像等多媒體元素，甚至有些多媒體影音教材還包括字幕與動畫等多媒體元素。許多研究指出，多媒體影音教材中雖然同時包含文字、圖片等有助於提升學習成效的元素，然而在進行多媒體影音教材學習時，學習者要在很短的時間內，從圖片或文字中獲取有效的視覺元素進行學習是有困難的（Jamet, Gavota, & Quaireau, 2008）。 8.

(22) 特別的是在學習過程中，無關的訊息會影響學習的注意力，以至於無法達成學習目標（Mayer, 2009）。此外，過於豐富與多元的媒體呈現，也容易讓學習者不知道應該對哪一個多媒體元素引發的刺激做出反應與處理，太多強調的重點、提示不夠明顯、重點出現的地方不恰當等，也可能增加學習負擔，反而造成注意力分散的效應(split-attention effect)，因而影響學習的成效（林容任，2006；李立彬、曾世綺，2010）。 Mayer 在多媒體學習的認知理論中提到，學習者從事選擇、組織與整合三項基本認知歷程時，有意義的學習就會發生：其中選擇（selecting）的意義是指. 治政大學習者能建立連貫的架構；而整合（integrating）則是學習者能將所學與自己立學習者能注意到所使用的教材中有意義或相關的訊息；組織（organizing）是指. 現有的知識建立連結(Mautone & Mayer, 2001）。而藉由在現有的學習訊息中，. ‧ 國. 學. 加入協助學習者知道如何處理教材中學習元素的引導線索（cues）方式來啟動這. ‧. 三項認知歷程，是一可行且有效的方法(Mayer, 2009；De Koning,Tabbers,Rikers,. y. Nat. & Paas, 2010)。Meyer (1975) 提到信號提示（signaling）即是透過加入額外. er. io. sit. 的非內文文字（noncontent words）方式，使得段落敘述的語義結構和內容更加明確；也就是說，信號提示可用來引導學習者的認知歷程，但並非增加任何新的. al. n. v i n 訊息，並且信號提示的作用如果適當，降低學習者對不需要的視覺搜索，則學習 Ch engchi U. 者的認知學習會是主動而有效的（Ozcelik, Arslan-Ari, & Cagiltay, 2010； Mautone & Mayer, 2001）。學習知識建構的觀點強調學習者在利用多媒體教材進行學習的過程中需要嘗試建構認知表現，為了協助學習者更有效率建構知識，教學者的工作應不只是呈現重要訊息，還應考量設計引導訊息。如果學習者在進行學習時缺乏執行正確認知歷程時的有效引導，很可能會陷於無關的認知歷程。而解決這個問題的方法就是設計指引線索來引導學生學習時的注意力，也就是考量信號提示（signaling）的設計。Mayer (2009)指出，信號提示能夠協助引導學習者注意力的焦點以及協助學習者組織重要學習訊息，有助於降低學習歷程中無關部分的 9.

(23) 心智負荷(mental effort)，促使學習者進行更有效率的學習。信號提示的關鍵是不加入新的訊息，而是在原始教材中將重要部分標出，因此並不會影響學習；然而，如果設計了多餘的引導線索，反而加重學習者負擔，進而影響學習。 Lorch, Lorch,與 Klusewitz（1995）的研究指出，教學者在教材設計中給予學習者提示的方法很多，可以是字體印刷上的線索，例如劃底線（underlining）、大寫字母（capitalization）、斜體字（italics）、粗體字（bold-face），或者使用不同顏色字體（color variations），並且這些線索可以用於介紹專有名詞、引導注意力到主要概念等（Ozcelik et al., 2010）。此. 治政大、箭頭（arrows）、語言學順序（如：第一、第二）、連接詞（如：結果、因為）立. 外，Mautone 與 Mayer (2001)的研究指出：題目（titles）、標題（headings）、. 的線索（如較低的聲調）、句子結構的線索（如：這問題是…、這應該注意的是…）、. ‧ 國. 學. 總結（summaries）、簡介（previews）、大綱（outlines）等也是可用來引導學. ‧. 習者的設計。當教學以書面文字、口語文字，以及動畫與口語描述結合等信號提. y. Nat. 示的方式呈現時，有助於改善學習成效（Mautone ＆ Mayer, 2001）。. er. io. sit. 而在多媒體影音教材中，不只可使用言語的提示，也可採用諸如列出主要步驟的綱要（outline）、每個步驟的標題（headings）、以口頭強調關鍵字（vocal. al. n. v i n emphasis）與使用提示字（pointer C h words）等方式來引導學習者的注意力。此 engchi U 外，也可以使用包括箭頭（arrows）、特殊的顏色（distinctive colors）、閃爍. （flashing）、指示的手勢（pointing gestures）或是灰階淡去不重要的內容（ graying out of nonessential areas ）等圖形指示的視覺信號（ visual signals）提醒方法（Mayer, 2009）。而近年來許多研究指出：信號提示增進了多媒體教材的學習效果，也成功的改善了學生對課程的理解。如 Mautone 與 Mayer (2001)的研究設計讓學習者學習飛機如何起飛的課程，並以印刷字體（如標題等）以及口語的提示（如加重語調等）方式設計教材，結果顯示學習者在記憶測驗與遷移測驗的成績都優於未給予任何提示的控制組。De Koning、Tabbers、Rikers 與 Paas（2007）以複雜的 10.

