基于認知負荷理論的有機化學多媒體課件的設計

葛健鋒，孫 如，王偉群

（蘇州大學 材料與化學化工學部，江蘇 蘇州 215006）

基于認知負荷理論的有機化學多媒體課件的設計

葛健鋒，孫 如，王偉群

（蘇州大學 材料與化學化工學部，江蘇 蘇州 215006）

本文討論了一種秉承傳統教學模式優點的有機化學課件的設計、制作和應用，使得知識點立體地展示，以利于減輕學生的認知負荷。

多媒體課件；認知負荷理論；課堂教學；有機化學

一、多媒體教學中的認知負荷

認知負荷理論自20世紀80年代由澳大利亞Sweller等學者提出后，受到廣泛的關注。[1]根據影響認知負荷的基本因素，可以將個體的認知負荷分為內在認知負荷、外在認知負荷和關聯認知負荷三類。內在認知負荷是由學習內容本身引起的，其高低主要取決于內容的復雜程度；越復雜的內容在工作記憶中進行加工時需要同時處理的信息單元越多，并且還要“理解”各單元之間的相互關系，因此容易產生較高的認知負荷。

外在認知負荷主要由信息的呈現方式決定。相同的信息，采用不同的方式呈現，占用的認知資源并不相同，如同時使用文本和圖片來呈現學習內容要比只使用文本或圖片占用學習者更多的認知資源，認知負荷更高。相關認知負荷是指在新的圖示建構或圖示自動化的過程中占用的認知資源。[2]Mayer等人在此基礎上進行了研究，并指出在多媒體教學中的認知過程存在通道效應、空間臨近效應、冗余效應、時間臨近效應等。[3][4]

二、多媒體課件設計存在的問題

在CAI教學發展的初期，學生天生的好奇心對多媒體教學充滿著憧憬。然而教師主要精力還只集中在制作“能用”的多媒體課件，這個階段的課件在格式及風格上迥異，很少考慮教學的有效性。但由于當時使用多媒體教學的班級比例比較少，多媒體教學內容相對于傳統教學的直觀性掩蓋了當時多媒體教學存在的不足。隨著以精品課程為代表的各級部門對課堂教學及網絡輔助教學投入的加大，多媒體課件的制作進入蓬勃的發展期。與多媒體教學發展的初期相比，教師在備課的過程中有更多的范例可以參考，更多的資源可以使用，一批制作精良的多媒體課件開始展現在學生面前。但部分利用PPT教學的教師，從起初的生動教學到技術教學，到疏于備課，以至后來形成了依賴、寄托的現象。2009年，“PPT依賴癥”傳出并被媒體轉載。[5]

多媒體課件的信息容量大，展現形式多樣，能集各媒體之長，展現文、圖、聲并茂的教學環境，故此多媒體教學對某些知識點的處理較傳統教學有著得天獨厚的優勢。[6]然而，在傳統教學中，主要知識點以大小標題的形式被有經驗的教師保留在黑板的主要部位，并且當前講授內容之前的相關知識一般被保留，學生可輕易地獲知當前的知識點在整個課堂教學中的地位以及該知識點與其他知識點之間的關系，黑板以知識空間為主軸顯示教學信息，更利于學生的理解與接受。[7]而多媒體課件大都以時間為軸，信息單元在同一空間位置播放，上一張幻燈片會很快被下一張幻燈片所置換，這種信息單元的顯示方式割裂了知識點之間的相互聯系以及知識點在整個課堂教學中所處的地位，學生在多種離散的信息源之間分配注意資源，而后再對信息進行整合處理，這樣由于注意分散效應的影響，消耗了學生的認知資源而加大了認知負荷，不利于學生連貫性地掌握知識。而這對于課堂教學難度大、容量多、節奏快的高校教學而言，更是雪上加霜。

三、有機化學多媒體課件設計的基本原則

基于認知負荷理論，對于現有多媒體課件的改建，不僅要注意現代多媒體課件信息傳遞的多樣性，還要重視傳承傳統教學方法的優點，將知識體系立體地展示在學生的面前，從而減輕學生的認知負荷。

