優化數學—多—媒基于體多教媒學體學信習息的的認知原理則論

朱秀梅 唐劍嵐

（朱秀梅：欽州學院教育學院學院，講師。研究方向：數學課程與教學論研究。唐劍嵐：廣西師范大學數科院。）

基于人腦的信息加工模型和心理學家維特羅克(M.C.Wittrock)的生成學習理論(Generative Learning)，教育心理學家梅耶(R.Mayer)等人提出了一個多媒體學習的認知理論模型，并進行了大量實驗，提出一些優化多媒體教學信息很有啟發意義的觀點。本文基于多媒體學習的認知理論、結合數學學習與教學的規律，探討優化數學多媒體教學信息的基本原則。

一、多媒體學習認知理論的基本觀點

一般而言，多媒體需要從三個層面理解：承載信息層面，指承載多種信息的技術設備（如計算機、網絡、投影儀等）；表征信息層面，指信息的表示形式（如文本、圖形、聲音等）；信息通道層面，指信息接受的感官通道（視覺或聽覺）。如不能正確區分這三個層面，就會導致許多誤解。

（一）言語化信息和視覺化信息是本質不同的兩種信息

雖然信息的表征形式多樣，但從學習的本質看只有兩種，其一是言語化表征 (書面語言、口語、數學符號等特殊符號)。其二是實物、圖形、圖像等視覺化表征。圖形表征是由數學描述的線條和色塊組成的，圖像表征由像素組成。從通道層面看，多媒體教學信息主要有視覺信息和聽覺信息。在基于多媒體教學教學中，經由視覺通道加工的信息可以是屏幕文本或圖形，經由聽覺通道加工的信息可以是視頻中解說等各種聲音；在基于課本的傳統教學，經由視覺通道加工的信息可以是打印文本、插圖、黑板板書或圖形；經由聽覺通道加工的信息主要是教師的解說。

（二）工作記憶加工信息的雙通道

工作記憶加工多媒體信息主要有視覺/圖像通道和聽覺/言語通道，雖然呈現的多媒體信息是無限的，長時記憶的容量也是無限的，但無論是視覺/圖像通道，還是聽覺/言語通道，它們加工和暫存信息的容量是十分有限的。設計的多媒體教學信息，如果不考慮工作記憶容量有限性特征，經常會出現認知超載(cognitive overload)，即學習者需求的認知加工容量超過工作記憶的認知容量，結果影響學習效果和效率。

（三）有意義的學習過程是主動“選擇-組織-整合”的過程

多媒體學習不是信息獲得，而是主動建構意義的過程。在這個過程中，學習者需要在工作記憶中進行大量的認知加工，這些加工包括學習者注意呈現的多媒體信息，組織信息為一個與學習主題一致的結構(如邏輯關系、因果鏈等)，把呈現信息與長時記憶中先前的知識經驗進行整合。具體而言，主動加工包括五種認知加工：選擇文字、選擇圖形、組織文字、組織圖片和整合。需要指出的是，對信息的選擇、組織和整合并非總是以線性的順序發生，有時也會反復進行，這些過程受元認知調節和監控。

（四）有意義學習的結果是整合的心理模型

多媒體教學信息經過有意義學習過程，在不同時期的信息表征層次不同，最后生成的是整合的心理模型。整合的心理模型并非容易生成，還需要言語模型與圖像模型之間的協調、轉譯等深層加工。整合的心理模型是多媒體信息最后內化為具有豐富意義的認知結構，它具有如下特征：①簡潔的：簡明扼要且包含足夠的細節；②一致的：言語模型與圖像模型具有連貫一致的意義；③具體的：由恰當的相似層級所呈現；④概念化的：具有潛在的意義；⑤正確的：對象及其內在關系與實際的對象和事件具有相關性；⑥周密的：既有恰當的言語化表征，又有精致的視覺圖像。

二、數學多媒體教學信息的優化設計原則

教學設計是運用系統方法將學習理論與教學理論的原理轉換成對教學目標(或教學目的)、教學條件、教學方法、教學評價等教學環節進行具體計劃的系統化過程。教學設計是為解決教學實際問題而創設一個有效的教學系統，其目的和手段是優化教學系統中各種因素及其組合，力求學習結果最優化，其基本目標是優化多媒體的教學信息，便于學生充分內化多媒體信息。下面是一些基本原則及其衍生的策略與方法。

