【摘
要】在运用技术促进学习的过程中关注学习者的认知负荷是一个有意义的研究方向，认知负荷作为一种理论建构可以用于指导多媒体课件的设计。本文采用以学习者为中心的设计取向，阐述了认知负荷理论的基本观点及认知负荷的类型，在此基础上提出了设计多媒体课件的六个原则，并在实践教学中进行了透视。
【关键字】认知负荷；多媒体课件；多媒体课件设计原则
【Abstract】It is a significant research fields to concern the cognitive load of learners in the process of technology promoting the learning. Cognitive Load Theory as a constructive theory, it can be used to guide the design of artifacts. In this paper, author adopts learner-centered design-oriented, sets forth the basic viewpoints and types of Cognitive Load Theory, furhtermore , suggests six principles of design Multimedia courseware, and being integrated to teaching.
【Keywords】Cognitive Load Theory; multimedia courseware; design principles of multimedia courseware
多媒体*是以接近人类认知特点的方式来组织呈现教学内容及建构知识结构的。[1]多媒体课件在一个协作的共同体中具有与人类参与者同等重要的地位。但有研究指出，多媒体课件虽然可以为学习者提供丰富的信息，但并不是所有的信息都能被学习者进行精细加工，因为设计不良的多媒体组合增加了学习者的外在认知负荷。[2]因此，如何组织多媒体教学信息的呈现方式，有效控制学习者的认知负荷，成为多媒体课件设计的关键所在。在运用技术促进学习的过程中关注学习者的认知负荷是一个有意义的研究方向，认知负荷作为一种理论建构可以用于指导多媒体课件的设计。
认知负荷源自欧美“人体工学”与“人因工学”,最初被应用在军事及企业中。澳大利亚教育心理学家John Sweller等人在20世纪80年代将“认知负荷”这一术语引入教育界，提出了认知负荷理论(Cognitive Load Theory，以下简称CLT)。认知负荷指学习者为了完成所给认知任务，在工作记忆上进行的心智活动所需的全部心智能量。[3]
1.1认知负荷理论的基本观点
CLT主要从认知资源分配的角度考察人类的学习和问题解决，其主要观点是：①工作记忆最重要的特点是容量的有限性。它只能即时地处理5至9个信息组块，学习能否有效发生受学习者工作记忆容量(认知资源)的限制。[4]
②知识以图式的方式储存在长时记忆中。通过良好学习形成的图式可以被提取到工作记忆中，并应用于相关情境，从而减少认知资源消耗。③尽量降低因学习材料的组织和呈现方式所导致的与图式获取和规则自动化无关的外在认知负荷。
1.2认知负荷的类型
CLT认为影响认知负荷的基本因素有三个：学习材料的复杂性、组织和呈现方式以及学习者的专业技能水平，因此也就导致了三种认知负荷的产生：内在认知负荷、外在认知负荷和相关认知负荷。
①内在认知负荷来源于学习材料本身的性质（如难易程度），与学习材料要素之间交互的复杂程度有关。[5] 因此，内在认知负荷很难通过教学设计来改变。②外在认知负荷与学习材料的组织和呈现方式有关，是由不良的教学设计引起的。[6]因此，外在认知负荷可以通过教学设计进行干预，经由重新组织信息和活动设计加以改善。③相关认知负荷是指学习者在图式建构和自动化过程中意欲投入的认知资源数量，它有利于实现学生认知结构的优化，把大量复杂无序的信息组合成简单有序的知识体系，从而有效降低工作记忆的认知负荷。[7]
