Transcript 認知負荷與教學設計

何謂認知負荷?
認知負荷：
將一特定工作
加在學習者的認知系統所
產生的負荷。
（Sweller, 1994）
為何選用認知負荷?
 教學者在設計教材與教學活動時，應先
清楚瞭解人類處理訊息的認知架構
(cognitive architecture)如此，才能
設計出降低學習者認知負荷的學習活動
(Sweller, J., van Merrienboer, J. J.
G., & Paas, F., 1998)。
 本研究目的探討發展有效教學策略，故
以認知負荷理論為基礎進行教學設計 。
如何應用認知負荷?
與認知負荷理論相關學習理論
一.訊息處理理論
二.多媒體學習理論
一.訊息處理理論與模式
(一)基本論點：
主張人類的認知資源是有限的，如
果學習活動所需的認知資源，超出
學習者所能運用的認知資源，則會
造成學習者的認知負荷過重，導致
學習活動的失敗。
(二)訊息處理模式
檢索
感
官
登
錄
短
期
記
憶
運
作
記
憶
(
外
在
刺
激
複誦
基長
模
、期
自記
動憶
化
)
遺忘
遺忘
二.多媒體學習理論
三個認知假設
雙通道假設（Dual-Channel）
聽覺/文字通道
視覺/圖像通道
有限容量假設（Limited-Capacity)
視覺通道或聽覺通道中一次能處理的訊息量有限
例：John Anderson指出視像記憶保存的時間只約一秒
例：回聲記憶能維持的時間大約只有兩秒
主動處理假設（Active-Processing）
學習者會主動從事認知處理並以過往的學習經驗為
基礎建一連串的學習歷程
二.多媒體學習理論
口述文字、印刷文字、圖片在雙通道內的運作方式
多媒體呈現方式
口述
文字
感官記憶
聽覺
工作記憶
選擇
聲音
組織
長期記憶
語言
形式
印刷/字幕
圖片
圖像
視覺
約1～2秒
選擇
影像
組織
圖像
形式
約30秒內
(Richart E. Mayer, 2008)
整合
形成
先備知識
新知識
認知負荷理論
一.認知負荷理論對認知架構的基本假定
運作記憶
-人類工作記憶的容量是有限的
長期記憶-人類長期記憶的容量是相當大的
基模建構-長期記憶中的內容主要以基模的型態儲存
自動化建構-基模的自動化可以有效降低認知負荷
（Mousavi, Low, & Sweller, 1995；陳密桃,2003)
認知負荷基本假定數學教學上的意涵
有三個啟示：
1.由於運作記憶的容量小，勢必影響學習者的
數學學習成效；教師需重視教學策略。
2.知識是以基模型態存於長期記憶中，且長期
記憶容量是無限的。故教師應協助學生形成
及穩固各種數學概念、知識、技能之基模。
3.基模自動化後可減少記憶空間，教師宜安排
有效的練習，協助學生將學得的數學知識、運
算技能等基模運作自動化，以降低認知負荷。
二.認知負荷理論的來源
(一)「因果因素」
因果因素：
學習者特性、任務與環境、及其交互作用學習者
特性：指學習者本身的認知能力、認知型態、先
備知識與經驗（陳密桃，2003）、年齡等。
任務與環境：
指時間壓力、噪音、溫度、複雜度、學習內容、
資訊展現方式、教材編排方式、學習程序等。
二者之交互作用：
績效、動機、激勵。
二.認知負荷理論的來源(續)
(二)「評估因素」
心智負荷、心智努力、學習表現
（Paas & Van Merriënboer, 1994）
(三)認知負荷評量
主觀評量
生理上評量
任務與績效評量
三、認知負荷的類型
（一）內在認知負荷(intrinsic cognitive load)
學習內容的內在本質，含教材特質、學習者的程度及二者之交
互作用。教材特質：是教材本身的內在特性（難易程度），不
會因教材呈現方式的不同而改變。學習者的程度：學習者的專
門知識、先備經驗。學習者若將訊息與基模加以整合，將可降
低工作記憶的負荷。
（二）外在認知負荷(extrinsic cognitive load)
其藉由教學設計來吸引學生的注意力以建構基模。
（三）增生認知負荷(germane cognitive load)
其藉由教學設計來吸引學生的注意力以建構基模。
三、認知負荷的類型
（一）內在認知負荷(intrinsic cognitive load)
學習內容的內在本質，含教材特質、學習者的程度及二者之交
互作用。教材特質：是教材本身的內在特性（難易程度），不
會因教材呈現方式的不同而改變。學習者的程度：學習者的專
門知識、先備經驗。學習者若將訊息與基模加以整合，將可降
低工作記憶的負荷。
（二）外在認知負荷(extrinsic cognitive load)/
增生認知負荷(germane cognitive load)
其藉由教學設計來吸引學生的注意力以建構基模。
認知負荷的類型在數學教學上有兩個
啟示：
1.學習者的特性會影響認知負荷。
例：教學前先補足學習者的先備知識、經驗，
瞭解其認知型態，以協助其降低認知負荷
2.教師宜想辦法排除學生認知負荷。
例：將學習內容依難易程度加以計劃安排；予
學生適度的學習時間；布置無噪音干擾的舒適
學習環境供學生學習。
認知負荷理論在數學教學上有四個意
涵：
1.要素關連性低的教材認知負荷低，反之則高。教師宜逐步
將教材 由易而難，由簡而繁加以分析安排，以減輕學習者的
認知負荷。
2.學習者的先備知識會影響內在認知負荷。教師教學宜先檢
驗學生的數學先備知識。
3.外在認知負荷受教學方法、教材設計影響，教學方法不妥、
教材安排不當都會造成過重的認知負荷。所以教師宜視學生
的程度、教材的性質，選用合適的教學方法及進行適度的教
材呈現，以引導學生降低外在認知負荷。
4.增生認知負荷與基模的建構有關，有益學生學習。教學後
教師宜透過有系統的練習，讓學生將所學的知識、技能自
動化或形成基模，以產生增生認知負荷。
認知負荷的教學效應1
1.示例效應（worked example effect） 三角函數01 02
2.完成問題效應（completion problem effect） 概數03 04
3.型態效應（modality effect） 等分05 06
4.開放目的效應（goal-free effect）07 08
5.分散注意力效應（split-attention effect） 09 10
6.重複效應（redundancy effect）11 12
7.變化效應（variability effect）13 14 15
 題目： 從含有3顆紅球和2顆白球的箱子，隨機抽取2個球，球被抽
 取後不放回箱子，請問被抽取的2球中，第1球是紅球，第2
 球是白球的機率有多少？

