2009年2月4日

讀書筆記:學習效率-管理認知負荷的實證指導(Efficiency in Learning Evidence-based guidelines to manage cognitive load)

先說喔,這篇文章有點硬,包含了我看書的筆記和心得。
Efficiency in Learning的圖像

Efficiency in Learning Evidence-based guidelines to manage cognitive load
學習效率:管理認知負荷的實證指導


當初借這本書來看,本來只是想瞭解「認知負荷理論」而已,不過翻開來看之後,簡直驚為天人,這本書幾乎這可算是「聖經」等級的指導手冊了,破了不少我教學的盲點。

這本書的主題就像書名所說,是要增進「學習效率」,也就是用最少的努力,得到最大的效果。要做到這種地步,不是只有學習者本身的責任,教學者的責任也很重要。和一般講教學技巧的書不同的是,它除了告訴你應該怎麼教,還利用這25年來【認知負荷理論】的相關研究,告訴你「這樣教,效果比較好」。百分之99以上的指導方式都是有實驗證據的,只有幾項目前還沒有足夠的實驗證明。

認知負荷理論可以用在各種內容、各種傳遞的媒體,和所有學習者。因為認知負荷理論著重在如何使用基本的訓練工具-文字、視覺和聲音。這些適用於各種技能,也適用於所有傳遞的平台,例如印刷到e-learning的平台。因為它的普遍性,無論是教師或是訓練教材的研發者,通通都適用。

認知負荷理論是基於許多控制的實驗研究。透過設計有效的教學環境能引領快速學習和更好的學習成果,因為好的學習環境能減少心智資源的浪費。


認知負荷有三種模式:
  • 內在負荷(intrinsic load)
  • 增生負荷(germane load )
  • 外在負荷(extraneous load )

內在負荷的因素在於教材內組成成份的相關程度,相關程度越高,這個教材的複雜度就越高,就讓內在負荷增高了,白話一點來說,這個教材比較難學。例如學習英語時,單獨的字彙相關程度很少,就好像你學apple,並不影響你學dog這個單字,兩個沒什麼關係。不過如果要組成句子或口語回答時,就會有比較多的相關性了,比如你要用英文說「狗咬了一顆蘋果」,那這兩個字就會有相關性了。

讓複雜的教材簡化的基本原則,就是透過教材的分段和提供大綱。


外在負荷是指那些不相關的資源分散利用我們的心智,像是注意文字,又要整合視覺和聽覺去瞭解文字的意義。又比如說,你在唸書的時候,旁邊放的音樂和你念的東西是無關的,那也就增加了外在負荷。


增生負荷類似外在負荷,不過它是能夠降低認知負荷的,例如使用很多的例子去教學、傳授技能,能夠使學習者將來能應用在更多的情況。

如果的內容太複雜,那麼內在負荷會增高,或是有太多外在負荷,那麼會剩下非常少的容量給增生負荷,將會導致學習者要花更長的時間去獲得欲學習之技能,或是根本無法達成學習目標。

所以要做的是讓增生負荷增大,減少無關的資源浪費。如果你無法控制學習材料的內在負荷,那麼就利用分段和序列,使得一次的教材相關性的量能夠最適化。






如何降低無關的認知負荷
  • 視覺和聽覺的呈現模式的最適化
  • 學習者的注意力
  • 降低記憶必須處理的資訊量,

利用教學技巧,能夠將無關負荷降到最低,如此就能釋放限制的認知容量給相關負荷。


認知負荷依賴三個主要部份的關聯
  • 學習目標和其相關內容 ,學習內容的複雜程度
  • 學習者的先備知識
  • 學習環境,訓練環境的指導方式

教材的複雜度和學習者先備知識有關,和專業知識有密切關係。降落一架飛機看似複雜,但對專業的飛行員來說很簡單,不會用到太多的負荷,但對新手來說卻是非常複雜。


我們有兩種記憶系統,一個是工作記憶,容量不大,只有7+-2個記憶單元,再多就不容易記得了。這個「7」被稱為magical number,是George Miller 在 1956年提出的。像電話號碼、車牌等的設計,其實也考慮到這點,比方說我們去查號台問某家餐館的電話,這個號碼直到你打電話,應該都還記得,因為它暫存於你的工作記憶裡,可是掛上電話之後可能就忘了。

另外一個記憶系統是長期記憶,它有非常大的容量。當長期記憶裡有夠多的先備知識,工作記憶就能處理更多資訊,因此能降低認知負荷。


聽覺解釋視覺材料,會比用文字解釋視覺材料,學習效果比較好」,這個稱為modality principle。因為對視覺的解釋,文本比起聽覺,會利用更多不相關的負荷,不容易降低複雜學習。

