100802实验心理学和认知心理学一些资料

第二章文獻探討

本章旨在探討認知負荷與教材內容編排設計、閱讀理解方面的相關理論及研究，以作為本研究之理論基礎，以及實徵研究結果討論之依據。本章共分為四節：首先探討認知負荷理論及其相關研究，瞭解認知負荷理論的意涵、相關研究及其與教材內容編排的關係；其次藉由閱讀理解理論的探究，瞭解閱讀的歷程與閱讀理解的模式，並且討論前導組織與段落大意對於閱讀理解的影響，最後依據上述認知觀點來探析教科書內容編排的層面，設計本研究的教科書課文內容，進行實驗研究。

第一節認知負荷理論及其相關研究本節首先介紹認知負荷理論，瞭解認知負荷理論的定義、來源、基本假定、教學設計原則以及國內外相關研究，並且提出認知負荷理論對本研究的啟示，據此建構本研究的理論基礎。

壹、認知負荷理論

認知負荷理論源自歐美的人體工學（ergonomics）與人因科學（human factor）等領域，從心理、生理與認知層面，探討工作與任務對執行者的影響與適合性（黃克文，1996）；早期應用於軍事訓練與各種企業上，稱為「心智工作負荷」（mental workload），直至Sweller （1988）將此觀念引入教育界，學界始聚焦於探討教學法、學習內容對於學習者概念獲得與認知層面的影響（黃柏勳，2004），藉以研究改善學習者學習歷程的心智活動，進而提高其學習成效。

一、認知負荷的定義、來源、類型與基本假定

（一）認知負荷的定義

茲將國內外不同領域的學者或研究者對認知負荷之看法，分述如下：

Sweller（1988）認為「認知負荷」，是將一特定工作加諸於學習的認知系統時，所產生的負荷量。

Jex（1988）視認知負荷為學習者面對學習內容時，置身於一個相關脈絡中，欲表現符合適當任務行為時，所意識到「任務要求」與「自身認知能力」之間，心智負荷差異的評估。

Paas（1992）則指出認知負荷是一種多向度的構念，它有兩種成分：一是「心智負荷」（mental load），二是「心智努力」（mental effort）；因此Paas認為，若個體對於學習內容所知覺的困難度越大，或者在心智上越需努力，則認知負荷就會越大。

黃克文（1996）指出認知負荷是學習者在接收、處理與運用訊息過程中，因訊息內容、學習環境、傳輸環境與互動方式等因素，超越了學習者所知覺的認知能力，在當時的「心理」或「生理」上引起了負擔、重擔、苦惱與憂慮，甚至失敗、挫折的後設概念。

宋曜廷（2000）則認為認知負荷乃指執行某種作業過程中，因作業特性所需的認知能量（capacity）或認知資源（resources）而造成認知系統（特別是運作記憶）的負載狀態。

陳密桃（2003）指出「認知負荷」係指個體在執行某種工作、作業或任務的過程中，個體所感受到的心智負荷與心智努力的負載狀態，且就訊息處理理論而言，「認知負荷」係指運作記憶的負荷（working memory load）。

高維華（2004）亦提出認知負荷是所有在及時要求下強加工作記憶的智力活動。

綜合上述觀點，可瞭解「認知負荷」是個體於面對訊息時所產生的「負荷量」，以及所需的「認知能量」，而它也象徵著心智負荷與心智努力的「交互作用」、訊息難度與掌握訊息程度上的落差區間，以及因負擔而產生的情緒性的後設概念。

（二）認知負荷的來源

認知負荷的來源是多重的，Paas和 van Merri?nboer （1994）於教學效能評量研究中，指出認知負荷為一多向度的構念，包含任務（環境）特性（task/environment characteristics）、學習者特性（subject characteristics）、任務與學習者的交互作用（interactions）三者所構成的「因果要素」（causal factor），以及「評估要素」（assessment factor）。Pass和van Merri?nboer將上述多向度的構念，構成影響認知負荷的結構圖，如圖2-1所示：

因果要素 評估因子

圖2-1 認知負荷構念圖

資料來源：Pass & van Merri?nboer, 1994:123.