(24) 動畫讓學習者學習人類的心血管系統如何運作的研究，將受試者分為控制組（未給予任何提示）與動畫提示組（spotlight-effect，聚光燈效應：只顯示動畫中重要的部分，將不需要訊息變模糊或變暗），結果顯示有信號提示的組別，其理解測驗和遷移測驗的成績明顯優於未提示之組別。 Boucheix 與 Lowe（2010）以觀看動畫來了解鋼琴機械裝置運作的情形，並將受試者分為控制組（未給予任何提示）、予以動態箭頭提示（dynamic arrows）、以及予以連續的顏色擴展提示（continuous spreading-colour cues）三組，以了解信號提示是否能夠提升學習成效。研究結果顯示接受顏色提示的受試者，在. 治政大以眼動儀來探究學習導引的效果，研究以口語說明扇渦輪（turbofan）飛機引擎立. 理解測驗中得分最高。此外，Ozcelik、Arslan-Ari 與 Cagiltay（2010）的研究. 如何運作的專有名詞時，以紅色字體顯示該專有名詞（控制組則無，僅口語說. ‧ 國. 學. 明），並於提示過後回復原來的顏色（黑色）方式進行學習引導。研究結果顯示. ‧. 予以提示的組別在測驗的得分上顯著高於無提示的組別，證明學習注意力引導有. y. Nat. 助於提升學習成效。. er. io. sit. Jamet, Gavota 與 Quaireau (2008) 指出注意力引導可用來增進圖像訊息選擇的正確性，該研究以改變顏色或步驟呈現輔以口語說明的引導方式來增進學習. al. n. v i n 者的學習成效，結果顯示信號的指引在記憶學習的測驗是有效的；簡郁芩與吳昭 Ch engchi U. 容 (2012) 也以實驗中箭頭提示的有無，探討讀者在科學圖文整合認知的歷程中，是否會因此得到較佳的圖像表徵，而對閱讀與學習產生助益。結果顯示有箭頭引導提醒的組別在序列題與統整題的答題正確率均顯著高於無箭頭引導提示的組別，研究結果支持箭頭提示的正向功能性。除了在文本內容上做重點提示引導之外， Jarodzka, van Gog, Dorr, Scheiter 與 Gerjets 等人 (2013) 提出「眼動模擬範例」（EMME, Eye Movement Modeling Examples），以專家的眼動模式，來偵測引導學習者的注意力，並嘗試改善學習者在知覺任務（perceptual task）中的表現。結果顯示 EMME 有助於降低學習者在學習過程中的工作記憶負荷，因而增進學習成效，也會促使學習者表 11.

(25) 現出更有效率的搜尋行為，並且對學習內容有更佳的理解表現，也會改善視覺搜尋與確認相關訊息的能力，進而達到針對學習內容的組織與統整。有關信號提示的相關研究整理，如表 2-1：表 2-1. 作者. 與信號提示相關的研究. 內容. 提示方式. 實驗結果. 記憶測驗與遷移測印刷字體與口頭驗實驗組優於控制提示組. Mautone & Mayer (2001). 學習飛機如何起飛. De Koning, Tabbers, & Paas (2007). 學習人類心血管系統運作. Boucheix & Lowe (2010). 學習鋼琴機械裝置接受顏色提示組在連續顏色擴展提運作的情形理解測驗得分最高示. 立. 聚光燈效應. 政治大動態箭頭提示、. ‧ 國. 學. 說明扇渦輪飛機引擎如何運作. 字體顏色顯示專提示組別的測驗得有名詞分顯著高於控制組. ‧. er. io. al. v 專家眼動引導有助 i n Ch i U e n g以專家眼動模式於降低學習者工作 h c 觀看魚兒游水動作來偵測引導學習 n. Jarodzka, van Gog, Dorr, Scheiter, & Gerjets (2013). 有箭頭提醒組別在序列題與統整題答題正確率高於無提醒組別. y. Nat. 圖示箭頭在科學圖簡郁岑與吳昭容文閱讀認知歷程與箭頭引導提醒 (2012) 閱讀效益之影響. sit. Ozcelik, Arslan-Ari, & Cagiltay (2010). 理解測驗和遷移測驗實驗組優於控制組. 者注意力. 記憶負荷，增進學習成效. 綜合以上所述，雖然注意力引導的方法很多，但過去研究顯示以明顯的指示或顏色標示的注意力引導方法，在提升記憶與理解上都能獲致不錯的效果。故本研究擬以顏色標示教學投影片文本中的關鍵字詞方式，進行經眼動分析容易被忽略重要文本內容的注意力引導；但是如果注意力低落位置經眼動分析發現係落在圖片上，則擬以箭頭的引導方式進行注意力引導，據此希望於學習者以多媒體影音教材進行自主學習過程中，引導學習者作更有效的學習。 12.