認知負荷理論即是關於「效率」:學習者的表現(learner performance)和學習的心理成就(learner mental effort)

只需一些mental effort就能有高的學習成就的學習環境
要很多mental effort,才有一點點的學習成就的學習環境,兩者相比,前者比較有效率(efficint)


P23
教學產品的效率,可以利用efficiency metric來量化,並用efficency graph來繪圖。

P29
在長期記憶裡有我們的基模,我們有樹的基模,所以當我們看到葉子、分支等特徵,我們會知道那是棵樹。同樣地,我們也有字的基模、字母的基模


身為教材的教學者,我們必須努力降低不相關的負荷,調整相關的負荷,並且規劃管理內在的認知負荷。如此才能釋放工作記憶的容量,來學習新的東西。否則當工作記憶滿載,無法接受新的訊息,學習效率會降低

對一盤正在進行的西洋棋盤,專業的棋士記憶棋盤的能力比新手強,因為他將眾多棋子分組視作8~9個基模(由棋子之間的攻守關係所形成的塊狀(chunking)記憶單位),但新手只能看做24個棋子。但對於一個隨機擺放的棋盤,新手反而比較強,因為專業棋士會想從其中找到意義,這反而降低他們的記憶表現。(來自1973年 Chase和Simon的實驗)

雖然工作記憶的單元容量只有7+-2的空間,但並非所有的資訊元素都是相同的,這取決於在長期記憶裡的那個基模,基模可以讓進入工作記憶的資訊被組合成新的單元,如此就能突破工作記憶的記憶容量。



P34
Dual task experiments的實驗中,實驗者要聽一連串的數字並記下來,同時玩用聽覺的遊戲,這樣的記憶效果會差,但是若是改玩視覺的遊戲,如此效果會比較好。聽覺和視覺在工作記憶中用的是分開的兩個次元件。



P34
將文字對圖的解釋放在文字旁邊,可以減少浪費在搜尋相關資訊的時間。



P36
學習的過程
  • attention注意
  • activation of prior knowledge先備知識的活化
  • elaboration-rehearsal 精進-覆頌
  • encoding and retrieval 編碼、提取

學習者必須先專注他們的注意力在和學習目標相關的學習資訊,注意(attention)是將會堵塞工作記憶的「非相關資訊」排除,然後將相關資料放進工作記憶的一個重要關鍵。新的資訊進入工作記憶,一定要先整合入在長期記憶裡的基模。這些在長期記憶的基模必須轉移到工作記憶裡。這個轉移過程就是activation of relevant preexisting knowledge(活化相關現存知識),在這點上工作記憶必須處理新的知識和技能,使得可以從長期記憶裡整合入活化基模。這個過程稱為elaboration of information。

藉由複頌在工作記憶裡的新知識,能夠精化資訊。當elaboraion 和rehearsal之後,這些知識才能進入長期記憶中。


但學習還包括如何提取,有相關線索的基模比其無線索的基模,要更容易轉移


提取的情境和儲存編碼的情境必須接近。例如學習的電腦軟體用的螢幕畫面和我們自己的很像,那就會學得比較好,也比較容易使用將新的技能(這就類似現地考照)


P38
藉由複習,活化相關的先備知識,並將基模導入工作記憶,以便整合新的知識技能,

P39
two vehicle for maximizing the limited capacities of working memory
當個體獲得專業知識,他們在長期記憶的基模會成長,而且會能處理更多分段的內容,這種情況下,實際的工作記憶容量會增大。在這之前,學習環境必須經過經過分段、循序,和避免負荷的呈現內容,以取代新手侷限的基模。

聽覺和視覺共同在工作記憶裡作用,能夠增大侷限的記憶容量。

automaticity :largely bypass working memory limit
重複的過程能讓他進入長期記憶,成為自動化的歷程,在呈現時幾乎不會用到工作記憶的資源。幾乎是無意識進行。例如熟悉電腦打字的人,不需要再花多餘的資源在打字上面,就可以一邊打字一邊構思文章。或是英語使用者讀英文書很簡單,但中文使用者就會讀得比較慢。這些就是因為技能的部份已經進入自動化的歷程。

有效的使用graphics audio text,能夠更有效的使用有限的工作記憶
dividing content between the visual and auditory centers in working memory在工作記憶裡分開視覺和聽覺
focusing attention to important content elements and avoids split attention專注在重要的內容上,避免分散注意力
minimizing unnecessary or redundant content or presentation modes減少不必要或多餘的內容或是呈現模式
providing external memory supplements with performance aids提供外部的記憶支援



P49
根據dual task experiment,心理學家認為工作記憶有兩個子部份,
  • phonological loop
  • visual-spatial sketch pad


