浅析多媒体教学设计原则的认知心理学视角

一、问题的提出
    多媒体教学指的是用图、文、声、像和动态视频等效果直观地把传统媒体技术条件下难以表述的现象与过程主动而形象地显现出来。通过形象的手段来表达抽象的内容，引导学习者去认识事物的本质，使教学方法多样化，从整体效果上看似乎优于传统教学，在一定意义上促进了教学效果。但是，Liao考察了35个多媒体教学研究，发现其中有10个研究显了负效应，即多媒体教学差于传统教学。为什么会出现多媒体教学效果不一致呢?如何发挥多媒体辅助教学的优势而排除其不利影响，或者说，如何根据相关的学习心理学规律进行相应的多媒体设计，值得我们做进一步的探讨。
　　二、多媒体教学的认知心理学解释
    早在1971年，Paivio发表论文谈论了双重编码理论，认为文字和图像各有其记忆系统，对同一个对象进行图像和文字加工能够使这两个记忆系统获益。如果我们能够同时提供图像信息和文字信息，那么将能够促进知识的学习。而Bad-deley提出的工作记忆理论认为，人的工作记忆可以分为语一音环路、视空间画板和中央执行系统，这个系统是资源有限的，听觉和视觉是两个最主要的信息获得系统，因此，如何通过两个系统协同工作促进信息的获取成为多媒体教学设计的一个重要理论支柱。建构主义认为，有意义的学习是一个学习者积极参与的过程，学习者选择感兴趣的信息，并将它们与长时记忆中的信息结合起来，从而获得一种建构性的新知识。
    从这三个理论可以看出，进行多媒体教学有其现实可行性。更重要的是，由于人类自身的限制，多媒体教学尽管试图采用多通道方式充分利用人类的能力，但是如果多媒体设计不合适的话，如超出了人类工作记忆的负担，那么将影响学习的效果;而建构主义则启示我们，如何在多媒体设计中将原有知识结构结合起来显得非常重要。
　　三、多媒体教学中的知识获得过程
    Schnotz等提出了一个从文字及图像中获得知识的模型，认为文字和图像经过一些表面加工后，再通过主题加工，学习者在最后建立一个有关知识的心理模型。而影响力更大的模型来自Mayer及同事的一系列研究。
　　Mayer等人在上述认知心理学理论基础上，建立了多媒体学习的认知理论模型，对信息传递、信息加工与长时记忆整合整个流程进行了分析(见图1)。他们将信息传递方式分为叙述和动画两种，在感觉记忆中，眼睛和耳朵分别获得信息，并将信息分为声音和图像两种，因为根据Baddeley的工作记忆理论，所有的信息都要进人语音环中，所以文字信息都是通过声音信息的形式进行加工的;声音信息进一步被语言模型分析，而图像信息则被图像模型分析，相应的先前知识从长时记忆中激活提取出来，与两个模型中的信息进行整合。这一模型的核心在于信息的分类及对学习过程中工作记忆的刻画。

    实际上，正如前面对工作记忆理论的分析一样，如果多媒体教学对工作记忆的要求过重则会抑制学习的效果。认知负荷理论进一步对多媒体教学中的工作记忆做了分析(见图2)。这一理论认为，由于许多不良教学形式导致了学习者的超负荷，减少了分配给学习活动的认知资源而影响了学习效果，因此减少这些无关负荷非常重要。他们区分了三种认知负荷:内部认知负荷(Intrinsic Cognitive Load )，这是与学习材料相联系的。学习者未能充分掌握恰当的认知模式/图式时，将出现高的内部认知负荷;外部认知负荷(Extraneous CognitiveLoad )，这是与教学材料设计不当引起的。于不良的教学材料

