多媒体学习相关理论.docx

1、多媒体学习相关理论數學暨資訊教育精進陳光勳壹、緒論 數學是科學之母，學習數學可訓練我们思考、推理、判斷及解決日常生活的能力，然而數學這門學科卻是我國大部份學生最感困擾科目之一，愈高年級愈有此種趨勢，甚至有些高數學能力也曾表達厭惡之意，未有解決問題之樂趣。追究其因可能有多種因素，諸如中國文化望子成龍望女成鳳、聯考試題影響老師教學學生學習方式等等，上網為學生所好，為改變學生數學學習態度將資訊科技融入數學教學未嘗不是一個好方法。 目前科技日新月異，人的學習方式也隨著改變，本文僅依多媒體教學設計原則、多媒體學習相關理論及活動簡案做說明。貳、多媒體教學設計原則 教學活動設計有原則無定則。一般所採用活動設

2、計不外乎類似ADDIE(A：Analysis分析, D：Design設計, D：Development發展, I：Implement建置, E：Evaluation評鑑)經試教改善後再做實際推廣。茲將ADDIE做簡易說明：1、 分析：先知道教學的目標、學習對象，後瞭解學習者先備知識與可能相關迷思概念、敎材內容特性及地位、教學的時數、教學資源等等。2、 設計：經過上述種種分析方能預定採用何種教學法何種、何種輔助教具（實物或e化虛擬教具或兩種混合）、設計時也必須一併考慮數學結構、活動情境、脈絡和外拓性以便安排內容呈現之先後順序，並設定評量準則以便瞭解學生學習成效。3、 發展：設計藍圖完成時，為了資

3、訊科技融入數學教學也必須決定採用哪一種電腦語言？哪一種軟體開發？可使成本降至最低，又可跨平台又能顯現敎材內容獨特性，開發成員分工合作開發各個相關教學模組。4、 建置：組合各個教學模組，配置相關設邊設備如伺服器、作業系統等等準備上線。5、 評鑑：透過試教，將學生日誌、學生表現、教師同仁的意見及上網測試所蒐集到的回應種種資料進行質與量分析，發現問題後自我省思，修改活動設計，調整教學策略。簡介多媒體教學設計原則後，緊接著介紹多媒體學習相關理論。叁、 多媒體學習相關理論一、雙碼理論雙碼理論（Dual-Coding Theory, DCT）是由Paivio（1971）所提出，此理論認為人的認知包含兩個系

4、統，一是語文系統（verbal system），另一個是非語文系統（nonverbal system）。語文系統係處理語文方面的訊息，包含視覺、聽覺及其他形式的語文編碼，例如：文字與旁白等語文訊息；非語文系統是處理非語文方面的訊息，包含了視覺、嗅覺、觸覺等訊息，例如：圖像、環境的聲音、情緒動作等。語文與非語文系統對於訊息的處理與組織各有不同運作方式，語文系統先訊息編碼，後以語文元（logoens）為單位儲存在文字記憶區中；而非語文系統係先訊息編碼後再以意象元（imagens）為單位儲存在圖像記憶區中。此二系統看似獨立，但實際上兩系統間卻有關連性的存在，包含表徵性連結、參照性連結及關聯性連結三種

5、（如圖3-2所示）：圖3-2雙碼理論（資料來源：Paivio,1971)（一）表徵性連結：係指當個體接觸到外界刺激時，直接引起的表徵作用。語文性訊息一旦進入記憶系統後，先被編為特定的語意碼，再啟動相對應的語文表徵。同樣的，非語文性刺激進入記憶系統後，先以圖像式被編為意象碼，再啟動相對應的意象表徵。 （二）參照性連結：係指語文與非語文兩系統，相互參照而產生的連結，例如：看語詞可激發腦部而浮現意象，反之，藉由意象亦可聯想語意而產生語詞。只要給予適當的情節，皆可提高兩系統間的參照連結（Paivio, 1986）。參照性連結一旦建立，個體若需再回憶訊息內容時，將會自動啟動參照性連結，檢選兩系統中的相關

