劉子鍵教授致力於以科學方法探究學習者在數位學習環境中的認知與心理歷程，進而尋找提升學習者學習成效的可能策略。研究議題包含：數位學習環境中學習者的認知負荷、認知風格、認知策略等。研究領域條列如下：
◆ 教學與學習科學
◆ 數位學習之認知歷程
◆ 數位學習與評量
◆ 創新科技的開發與應用
◆ 認知負荷
◆ 統計學習、多變量分析方法、心理計量學
其研究成果除獲國科會與研究社群之肯定外，亦積極與國際接軌，除了邀請國際知名學者進行訪問研究，亦曾邀請國外學者進行博士後研究。此外，亦與加拿大知名的數位學習研究室共同執行合作研究計劃。
▍主持實驗室
◆ 眼動儀實驗室
你知道你是以什麼樣的方式在閱讀文章、瀏覽圖像的嗎? 子鍵老師的眼動實驗室透過眼動儀，以每1/250 ~ 1/1000秒擷取一次眼球注視位置之資料，來捕捉眼睛在文字與圖像間的掃視路徑、凝視位置與時間，讓我們更深入了解學習者文字閱讀的模式與歷程，以及圖文瀏覽、搜尋的歷程與方式。
眼動實驗室成立於2011年，目前所建置之眼球追蹤系統為：EyeLink 1000/2k Eye Tracker (Desktop / Remote)，採樣率可達1000Hz（每秒取樣1000次），精確性高。另購專為EyeLink設計使用的GazeTracker 9.0，作為眼動錄影與分析資料之用。眼動追蹤技術可以用來追蹤眼球凝視或移動的軌跡及時間，能透過即時追蹤讀者在閱讀理解過程中每一個瞬間，詳細記錄眼球移動過程及停留凝視的位置，使得研究者能得以探討讀者對於訊息處理的歷程。實驗中並使用額頭及下巴支撐架，確保受試者舒適度與實驗的精確度。
◆ 虛擬教室實驗室
本實驗室邀請資工系葉士青老師團隊提供技術協助，共同開發一個擬真的虛擬教室環境，具有相當的逼真度。在虛擬教室中，我們依研究需要，建構不同的人物與動作，每位人物的外型與動作都相當逼真。
本虛擬教室主要使用具有內嵌磁感追蹤器的頭盔顯示器（HMD）來呈現虛擬情境。參與者戴上頭盔顯示器，當轉動頭部的時候，進入其視野的場景也會隨之改變，讓參與者宛如置身於一個真實的教室情境中。
▍相關計畫
◆ 行動科技輔助學習中之認知負荷議題探究
行動學習中的認知負荷：分散注意力效應、形式效應與先備知識對學生認知歷程與學習成效之影響(國科會專題研究計畫98~101)
無線網路與行動科技的普及，打破了教室的藩籬，無所不在的學習環境儼然而生。你可以拿著PDA在博物館，一邊欣賞著身邊的歷史古物，一邊閱讀PDA中所搭載的豐富數位內容，這些內容可能包括與古物有關的文字說明與圖片以及各種多變的音效。 你也可以拿著3G手機漫步在生態公園，在發現感興趣的生物時，可隨時用手機連上網查詢與該生物有關的資訊。手機、PDA、iPad …曾幾何時，這些新興行動科技已讓學習與教學變得愈益生動、活潑。然而，你可曾思考過，當學習者必須同時兼顧觀賞古物、閱讀文字訊息與圖片，並聆聽有關音效的同時，是否也有可能產生「認知負荷」過重的問題呢? 透過行動科技結合數位內容與實物環境是否真的可以裨益學習者的學習? 在這個計畫中，我們擬瞭解在行動科技輔助學習環境中學習者的認知負荷，並以「認知負荷」的理論為基礎，發展與驗證行動科技輔助學習之教材設計原則。