P50
指導方針1
在需要空間操作的工作上使用圖表,使之表現最適化
Marcus,Cooper,與Swller在1996年對六年級的學生做的實驗,要學生連接電阻,分別有兩種指引版本,一個是文字的,另一個是圖解的,結果顯示,在越複雜的任務裡用圖解的遠比用文字的簡單很多。因為圖解能提供更明確的空間呈現,圖解需要更少的推理,因為已經從圖中得到資訊了,但文字的仍需要經過推理。

上面的實驗著重在完成一項工作,而不是儲存新的知識



指導方針2
使用圖表,以促進學習涉及空間相關性的規則
在carlson, Chandler和Sweller於2003的實驗,讓學生完成化學式的命名問題時,在解說前置字元的教材上使用圖解版本和文字版本。針對兩類型不同的的實驗,
當指引材料需要學習者去比較、涉及或是同時處理多種資訊元件,那呢圖解的呈現將會促進學習與瞭解。在指導資訊可以被序列處理,且學習元件之間的相關較少時,那麼文本指引的格式比起圖解是比較有效率的

綜合上述兩指導方針
圖表能夠促進表現和學習效率
圖表使中間到高難度的空間任務有更高的效率
低複雜度的工作,「文字呈現」比較不需花資源去產出,而且和表現支援和指引材料同樣有效。?
在多數的情況下,我們建議用圖表能用在performance aids 與訓練教材

指導方針3
使用圖表能幫助使用者建立更深的瞭解
例如對機器元件的瞭解

P59
並非所有圖表都有相同的作用
圖表有representational visual和explanatory visuals ,前者是用來說明物體的外觀,後者是用來表示內容元素的相關性。當學習目標需要更深的瞭解時,解釋型的視覺材料更能說明相關工作。

指導方針4
explain diagrams with words presented by audio narration
用聲音的敘述去解釋有字的圖表
有聲音版本的解說較為有效率

P65
螢幕小人物的存在與否,或是角色為人物或卡通,不會影響效果,真正會影響的是呈現模式,用聲音比文字好。

P66
何時使用聲音?
  • 傳遞媒體可以支援聲音
  • 學習者不是聽覺受損
  • 指引的目標需要較高層次的心智工作:在簡單的問題,有沒有聲音沒有顯著差異,但問題所需的認知理解能力越多時,越需要聲音的輔助
  • 圖表或文字需要解釋時
  • 學習者將不需要內容的參考時?(當使用者需要內容的reference時,用文字比用聲音好)
  • 學習者的先備知識越多時,就不太需要聲音了,若是新手,則有聲音的輔助會比較好。
  • 當然使用的聲音必須是學習者的母語。

P71
聲音解釋文字,或是聲音解釋圖表?
不管問題以文字或圖表呈現,以聲音解釋都比文字解釋要好!


Tips for design of AV lessons
  • When planning your training ,begin by considering best ways to visualize your content.
  • Use explanatory visuals that show relationships when your goal is to help learners build a deeper understanding
  • In synchronous e-learning or classroom instruction, use the white board or projector to show relevant visuals (diagrams or text),explain the visuals verbally.
  • In asynchronous e-learning , allow learners to control the delivery of audio by providing stop and replay options.
  • Keep audio scripts concise,relevant, and brief
  • Use text rather than audio for content that must be referenced during the lessons.
  • Synchronize audio explanations with presentation of the visuals.
  • Provide text as a backup for audio explanations for learners who may not have sound functionality and/or may have hearing impairments.

注意力集中、避免分散方法

P78
指導方針5
使用線索(cues)和信號(singal)在重要的視覺和文字內容,使注意力集中。
利用線索cues(線段、圈圈、方塊、箭頭'highlight)和信號singal(聲音、粗體、斜體、段落標題、章節預覽、顯示正在講解的部份)來使其集中,特別是在長的和複雜的文句中。
用有結構性的文句提供signal,例如在該段落前以粗體標示該段的標題-段落下小標

P84
指導方針6
在同一頁和螢幕中整合解釋的文字靠近相關的視覺位置,避免分散注意力。

P94
減少分散注意力(split attention),在閱讀那種圖文不整合的書籍時,一邊看字還要一邊找圖,不僅用去了我們侷限的工作記憶,也增加了無關的認知負荷。


P89
實驗(解釋電池和閃電)顯示,動態呈現配合聲音敘述,能夠提供更多的modality effect,因為利用了更多的認知負荷

P90
Rickards, Fajen, Sullivan 和gillespie在1997年的實驗證明,有singal(例如,教師說「這邊需要記下來」)去做筆記的課堂,學生能得較高分。沒有signal的課堂用了太多的無關負荷,學生得全神灌注,才知何處是重點。

做筆記會分散注意力,因此需要教師給信號!