6、符號以供思考。Paivio（1986）也指出，訊息若能用語文及非語文兩種形式同時儲入長期記憶中，則日後的回憶檢索將更為容易。 （三）關聯性連結：係指同一系統中，元素之間所形成的連結。特定的語意會引發某些有意義的語意聯想；特定的意象亦會引發某些特殊的意象聯想。例如：在語文系統中，看到花生這個名詞可能引發北港花生、酒等語意的聯想；在非語文系統中，亦可引發意象聯想，例如：看到18銅人可聯想到運氣散廣告、少林和尚闖關等意象。依據此連結關係，為了要幫助學習者連貫相關訊息，教材設計建議運用文字性或圖示性的類比與比喻以建立關聯性連結（Robins & Mayer, 1993）。二、多媒體學習衍生理論多媒體技

7、術的發展遠快於關於多媒體學習研究，美國心理學家Mayer（1997）提出多媒體學習衍生理論，他認為有意義學習的認知過程：從學習材料中選擇文字和圖像，將文字和圖像訊息組織成連貫的心理表徵，並將其產生的語文和視覺表達做整合（如圖3-3所示）。此認知過程分別為：選擇（selecting）、組織（organizing）和整合（intergrating）等歷程，以下則分段做說明：圖3-3 多媒體學習衍生理論模式（資料來源：Mayer,1997)三、多媒體學習設計原則Mayer(2009)於Multimedia Learning一書中，又將多媒體設計原則歸納成十四個設計原則，以下就分別說明： （一）多媒體

8、原則(Multimedia Principle)： 教材設計採用文字與圖像組成的呈現，會比僅採用文字的呈現效果好（Mayer, 2001）。當文字與圖像同時呈現時，學習者能形成文字和圖像的心智模型，並在兩者之間建立聯繫。 （二）空間鄰近原則(Spatial Contiguity Principle)： Mayer (2001)曾說不論是用電腦螢幕或紙本學習時，教材中相關文字與圖像呈現的位置愈接近，學習者的學習學習效果愈好。當相對應的文字與圖像彼此接近時，學習者就不必浪費認知資源在教材畫面上進行搜尋，且能將他們同時存在短期記憶中；同時學習者可利用多餘的認知資源關注在其他訊息上，以獲取更多訊息，進

9、而提高學習成效。 （三）時間鄰近原則(Temporal Contiguity Principle)： 多媒體教材中，相關的文字與圖像同時呈現時，學習者的學習成效比兩者接續呈現的效果好（Mayer, 2001）。當相對應的敘述部分及動畫部分同時呈現時，學習者比較可能同時在工作記憶中建立兩者的心智表徵，因此才有可能建立語文表徵及視覺表徵間的連結。 （四）致性連貫原則(Coherence Principle)： 設計教材時，將與主題不相關的文字、圖像或聲音加以排除，則學習效果較好（Mayer, 2001）。無關的訊息會耗損記憶認知資源，分散學生的注意力，干擾訊息的組織，誤導學習者圍繞在不恰當的主題上

10、。 （五）形式原則(Modality Principle)： 動畫旁白的多媒體呈現，比由動畫文字的多媒體組合，對學習者會有更好的學習效果（Mayer, 2001）。意即當文字（字幕）與圖像同時呈現時，在視覺通道中必須同時處理圖像和文字訊息，因而造成認知負荷過重，影響學習成效。 （六）多餘原則(Redundancy Principle)： 多媒體教材中，學習者的學習成效在動畫旁白比動畫旁白文字的教材要好（Mayer, 2001）。因當訊息呈現只有動畫及旁白時，兩者可分別經由視覺及聽覺通道傳輸訊息；若當動畫、旁白及文字皆出現時，動畫及文字會同時佔用視覺通道的資源，造成視覺通道超載，干擾學習。 （七

11、）個別差異原則(Individual Difference Principle)： 不佳的多媒體學習設計，對低先備知識的學習者影響比對高先備知識的學習者影響來的大，因為高先備知識的學習者尚可使用他們的先備知識來補償呈現多媒體學習設計中所缺乏的指引；一般多媒體學習設計對高空間能力者學習者影響較對低空間能力者影響較大，因高空間能力學習者擁有足夠的心智可整合視覺及語文表徵的認知能力；低空間能力學習者則必須將諸多的認知能力，用於在記憶中保留住呈現的影像，以致於較不可能有足夠的能力用於心智整合視覺及語文表徵。（Mayer, 2001）。 （八）個人化原則（Personalization Principl