(26) 第二節. 注意力偵測系統. 隨著近幾年來腦波偵測與眼動追蹤技術的發展愈來愈趨成熟，人們對於腦功能與視知覺的概念有了更進一步的認識與了解，對於學習的認知歷程理解也有了更客觀的數據與解釋方法。以下就如何基於眼動及腦波對注意力進行引導進行相關的文獻探討。. 一、眼動與注意力在注意力的研究中發現，注意力的轉移總是隨著眼睛而移動；當我們的眼睛注意到了某物後，大腦會接獲訊息，並啟動我們的注意力。此外，大腦對於外在. 政治大. 事物的認知，亦需依賴眼睛的移動去覺知。眼睛在看事物的時候，並不是平滑的. 立. 移動，或是逐一的凝視（ fixation ），而是不斷地短暫凝視與快速地跳視. ‧ 國. 學. （saccade），眼球運動如此頻繁地轉換著，才能夠接收到完整的訊息（韓承靜，蔡介立，2008）。而眼球凝視位置（landing position or fixation position）. ‧. 和停留時間的長短（fixation duration），可以反映出我們大腦的認知系統對接. y. Nat. sit. 收訊息的選擇，以及需要處理該訊息的時間（賴孟龍，2009）。. n. al. er. io. 眼球追蹤自 1879 年 Javel 等人開啟研究先鋒後，目前已經被廣泛的應用在. i n U. v. 心理學、神經科學、電腦科學、廣告行銷等領域，眼球追蹤技術非常有助於對於. Ch. engchi. 人們視覺即時認知歷程的瞭解，也有助於注意力的研究（陳學志、賴惠德、邱發忠，2010）；Mayer(2010)指出眼球追蹤對於多媒體學習的提升是有助益的。一般來說，眼睛注視的位置反映了注意力的狀況，而眼睛注視的時間則反映了學習歷程的困難度與注意力的數量，也就是說，訊息被注視得愈久，所要處理的內容層次越深也越複雜（Tsai, Hou, Lai, Liu, & Yang, 2012）。故本研究擬以凝視興趣區時間的長短，來做為信號引導的依據。近幾年來科技發展迅速，眼球追蹤應用除了上述場域之外，目前亦被廣泛應用於多媒體學習的成效研究，歸納如表 2-2 所示：. 13.

(27) 表 2-2. 年代. 近年眼球追蹤與學習之相關研究. 作者. 媒體形式. 眼睛凝視測量. 主要成就評量理解測驗. 2013. Boucheix et al.,. 動畫. 興趣區總凝視時間. 2013. Jarodzka et al.,. 影片. 注視相關區的時間. 2013. Yang et al.,. 2011. Lowe and Boucheix. 2010. Boucheix and Lowe. 2010. Canham and Hegarty. 地圖. 注視相關區的時間. 風向的正確率. 2010. De Koning et al.,. 動畫. 注視相關區的時間. 理解與遷移測驗. 2010. Jarodzka et al.,. 影片. 注視相關區的時間. 2010. Meyer, Rasch, & Schnotz. 動畫. 注視相關區的時間. PPT 課程. n. Ozcelik et al.,. 2010. Schmidt-Weigand, Kohert, & Glowalla. 記憶測驗. 注視密度注視相關區的時間. 實作測驗. 政動畫治注視相關區的大時間. 理解測驗. 描述動作的. y. 正確率. sit. 動畫. er. io. 2010. 平均注視時間. ‧. Nat. al. 分類測驗. 學. ‧ 國. 立. 操作測驗. v i n C h Flash i U e n g c h總凝視時間影片. 凝視次數. 動畫與. 注視相關區的時間. 文字. 理解測驗. 先備知識測驗、記憶測驗、遷移測驗、配對測驗理解、遷移、視覺記憶測驗. （參考整理自 Mayer, 2010）. 而上述研究中，與注意力引導或信號提示相關的研究有：動態信號協助訊息的選取與理解(Boucheix et al., 2013）；藉由專家的眼動引導學生注意力並促進學習(Jarodzka et al., 2013)；給予複雜的動畫提示，了解注意力的方向是否增進學習進程(Lowe & Boucheix, 2011)；在複雜的動畫中加入外在的提示線 14.

