多媒體學習理論視角下小學數學練習型教學軟件的設計與開發

韓笑　石連栓　宋崢

摘要：隨著科學技術的發展以及各種智能終端的普及，教學方式呈現出數字化、智能化的趨勢，軟件在教育教學中的應用也越來越為廣泛。針對當前小學數學作業與練習中存在的問題，以梅耶的多媒體學習理論為基礎，從中選取有關設計多媒體學習資源的七條原則，在此基礎上提出了基于多媒體學習理論的教學軟件設計原則，以小學數學內容為例，利用Flash等軟件開發了一款練習型教學軟件。該軟件自主性強、交互性較好，學生接受性好，有助于學生學習和掌握數學知識，激發學生數學學習的興趣和學習自主性。

關鍵詞：多媒體學習理論;小學數學;教學軟件;Flash

中圖分類號：G434? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）01-0076-03

1 背景

隨著科學技術的迅速發展，學習方式呈現出信息化、數字化、智能化的趨勢。練習是教學中的一個基本環節，也是學生鞏固課堂知識的重要環節。作為教與學的交匯點，練習的設計與實施是影響教學效果的重要因素。根據已有的研究成果可知，當前小學教學練習存在以下問題：第一，練習方式落后。以傳統方式進行練習，多數是由教師來出題，學生在教師的要求下，按照既定的時間完成規定的練習任務。傳統方式的練習以單向的順序進行，影響學生著練習積極性、主動性的發揮[1];第二，練習方式統一性過強、練習有效性較弱。傳統練習多數是由教師提出統一要求，規定統一練習內容，學生以統一的方式完成，最后以統一方式提交。這種練習方式學生無法針對自己的薄弱環節自由選擇練習內容，針對性和有效性較弱，學生沒有自主選擇性[1];第三，反饋不及時。學生在練習中遇到問題或者題目做錯，不能得到及幫助與反饋，影響學習效果。利用練習型教學軟件解決上述問題有著無可比擬的優勢：學生可以自定步調進行練習，針對自己的薄弱知識點，自由選擇練習的內容，在練習結束后得到立即反饋，查看幫助與答案，方便快捷掌握學習情況，調節學習進程。在小學數學作業與練習中，引入習題型教學軟件能夠有效豐富學習內容，學生能夠主動參與，激發數學學習興趣和積極性。由于Flash文件體積小， 集成和發布方便快捷， 易于跨平臺開發， 設計和開發周期短， 制作成本低[2]，利用Flash開發教學軟件可以降低成本，大大縮短軟件開發時間，教師開發軟件便捷，學生利用教學軟件進行練習可以在輕松愉悅的氛圍中學到知識和鞏固知識。本研究從梅耶的多媒體學習理論出發，提出了基于多媒體學習理論的教學軟件設計原則，利用Flash等軟件，開發了一款小學數學練習型教學軟件。

2 多媒體學習理論

多媒體技術的迅速發展，多媒體學習應運而生。多媒體學習是指以促進學習者有效學習的發生為目的，以語詞和畫面同時呈現信息。語詞包括印刷文本、口頭語言等;畫面包括靜態的插圖、照片以及動態的動畫、視頻等。梅耶等人于20世紀80年代開始進行有關學習資源有效性的研究，梅耶認為按照人的心理工作方式設計的多媒體信息更可能產生有意義學習[3]。

多媒體學習是在建構主義的基礎上提出來的知識建構觀，這種知識建構觀主要基于以下三條原則：一是雙通道原則，人類有兩個信息加工通道，分別負責聽覺信息和視覺信息的加工，因此要關注多媒體信息視覺和聽覺的雙重編碼;二是容量有限原則，人類每一個信息加工通道同時能夠加工的信息量是非常有限的，因此要降低無效的認知負荷， 激發主動的、有意義學習的生成性認知負荷;三是主動加工原則，即學習者必須主動去選擇、組織與整合信息[4]。梅耶依據以上三條原則，提出了多媒體學習理論，其中包括設計多媒體學習資源的七條原則[5]。本研究以梅耶多媒體學習理論中有關多媒體學習資源設計的七條原則為依據，進行教學軟件設計。七條原則分別為：一是多媒體認知原則，即學習者使用語詞和畫面組合的學習資源比只有語詞的學習資源效果更好;二是空間接近原則，即與同一知識點相關的語詞和畫面盡量接近，不能離得太遠;三是時間接近原則，與同一知識點相關的語詞和畫面要同時呈現，間隔時間不要太長;四是一致性原則，即刪除與當前知識點無關的文字、畫面或聲音;五是通道原則，關注信息的雙重編碼，積極調動視覺和聽覺通道的參與，聲畫同步的效果更好;六是冗余原則，根據認知負荷理論，畫面中盡可能降低無關因素的干擾，例如彈幕的干擾;七是個性差異原則，精心設計的多媒體學習資源，對后進生和空間能力強的學生學習有效性更加突出。