1.知識分割的有效性

人類信息加工系統包括兩個獨立的通道，即加工聽覺輸入與言語表征的聽覺通道、加工視覺輸入與圖片表征的視覺通道。當使用多媒體課件展示的內容多，呈現的頻率較快時，往往出現學習者剛從呈現的片段中選擇相關的言語和圖片時,下一個片段開始了,導致深加工時間太少。即工作記憶中的必要加工要求在兩個通道中都出現了超載現象，導致學習者不可能有足夠的時間進行深層次的加工。解決方法是進行知識必要的分割。也就是說在設計每一頁的PPT時只能展示部分的知識，這就需要按照章節知識中的相互關系將知識體系進行有效的分割，以減少通道效應。有機化學的課程教學常以官能團劃分為各章，在各章中介紹的每個內容，如：概述（含分類、命名等）、制備方法、物理性質、化學性質等作為一章的各個小節；而小節中的各相關內容作為分支內容。同時，給小節及其分支內容以簡單扼要的名字，以適合后期制作。

2.知識體系的建構性

建構主義者認為教學不能無視學習者的已有知識經驗，不能簡單強硬地從外部對學習者實施知識的“填灌”，教學應當把學習者原有的知識經驗作為新知識的生長點，引導學習者從原有的知識經驗中，生長新的知識經驗。教師是學生知識體系意義建構的幫助者和促進者。所以在多媒體課件的設計時，教師要通過空間臨近效應，合理地設計提示學生之前學習的知識要點，幫助學生將分割的知識點有效地整合，形成知識鏈或知識網絡，減少認知負荷。

3.知識教學的靈活性

好的課堂教學必然是“生成性”的。所謂“生成性”就是教師在教學中不是機械地執行預設方案，而是突出學生在課堂上的能動性、創造性和差異性，尊重學生在課堂特定的生態環境中產生的學習經驗和體會，從而因勢利導。這就要求教師在課堂中的教學不是被設計死板的課件牽著鼻子走，而是根據學生的反應及時調整課件的播放順序和內容。所以設計的課件具備一定的靈活性。

四、有機化學多媒體課件的設計方法

1.注意精心設計使頁面布局合理

多媒體課件每一個頁面都應該是一個相對完整的知識點，設計時做到界面整潔、展現有序、條理清晰、主次分明是最基本的要求。借鑒傳統黑板板書教學的特點，兼顧多媒體課件的優點，在制作的過程中，我們注意了許多細節問題。如：每個頁面內容根據授課的過程劃分成小塊，以便講課過程中，各部分內容分步分階段出現，并使文字盡可能簡短扼要。反應式圖片分階段出現，并以不同的顏色標出發生反應的官能團。課件上出現的內容都具有明確的信息意義，相關的重點內容做好標記，以達到減少冗余效應和增加標記效應來減輕學生的外在認知負荷的目的。使用了加粗的楷體，因為老的投影儀對宋體字體常有顯示問題；不要使用藍底白字，因為那不適合打印；盡量使用寬屏顯示設置，因為部分多媒體教室屏幕較低，部分學生并不能看到屏幕下方的內容。特別注意了所有的信息應該是課堂教學的支持性信息而不是裝飾性信息，減少花邊材料對學生注意力的分散，減少冗余效應。本文以單烯烴為例，課件的主頁及內容頁的實例如圖1和圖2所示，該課件詳見相關的教學網站。[8]

2.增加標題欄構建知識體系

為了使改建的多媒體課件能沿襲傳統黑板教學中知識展現可以形成體系結構的特點。利用空間臨近效應，我們在課件設計時利用增加標題欄的方法，突出了知識點之間的相互聯系以及每個知識點在整個教學過程中所處的地位。完成了以時間為軸的多媒體課件轉變成以知識空間為軸的多媒體課件的轉變。使得整個授課過程更加注重知識之間的相互關系，從而減輕了學生的認知負荷。

課件的內容頁面劃分為標題區和演示區，如圖2所示。章節標題（圖2-iii）在每一頁上顯示；小結標題（圖2-iv）在本小節的所有頁面上顯示；分支內容標題（圖2-v，圖2-vi）在本小節的所有頁面上顯示，所不同的是當前分支內容（圖2-v）在標題區中以不同顏色圖形透明覆蓋，用以提醒學生本頁所講內容在整個知識體系中的位置。演示區是當前頁面內容（圖2-viii）的演示場所，分支內容可分若干個頁面顯示，并用頁面鏈接按鈕（圖2-vii）指向各頁面。

整個分支內容完成后，制作統一標題區，將標題區的分支內容鏈接到相應的頁面，一頁的標題制作完成之后，其他各頁進行復制并稍加修改即可，既保證了標題區的統一也減少了制作過程的工作量。課件內容頁面制作完成之后，完成主頁的制作，并設置相關鏈接。取消幻燈片的任何切換效果，使得放映的過程更加平滑，沒有任何切換的感覺。最后，根據教學過程的需要，將每頁內容劃分的小塊以動畫的形式先后播放；在播放的過程中，其中標題區只在首次出現或與上頁標題區有不同內容時才可以添加動畫。并確保在整個教學過程中，畫面和敘述在時間和空間上是協調的，學生就更有可能同時把相應的視覺和語言表征保持在記憶中，從而避免了分散注意效應，促進了有意義的學習。

