基于學習認知規律的多媒體教學設計原則

林靜 郭海玲

摘 要 多媒體技術的運用在高校教學中已經得到普及，然而多媒體教學卻面臨著教師過于依賴課件、師生缺少交流、學生跟不上教學速度等問題。本文從認知負荷理論的角度來分析多媒體教學中碰到的具有普遍規律性問題的原因，并根據學習者認知負荷的規律性，嘗試找到有效的多媒體教學課件的設計方法。

關鍵詞 多媒體教學 認知負荷理論 教學設計

中圖分類號：G424文獻標識碼：A

Multimedia Teaching Design Principles Based on Cognitive Learning Rule

LIN Jing， GUO Hailing

（Faculty of Foreign Languages & Cultures， Kunming University

of Science and Technology， Kunming， Yunnan 650500）

Abstract The use of multimedia technology in teaching has gained popularity， however， is faced with multimedia teaching courseware too dependent on teachers， teachers and lack of communication， teaching students to keep up with the speed of other issues. From the perspective of cognitive load theory to analyze the reasons for having a universal regularity problems encountered in multimedia teaching， and according to the learner's cognitive load regularity， try to find effective multimedia courseware design.

Key words multimedia teaching; Cognitive Load Theory; teaching design

1 多媒體教學面臨的問題

多媒體教學是當前高等教育中不可或缺的教學手段。多媒體教學環境是指“一個教學材料（如一個科學或數學的解釋）以視覺（如動畫或插圖）和言語（如解說或文本）的表征形式賴以呈現的學習環境”。①和傳統教學方式相比，多媒體教學能夠以視圖和聲音的方式更直觀地展現教學內容，用插圖的形式有效地解釋了文本中比較抽象和晦澀的內容，更能夠引發學生的聯想與學習興趣。根據心理學家特瑞赫拉的心理實驗，“人類獲得的信息83%來自視覺，11%來自聽覺，3%來自嗅覺，2%來自觸覺，1%來自味覺;他的另一個記憶持久性的實驗結果表明，2小時后，人們一般能記住自己聽覺信息的70%，視覺信息的72%，視聽結合信息的85%，72小時后人們就只能記住聽覺信息的10%，視覺信息的20%，視聽結合信息65%”。②因此，用圖像的方式來加強學習過程中獲取信息與保持相對長久的記憶力是有效的途徑。

然而在多媒體教學的發展過程中，其缺點也漸漸顯現出來。由于多媒體課件可以提前把教學內容做成PPT，上課時教師只用跟著PPT的播放順序進行教學即可，這樣很多教師對多媒體課件產生了較大的依賴性。傳統的教學教師和學生多進行面對面的交流，但多媒體教學的“工具性”，使得師生關系從原來的情感交流變成了人機對話，傳統的教學中師生均為課堂中心，而多媒體教學中，課件和大屏幕成為了課堂的中心，這樣正常的師生交流不能夠實現。多媒體課件的豐富多彩在某種程度上削弱了教師的主體作用，影響了教師的授課藝術性發揮。學生思維過程被“課件流程”所取代，課堂變得平面化。③多媒體教學的“畫面化”使教學變得直觀化，破壞了教育中形象思維能力和想象力的培養，尤其是某些比較抽象的理論性的課程，需要學生運用邏輯思維來充分消化的學習內容很難由“畫面化”的教學方式達到理想的教學效果。學生雖然獲得了視覺與聽覺上的享受，然而缺乏身心投入的真切體驗。課程性質從傳統的“聽”變成了“看”，釋放了教學的速度，同時引起了其他問題：教師授課速度加快，單位課時內知識量增大。課件轉換速度大于學生的接受速度，學生無法內化學習內容，反而造成了學習效果膚淺的后果。而在傳統教學中，學生可以趁老師板書時消化學習內容。現代教學中，由于學生無法跟上屏幕切換速度，理論性的文學概論課容易上成文學欣賞課。④

