多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論及其應(yīng)用

1、多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論及其應(yīng)用作者：鄭莉楊夢瑩來源：中外企業(yè)家 下半月 2011 年第 9 期鄭莉，楊夢瑩(寧波大學(xué) 教師教育學(xué)院，浙江 寧波 315211)摘要:關(guān)于多媒體學(xué)習(xí)的研究的理論主要有 Sweller 的認(rèn)知負(fù)荷理論和 Mayer 的多媒體認(rèn)知 學(xué)習(xí)理論及 Sehnotz 的圖文理解的整合模型，基本確定了影響學(xué)習(xí)的因素。本文總結(jié)了現(xiàn)有研 究的結(jié)論，并介紹如何將多媒體技術(shù)和課程內(nèi)容進(jìn)行整合。關(guān)鍵詞：多媒體學(xué)習(xí)；認(rèn)知負(fù)荷理論；多媒體認(rèn)知學(xué)習(xí)理論；圖文理解的整合模型 中圖分類號： G43 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1000-8772 (2011) 18-0188-02運(yùn)用多媒體來促進(jìn)教

2、學(xué)是當(dāng)今趨勢，以文本、敘述、音響、圖片、圖表、視頻圖像和動畫 等多種方式的組合呈現(xiàn)教學(xué)材料，把傳統(tǒng)書本知識轉(zhuǎn)換為豐富多彩的教學(xué)課件。關(guān)于多媒體教 學(xué)研究已有幾十年，人們利用現(xiàn)有理論進(jìn)行多媒體教學(xué)，并在實(shí)踐中修正理論。(一) 理論基礎(chǔ)早期研究以行為主義為基礎(chǔ)，現(xiàn)在以認(rèn)知心理學(xué)為基礎(chǔ)，研究言語信息和視覺信息的安排 及呈現(xiàn)方式，力圖以實(shí)證研究的方式探討多媒體對學(xué)習(xí)的影響，產(chǎn)生大量理論、原則與模型 1。 認(rèn)知學(xué)習(xí)理論認(rèn)為有意義的學(xué)習(xí)過程在認(rèn)知結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行，先學(xué)習(xí)的知識對以后學(xué)習(xí)產(chǎn)生各 種影響。其中最具影響力的為雙重編碼理論和工作記憶理論。(1)雙重編碼理論。 Chrk 等人認(rèn)為大腦中存在兩個(gè)功能獨(dú)立

3、又相互聯(lián)系的認(rèn)知系統(tǒng)：言 語系統(tǒng)跟非言語系統(tǒng)。言語刺激經(jīng)過感知系統(tǒng)，以字符為基本單位表征、編碼貯存在言語系統(tǒng) 中；非言語刺激經(jīng)過感知系統(tǒng)，以圖像為基本單位表征、貯存在非言語系統(tǒng)中。兩系統(tǒng)內(nèi)部分 別存在一種連接，使系統(tǒng)內(nèi)部形成關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)。兩者間連接形成復(fù)雜關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，即參照聯(lián)結(jié)，參 與相關(guān)的言語編碼和圖像編碼。該理論強(qiáng)調(diào)非言語信息加工和言語信息加工的同等重要性，使 認(rèn)知心理學(xué)視角下的多媒體研究更多關(guān)注人是怎樣從語詞和畫面中學(xué)習(xí)的，及如何設(shè)計(jì)多媒體 學(xué)習(xí)環(huán)境，如何有效呈現(xiàn)語詞與畫面促進(jìn)學(xué)習(xí) 2。(2)工作記憶理論。工作記憶容量有限，約 7+2 個(gè)信息單位。工作記憶系統(tǒng)對來自瞬時(shí)記 憶系統(tǒng)中的信息進(jìn)行加

4、工，從長時(shí)記憶中提取已有的知識。 Mayer 認(rèn)為多媒體學(xué)習(xí)的主要過程 發(fā)生在工作記憶中， Baddeley 的工作記憶模型成為他提出多媒體學(xué)習(xí)認(rèn)知理論三大假設(shè)的重要 理論來源； Sweller 以工作記憶的容量是有限的作為其認(rèn)知負(fù)荷理論的假設(shè)之一。(二)主要理論模型及應(yīng)用1.認(rèn)知負(fù)荷理論認(rèn)知負(fù)荷理論是 Sweller，J 提出，是認(rèn)知加工和教學(xué)設(shè)計(jì)研究的重要理論框架，主要關(guān)于 復(fù)雜任務(wù)學(xué)習(xí)中認(rèn)知資源的優(yōu)化和利用 3。Sweller 將認(rèn)知負(fù)荷分三類：(1) 內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷，與學(xué)習(xí)材料的性質(zhì)相聯(lián)系。當(dāng)學(xué)習(xí)材 料具高元素交互性，學(xué)習(xí)者又未充分掌握適宜的圖式時(shí)出現(xiàn)高內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷。(2)外部認(rèn)知負(fù)荷由