(28) 索與內部連續性的線索(Boucheix & Lowe, 2010)；學習複雜動畫的注意力引導 (De Koning et al., 2010)，以及信號提醒增進多媒體學習成效(Ozcelik et al., 2010)等，上述研究均經由成就測驗的評量，顯示出有信號提示的組別在學習成就的評量上顯著優於控制組（未給予任何提示）。近年眼球追蹤輔助信號提示學習的研究，如表 2-3：表 2-3.. 近年眼球追蹤輔助信號提示學習之相關研究研究內容. 信號引導. Boucheix, Lowe, Putri, & Groff (2013). 學習鋼琴機械裝置運作的情形. 動態信號協助訊息的選取和理解. 理解測驗操作測驗. Jarodzka, van Gog, Dorr, Scheiter, & Gerjets (2013). 觀看魚兒游水動作. 藉由專家眼動引導學生注意力. 分類測驗. Lowe and Boucheix (2011). 學習鋼琴機械裝置運作的情形. 了解注意力方向是否增進學習進程. 操作測驗. Boucheix and Lowe (2010). 學習鋼琴機械裝置運作的情形. 外在提示性與內部連續性線索. 理解測驗. 立. 政治大. y. sit. er. io. 學習人類心血管系統運作. 複雜動畫的注意力引導. 理解與遷移測驗. 說明扇渦輪 (turbofan)飛機引擎如何運作. 信號提醒增進多媒體學習成效. 先備知識、記憶、遷移、配對測驗. al. n. Ozcelik, Anslan-Ari, & Cagiltay (2010). ‧. Nat. De Koning, Tabbers, Rikers, & Paas (2010). 成就評量. 學. ‧ 國. 作者. Ch. engchi U. v ni. 本研究篩選出注意力容易發散的課程段落後，再輔以眼動儀的觀察，客觀呈現出學習者學習困難，以及容易忽略但重要的段落部分，並設計適當的信號提示；在受試者完成具注意力提示教材學習後，以測驗評量學習者的學習成就，並於兩個星期後再做延宕評量測驗，以了解學習者的學習保留狀態。. 15.

(29) 二、腦波與注意力腦波和人類的意識活動有關係，因此許多研究者都希望藉由腦波和大腦意識的相對應關係，來推測大腦的狀態。以往腦波的研究主要應用在醫療方面，例如針對阿茲海默症患者，長期記錄其睡眠時的腦波，以了解其和一般人的腦波有何不同，以據此進一步研究其病理與病因 (Liu et al., 2013)。而近幾年有關腦波的研究也愈來愈受到重視，特別是透過腦波儀監測人類大腦的心智運作狀態，有助於透過腦波了解學習的認知歷程。人類研究腦波的歷史可追溯到 1929 年，當時德國生理學家漢斯‧伯格（Hans. 政治大波記錄。人類的大腦由許多神經細胞組成，當大腦運作時，神經細胞就會不斷的立 Berger）首次記錄並測量了人腦中微小的放電過程，發表了人類史上第一次的腦. ‧ 國. 學. 放電，而科學家也據此測得微弱的電波或磁波變化，此即為腦波測量的原理。此法可量測到人類大腦在不同狀態下的腦神經細胞的電位活動變化，因為以波型圖. ‧. 像呈現，又稱為「腦電波圖」（electroencephalogram, EEG）（周恩存，2012）。. sit. y. Nat. 腦電圖儀與臨床生理學會國際聯盟 (International Federation of. al. er. io. Societies for Electroencephalography and Clinical Neurophysiology)將腦. v. n. 波依其頻率分為四大類：α 波、β 波、θ 波及 δ 波，略述於下：. Ch. engchi. i n U. （一）α 波：是意識與潛意識的橋樑。在此狀態下，腦的活動十分活潑，身心能量耗費最少，相對地腦部所獲得的能量較高，運作就會更加順暢。（二）β 波：是人清醒時大部份的腦波狀態。適量的 β 波，對注意力的提升有著關鍵性的助益，是邏輯思考、計算、推理時所需要的波。（三）θ 波：此波對於觸發深層記憶、強化長期記憶等幫助極大；存有記憶、知覺和情緒，會影響態度、期望、信念、行為；是創造力與靈感的來源。. 16.

(30) （四）δ 波：人的睡眠品質好壞與 δ 波有非常直接的關聯；是恢復體力的睡眠時所需要的；亦是直覺性與第六感的來源。而本研究使用 NeuroSky（神念科技）所開發的 MindWave Mobile 耳機，以計算出之 eSense 參數值來表示受試者的持續注意力狀況。eSense 參數值是以 1 到 100 的數值來說明受試者的專注程度，如數值介於 60～100 則屬於高專注力範圍，表示受試者處於非常專注的狀態；若介於 40～60 則屬於一般範圍，為此 eSense 指數的基線；若介於 0～40 則表示注意力處於低落的狀態（NeuroSky, 2012）。. 治政大片，並搭配眼動儀掌握此一投影片內容中具有理解困難及容易忽略之重要段落內立. 本研究將利用腦波儀篩選出受試學生學習時注意力低落且容易發散的投影. 容，以作為教材設計者設計注意力引導信號的參考依據。. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 17. i n U. v.

