多媒体的教学原则及其发展模型

郑玉玮+崔磊

多媒体教学是指通过整合文本、图画、视频、动画和声音等媒体方式来表征和传递现实生活中规定的课程信息，通过对多种课程领域信息的整合来支持学生的决策，从而提高学生的合作能力[1]。多媒体可以分成四个组成部分：设备、系统、应用和跨域。设备包括存储媒体、网络和基本的显示方式，如声音、视频和图像；系统包括多媒体资料库、操作系统和通讯系统；应用是指通过各种工具、应用软件和文件等获得的用户界面；跨域是指不同媒体的整合和同步。多媒体能够很好地满足21世纪学习者的要求。当传统的教学方法无法达到学习目标时，教师就应该尝试采用多媒体教学方式。多媒体教学能够增强学习者和学习内容的互动，从而改善传统的课堂教学方法。因此，多媒体在不同年龄阶段和不同层次的教育中都得到了广泛的应用。

一、大脑信息加工的过程

理解大脑如何加工信息是理解多媒体如何帮助学生学习的基础。现在处于神经科学革命时期，人们对大脑信息加工过程的了解越来越深刻，同时，多媒体技术也越来越先进，这些都为运用多媒体进行教学提供了巨大的帮助。研究表明，大脑是通过视觉和听觉这两个通道来加工信息的。当信息通过这两个通道给予呈现时，大脑在相同的时间内能够加工更多的新信息。多媒体技术的呈现方式充分利用了多重通道加工的可能性，可以显著地提高学生的学习效果。理解多媒体信息加工方式的前提是了解大脑的信息加工过程，那么大脑加工信息的具体过程是怎样的呢？

1.信息加工的开端——工作记忆

个体对信息的加工过程包含很多步骤：知觉、注意、选择、组织和信息整合。个体完成全部加工过程需要长时记忆的参与。长时记忆是这个加工过程的中心，储存个体积累的知识。这些知识以组块的形式被组织，进而形成个体的图式。图式能够让个体有意义地组织已有信息，并帮助个体整合和组织新的信息[2]。总而言之，长时记忆是个体储存信息和整合新信息的场所。如果信息不能被整合到长时记忆中，它就会消失。因此，学习可以被看作是个体长时记忆的发展变化。

在信息被整合到长时记忆之前，信息首先会被个体工作记忆所接收和加工，但工作记忆的容量有限，只能加工少量的信息。Miller（1956）指出，工作记忆一次只能加工大约7条信息，而且个体的加工必须迅速，这是因为工作记忆只能保持约20秒的信息[3]。

工作记忆具有多重通道。Baddeley（1992）认为工作记忆具有听觉和视觉两个通道。听觉通道加工个体听到的信息，视觉通道加工个体看到的信息[4]。但文本似乎具有独特的加工要求，它最初是被视觉通道加工，进而转换到听觉通道加工。研究表明，相比听觉通道，视觉通道加工的信息容量更少。然而，当信息被视觉和听觉双重通道呈现时，工作记忆能够加工的信息总量就会增加[5]。使用多重通道呈现信息能够增加大脑加工的信息总量，但也存在超负荷认知的风险，众多信息通过无效方式传递会阻碍大脑成功地将信息整合到长时记忆中。在多媒体学习中，由先进的教育技术呈现的外部表征与学习者建构的内部心理表征之间会发生复杂的交互作用，多媒体材料的潜在教育效果受到这种复杂交互作用的影响[6]。

工作记忆使用现有的图式将信息整合到长时记忆中。如果现有的图式不适合新信息，那么个体就需要建立一个新图式，工作记忆也需要一些额外的工作帮助组织这些新信息。如果信息组织得不好，或者说信息很难与现有的图式建立联系，那么工作记忆就只能处理很少的信息，这会妨碍个体组织信息，影响个体对信息的加工和学习。

2.大脑认知加工与多媒体教学的关系

个体大脑认知加工与多媒体教学的关系是怎样的呢？有效的多媒体教学能够考虑到工作记忆加工信息能力的有限；能够利用视觉和听觉双通道呈现信息，增加大脑加工信息的总量；能够认识文本加工具有的挑战性，需要视觉和听觉双重通道加工；能够认识到长时记忆会将信息组织成有意义的组块，即图式，并利用现有的图式呈现信息或者帮助学生组织信息，在很大程度上能够帮助学生将信息整合到长时记忆中。

二、多媒体的教学原则

当前，在了解大脑加工信息模式的基础上，学界开始探讨多媒体教学的有效模式，揭示多媒体教学的重要原则，以便更好地运用多媒体教学帮助学生实施有效的学习。Clark和Mayer（2003）提出了一个著名的模型，该模型是关于个体如何整合多媒体学习过程中图像、听觉、视频、书写和口述信息的，揭示个体视觉和听觉信息如何影响多媒体学习的认知加工过程[7]。根据这一模型，意义学习要求学习者进行积极主动地认知加工，主动的认知加工反过来又要求学习者注重学习相关的文字和图片，把这些相应的信息组织成语词心理模型和视觉心理模型，之后视觉、语词心理模型与长时记忆中的先前知识建立联系，实现信息的整合。基于这个模型，个体可以分析多媒体学习的组成成分，从而避免在多媒体学习过程中认知负荷过大而出现阻碍学习的现象。基于这一模型，他们提出了多媒体学习的三个原则（见表1）。