多媒體教學過程中還產生了教學感受和學習感受不同步的問題。教師在運用多媒體技術進行教學時往往自認為教學效果良好，而學生的反饋則有著不同的結論。根據西北工業大學進行的一項多媒體教學效果的調查，結果如下：“4.2%的學生對課堂使用信息技術‘有助于更好地與教師交流持中立態度，27.4%的學生選擇‘同意，說明學生認為信息技術的使用并沒有提高與教師交流的程度;對于‘有助于與同學更好地交流，37.5%的學生持中立態度，31.3%的學生同意，說明學生之間的交流也沒有太大的提高”。⑤這一結果表明多媒體技術在課堂上的使用無利于師生之間的交流。根據另一項針對河南省各類本科院校的教師和學生進行的調查，則可以看到教師和學生在多媒體教學效能上存在明顯的認識差異。在“多媒體是輔助課堂教學的手段”、“多媒體能激發學生的英語學習興趣和積極性”、“多媒體能提高課堂教學效果”和“課件內容能代替板書”四項中，教師/學生的認可分值分別為：4.58/4.15、4.33/3.98、4.22/4.13和3.23/2.63，這表明教師比學生更多地認為多媒體教學效果較好。而在多媒體課件的學習效能調查中，在“脈絡清晰”、“信息量適中，符合學生的接受能力”、“教學重點、難點突出”、“內容是對教材內容的提煉、加工和補充”、“圖、文、聲并茂，使課堂生動活潑，提高了學習積極性”、“畫面清晰，文字大小適中，色彩搭配合理，適合在多媒體教室投影教學”、“頁面信息量適中，文字清晰明朗”這幾項中，教師/學生的認可分值分別為3.87/4.23、3.69/4.10、3.69/4.08、4.03/4.28、3.70/4.10、 3.84/4.13和3.85/4.10。這表明在教學效果方面教師和學生之間的感受出現了較大的分歧，出現了不同的認識偏差，教師認為多媒體教學效果較好，而學生的認可度則沒有教師那么高。⑥

多媒體技術作為一種輔助性的教學技術，它的出現無疑對教學是有很大幫助的。然而如何運用好它，研究者提出了一些方法，如：（1）糾偏。糾正對多媒體教學的過度依賴;（2）留白。注意適當、適度安排技術手段的運用。（3）互動。加強教學過程中師生互動。（4）人文。處理好“道”與“器”的關系，把大學生人文價值的形成與培養放在文學課程教學的重要位置。⑦這些的方法固然有道理，但由于沒有理論的支持，顯得過于感性。

2 認知負荷理論與多媒體教學設計

上述部分提及了多媒體教學中存在的一些問題和研究者們提出的解決方法，根據人們學習認知規律，是可以找到多媒體教學問題的原因和應對方法的。本文擬從認知負荷理論的角度來探討這一問題。

2.1 認知負荷理論

認知負荷（cognitive load） 是指人在信息加工的過程中所需要的心理認知資源的總量。就信息加工而言，“認知負荷是指工作記憶的負荷，即同時被要求施加在工作記憶上的智力活動的全部數量，是一個表征學習特定材料或完成特定任務時需要的工作記憶資源的概念”。⑧認知負荷理論建立于“工作記憶的有限性”這一基礎之上，它強調人的工作記憶只能有選擇地注意并加工一定量的傳入的感覺數據，超出的感覺數據不會被有效地記憶在人的大腦之中。這就使得如何有效地設計能傳入人的記憶的教學材料成為重點和關鍵。在教學當中，個體先前的經驗、學習材料的組織和內在本質以及教學的組織這些影響因素把學習者的認知負荷分為三類：內部認知負荷（intrinsic cognitive load）、外部認知負荷（extraneous cognitive load）和相關認知負荷（germane cognitive load）。⑨內部認知負荷主要由學習者本人以前或已有的知識經驗構成，它不直接受到外部教學設計的影響，然而它依然是教師教學設計時應該考慮到的因素。外部認知負荷則主要由教學材料的設計與呈現為中心因素，為了有效地在人們有限的工作記憶中傳入有用的信息，因此在教學設計中不能加入過多的無用信息，哪怕這些信息本身是有趣的。相關認知負荷指通過教學材料的組織和呈現引起有利于信息加工與獲得的認知負荷。在以上三種認知負荷中，外部認知負荷與相關認知負荷是可以通過教學設計手段得到有效提高的。三種認知負荷相互疊加交錯，但要是促使學習發生，三種負荷總量不能超過記憶資源的總量，這也就解釋了為何多媒體在釋放了教學速度之后，學生無法跟上教學步驟的原因：多媒體課件制作者沒有注意到學生的記憶資源總量的問題，課程內容大于學生的記憶資源總量，因此導致學習者無法加工并記憶信息。