(31) 第三節. 性別差異與學習成效. 近年來，大部分的國際評量研究同意「女性優於語文閱讀，而男性優於數理」的說法。在 2006 年促進國際閱讀素養研究（Progress in International Reading Literacy Study, PIRLS）中指出，四年級的女學生較男學生具有較佳的閱讀成就；且根據 2006 年國際學生能力評量計畫（Program for International Student Assessment, PISA）觀察到十五歲女學生的閱讀成效優於男學生，顯示不論年齡長幼，女性學習者在閱讀方面的成就較男性學習者佳。有研究指出這是因為女性於閱讀方面較佔優勢的原因是因為女性閱讀量較多，也較男性喜歡閱讀. 政治大在數學的學習方面，2007 立年的國際數學與科學教育成就趨勢調查（Trends in. (European Commission, 2010)。. ‧ 國. 學. International Mathematics and Science Study, TIMSS）中指出，在四年級與八年級的數學學習無明顯性別上的差異；而 PISA 在歐洲半數左右的國家的評量. ‧. 結果，是男性學習者在平均的數學成就上表現較佳。而在科學的學習方面，與前. sit. y. Nat. 二項閱讀和數學成就比較起來，不論在 TIMSS 或是 PISA 的研究中，科學學習的. al. er. io. 性別差異是最小的，最主要的差異是在：男性學習者在地球科學、物理、化學學. v. n. 科表現較佳，而女性學習者則於生命科學與環境教育學科表現較優(European Commission, 2010)。. Ch. engchi. i n U. Chen, Chen, Chang, Lee, 與 Chen (2010)以 6 到 17 歲的學生施行 11 項心理測驗－受試者包括 16,322 名男性與 15,412 名女性，以了解臺灣性別現況 (gender reality)的發展趨勢。該研究將受試者分為四個年齡等級：6-8 歲（小學低中年級）、9-11 歲（小學中高年級）、12-14 歲（國中階段）、以及 15-17 歲（高中階段）。表 2-4 為男性與女性學習者之潛在學習優勢與劣勢。. 18.

(32) 表 2-4. 男性學習者與女性學習者潛在學習之優勢與劣勢年齡階段. 不同性別學習者之潛在學習能力 1. 男性在許多基本認知向度上優於女性。 2. 女性在訊息處理速度上優於男性。. 6-8 歲. 3. 男性在一般學習能力、語文概念形成、單字意義、語言推理、一般訊息╱視覺空間與知覺推理、數字廣度短期記憶、以及幾何幾題均優於女性。 4. 情感層面：男性較多違規行為；女性則傾向負面情緒，如沮喪與焦慮。 1. 在學校學習後，男性普遍在幼年時具有之優勢消失；在幾何解題與一般知識能力雖仍表現較佳，但語文優勢不再。. 政治大 2. 女性開始在許多認知向度上超越男性，如一般學習能力、非語立文推理、工作記憶與處理速度等。. ‧ 國. 學. 9-11 歲. ‧. 3. 情感層面：女性出現稍強烈之沮喪層次、具較有組織與情感導向之風格；男性則較具想像力、彈性、以及思考導向之風格，但也出現更多違規行為。. sit. y. Nat. 4. 性別的興趣不同：男性較偏愛機械與科學活動，女性則傾向社交行為，以及對文學、藝術、文書、與計算活動出現較高興趣。. n. al. er. io. 1. 在興趣、學習風格與個性上有明顯性別差異，認知模式於此階段出現分歧。 12-14 歲. Ch. i n U. v. 2. 女性在語文推理、社會事件理解、文法與文字辨正上勝過男性，而男性在工作記憶與非語文能力（如圖像概念、非語文、機械、數字推理）上優於女性。. engchi. 1. 情感層面：性別差異如同前階段，但女性之負面情緒明顯於這個年齡層增加其重要性。 15-17 歲. 2. 男性抽象、機械、數字與語文推理、空間心像旋轉優於女性；男性對有意義的刺激（如圖表、數字、字母等）開始出現較快的處理速度。 3. 工作記憶不再是男性的優勢，女性在刺激物的處理速度較佳，但早期的語文表現優勢似乎在消退中。 (表格整理自 Chen et al., 2010). 19.