CLT认为，教学设计的本质就是把外在认知负荷向相关认知负荷转变。[8]适当的教材呈现方式，不但可以降低外在认知负荷，还可以帮助学习者专注于学习的内容。注意、兴趣和动机的增加都会导致学习者相关认知负荷的增加，使得投入到任务中的认知资源增加。
美国当代著名教育心理学家Richard E.Mayer指出，当多媒体的教学设计符合人类大脑的工作特点时，多媒体设计才会促进学习。[9]教学设计者面临的主要挑战是创建与人类信息加工系统特征相吻合的教学信息。因此，如何组织和呈现良好的多媒体教学信息，有效控制学习者的认知负荷，促进学习者的有意义学习，成为多媒体课件设计的关键所在。笔者结合教学实践，基于国内外已有认知负荷与多媒体设计方面的相关研究，总结出以下控制学习者认知负荷的多媒体课件设计原则。
2.1 必要性原则
必要性原则是基于内在认知负荷提出的。在多媒体课件设计之前，设计者应综合考虑教学内容和学习者两个因素。我们知道，一般教学中的重难点都会对学习者的学习产生较高的内在认知负荷，课件应针对这些内容进行设计。该原则是设计多媒体课件之前必须考虑的。如对七年级信息技术课中认识计算机这部分内容的讲解，笔者在制作多媒体课件之前对学习者特征和学习内容进行了分析。
①学习者特征分析。七年级的学生已具备了一定的信息素养，乐于探索、勇于创新。但他们对计算机本身的认识还是非常浅显的，对计算机的构造、工作原理充满了兴趣和神秘感，学习积极性较高。②教学内容分析。本节是计算机基础知识中的重点内容，要求学生重点掌握计算机的硬件系统及工作原理。知识点多且抽象，学生在理解上存在一定的难度。基于以上分析，笔者在讲授这部分内容时制作了多媒体课件。用图片的形式展示出主机的各个部件，并配以文字说明及适当的动画，从而有助于学生对这部分抽象内容形成感性认识。如图2-1所示。
2.2 多媒体原则
多媒体原则是指设计教学材料时，应该通过“语词”和“画面”多种媒体(如文本、讲解、图形、动画、视频等)形式来表征同一知识内容。[10]精心设计的多媒体信息呈现在多种情境中，这不仅让学习者的思维过程更加深刻活跃，而且对知识的理解也更全面，在回忆该知识点时有更多的激活点，能够有效促进知识迁移。因此，多媒体原则是一种能充分促进学习的多媒体课件设计原则。如图2-2所示，笔者在列举外存储器的类型时，用图文并茂+动画的方式呈现出了每一种设备的类型，形象直观，便于学生理解。
2.3 简明呈现原则
Mayer认为：在教学材料中加入有趣但与学习内容无关的语词或画面会使学习者对学习内容的理解和记忆变差。他还通过实验证明：不适宜的冗余信息会分散学习者的注意力。[11]因此，设计多媒体课件时，应遵循简明呈现原则。具体而言：①不要加入有趣但与学习无关的文字、动画、图片、声音等装饰性信息。②用“解说+图片/动画组合”的方式代替“讲解+图片/动画+文本”的组合方式呈现信息。③尽量减少界面中频繁的超链接、按钮、选择框等交互形式。④文本的表述应言简意赅。⑤画面中各元素的呈现方式也应简明设计。
如图2-3是计算机主机的组成部件，如果将每一个部件的说明文字一一呈现，页面不但无法容纳，而且十分混乱。遵循简明呈现原则，课件在内容的呈现上做了如此设计：当鼠标点击每幅图片（或对应的文字）时，就会显示当前设备的名称及其功能；再次点击图片或文字时，说明文字随即消失。
2.4 相邻呈现原则
相邻呈现原则指设计教学材料时，描述同一内容的不同媒体应在空间 (如文本和画面)或者时间上(如动画和讲解)邻近呈现，如图2-4所示。相邻呈现原则的基本原理是学习者以最小的视觉探索能恰当地把文本和图片表征联系起来。相邻呈现原则包括时间临近原则和空间临近原则。时间临近原则是指在提供言语讲解的同时呈现相对应的文字或图片，空间临近原则是指呈现视觉材料时，解释图片的文本和该图片在空间上相邻呈现比分离呈现更能促进学习者的学习，分离呈现会影响学习者对知识的整合和理解，容易造成认知负荷。图2-4展示的是计算机的逻辑结构，每一个部件均采用了文本和图片两种媒体来呈现，文本和图片的呈现遵循了相邻呈现原则。