3 基于多媒體學習理論的教學軟件設計原則

將軟件引入教育教學中的目的是促進學習者學習，內容和任務都應該服務于學生的知識建構，教學軟件的設計要遵循一定的原則，本文結合梅耶多媒體學習理論，提出教學軟件設計應該遵循的具體原則。

3.1 教育性

教學軟件最基本的要求是軟件要具有教育性，軟件為教育服務。本教學軟件的應用對象是小學生，要更加關注學生的身心健康和智力發展，讓學生在輕松愉快的環境中進行練習，在掌握知識的同時，發展學生智力以及培養學生對數學學習的興趣。

3.2 流暢性

一款良好的教學軟件要具有流暢性。一款經常被“卡住”教學軟件很難得到學生的認可，要保證軟件操作流暢，無卡頓現象，增加學生的體驗感。

3.3 選擇性

教學軟件設計要考慮到學生的知識水平和學習風格，教育軟件要提供豐富的知識內容和多樣的練習方式，學習者可以根據自己的學習情況任意選擇學習內容和練習方式。本教學軟件提供小學1-6年級數學的相關習題，包括選擇、填空、連線、拖曳題等，學生可以任意選擇進行練習。

3.4 趣味性

傳統練習最大的弊端就是乏味枯燥，學生學習興趣低，進而影響學習效果。利用教學軟件進行練習，與傳統練習相比最大的特色就是具有趣味性。一款良好的教學軟件，要根據學習者年齡特點進行界面設計、情境設計，調動學生的多種感官刺激，增強軟件的趣味性，增加學生積極性，激發學生的學習興趣。

3.5 人性化操作

學生利用教學軟件學習，必然要進行人機互動。操作簡單快捷的軟件能得到多數人的認可，廣為流傳。軟件的打開與關閉要盡可能簡單與快捷，交互要便捷友好，學生可以方便快捷進行學習，不需要因操作問題花費很多精力，影響學生學習的積極性。

3.6 反饋及時

學生學習結束后，要立即給予學生反饋。根據斯金納的強化學說，反饋要盡可能多的增加正強化，減少或消除負強化。反饋設計要及時醒目，便于學生及時了解自己的知識掌握程度，調整下一步的學習進程。呈現相關知識點或習題答案，便于學生糾錯。

4 小學數學習題型教學軟件設計與開發

為加深學生對數學知識的理解，激發學生學習的興趣和積極性，本研究結合上文提出的基于多媒體學習理論的教學軟件設計原則，設計開發了一款小學數學習題型教學軟件。

4.1 教學設計

教學軟件最基本的要求是要具有教育性，良好的教學軟件要有相應的教學設計作為支撐。本軟件的應用對象是小學生，要更加關注學生的身心健康和智力發展，讓學生在輕松愉快的環境中進行練習，鞏固對知識的掌握。

1）學習者分析

該軟件用戶群體是小學生，該群體年紀較小，思維活動依賴具體的事物和經驗支持，認知水平較低，易接受新知識，有很強的求知欲，學習熱情較高，特別喜歡鮮艷的色彩，意志力薄弱。該階段小學生知識水平較低，已識得簡單文字，思維水平處于具體形象思維向抽象邏輯思維過渡的時期，作為“數字土著”，對智能移動設備等新技術比較熟悉，能夠進行簡單的計算機操作。

2）教學內容分析

小學數學是整個數學教學過程中最基本、最特殊的階段。小學階段數學課程基于公共基礎的地位，著眼于學生整體素質的提高，使學生掌握必要的數學基礎知識和基本技能，發展學生的抽象思維和推理能力，培養其對數學課程的興趣。本研究選取小學數學不同年級階段知識點——“分類”、“10以內加減法”“100以內加法”“面積計算”為例進行教學軟件設計與制作，加減法運算是小學數學中的重難點，傳統練習枯燥乏味，學生學習興趣低，分類與面積計算在日常生活中應用比較廣泛，因而選取這部分知識點作為教學內容。

