建构主义多媒体学习过程及教学设计

豆宏健

(兰州文理学院 师范学院，甘肃 兰州 730000)

在教育技术学中，关于多媒体的设计，有两种基本取向，即以技术为中心的设计取向和以学习者为中心的设计取向。以技术为中心的设计取向以多媒体技术的实用功能为出发点，关注多媒体技术的最新进展，试图把最新的多媒体技术融入教学设计中。其研究问题的核心，是确定哪种多媒体技术在教学信息的呈现上最有成效，并把多媒体教学和传统教学进行比较。教育专家在评论20世纪教育技术的发展时指出，实践证明，以技术为中心的设计一般不能在教学活动中产生持续的有效作用，从电影、广播、电视等在教学中的应用历史就可以看到这一点。可靠的评估研究表明，还没有哪一种多媒体教学系统比传统的教师进行的教学产生了更好的学习效果。[1](P11～13)因为以技术为中心的设计不是让技术去适应学习者的需要，而是要学习者去适应最新技术的要求。

多媒体教学设计取向取决于设计者对学习者的属性和学习的本质和过程的看法。传统的学习理论大多持信息获得的观点，认为学习者是一个被动的个体，学习者的大脑是一个空的容器，教学就是教师传递信息，学习者接受信息的过程。信息获得的学习观是以技术为中心的多媒体教学设计的思想基础，多媒体被看成信息呈现和传播的工具。而以学习者为中心的多媒体设计取向是以理解人类大脑如何工作为出发点，关注的是如何用多媒体技术来促进人类和学生的学习，其核心是利用多媒体技术提高人类的认知能力。以学习者为中心的多媒体教学设计以现代建构主义学习理论和信息加工认知心理学为思想基础。

和传统的学习理论不同，现代建构主义学习理论认为，学习者处于学习过程的中心地位，知识是由学生自己建构起来的，并且不能以一种确切的形式由教师的头脑传递到学生的头脑中。根据知识建构的观点，学生是一个主动的意义建构者，学习者的任务是理解学习材料的意义，在已有的知识结构中努力组织学习材料，并将其整合成连贯一致的心理表征。教师的作用是在学习者进行意义建构的过程中，给他们提供认知向导和帮助。学生是学习的责任者，教师是促进者。现代认知学习心理学还认为，在知识建构的过程中，人类有两种信息加工系统，即言语信息加工系统和图像信息加工系统，学习者能够在言语表征和视觉表征之间建立有意义的联系，把言语表征和视觉表征在心理上整合起来，使用多媒体呈现教学信息能充分利用人类信息加工的资源和潜能。建构主义学习理论和现代认知心理学进而认为，学习者的多媒体学习也应该是一种意义获得的知识建构过程。多媒体是学生意义获得过程的向导，即知识建构的助手。多媒体的作用不仅仅是呈现教学信息，不是把学习者淹没在大量的信息中，而是要引导学习者按照一定的方式加工这些信息，在学习者的心理上，使学习材料信息和已有的知识经验联系起来。建构主义学习理论和现代认知心理学对学习的看法，被认为更加符合人类和学生学习的本质，更能适应以人为本的现代社会发展和创新对教育的要求，因此，它所提出的以学习者为中心的建构主义原则，已成为学校教学改革和课堂教学的基本指导原则。建构主义学习理论对多媒体、多媒体学习和多媒体教学的性质和目的看法和主张，也得到了教育学家、心理学家和教育技术专家的认可。

一、多媒体建构主义学习的基本假设

以学习者为中心的多媒体学习的建构主义观点，以现代信息加工认知心理学学习理论为基础，认为要使多媒体学习变成学习者的意义建构过程，多媒体教学的设计就必须以人类大脑的工作方式和信息加工方式为根据。信息加工认知心理学关于人类信息加工过程的基本假设表现在以下三个方面。或者说，信息加工认知心理学认为，人类在学习过程中的信息加工有以下三个主要特征。这些特征是多媒体教学设计的心理学依据。

