借助多媒體，我們真的能更有效的學(xué)習(xí)嗎？

黃瑋

摘 要：通過闡述大腦的認(rèn)知過程，揭示在多媒體指導(dǎo)下的學(xué)生學(xué)習(xí)可能存在的認(rèn)知超負(fù)荷問題，并且簡述了九種能夠在多媒體教學(xué)中運用的有效減少認(rèn)知負(fù)荷的方法。同時，也提出了對多媒體指導(dǎo)下進(jìn)行高效學(xué)習(xí)的未來研究方向。

關(guān)鍵詞：多媒體；教學(xué)；學(xué)習(xí)；認(rèn)知負(fù)荷

在教學(xué)中應(yīng)用多媒體技術(shù)是為了更有效的幫助學(xué)生掌握知識。然而，借助多媒體進(jìn)行教學(xué)，我們真的達(dá)到更有效的學(xué)習(xí)嗎？要回答該問題，我們首先要了解學(xué)生是如何在多媒體的指導(dǎo)下進(jìn)行學(xué)習(xí)的。這就需要對多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論進(jìn)行研究。

一、多媒體教學(xué)和多媒體學(xué)習(xí)理論的概述

多媒體教學(xué)指的是通過文字和圖片進(jìn)行教學(xué)，從事實、概念和程序上匹配學(xué)生的語言和圖像發(fā)展的一種方式。多媒體學(xué)習(xí)理論是指人們?nèi)绾潍@得和處理信息等相關(guān)認(rèn)知科學(xué)的指導(dǎo)性原則。

如何通過教學(xué)來幫助學(xué)生進(jìn)行高效學(xué)習(xí)一直是研究者所關(guān)注的。高效學(xué)習(xí)的本質(zhì)是提高有意義學(xué)習(xí)。有意義學(xué)習(xí)是深層次理解，包含材料的呈現(xiàn)和將其組織進(jìn)我們的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中。有意義學(xué)習(xí)過程中需要大量的認(rèn)知加工，但是學(xué)習(xí)者的認(rèn)知加工能力是有限的。多媒體教學(xué)是在科學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，使用高效的方法去呈現(xiàn)材料，用這種方式來學(xué)習(xí)事物及促進(jìn)有意義的學(xué)習(xí)。但是在人們利用多媒體進(jìn)行學(xué)習(xí)時，可能會出現(xiàn)認(rèn)知超負(fù)荷現(xiàn)象。在了解認(rèn)知超負(fù)荷之前，我們必須先了解在多媒體條件下我們的大腦是如何進(jìn)行學(xué)習(xí)的。

二、大腦學(xué)習(xí)的認(rèn)知過程

關(guān)于大腦學(xué)習(xí)的認(rèn)知過程，已有的研究存在三種假設(shè)：雙通道假設(shè)，有限容量假設(shè)和激活加工假設(shè)。

（一）雙通道假設(shè)。雙通道假設(shè)的核心是Paivio的雙重編碼理論和Baddeley的工作記憶理論中的人類信息加工系統(tǒng)包含兩個獨立的通道——聽覺通道和視覺通道。

（二）有限容量假設(shè)。有限容量假設(shè)主要來自于Chandler和Sweller的認(rèn)知負(fù)荷理論和Baddeley的工作記憶理論。該理論認(rèn)為人類信息加工系統(tǒng)的容量是有限的，在任一時刻的聽覺通道和視覺通道中，只能發(fā)生有限的認(rèn)知加工。

（三）激活加工假設(shè)。激活加工假設(shè)主要來源于Wittrock（1989）的生成學(xué)習(xí)理論和Mayer的激活學(xué)習(xí)選擇性組織整合理論。其指的是在聽覺和視覺的通道中需要發(fā)生大量的認(rèn)知加工，包括對當(dāng)前學(xué)習(xí)內(nèi)容的注意、將其組織成流暢的結(jié)構(gòu)以及將其與已有知識進(jìn)行整合的過程。

根據(jù)這三假設(shè)就形成了多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論。具體如下圖，行代表視聽兩種信息處理通道。列表示知識表征的模式：物理表征、感覺表征、淺層工作記憶表征、深層工作記憶表征和長時記憶表征。信息在物理上和長時記憶中的表征數(shù)量可以是無限的，但是能進(jìn)入工作記憶的信息是有限的。箭頭代表認(rèn)知加工方向，當(dāng)外界的信息刺激視聽感官后，學(xué)習(xí)者根據(jù)自身的情況對信息進(jìn)行初步的篩選，之后進(jìn)行組織，形成圖式，最后與長時記憶中已有知識進(jìn)行整合。被激活的知識也會對選擇和組織產(chǎn)生影響[1]。

