超文字及互动式数位学习环境认知负荷之探讨

1、A1-03(P.1)超文字及互動式數位學習環境認知負荷之探討顏啟芳洪葦倉臺北科技大學技術及職業教育研究所博士班研究生臺北科技大學技術及職業教育研究所博士班研究生.twhungwu.tw摘要超文字及互動數位學習系統，使資訊的傳遞更加複雜，當學習者缺乏適當的知識基模及導引，可能會隨機搜尋相關資訊，容易造成學習者的認知負荷，導致學習效果不佳。本文首先從人類的認知資訊處理原則，說明知識的儲存及生成過程，接著說明在數位學習環境環境，目標型態及處理策略與認知負荷的關係，之後探討超文字自由瀏覽的特性，引起學習者迷失及認知負荷，以及互動式學習環境中對話、控制、操作、搜尋和瀏覽五種互動

2、的型態，可能引起的認知負荷形式、中介因素以及管理或減輕認知負荷的方式，最後介紹指引活動、反思、回餽、調整速度、事先訓練及適性化等互動式學習環境教學設計的原則，以供數位學習的教學設計者參考。關鍵字：互動式學習、超文字、教學設計、數位學習、認知負荷Cognitive Loads of Hypertext and Interactive E-learning EnvironmentYan chi-fangHong wei-cangNational Taipei University of Technology Institute of Technological and Vocational edu

3、cationNational Taipei University of Technology Institute of Technological and Vocational .twhungwu.twAbstractWhen the learners are lack of appropriate knowledge schema and proper guidance, hypertext and interactive e-learning environment can cause more complexity in terms of th

4、e delivery of information. Learners might search for related information in random with which resulting in the cognitive loads that diminish the effect on learningIn this article, a detailed illustration will be presented by the following perspectives:1. The process of collecting, storing and genesi

5、s of knowledge and information from the perspective of human cognitive mode.2. The relationship between goal configuration, processing strategies and cognitive loads within the e-learning environment.3. The features of hypertext navigating by which can possibly mislead the learners and cause cogniti

6、ve loads.4. Discussion on the modes of cognitive loads caused by five types of interactive behaviors in the e-learning environment including dialoguing, controlling, manipulating, searching and navigating, then the mediator elements of causing cognitive loads, as well as how to manage and reduce cog

7、nitive loads.5. The introduction to the principles of instructional design for interactive e-learning environment, which consists of guided activity, reflection, feedback, pacing, pre-training and adaptive solutions as a reference for e-learning instructional designers.Keywords：Interactive learning,

8、 Hypetext, Instructional design,E-learning, Cognitive load A1-03(P.2)壹、前言傳統面對面的教學，教學者可以依學習者理解的狀況，來控制教學的步調或進行補教教學，如果學習者對學習內容的概念不了解，可以立刻得到教師或同儕的協助或支援。在非同步數位學習環境，雖然學習不受時間地點的限制，並可重複使用及自我控制等優點，不過當學習者的先前知識不足，或沒有適當的問題解決策略時，如果缺少教學者或同儕的導引或協助，學習者可能會在網路上隨機搜尋解決策略或了解相關概念，當動機不強或遇到挫折時可能會停止學習，甚至產生錯誤或迷思概念(Morrison &

9、amp; Anglin, 2005)。近年來由於科技的進步，教學設計者在設計課程內容時，都會加入超連結、搜尋、多媒體影音、模擬操作及測驗等功能，這些學習者控制的互動式系統，使資訊的傳遞更加複雜，容易造成學習者的認知負荷，導致學習效果不佳，進而影響學習意願。Sweller提出的認知負荷理論，說明教學設計對學習者認知負荷的影響，以及認知負荷與教學成效的關係(Sweller, van Merrienboer, & Paas, 1998)，可作為互動式學習環境，分析學習者認知處理的理論基礎。因此，本文從認知負荷理論的觀點，探討互動式數位化學習環境，可能引起的認知負荷、原因及減輕方式。首先，從人