(一)双通道加工

信息加工认知心理学认为，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，当信息呈现给视觉器官时，人们用视觉通道加工信息；当信息呈现给听觉器官时，人们用听觉通道加工信息。[2]双通道有两层含义，既指信息感觉双通道，也指信息呈现模式双通道。信息感觉通道关注的是学习者最初是通过视觉加工所呈现的材料，或是通过听觉加工所呈现的材料，关注听觉表征和视觉表征的区别。根据感觉通道取向，人们的一个感觉通道加工视觉表征的材料，另一个加工听觉表征的材料。而呈现模式通道关注的是多媒体呈现的刺激是言语的还是非言语的。根据呈现模式取向，人们的一个信息通道加工言语材料，另一个信息通道加工图像材料和非言语声音材料。

在多媒体学习和教学设计中，以上两种通道假设涉及对屏幕文本和背景声音材料加工通道的认识。屏幕文本在呈现模式假设中，被认为最初在言语通道中加工，但在感觉通道假设中，被认为最初在视觉通道中进行加工；而背景声音在呈现模式假设中，被认为最初在非言语通道中加工，但在感觉通道假设中，被认为最初在听觉通道中进行加工。对于以上问题，多媒体认知学习理论家把听觉和言语通道，视觉和图像通道做了区分，即用感觉通道区分视觉呈现的材料和听觉呈现的材料，屏幕文本被认为是视觉呈现的材料，背景声音被认为是听觉呈现的材料；用呈现模式区分多媒体认知学习中信息加工的中心环节—工作记忆(短时记忆)中基于图像的模型建构和基于言语的模型建构。也就是说，在信息加工的最初阶段，即在感觉记忆中，人脑对信息是按照视觉和听觉的通道模式予以加工的，之后，在工作记忆中，信息是按照言语和非言语(图像)的呈现模式予以加工的。

根据双通道理论，在多媒体学习中，教学信息首先通过一个通道进入学习者的信息加工系统，但是能够以转换表征的方式在另一条通道得到加工。呈现给眼睛的屏幕文本最初在视觉通道加工，但是一个有相关阅读经验的学习者，可以在心理上，把屏幕文本的视觉表象转换成通过听觉通道加工的声音。同样，描述一个物体或事件的声音解说最初在听觉通道进行加工，但学习者也可以根据声音描述形成一个物体的表象，从而在视觉通道进行加工。双通道假设为多媒体教学提供了合理的存在前提和使用根据，即多媒体的视觉呈现和听觉呈现正好符合人类信息加工的心理机制，学习者能够充分利用自己的认知资源，使多媒体呈现的学习任务在两个信息通道上都能得到表征和加工。

(二)容量有限

信息加工认知心理学家在研究中发现，每个信息通道在单位时间内加工的信息的数量是有限的，即认知资源是有一定负荷的。[3](P237～239)当呈现一个插图、动画或一段解说时，在某一时间内，学习者在工作记忆中能够保持的表象和语词的数量是一定的，而且工作记忆中的表象和语词只反映所呈现全部材料的主要特征和部分内容，并不是对全部呈现材料的精确复制。

心理学家对认知负荷的内部来源和外部来源进行了区分，认为内部负荷依赖于加工材料的难度，如果学习材料成分较多且结构复杂，则内部的认知负荷就高；反之，当学习材料的每个组成部分都能自成单位且能被单独学习时，内部的认知负荷就低。外部认知负荷依赖于教学信息的设计方式，即学习材料的组织方式和呈现方式，无序的教学信息设计会导致学习者从事无关或无效的认知加工，增加信息加工通道的负荷，而良好的教学信息设计会使认知负荷减少到最低。从某种程度上说，多媒体教学设计就是使学习者信息加工中认知负荷减少到最低的技术。

因为学习者认知过程中信息加工通道的容量有限，因此，掌握每个通道信息容量的大小，对多媒体教学设计是非常重要的，并且工作记忆的容量存在明显的个体差异，而这些个体差异会对信息加工产生实质性影响。同时，学习者也可以通过组块的方式，对学习材料进行组织，在信息容量保持不变的情况下，能够加工更多的材料信息。加工容量的限制，也迫使学习者对进入加工通道的信息进行选择性注意，并使用一定的认知策略尤其是元认知策略，对有限的认知资源进行分配、调节和控制。认知心理学家认为，元认知策略是控制整个认知资源系统的核心和关键。[4](P169)

(三)主动加工

多媒体认知学习理论认为，学习者是多媒体呈现的学习材料的主动加工者。为了使认知经验建立一致的心理表征，人们会对新学习材料主动进行认知加工。多媒体认知学习的本质是学习者构建心理模型和知识结构的过程。心理模型代表了学习材料的关键部分和它们之间的相互关系。学习者主动的认知加工过程包括注意信息，组织信息，并使新信息和已有的知识进行联系和整合等三个子加工过程。[5](P567～570)

