基于学习认知规律的多媒体教学设计原则

林静 郭海玲

摘 要 多媒体技术的运用在高校教学中已经得到普及，然而多媒体教学却面临着教师过于依赖课件、师生缺少交流、学生跟不上教学速度等问题。本文从认知负荷理论的角度来分析多媒体教学中碰到的具有普遍规律性问题的原因，并根据学习者认知负荷的规律性，尝试找到有效的多媒体教学课件的设计方法。

关键词 多媒体教学 认知负荷理论 教学设计

中图分类号：G424文献标识码：A

Multimedia Teaching Design Principles Based on Cognitive Learning Rule

LIN Jing， GUO Hailing

（Faculty of Foreign Languages & Cultures， Kunming University

of Science and Technology， Kunming， Yunnan 650500）

Abstract The use of multimedia technology in teaching has gained popularity， however， is faced with multimedia teaching courseware too dependent on teachers， teachers and lack of communication， teaching students to keep up with the speed of other issues. From the perspective of cognitive load theory to analyze the reasons for having a universal regularity problems encountered in multimedia teaching， and according to the learner's cognitive load regularity， try to find effective multimedia courseware design.

Key words multimedia teaching; Cognitive Load Theory; teaching design

1 多媒体教学面临的问题

多媒体教学是当前高等教育中不可或缺的教学手段。多媒体教学环境是指“一个教学材料（如一个科学或数学的解释）以视觉（如动画或插图）和言语（如解说或文本）的表征形式赖以呈现的学习环境”。①和传统教学方式相比，多媒体教学能够以视图和声音的方式更直观地展现教学内容，用插图的形式有效地解释了文本中比较抽象和晦涩的内容，更能够引发学生的联想与学习兴趣。根据心理学家特瑞赫拉的心理实验，“人类获得的信息83%来自视觉，11%来自听觉，3%来自嗅觉，2%来自触觉，1%来自味觉;他的另一个记忆持久性的实验结果表明，2小时后，人们一般能记住自己听觉信息的70%，视觉信息的72%，视听结合信息的85%，72小时后人们就只能记住听觉信息的10%，视觉信息的20%，视听结合信息65%”。②因此，用图像的方式来加强学习过程中获取信息与保持相对长久的记忆力是有效的途径。

然而在多媒体教学的发展过程中，其缺点也渐渐显现出来。由于多媒体课件可以提前把教学内容做成PPT，上课时教师只用跟着PPT的播放顺序进行教学即可，这样很多教师对多媒体课件产生了较大的依赖性。传统的教学教师和学生多进行面对面的交流，但多媒体教学的“工具性”，使得师生关系从原来的情感交流变成了人机对话，传统的教学中师生均为课堂中心，而多媒体教学中，课件和大屏幕成为了课堂的中心，这样正常的师生交流不能够实现。多媒体课件的丰富多彩在某种程度上削弱了教师的主体作用，影响了教师的授课艺术性发挥。学生思维过程被“课件流程”所取代，课堂变得平面化。③多媒体教学的“画面化”使教学变得直观化，破坏了教育中形象思维能力和想象力的培养，尤其是某些比较抽象的理论性的课程，需要学生运用逻辑思维来充分消化的学习内容很难由“画面化”的教学方式达到理想的教学效果。学生虽然获得了视觉与听觉上的享受，然而缺乏身心投入的真切体验。课程性质从传统的“听”变成了“看”，释放了教学的速度，同时引起了其他问题：教师授课速度加快，单位课时内知识量增大。课件转换速度大于学生的接受速度，学生无法内化学习内容，反而造成了学习效果肤浅的后果。而在传统教学中，学生可以趁老师板书时消化学习内容。现代教学中，由于学生无法跟上屏幕切换速度，理论性的文学概论课容易上成文学欣赏课。④