(33) 年齡在認知能力的發展上扮演重要的角色，相較於女性，6-8 歲男性在語文、非語文與工作記憶向度具有優勢；9-11 歲女性不只在語文能力迎頭趕上男性，在非語文能力與工作記憶的大部分向度均超前男性學習者。小學階段時，原有的男性優勢轉換成女性有利條件，原因有可能是女性在生理上的成熟與學校教育所造成的：直到 15 歲，女性的成長速度明顯快於男性；而女性有較佳的學習態度來處理學校課業、具較佳的自我規範、以及在大部分的學科得到較高的分數。青春期時，典型的女性語文優勢與男性非語文優勢變得更明顯，雖然男性在工作記憶還有佔有優勢，一直要等到 15-17 歲時，男性非語文優勢才會較顯著. 治政大其執行速度優於男性學習者，而處理速度又涉及了手眼協調、動作速度、視覺搜立. (Chen et al., 2010)。女性學習者在包含數字、字母、以及快速命名的任務，. 尋速度、視覺短期記憶、學習能力、以及持續力與專注力(Roivainen, 2011)；. ‧ 國. 學. 女性學習者較男性學習者更強烈受到眼睛凝視引導的影響 (Bayliss, di. ‧. Pellegrino, & Tipper, 2005; Alwall, Johansson, & Hansen, 2010)。. y. Nat. 心理學家發現女性在校成績較佳，是因為其學習動機高於男性學習者，且女. er. io. sit. 性學習者更在意學習的成績，是否能夠讓家長或老師覺得滿意；而男性的學習動機則是在於學科本身是否吸引人。因此，在學校的成績表現，往往是女性學習者. al. n. v i n 高於男性學習者(Pomerantz, C Altermatt, & Saxon, 2002)。然而，女性學習者 hengchi U 的成績優於男性學習者，但女性的自尊卻相對較低，原因是因為女性對推理較不. 在行，傾向使用組織過的但較不具彈性的方法解決問題；除此之外，女性較易沮喪與焦慮，她們比較屬於人群導向（people-oriented），並且較注意情感層面，女性也較沒有自信、較易從別人的眼光去檢視與評斷自己。當面對壓力時，女性傾向尋求社交協助，但男性會以直接的作為或規避的方式來解決問題 (Eschenbeck, Kohlmann, & Lohaus, 2007)。綜合上列所述，了解男性學習者與女性學習者的學習優劣勢與潛在能力，可知性別差異亦是影響學生學習的重要因素之一，因此本研究探討在自主學習情境下，採用採用注意力引導的方式進行多媒體影音教材學習，其男性學習者與女性 20.

(34) 學習者之學習成效、持續注意力及學習記憶保留的學習表現，據此可以了解性別在學習成效與持續注意力方面的差異，以作為改善教學之參考。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 21. i n U. v.

(35) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 22. i n U. v.

(36) 第三章. 第一節. 研究方法. 研究架構. 本研究旨在探討學習者在多媒體影音教材進行自主學習下，透過適當的注意力引導是否有助於提升學習成效。據此，本研究將參與實驗的受試者隨機分派為採用教師主觀提供注意力引導之多媒體影音教材進行學習的實驗組一、採用依據腦波儀與眼動儀偵測容易引發注意力發散，並且需要花費較多視覺凝視時間之投影片段落後，教師再依此客觀提供注意力引導之多媒體影音教材進行學習的實驗. 政治大. 組二，以及採用不具注意力引導多媒體影音教材進行學習的控制組，以了解三組. 立. 受試者之持續注意力、學習成效與記憶保留是否具有顯著的差異；持續注意力與. ‧ 國. 學. 學習成效是否具有顯著的關聯；男性學習者與女性學習者之持續注意力、學習成效與記憶保留是否具有顯著的差異。. ‧. 更進一步說明，實驗組一係教師依據課程段落難易程度，以主觀方式設計視. y. Nat. sit. 覺注意力引導機制於容易引發專注力發散學習段落；實驗組二則是透過腦波儀與. n. al. er. io. 眼動儀的注意力評測，偵測學習者進行自主學習時容易引發專注力分散，需要花. i n U. v. 費較長視覺凝視時間段落，教師再據此設計視覺注意力引導機制；控制組則除了. Ch. engchi. 口述內容外，不給予視覺注意力引導。希望藉此了解具適當且精確之注意力引導的組別是否能有效提升學習者的持續注意力、學習成效與記憶保留。本研究之研究架構如圖 3-1 所示。. 23.