10、類的認知資訊處理的五個原則，說明知識的儲存及生成過程，其次，探討在數位化學習環境，可能影響認知負荷的因素，接著說明超文字及互動式學習環境的特性，可能引起的認知負荷形式、因素，及減輕認知負荷的方式，最後簡述互動式數位學習環境教學設計的原則，以供數位學習的教學設計者參考。貳、人類的認知資訊處理人類的認知是一個自然的資訊處理系統，這個系統包含五個原則或假定(Hasler, Kersten, & Sweller, 2007; Leahy & Sweller, 2008; Sweller, 2006)：一、資訊儲存原則（Information store principle）人類的認知受

11、長期記憶內容的控制，學習者的感知、如何思考以及解決問題，受過去的學習及儲存在長期記憶的知識所影響。因此，教學的主要目標是累積儲存在長期記憶中知識。二、借用和重新組織原則（Borrowing principle）儲存在長期記憶的資訊，經由視覺及聽覺的認知處理管道，從其他人長期記憶的資訊模仿並借入而來。因此，新的知識基模，是學習者將呈現的資訊借入，與儲存在長期記憶的基模重新組織建構而來。三、隨機創始原則（Randomness as genesis principle）借用和重新組織的知識沒有創造新的資訊，新的資訊是在問題解決時，以隨機的方式產生問題解決策略，並不斷測試這些策略的有效性，將有效的問題

12、策略保留在長期記憶。四、改變的範圍有限（Narrow limits of change principle）重新組織或隨機測試產生的知識，因為處理新資訊的工作記憶非常有限，不可能大量有效的改變，因此，在短暫的時間之內，長期記憶的認知結構知識，改變的範圍有限。五、環境組織和連結原則（The environment organising and linking principle）工作記憶的容量，只有處理新的資訊時有限制，處理從長期記憶取出的先前組織資訊，並不會受到限制。因此，長期記憶的知識可以大量的載入工作記憶，與新知識整合並與環境組織及連結互動，測試知識的有用性，以活化儲存在長期記憶的知識。上

13、述五個認知資訊處理原則，是有關知識的儲存及來源的特性，而有關認知資源的使用，認知處理系統會遵循以最少的認知資源，完成任務的認知經濟原則(Kalyuga, 2007)。一般來說，使用長期記憶的知識結構，比遵照外部的引導或隨機搜尋處理更經濟，因為長期記憶的知識不會佔用工作記憶資源，因此，如果學習者能夠使用適合任務的長期記憶知識，通常會優先使用，其次，是遵照外部的引導，最後，如果沒有可用的長期知識或外部引導，才使用隨機的搜尋策略，不過需要耗費較多時間及認知資源。另外，較根深蒂固以及先前經常活化的知識結構，比最近學習的新知識更適合用來完成任務。不過有一些根深蒂固的知識，如果沒有經常活化偶而會提供錯誤的

14、引導，所以隨著資訊的日新月異，知識需要經常活化以測試知識的有用性。參、數位化學習環境認知負荷影響因素依據認知負荷理論，在學習過程中，有三種不同型態的認知負荷，會增加學習者的工作記憶負荷(Gerjets & Scheiter, 2003)。其中內在認知負荷，由任務或學習教材內容本身的複雜度所引起。外在認知負荷，是不良的教學設計所引起，使學習者轉移認知資源，在和基模建構和自動化沒有直接關係的學習活動。有效的認知負荷，由促進基模知識建構所設計的學習活動引起，和學習有直接關係的認知處理。從對學習的必要觀點來區分，內在及有效的認知負荷，是理解教材和建構新知識所必需的認知處理，而外在認知負荷對學習

15、沒有幫助，甚至阻礙學習的認知處理。從影響認知負荷及學習結果的因素來看，認知負荷理論假設如圖1，內在認知負荷不受教學設計所改變，是依教材內容的複雜度及學習者專門知識水準的交互作用來評估(Kalyuga, 2007)，而外在及有效認知負荷受教學設計及學習者活動影響，學習結果受三種認知負荷型態影響(Gerjets & Scheiter, 2003)。A1-03(P.3)內容複雜性教學設計學習者活動專門知識外在/有效認知負荷內在認知負荷學習結果圖1. 認知負荷理論的假設資料來源：(Gerjets & Scheiter, 2003)傳統的認知負荷理論假設，教學目標是基模的建構與自動化，而