多媒体教学过程中还产生了教学感受和学习感受不同步的问题。教师在运用多媒体技术进行教学时往往自认为教学效果良好，而学生的反馈则有着不同的结论。根据西北工业大学进行的一项多媒体教学效果的调查，结果如下：“4.2%的学生对课堂使用信息技术‘有助于更好地与教师交流持中立态度，27.4%的学生选择‘同意，说明学生认为信息技术的使用并没有提高与教师交流的程度;对于‘有助于与同学更好地交流，37.5%的学生持中立态度，31.3%的学生同意，说明学生之间的交流也没有太大的提高”。⑤这一结果表明多媒体技术在课堂上的使用无利于师生之间的交流。根据另一项针对河南省各类本科院校的教师和学生进行的调查，则可以看到教师和学生在多媒体教学效能上存在明显的认识差异。在“多媒体是辅助课堂教学的手段”、“多媒体能激发学生的英语学习兴趣和积极性”、“多媒体能提高课堂教学效果”和“课件内容能代替板书”四项中，教师/学生的认可分值分别为：4.58/4.15、4.33/3.98、4.22/4.13和3.23/2.63，这表明教师比学生更多地认为多媒体教学效果较好。而在多媒体课件的学习效能调查中，在“脉络清晰”、“信息量适中，符合学生的接受能力”、“教学重点、难点突出”、“内容是对教材内容的提炼、加工和补充”、“图、文、声并茂，使课堂生动活泼，提高了学习积极性”、“画面清晰，文字大小适中，色彩搭配合理，适合在多媒体教室投影教学”、“页面信息量适中，文字清晰明朗”这几项中，教师/学生的认可分值分别为3.87/4.23、3.69/4.10、3.69/4.08、4.03/4.28、3.70/4.10、 3.84/4.13和3.85/4.10。这表明在教学效果方面教师和学生之间的感受出现了较大的分歧，出现了不同的认识偏差，教师认为多媒体教学效果较好，而学生的认可度则没有教师那么高。⑥

多媒体技术作为一种辅助性的教学技术，它的出现无疑对教学是有很大帮助的。然而如何运用好它，研究者提出了一些方法，如：（1）纠偏。纠正对多媒体教学的过度依赖;（2）留白。注意适当、适度安排技术手段的运用。（3）互动。加强教学过程中师生互动。（4）人文。处理好“道”与“器”的关系，把大学生人文价值的形成与培养放在文学课程教学的重要位置。⑦这些的方法固然有道理，但由于没有理论的支持，显得过于感性。

2 认知负荷理论与多媒体教学设计

上述部分提及了多媒体教学中存在的一些问题和研究者们提出的解决方法，根据人们学习认知规律，是可以找到多媒体教学问题的原因和应对方法的。本文拟从认知负荷理论的角度来探讨这一问题。

2.1 认知负荷理论

认知负荷（cognitive load） 是指人在信息加工的过程中所需要的心理认知资源的总量。就信息加工而言，“认知负荷是指工作记忆的负荷，即同时被要求施加在工作记忆上的智力活动的全部数量，是一个表征学习特定材料或完成特定任务时需要的工作记忆资源的概念”。⑧认知负荷理论建立于“工作记忆的有限性”这一基础之上，它强调人的工作记忆只能有选择地注意并加工一定量的传入的感觉数据，超出的感觉数据不会被有效地记忆在人的大脑之中。这就使得如何有效地设计能传入人的记忆的教学材料成为重点和关键。在教学当中，个体先前的经验、学习材料的组织和内在本质以及教学的组织这些影响因素把学习者的认知负荷分为三类：内部认知负荷（intrinsic cognitive load）、外部认知负荷（extraneous cognitive load）和相关认知负荷（germane cognitive load）。⑨内部认知负荷主要由学习者本人以前或已有的知识经验构成，它不直接受到外部教学设计的影响，然而它依然是教师教学设计时应该考虑到的因素。外部认知负荷则主要由教学材料的设计与呈现为中心因素，为了有效地在人们有限的工作记忆中传入有用的信息，因此在教学设计中不能加入过多的无用信息，哪怕这些信息本身是有趣的。相关认知负荷指通过教学材料的组织和呈现引起有利于信息加工与获得的认知负荷。在以上三种认知负荷中，外部认知负荷与相关认知负荷是可以通过教学设计手段得到有效提高的。三种认知负荷相互叠加交错，但要是促使学习发生，三种负荷总量不能超过记忆资源的总量，这也就解释了为何多媒体在释放了教学速度之后，学生无法跟上教学步骤的原因：多媒体课件制作者没有注意到学生的记忆资源总量的问题，课程内容大于学生的记忆资源总量，因此导致学习者无法加工并记忆信息。