(37) 實驗組（一）：具教師主觀決定視覺注意力引導之多媒體影音教材. 持續注意力. 實驗組（二）：利用腦波儀與眼動儀客觀決定視覺注意力引導之多媒體影音教材控制組：不具視覺注意力引導之多媒體影音教材. 記憶保留. 背景變項治政大性別. 學. 圖 3-1. 研究架構圖. ‧. 研究方法. sit. y. Nat. 第二節. ‧ 國. 立. 學習成效. al. er. io. 本研究為了要了解採用不具注意力引導、教師主觀決定之注意力引導，以及. v. n. 基於腦波儀與眼動儀客觀決定注意力引導之多媒體影音教材進行自主學習時的. Ch. engchi. i n U. 學習持續注意力、學習成效與記憶保留差異，因此採用準實驗研究法，以三組規劃方式進行實驗設計，以驗證本研究所提出的研究問題。三組均接受教學者以投影片進行口語解說，並以 PowerCam 所錄製具相同學習內容與內容解說的多媒體影音教材，但實驗組一在投影片上所出現的視覺注意力引導係依據教師的主觀認知決定；實驗組二在投影片上所出現的視覺注意力引導係依據腦波儀與眼動儀偵測容易產生注意力發散，並需要花費較多視覺凝視時間之投影片段落決定之；控制組則無任何視覺注意力引導設計。進行自主多媒體影音教材學習前，三組受試者均需要接受擬進行學習之多媒體影音教材內容的前測評量，以檢測三組受試者對於學習教材內容的先備知識狀. 24.

(38) 況，接著才開始進行正式學習。三組受試者均需於學習過程中以腦波儀量測學習過程中的持續注意力，並於結束教材學習後立即進行學習成效後測，並於學後兩週進行學習成效之延宕後測，以了解三組受試者之記憶保留狀況。. 第三節. 研究設計. 一、實驗對象說明本研究之研究對象為臺北市立誠正國民中學八年級三個班級合計 96 名學生，其中男生 48 人，佔 50%；女生 48 人，佔 50%。實驗以班級為單位，分別將. 政治大. 三個班級隨機分派為採用教師主觀提供注意力引導之多媒體影音教材進行學習. 立. 的實驗組一、採用依據腦波儀與眼動儀偵測容易引發注意力分散，並且需要花費. ‧ 國. 學. 較多視覺凝視時間進行學習的段落後，教師再依此提供注意力引導之多媒體影音教材進行學習的實驗組二，以及採用不具注意力引導多媒體影音教材進行學習的. ‧. 表 3-1. 研究對象基本資料. n. al. 實驗組二. 男生. 15. 女生. 15. 有效樣本. 30. Ch. 16. e n17g c h i 33. 控制組. er. io. 實驗組一. sit. Nat. y. 控制組。表 3-1 為本研究之研究對象的基本資料。. i n U 17. v. 合計 48. 16. 48. 33. 96. 依據本研究實驗設計，三組的學習者均需接受教學者以投影片進行口語解說，並以 PowerCam 錄製具相同學習內容與內容解說的多媒體影音教材進行學習。其中實驗組一的受試者觀看以教師主觀認知決定視覺注意力引導的多媒體影音教材進行學習；實驗組二的受試者觀看依據腦波儀與眼動儀所決定之容易產生注意力分散，並且需要花費較多視覺凝視時間進行學習的段落，而進行視覺注意力引導的多媒體影音教材進行學習；控制組則僅觀看不具任何視覺注意力引導的 25.

(39) 多媒體影音教材進行學習。在進行多媒體影音教材學習前，三組受試者均接受多媒體影音教材中教學內容的前測評量，以檢測三組受試者對於學習教材內容的先備知識差異狀況。此外，三組受試者均於學習過程中以腦波儀量測學習過程中的持續注意力，並於結束教材學習後立即進行學習成效後測，以及於學後兩週進行學習成效之延宕後測，以了解三組受試者之記憶保留差異狀況。. 二、實驗組投影片設計實驗過程中所提供的多媒體影音教材內容，為學校社會科領域──地理學科之自編補充教材（地理知識：聖嬰現象），原為教學投影片（PowerPoint）(如圖. 政治大師上課口述腳本，並以 PowerCam 立錄製成影音教材方式製作三組實驗所需的多媒. 3-2 所示)，但為確保三組受試者所聽到的課程講解內容相同，本研究以寫下教. ‧ 國. 學. 體影音教材，再放置於數位學習平台上供學習者播放進行自主學習。其中實驗組一的投影片會依據教師個人的主觀認知針對投影片容易產生注意力低落的段落. ‧. 進行視覺注意力的引導；實驗組二的投影片會依據腦波儀與眼動儀客觀針對投影. y. sit. n. al. er. io. 的引導。. Nat. 片容易產生注意力發散，並且需要花費較多視覺凝視時間段落，進行視覺注意力. 聖嬰現象對臺灣的影響 . Ch. engchi. 聖嬰年該年夏天氣溫比較低，接下來的冬天比較暖和；隔年的春雨比較多，夏天氣溫也比較高。臺灣春雨受聖嬰現象影響的情況：. . . v. 【聖嬰年】赤道太平洋氣壓東低西高、海水東暖西冷. 東風弱西風強營養少魚獲減  海水表層降溫  影響空氣對流 . 二、三月平均雨量為218mm 1983年二、三月平均雨量362mm（增加0.7倍） 1998年二、三月平均雨量622mm（增加1.8倍） . i n U. 聖嬰現象發生的原因. . 1997年（聖嬰年）11月以來，臺灣的氣溫偏高，許多地區的冬季和春季平均氣溫比氣候平均值高出1℃以上。中央氣象局第一次在冬天發佈豪大雨特報。1998年2月間，臺灣西半部雷雨、龍捲風和不該在冬天出現的冰雹頻頻出現，損失慘重。糾纏臺灣時間最久前三名怪颱都在聖嬰年現身： 1986韋恩颱風、 2001納莉颱風、 2012天秤颱風 (81次警報) （64次警報）（54次警報） 13. 6. 圖 3-2. 本研究使用教材之簡報檔圖片（節錄）. 26.