此外，其他学者也针对多媒体教学的原则进行了深入的研究。综上所述，优秀的多媒体教学可以从内容、传递、背景三个方面的特征来进行分析（见图1）。

1.多媒体的内容特征

（1）文字和图片结合呈现要优于单独的文字

多媒体学习最基本的原则就是个体通过文字和图片结合的方式的学习效果要好于通过单纯的文字方式学习的效果。这里的文字包括书面的文字和口语形成的文字，图片包括静态的图片、动画和视频。利用工作记忆的多重通道加工，多媒体的多重呈现方式增加了信息整合到长时记忆的可能性。

（2）当学习者注意力集中时，多媒体学习的效果要好于注意力分散时

当学习者被迫注意相距甚远的信息时，比如内容在屏幕上被隔开很远，或者相联系的内容在两个时间段给予介绍时，学习者就会出现注意力分散的情况。因此，相关的内容在时间和视觉上同时呈现，学习效果会更好[8]。当相关内容不在一起呈现时，学习者的注意力就会被分散，大脑就需要花费较多的资源去整合不同来源的信息。endprint

（3）多媒体的演示内容要排除多余和冗余信息

研究表明，有效的多媒体学习是指其呈现的内容与教学目标有关且一致。由于大脑加工信息的容量有限，将有限的大脑资源浪费在无关的信息上，这会妨碍学习。

2.多媒体的传递特征

（1）当多媒体学习是互动并且在学习者的控制下时，学习效果更好

学生的学习速度是有差异的。研究表明，当学习者能够控制多媒体呈现的速度时，学习者的学习效果会更好[9]。多媒体呈现的速度也可以通过内容分段呈现的方式来实现，选择小段学习的效果要好于他们不能控制的长段学习的效果。

（2）当多媒体呈现更能吸引学习者时，学习效果更好

当多媒体呈现的学习内容和设计能够吸引学习者时，学习者就能取得较好的学习效果。多媒体的积极参与能够帮助学习者构建知识，将信息整合到有意义的图式中。相比缺少个性化元素的多媒体来说，个性化的多媒体呈现方式更能吸引学习者；具有较多谈话口吻的演示文稿比正式语调的演示文稿更有吸引力，而且使用第一人称和第二人称的演示文稿比使用第三人称的演示文稿更有吸引力[10]。积极参与在激活学习者的知识结构方面发挥着重要的作用。与其他激活策略相比，积极参与能激活学习者现有的图式，并能建立新的图式。

3.多媒体的背景特征

（1）学习者的学习内容在多媒体内容呈现前被激活时，多媒体学习的效果会更好

当原有与新信息相联系的认知结构被激活时，多媒体学习的效果就会得到提高[11]。因此，学生回顾形成的认知结构能够帮助他们组织和理解新信息。多媒体教学可以通过演示、讨论、回忆和书面描述等多种方式来让学习者预习学习内容，从而激活他们原有的认知结构。

（2）学习者能够应用他们新获得的知识并能接收反馈信息时，多媒体学习的效果更好

多媒体能够为学生提供运用已获得知识的机会，强化其新获得的知识。反馈是学习过程的一个重要组成部分，多媒体学习能够为学习者正在进行的学习过程提供明确的反馈，这是很重要的[12]。学习反馈有助于学习者了解个人的进展，有助于学习者保持最佳的学习状态，能够让学习者了解其学习水平，及时纠正各种错误。

三、多媒体教学发展模型

众多学者对多媒体教学原则进行了深入的分析与探讨，阐明了多媒体教学的重要原则，这些原则能够帮助教师提高多媒体教学设计水平。教学设计是一项复杂的任务，教学模型为教学过程提供了一个系统的结构。Stoney和McMahon（1998）发展了Gould（1995）的多媒体发展模型，提出了一个更加完整、丰富的多媒体发展模型。该模型主要有四个基本阶段：信息设计，主要指对要讲的内容和听众的分析；接口设计，指采用最有效和最直观的方式将内容传递给学习者；导引设计，指将内容按逻辑结构进行设计；互动设计，该阶段决定多媒体计划如何实施以及学习者如何使用该计划[13]。Alessi和Trollip（2001）也提出了一个多媒体发展的四阶段模型，即呈现信息、引导学习者、学习者的练习、对学习效果进行评估[14]。上述模型推动了多媒体教学的发展，也推动了多媒体教学模型的研究。多媒体教学发展模型可以分为教学设计模型、软件发展模型和多媒体学习模型。