三、認(rèn)知超負(fù)荷

在認(rèn)知系統(tǒng)中存在三種認(rèn)知需求：必要加工、附屬加工和表征的保持。必要加工是指使學(xué)習(xí)內(nèi)容意義化的加工，存在五個核心加工過程：選擇文字，選擇圖片，組織文字，組織圖片以及整合。附屬加工是指不需要使內(nèi)容意義化的加工，雖然不是需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，但是在設(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù)方面，可能會起到很重要的作用，如背景音樂的設(shè)置。表征的保持指的是認(rèn)知加工在工作記憶中要對腦中的表征保持一段時間。對于學(xué)習(xí)材料進(jìn)行完整的有意加工通常都包含了必要加工、附屬加工和表征的保持。在借助多媒體進(jìn)行教學(xué)中，通過學(xué)習(xí)任務(wù)誘發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的加工需求超過學(xué)生的認(rèn)知加工能力，這種現(xiàn)象稱為認(rèn)知超負(fù)荷。認(rèn)知超負(fù)荷的發(fā)生會降低我們的學(xué)習(xí)效果，如何在對媒體學(xué)習(xí)中，避免學(xué)生認(rèn)知超負(fù)荷現(xiàn)象的發(fā)生就變得尤為重要了[2]。

四、在多媒體學(xué)習(xí)中，九種方式減少認(rèn)知負(fù)荷

以多媒體學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)，Richard E.Mayer和Roxana Moreno經(jīng)過12年的實證研究，總結(jié)了在五種超負(fù)荷情況下的九種方式可以減少認(rèn)知負(fù)荷。

（一）分散負(fù)荷。當(dāng)必要加工需求在一個通道上超負(fù)荷時，可將一些信息用另一個通道來呈現(xiàn)，從而分散負(fù)荷。這啟發(fā)教學(xué)應(yīng)盡可能視聽結(jié)合來呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，能夠促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

（二）分段呈現(xiàn)或者預(yù)訓(xùn)練。如果學(xué)習(xí)的內(nèi)容很豐富且呈現(xiàn)速度快，學(xué)生完成隨后組織整合的加工之前，還必須對不斷呈現(xiàn)的信息進(jìn)行選擇，這就會給認(rèn)知容量造成負(fù)擔(dān)。Mayer和Chandler用實驗證實了可控的階段式呈現(xiàn)的效果比持續(xù)呈現(xiàn)的好，這就是所謂的分段效應(yīng)。

當(dāng)分階段呈現(xiàn)材料不可行時，可用預(yù)訓(xùn)練的辦法。預(yù)訓(xùn)練就是事先讓學(xué)生學(xué)習(xí)部分信息。心理學(xué)認(rèn)為構(gòu)建一個心理圖式需要兩步——建立部分圖式（比如每個部分如何工作的表征）以及建立因果圖式（比如在系統(tǒng)中的一個改變是如何引起另一個改變的表征等）。通過對部分的預(yù)訓(xùn)練，學(xué)習(xí)者能更有效對部分信息進(jìn)行加工，從而將重點放在構(gòu)建因果圖式上。

這啟發(fā)教學(xué)應(yīng)注重模塊式、分段式講授，在學(xué)生有一定的基礎(chǔ)上再進(jìn)行整體的講授。

（三）汰舊更新和設(shè)置標(biāo)記。如果必要加工和附屬加工使得一個或者雙通道超負(fù)荷，可剔除有趣但無關(guān)的材料。這樣學(xué)生理解多媒體演示的效果更好，這稱為一致性效應(yīng)。

但在實際教學(xué)中，移除所有的修飾信息是不太可能的，這時可設(shè)置標(biāo)記，因為大腦認(rèn)知能夠通過線索來學(xué)習(xí)如何選擇和組織材料。通過關(guān)鍵詞、圖表等帶有標(biāo)記的材料來指導(dǎo)學(xué)生的認(rèn)知加工，其能更好的理解多媒體語言，這稱為標(biāo)記效應(yīng)。

這啟示教學(xué)時制作的PPT應(yīng)盡量保證簡約性和主體性，同時對重要信息可用加粗、高亮等方法來強(qiáng)調(diào)。

（四）調(diào)整和剔除冗余。在眼動研究中，Hegartv和Just指出學(xué)生傾向于閱讀文字后看相應(yīng)的圖像。當(dāng)文字距離對應(yīng)的圖像很遠(yuǎn)時，學(xué)生需要用有限的認(rèn)知資源去尋找相對應(yīng)的部分。如果文字信息在圖像中，那么大量的附屬加工就可以減少，這種呈現(xiàn)方式，我們稱之為整體呈現(xiàn)。Moreno和Mayer的研究證實了整體呈現(xiàn)效果好于分散呈現(xiàn)。當(dāng)把文字信息放在靠近對應(yīng)的動畫時，學(xué)生能夠更好的理解多媒體演示，這樣的結(jié)果被稱為空間相鄰效應(yīng)。