5、教學(xué)材料的拙劣設(shè)計(jì)引起的，指加工拙劣設(shè)計(jì)的教學(xué)材料時(shí)所做的努力。(3)相關(guān)認(rèn)知負(fù) 荷是努力學(xué)習(xí)所帶來的認(rèn)知負(fù)荷，促進(jìn)圖式建構(gòu)和自動化，是有效的認(rèn)知負(fù)荷，包括加工認(rèn)知 負(fù)荷和元認(rèn)知負(fù)荷。前者指學(xué)習(xí)中學(xué)習(xí)者將工作記憶能量投入更深層的圖式建構(gòu)和存儲時(shí)產(chǎn)生 的認(rèn)知負(fù)荷，后者指將工作記憶能量投入學(xué)習(xí)活動的監(jiān)控和對學(xué)習(xí)策略的關(guān)注時(shí)產(chǎn)生的認(rèn)知負(fù) 荷。 Valcke 把學(xué)習(xí)者用于監(jiān)控圖式構(gòu)建和存儲所耗費(fèi)的認(rèn)知資源稱為元認(rèn)知負(fù)荷，認(rèn)為是相關(guān) 認(rèn)知負(fù)荷的一種。在多媒體學(xué)習(xí)的不同時(shí)段植入元認(rèn)知監(jiān)控提示，如果元認(rèn)知提示導(dǎo)致材料學(xué) 習(xí)過程中有意識的監(jiān)控活動，會增加學(xué)習(xí)過程中的認(rèn)知負(fù)荷，但此認(rèn)知負(fù)荷對遷移有促進(jìn)作用， 是

6、相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷的一部分。元認(rèn)知監(jiān)控提示對記憶測試無顯著影響，但有效提高遷移成績。在 內(nèi)在、外在認(rèn)知負(fù)荷都較低時(shí)，增加元認(rèn)知監(jiān)控活動有更好的學(xué)習(xí)遷移效果 4。建構(gòu)主義任務(wù)認(rèn)為認(rèn)知負(fù)荷與學(xué)習(xí)者能力發(fā)展緊密關(guān)聯(lián)5。學(xué)習(xí)者的知識在與環(huán)境交互作 用中自行建構(gòu)，學(xué)習(xí)是知識建構(gòu)的過程，須處于豐富情境中。認(rèn)知資源需求可能超出短時(shí)記憶 的容量，兩種方法解決此問題：一是通過自動處理程序，自動加工過程占用較少記憶空間；二 是通過圖式獲取，圖式是組織化的知識結(jié)構(gòu)，通過組塊可增加存放在工作記憶中的信息總量。多數(shù)研究通過降低內(nèi)在和外在認(rèn)知負(fù)荷來釋放工作記憶容量，從而增加相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷的。目前對降低內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷的研究多集中在樣

7、例學(xué)習(xí)領(lǐng)域，改變樣例的呈現(xiàn)形式，降低學(xué)習(xí)材料 復(fù)雜性，降低學(xué)習(xí)者的內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷。影響內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷的因素還有學(xué)習(xí)者的先前知識，在有 邏輯聯(lián)系的知識學(xué)習(xí)過程中，可通過提高學(xué)習(xí)者的相對先前知識來降低內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷促進(jìn)學(xué)習(xí)。 Brunken 等人用雙重任務(wù)范式進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)初級任務(wù)中有無背景音樂對二級任務(wù)的完成沒有 顯著影響，但加上語音敘述卻損害了二級任務(wù)的成績。背景音樂沒有影響學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷和遷 移成績，但干擾了信息獲取，降低記憶成績6。當(dāng)前一種錯(cuò)誤觀念認(rèn)為豐富的多媒體環(huán)境會引起多方面認(rèn)知加工，可產(chǎn)生精細(xì)加工的知識 結(jié)構(gòu)。這意味著同一個(gè)知識向?qū)W習(xí)者提供不同通道的各種形式的外部表征。研究表明不良的多 媒