设计而导致学习者需要花费更多的认知资源进行学习，但这种认知负荷对学习是起负效应的;与材料相关的认知负荷( Germane Cognitive Load )，它包括加工认知负荷和元认知负荷两部分，前者是学习中进行更深层的知识建构中必须的认知资源，后者则是对学习活动进行监控和对学习策略选择而投人的认知资源。由于这部分与知识的建构关系非常密切，因而在模型中居于非常重要的地位。根据这一理论，如果三种负荷总量超过学习者的资源总量则阻碍学习进行，因此，在多媒体教学中，减少外部认知负荷帮助认知资源分配到有效的认知加工中有重要价值。
　　四、多媒体教学的设计原则
    (一)多媒体原则
    同时采用动画及旁白。在多媒体资料呈现中，仅仅呈现动画，需要学习者对动画的内容进行一定的推理。尽管可以在动画旁边提供文字说明，但是Moreno和Mayer的研究发现，当学习者要同时注意文字和图像信息时，他们往往没有注意到两者之间的联系，而通过旁白能促进图像的理解。相应的，通过旁白，能够加快学生对动画的内在含义的推理过程，从而促进学习。(二)空间接近性原则
    当文字与相应的图画在空间上相互接近时，能够帮助学习者建立参考连结。由于不同信息在空间上的接近性，学习者更容易进行关联性的理解推理;反之，学习者会将难以发现它们之间的联系。
    (三)时间接近性原则
    文字信息应该与图像信息同步呈现。如果一先一后地呈现，那么学习者要建立两者的联系就必须将先出现的信息保存在工作记忆中，这将增加外部认知负荷，显然不利于学习。
    (四)清晰原则
    这一原则要求在设计多媒体时，对于多余的字、图像和视频等信息应该予以去除。因为多余的信息往往会增加外部认知负荷，分散学习者的注意资源。而清晰原则的另一个体现则是:在一个屏幕上，出现的信息应该不要太复杂，因为复杂性需要更多的资源，而将一些信息进行整合能够简化信息，同时简洁的屏幕能够使学习者迅速地把握信息的核心。
    (五)多通道原则
    在对图像信息进行解释时，尽量用叙述的方式而不要将所有的信息通过屏幕呈现出来。这是因为，如果对图像信息的解释以文本形式呈现，将引起图像信息与文本信息对注意资源的竞争，出现所谓的视觉“分裂注意效应”( split-attentioneffect )，而另一方面人对信息的接收可以同时从视觉和听觉通道进行，因此充分利用这一点，将减轻单一通道的认知负荷。
    (六)交互性原则
    在进行多媒体教学时，尽量能使用交互式的教学界面。交互式界面能够让学习者控制、操纵学习材料。交互式的教学材料能够培养学生的控制性及学习兴趣，激发他们的内部学习动机。
    (七)个体差异原则
    学习者的智力、学习风格是影响学习的重要因素，如有研究发现:幼小儿童对刺激更多地进行知觉加工，而成人学习者更多地对语义信息进行编码，更可能充分利用多媒体所提供的多种信息，因而获益更大。同样的，不同认知风格的学习者可能喜欢不同的编码方式，在设计多媒体时，教师应该考虑到学习者的学习风格等因素。
    当然，在进行多媒体教学设计时，除了要遵循以上设计原则外，还要考虑不同知识类型学习的问题。按照安德森对知识的分类，即知识可以分为陈述性知识和程序性知识。对于陈述性知识，要多考虑精加工策略、组织策略和复习策略，在多媒体教学中体现为对相关性认知负荷的增加，此时如何进行教学资料的编排以将知识系统化对陈述性知识的学习具有重要意义;而对于程序性知识来说，更多地通过练习的方式来进行，因此多媒体教学的主要作用应该是进行示范性教学，对于动画设计的要求会更高。如果能够采用交互式界面设计，提高学生对学习过程的操纵能够有效地促进学习的进行。
    总体上看来，通过对多媒体教学过程的分析，让我们了解到，多媒体教学过程是如何发生的，因而使我们知道采用何种多媒体设计原则能够更好地体现知识学习的规律，更充分有效地发挥多媒体技术的作用，更重视多媒体技术与课程内容整合及其整合方法，促进学生的学习和思考，从而达到最佳的学习效果。