16、且教學設計及學習者活動和認知負荷型態有強大的關聯，因此，教學設計和外在及有效認知負荷是一對一的關係，沒有考慮影響彼此關係的調節變數(Gerjets & Scheiter, 2003)。不過，在學習者控制學習活動的學習環境，教學設計和認知負荷唯一且決定性的關係，可能無法完全解釋教學設計與認知負荷之間的關係。在自我控制或電腦化的學習環境，Gerjets and Scheiter (2003)提出擴大改編形式的認知負荷理論如圖2，比原來的形式更加複雜，增加認知負荷理論的複雜度，在學習者控制的數位學習環境，教學設計和認知負荷的關係，會受學習者活動的目標型態及處理策略的調節；教師目標型態會影響學

17、習者活動，及外在和有效認知負荷；而學習者的專門知識也會影響處理策略(Gerjets & Scheiter, 2003)。內容複雜性教學設計學習者活動專門知識外在/有效認知負荷內在認知負荷學習結果學習者目標型態處理策略教師目標型態圖2.增加目標及處理策略之認知負荷理論假設資料來源：(Gerjets & Scheiter, 2003)學習者參與學習活動時，不同的學習目標，所引起的外在及有效的認知處理需求會有差異，學習者通常會依教師的目標型態，設定自己的學習目標和處理策略，發展達成目標的學習活動，來完成問題解決或學習的任務。不過，在數位化學習環境，教師和學習者的目標層次可能不同，例如

18、抱負的層次、成果或精熟目標的不同，再者指引學習者的活動，可能超出教學中傳遞的目標，甚至在瀏覽資訊內容時，可能因個人興趣或好奇而展現的短暫目標，因而引發額外的學習活動，增加認知處理需求進而影響學習。所以學習者目標及處理策略，增加教學設計和認知負荷之間關係的變化，處理策略是完成高層次學習目標或任務的步驟和程序。如果達成學習目標或任務可以有不同的處理方法，學習者會依自己的目標型態和專門知識的程度，並考慮可用的處理資源和成本等因素，選擇自己的處理策略。因此，教學設計及學習者目標型態，將依學習者所選擇的處理策略，依次關聯到特定的認知負荷型態，而產生不同的學習結果。此外，學習者個人的特質，例如，先前知識、

19、後設認知能力(Moreno & Mayer, 2007)、認知型態、學習態度及動機(Paas, Tuovinen, van Merrienboer, & Darabi, 2005)等，可能會調節學習者認知處理的有效性(Scheiter & Gerjets, 2007)，進而影響認知負荷及學習成果。肆、超文字學習環境一、線性文字和超文字差異線性文字將文件內容以循序的方式，編排在同一個頁面或將內容分成多頁呈現，學習者使用捲軸控制瀏覽內容，或是使用下一頁及上一頁的連結瀏覽教材內容(DeStefano & LeFevre, 2007)，除了事先規劃的學習內容之外，沒有增

20、加外部的資源或延伸性的內容連結。超文字是在文件的內容中嵌入連結，使用者可以從不同的路徑瀏覽文件的內容資訊，以及連結至外部的資源。在超文字的學習環境，學習者可以從不同的路徑存取資訊，促進建立概念之間的連結(Niederhauser, Reynolds, Salmen, & Skolmoski, 2000)，提供較深且較廣的學習內容。A1-03(P.4)在線性文字的學習環境，學習者只需在繼續到下一個節點，或回到上一個節點之間作決策；而超文字學習環境，因為嵌入內部及外部的連結，學習者在每一個連結都需做附加的決策(DeStefano & LeFevre, 2007)。因此，相較於線性文