当教学信息被多媒体呈现时，学习者就会注意到呈现材料中的语词和图像，对相关材料进行选择，通过选择性注意，把外部材料的关键部分带入认知加工系统的工作记忆中。在工作记忆中，学习者对新学习材料信息进行组织，建立新学习材料各成分之间的结构关系。同时，学习者会激活并提取长时记忆中的知识，把它带回工作记忆，使新进入的学习材料信息和从长时记忆中提取的先前知识进行整合，以建立新旧知识之间的联结，从而使新的学习材料获得意义，新旧知识形成一致的心理表征。认知的主动加工过程对多媒体教学设计有重要的指导意义，它要求多媒体呈现的学习材料应该有一个一致的整体结构，同时多媒体信息应该给学习者提供如何建构这个结构的加工向导。

信息加工认知心理学为我们提供了一个完整的人类心理工作原理，为多媒体教学设计奠定了理论基础，即人的学习过程是一个双通道、容量有限和主动加工的过程。

二、多媒体教学信息的建构主义学习过程

根据建构主义学习理论，多媒体教学就是按照信息加工认知心理学提供的人类大脑加工信息的工作方式，为学习者提供多媒体教学信息和学习材料，营造一种能使学生主动获得意义，建构知识模型的教学情境。多媒体教学信息就是用语词和画面共同呈现的，在教师和学习者之间交流或演示的内容，其目的是促进学习者的学习。多媒体建构主义学习理论家认为，学习者在多媒体教学情境中对教学信息的意义获得和知识建构过程，主要包括以下认知加工环节。

(一)选择相关的语词

一般情况下，多媒体教学信息的主要呈现模式是语言材料。在信息加工过程中，知识表征的第一次转换，是从语音的感觉表征转换到工作记忆中语音的内部表征。在这一转换中，认知加工输入的是学习者听觉器官接受的语音信息，输出的是学习者所选择的语词在工作记忆中形成的心理表征，调节这一认知过程转换的，是学习者所选择的相关语词。如果语词以声音的形式呈现，则信息加工从听觉通道开始；如果语词以屏幕文本或印刷文本的形式呈现，则信息加工从视觉通道开始；如果学习者在心理上能够读出这些文本语词，则信息加工随后从视觉通道转入听觉通道。

学习者之所以要从呈现的材料中选出部分信息，是因为认知系统的每个通道容量有限，学习者的注意力只能集中在部分信息上。在这一过程中，学习者对语词的选择不是随意的，必须判断哪些语词与多媒体呈现的信息关联最紧密，以便于后来对材料信息的意义建构。

(二)选择相关的图像

在多媒体信息加工学习过程中，知识表征的第二次转换，是从视觉刺激的感觉表征转换到工作记忆中视觉表象的内部表征。在这一转换中，输入的是学习者视觉感觉登记中暂时保持的多媒体信息的图像部分，输出的是学习者所选择的图像在工作记忆中形成的心理表征，调节这一认知过程转换的是学习者所选择的相关图像。

这一信息加工过程从视觉通道开始，也可能会把部分信息转入听觉通道。和对语词的选择一样，学习者之所以要从呈现的图像材料中选出部分信息，也是因为认知系统的每个通道容量有限，而学习者的注意力只能集中在部分信息上。对图像的选择也不是随意的，学习者必须判断哪些图像与多媒体呈现的内容关联最高，以便于后来对材料信息的意义建构。

(三)组织所选择的语词

如果学习者从多媒体信息新出现的语词中形成了语音的基本信息，接下来就是在认知中，把这些语词组成一个一致的表征，即言语模型的知识结构。这一认知加工转换，输入的是语音的基本信息，即从新出现的言语信息中选择的语词和短语，输出的是言语模型。学习者在工作记忆中，对所选择的语词或短语形成一致的具有结构的表征。调节这一认知过程的心理机制，是学习者在工作记忆中再组织所选择的语词，使各种言语知识元素之间建立联系。组织言语知识结构的心理过程有比较、分类、列举和概括等。[1](P71～72)。这个过程最有可能在听觉通道发生，同样受到加工通道容量有限的制约。学习者必须通过意志努力，尽可能构建一个简单的结构。