聽課做筆記,比起玩棋、讀文字、記一連串無意義的字,需要用到非常多的工作記憶,需要更多的認知努力(cognitive effort)

在使用文字的情況下,學習者利用閱讀方式來吸收知識,他可以自行調整吸收的速度,隨時可以回去重讀,看不懂的地方。但授課(lecture)時,動態的型式,學習者無法自行調整速度,因此需要大量的認知努力才能夠集中,因此非常需要信號。在沒有信號的情況下,沒有做筆記反而會有比較高的測驗分數(Richards , Fajen, sullivan 與 Gillespie 1997)


記筆記可降低心智容量,但相對於recall learning 無助於更高層次的學習(kobayashi 2005)
侷限的工作記憶應該用於更有效率的地方,例如提供學習者預先寫好課程的摘要、提供指引的時間用來練習或討論。

利用線段或箭頭整合文字解釋和視覺的相關部份。
文字和相關的視覺訊號必須擺在同一頁,不要被分開來在不同頁或是不同捲動螢幕上。
授課時的紀錄筆記,需要考慮周延的認知資源,也需要進可能最小化
如果授課做筆記是無可避免的,要使用訊號減少分散注意力。


P95
指導方針7
教學電腦軟體中,整合words和visual在同一個傳遞媒介中,避免分散注意力
電腦教學的教材中,將各步驟以文字說明整合在同一畫面中,避免傳統的step by step,後者會分散注意力。
沒電腦就不能教電腦嗎?不一定,教學媒體的呈現只要重視整合就可以!有整合,有self-contained format


P109
指導方針8
簡潔有力的說明
字越少學越好,有圖有文學得好,有總結,省錢
省下發展多餘教材的時間和金錢,如果學習者的成效都相同,沒必要再多做這些。

P110
指導方針9
消除多餘的視覺、文字和聲音
消掉那些只為了有趣的文字和圖片

P119
去掉重複的聽覺材料
寧靜的背景(去除多餘的音樂、聲音),有助於學習表現。不要花資源或時間在建置教材的背景音樂。
在安靜的環境裡學習、閱讀和寫作。

P121
指導方針10
去掉重複的內容傳遞模式
如果圖已經很清楚了,就不要再加字上去了。如果圖上加註的字很清楚了,就不要再加聲音了。多不一定好,此為多餘!

新手需要的資源較多,教材的呈現需要較多的聲音,但老手有聲音的協助反而表現變差(Kalyuga ,Chandler, Sweller(2000)

P127
當視覺材料需要解釋時,用聽覺(modality principle)或用整合的文字(避免分散注意力)

如果教材對象要給老手和新手,建議違反split-attention guideline,放解釋的文字在圖下面,雖然這對新手會增加分散注意力的負擔,但這種格式可以使老手更容易讀圖,避免還要閱讀文字,避免redundancy effect。或者,如果加旁白,要為老手提供開關,可以關掉聲音。

P128
教師不要當念稿機,工作記憶是有限的!
描述圖形時或是單獨的字,單獨使用文字或用聲音都好,就是不要兩者同時使用。

P130
聲音之後再有字會學得比較好,這在指導者控制學習步調(Instructional Paced )的實驗中有顯著差異。
先有旁白,再序列呈現螢幕上的字可以減少重複

P131
如果圖無法自我解釋,必須加入文字說明,
當以視覺描述時,你要單獨輔以聽覺訊號,這比起聽覺加上同時加上同樣的文字要好。

P132
建議當呈現較短內容時,使用聲音和相同文字,但不可將這些短內容在沒有停頓的情況下,結合成大段落,這樣會有反效果。

講很長的文字時,要有視覺的呈現。

P133
在e-learning上,避免在手冊上和電腦上都呈現一樣的東西,
如果是一套電腦的訓練教材,要把教材都放在螢幕上,不要放在手冊上,以至於要一邊看手冊還要看螢幕,減少分心。


P135
減少重複的字、方式(modalities)、傳送媒體(例如有電腦又有書)

限制教材中,字和視覺的東西,使其僅與教材目標相關
剔除多餘的字和視覺的東西,當他們不是學習目標的本質時
避免增加相關但非必要的科技內容,以及增加為了增進情感興趣的內容(像是小故事、笑話)
只用需要的、能讓人瞭解的模式來呈現資訊
當圖表是不解自明或學習者相當熟悉時該圖表時,單獨使用圖表即可
圖表並非不解自明時,需要用聲音或文字來描述,但並非兩者皆用。
螢幕上或投影上冗長的文字,不需要敘述
教學者呈現文字資訊給學習者時,最好保持安靜,而非念那些資訊
學習電腦軟體的時候,不要將螢幕上的東西完全複製下來到手冊,必須有所省略
在非同步學習裡,用聲音解釋視覺而不要用文字,讓學習者能夠自己省略文字或加快速度。