由圖2-1可知：認知負荷的影響來自於許多向度，包含了外在任務（環境）的特性（如任務結構複雜度、時間壓力等）、學習者特性（如先備知識、認知能力等），以及兩者間的交互作用。而用來評估認知負荷的向度包括心智負荷、心智努力及工作成就，其中心智負

荷指因任務或環境要求而產生之負荷；心智努力是學習者真正用於完成任務所付出的負荷總量；而工作成就是指學習者的表現（郭秀緞，2006；Paas & van Merri?nboer, 1994）。

Marcus等人（1996）於探討認知負荷與理解的教學研究中，指出教學過程中影響認知負荷的三個因素，分別為學習者先備經驗（prior experience）、教材的特性（nature of the material）及教材的組織（organization of the material），茲分述如下：

1.學習者先備經驗

個體若能將新訊息與既有的基模（schema）（先備經驗）作整合，將可降低工作記憶的負荷量，因而提高工作記憶對於新訊息的理解，而提升學習者的學習效能；反之，若缺少先備經驗，使新訊息形成獨立的單位，則佔用了工作記憶，而降低對訊息的瞭解，甚至理解失敗，因此，先備經驗（基模）的有無，可說是認知負荷的首要來源，亦為降低認知負荷的的重要因素。

2.教材的特性

教材要素（elements）的關連性為造成認知負荷的另一原因，因教材內在要素互動性的高低，影響學習者於教材學習時所產生的認知負荷，若教材內在要素互動性低時，學習者不需要將大量的教材內容要素同時置入工作記憶區中來思考，因此產生較低的認知負荷；反之，若教材內在要素互動性高時，便可能形成較高的認知負荷。

3.教材的組織

依照不同訊息或學習材料的特性，運用不同的組織方式呈現教材，以加強教材的組織性，統整學習者的先備知識基模，降低教材內在要素互動關聯性，藉此減低認知負荷之產生。

此外Gerjets和Scheiter（2003）亦發現教學目標和處理策略是教學設計與認知負荷之間的中介因素，其主要理論架構如圖2-2所示：

圖2-2 Gerjets和Scheiter修正的認知負荷理論概念架構圖

資料來源：引自陳密桃，2003：35

由圖2-2可知「學習者活動」包含學習者目標結構和處理策略，而教師目標結構同時影響學習者活動，以及外在和有效認知負荷之歷程，且「專門知能」亦影響處理策略。經由Gerjets和Scheiter的發現，將擴充認知負荷理論的架構（陳密桃，2003），掌握更多認知負荷可能的來源，以及影響認知負荷產生的因素。

綜觀上述有關認知負荷來源的看法，可將認知負荷的來源大致分為：

1.外在環境：工作任務結構、易變動因子、穩定因子，以及多重

因子交互作用下的新因子。

2.學習內容：包含學習材料要素關聯度，教材內容的統整與組織

之結構，教材的呈現方式等層面。

3.學習者本身認知能量：包含學習者的先備經驗、認知能力、認

知（思維）型態等。

4.因素間的交互作用：各面向間交互作用下所形成的因素，如學

習者特性與教材內在要素的關聯性。

5.中介因素：教師目標結構與處理策略。

（三）認知負荷的類型

Sweller等人（1998）認為教學設計要使個體達到基模的建構與自動化，需藉由工作記憶的運作，而在此過程中將產生下列三種類型的認知負荷：

1.內在認知負荷

內在認知負荷主要是受到教材內在要素關聯程度，以及學習者本身所具備的先備經驗兩者交互作用之影響，因此教材本身內在要素和學習者的先備經驗將影響學習者的學習。

2.外在認知負荷

教材的呈現與組織方式不同，將造成訊息接收者不同程度的負荷，此種負荷即稱為「外在認知負荷」，又因外在認知負荷是外加的，因此可藉由訊息的組織與呈現等方面來減低認知負荷，其為多媒體或教材設計者所致力研究的重點之ㄧ。

3.有效認知負荷

係指藉由教學設計來吸引學童專注於學習內容的認知過程或基模建構，可透過有效認知負荷來輔助學習時基模的建構，可視為外在認知負荷的一環；但必須注意其會增加學習者的負荷感，因此必須於內外在認知負荷相加總量未超出學習者負荷範圍時，始可引入有效認知負荷。

而Xie和Salvendy（2000）提出認知負荷的歸類，藉此更為瞭解認知負荷的估算，他們將認知負荷分為：瞬間負荷（instantaneous load）、高峰負荷（peak load）、累積負荷（accumulated load），以及平均負荷（average load），如圖2-3所示。