2.2 多媒體教學的設計原則

2.2.1 三種認知加工

根據以上的三種認知負荷，在面對多媒體學習時，人們要經歷三種類型的認知加工過程：必要加工、外來加工及生成加工。必要的認知加工是指學習者為了理解學習材料而進行的認知加工;當材料同步并持續出現時，學習者能夠處理更多的信息。外來認知加工是指學習者會被外來的無關材料所影響，當排除這些無關的材料時，學習者能夠更有效地獲得信息。生成認知加工是指當學習者和先前的知識聯系起來學習時更能夠有效地進行深層次的認知加工，因此如果能把詞語與畫面結合起來，學習者能夠記憶更多的知識。⑩多媒體教學設計主要著重于“詞語”與“畫面”兩個方面，因此當利用這兩個因素進行教學，如果學生有效獲得信息和知識，便可以證明有意義學習的發生。“有意義學習包括注意到呈現材料的重要方面，將所選擇的材料組織成相關的認知結構，并將其與已有的相關知識進行整合等幾個基本過程”。 要達到有意義學習，教學設計上就要有效地解決認知加工負荷超載的問題，要減少學生的外來加工，增加生成性加工，并保證三種認知加工的總和低于認知容量總和。

2.2.2 減少外來認知加工的多媒體教學設計

外來認知加工超載源于無關材料太多且布局混亂。與教學無關的材料卻要學習者分散注意力去進行認知加工，盡管有的材料非常有趣，然而它會占據一定的認知容量，因此應該摒除。很多教師在設計多媒體課件時抱著增加課堂有趣性的目的，加入了很多有趣的圖片和音視頻，然而這些材料和教學內容并無多大關系，而學生還要分神去處理這些無關的信息，造成了實際學習效率低下的后果。這就是為何教師和學生在對多媒體教學效果的感受上出現了認知偏差的原因。減少無關材料的教學設計原則有一致性原則、信號原則、冗余原則。一致性原則是指排除與教學無關的材料，因為它們會占用學習者的認知容量，干擾學生的注意力。所有的材料都應該指向教學內容，無關的材料一律排除。信號原則是指某些重要學習材料應該給出提示符號以引起學生的注意力。如用重點符號標注，或者使用不同字體或顏色等方式，當學生看到這樣的符號，都會加大專注力，有利于他們學習處理較重要的知識點。冗余原則是指多媒體課件應該只包含動畫和解說，而非動畫、解說和屏幕文本都包括在內。如果學生同時要運用看圖、聽音、看文本三個渠道，就會占據學生的認知容量，分散學生的注意力。而且學生在畫面和文本之間游移目光會造成視覺通道超載，消耗大量的腦力。很多教師把大量的文本寫在PPT上，學生無法同時看文本、抄筆記、聽教師講解。而由于教師本人不用抄寫文本，因此他會無意中加快PPT的翻頁速度，造成學生應接不暇，疲勞不堪的后果，學習效果自然不好。

有效地設計多媒體教學課件是為了減少認知加工負荷，有效的手段有空間接近原則與時間接近原則。空間接近原則是指應同時呈現相關的文本和圖畫，文本應該靠近或鑲嵌進圖畫當中。如文本與圖畫相隔過遠，學生要不斷搜索并匹配相應的文字與圖畫，會消耗過多的認知資源，從而導致認知超載。如在文學課上介紹某一作家，應把他的照片與簡介放于同一張PPT上，以便學生同時獲取知識與直觀的印象。時間接近原則多指學習材料組織的“共時性”，即同時呈現畫面與解說效果比相繼呈現要好。如果先出現畫面再出現聲音，學生就要先保有前者的記憶，還要和后者所聽到的信息聯系起來，這樣容易造成認知超載。認知超載的后果就是無法獲得有效記憶。

2.2.3 管理必要認知加工的多媒體教學設計

針對文章開頭提到的多媒體教學中出現的翻頁過快，學生跟不上的問題，有以下的方法進行改善。根據理論，必要認知加工超載往往與學習材料復雜、學習者沒有經驗以及學習材料呈現過快有關。當圖畫與文本快速呈現時會引起視覺通道超載，造成學習效果不佳的后果。在這樣的情況下，運用聽覺的解說比運用視覺的文本呈現效果要好。用聽覺形式代替視覺形式呈現語言材料，有效地把視覺通道上超載的內容轉移到聽覺通道上來，從而實現有效的認知加工過程。因此在多媒體課件的設計中，應注意不要過多地呈現文本材料。圖片信息清晰時，沒有必要運用文本進行解釋，以免造成不必要的信息重復，增加學生的認知加工負荷。圖片需要解釋時，多用語音進行解釋，而不要呈現大量文本，而教師僅只是照著文本念一遍，這樣會造成學習者的視覺通道超載，從而影響實際學習效果。