指導方針11
提供績效輔助(performance aids)為外部記憶支援

指導方針12
用認知負荷管理技術去設計績效輔助

P143
給不能好好講解、又不能好好練習的事情一張 training aids,例如飛機上的緊急逃生的小卡片。
提供課堂上曾經學過,但又不能好好練習的東西一個working aids
最好的狀況是學完之後,至少能操作一次。可是大量的資訊進入工作記憶,所以超載的部份無法學習。給working aids能有幫助。

光靠performance aids有時會導致學習狀況不佳,因為都依賴那些提示,而不去學習。


P146
設計performance aids需要考慮認知管理技術,例如這個aids是要設計要給使用者操作電腦的,你就不能只用文字描述,最好要用視覺化的呈現,例如用圖像或是螢幕畫面。


P148
為什麼圖像比文字好用?因為我們處理圖像是整體性的,但文字是序列的處理,在面對空間的問題時,需要再進一步轉換成空間的訊息。

設計不解自明的圖像,不需要文字。 Chandler and Sweller在1991年時的實驗,比較心臟血液循環的圖,有解釋的文字和沒有解釋的文字的差別時,證實只有圖的情況下,分數較高,教學時間也用的比較少。



P149
當工作可以被有效地用視覺溝通,單獨使用圖像就好了。
使用箭頭或其他動態線索來描述動態(depict motion),這比用文字好
設計圖像去反應視覺的觀點,減少花注意力去轉移注意目標。


p150
Intergrate performance Aids into the Performance Environment
設計電腦軟體的help時,把它放進電腦裡,而不是另外弄個手冊來說。並且是放在軟體的使用介面裡,而不是另外開一個手冊的視窗軟體


P155
Place performance support on the computer rather than in a manual to avoid inefficiencies arising from split attention
integrate computer support into the application as much as possible given budget and technological constraints

P156
if the content will be used in many places throughout a course , display it on a wall chart or reference card allowing learners flexible access throughout the course.



P157
the bottom line
  • provide workers and learners with external sources of content in the form of performance aids
  • use visuals in performance aids
  • avoid redundancy in performance aids by including the minimum needed to convey the content
  • Integrate text into the visuals, if visuals requires explanations.
  • Display performance aids for computer applications on the computer and into the applications as much as is feasible.


P157
Tips for bypassing working memory
  • During your analysis, work with subject-matter experts to identify large bodies of facts or procedures needed to complete tasks ; these are candidates for performance aids.
  • Determine whether facts or procedures can be accessed on a performance aid or must be learned during training to achieve the performance objective.
  • If you identify a large number of facts or procedures that can be delivered on a performance aid , consider a reference-based training approach.
  • Design reference and training resources to work in concert with each other.
  • Insert memory support into your instructional materials; fade the support as learners gain expertise.
  • Lay out and locate performance aids in ways that minimize split attention and redundancy.
  • Test early prototypes of performance aids with target users to validate their effectiveness.

P161
Guidelines 13~16
Teach system components before teaching the full process
教系統的部份再教完全的全部程序
teach supporting knowledge separate from teaching procedure steps
從教程序步驟中將支援知識分離出來
Consider the risks of cognitive overload before deigning whole task learning environments
在設計完整的工作學習環境前考慮認知記憶的風險
give learners control over pacing and manage cognitive load when pacing must be instructionally controlled
當步調必須由指導者控制,給學習者控制步驟及管理認知負荷


P163
教程序知識的方法,如何將教材segment和sequence?
先教組成部份再教整體,例如教車輛的煞車時,先教個別部位零件,然後才看動作原理。在生物學的教學,就像先教顯微鏡的各部位名稱,然後才教使用方法。

P167
如何設計程序的課程
1.分解整個系統成為主要的部份,分太小會產生太多部份,使工作記憶負荷過重;分太大,那麼這些次要的部份又沒有明顯的功能。
2.分解的東西要有意義
3.放在傳遞的媒體裡,不一定需要動畫,研究機械系統的論文發現,只要靜態圖像的狀態改變,依舊可以如同動畫般有效

P168
指導方針14
從教程序步驟中,分離出支援的知識
也就是先教原理(supporting knowledge)、再教操作步驟。或是先教操作步驟再教原理
如果原理和步驟同時教,會佔用太多的工作記憶!
不過目前只有實驗證明(Pollock, Chandler 和 Sweller 2002)先教步驟再教supporting knowledge是有效的,反過來會怎樣,未有實驗證明?
程序(procedures):recurrent skills 重複的技能、near transfer tasks經常轉移的工作
我的想法:可以用在顯微鏡教學、製作玻片、實驗技能



P173
研究中的應用
學習要更有效率,就要從主要的課程內容中把supporting knowledge如facts和concepts抽離出來教。
教程序之前先教各部位的名字和功能
教工作的步驟,要把supporting knowledge(步驟的理由或是步驟相關的概念)分開來