12、e） 個人化原則係Mayer（2005）以電腦為介面的學習環境，考量社交因素會影響學習者的動機，為了能夠增進認知的處理，進而提出的設計原則之一。即多媒體教材的用語採用口語化的方式會比形式化的方式，得到更好的學習效果。 （九）互動原則(Interactivity Principle)： 若學習者擁有控制教材呈現的步調時學習效果會比較好（Mayer, 2005）。因可依照自己的狀況調整學習速度，避免因訊息太多而造成認知負荷過重。 （十）信號原則(Signaling Principle)： 信號原則指的是學習者學習多媒體教材時，若含有協助如何處理教材的信號，亦即當多媒體教材含有可強調教材內容組織結構

13、與重點的提示時，學習者對於教材的瞭解程度會比學習不含重點提示教材的學習者好（Mayer, 2005）。信號原則中較常用的方式為突顯標題（heading）與強調關鍵訊息（key information）或畫底線、粗體字提示重點。 （十一）分片段原則（Segmentation Principle）: 分片段原則指的是當多媒體教材被分割成數個小片段時，學習者能夠從每一個片段中選擇文字及影像，並且有足夠的時間及能力去組織及整合，再進入下一片段；反之，若多媒體教材是以連續不分割的方式播放，學習者能夠從第一個片段中選擇文字及影像，但當學習者忙於組織及整合被選擇的文字及影像時，便被要求對於連續呈現的訊息做選

14、擇文字及影像的工作，造成學習者雙重通道皆超負荷的情況，而降低學習成效（Mayer & Moreno, 2003)。 （十二）事先訓練原則（Pre-training Principle）： 學習者若能夠在學習之前，預先知道主要概念的名字和特徵，則學習效果會較好。 （十三）聲音原則（Voice Principle）： 在個人化原則中提到，多媒體教材以對話式的方式來教學，比形式化的講課更有教學效果。旁白講述使用人聲，會比模擬人工合音更有教學效果。 （十四）圖像原則（Image Principle）： 畫面出現了演講者的圖像時，學習效果並不一定會提高（Mayer， 2005）。 秉持上述ADDIE多媒

15、體教學及學習設計原則與理論應可設計出一份好的數位數學教材，但不可爲融入而融入，因絕不是每個數學單元均適合資訊科技融入例如數感、量感，反之針對某一單元，實物教具若有其限制而資訊科技又能發揮其特色則兩者此刻可相輔相成，例如連續切割不規則立體物件之空間截面，就是實際採用切割機也不能做連續切割動作。目前學習係以學生為中心，敎師的責任是搭起鷹架讓學生攀登，適時地加入引導用詞可使同樣的數位教材讓不同認知學習者一起來學習。茲舉例一些簡易活動說明： 肆、簡案說明一、七巧板學習對象：國小學童教學目標：玩七巧板認識一些幾何圖形（低年級）及等積可能異形概念（中高年級）。教具：GSP軟體（或GEOGEBRA）、七巧板

16、數位教材及實物教具（例如厚色紙片、三角板）。教室內先佈置一些與七巧板相關日常生活幾何實物之情境。（一）、請學童移動正方形內七巧板做不同角度旋轉拼湊出下列造型範例小馬與小鴨（如下兩圖4-1 & 4-2），然後影印、剪貼、描繪圖形。在數學遊戲中引導低年級小朋友認識幾何圖案（正方形、三角形、平行四邊形）， 圖4-1 圖4-2（二）、 完成後可立即讓他們進行自由拼湊造型活動，並邀請小朋友對自己拼湊的造型做說明並相互觀摩。（三）、針對較高年級學童可進一步給予每位四、五年級學生兩塊同大小正方形（每塊正方形均內含七小塊巧板）自行拼湊兩種不同造型，提問小朋友這兩種不同造型物面積孰大孰小？說明理由（透過相關數位