3）教學設計

本文參考人教版小學數學教材內容，進行了教學設計，如表1所示。其中，“分類”以拖曳題呈現，“10以內加減法”以連線題呈現，“100以內加法”以填空題呈現，“面積計算”以選擇題呈現。

4.2 教學軟件設計與實現

根據教學設計，在該練習型教學軟件中設計四大常見題型——拖曳題、連線題、填空題、選擇題，題型多樣化，且與傳統練習測驗習題類似，方便學生遷移，界面、交互、反饋的設計與實現貫穿與教學軟件的始終。

1）界面

小學生對顏色有一定的偏好，喜歡明亮鮮艷的色彩，根據學生的這一特點，將小學生喜歡的顏色如紅、綠、黃等鮮艷活潑的顏色，加入教學軟件中;這個階段的學生更加喜歡卡通形象，在畫面中加入卡通元素更能吸引學生的學習興趣;將習題呈現在畫面中最醒目的位置，引起學生的注意;題目要求以會話的形式展現。整體界面設計以活潑明亮為主，如圖1所示。

軟件中的圖片經過PS軟件的處理導入到庫，根據不同需求制作成影片剪輯或按鈕，再將制作成的原件導入到舞臺進行界面的布局。軟件中的文字使用符合兒童心理的卡通字體，增加畫面的卡通化，進而增強軟件趣味性和學生學習興趣。

2）交互

小學生作為“數字土著”，雖然對智能移動設備等新技術比較熟悉，但僅僅能夠進行簡單的計算機操作，教學軟件中設計的操作僅僅有鼠標單機、數字輸入，操作簡單，學生初學易上手，不會因為操作問題花費較大精力，影響體驗感。

軟件中的交互主要通過代碼實現，將代碼寫入按鈕元件中，點擊按鈕觸發操作，或者單獨創建AS圖層，將函數寫在幀上，利用函數間的調用實現交互。

3）反饋

反饋要及時，學生在完成練習之后，反饋要立即呈現，以便學生了解自己的答案正確與否。反饋形式多樣化，可以采取簡單對錯方式，也可以采用鼓勵性的話語。在反饋中可以加入活潑歡快的聲音吸引小學生的注意力，如圖2所示。

學生在結束練習后，可以點擊相應的按鈕進行結果檢驗，也可以在學生答題完畢后反饋立即呈現，反饋的實現主要利用判斷函數。反饋元件是影片剪輯，由函數控制，根據學生的結果，決定幀的跳轉。在制作影片剪輯時，加入聲音，有助于刺激學生多種感官參與，提升學習效果。

練習沒有次數限制，學習者可以進行多次學習，題量豐富，滿足不同水平學習者的學習需求。學習者可以利用此習題型教學軟件進行練習和測試，檢驗學習效果。實驗教學軟件開發完成后，對該系統進行了試用與評價。多數學習者認為該軟件簡單便捷，知識結構相對完整，利用此教學軟件進行練習學生學習興趣較高，能夠積極主動的進行學習，并且學習者樂于使用該軟件學習，說明該軟件對于解決當前小學數學練習中存在的問題具有一定的積極意義。

5 結束語

本文基于梅耶的多媒體學習理論，提出了基于多媒體學習理論的教學軟件設計原則，以小學數學為例，開發了一款小學數學習題型教學軟件并進行了試用。實踐表明該教學軟件能幫助學生學習和掌握小學數學相關知識，提高學生學習興趣，激發學生學習的積極性和主動性。后續研究將不斷提高該教學軟件的沉浸性，增強學習者的沉浸感，進一步提升學習者的學習效果。

參考文獻：

[1] 王九紅.小學數學作業的功能與設計[J].上海教育科研，2007（11）：87-88.

[2] 王燕.基于認知發展理論的Flash教育游戲設計模型構建[J].中國電化教育，2012（8）：92-96.

[3] Mayer R E.Cognitive theory of multimedia learning[M]//Mayer R. The Cambridge Handbook of Multimedia Learning.Cambridge：Cambridge University Press，2014：43-71.

[4] Clark R C，Mayer R E.E-learning and the science of instruction[M].Hoboken，NJ，USA：John Wiley & Sons，Inc.，2016.

[5] Mayer R E.多媒體學習[M]. 牛勇，邱香，譯.北京：商務印書館，2006.

【通聯編輯：謝媛媛】