把握学习性质 善用媒体促进——梅耶的多媒体学习认知观简介

盛群力,张 丽

(1.浙江大学教育学院,浙江杭州310028;2.山东烟台市第十四中学,山东烟台264002)

对于“多媒体”(multimedia)这个词语,我们已经不再感到陌生,多媒体在教学中的应用已经相当广泛,它开创了一种生动新颖的教学方式,因此对多媒体学习理论的研究也随之增多,而理查德E.梅耶(Richard E.Mayer,一译迈耶)一直是这一方面的领军人物。他是美国加州大学圣巴巴拉分校心理学教授,曾担任美国心理学会教育心理学分会主席,《教育心理学家》杂志主编和《教学科学》杂志双主编之一。2000年梅耶获得了桑代克教育心理学终生成就奖,2008年获得了美国心理学会颁发的教育与培训杰出贡献奖。梅耶现任美国教育研究学会学习与教学分会副主席,目前还是14种教育心理学等学术期刊的编委。据美国《当代教育心理学》(Vol.28,422-430)刊文报道,梅耶是1991-2001十年间在教育心理学领域最有成就的研究工作者,排名第一。他已经出版/发表了将近400篇著述,其中包括出版的23部著作,重要的有《教育心理学的生机》(第1卷和第2卷,1999,2002),《多媒体学习》(2001,2009),《学习与教学》(2003,2008),《数字化学习与教学科学》(与R.Clark合著,2003,2008),《剑桥多媒体手册》(2005)和《面向学习、教学与评估:布卢姆教学目标分类学的修订》(与Lorin.W.Anderson等人合作,2001)等。作为一名著名的教育心理学和认知心理学家,梅耶的主要专业旨趣是探究人是如何学习的以及如何帮助人学习,即在学习科学和教学科学之间开展对话,衔接认知、教学和技术之间的交叉联系。基于有关人是如何学习的认知科学理论,梅耶提出了与设计在线教学相关的多媒体学习的认知理论。本文主要介绍其相关的多媒体学习认知理论,这也是其提出的有关学习与教学的核心观点。

一、什么是多媒体学习

梅耶把多媒体定义为呈现文字(例如书面文本或口头文本)和图片(例如插图、照片、动画或录像)[1]2。对于文字而言,指的是把材料用言语的形式来呈现,例如运用书面文本或口头文本。对于图片而言,指的是把材料用图示的形式来呈现:例如运用静态的图形,包括插图、曲线图、图表、地图或照片;或是运用动态图形,包括动画或录像。

当人们建立文字(例如书面文本或口头文本)和图片(例如插图、照片、动画或录像)的心理表征时,多媒体学习(multimedia learning)就发生了。多媒体教学(multimedia instruction)指用文字和图片呈现材料以促进学习。简言之,多媒体教学指设计多媒体演示来帮助人们建立心理表征[1]3。

多媒体的运用是基于教学信息应该根据大脑的工作原理来设计这一观点。我们假定人类有两个信息加工系统,一个用来加工言语材料,另一个用来加工视觉材料。我们也承认,呈现教学信息的主要方式是言语形式。多媒体呈现的基本原理——用文字和图片呈现材料,就是利用了人类全面处理信息的能力。梅耶认为,理解发生在学习者能够在视觉表征和言语表征中建立有意义联系的时候,在试图建立文字和图片之间联系的过程中,学习者所获得的理解比仅仅通过文字或图片进行学习所获得的理解要更加深刻。这一观点是多媒体学习理论的核心所在。

总之,多媒体学习研究的基本原理就是,学生通过文字和图片进行学习比仅仅通过文字学习的效果要更加深入。但是,并不是添加所有的图片都是有效的,弄清楚怎样最有效地发挥文字和图片相结合的作用,这是很重要的。我们所需要的是在研究的基础上理解人们是怎样通过文字和图片进行学习的、怎样设计多媒体教学以促进学习。

二、多媒体教学设计的两种取向

(一)以技术为中心的设计取向

多媒体设计最直接的取向就是以技术为中心的取向。以技术为中心的取向以研究多媒体的实用功能为出发点,研究的问题是“我们怎样运用这些功能来设计多媒体呈现”,所关注的通常是多媒体技术发展中的尖端内容,因此以技术为中心的设计者关注的是怎样把多媒体融入到新兴的传播技术中。其研究的问题经常会涉及有关不同媒体的效用研究(即确定哪种技术在呈现信息时最有效)。但是以技术为中心的取向关注的是鼓励教师使用最新的技术,而不是通过技术来帮助人们有效地进行学习。