2.2 多媒体教学的设计原则

2.2.1 三种认知加工

根据以上的三种认知负荷，在面对多媒体学习时，人们要经历三种类型的认知加工过程：必要加工、外来加工及生成加工。必要的认知加工是指学习者为了理解学习材料而进行的认知加工;当材料同步并持续出现时，学习者能够处理更多的信息。外来认知加工是指学习者会被外来的无关材料所影响，当排除这些无关的材料时，学习者能够更有效地获得信息。生成认知加工是指当学习者和先前的知识联系起来学习时更能够有效地进行深层次的认知加工，因此如果能把词语与画面结合起来，学习者能够记忆更多的知识。⑩多媒体教学设计主要着重于“词语”与“画面”两个方面，因此当利用这两个因素进行教学，如果学生有效获得信息和知识，便可以证明有意义学习的发生。“有意义学习包括注意到呈现材料的重要方面，将所选择的材料组织成相关的认知结构，并将其与已有的相关知识进行整合等几个基本过程”。 要达到有意义学习，教学设计上就要有效地解决认知加工负荷超载的问题，要减少学生的外来加工，增加生成性加工，并保证三种认知加工的总和低于认知容量总和。

2.2.2 减少外来认知加工的多媒体教学设计

外来认知加工超载源于无关材料太多且布局混乱。与教学无关的材料却要学习者分散注意力去进行认知加工，尽管有的材料非常有趣，然而它会占据一定的认知容量，因此应该摒除。很多教师在设计多媒体课件时抱着增加课堂有趣性的目的，加入了很多有趣的图片和音视频，然而这些材料和教学内容并无多大关系，而学生还要分神去处理这些无关的信息，造成了实际学习效率低下的后果。这就是为何教师和学生在对多媒体教学效果的感受上出现了认知偏差的原因。减少无关材料的教学设计原则有一致性原则、信号原则、冗余原则。一致性原则是指排除与教学无关的材料，因为它们会占用学习者的认知容量，干扰学生的注意力。所有的材料都应该指向教学内容，无关的材料一律排除。信号原则是指某些重要学习材料应该给出提示符号以引起学生的注意力。如用重点符号标注，或者使用不同字体或颜色等方式，当学生看到这样的符号，都会加大专注力，有利于他们学习处理较重要的知识点。冗余原则是指多媒体课件应该只包含动画和解说，而非动画、解说和屏幕文本都包括在内。如果学生同时要运用看图、听音、看文本三个渠道，就会占据学生的认知容量，分散学生的注意力。而且学生在画面和文本之间游移目光会造成视觉通道超载，消耗大量的脑力。很多教师把大量的文本写在PPT上，学生无法同时看文本、抄笔记、听教师讲解。而由于教师本人不用抄写文本，因此他会无意中加快PPT的翻页速度，造成学生应接不暇，疲劳不堪的后果，学习效果自然不好。

有效地设计多媒体教学课件是为了减少认知加工负荷，有效的手段有空间接近原则与时间接近原则。空间接近原则是指应同时呈现相关的文本和图画，文本应该靠近或镶嵌进图画当中。如文本与图画相隔过远，学生要不断搜索并匹配相应的文字与图画，会消耗过多的认知资源，从而导致认知超载。如在文学课上介绍某一作家，应把他的照片与简介放于同一张PPT上，以便学生同时获取知识与直观的印象。时间接近原则多指学习材料组织的“共时性”，即同时呈现画面与解说效果比相继呈现要好。如果先出现画面再出现声音，学生就要先保有前者的记忆，还要和后者所听到的信息联系起来，这样容易造成认知超载。认知超载的后果就是无法获得有效记忆。

2.2.3 管理必要认知加工的多媒体教学设计

针对文章开头提到的多媒体教学中出现的翻页过快，学生跟不上的问题，有以下的方法进行改善。根据理论，必要认知加工超载往往与学习材料复杂、学习者没有经验以及学习材料呈现过快有关。当图画与文本快速呈现时会引起视觉通道超载，造成学习效果不佳的后果。在这样的情况下，运用听觉的解说比运用视觉的文本呈现效果要好。用听觉形式代替视觉形式呈现语言材料，有效地把视觉通道上超载的内容转移到听觉通道上来，从而实现有效的认知加工过程。因此在多媒体课件的设计中，应注意不要过多地呈现文本材料。图片信息清晰时，没有必要运用文本进行解释，以免造成不必要的信息重复，增加学生的认知加工负荷。图片需要解释时，多用语音进行解释，而不要呈现大量文本，而教师仅只是照着文本念一遍，这样会造成学习者的视觉通道超载，从而影响实际学习效果。