3.通過有效鏈接實現靈活教學

設計時在母版中插入主頁鏈接的圖標（圖1-i，2-i），在講課的過程中可隨時返回課件主頁并瀏覽相關內容。有條件的教學單位可插入網絡課程的網址鏈接（圖1-ii，2-ii），并在網絡上展示出課件轉換的Flash文件和相關文件，這樣授課過程中如果要調用已講授課程的內容進行復習，只要點擊該鏈接，就可用瀏覽器訪問課件的所有章節內容的Flash文件，并迅速到達相關的知識點，避免了不同章節之間切換時教師在課堂上對相關文件的尋找和不同演示文件之間的切換。

課件的主頁上，展示每節內容的標題（圖1-iii），并鏈接到相關的頁面，以供使用時的快速切換。其他相關內容（圖1-iv），如章節的教學要求和反應的小結等，這些學生課后復習需要但課堂教學不一定需要的內容，可做成幻燈片并隱藏起來，這樣在教學過程中需要的時候可以展示，并能被順利打印，以利于學生的課后復習。

五、多媒體教學時要注意的其他問題

1.轉變教學理念

多媒體教學的過程中，除了設計和制作質量高的多媒體課件，師生在教與學的過程中的理念必須有個轉變，即在課堂教學中學生的學習是多媒體教學的關鍵。傳統的教學方法是老師板書學生記筆記。使用多媒體教學時，教師應把板書節省下來的時間用于師生的雙向交流，確保學生會學，學會。而課外，學生可利用學校課程網站，下載課件或者其他不同形式的課程資源，進一步學習。

2.理清教學思路

上課時帶上課件的打印版或采用雙屏顯示，可讓講授過程更加流暢。一般的多媒體教室采用的是單屏顯示，教師看到的授課內容和學生一樣，在講授當前頁的時候有時會忘記下頁的內容，雙屏顯示可解決這個問題，在幻燈片的備注欄寫上下頁內容的提示即可，雙屏顯示的優點在于教師看到的是整個頁面，動畫的次序和下頁內容的提示，這能使得整個課堂教學更加流暢。不具有雙屏顯示條件的教室，打印一份課件帶上也不失為一種好的方法。

3.豐富教學形式

多媒體課件并不是萬能的，必要時可與其他傳統的教學媒體相融合，形成豐富多彩的教學形式，包括黑板的板書、演示實驗、模型教學等。如環己烷的船式構象和椅式構象及平伏鍵和直立鍵的轉換中，模型比任何動畫都來得直觀，更加真實易懂，而利用模型展示并即時在黑板上畫出e鍵和a鍵，也能更好地幫助學生理解環己烷的結構式。

六、結束語

本文以有機化學為例，介紹了降低學生認知負荷教學課件的設計與制作。通過在課件中加入標題欄等方法，使得課件更加強調知識點之間的相互關系及知識點在整個課堂教學中的地位。其設計理念可用于化學學科其他分支學科的課件建設。☉

[1]F.Paas,A.Renkl,J.Sweller.Cognitive Load Theory: Instructional Implicationsof the Interaction between Information Structuresand Cognitive Architecture[J].Instructional Science,2004(32):1-8．

[2]趙立影,吳慶麟.基于認知負荷理論的復雜學習教學設計[J].電化教育研究,2010,204(4):44-48.

[3]R.E.M ayer,郭兆明,宋寶和,陳亮,張慶林.在多媒體學習中減少認知負荷的9種方法[J].中國電化教育,2005 (223):91-93.

[4]王文智.基于認知負荷理論的多媒體教學呈現原則探討[J].遠程教育,2009(191):33-37.

[5]熊丙奇.大學教師為何患上“PPT依賴癥”[J].上海教育,2009(21):25.

[6]劉軍,劉亞群,歐陽天贄.有機化學多媒體教學的一些體會[J].大學化學,2006,21(2):42-44.

[7]楊鳳梅.高校教師“PPT依賴癥”的歸因分析及對策探討[J].電化教育研究,2011,215(3):54-57.

[8]有機化學教學網站[OL].http://kczx.suda.edu.cn/ organic_edu.htm l.

(編輯：楊馥紅)

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1673-8454(2012)11-0061-03