(二)以学习者为中心的设计取向

以学习者为中心的设计取向以理解大脑的工作原理为出发点,所关注的是怎样运用多媒体技术作为认知的辅助工具。研究问题所关注的是设计特征与人类的信息加工系统之间的关系。倡导以学习者为中心的前提是:只有多媒体设计与人类大脑的工作方式相一致,才能更有效地促进学习。

三、多媒体学习的三种观点

(一)多媒体学习作为反应强化过程

根据反应强化(response strengthening)的观点,学习就是增加或减少刺激和反应之间的联系。这一观点引发了对学习内容的本质、学习者的本质、教师的本质和多媒体呈现的目的的假设。首先,学习是以建立联系为基础的,因此“学了什么”就是与特定情境相关的特定反应。其次,学习者的行为就是做出反应,接收对这一反应的反馈。因而,学习者是奖励和惩罚的被动接受者。再次,教师的行为,或者说是教学设计者的行为,就是实施奖励和惩罚。总之,教师通过提供提示或提出问题来控制教学过程,然后对学习者给出的回答予以反馈。最后,多媒体教学的目的是为培训相关技能方面提供练习,其潜在的观点就是多媒体是一种练习系统,也就是指通过反馈来操练相关技能的系统[1]11。

(二)多媒体学习作为信息获得过程

根据信息获得(infor mation acquisition)的观点,学习就是向记忆中增加信息。首先,学习是以信息为基础的——一种能从一处被移动到另一处的客观对象。其次,学习者的行为是接收信息,因此,学习者是一个被动的个体,他从外界接收信息并把它们存储到记忆中。再次,教师的行为,或者说是教学设计者的行为,就是呈现信息。最后,多媒体呈现的目的是尽可能有效地传递信息。其潜在的观点就是多媒体是一种传递系统。根据这一观点,多媒体是向学习者有效传递信息的一种工具。

(三)多媒体学习作为知识建构过程

与信息获得的观点相比,知识建构(knowledge construction)的观点认为多媒体学习是一种获得意义的行为,学习者试图从呈现材料中建立一致的心理表征。与信息不同,知识是由学习者自己建构的,并不能以确切的形式从一个人的大脑传递到另一个人的大脑中。这就是为什么给两个学习者呈现相同的材料会得出不同的学习结果。其次,根据知识建构的观点,学习者的行为就是理解呈现材料的意义,因此学习者是积极的意义建构者,在接受了多媒体呈现之后试图把呈现材料整合成一致的心理表征。再次,教师的行为是在学习者的意义建构过程中提供帮助,因此教师是认知向导,在学习者的认知加工过程中提供必要的指导。最后,多媒体呈现的目的不仅仅是呈现信息,也对如何加工呈现信息进行指导——也就是帮助学习者决定对什么给予注意,怎样在心理上进行组织并且怎样与先前的知识相联系。总之,多媒体是意义获得的向导,即人们进行知识建构的助手。

梅耶支持有关学习是一种知识建构历程的观点,因为它与人是如何学习的研究更加一致。多媒体呈现的目的不是向学习者呈现大量的信息或是操练正确的反应,而是帮助人们对所呈现材料的重要的方面进行理解。总之,当教学的目的是帮助人理解和运用所学知识时,采用知识建构观点更加符合实际。

四、多媒体学习的三种结果

学习的目的有两种:记忆与理解。记忆是一种重现或再认所呈现材料的能力,通过保持测验来加以测量。最常见的保持测验是回忆——要求学习者重现所呈现的材料,和再认——要求学习者选出呈现过的内容或判断所给定的项目是否呈现过。因此保持测验主要就是检测学习的“量”——即记住了多少学过的内容。理解是一种从呈现材料中建立一致的心理表征的能力。它反映了学习者在新的情境中运用呈现过的材料的能力,通过迁移测验来测量。在迁移测验中,学习者必须解决没有在呈现材料中明确给出答案的一些问题——也就是他们必须把学到的知识用于新的情境中。迁移测验主要就是检测学习的“质”——即学习者能运用所学材料的程度。