17、教材或實物操作引導小朋友破除學童異形異積之迷思概念）。（四）、緊接著又提問四、五年級學童這兩種不同造型物周長孰大孰小？亦即讓學童知曉等面積之造型物也有可能周長不相等（可引導小朋友透過相關數位教材或實物操作破除學童等積等周長之迷思概念）。（五）、最後在老師引導下讓學生做最後統整異形可能同積；等積亦有可能周長不等。二、 迭代（Iteration）教學目標：尋找規律性培養學生歸納能力。學習對象:國小高年級或國中生。教具：AMA軟體（GSP或GEOGEBRA）、數位教材及實物教具。先在教室內佈置一些與迭代相關實物之情境（如圖4-3中國山水畫） 左圖山水畫係大一學生作品利用交大 圖4-3中國山水畫陳明璋

18、教授所開發之AMA定線迭代功能製成，透過中國山水畫製作操作先引起學生學習數學迭代動機，再呈現問題(配合數位教材示範)如下：有個正三角形ABC，今取三邊中點分別是A1、B1、C1三中點連線形成正三角形A1B1C1（第次迭代後之圖形），緊接著利用正三角形A1B1C1三邊中點分別是A2、B2、C2三中點連線形成正三角形A2B2C2（第二次迭代後之圖形）並可提問五年級小朋友下面幾個問題（師生可配合數位教材互動）：（一）、請問五年級學生第次迭代後之正三角形A1B1C1面積（周長）是正三角形ABC面積（周長）多少倍？（二）、第二次迭代後之正三角形A2B2C2面積（周長）是正三角形ABC面積（周長）多少倍？

19、 （三）、第三次迭代後之正三角形A3B3C3面積（周長）是正三角形ABC面積（周長）多少倍？（四）、第一百次迭代後之正三角形A100B100C100面積（周長）是正三角形ABC面積（周長）多少倍？怎麼知道？ （五）、針對六年級以上學生又可提問第n次迭代後之正三角形AnBnCn面積（周長）是正三角形ABC面積（周長）多少倍？請寫出一般式？ 三、. 截面（Cross Section）教學目標： 利用截面數位教材提昇學生截面能力。學習對象:國小高年級以上學生。使用教具：Cabri3D軟體、正方體截面數位教材、實物教具（裝七分滿水之正方體養魚缸）。（1） 切蘋果、西瓜、木瓜、麵包、蛋糕、鋸樹及削甘蔗等

20、等情境說明截面定義。（2） 布題：一大正方體木頭被用電鋸從水平方向鋸開其截面形狀為何？1.若答四邊形，則問此四邊形是哪種四邊形？（正方形、長方形、平行形四邊、梯形或菱形？） 2.如何切截面才能出現其他四邊形形狀？配合實物操作並在紙上畫出來。3.從不同角度鋸開其截面又有何其他形狀？如何切？ 4.是否有七邊形截面？有，在紙上畫出來。否，請說明原因。5.最後讓學生操作數位教材（可做左、右、上下前後旋轉）及對照傾斜養魚缸，如下圖4-4操作數位教材旋轉一下此時可清晰看到目前截面是三角形，學生透過操作可發現一些現象，經內蘊、壓縮、物化對幾何空間與圖形會更瞭解。 圖4-4正方體截面範例參考文獻Mayer,

21、R. E. (1997). Multimedia learning: Are we asking the right questions?. Educational Psychologist, 32, 1-19.Mayer, R. E. (2001). Multimedia learning. New York: Cambridge University Press.Mayer, R. E., & Moreno, R. (2003). Nine ways to reduce cognitive load in multimedia learning. Educational Psycholog

22、ist, 38, 43-52 Mayer, R. E. (Ed.) (2005). The cambridge handbook of multimedia learning. New York: Cambridge University Press.Paivio, A. (1971). Imagery and Verbal Processes. New York: Holt, Rinehart & Winston.Paivio, A. (1986). Mental representation: A dual coding Approach. New York: Oxford University Press.Robins, S. & Mayer, R. E. (1993). Schema training in analogical reasoning. Journal of Educational Psychology, 85(3), 529-538.