課堂多媒體數學課件設計探析

☆ 宋西紅

（廣東省財政職業技術學校 ，廣東廣州 510445）

一、引言

信息技術與數學課程的整合已成為數學教育改革的熱點問題，因此，數學多媒體課件走進數學課堂也已成為一種趨勢，其質量高低將直接影響課堂教學的效果。通過調查研究發布在網上的數學課件和各地教師課堂使用的數學課件，發現有相當比例的數學課件的設計存在問題，沒有考慮教育學原則及學生的學習心理，影響了教學效果。因而筆者對課堂多媒體數學課件的設計加以探析，以期對數學課件的制作及數學教學的有效開展有一定的指導作用。

二、課堂多媒體數學課件設計的理論依據

課堂多媒體數學課件屬于多媒體輔助教學課件，通過多媒體技術對文本、圖形、圖像、動畫等進行綜合處理來實施教學過程，向學生傳遞教學信息，其設計應建立在以下理論基礎之上：

（一）雙重編碼理論

雙重編碼理論是由美國心理學家佩維奧（Paivio）提出：認為學習的認知過程包含視覺、言語兩個加工系統，當建構基于言語和視覺時，學習者在言語短時記憶和視覺短時記憶之間建立連貫的心理表征，并在言語和視覺表征之間建立系統的聯系后，發生有意義的學習。因此，可通過同時用視覺和語言的形式呈現信息來增強信息的回憶與識別。Paivio后來又通過實驗證實大腦對于形象材料的記憶效果和記憶速度要好于語義記憶的效果和速度[1]。雙重編碼理論是課堂多媒體數學課件設計與使用的重要理論依據。

（二）認知負荷理論

認知負荷理論是上世紀80年代由澳大利亞認知心理學家John Sweller提出，現已逐漸成為人們研究認知過程和教學媒體設計的一個主要理論。他將認知負荷分為三種類型：內在認知負荷、外在認知負荷和有效認知負荷。內在認知負荷是由學習材料的內在特征所決定的，它不易被教學媒體設計改變。外在認知負荷是由學習材料的呈現方式及學習活動本身的缺損造成額外的認知加工活動所致。外在認知負荷對學習起干擾作用，而有效認知負荷能夠對學習起促進作用。認知負荷理論還認為工作記憶的容量是有限的，如果學習者所要加工的信息容量超出了學習者工作記憶加工的信息容量，則一部分或者全部信息將會丟失[2]；因此，課堂多媒體課件設計的本質就是要控制好學習者的外在認知負荷，增加有效認知負荷。同時保證總的認知負荷在工作記憶容量允許的范圍內，不造成認知負荷超載。

（三）情景創設與認知理論

20世紀90年代以來，學習的研究取向逐漸從認知轉向情境，形成一種所謂的情境認知理論。情境認知理論認為知識具有情境性，知識是在情境中通過活動產生的，從而強調要創設情境。特定的教學情境能調動學生主動學習的積極性，使學生的想象豐富活躍起來，進而調動表象儲存，做重新組合，使學生完成思考的全過程，實現知識的內化，促進能力的新發展。所以，創設情境是學習者實現意義建構的必要前提，利用多媒體技術進行情境創設也是課堂多媒體數學課件設計的宗旨。

三、課堂多媒體數學課件設計策略

（一）從課件可重用性的角度選取制作軟件

為提高課件的使用率，開始制作時就應考慮到課件的可重用性、共享性，選用較常見的軟件工具。盡量避免采用難度大或偏的技術，設計過程中保持規范統一，方便教師二次加工，提高課件的可重用性。本文所談的課堂數學課件的設計就是基于常用的文稿演示型軟件PowerPoint與動態幾何軟件《幾何畫板》而談的。根據多媒體效應，這兩種軟件組合所實現的效果便是用文本和動畫結合的方式呈現教學信息。