P176
在設計全任務學習(whole task learning)環境之前,先考慮認知負荷的風險(risks)
whole task learning 又稱為problem-base learning ,最常在醫學院被使用,針對個案問題做分析,以此學習。目前沒有確切證據去比較Problem-base learning和傳統的指引教學。但是要注意因為新手(novice)比較容易受到認知負荷影響,而 whole task learning並沒有把課程做分割規劃,因此會負荷比較大,對新手而言,如果沒有足夠的先備知識,他們的學習效果可能不理想。


P184
多媒體的教學中,應該設置能讓使用者自己控制步調
動畫不一定會比靜態畫像好,這在設計時應該考慮,不僅影響學習效率,也會影響開發費用。可以用一系列的靜態圖像去取代動畫。
文字和靜止畫像的呈現可能會比影片要好,因為學習者能夠自行控制學習步調(慢看或重頭)
在本來就是指引者控制的課程中(例如同步e-learning和課室教學),投注更多的努力在管理認知負荷上,例如暫停用來練習或是問問題避免念投影片造成重複用簡明的解釋,讓課程進行能夠流線進行,避免多餘的資訊。

P191
指導方針17
用範例(worked example)取代練習題(practice problem)
例如原本的設計有8道練習題,現在改成4個範例和4個練習題,這個稱為example-problem pair。

實際的運用上Zhu和 Simon(1987)在中學的3年課程中(兩年代數、一年幾何),把部份題目換成例題之後,將3年課程變成二年。

看例題可以讓學習者用比較少的工作記憶容量,去接受訊息,從而建構基模。但若是直接解題,會用去大量的工作記憶,因此剩下無幾的工作記憶可以用來建構基模。

P194
指導方針18
用要完成的例子(completion example)去促進學習的處理。
Completion example介於範例和練習之間,是尚未完成的範例。為了避免學習者忽略範例,因此要求學習者完成範例,以此促進學習者有更深一層的處理。

P196
要學得好還要能self-talk、self-explanation
越有效的self-explanation是:
注意解題方程式何時使用和為什麼使用
對問題本身連結特別的解題步驟。
包括更多的self-monitoring:像是「我不知道為什麼這例子會在這個方程式使用」


P197
指導方針19
Transition from worked examples to problem assignments with backwards
作業從範例到待完成的例子到完全的問題,必須是過渡的

就是練習的前幾題是範例,教你怎麼做,讓學習者快速建立基模,然後是待完成的例子,最後才是完全的練習題。

P199
換個方式來說,也許課程一共有四題練習題,每個題目都需要三步驟才能完成。
第一題的三步驟都是步驟都寫好的(orked example)
第二題先寫好前二步驟,第三步驟由學習者寫(completion example)
第三題寫好第一步驟而已,剩下的二、三步驟都是學習者寫(completion example)
第四題就通通交給學習者完成。(assigned problem)


P200~201
當學習者還是新手的時候,提供一半的範例,能夠促進其建立基模。但當新手變成專家時,應該改變成全部都是題目,因為範例反而會降低學習效果。
我的想法:這類似複習講義不需要多範例,但是在上7年級的時候,就必須要有一些例題。

P203
當基模已經被建立了,那麼範例(worked example)就變成了多餘(redundant)的心智活動


P203
指導方針20
Display worked examples and completion problems in ways that minimize extraneous cognitive load
展示範例和completion problem要能夠減少extraneous cognitive load
方法如前面所述,像是用旁白去解釋問題,或是文字說明的部份必須放在旁邊,用以減少視覺搜尋

P207
如何展示worked example
旁白比文字來的短暫,如果是用聲音去描述複雜視覺的東西,要記得用cue去抓學習者的眼睛,像是用顏色、箭頭、動畫、螢光筆、高亮度(highlighter)。
當在使用淡入的completion example,呈現範例要用整合的文字,不要用聲音,這樣才能讓學習者能夠回頭去參考。因為聲音很短暫,要提供replay的按鈕讓學習者能重複範例。


P218
教學(instruction)有兩個主要目標
  • 一個是協助學習者建立基模
  • 另一個是協助他們自動化新基模,做更有效率的工作表現

指導方針21
use diverse worked examples to foster transfer of learning
使用不同的示例去培養學習的轉移

原先問題「用雷射去處理胃癌,太強殺死細胞、太弱沒辦法殺」,給與學習者另外一個例子「攻打一個四周埋地雷的堡壘,人很少地雷不會有問題,但大軍進入地雷會爆炸,將軍決定分散軍力,多方攻擊」。學習者會知道醫療癌症可以用多方的弱雷射去處理癌症。
這個轉移稱為convergence principle。
把這個原則從一個設定轉到另一個設定,這是far transfer