2.5 良好视觉效果原则
多媒体课件需要通过视觉刺激的方式引导学习者对学习内容进行加工，多媒体课件的设计是否符合视觉规律也是造成外在认知负荷的一个主要来源。良好视觉效果原则是指多媒体课件作为一种视觉艺术的形式应遵循一些美学的规律，包括静态画面构图、动态画面构图、画面色彩搭配等。如图2-5运用了良好视觉效果原则。该页面布局合理，简洁明快，媒体元素搭配和谐，没有使用过分的修饰和花哨的字体，营造了符合学习者认知规律的视觉环境，从而使学习者把认知资源集中在主要学习任务上。
2.6 卸载负荷原则
当一个通道被必要加工的认知需求超载时，则将认知负荷卸载（释放）到另一个通道。如图2-6所示,图2-6展示的是计算机的工作原理这部分内容。该部分内容非常抽象，笔者对这部分内容的教授采用的是简图+动画+教师讲解的表现形式。简图+动画粗略地勾勒出了计算机的工作流程，在向学生展示每一部件的工作过程时，笔者再用语言进行补充说明，而不是采用在空白处呈现文字的方式。因为，同时在屏幕上呈现简图和说明文字，学习者的必要加工全部集中在视觉通道，当阅读文本时，就不能看到简图；当看简图时，就不能阅读文本。解决的办法就是卸载认知负荷，将视觉通道的加工要求卸载到听觉通道。配有教师讲解的简图是把视觉通道的加工需求卸载到听觉通道的一个可行方法。
回首人类社会的发展历程，技术在其中扮演着重要角色，引发了学习观念和方式的深刻变革。多媒体技术的发展日益凸显多媒体课件的价值，多媒体课件在促进学习者知识建构、意义生成、高阶思维的获得上发挥着重要作用。但需要注意的是，多媒体技术只是促进教育的一种手段，教育理念才是设计多媒体课件的核心所在。这就意味着，教师在设计制作多媒体课件时要以学习者为中心，选择合理的技术支持学习者的学习，才能对学习产生促进作用。
【参考文献】
[1] 冯锐．论多媒体技术对教学过程的影响[J]．中国电化教育，1999，150（7）：8．
[2] 邓先丽，张国锋，郭秀红．在多媒体学习材料中互动的应用及注意问题[J]．工会论坛，2005，11（2）：99．
[3] 来日生，曾晓青，陈美荣．从CLT看教学设计[J]．江西教育学院学报(社会科学)，2005
[4] R·M·加涅．学习的条件和教学论 [M]．华东师范大学出版社，1999
[5] 曾巍．基于认知负荷理论的网络课程界面设计研究[J]．网络教育与远程教育，2006（12）：25．
[6] 郝兆杰．认知负荷理论在中小学信息技术教学中的应用研究[J]．中国教育信息化，2007（12）：8．
[7] 李志专．认知负荷理论的解读及启示[J]．煤炭高等教育，2009，27（1）：52．
[8] Sweller，J．Cognitive load theory，learning difficulty and instructional design．Learning and Instruction，1994，4：295-296．
[9] 郑欢欢．超文本和背景音乐对多媒体学习的影响[D]．郑州：河南大学，2008：3．
[10] Richard E．Mayer等著，郭兆明，宋宝和，陈亮，张庆林编译．在多媒体学习中减少认知负荷的9种方法[J]．中国电化教育，2005，223（8）：92．
[11][美]．理查德·E·迈耶．傅小兰，严正主编．多媒体学习[M]．北京：商务印书馆，2006：147．
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在多媒体学习的认知理论中，多媒体指用语词（word）和画面（picture）来共同呈现材料。根据Mayer的分类，语词指以打印文本或讲话等言语形式（verbal form）呈现材料；画面指用图像形式(pictorial form)呈现材料，如使用静态图形(包括插图、图表、照片和地图)或动态图画(包括动画或视频等)。 |
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