瞬間負荷

高峰負荷

平均負荷

累積負荷

時間

圖2-3 心智負荷歸類架構圖

資料來源：Xie & Salvendy, 2000:85

圖2-3中，瞬間負荷，意指工作記憶運作中每一時刻的動態負荷狀況；高峰負荷，亦即從事任務瞬間認知負荷的最大值；累積負荷，也就是從事任務過程中經驗所累積的負荷量；平均負荷，為每一單位平均的負荷量。

Paas,Tuovinen, Tabbers和van Gerven（2003）以Xie和Salvendy （2000）的架構，融入自由空間的概念，並且指出內在認知負荷與外在認知負荷的區域，以及有效認知負荷在整體負荷中所在的區域，而使整體架構更為完整，如圖2-4所示。

由圖2-4中可發現，整體負荷中包含了內在負荷、外在負荷和有

效負荷，且整體負荷和平均負荷會隨著時間增長而減少，此意味著個體在接收問題後，在工作記憶中所產生的負荷，會因為分析、理解等思考，逐漸降低對問題所產生的負荷。

歸結而言，認知負荷類型包含以個體與教材內在互動而產生的內在認知負荷，外在環境、刺激所形成的外在認知負荷，以及對個體學習與處理訊息有所助益的有效認知負荷三個主要的類型。其後，更發展出以負荷整體、累積和平均觀點來界定的負荷類型；而各種認知負荷的類型，亦代表著個體自身，以及其與外在環境、訊息交互作用下，心智努力和負荷的狀態。

累積負荷空間限制瞬間負荷 內在負荷累積負荷 自由空間 外在負荷有效 負荷 自由空間 平均負荷 平均 負荷 整體負荷 問題1 問題2時間 高峰 負荷 圖2-4認知負荷定義與歸類架構圖

資料來源：Paas, Tuovinen, Tabbers, & van Gerven, 2003:65-66

（四）認知負荷的基本假定

認知負荷理論對人類認知架構（cognitive architecture）有其假定（宋曜廷，2000；吳金聰，2006；郭秀緞，2006；Mousavi, Low, & Sweller, 1995; Sweller, van Merri?nboer, & Paas, 1998），茲分述如下：

1.工作記憶的容量是有限的

人類的工作記憶容量是有限制的，若待處理的訊息很多或教材內在要素互動性高，則需耗費許多工作記憶，因而產生較大的認知負荷，導致學習困難。

2.長期記憶的容量是無限的

人類長期記憶容量是無限的，而長期記憶所儲存的內容是生手（naive）與專家（expert）最大的差別，專家常可立即提取長期記憶中的知識，並且加以運用，而生手學習者則只能於工作記憶中搜尋所需的知識，因而耗費大量的工作記憶容量，而造成過度的認知負荷。

3.知識與技能以基模的型態儲存於長期記憶中

知識經由簡單到複雜，粗糙至精緻的過程而儲存入長期記憶中，其主要功能有二，一是在長期記憶中提供組織與儲存訊息的功能，二是在工作記憶中處理新訊息，降低工作記憶運作所產生的負荷。

4.基模運作的自動化是基模建構過程的要素

在長期記憶中的基模是一種敘述性的知識，於面對訊息處理時，基模運作的自動化，將可節省許多工作記憶的空間，所以不至於產生認知負荷，由此可知，基模的自動化是基模建構過程中很重要的步驟。

從認知負荷的基本假定中可瞭解，工作記憶運作過程中，需自長期記憶中提取相關的既有知識基模，進行整合的工作。因此，若無法從長期記憶中有效提取相關既有知識基模處理新訊息，可能會消耗過多的工作記憶之認知資源，將產生不同類型的認知負荷。

二、認知負荷的特性

欲進一步瞭解認知負荷的涵義，吾人可由認知負荷的特性，或可略知梗概，茲歸納國內研究者（郭秀緞，2006；陳密桃，2003；黃克文，1996；黃柏勳，2003）對認知負荷的看法，提出下列八項特性：（一）假設性

認知負荷是當學習者置身於學習脈絡中，因學習要求、學習環境、學習方式等，加諸於學習者之心理與情緒上，所決定而來的概念。此假設性可能與事實有很大的差異，主要受制於學習內容與學習者本身的因素（認知能力的個別差異）。