对学习结果而言,可能有三种学习状态:什么都没有学到,这是无效学习(no learning);能记住相关的信息,但不理解也不会运用,这是机械学习(rote learning);既能熟记相关信息,也能够理解和运用,这是有意义的学习(meaningful learning)[2]。当然,在多媒体学习中我们要做的就是促进学习者的意义学习。

五、多媒体学习的两种主动类型

主动学习包括两种具体情况:一种是认知上积极,行为上不积极;另一种情况是行为上表现积极,认知上表现不积极。但是主动学习到底是通过学习者的外在行为来表现,还是通过学习者头脑中发生的行为来表现呢?梅耶认为,有关学习方面的一些研究表明,意义学习取决于学习者在学习中的认知活动而不是行为活动。或许有人会认为通过动手操作就能促进意义学习,但是行为活动本身并不能保证积极的认知学习;或许也有人认为给学习者呈现材料不算是一种促进主动学习的好方法,但是在给学习者呈现有意义的材料,引发学习者主动的认知加工时是能够引发意义学习的。因此,梅耶主张在多媒体学习中进行适当的认知活动而不仅仅是行为活动本身。

六、多媒体学习认知理论的三个假设

关于怎样设计多媒体信息的决策总是反映了学习方式的基本内容。也就是说,多媒体信息设计者关于人类大脑是如何工作的观念会影响其设计活动本身。在对人类学习方式进行了进一步的探讨之后,梅耶提出了多媒体学习认知理论的三个假设:双向通道假设、容量有限假设和主动加工假设。

(一)双向通道假设

双向通道假设(dual-channel assumption)是指人们对视觉表征材料和听觉表征材料拥有单独的信息加工通道。双向通道假设在多媒体学习的认知理论中指人们的信息加工系统包括听觉/言语通道和视觉/图像通道[1]33。两个通道能分别加工不同种类的信息,呈现给眼睛的材料由视觉通道来加工,呈现给耳朵的材料由听觉通道负责加工。

有两种方式可以定义两种通道的区别,一种是基于呈现模式,另一种是基于感觉通道。基于呈现模式的方法关注的是呈现的刺激是言语的还是非言语的,一个通道用来加工言语材料,另一个通道用来加工非言语材料。基于感觉通道的方法关注的是学习者最初通过眼睛加工所呈现的材料还是通过耳朵加工所呈现的材料,一个通道加工视觉表征的材料,另一个通道加工听觉表征的材料。在构建多媒体学习理论时,梅耶选择了折中的方式,用基于感觉通道的方法来区分视觉呈现材料和听觉呈现材料,用基于呈现模式的方法来区分工作记忆中基于图像的和基于言语的模型的建构。

那么,两个通道之间的关系又是如何的呢?尽管信息是通过一个通道进入人的信息系统,但是学习者也可以转换表征方式使之能在另一通道中加工信息。当学习者给任务分配足够的认知资源时,最初呈现给一个通道的信息就可能在另一通道中得到表征。例如,屏幕文本最初可能是在视觉通道中被加工,因为它是呈现给眼睛的,但是一个有经验的读者会在心理上把图像转换为声音,在听觉通道中加工。

(二)容量有限假设

容量有限假设(l imited capacity assumption)是指每个通道一次加工的信息数量是有限的。当向学习者呈现信息时,不管是插图、动画或口头解说,学习者并不能记住全部的内容,而是部分的或片断的信息[3]66。如米勒(G.Miller)于1956年所提出的,人的短时记忆容量为7+2个组块,这一短时记忆容量也就是我们所说的短时记忆广度。当然,我们通过不断练习,可以掌握多种组块的技巧,从而能够在每个组块中记住更多的元素。但是不管怎样,人在每个通道中的加工容量还是非常有限的。

既然人的信息加工容量如此有限,那么当向学习者呈现大量的信息时就势必会造成认知上的负担。斯韦勒和钱得勒(P.Chandler)(1994)和斯韦勒(1999)区分了学习中认知负担的内部来源和外部来源。内部认知负担依赖于材料的内在难度——有多少组成成分和它们之间是如何相互影响的。当材料的组成成分较多,并且相互之间的作用很复杂时,内部的认知负担就高,反之则低。外部认知负担依赖于教学信息的设计方式——材料的组织和呈现方式。当信息设计不是很好时,学习者必须进行无关的或无效的认知加工;当信息设计良好时,外部认知负担是最小的。