8、體組合會增加學(xué)習(xí)過程中的外部認(rèn)知負(fù)荷。 Sweller 等人研究發(fā)現(xiàn)以整合方式呈現(xiàn)教學(xué)材料 比以傳統(tǒng)的、標(biāo)準(zhǔn)化的方式呈現(xiàn)材料更易于學(xué)習(xí).注意分散效果發(fā)生在當(dāng)多種來源的信息彼此相關(guān)且無法獨(dú)立理解時(shí)。這時(shí)提供解釋會導(dǎo)致 信息冗余，對學(xué)習(xí)造成干擾。如果教學(xué)設(shè)計(jì)的一種形式足夠，那提供同樣信息的不同表現(xiàn)方式 會產(chǎn)生外在認(rèn)知負(fù)荷7。最佳的多媒體教學(xué)界面應(yīng)減少外部認(rèn)知負(fù)荷，增加密切相關(guān)的認(rèn)知負(fù) 荷，使總認(rèn)知負(fù)荷不超出學(xué)習(xí)者的工作記憶能量限度。2.多媒體認(rèn)知學(xué)習(xí)理論Mayer 提出多媒體認(rèn)知學(xué)習(xí)理論。該理論依據(jù)三個(gè)假設(shè)： 1.人類信息加工系統(tǒng)包括視覺圖像和聽覺語詞加工雙通道，即雙通道假設(shè)； 2.每一通道加工能

9、力有限，即有限能力假設(shè)； 3. 在獲得多媒體所呈現(xiàn)材料的意義時(shí)，大腦進(jìn)行主動認(rèn)知加工，即主動加工假設(shè)。為產(chǎn)生有意義學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者須實(shí)現(xiàn)五種認(rèn)知加工： 1.選擇相關(guān)語詞在言語工作記憶中加工； 2.選擇相關(guān)圖像在圖像工作記憶中加工;3.將選擇的語詞組織到一個(gè)言語心理模型里； 4.將選擇 圖像組織到一個(gè)視覺心理模型中； 5.將言語和視覺表征與先前的知識進(jìn)行整合8。該理論強(qiáng)調(diào)： 1.多媒體學(xué)習(xí)中視覺和語詞材料在不同加工系統(tǒng)中加工； 2.認(rèn)知建構(gòu)取決于學(xué)習(xí)過程中學(xué)習(xí)者 主動的認(rèn)知加工； 3.視覺和語詞工作記憶的加工能量有限，若對視覺或聽覺通道呈現(xiàn)太多要加 工的元素，會引起認(rèn)知超負(fù)荷阻礙學(xué)習(xí)。Mayer 提

10、出多媒體設(shè)計(jì)七原則： 1.多媒體認(rèn)知原則：學(xué)生學(xué)習(xí)詞語和畫面組成的呈現(xiàn)比學(xué) 習(xí)只有詞語的呈現(xiàn)學(xué)習(xí)效果好。 2.空間接近原則：書頁或屏幕上對應(yīng)的詞語與畫面臨近呈現(xiàn)比 隔開呈現(xiàn)使學(xué)生學(xué)得更好。 3.時(shí)間接近原則：對應(yīng)的詞語與畫面同時(shí)呈現(xiàn)比繼時(shí)呈現(xiàn)能讓學(xué)生學(xué)得更好。 4.一致性原則：當(dāng)無關(guān)的材料(詞語、畫面和聲音)被排除而不是被包括時(shí)學(xué)生學(xué) 得更好。 5.形態(tài)原則：學(xué)習(xí)由動畫和解說組成的多媒體呈現(xiàn)比學(xué)習(xí)由動畫和屏幕文本組成的多 媒體呈現(xiàn)的學(xué)習(xí)效果要好。 6.冗余原則：學(xué)習(xí)由動畫加解說的呈現(xiàn)材料比學(xué)習(xí)由動畫加解說再 加屏幕文本組成的呈現(xiàn)材料能取得更好效果。 7.個(gè)體差異原則：設(shè)計(jì)效果對知識水平低的學(xué)習(xí)

11、 者要強(qiáng)于對知識水平高的學(xué)習(xí)者，空間能力高的學(xué)習(xí)者要好于空間能力低的學(xué)習(xí)者 9。很多原則與 Mayer 降低外部認(rèn)知負(fù)荷的目標(biāo)一致，如排除外部和多余的信息。陳述書面材 料的優(yōu)點(diǎn)在于陳述和圖片占用不同的通道，書面的文本，如圖片最初占用視覺通道，隨后有附 加的要求，要求被轉(zhuǎn)換為口語來產(chǎn)生言語模型。 Mayer 的模型主要缺陷是忽視了重要的整合過 程中發(fā)生的內(nèi)容。此整合階段是語義、視覺以及預(yù)先儲存的知識被引人工作記憶的階段 10。3.圖文理解的整合模型Schnotz 提出圖文理解的整合模型，認(rèn)知架構(gòu)是包含感覺登錄、工作記憶和長時(shí)記憶的多 種記憶系統(tǒng)，分為知覺層面(聽覺、視覺等感覺通道發(fā)揮作用)和認(rèn)知