（二）課件內容的設計

1．獨立元素交互效應

根據認知負荷理論，在呈現認知負荷較高的交互材料時，先給學習者呈現一些認知負荷較低的獨立元素，然后再呈現完整的材料。這也符合學習者從簡單到復雜、從低級到高級的認知規律，提高了學習者的學習效率。例如:在講授正弦型函數y＝Asin(ω x＋φ)的圖像與性質時，先分別用幾何畫板動態呈現函數y＝Asin x，函數y＝Asin ω x，函數y＝sin(x＋φ)的圖像與性質，讓學生仔細觀察參數A、ω、φ 變化時對以上各圖像及性質的影響，然后再呈現并總結正弦型函數 y＝Asin(ω x＋φ)的圖像與性質。這樣，將教學內容按照先簡單后復雜、先部分后整體的方式加以拆分，學生理解起來就不再會有困難。

2．分散注意力效應

為幫助學習者更好地理解數學概念，有時會對其加以注釋，如果概念與注釋之間是分開的，學習者就必須在概念與注釋之間來回“穿梭”，這種不斷“尋找——匹配”相關信息的過程會分散學生的注意力。消除分散注意效應的辦法是整合材料中相互所指的部分，以減輕認知負荷。因此，在課件設計中要將相關內容的媒體要素以整合的方式呈現，這樣才能使學習者較有效地獲得信息。例如:將包含相關數學概念的文字制成圖表，并將相關的概念說明放在圖表的合適位置，這樣可促進學習者對內容的理解（如圖1）。

對于只有圖形的學習材料，也可適當地在圖中加入說明性文字，盡管這樣會使信息源增多，但卻讓學生無需在工作記憶中對圖表進行語義聯想及猜測，降低了學習者的外在認知負荷。根據多媒體課件制作的空間接近原則，應想方設法把對應文字和圖表、圖形的位置適當擺放得更緊密些。文本應是對圖形所要表達的主要內容的精準的描述（如圖2）。

圖1

圖2

另外，一些解題的推導過程，不可直接寫進課件，可將其以聲音的方式轉換到聽覺加工渠道，以減少視覺加工渠道的認知負荷；或將文字適當地精簡，以教師講解或一邊講解一邊板書為主。

3．冗余效應

雖然整合材料中互相所指的個體信息源可以減輕認知負荷，促進學習者有效學習，但這需以各種不同信息源不能被單獨理解為前提條件。整合包含多余或重復信息的學習材料并不可取，會造成冗余效應。因此，在課件設計時應避免呈現無關或帶有重復教學信息的媒體，以減少學習者的認知負荷。例如：在說明平面直角坐標中四個象限的分類及位置時，如果同時使用圖像和文字材料來描述（如圖3），就會造成冗余效應。因為圖像的信息已不解自明，文字部分的說明顯然是多余的，所以刪除文字說明部分，可以消除不必要的認知負荷。

圖3

（三）課件版面布局的設計

課件的版面設計又稱版式設計，主要指運用造型要素及形式原理，對版面內的文字字體、圖像、圖形線條、表格、色塊等要素，按照一定的要求進行編排，并以視覺方式藝術地表達出來。根據視覺心理學的要求，對于課件版面的設計就是使各視覺元素合理定位、合理走向，使頁面有明確的視覺焦點、清晰的視覺脈絡及合理的空間分布，營造版面的視覺美感，達到最佳的訴求效果。

首先，根據視覺學習的簡約合宜原則，版面要盡可能地簡潔、明了。因為，一方面，人的視覺生理與心理對于同類信息量的接受是有閾限的。另一方面，整體簡單，才有利于突出重點。因此，屏幕一幅頁面的文字不應太多，每張頁面不應超過7－8行。如需傳遞大量信息，原則就是盡量分組分頁。

其次，要強化版面的整體布局，在對課件進行整體編排的時候，將頁面中的各種信息分成塊狀，并注意按照各個信息塊主從關系順序進行排列，加強整體的結構組織和方向視覺秩序（如水平結構、垂直結構），在主題形象四周增加空白量，同時調整行間距，使文字顯得比較分明，使被強調的主題形象更加鮮明突出。