(三)主动加工假设

主动加工假设(active processing assumption)指人们为了对其经验建构一致的心理表征会主动参与认知加工。这些主动的认知加工过程包括形成注意、组织新进入的信息并将新进入的信息与其他知识进行整合。简言之,人是试图理解多媒体呈现信息的主动加工者[3]67-68。

主动学习的三个基本的加工过程是:选择相关的材料,组织所选择的材料,将所选择的材料与已有的知识进行整合。当学习者注意到呈现材料中合适的文字和图像时,对相关材料的选择就发生了,这个过程就是将材料从外部带入到认知系统的工作记忆中。组织所选择的材料就是在这些要素间建立结构联系,这一过程发生在认知系统的工作记忆中。将所选择的材料与已有知识进行整合就是指在新进入的材料与已有知识中的相关部分之间建立联系,这一过程包括激活长时记忆中的知识并将其带入工作记忆中。

七、多媒体学习认知过程的五个步骤

为了能在多媒体环境中产生有意义学习,学习者必须参与五种认知加工过程:(1)选择相关的文字在言语工作记忆中加工;(2)选择相关的图像在视觉工作记忆中加工;(3)将所选择的文字组织成为言语模型;(4)将所选择的图像组织成为图像模型;(5)将言语和图像模型进行整合并与先前的知识相整合。这五个过程不一定是以线性的顺序发生的,学习者可以采用不同的方式从一个过程转到另一个过程。成功的多媒体学习要求学习者能够协调并监控这五个过程。

(一)选择相关的文字

第一个环节中涉及了知识表征的一个转换,从外部呈现的口头文字(例如,计算机中所发出的语音解说)到关于声音的感觉表征,再到工作记忆中文字声音(例如,语音解说中的某些文字)的内部表征。这一步中输入的是口头的言语信息——即多媒体信息呈现中的口头文字。输出的是语音库——即学习者所选择的单词或短语在言语工作记忆中形成的心理表征。

调节这一转换的认知过程被称为“选择相关的文字”(selecting relevant words),并且当多媒体信息通过听觉的感觉记忆时对其中的某些文字给予注意。如果文字以声音的形式呈现,这一过程就从听觉通道开始;如果文字以屏幕文本或打印文本的形式呈现,这一过程就从视觉通道开始。如果学习者能够在心理上读出这些打印文字,这个过程随后就可以从视觉通道转入到听觉通道。

(二)选择相关的图像

第二个环节涉及的知识表征的转换是从外部呈现的图片(例如动画片断或插图)到未被分析的视觉图像的感觉表征,再到工作记忆中的内部表征(例如部分动画或插图的视觉图像)。这一步中输入的是存在于视感觉记忆中的多媒体信息的图像部分。输出的是视觉图像——学习者的工作记忆中对所选择图像形成的心理表征。

这一转换中涉及的认知过程被称为“选择相关的图像”(selecting relevant images),它对多媒体信息中的部分动画或插图给予注意。这一过程开始于视觉通道,但是也可能把部分信息转换到听觉通道中,例如,在心理上言语描述一个正在播放的动画。

(三)组织所选择的文字

学习者从多媒体信息片断的新出现的文字中形成语音库之后,就会把这些文字组织成一个一致的表征——言语模型。这一步中输入的是语音,即从输入的言语信息中所选择的语音。输出的是言语模型,即学习者的工作记忆中所形成的关于所选择的单词或短语的一致性的(或具有结构的)表征。

这一转换中涉及的认知过程被称为“组织所选择的文字”(organizing selected words),在这一过程中,学习者在言语知识片断中建立联系。这一过程最可能在听觉通道中发生。

(四)组织所选择的图像

这一过程跟组织所选择的文字过程有点相似。学习者从多媒体信息片断的新出现的图片中形成图像库之后,就会把这些图像组织成一个一致的表征——图像模型。这一步中输入的是图像,即从输入的图像信息中所选择的图像。输出的是图像模型,即学习者的工作记忆中所形成的关于所选择的图像的一致性的(或具有结构的)表征。