在1980 Gick 和 Holyoak的實驗中,只有30%的人會做上述這種情境轉移解決問題,因為對他們而言這兩個關係太遠。

如果學習者不會轉移,那可能代表他可以在你的考試中得高分,但回到工作上,他不會應用。

Near transfer就像是處理一個例行工作,大致上不變,但far transfer像是在幫不同客戶設計網頁,或是設計新產品,每次處理的事件都不同。

在設計訓練教材時,要有一些near transfer的輸出和far transfer的輸出,以及兩者混合。



P221
給增生負荷(germane load)讓學習者能建立有彈性的基模(flexible schemas)看透兩個不同的far transfer,看透cover story,藉以轉移。這個增生負荷不同於外在負荷。


給使用者相同結構,不同cover story的問題,能夠促進轉移。這些不同的例子稱為 varied context example,同時鼓勵學習者,聚焦在結構上,而不是cover story。

例如教excel的公式計算後,給一個實際的例子去計算某個店,他們的收入、支出、人事成本等。這些練習讓學習者能夠將公式計算應用在實際面對的生活裡。



P224
多樣化的範例能夠提高表現

P225
有多樣化內容的範例和練習比起相同的範例,更有助於轉移,增加更多認知負荷。
worked example能夠幫助降低認知負荷。
當面臨遠遷移(far transfer)的教學目標時,必須提供一系列多樣化的內容例子去增加增生負荷以及讓他們成為worked example去降低外在負荷。

P226
help learners exploit examples through self-explanations
幫助學習者經由「自我解釋」來利用例子
因為提供了worked example ,但是學習者若是沒有深度思考,那學習的成效必定有限。

P228
三種有意義的自我解釋類型
  • monitor and correct:學習者去檢查worked example裡他們不懂的地方,而且努力去解決不符合之處。
  • try and check:學習者讀了worked example之後,遮蓋解題步驟自己解題,然後對照自己的解題步驟。
  • make inference(推論) by associating the example with underlying principes or prior knowledge:


3 strategies you can use to promote productive self-explanation
  • training learners how to self-explain productively
  • demonstrate effective self-explanations of examples
  • discuss the demonstrations
  • ask students to practice making self-explanations
  • use peer and instructor feedback to improve self-explanations
  • periodically remind learners to self-explain during training
  • using faded worked examples
  • Add question to your worked examples that stimulate self-explanations





P232
self-explanation的實驗
2004年 Wetzstein and Hacker要一群沒有工程學背景的自願者去設計 garden grill(烤肉架),分兩組,初步設計完之後,其中一組會被夥伴問到「這個如何工作的?為什麼你這麼做?這樣做有什麼好處和壞處?」,但另外一組沒有。當他們進行更進一步設計改良的時候,有被問的那組改良的比較多!


P233
指導方針23
Help learners Automate new knowledge and skills
幫助學習者自動化新的知識和技能

開車、唸書等等都用到自動化的感知和認知的技能,這些進入長期記憶的自動化技能在使用時,幾乎不會佔用工作記憶。就像想到事情就可以打字一樣。


要自動化,無他法,練習多次即可。數百次到數千次皆有可能

當工作需要多工處理(multitasking),基礎技能的自動化就是最基本的!

P235
Promote mental rehearsal of complex content after mental models are formed
在心智模式形成後促進複雜內容的心理複述

Mental rehearsal
例如運動員在跳板上想像自己游過泳池

mental rehearsal is more effective than studying a worked example

先學東西再mental rehearsal


mental rehearsal is most effective when the instructional goal involves content of moderate to high complexity.
當內容比較複雜困難時,mental rehearsal會更有效率。


P240
Tip for Design of lessons That Impose Germane load
  • Identify several top performers in the tasks to be trained , for example, top sales professionals or best coaches.
  • Observe and record the activities of these performers and ask interview questions about the reasons they took the actions they did.
  • Distill the commonalities among these top performers into best practice principles.

Once you have identified the key principles behind effective far transfer performance , you should then:
  • Use diverse contexts such as different clients and different coaching scenarios as the basis for varied context worked examples and practice.
  • Promote learner engagement with the varied context worked examples by converting them into completion examples and by requiring learners to identify the main underlying principles.
  • When training involves design tasks such as creating a website or an improved business process, encourage peer explanations of student products by responding to questions such as, What is the rationale for this design? How could it be improved?
  • If skill automatically is needed, ensure that learners rehearse(mentally or physically)until their responses are fast and error free.
  • Teach learners the benefits of mental rehearsal so that they use it themselves when appropriate.