解法：

步驟一：

總球數：
5

紅球的數量：
3

抽取第1球是紅球的機率：
3/5

步驟二：

第一球被抽取後的總球數：
4

白球的數量：
2

抽取第2球是白球的機率：
2/4

步驟三：

第1球是紅球，第2球是白球的機率：3/5*2/4=6/20=3/10

解答：被抽取的2球中，第1球是紅球，第2球是白球的機率是3/10
 Q1.
－4(3X－2)＋6(5－3X)
 ＝－12X＋8＋30－18X
 ＝－30X＋38
元素互動性效應
 Q1.
 －4(3X－2)＋6(5－3X)
 ＝－12X＋8＋30－18X
 ＝－30X＋38
分散注意力效應Sweller(1994：
300)
認知負荷的教學效應2
1.元素互動性效應(the element interactivity effect)
2.單獨互動元素效應(he isolated interaction elements
effect)
3.變化例子效應(the variable example effect)
4.專家反向效應(the expert reversal effect)
5.指引漸退效應(the guidance fading effect)
6.想像效應(the imagination effect)
牛刀小試
記下下表十五個名詞：
蘋果、電冰箱、電視、獅子、電話、
長頸鹿、芒果、大象、鳳梨、芭樂、
電風扇、柳丁、犀牛、電鍋、老虎。
蘋果
電冰箱
電視
獅子
電話
長頸鹿
芒果
大象
鳳梨
芭樂
電風扇
柳丁
犀牛
電鍋
老虎