21、字，超文字擁有靈活彈性瀏覽的優勢，學習者可自行控制及決策瀏覽的內容及順序，不過需在瀏覽的計畫和監控，投入額外的心智努力(Zumbach & Mohraz, 2008)。二、超文字的特性超文字系統可由學習者控制，資訊內容瀏覽的先後順序，以及內容呈現的方式，具有學習者控制的互動特性。在超文字的學習環境中，學習者控制是學習和教學主要的優勢，具有下列特點(Scheiter & Gerjets, 2007)三、超文字引起的認知負荷在超文字學習環境中，學習者自由瀏覽資訊內容時，所需的後設認知或技能，如果超出學習者的認知處理能力，可能產生認知負荷現象(Scheiter & Gerje

22、ts, 2007)。因為學習者除了必須處理目前超文字的節點資訊之外，尚需同時規畫未來的瀏覽路徑(Zumbach & Mohraz, 2008)，當跟隨著連結至下一個節點資訊，導致分開相關資訊的部份文字，因而需要較多的工作記憶資源，投入分散資訊的整合，結果直接或間接的影響心智負荷(DeStefano & LeFevre, 2007)，當認知需求超過工作記憶容量時，將會抑制及減少知識的取得。另外，迷失、分散注意，可能引起高程度的外在認知負荷，因而阻礙學習(Scheiter & Gerjets, 2007)。四、影響超文字認知負荷的因素Niederhauser et al.,

23、 (2000)的研究結果顯示，在超文字的學習環境，能增進學習者的學習理解及知識的獲得，不過靈活彈性的瀏覽特性，增加學習者閱讀的時間，如果使用主題概念的連結，對學習的影響較小，而使用比較和對比的連結，可能引起較多的心智負荷，因此，在超文字的學習環境中，當增加的認知處理需求，超出工作記憶的處理能力，可能會干擾學習。先前知識較多的學習者，如果清楚明確的知道學習目標，較容易專注他們的注意力在相關的資訊，而先前知識較少的學習者，則較少使用有系統的方法(Niederhauser et al., 2000)，經常迷失在超空間。因此，學習者的目標和領域知識的差異，可能會影響學習者的瀏覽策略，所以在超文字的學習

24、環境，提供的超連結數量及知識結構的複雜度，若超出學習者的先前知識，則知識的複雜性將增加學習者的內在認知負荷，而超文字彈性靈活的探索特性，將增加學習者的外在認知負荷，因此，學習者需要有足夠的閱讀理解內容的背景知識，否則超文字的特性，反而會阻礙知識的取得。綜上所述，超文字嵌入的連結數量及結構、學習目標以及學習者的先前知識等因素，可能影響學習者的認知資源分配，當認知負荷增加時，可能中斷學習和增加迷失感，影響學習者對資訊內容的理解(DeStefano & LeFevre, 2007)。五、減輕超文字認知負荷的方式學習者使用超文字的連結，在概念之間回溯和向前，投入認知資源在新資訊的理解，並且需要

25、自行控制及決策學習的內容、瀏覽的順序及速度 (Niederhauser et al., 2000)。因此，教學設計者設計超文字教材時，需協助學習者在超文字環境中管理認知需求，藉由使用不同的介面特性，來幫助學習者來確定他們在文字的哪個地方，在閱讀哪個部份，以及如何到他們想去的地方，以避免學習者在超文字的空間失去方向。並且考量學習者的先前知識，對較低先前知識的學習者，使用知識領域的階層結構，以及學習和介面的指引，以降低認知處理的需求，增進對內容的理解及學習的成效(DeStefano & LeFevre, 2007)。伍、互動式數位學習環境一、數位學習環境互動的特性學習活動的回應，分為固定的