在同一PPT中，動畫、旁白和文字同時呈現(xiàn)，就變成了冗余呈現(xiàn)。這樣，學(xué)生可能會把認(rèn)知資源用于分辨文字和動畫。這就加大了附屬加工，減少了必要加工。Mayer和Moreno等人也證實了學(xué)生在無冗余呈現(xiàn)時，表現(xiàn)較好。

這啟發(fā)制作教學(xué)PPT應(yīng)將相對應(yīng)的信息放在鄰近位置，同時避免相同的信息重復(fù)出現(xiàn)在一個通道中，這樣反而會降低學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

（五）同步化和個體化。視覺和聽覺信息依次呈現(xiàn)，就需要一定的認(rèn)知容量對先呈現(xiàn)的視覺信息的表征進(jìn)行保持，這樣就會減少學(xué)生的選擇、組織和整合的認(rèn)知加工容量。直接的解決辦法是將視覺和相對應(yīng)的聽覺材料同步呈現(xiàn)。Mayer和Moreno等人證實了同時呈現(xiàn)時效果更好，這被稱為時間連續(xù)性效應(yīng)。

當(dāng)同時呈現(xiàn)不太可能時，就需要保證學(xué)生擁有保持加工心理表征的技能。空間能力和完成有意義學(xué)習(xí)之間的相互作用稱為空間能力效應(yīng)。高空間能力能用最少的心理能量保持和操控心理圖像。低空間能力學(xué)習(xí)者不擅長同時呈現(xiàn)，因為他們必須花費很多的認(rèn)知加工去保持心理圖像。

這啟發(fā)教學(xué)要注重個體差異，給低空間能力學(xué)生匹配高質(zhì)量多媒體設(shè)計來減少認(rèn)知負(fù)荷的方法可能并不有效[3]。

五、運用多媒體學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)教學(xué)

Park和Hannafin指出多媒體的教學(xué)設(shè)計大多數(shù)仍然是建立在設(shè)計者的直覺想法而不是以實證研究為基礎(chǔ)。近些年，大量文獻(xiàn)表明在學(xué)生學(xué)習(xí)簡短課程的實驗中，成功運用多媒體原則能提高學(xué)習(xí)效益。

然而，在真實課堂背景下的研究最近才開始，Issa等人的研究表明在回憶測驗中，觀看改進(jìn)后PPT的表現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)PPT。之后，有研究改進(jìn)Issa等人的實驗，學(xué)習(xí)課程變?yōu)檫B續(xù)的7個學(xué)期，一半課程幻燈片根據(jù)Mayer的多媒體原則修改，一半使用傳統(tǒng)的，然后隨機(jī)呈現(xiàn)。結(jié)果表明在短時和長時記憶的保持上，修改后的幻燈片對學(xué)習(xí)都更好[4]。

六、未來研究的方向

多媒體學(xué)習(xí)將是教育心理學(xué)研究的重要組成部分。今后的研究將有5個方面趨勢：

1.在減少認(rèn)知負(fù)荷方法方面，今后研究需要對認(rèn)知負(fù)荷進(jìn)行測量。特別是，對擁有不同先驗知識背景的學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷，同時對教學(xué)材料的認(rèn)知需求也要有所研究。

2.多媒體學(xué)習(xí)理論的研究對象將從大學(xué)生擴(kuò)展到各個年齡層的學(xué)習(xí)者。

3.豐富研究所用的材料，而不局限于科技說明文，提高理論的生態(tài)效度[5]。

4.在我國，對于多媒體教學(xué)的研究，還處于理論或者少數(shù)的實驗室研究，今后，應(yīng)在真實課堂下進(jìn)行研究。

5.在應(yīng)用多媒體原則時，關(guān)于個體空間能力，協(xié)調(diào)能力，經(jīng)驗等差異的研究會進(jìn)一步深入。

參考文獻(xiàn)：

[1]Roxana Moreno，Richard E. Mayer，Cognitive Principles of Multimedia Learning：The Role of Modality and Contiguity.Educational Psychology Journal，1999，91（ 2），358-368.

[2]Park，B，F(xiàn)lowerday，T，& Brünken，R.（2015）.Cognitive and affective effects of seductive details in multimedia learning.

[3]Richard E.Mayer，Roxana Moreno，Nine Ways to Reduce Cognitive Load in Multimedia Learning. Educational Psychologist，2003，38（1），43-52.

[4]Catherine E.Overson，Applying Multimedia Principles to Slide Shows for Academic Presentation. Applying Science of Learning in Education，2014，252-258.

[5]Wang，Z，& Adesope，O.O.（2014）.Effects of Seductive Details on Multimedia Learning.Journal of Studies in Education，4（3），32-44.

（作者單位：福建師范大學(xué)教育學(xué)院）