(四)组织所选择的图像

如果学习者从多媒体信息新出现的图像中形成了表象的基本信息，接下来就是在认知中，把这些表象组成一个一致的表征即图像模型的知识结构。这一认知加工转换，输入的是表象的基本信息，即从新出现的画面信息中选择的是表象，输出的是图像模型。学习者在工作记忆中，对所选择的图像形成一致的具有结构的表征。从表象到图像模型的转换，同样需要一种认知加工，调节这一认知过程的，是组织所选择的图像，以使各种图像知识之间建立联系。组织图像知识结构的心理过程也有比较、分类、列举和概括等。这个过程在视觉通道发生，同样受到加工通道容量有限的制约，学习者也必须通过意志努力，尽可能构建一个简单的结构。

(五)整合图像模型表征和言语模型表征

在这一认知加工过程之前，学习者在认知系统中，对学习材料的信息拥有两个单独的知识表征系统：图像模型和言语模型。多媒体学习最后也是最重要的认知加工，就是在基于文字的表征和基于图像的表征之间形成联系，使两个表征系统的成分和成分之间关系的对应部分相互匹配，把两个单独的表征系统整合成一个表征系统。这一认知步骤，输入的是之前构建的图像模型和言语模型，输出的是一个整合模型。

整合模型建立在图像模型和言语模型的基础上，两种知识表征的整合，发生在视觉和言语的工作记忆中。它涉及图像和言语模型的对应部分的协调，并要和长时记忆中的相关知识建立联系。模型整合是一个十分复杂的认知过程，是学习材料意义形成的核心。学习者需要有效地利用认知容量，关注视觉表征和言语表征的深层结构。

需要注意的是，多媒体建构主义学习的五个过程的每一步骤，在整个多媒体呈现期间，可能发生多次，学习者并不是对学习材料的整体进行一次加工即可完成意义获得和知识建构过程，而是在一个片断的多媒体学习中，就可能涉及以上全部五个阶段，下一个学习片断再重复相同的加工过程。由此可见，多媒体学习发生在学习者信息加工系统内，这是一个包含独立的视觉和言语加工通道的系统，每个通道都有严格容量限制的系统，一个主动学习的，需要每个通道进行协调整合的认知加工系统。

三、多媒体建构主义学习的教学设计原则

多媒体建构主义学习理论家不仅认为多媒体教学为学习者的知识获得，提供了一个潜力巨大的途径，而且通过多媒体教学情境中学习迁移和学习保持的实验研究证明，使用语词和画面的多媒体共同呈现比只使用语词呈现，对学习者的学习有更大的促进作用，因而为教学实践中多媒体知识建构学习，提供了基本的设计原则。

(一)通道原则

通道原则是指学习者学习由画面和解说组成的多媒体呈现，比学习由画面和屏幕文本组成的多媒体呈现效果好。也就是说，在一个多媒体呈现的信息中，语词用声音呈现比用文本呈现效果好。

根据信息加工理论的观点，屏幕文本是视觉呈现的材料，首先要进入信息加工的视觉图像通道，因此，当画面和屏幕文本形式的语词材料共同呈现时，学习者信息加工系统的视觉图像通道过渡负荷，而听觉言语通道则处于闲置状态，认知资源没有得到合理的分配；而当画面和声音形式的语词材料共同呈现时，学习者就可以在听觉语词和视觉图像两个通道同时加工信息，认知资源得到了充分合理的利用。而且研究也发现，学习者学习由画面加解说组成的材料，比学习由画面加解说再加屏幕文本组成的材料学习效果好，因为当画面和语词都以视觉形式呈现时，视觉通道的信息会超载，反而降低了学习的效果。通道效应提供了一个多媒体设计的重要原则，即当制作一个包含画面和语词材料的多媒体教学信息时，语词要以解说的形式而不是文本的形式来呈现。尽管在大多数情况下，画面和屏幕文本形式语词的共同呈现被证明有损于学习者的学习，但并不是说在所有情况下，都应该避免二者的结合，在某些情况下，比如文本语词和画面接近呈现时，也能有效地促进认知加工。因此，准确地说，通道原则适用于多媒体教学信息播放速度较快，而且学习者无法自动控制的情形。