P243
expertise reversal principle:
expertise reversal effect:對新手好的教學方法,對專家反而不好

根據學生的學習狀況,而動態調整教學方法


適應學生的不同差異的五個指導方針:
  • 為淺知識的讀者寫高度連貫的文本
  • 為低技能的讀者避免中斷閱讀
  • 為有經驗的學習者減少多餘的內容
  • 當學習者獲得專業知識後,把作業從worked example轉移成problem
  • 為新手,使用直接而非導引發現的學習設計

P257
high prior knowledge readers learned more from a low coherent text.
因為有很多先備知識的學習者,本身就已經建構足夠的基模,如果又有很多相關的文字出現,對他們來說是多餘的,反而會減少他們的心智努力

P257
指導方針26
Avoid Interrupting Reading of Low Skilled reader.
低先備知識的學習者在讀書的時候,不要問問題打斷他,讀完之後再問問題及討論。

P259
對不同的閱讀者撰寫不同的內容
如果是高技能的,可以在閱讀作業裡包括問題。對已經很熟悉主題的閱讀者來說,不要花太多的努力在寫一些considerate text,那些是多餘的。

如果是低技能的不要用問題去中斷他們的閱讀,在content中要寫一些considerate text,包括在preview或review裡用一些組織好的句子或是圖片,對那些不熟悉的名詞寫定義或例子,詳述定義、段落主題要有標頭用來做signal

P259
指導方針27
Eliminate redundant content for more experiences learners
為有經驗的的學習者捨去多餘的內容

p265
對有經驗的學習者來說,文字或圖有時候是多餘的,反而會降低學習效果,或是對無助益於學習。那麼該丟掉圖還是文字呢?就看它們的性質:當文字單獨就可以解釋的時候,那就為有經驗的學習者丟掉圖;但如果圖本身是任務所必須的,那文字就可以丟掉

P266
指導方針28
transition from worked examples to problem assignments as learners gain expertise
當學習者已經習得知識,並建構所需的基模時,worked example反而會增加工作記憶,降低學習效率。

P267
use directive rather than guided discovery learning designs for novice learners

P270
對新手來說,要準備directive lessons ,能夠提供簡單的內容定義,包括解釋、例子和練習。這可以減少訓練的時間。
對已經有經驗的學習者(experienced learners)來說,準備directive 或是guided discovery lesson給他們。


P307
教學者執行的認知負荷技術:
教學者應該對投影片上看得見的東西給予簡潔的解釋。當內容以文字方式來呈現,教學者應該呈現投影片,並且當學習者念的時候暫停。當投影片上有看得見的東西時,教學者不要念螢幕上的文字,避免重複。

教學者提供增生負荷:
  • 經由解釋worked example
  • 要求學習者完成範例
  • 以及叫一個或多個參與者回答他們的答案

要求學習者列出範例的各種方面的原則或規則,用以促進自我解釋,也可以要學生回答他們的解釋

教學者也有責任去吸引和維持注意力,方法是在解釋時減去會令人分心的無關事件、故事和聲音,以及經常問問題,和其他和教學目標相關的互動性作業。


P308
Training handout
當你在計畫你的教學講義(handout)時,你需要去想「多餘」的風險。通常大家都是把投影片印下來發給學生做筆記。在兩個方向看來,這不是很有效率,首先,當使用者在看投影出來的畫面時,手邊視覺的呈現就是個多餘,第二,在一個以教學者為主的演示上,記筆記會分散注意力

然而學習者在訓練新技能後的工作上,需要working aid去應用。根據認知負荷理論來最佳化的應用,我們建議講義在教學後給予,這能讓減少工作記憶的負擔,使學習者能更專心在教學者。在課程之後,也應該給參考資料。



P320
通常我們直覺認為為學習者用不同方式去表達同一項資訊是無害的,而且可能有幫助。但實際上這是違反直覺的(counter-intuitive)。去整合太多不需要的資源在同樣的資訊上,就會用去太多的工作記憶,那反而無助學習



  • Split-attention effect
  • Redundancy effect
  • Modality effect
  • Element interactivity effect:學習材料中的元件相關性很高,就會造成他們的intrinsic load 比較高,由instructor 做的教學,結果就會不同。如果教材本身的intrinsics load就很低(彼此相關程度不高),那extraneous load就不太影響了。
  • 不要一次就把所有東西交給學生,先教一部分,等學好後,再教另一部份。
  • Isolated/interacting elements effect
  • Worked example effect
  • Example completion defect
  • Guidance fading effect
  • Reverse worked example effect


P325
介紹眾人研究認知負荷理論的summary
  • Educational Technology research and Development, 2005,53[3]
  • Educational Psychologist, 2003, 38[1]
  • Instructional Science, 2004,32[1-2]
  • Learning and instruction,2002 ,12[1]

How to measure Expertise:成就測驗或Rapid,accurate test

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