当出现快速且复杂的动画以及学习者对学习材料不熟悉时，为了减少认知加工超载的问题，可以运用分段原则、前训原则与通道原则。分段原则是指用片段代替连续的材料呈现，学习效果会更好。前训原则是指在材料呈现之前，先让学习者熟悉相关的概念，学习者会学得更好。通道原则是指在学习材料上打印出词语，适用于对词语不熟悉的学习者，或者课程中包含有专业词汇、符号，亦或学习者是非母语人士或者听力障碍者时。在英语教学中，如果出现了较难或生僻的词汇，因学生运用第二语言学习的缘故，可以在词汇旁边打印出中文释义，以减低学生的认知加工负荷，提高学习效率，这是符合学习规律的。

2.2.4 促进生成加工的多媒体教学设计

为了激发学习者的有效学习，还可以运用多媒体原则、人性化原则、语音原则与肖像原则等教学设计原则。多媒体原则是指运用多种媒体手段，如图画、声音、文本等来设计课件。这个原则的理论基础在于：当文本和相应的画面同时呈现时，学习者能够更好地建立两者之间的联接;当只出现文本时，学生只能运用想象来联接文本，这对大多数学习者有一定的难度。多媒体原则更适用于知识水平较低的学习者，他们更需要图像化指导。人性化原则是指用口语讲述比用书面语讲述学习效果更好，学习者会把讲述者视为对话伙伴。语言原则是指在讲述中运用本民族语言效果优于运用外国语言。而如果讲述者的肖像呈现在屏幕上效果会更好，这就是肖像原则。如在多媒体课件的设计中注意到人性化原则，应有效改善文章前部提到的多媒体教学使师生关系陌生化的问题。

3 结论

多媒体辅助教学技术的出现，为课堂教学增加了很多生动活泼的方式。但是多媒体教学的设计却涉及到人类认知的特点。如果忽略了这些特点，多媒体教学就会出现一些偏差，造成教学效果不佳的后果。在多媒体教学设计过程中，一定要始终以学习者为中心，而非以技术为中心，这两者的偏重，造成了当前多媒体教学中出现的一些问题。很多教学人员陷入了用技术驱动教学的认识误区当中，没有从学习者的认知规律和局限性出发来进行教学设计，而一味以技术来包装课程，造成了课件虽好，效果却差的局面。多媒体教学的重心应该放在教学方法方面，而非技术方面。技术只是一个辅助手段。教师在运用多媒体技术时应理解真正引发学习发生的不是媒体技术环境，而是学习者内在的认知加工过程，因此多媒体教学课程的设计应立足于对学习认知过程的深刻理解的基础之上。

基金项目：本文为昆明理工大学教育技术研究项目（2013-2014年度）的子项目“多媒体与网络技术在英国文学教学中的运用”（项目编号：2013122）的研究成果之一

参考文献

①⑧⑩ 严莉，苗浩，王玉琴.梅耶多媒体教学设计原理的生成与架构.现代远程教育研究，2013（4）：38-45.

② 王彤.新媒介视域下外国文学经典教学研究.河北师范大学学报（教育科学版），2013.15（12）：51.

③ 陈毓文.谈古文教学与多媒体的使用.福建论坛（人文社会科学版），2008专刊：33-34;方明建.大学课堂多媒体教学的困境与突破.中国大学教学，2013（2）：65; 刘昕.高校多媒体教学研究及对策.教育与职业，2014（14）：164.

④ 王泽庆.视觉文化背景中的文学概论多媒体教学.山西师大学报（社会科学版），2009.36（4）：137-140.

⑤ 高惠莉.计算机多媒体教学常态化探究——基于大学英语多媒体教学的实证研究.中国电化教育，2013（2）：85.

⑥ 郑磊.多媒体环境下高校外语教师教学效能感研究.外语电化教学，2003（11）：76-80.

⑦ 管恩森，仵从巨.关于文学类课程“多媒体教学热”的冷思考.中国大学教学，2009（7）：36-38.

⑨ Sweller J， Chandler P， Tiemey P， et al. Cognitive Load as a Factor in the Structuring of Technical Material [J]. Journal of Experimental Psychology： General， 1990， 119（2）：176-192.