26、、靈活變化、適應或引導，以及動態回應等方式(Scheiter & Gerjets, 2007)，少部分較複雜的互動學習環境，全部由系統控制學習行為及回饋，自動引導教學步驟，以及自動的安排學習者的學習行為及回饋。不過大部分高程度互動學習環境，提供一些學習者控制的方式，由控制的參數來回應學習者的行為及回饋。因此，學習者控制是互動式學習環境的重要特色或特點(Kalyuga, 2007)。二、數位學習環境互動的型態在數位化學習環境中，互動提供學習者與教學系統之間互動溝通，包含對話、控制、操作、搜尋和瀏覽五種互動型態(Moreno & Mayer, 2007)。(一)對話在學習者和系統的

27、對話互動中，系統依學習者的輸入，提供回答、回饋或問題，例如，學習者從螢幕或功能表尋求協助時，系統會依學習者的問題提供適切的解答，或者系統提出問題來了解學習者的狀態，在學習者回答系統提出的問題後，系統依學習者的回答提供適當的回饋，經由對話的互動學習者可以獲得問題的相關資訊。(二)控制控制可分為資訊傳遞控制、呈現形式控制及內容控制三種方式(Scheiter & Gerjets, 2007)，在控制的互動中，學習者可以自己控制學習的步調，決定學習片段傳遞的速度或順序，例如在數位教學影片中，學習者可以使用播放、暫停或繼續的按鈕來控制速度，也可以使用向前、後退、回轉、拖曳選擇（slider ba

28、r）資訊內容，或由選單來直接存取特定的內容片段，以及選擇呈現的形式。A1-03(P.5)(三)操作在操作的互動中，學習者由參數的設定或選擇呈現的內容或方式，系統依學習者的設定及選擇，呈現符合學習者需求的方式及條件的資訊內容，另外，學習者可以在螢幕上放大、縮小或拖曳物件，觀察呈現資訊的變化。(四)搜尋搜尋的互動和網路搜尋一樣，由學習者以關鍵字或簡單語句，在系統中搜尋適切的學習內容。(五)瀏覽瀏覽的互動由學習者使用選單或超連結，在各式各樣不同內容領域的資訊來源，選擇組織可用的資訊，並將新的資訊與存在的知識整合(Moreno & Mayer, 2007)。搜尋和瀏覽型態的互動，比較像網路搜尋

29、引擎及超文字的環境。三、互動式數位學習環境引起的認知負荷(一)對話當回饋的訊息呈現與原先輸入問題的位置如果分隔距離太大，或者說明的速度過快，學習者閱讀回應訊息時，可能會產生分散注意。對有高度先前知識的學習者，如果提供過多或重複的回饋訊息，可能會產生過度重複的引導，因而分散學習者的注意在多重來源的資訊，且耗費額外的認知資源整合這些資訊，是一種不必要的外在認知負荷。(二)控制當選擇過量的資訊內容或傳遞的速度太快，可能會產生分心效應，使學習者忙於處理太多的元素，導致認知負荷影響學習。(三)操作運用模擬操作幾個不同的參數輸入值，可能需要學習者同時觀察螢幕上不同位置的改變，產生空間的分心，或者為暫存接續

30、事件軌跡於工作記憶的暫時分心。或者轉動或移動一個物件，因為要暫存影像先前的狀態在工作記憶，以便和隨後的狀態做比較，因而產生暫時性的分心(Wouters, Tabbers, & Paas, 2007)。(四)搜尋對先前知識較少的學習者，可能沒有能力使用適當的關鍵字或條件搜尋，或者搜尋輸出的資訊，不符合學習者的知識程度或過多的資訊，需要耗費許多認知資源，在閱讀偏離學習目標的資訊，或整合重複的資訊，對相關知識的建構沒有幫助。(五)瀏覽在複雜的學習環境中瀏覽，學習者經常迷失在搜尋相關的子目標和解決策略，學習者很難繼續維持原來的目標。因為大量的瀏覽選擇，可能導致學習者迷失方向和分散注意力(Sch