（二）互動性

認知負荷是個體在認知過程中，與認知對象接觸後始產生的，亦即個體本其內在條件，以記憶、概念、策略去面對外在條件，兩者間於交互作用的互動過程中，才產生認知負荷。

（三）波動性

因為認知負荷有假設性的本質，所以認知負荷會隨著影響學習成就的內在因素（如情意、情緒變化、練習時間等），以及外在因素（如壓力、期望、懲罰等）等的波動，因而影響認知負荷。

（四）個別性

同一任務或學習內容，對不同個體而言，將形成不同程度的認知負荷，亦即個體學習與認知能力的個別差異，會影響個體產生不同程度的認知負荷。

（五）多方位性

由於認知負荷的來源是多向度，由此可見認知負荷的複雜性與多面向性（multi-faced）。因此，其來源、作用、機制以及表現，皆為多向度的。

（六）感知性

Pass和van Merri?nboer（1994）認為學習者有能力去內省（introspect）本身的認知過程，並記錄所耗費之心智努力的數量多寡。Moroney, Biers和Eggemeier （1995）也認為，使用主觀的後設測量，可以較為容易，且非強制的得到認知負荷的數據，進而加以分析。（七）有限性

有限性是指個體的認知負荷有一定的限制，並非無所限制，一旦接收的訊息超過個體的認知能力，則形成「過度」的負荷，使個體無法辨識訊息的意涵，導致訊息處理失敗，反之，未超過個體的認知能力，則可有效處理訊息。

（八）可操控性

可操控性是指認知負荷可藉由對工作任務、學習材料（學習內容）以及學習者本身等的認知負荷來源的操控或改善，可降低個體的認知負荷。

依據各先進研究者對於認知負荷特性的彙整，可知認知負荷的產生與感受到的程度，會因個體本身的認知架構、外在環境而具有一定程度的限制性與差異性。但也因為它的可操控性，個體可透過學習或各種策略的運用，進而掌握和管理自我的認知負荷。

三、認知負荷理論的教學設計原則

Sweller等人（1998）歸納認知負荷理論在各學科領域的研究結果，提出七項的教學設計原則，茲分別說明如下：

（一）目標開放效應（goal free effect）

傳統的目標導向教學，侷限學童的想法與解題目標，容易造成極大的認知負荷，因此，應該採用開放目標的方式，給予學童自由思考的空間，使學童不受教師目標的限制，可多重表達思考的心理歷程，因而可降低外在認知負荷。

（二）示例效應（worked example effect）

教師在教導有關程序性知識時，若呈現適當的例子，將可協助學童對於問題狀態理解，藉此建構學童解決問題的初步架構，建立學童解題的基模，以減少學童面對問題與解題時產生的認知負荷。

（三）完整解題效應（completion problem effect）

承上示例效應所述，提供學童適當的例子可協助他們建構問題解決的基模，但如何對於問題進行精緻化的處理，並且減少示例與題目同時置入工作記憶時所佔的記憶運作空間（Sweller et al., 1998）。

van Merri?nboer和Krammer（1990）以此效應進行研究，嘗試將完整的示例修改為一半解題，另一半由學童解題，藉此提供學童對問題進行較為精緻化的研讀與判斷，引導學童於外在認知負荷減低的狀況下學習。

（四）分心效應（split-attention effect）

指當學童面對許多訊息時，必須將這些訊息整合始可達成學習目標，因此這些訊息方式的呈現空間若不一致，可能使學童分心並分散其注意力，以致增加其認知負荷（Sweller et al., 1998）。以Yeung, Jin 和Sweller（1998）所進行的實驗為例，其設計兩種不同的句中生字註解的位置，如圖2-5、2-6所示，結果發現整合註解的設計，分別提升五年級受試者對句子的理解，以及八年級受試者對字彙的學習，而分散註解組的學童，其理解測驗的得分顯著低於整合註解組，且未提升學童對字彙的學習。

整合形式(The Integrated Format)

字彙位置示例

漫無目的地走動一直缺水的乾燥氣候

它一直閒蕩，直到迫在眉梢的乾旱來臨，它才感到害怕。因為它不想生活

生活困難的狀態

在困境中，所以它便開始挖更深水池。

圖2-5 整合註解之例

資料來源：Yeung et al., 1998:5

分散形式(The Separated Format)