从图像到图像模型的转换要求运用一种认知加工过程,即“组织所选择的图像”(organizing selected images)。在这一过程中,学习者在图像知识片段间建立联系。这一过程在视觉通道中发生。

(五)将基于文字和基于图像的表征进行整合

或许多媒体学习中最关键的一步就是在基于文字和基于图像的表征之间建立联系。这一步中涉及的知识表征的转换是从两个单独的表征——图像模型和言语模型到一个整合的表征的转换,一个模型中的要素及要素之间的关系与另一个模型中的对应的部分相匹配。这一步中输入的是学习者所建构的图像模型和言语模型,输出的是一个整合的模型,它建立在两个表征联系的基础上。另外,这一整合的模型也包括与先前知识的整合。

之所以称这一认知过程为“整合文字与图像”(integrating word-based and image-based representations),是因为它涉及在相应的图像和言语模型间建立联系,也包括与长时记忆中的知识相联系。这一过程在视觉和言语工作记忆中发生,也包括二者之间的协调。

多媒体学习的五个加工过程的每一步可能在多媒体呈现中会发生好多次。这些过程在一个又一个片断中进行应用,而不是对作为整体的全部信息进行应用。

八、梅耶多媒体学习认知理论研究的特征

(一)根据人类大脑的工作原理来设计多媒体信息

多媒体学习发生于学习者的信息系统中——包括独立的视觉和言语加工通道的系统,每个通道的容量都十分有限的系统,要求对每个通道的认知加工过程进行协调以促进主动学习发生的系统。另外,多媒体学习是一个需求性的过程,它要求选择相关的文字和图像;把它们组织成一致的言语和图像表征;把言语和图像表征进行整合,并与先前的知识相整合。在多媒体学习的过程中,材料是以五种形式呈现的:多媒体呈现中的文字和图片;感觉记忆中的声音和图像的表征;工作记忆中的声音和图像;工作记忆中的言语和图像模型;长时记忆中的知识。从梅耶的多媒体学习的认知理论我们可以看出,多媒体信息应该被用来设计促进多媒体学习过程,是否根据人类大脑的工作原理来设计多媒体信息,这对意义学习来说至关重要。

(二)与认知心理学、教育心理学相结合,提出多媒体学习的认知理论

梅耶把多媒体学习作为认知辅助工具,从认知心理学的角度出发进行多媒体学习的研究,提出了多媒体学习的认知理论,充分运用了双重编码理论、认知负担理论和建构主义的学习理论,把心理学知识与教育学知识紧密结合来进行研究,为多媒体学习的研究提供了新思路。

尤其是梅耶将双重编码理论紧密结合进多媒体学习的认知理论中,这是以往我们容易忽视的方面。根据双重编码理论,言语和视觉信息是在不同的信息处理系统中进行的。据此,梅耶提出了双向通道假设,在进行多媒体信息呈现时注意合理运用视觉和听觉通道来共同发挥作用,并在这一方面做了大量的研究,提出了相关的多媒体设计原则,同时也大大减轻了多媒体学习中的认知负担。

在多媒体信息的观点方面,梅耶坚持呈现模式说和感觉通道说的观点。呈现模式说认为,多媒体是指用两种或两种以上的感觉系统来呈现材料,它关注的是材料被表征的方式。感觉通道说认为,多媒体指学习者使用了两种或两种以上的感觉系统,它强调的是学习者接受外界材料时所用到的像眼睛和耳朵这样的接收器[3]7-9。梅耶以认知理论为基础,认为多媒体信息的作用是提高学习者知识建构的能力,而不是像传播媒体说(即认为多媒体指材料的呈现是用两种或两种以上的传播设备来进行的)所认为的多媒体信息的作用仅仅是传播信息。只有以认知理论为基础,才能更好地对多媒体学习资源进行开发和设计[3]7-9。

(三)强调知识的建构以及学习者主动的认知活动

梅耶把多媒体学习看作是知识建构的过程,认为多媒体是人们进行知识建构的助手,并且强调在多媒体学习中要促进学习者主动的认知活动的产生。因此,多媒体学习就理所当然地是为了促进有意义学习的这一结果的出现。这些方面都是以往我们的多媒体学习过程中容易忽略的方面,我们往往把多媒体学习看作是向记忆中添加新信息的过程,或者是增强联系的过程,忽视了多媒体作为认知辅助工具在促进学习者知识建构方面的重要作用。同样的,梅耶主张在多媒体学习过程中进行适当的认知活动而不仅仅是行为活动本身,这样才能更好地促进有意义学习的进行,使学习者不仅能够记住所学的知识,还能运用知识来解决实际问题。