31、eiter & Gerjets, 2007)，因而增加外在認知負荷。四、影響互動式數位學習環境認知負荷的因素(一)先前知識在高程度的學習者控制環境，學習者的先前知識及經驗，是影響互動式學習有效性的重大因素(Kalyuga, 2007)。如果學習者擁有足夠的先前知識，內在認知負荷可以持續減輕，對分散注意或重複，所引起的外在認知負荷影響較小。相反的，如果學習者對互動學習教材的先前知識不足，可能會有資訊過荷的現象，較不利於學習者控制的學習環境。(二)態度及動機互動式學習環境動態的回應學習者行為，因此，學習者需主動投入認知處理理解學習教材，當學習者的學習動機較高時，在互動的環境能主動自我調整學

32、習，促進較深層的認知處理以建構新知識。相反的，如果學習的動機不強，學習的態度不積極，互動式學習環境可能引起學習者，額外的認知處理需求，因而阻礙學習。因此，學習者個人的特質，可能會調節學習者控制的有效性，因為學習者控制較適合，有較高先前知識及自我調整學習能力，以及學習態度積極較有能力使用互動式系統的學習者(Scheiter & Gerjets, 2007)。五、互動式數位學習環境管理必要的認知負荷在互動式的數位學習環境，應依學習者個人的差異，提供管理必要認知負荷的方式(Kalyuga, 2007)，減輕內在認知負荷及增加有效的認知負荷，以促進知識基模的建構。(一)依學習者的先前知識，提供

33、適當的回饋依Moreno & Mayer (2007)的回饋原則，對先前知識較少的學習者，使用詳細說明的回饋，比使用正確或錯誤，簡單回饋的學習較佳，因為詳細說明的回饋，能先前知識較少的學習者外部的引導，以替代不在學習者內部的心智結構，而對知識程度較多的學習者，使用正確錯誤的簡單回饋，比使用詳細說明的回饋適合，因為詳細說明的回饋，反而對先前知識較多的學習者，產生重複的效應，引起額外的認知處理。(二)提供適當的指引及避免重複效應A1-03(P.6)為避免學習者在搜尋的活動中偏離學習目標，如果學習者對特定任務缺乏足夠的知識基礎時，應該提供適當的外部指引。當學習者的先前知識較多，有能力控制呈現

34、方式和內容範圍時，應排除重複的言辭說明，否則對有經驗的學習者，反而增加認知處理的負荷。(三)應用溝通科技，提供合作學習鷹架有些科技創新的溝通系統，可用在互動學習環境管理認知負荷(Kalyuga, 2007)。例如，合作支援及促進工具，可以幫助組織任務以及建立分享文字的空間，而非同步溝通環境，提供學習者最受歡迎或最新資訊，或者以社會認知結構工具，來輔助提供順序、任務的劇本、動態追蹤參與者的位置，並且使用生動的形式呈現。這些方法在電腦媒介的合作環境，提供參與者認知的支援，因而減經外在負荷，增進必要有效的認知處理。Clark, Sampson, Weinberger, and Erkens (200

35、7)發展追蹤學生即時互動的新科技，可有效的支援整合至以溝通為基礎的互動學習環境，以提供學習者高層次的互動和客製化學習鷹架。(四)建構適性化學習環境在動態的數位學習環境，學習者先前知識的水準，是一個影響互動有效性的重要中介因素。利用計算知識軌跡（knowledge-tracing）(Koedinger & Aleven, 2007)，或快速診斷評估(Kalyuga, 2006)的方法，即時評估學習者在特定任務需求的專門知識，以建構適性化的線上學習環境。雖然適性和溝通基礎的互動學習環境，可有效平衡以符合個別學習者的認知特性，不過太多的教學引導，反而會分散學習者的注意，使忙於過快的速度或太多

36、需要處理的資訊量，因此，提供管理必要負荷的互動方式，也可能產生外在認知負荷。例如在同步溝通的環境，學習者可能需要處理及協調，不同來源可能重複且過量的資訊，並且在工作記憶將選擇的資訊元件與先前知識整合。六、減輕互動式數位學習訊息設計引起的外在認知負荷互動式數位學習環境，如果學習者的先前知識不足，過度的資訊可能引起學習者分散注意，因此，學習者需整合重複的資訊，可能增加外在認知負荷而中斷學習(Moreno & Mayer, 2007)，下列方式或許可以減輕互動式學習環境，引起的外在認知負荷。(一)適切的內容及訊息設計，減輕分心及重複效應依學習者的先前知識，提供適當的內容及訊息設計，可避免因資