1.教学设计模型

与多媒体加工联系最紧密的是教学设计模型（instructional design models，ID）。Greer（1992）创设了一个十阶段的教学设计目标管理模型，主要包括：确定目标范围、目标组织、收集信息、改进设计、制订初步计划、测试初步计划的材料、产生成熟的材料、重现、分配与评估[15]。Dick和Carey（2007）提出一个十阶段的交互式ID模型（见表2）[16]。Morrison，Ross和Kemp（2007）对十阶段的交互式ID模型进行了发展，提出了九阶段ID模型（见表2），指出其是“综合性教学设计计划”[17]，是基于学习者为中心的。Seels和Glasgow（1998）创立了ADDLE模型，这一模型包括下列几个环节：分析、设计、发展、执行与评估[18]。

教学设计模型能够将学生的注意力集中在学习方面，建立一个易处理的视觉教学内容，其主要焦点在于学习内容的设计和发展。

2.软件发展模型

软件发展模型可以为多媒体发展过程提供详尽的信息，但它缺乏一个教学远景。在计算机尚未普及之前，Royce（1970）提出一个高度结构化的发展过程，后来发展成为著名的“瀑布”模型，含有分析、设计、编码、测试与保持五个构成部分[19]。Highsmith（2000）发展形成了一个更加灵活的软件发展模型，包括设想、合作与学习三个部分。软件发展模型存在两个明确的组成成分，这两个成分都包含在多媒体学习中，即对使用者进行细致分析与产品的持续测试[20]。

3.多媒体学习模型

和常规学习方式相比，多媒体学习是一个更加有趣、更能激发学习者动机、更容易理解的学习方式。Liu，Toprac和Yuen（2009）考察了学习者的学习动机，指出有五个因素能够影响学习者的学习动机，即问题的解决、学习乐趣、信息加工、自我控制或自愿行动与有组织的学习[21]。他们指出积极投入学习过程的学习者的动机水平要高于投入程度低的学习者。

Georgiev（2003）提出一个有重大影响的多媒体学习加工模型，该模型解释了几个多媒体的重要特质（见图2）[22]。

该模型揭示了多媒体成分的多重数字化表征。该模型分析了四种表征的不同功能：

（1）多媒体被认为是时代进步的信号。媒体被分为两类：时间-独立性或不连续的媒体（文本、图像）和时间-依赖性媒体（声音、视频）。在时间-依赖性媒体中，信息持续产生并被直接地传递至目的地。在目的地，信息也会被直接接收。科学的信号训练和信号系统为不同媒体信号的统一加工提供了方法。endprint

（2）静止的数字化显示被用来转换、处理和压缩信息。媒体经常把一部分信息用文件夹的方式来储存。媒体也具有下列一些特定的用途，如图像的加工和理解、声音和口语的加工、计算机图像和几何模拟等。

（3）比特流常被用来表示网络转换和复制。源信息流可以产生比特率，或是连续的，或是可变的。数字化的音频流可以产生恒定的比特率。尽管组成视频的单个图片可以产生恒定的比特率，但是经过压缩后，以框架联合起来的大量信息就会发生改变。伴随着计算机通信功能的发展，多媒体的特性也越来越丰富。目前，多媒体网络已经被当作一个特定的领域被研究。

（4）媒体具有整合和独立的二元性。多媒体系统通常包括两个或更多的媒体，至少是一个连续（时间-依赖性）和一个不连续的（时间-独立性）媒体。一个媒体的内容转换到另一个媒体中就需要较高层次的整合。此外，不同媒体之间都有比较高的独立性，这是多媒体系统的比较重要的原则，可以保证媒体独立加工而又灵活联合。

Frey和Sutton（2010）改进了多媒体学习的指导方针，提出一个多阶段发展模型。该模型包括多媒体学习从开始到结束的全过程，比以往的教学设计模型要丰富得多。该模型是十阶段的多媒体发展模型，即确定教学目的、目标和听众，考虑现有的教学方式，决定教学方式、预算和时间期限，决定教学内容、活动和评估策略，发展决定学习效果的评估策略、标准和方法，制定流程图，制定原型，运作形成性的评估，完成设计与运行形成的产品[23]。

四、结语

多媒体学习并不是一个新的研究领域，但是伴随计算机技术的进步和发展，多媒体学习也向更高的互动性、舒适性和更低的成本费用领域进行转变。多媒体学习的设计并没有一个统一的模式，但是有一个合乎逻辑的结构化方法。有效的多媒体学习经历了一个基于可测量学习效果的评价过程。伴随着认知科学的发展，多媒体设计者也开始考虑多重媒体的认知复杂性，进而改进多媒体学习方式。技术在变，学生也在变，教育的传递方式也一定会发生改变。

本文系国家自然科学基金（31200765）与山东省自然科学基金（ZR2012CQ034）项目阶段性成果。

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（作者单位：1.济南大学教育与心理科学学院 2.山东师范大学心理学院）

（责任编辑：孙建辉）endprint