字彙位置示例

它一直漫無目的地閒蕩，直到迫在眉梢的乾旱來臨，它才感到害怕。因為它不想生活在困境中，所以它便開始挖更深水池。

閒蕩漫無目的地走動

乾旱一直缺水的乾燥氣候

困境生活困難的狀態

圖2-6 注意力分散之例

資料來源：Yeung et al., 1998:5

（五）冗餘效應（redundancy effect）

當學習者面對多元且可獨立呈現的訊息時，若將這些大量的訊息同步置入學習者的工作記憶當中，將會增加學習者的認知負荷。（六）模態效應（modality effect）

Baddeley（1976）提出工作記憶的系統，包含主要的中央執行（central executive）系統，以及語音迴路（articulatory）系統與視覺空間掃描（visuo-spatial sketchpad）系統等兩大輔助系統。因此，當學習者面對訊息時若以單一管道來處理訊息，將可能造成學習者認知負荷的增加，若以多重方式呈現訊息，將可啟動學習者工作記憶運作的系統，共同處理多方訊息，分擔工作記憶對於訊息處理的負荷量。

（七）變化效應（variability effect）

教師進行教學時可以多元的教學方式呈現訊息，營造有變化的學習情境，使學習者運用多元的訊息處理管道，建立其學習基模。然而，雖然變換問題情境可能在表面上造成認知負荷，但有助於引起學習者的注意力，更投入學習與作業，因此在學習遷移上的效果將更為明顯（宋曜廷，2000；郭秀緞，2006；Sweller et al., 1998）。

認知負荷的教學設計原則，主要是根據認知負荷可能產生的情形，運用在教學設計上的原則。因此，教學者於教學過程中需注意教學策略、教科書內容設計與編排、以及教學方式等，以了解自我教學過程中，可能對於學童產生認知負荷的情形，亦可根據上述歸納的各項效應來檢視並調整自我的教學設計。

四、認知負荷的測量

認知負荷是訊息進入工作記憶運作時所產生的負荷總量，而如何測量這些所謂的「負荷量」，便成為研究者所面臨的一大挑戰；由認知負荷的測量，可了解學習者在處理新訊息時所遇到的困難，進而從中探求教學的改進，對於認知負荷理論而言，更提升其教育層面的應用價值。

認知負荷測量項目主要從「任務（工作）向度」及「學習者向度」兩方面著手，前者是測量為因應工作任務需求而產生的負荷量，稱之為「心智負荷」，其主要與任務工作的內在要素有關，而後者是測量個體執行任務時所付出的資源和能量，是為「心智努力」。有關兩者的測量方法分別說明如下（郭秀緞，2006；陳密桃，2003；Sweller et al., 1998）：

（一）主觀衡量法（subjective techniques）

主觀衡量法是基於受試者有能力回顧學習認知的過程，能自我反省，而將自己感知的負荷量化，通常以評定量表（rating scale）為測量工具進行測量，而所對應的指標是「極少」和「極多」的心智努力。依據認知負荷理論與測量方式為基礎，認知負荷量表的編製涵蓋許多層面，可能包含數值（numeric）、多樣式的描述符號（alternative description）等，而最後再依據所要測量的向度選定單向度量表或多向度量表（Hart & Staveland, 1988）。此外，就編製量表整體而言，應注重量表工具在於敏感度、診斷性、選擇性/效度、侵入性、信度、實施需求以及樣本接受度等層面的符合度，以做為量表工具選擇及採用的依據（Rubio, Dìaz, Martin, & Puente, 2004）。

就單向度量表而言，Paas和van Merri?nboer （1994）修正Bralfisch, Borg和Dornic（1972）「個體所知覺到的任務困難度」量表，而成單向度九點量表，以1-9的數值代表所感受到的困難度，數字越大則

代表困難度越高；此外尚有Marcus,Cooper和Sweller（1996）以七點量表作為「心智努力」的自我評定的測量。而就多向度量表而言，國外以Hart 和 Staveland （1988）所編製的「NASA-TLX評定量表」（National Aeronautics and Space Administration Task Load Index）與Reid和Nygren（1988）所設計的「SWAT評定量表」（Subjective Workload Assessment Technique）為主；前者包含心理要求（mental demand）、生理要求（physical demand）、時間要求（temporal demand）、表現（performance）、努力（effort）與挫折水平（frustration level）等六向度為主；後者以時間負荷（time load）、心智努力負荷（mental effort load ），以及心理壓力負荷（psychological stress load）等三向度為主。而國內宋曜廷（2000）以七點量表方式評定受試者對自己「所投入的心智努力」和「感受到的閱讀材料困難度」等兩向度，此外，周惠文和周賢彬（2004）修改宋曜廷的量表，將其運用於多媒體資訊組合方式與認知負荷相關的研究上；另一方面，大陸張智君（1994）、張智君與朱祖祥（1995）亦以過去學者研究為基礎，設計相關實驗研究，歸納出四個心理負荷向度，分別為：任務複雜性、任務壓力、心智努力與疲勞、緊張水平等。