37、訊量太多，整合資訊時產生分散注意，以及過多重複的資訊，需整合因而耗費認知資源。(二)資訊分割，適當的學習者控制，減輕分心效應適當的學習者控制方法，可幫助互動式數位學習環境，減輕外在認知負荷。例如，Moreno and Mayer (2007)所提的步調原則，依速度和順序傳送資訊單元的控制方式，可適當的平衡同時在工作記憶的資訊處理量和速度，以及減輕暫時性的分散注意。此外，可以依學習者的專門知識，來調節資訊傳送的速度及資訊量，對先前知識較少的學習者，除了一步步慢慢的傳遞外，且可將資訊分割成較小的部份，以利學習者學習。(三)視覺提示，提供追蹤改變工具，減輕分心效應利用選擇適當呈現模式的呈現控制方法，

38、來平衡資訊量和降低空間分散注意，經由顯示適當的視覺提示，引導學習者注意，以消除或降低分心的情況。在互動式動態的視覺呈現，提供追蹤動畫接續改變的工具，可降低外在認知負荷(Wouters et al., 2007)。(四)事先訓練，增加先前知識，有效控制學習內容先前知識較多的學習者，會主動的將內容切割，並依序學習切割的內容，有助於知識建構。因此，內容控制的方式，通常只對任務領域有足夠知識，且較有經驗的學習者有效(Wouters et al., 2007)。為了減輕先前知識不足，而影響互動學習環境的有效性，Moreno and Mayer (2007)建議提供事先訓練，以活化和提供學習者相關的先前知

39、識。(五)目標聚焦，減少隨機搜尋及瀏覽，增進瀏覽效能對先前知識較少的學習者，應聚焦搜尋及瀏覽的目標，以循序漸近的方式獲得相關知識，以避免不相關的隨機搜尋活動，增加工作記憶資訊處理的負荷。 陸、互動式數位學習環境教學設計原則人類認知結構的特性和處理的限制，是互動環境學習是否有效的主要影響因素，因此，在設計和評估互動式數位學習環境時，應使用適當的互動型態和學習者控制，以符合人類認知的本質，Moreno and Mayer (2007)提出互動式學習環境教學設計的原則，包括指引活動、反思、回餽、調整速度及事先訓練，此外，先前知識影響互動性學習環境的有效性，因此，適性化的教學設計原則，特別重要分述如下

40、：一、指引活動原則在探索式的學習環境，學習過程中藉由指引活動，提供學生認知處理的鷹架，以促進學習者主動選擇、組織並將新資訊與存在的知識整合，有助於必要和有效的處理。尤其生手如果沒有指引的活動，以嘗試錯誤隨機選擇的方式，在學習環境中探索，因而造成迷失目標，並且內心感到挫折，進而影響學習的動機及效果。二、反思原則在互動式的學習環境中，學習者操作學習的教材時，提供學習者進行反思的活動，以激發學習者更主動的組織和整合新資訊，促進必要及有收穫的認知處理，增進學習的效果。A1-03(P.7)三、回饋原則對先前知識較少的學習者，以解釋說明的方式比簡單的正確或錯誤的回饋，較能修正錯誤的迷思概念，減輕外在的認知

41、處理，促進有意義的學習。四、調整速度原則在互動式學習環境，學習者依自己的認知處理能力，控制教學動畫或影片呈現的速度，使工作記憶處理的資訊數量減到最小，可以減輕呈現暫存在工作記憶，增進認知處理效能。五、事先訓練原則先前知識在互動式學習環境是一個重要的基礎，缺乏先前知識的學習者，經由事先訓練的活動，提供或活化相關的先前知識，幫助指引先前知識與新資訊整合，促進有效的認知處理。六、適性化原則生手通常以隨機的方式處理很多資訊的元素，因而引起工作記憶過荷，或者需依賴外部的引導。而專家則使用他們在專門知識領域，可用的長期記憶知識結構來完成任務。因此，適合生手學習者的教學設計，可能會阻礙有經驗的學習者學習，反