12、層面(言語、圖像通道 發(fā)揮作用) 11。該模型理論假設(shè)為： 1.圖文理解發(fā)生在認(rèn)知架構(gòu)中； 2.言語信息(書面文本 和口頭文本信息)和圖像信息(視覺圖像和聽覺圖像，或聲音)通過視覺通道和聽覺通道傳送 至工作記憶，這些通道加工和儲存信息的容量有限； 3.工作記憶中進(jìn)一步信息工發(fā)生在言語通 道和圖像通道這兩個(gè)不同的表征通道中，通道容量也有限； 4.圖文理解是有關(guān)一致性形成的主 動加工，在理解過程中，個(gè)體根據(jù)可得的外部言語信息和圖像信息及自身的先前知識，建構(gòu)一 致的知識結(jié)構(gòu).(三)應(yīng)用多媒體技術(shù)會帶來優(yōu)質(zhì)課堂教學(xué)，但教學(xué)實(shí)踐中所產(chǎn)生結(jié)果并非一直如此。主要問題是： 1. 重視硬件建設(shè)，輕視軟件開發(fā)與應(yīng)

13、用。 2.教育理論與多媒體技術(shù)的融合并不夠。 3 夸大了多媒 體在課堂教學(xué)中的作用與功效。 4.教師使用多媒體教學(xué)的積極性不高12。教師可通過以下方式來促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果：根據(jù)認(rèn)知記憶理論來設(shè)計(jì)教學(xué)信息組塊。根 據(jù)學(xué)生特征分析推測出學(xué)生對當(dāng)前教學(xué)內(nèi)容的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，據(jù)此對將呈現(xiàn)的媒體內(nèi)容預(yù)先進(jìn)行組 塊設(shè)計(jì)。媒體教學(xué)信息的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)首因效應(yīng)和近因效應(yīng)的特點(diǎn) 13。根據(jù)記憶保持規(guī)律安排 多媒體教學(xué)課件界面的信息內(nèi)容。根據(jù)理解與信息意義規(guī)律設(shè)計(jì)信息呈現(xiàn)方式 14。界面設(shè)計(jì) 需要考慮學(xué)習(xí)信息的設(shè)計(jì)，對信息作啟發(fā)性設(shè)計(jì)。信息容量及呈現(xiàn)速度不超過學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷。 多媒體教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)應(yīng)視年齡特征區(qū)別對待，對低年級

14、的應(yīng)知識點(diǎn)少而精，利用媒體優(yōu)勢多角 度多重編碼呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，突出信息重點(diǎn)和關(guān)鍵部分15。要考慮學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的困難、學(xué) 生的反應(yīng)、學(xué)生可能提出的問題等，將教學(xué)著眼點(diǎn)和重心轉(zhuǎn)向?qū)W生。學(xué)生自我學(xué)習(xí)、主動攝取 知識、技能是是學(xué)生主體作用的重要表現(xiàn)，有步驟地促進(jìn)學(xué)生自學(xué)，注重設(shè)計(jì)師生雙向交流和 促進(jìn)相互作用、活躍課堂雙邊活動的課堂形式16。參考文獻(xiàn)：1 11王美，何美，鮑賢清.認(rèn)知心理學(xué)視角下的多媒體學(xué)習(xí)研究J. 揚(yáng)州大學(xué)報(bào)(高 教研究版)， 2008，4 (12) :83-85。2 Clark J M，Paivio A. Dual Coding Theory and Education J. Edu

15、cationalPsychological and Review，1991，2 (3) :149-210.3 Sweller J.Cognitive Load Theory ，learning difficulty，and Instructional design.Learning and Instruction.1994 ，4 (3)， 295-312.4 龔德英，劉電芝，張大均.元認(rèn)知監(jiān)控活動對認(rèn)知負(fù)荷和多媒體學(xué)習(xí)的影響 J.心理科 學(xué)。 2008，31 (4)： 881-882.5 張彤，趙翠霞，鄭錫寧。基于認(rèn)知理論的多媒體教學(xué)界面設(shè)計(jì)研究 J.心理科學(xué)， 2004，27 (6)： 1502-1503.6 龔德英，劉電芝，張大均。概述和音樂對認(rèn)知負(fù)荷和多媒體學(xué)習(xí)的影響 J。心理發(fā)展 與教育， 2008，(1)， 86。7 (美)斯蒂芬 K 里德。多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知體系 J，張靜，丁峻譯。開放教育研究， 2008。(6) :30-31.8 張正做，趙葆華。網(wǎng)絡(luò)課件評價(jià)新維度：多媒體認(rèn)知理論. J.現(xiàn)代遠(yuǎn)距離教育， 2008， (2)： 42.9 理查德 E 邁耶著，牛勇，邱香譯.多媒體學(xué)習(xí) MI.北京：商務(wù)印書館， 2006.10 (希) Haido Samaras 等著，張麗，盛群力編譯。多媒體學(xué)習(xí)研究的演進(jìn)J。遠(yuǎn)程 教育雜志 2006，(6)： 24-25.12