綜合上述，認知負荷的測量內容項目中，包含了單向度與多向度的層面的使用；測量方式以量表或量尺為主，而量尺類型涵蓋了兩極量表、低中高分層量表、以及一般問卷使用的七點及九點量表，而在所測量的內容項目中，亦可依據研究者之研究目的及用途，設計所需的內容項目，以此測量出受試者的認知負荷量。然而，隨著認知負荷估算與研究技術、器材的進步尚將可運用精密儀器結合生理狀態與心理主觀測量，使認知負荷運作的過程與測量更為精確與效益。

（二）生理衡量法（physiology techniques）

生理衡量法是假設認知負荷的改變會反映在生理的變化上，所以利用血壓、心跳、腦部活動、和眼睛活動等生理的測量，可獲知認知負荷情況。

（三）任務與績效衡量法（task-and performance-based techniques）此法是藉由客觀的任務困難度和學習成效來推論學習者的心智努力程度，如學習成績、學習者所花費的時間、學習錯誤率、學習速度等。

上述三種測量方式在1990年代初期以「任務與績效衡量」為主，其後「主觀衡量法」和「生理衡量法」逐漸受到重視，而Paas和 van Merri?nboer更進一步比較主觀測量法和生理測量法，發現主觀測量法在認知負荷的測量上較生理測量法佳（宋曜廷，2000；翁嘉鴻，2001；陳密桃，2003；黃克文，1996）。Paas, Tuovinen, Tabbers和 van Merri?nboer（2003）亦曾歸納從1988年到2002年有關認知負荷的測量方法，發現自1990年代後期以來，大致以七點量表或九點量表的「主觀測量法」為主。

就認知負荷量表的發展與研究而論，係由個體外在表現、個體內在感受以及生理反應來進行評量，而評量方式係以量表與相關儀器的使用為主，且量表相對於其他調查研究量表而言題數大量減少，旨在避免受試者在填答過程中因過多題目所產生的認知負荷。然而，各種型式的評定量表與測量儀器的運用，皆旨在更為客觀、具體的瞭解個體認知負荷產生的狀態，以提供相關領域的參考與應用。

貳、認知負荷的相關研究

認知負荷理論主要是以工作記憶容量與認知資源有限的觀點，提供相關的教學設計與教學原則，藉以降低學習者的認知負荷，或提升其有效認知負荷，促進學習者學習成效。因此，近年來國外研究於此範疇的研究十分蓬勃，與教學和教材有關的研究，大致上著重於教材的呈現方式、教材內在要素互動性高低對於學習方面的影響，以及理論的發展趨勢等層面，其餘則偏重於數學、生物、自然科學的教學，及其在多媒體、資訊科技上之運用；而國內的研究主要也是在多媒體、資訊與數學解題上之運用。以下分別說明：認知負荷理論與本研究中主要探討的「教材內容編排」層面的相關研究，以及理論研究趨勢。

一、認知負荷理論在教材內容編排上之相關研究

Sweller等人（1998）歸納過去探討認知負荷理論的研究，指出：當學習者面對多重且需經整合始可理解的訊息來源時，若這些訊息的呈現和安排的空間分佈上又屬於分散式的狀況下，則會使學習者的注意力分散，增加了他們在學習過程中的認知負荷，進而影響了學習效果。換言之，在此情況下，教科書內容的編寫須以整合且規則性的方式來安排，藉以減少「分心效應」對於學習者的影響。而Carson, Chandler和 Sweller（2003）則是以認知負荷的觀點來探討自然科學的教材，其研究結果發現：若教材中有許多要素同時置於其中，學童將較難習得教材中的知識，尤其是難度與內在要素互動性較高的教材，因此強調教師進行教學設計及教材編排時，必須重視認知負荷產生的狀況。