(40) 為了完成實驗組二客觀決定視覺注意力引導之多媒體影音教材，本研究另外徵求 16 位非實驗對象，於學習過程中同時配戴腦波儀與眼動儀學習本研究所採用的多媒體影音教材，如圖 3-3 所示。其中透過腦波儀可偵測出那幾張投影片在學習過程中較容易引起注意力分散現象，接著再透過眼動儀分析這幾張投影片中，有那些重要興趣區(area of interest, AOI)需要花費較多的視覺凝視時間進行學習，據此作為實驗組二教材投影片加入視覺注意力引導的依據；控制組採用的多媒體影音教材投影片則不具任何視覺注意力引導設計。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. Nat. 預試組使用眼動儀與腦波儀進行實驗. er. io. sit. y. 圖 3-3.. 實驗組一與實驗組二均具有注意力引導的設計，唯其引導的方式有所不同：. al. n. v i n Ch 實驗組一為教師主觀認定重點所在，於每一張投影片提示需注意之段落；而實驗 engchi U. 組二則以預試受試者使用客觀的儀器，量測容易引發注意力分散效應之投影片中，需要花費較多視覺凝視時間進行學習的段落，作為設計視覺注意力引導的依據。以下就兩組注意力引導的設計方法進行詳細說明。（一）實驗組一之投影片設計實驗組一所使用投影片教材之注意力引導點，係由教師根據其教學經驗主觀認定的重要段落，以標亮(highlight)方式指出文字的注意力引導點，如圖 3-4 所示。若需要進行注意力引導的地方為圖片時，則以箭頭提示方向、圓圈提示重點之範圍，如圖 3-5 所示。實驗組一的視覺提示點，會隨著教學者講述課程時前後出現，讓學習者了解學習段落的重點。 27.

(41) 聖嬰現象造成的影響之二  大氣環流及海氣熱量交換的改變. 熱帶東太平洋： →海洋來之水氣，受熱上升，經由對流作用形成降雨增加，發生豪雨及水災之機會增高（如：秘魯、厄瓜多）。熱帶西太平洋： →海水溫度降低之空氣下沉，抑制降雨，乾旱及缺水的情況增加（如：印尼、馬來西亞、菲律賓、澳洲北部）。. 圖 3-4.. 政治大. 實驗組一之文字視覺注意力引導方式. 立. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. 圖 3-5.. Ch. engchi. i n U. v. 實驗組一之圖片視覺注意力引導方式. （二）實驗組二之投影片設計實驗組二所使用投影片教材之注意力引導點，係以預試受試者配戴腦波耳機量測出注意力容易發散之投影片後，再根據受試者觀看該投影片時以眼動儀偵測出受試者在該投影片中總凝視時間較長的段落方式，來決定需要進行注意力引導之內容。. 28.

(42) 表 3-2 為預試時受試者配戴腦波耳機學習時各投影片之注意力平均值 (mean) 、標準差 (standard deviation) 和變異係數 (coefficient of variation ,CV)，其中變異係數為標準差除以平均數所得的百分比值，為一量測相對(於期望值)分散程度的量數。本研究利用變異係數分析各投影片注意力的離散程度，比值愈大表示受試者在該投影片的注意力容易發散而不夠專注，據此即可篩選出需進行注意力引導之投影片。由於本研究採用投影片中的頁數 1 與 16 為首頁與結束頁，頁數 15 為參考資料，沒有很具體的學習內容，故先予以排除，不作注意力引導考量。本研究依據投影片之變異係數篩選出需予以提示之投影片. 治政大、頁數 12（聖嬰年）與嬰對臺灣的影響）、頁數 10（聖嬰現象造成的影響之二）立. 為頁數 7（聖嬰年與正常年的水溫分布）、頁數 2（聖嬰現象：定義）、頁數 13（聖. 頁數 14（史上最熱聖嬰年）。. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 29. i n U. v.