當出現快速且復雜的動畫以及學習者對學習材料不熟悉時，為了減少認知加工超載的問題，可以運用分段原則、前訓原則與通道原則。分段原則是指用片段代替連續的材料呈現，學習效果會更好。前訓原則是指在材料呈現之前，先讓學習者熟悉相關的概念，學習者會學得更好。通道原則是指在學習材料上打印出詞語，適用于對詞語不熟悉的學習者，或者課程中包含有專業詞匯、符號，亦或學習者是非母語人士或者聽力障礙者時。在英語教學中，如果出現了較難或生僻的詞匯，因學生運用第二語言學習的緣故，可以在詞匯旁邊打印出中文釋義，以減低學生的認知加工負荷，提高學習效率，這是符合學習規律的。

2.2.4 促進生成加工的多媒體教學設計

為了激發學習者的有效學習，還可以運用多媒體原則、人性化原則、語音原則與肖像原則等教學設計原則。多媒體原則是指運用多種媒體手段，如圖畫、聲音、文本等來設計課件。這個原則的理論基礎在于：當文本和相應的畫面同時呈現時，學習者能夠更好地建立兩者之間的聯接;當只出現文本時，學生只能運用想象來聯接文本，這對大多數學習者有一定的難度。多媒體原則更適用于知識水平較低的學習者，他們更需要圖像化指導。人性化原則是指用口語講述比用書面語講述學習效果更好，學習者會把講述者視為對話伙伴。語言原則是指在講述中運用本民族語言效果優于運用外國語言。而如果講述者的肖像呈現在屏幕上效果會更好，這就是肖像原則。如在多媒體課件的設計中注意到人性化原則，應有效改善文章前部提到的多媒體教學使師生關系陌生化的問題。

3 結論

多媒體輔助教學技術的出現，為課堂教學增加了很多生動活潑的方式。但是多媒體教學的設計卻涉及到人類認知的特點。如果忽略了這些特點，多媒體教學就會出現一些偏差，造成教學效果不佳的后果。在多媒體教學設計過程中，一定要始終以學習者為中心，而非以技術為中心，這兩者的偏重，造成了當前多媒體教學中出現的一些問題。很多教學人員陷入了用技術驅動教學的認識誤區當中，沒有從學習者的認知規律和局限性出發來進行教學設計，而一味以技術來包裝課程，造成了課件雖好，效果卻差的局面。多媒體教學的重心應該放在教學方法方面，而非技術方面。技術只是一個輔助手段。教師在運用多媒體技術時應理解真正引發學習發生的不是媒體技術環境，而是學習者內在的認知加工過程，因此多媒體教學課程的設計應立足于對學習認知過程的深刻理解的基礎之上。

基金項目：本文為昆明理工大學教育技術研究項目（2013-2014年度）的子項目“多媒體與網絡技術在英國文學教學中的運用”（項目編號：2013122）的研究成果之一

參考文獻

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② 王彤.新媒介視域下外國文學經典教學研究.河北師范大學學報（教育科學版），2013.15（12）：51.

③ 陳毓文.談古文教學與多媒體的使用.福建論壇（人文社會科學版），2008專刊：33-34;方明建.大學課堂多媒體教學的困境與突破.中國大學教學，2013（2）：65; 劉昕.高校多媒體教學研究及對策.教育與職業，2014（14）：164.

④ 王澤慶.視覺文化背景中的文學概論多媒體教學.山西師大學報（社會科學版），2009.36（4）：137-140.

⑤ 高惠莉.計算機多媒體教學常態化探究——基于大學英語多媒體教學的實證研究.中國電化教育，2013（2）：85.

⑥ 鄭磊.多媒體環境下高校外語教師教學效能感研究.外語電化教學，2003（11）：76-80.

⑦ 管恩森，仵從巨.關于文學類課程“多媒體教學熱”的冷思考.中國大學教學，2009（7）：36-38.

⑨ Sweller J， Chandler P， Tiemey P， et al. Cognitive Load as a Factor in the Structuring of Technical Material [J]. Journal of Experimental Psychology： General， 1990， 119（2）：176-192.