在教材呈現方式的研究中，Pollock, Chandler, 和Sweller（2002）經研究後強調，具有高內在要素互動性的教材，應以步驟化的方式有次序地呈現教材，所以教材內容的編排亦須注意其課文編輯的層次，

循序漸進地提供讀者有效的閱讀訊息。而Kester, Lehnen, van Gerven 和 Kirschner（2006）以基模表徵的概念，呈現課文內容相關的組織架構，並結合電腦的運用以進行研究，其研究結果發現，在與課文內容相關組織結構的呈現下，實驗組的認知負荷顯著低於控制組，也就是說，若能提供讀者教材課文中重要概念的相關組織結構，協助讀者建構內容基模表徵，將有助於降低讀者在接收課文內容的認知負荷。

國內認知負荷理論的相關研究，大致以多媒體的運用為主，數學解題與教學策略次之，如周慧文、周賢彬（2004）以高中一年級學童為研究樣本，探討個體認知型態結合多媒體資訊組合方式對於認知負荷和學習成效之影響，其研究發現：認知型態、多媒體資訊組合方式與學習成效有關，然對於認知負荷則未達顯著影響；而與教材內容編排設計的相關研究，如：郭秀緞（2006）以認知負荷理論探討數學問題設計與後設認知策略教學對國小六年級學童數學解題的影響，但其在數學問題設計上，係以認知負荷的「冗餘效應」來探討不同內在要素的數學問題對於學童認知負荷的影響；而宋曜廷（2000）則探討先前知識、文章結構和多媒體呈現方式對文章學習的影響，其從實驗過程中，探討文章結構連貫性的高低，對受試者所感受到的認知負荷情形，研究結果發現高連貫性的文章對於高先備知識者不會產生較高的認知負荷，也就是說文章連貫性較佳者，較可能減少讀者認知負荷的產生。

綜合上述相關研究可知，教材內容的內在要素互動性，可能會因與學童本身認知能力的交互作用而形成內在認知負荷；而教學設計、教材內容的編排方式與設計、教材的呈現方式等，也可能形成學童的外在認知負荷和有效認知負荷，且有效認知負荷則會對於學童的學習有所助益，換言之，教材內容的編排方式與設計需考量學童的認知能力以及減少學童對其所產生的認知負荷。

二、認知負荷的研究趨勢

Bannert（2002）認為探討管理認知負荷的研究為現今認知負荷理論發展的趨勢，因此在他的研究中提及認知負荷的內外在管理。就外在管理的層面而言，分為傳統的降低認知負荷取向、操控內在認知負荷、以及提升有效認知負荷的現今趨勢；而在內在管理方面，其認為個體必須了解導致自我認知負荷產生的原因，進而尋求因應的策略，所以Bannert以雙管齊下的方式，檢視、克服、掌握自我的認知負荷狀態。而在認知負荷理論的運用上，除了教學設計、教學策略的研究外，已有相關研究運用多媒體與相關科技的結合，探討受試者進行閱讀作業時，所答題的正確率、閱讀速度、閱讀效率，以及個體心率變異性、瞳孔直徑變化率、眨眼率等生理反應，更進一步地探討閱讀歷程中認知負荷的情形（彭曉武、王正倫、楊磊，2006）。

因此，認知負荷理論的未來研究趨向，除以提升有效認知負荷以及協助個體掌握、管理自我認知負荷外，其研究方法與延伸範疇，更可結合科技儀器進行探索，使認知負荷的產生狀態與測量更為具體化，亦可使認知負荷理論在教育、學術上的應用更為廣泛。

參、對本研究的啟示

學習發生於人類認知結構之中，而透過實驗及研究後，Miller （1956）提出工作記憶的有限性（容量與時間），據此Sweller（1988）從人類工作記憶、心智努力和內容要素的連結作為形成個人知識基礎的認知結構，並進一步探討訊息處理的歷程中，工作記憶運作的狀態，因而發現：在工作記憶運作的過程中，可能會因為學習者本身認知能力、先備知識、外在的環境與教學設計產生的差異，而影響學習者將訊息置入長期記憶的基模與學習的成效，這也證明了工作記憶運作的過程中「認知負荷」的存在，及其對於個體學習的重要性與影響。因此，當個體開始接觸訊息之初，即依個體認知程度、教材內容，作