(二)接近原则

接近原则包括空间接近原则和时间接近原则。空间接近原则是指把书面或屏幕上对应的语词和画面临近呈现比隔开呈现能使学习者学得更好。空间接近是一种经济的认知资源。当书面或屏幕上对应的语词和画面临近呈现时，学习者就不必使用认知资源在多媒体上搜寻，而更有可能把它们同时保持在工作记忆中，并对言语和图像两种心理模型和知识结构进行加工整合。当书面或屏幕上对应的语词和画面彼此远离呈现时，学习者就必须使用认知资源在多媒体上搜寻，这削弱了认知的有效性。

时间接近原则是指书面或屏幕上对应的语词和画面同时呈现比继时呈现学习效果好。时间接近同样是一种经济的认知资源。当对应的解说和画面同时呈现时，学习者有可能在工作记忆中同时保持两种材料的心理表征，并且在言语表征和视觉表征之间建立联系，即使解说和画面呈现的时间间隔较短，学习者仍可能在语词和画面之间建立心理联系。时间接近原则和空间接近原则相互补充，构成多媒体建构主义学习中关于教学信息设计的重要基础：多媒体教学设计不仅仅是呈现信息，而且还要用一种符合学习者的认知加工方式，并能促进这种方式发生的形式呈现信息。

(三)一致性原则

一致性原则是指在多媒体学习中，当与意义获得的无关材料在多媒体呈现中被排除时，学习者的学习效果要好于无关材料被包含在其中的多媒体呈现，因为无关材料会争夺工作记忆中的认知资源，分散学习者对重要材料的注意力，干扰材料的组织加工，尤其是当无关材料非常突出时，无关信息会误导学习者围绕不恰当的主题组织材料，阻碍学习者的意义建构过程。研究表明，当在多媒体呈现中加入有趣但无关的语词和画面或者声音和音乐时，学习者的学习会受到损坏；反之，在多媒体呈现中删除不必要的语词时，学习者的学习会得到改进。一致性原则要求多媒体教学信息的呈现要主题突出，简明扼要，避免画蛇添足。

(四)个体差异原则

个体差异原则是指良好的多媒体设计的教学效果因学习者已有知识和能力水平的不同而不同。研究表明，良好的多媒体教学设计对知识水平低的学习者产生的学习效应，要好于对知识水平高的学习者产生的学习效应，对空间能力高的学习者产生的学习效应，要好于对空间能力低的学习者产生的学习效应。[6](P223～224)也就是说，知识水平低的学习者和空间能力强的学习者，更能从良好设计的多媒体教学中得到益处。

根据多媒体的认知学习理论，学习者对学习材料的理解程度和意义建构，取决于对先前知识的利用。当设计不良的教学信息呈现时，知识水平高的学习者能够用他们的已有知识弥补多媒体信息呈现的不足，而知识水平低者则做不到。当多媒体呈现中引导性的信息缺乏时，知识水平较低的学习者不能有效地进行认知加工。当设计良好的教学信息呈现时，知识水平高的学习者和知识水平低的学习者都能够理解，因此，知识水平低的学习者从良好设计的多媒体教学中受益更多。同时，空间能力强的学习者能够在多媒体呈现中，有效整合视觉表征和言语表征，而空间能力低下的学习者，则要花费较多的认知容量，才能将图像保持在工作记忆中，使得视觉表征和言语表征没有足够的心理加工空间，因此，在设计良好的多媒体教学中，高空间能力者会体现出更大的学习进步。

个体差异原则在多媒体教学实践中有重要的应用价值，是因材施教教学原则的具体体现。虽然良好的多媒体教学设计对所有的学习者都有效，但其对于低知识水平和高空间能力的学习者更为重要。

参考文献：

[1](美)Richard E.Maye．多媒体学习[M]．傅小兰，等，译．北京：商务印书馆，2006．

[2]路其林，等．词汇阅读加工的双通道模型研究述评[J].现代生物医学进展，2009(17)．

[3](美)M.W.艾森克．认知心理学[M]．高定国，等，译．上海：华东师范大学出版社，2004．

[4](美)Robert J．Sternberg，等．教育心理学[M]．张厚粲，译．北京：中国轻工业出版社，2003．

[5](美)戴尔．H．申克．学习理论：教育的视角[M]．韦小满，等，译．南京：江苏教育出版社，2003．

[6](美)加涅，等．教学设计原理[M]．皮连生，等，译．上海：华东师范大学出版社，2004．