(四)多媒体学习注重以学习者为中心

我们一般都会认为多媒体是教师讲解呈现教学内容的一种工具而已,而梅耶在一开始就澄清了自己的观点,他认为多媒体设计的取向应该是以学习者为中心,应该关注人的发展。教育的最终目的是为了促进人的发展,我们在进行多媒体设计时更应该注意到这一点。要从学生的学习需求、学习特色出发,使多媒体的设计真正做到以人为本,真正为学生的学习服务。同时,对每种媒体的运用都要合理有效,并且充分发挥其作用,而不仅仅是空有华丽的外表。梅耶在这一方面就是值得我们学习的一个很好的典范。如果真正地将多媒体变成学生手中的认知工具,这不仅会推动教学的进步,而且可以真正增强学生自主学习的能力,真正适应未来社会的需要。

(五)基于以往的理论同时又有所扩展和延伸

国外的学者对多媒体学习的研究始于20世纪初期,最早是从20世纪初期到80年代中期,主要关注的是学习者怎样整合并利用呈现给他们的言语信息和视觉信息[4]3-30。这一时期提出了一些最基本的编码模型、信息加工模型和一些简单的理论。比较突出的有“双重编码”理论,即长时记忆中的信息既可以用语义编码,也可以用形象编码[5]。根据双重编码理论,言语和视觉信息是在不同的信息处理系统中进行的。第二代的多媒体学习研究是从二十世纪中期到90年代末期,主要关注的是言语和视觉信息的呈现方式以期更好地促进学习者对呈现信息的理解[4]3-30。这一时期提出的理论主要是认知负担理论和多媒体学习的认知理论。对认知负担理论的研究主要是钱德勒和斯韦勒,他们指出,加工视觉和言语信息的工作以及过程是有严格限制的,如果在视觉和言语处理过程中呈现过多的信息元素,就会导致认知超载而使一部分信息元素不能被处理。而对于多媒体学习的认知理论方面,梅耶就是主要的代表人物。梅耶根据双重编码理论、认知负担理论和建构主义的学习理论提出了多媒体学习的认知理论,阐述了多媒体学习认知理论的三个假设、五个步骤,总结了在多媒体环境中建构有意义学习所需的认知条件:选择相关的文字和图像,将文字和图像组织成连贯的心理表征,并与其他表征相整合。

梅耶在多媒体学习方面进行了大量的系统化的实证研究,并且与以往的双重编码理论、认知负担理论、双向通道理论等相关研究相结合,对以往的研究进行了进一步的扩展和延伸。例如,梅耶在提出多媒体学习认知理论时,提到的双向通道假设就和双重编码理论有着密切关系。双向通道假设指人们对视觉表征和听觉表征的材料拥有单独的信息加工通道。换句话说,也就是视觉通道通过眼睛获取信息产生图像表征,而言语通道通过耳朵获取信息产生言语表征。在多媒体学习中的认知负担方面,梅耶提出容量有限假设,指出人们在每个通道上一次加工的信息数量是有限的。而梅耶提出的主动加工假设则是建立在对工作记忆的长期研究的基础之上,主动加工假设弥补了工作记忆的局限,发挥了工作记忆在意义建构中的重大作用。梅耶的这些研究为正在崛起的新一代的多媒体学习研究奠定了坚实的基础,也起到了很好的推动作用。

[1]Mayer R E.The Cambridge Handbook of Multimedia Learning[M].New York:Cambridge University Press,2005.

[2]Mayer R E.Learning and Instruction[M].2nd ed.Mahwah,NJ:Prentice-Hall,2008:22-23.

[3]Mayer R E.Multimedia learning[M].2nd ed.New York:Cambridge University Press,2009.

[4]Samaras H,Giouvanakis T,Bousiou D,et al.Towards a new generation of multimedia learning research[J].AACE Journal,2006,14(1).

[5]邵瑞珍.教育心理学[M].上海:上海教育出版社,1997:41.