42、之亦然，這種現象稱為專家反向效應（Kalyuga, 2006）。因此，設計互動性學習系統時，應支援依學習者在任務領域專門知識程度，提供適合學習者的學習內容，以減少不必要及不相關的工作記憶負荷，阻礙分配足夠的認知資源給必要的認知處理，對必要的學習產生處理負荷，這種適性化互動學習系統，是解決專家反向效應有效的教學方法(Kalyuga, 2007)。互動式學習系統中，學習者控制可能對學習有幫助，但也可能阻礙學習，教學主要的目標是轉換學習者的行為活動進入認知的互動，產生和知識建構相關的必要認知處理，而不要增加非必要的外在認知處理負荷。因此，教學設計者應依不同的情境及學習者的認知特性，靈活應用互動控制，

43、不是刻版的依賴一些固定的原則。柒、結論從人類的認知處理原則可以說明，學習者使用認知資源的優先順序，依序為長期記憶的知識、外部引導及隨機的搜尋策略，因為認知處理系統會遵循以最少的認知資源，完成任務的認知經濟原則(Kalyuga, 2007)，而且知識需經常活化以測試知識的有用性。Sweller的認知負荷理論提供適合支援基模建構，及自動化教學設計特色的分析架構，Gerjets and Scheiter ( 2003) 延伸的認知負荷理論，說明可能影響數位學習環境認知負荷的因素，學習者活動的目標型態及處理策略，會調節教學設計和認知負荷的關係，教師目標型態會影響學習者活動，及外在和有效認知負荷，而且學

44、習者的專門知識也會影響處理策略。在複雜的數位學習環境，動機是影響學習成果及是否繼續學習的關鍵因素(Paas et al., 2005)，而學習者先前知識及經驗，也是影響互動式學習有效性的重大因素(Kalyuga, 2007)。超文字及互動式學習環境，雖然具有學習者控制學習步調的優勢，不過如果學習者先前知識不足，可能會影響學習者的認知處理，這種由學習環境本身的特性和先前知識交互作用，所引起的認知負荷，應屬於內在認知負荷，因此，教學設計者需協助學習者，管理互動式學習環境引起的內在認知負荷，但互動的過程中，應注意訊息設計及內容資訊太多，所產生的分散注意及重複等外在認知負荷的問題。先前以認知負荷理論為

45、基礎之研究，減輕外在認知負荷的教學設計原則或方法(Sweller et al., 1998)，例如示例效應（Worked example effect）、完成問題效應（Completion problem effect）、分心效應（Split attention effect）、重複效應（Redundancy effect）及形式效應（Modality effect），可提供訊息內容設計的參考。Moreno and Mayer (2007)提出的，包括指引活動、反思、回餽、調整速度及事先訓練等教學設計原則，以及Kalyuga (2007)提出的適性化互動式學習系統，可降低內在認知負荷及增進有效

46、認知負荷，對管理必要處理的認知負荷有助益。在互動式數位學習環境，先前知識是影響有效性的關鍵因素(Kalyuga, 2007)，未來研究建議探討，先前知識及目標的差異，對認知負荷及記憶模式建構的影響，以及其他可能影響不同認知負荷型態的中介因素。此外，互動式學習環境教學設計的原則，對學習者認知負荷的影響，需要進一步的實證研究。參考文獻Clark, D. B., Sampson, V., Weinberger, A., & Erkens, G. (2007). Analytic Frameworks for Assessing Dialogic Argumentation in Online

47、 Learning Environments. Educational Psychology Review, 19(3), 343-374.DeStefano, D., & LeFevre, J.-A. (2007). Cognitive load in hypertext reading: A review. Computers in Human Behavior, 23(3), 1616-1641.Gerjets, P., & Scheiter, K. (2003). Goal Configurations and Processing Strategies as Mode

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