（一）信息打包原則及應用策略

信息打包原則是指在設計數學教學內容時，盡量將數學教學信息設計成有意義的“信息包”或組塊，因此也可以叫“組塊原則”。“一圖勝千文”就是這個道理。從腦科學來說，視覺化信息的內化與生成既是人腦右半球的功能所驅動，也是右半球功能發展的外在促進。因此，在設計教學內容時，盡量進行信息打包設計。

（二）空間鄰近原則及應用策略

空間鄰近原則是指在信息打包時，盡量使用同一數學學習對象的言語化信息和視覺化信息在空間上鄰近或組合呈現，而非遠離或分離呈現。根據數學學習特點、多媒體學習的認知理論，無論是聽覺/言語工作記憶，還是視覺/圖像工作記憶，它們加工信息既相互獨立，又相互參照。當言語化信息和其對應的視覺化信息在空間上彼此鄰近或組合時，工作記憶不必花費太多的認知資源或能量去搜索一致的信息，而集中注意對多媒體信息進行選擇與組織；另外，工作記憶更有可能同時保持剛加工的初步信息，繼續進行深度意義的加工。

（三）時間臨近原則及應用策略

時間臨近原則是指在信息打包時，盡量使同一數學學習對象的言語化信息和視覺化信息在時間上同步或臨近呈現，而非異步或間斷呈現。相對空間來說，時間是一種稀缺的資源，要在一節課達到預定的教學目標，必然要在有限時間內優化有效地分配和組織信息，為學生有意義學習提供時間保障。對此，時間臨近原則提供了某種決策。

（四）一致性原則及應用策略

一致性原則是指在信息打包時，盡量使“信息包”的信息結構與數學學習對象的結構成分保持一致，剔除與學習對象的結構成分不一致的、無關的信息，使“信息包”的信息結構保持精簡。根據多媒體學習的認知理論和數學學習的特點，與學習對象不一致、無關的信息會分散學習者的注意，干擾學習者深入加工；另外，會產生冗余效應。因為它們會爭奪工作記憶的認知資源或能量，甚至誤導學習者偏離加工學習對象的活動，從而工作記憶不可能有更多認知資源或能量投入到選擇與組織、轉換與轉譯等高級認知操作中。一致性原則在多媒體教學中具有廣泛指導意義與應用價值。然而，在現實的課堂教學中，充滿了大量不一致的信息，特別是在多媒體課件設計中。譬如，無關主題的音頻、新奇的動畫等。這些信息原本可以帶給學習者所謂的趣味，結果卻損傷了有意義的學習過程。

（五）雙通道原則及應用策略

雙通道原則是指在信息打包時，盡量使“信息包”包含“視覺信息+聽覺信息”，而不是“視覺信息+視覺信息”或“聽覺信息+聽覺信息”。關于雙通道在學習中的優勢，教育史上有很多論述。17世紀，夸美紐斯確定了“通過感覺渠道教一切知識的信條”，認為從感覺開始就能從易到難，教學要充分利用視覺、聽覺、味覺、嗅覺及觸覺的功能，教學順序應是實物先于語言，例子先于規則。20世紀，特瑞克勒(D.G.Treichler)則更精確地斷言，對于一個沒有心理障礙和生理疾病的人來說，用于獲知的所有感官中，通過視覺的學習占83%，聽覺占11%，嗅覺占3.5%，觸覺占1.5%，味覺占l%。視覺和聽覺獲取的知識達94%之多。醫學心理學研究表明，通過聽覺獲取知識能夠記憶的約占15%，視覺獲取知識能夠記憶的約占25%，當聽覺和視覺同時接受信息，能夠記憶知識的約占65%。雙通道原則在多媒體教學中具有廣泛的指導意義與應用價值，特別對多媒體教學信息的設計與呈現具有深刻的指導意義。

[1]唐劍嵐.數學多元表征學習及教學[M].南京：南京師范大學出版社，2009.

[2]何克抗.也論教學設計與教學論[J].電化教育研究，2001.4.

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