（四）課件色彩搭配的設計

為使學生對課件的注意保持穩定性，背景與文字、圖形的色彩搭配在設計時需要遵循一定的認知規律及藝術規律，合理使用色彩對比來提高課件頁面中重要教學內容的色彩刺激強度。

課件中背景的顏色和文字的顏色（主體色）在選擇時可以注意以下原則：（1）限制同時顯示的顏色數。一般同一頁面不宜超過4種，可用不同層次及形狀來配合顏色，增加變化。（2）背景的顏色應起到烘托和突出文字信息的作用，避免模糊匹配色（如表1）放在一起。（3）要注意突出重點，加強對比來表現主題，為達到清晰、明朗的效果，應采用清晰匹配色（如表2）。（4）根據課件的主題與內容、學生的年齡特征，確定主色調。如果課件是娛樂性質的或是低年級的學生，那么就可以利用一些比較活潑的暖色調來確定基調，如果在大學的課堂中，那么課件基調可以選擇比較莊重的色彩。

表1 模糊匹配色

表2 清晰匹配色

（五）課件中文字、公式的設計

根據注意廣度的特性，在同一時間內，人能清楚地看到的東西是有限的。視覺的注意廣度大約是“7±2”個[3]。因此，文本字數不宜過多，排版不宜過密。根據知覺的簡化性特征，主體傾向于將復雜的信息簡化成較為簡單的形式，因此，同一頁面上使用的字體種類不要太多，否則會顯得凌亂而缺乏整體效果。從視覺角度看，宋體、黑體、楷體閱讀最省目力，不易造成視覺疲勞，且有很好的識別性。文字的大小要使無論坐在前排還是后排的觀眾都能看得清，一般選擇28－32左右的字型大小即可。另外，特殊字體應轉成圖像格式，避免不同計算機上不存在同樣的字庫而導致顯示混亂，影響學習者的認知活動。其次，能采用圖表、公式、動畫等形式時要盡量用其代替文字，因為圖表、公式和動畫比文字更直觀、更容易通過視覺被學生接受，其傳遞信息的效果更直接，更具有強烈的印象和明確的可視性、可理解性。

（六）課件中動畫的設計

根據注意的規律，如果注意的對象是變化的、活動的，注意就容易穩定[4]。可以利用PowerPoint的自定義動畫或幻燈片切換功能給不同的多媒體元素呈現相應的動畫效果。其次，也可利用幾何畫板構造出一些對象的發生和變化過程，使學生從事物的運動變化中發現規律、探尋結論，并能使數學實驗與活動交流相結合，凸現數學知識的形成過程，使數學更加開放和具有活力，從而獲得最佳的教學效果。再次，還可通過幾何畫板動靜結合的方式為學生展示數學美，（如圖4分形藝術曲線——勾股樹），使學生不僅僅掌握數學、應用數學，而且還要鑒賞數學、品味數學。

圖4 勾股樹

四、結束語

總之，多媒體課件的設計必須以現代化理念為指導。教師在課件制作時必須牢固樹立“以學生為中心”的思想，充分考慮到各層次學生的視覺要求及認知、審美心理，增強課件的交互性、多元化和界面人性化效果,使多媒體課件的頁面、色彩、布局、文字及整體層次的構設上既平衡又有變化，既有表現力又有藝術感染力，將字幕、圖形、動畫、色彩及各種技巧有機的結合在一起，使它們相映成趣，不僅給學習者提供良好的視覺美感和精神上的愉悅感，還給他們提供分析、理解數學內容的最佳學習條件。

[1]張燕敏．同步多媒體課件對學習認知的優勢及其制作[J]．現代教育技術,2007,(5):56．

[2]陳巧芬．認知負荷理論及其發展[J]．現代教育技術,2007,(9):16－19．

[3]章志光．心理學[M]．北京：人民教育出版社,1992．

[4]艾森克．認知心理學[M]．上海：華東師范大出版社,2004:10－12．