（基础心理学专业论文）动画呈现策略对多媒体学习效果的影响.pdf

，、 摘要 随着计算机硬件和软件技术的发展，多媒体学习的信息呈现方式 也越来越多样化和技术化，动画因其形象生动、易吸引学生注意等特 点得到了许多教育者的喜欢而被广泛应用，那么，如何呈现动画才能 达到更好的学习效果呢? 这是我们需要探讨的问题。本研究立足于认 知负荷理论、多媒体学习的认知理论，探讨动画呈现策略对多媒体学 习效果的影响。 本研究设计了两个实验，实验材料为动画呈现的关于闪电形成过 程和日食形成过程的讲解材料，被试为某高中一年级学生。实验一的 目的是考察动画呈现方式和难度对学习效果的影响。实验二的目的是 考察动画呈现方式和元认知监控提示对学习效果的影响。 实验一采用2 ( 难度：低、高) x3 ( 动画呈现方式：连续呈现 动画、分段呈现动画、学习者控制动画呈现步调) 的混合实验设计。 难度是被试内变量，动画呈现方式是被试间变量。实验二采用2 ( 动 画呈现方式：连续呈现动画、学习者控制动画呈现步调) x2 ( 元认 知监控提示：无、有) 的被试问实验设计。因变量都为多媒体学习效 果( 再认测试、迁移测试) 。实验结果发现： l 、学习者控制动画呈现步调和分段呈现动画能促进学习，即学 习者控制动画呈现步调和分段呈现动画的学习效果好于连续呈现动 画的学习效果。 2 、在迁移学习效果上存在“元素交互效应 。在高难度材料的学 i 习中，学习者控制动画呈现步调和分段呈现动画都好于连续呈现动 画，学习者控制动画呈现步调好于分段呈现动画；在低难度材料的学 习中，三种呈现方式之间的迁移学习效果差异不显著。 3 、动画学习环境中加入元认知监控提示能促进学习，即有元认 知监控提示组的学习效果好于无元认知监控提示组的。 4 、本研究中在学习者控制动画呈现步调条件下加入元认知监控 提示的学习效果是最好的。 关键词：动画，呈现策略，学习者控制，元认知监控，学习效果 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g y ，m o d e s o f i n f o r m a t i o np r e s e n t a t i o na r e m o r ea n dm o r em u l t i p l ea n d t e c h n o l o g i c a l a n i m a t i o nh a sb e c o m ei n c r e a s i n g l yp o p u l a ri n e d u c a t i o nf i e l d sf o ri t sa e s t h e t i c sa n da t t e n t i o ng a i n i n g s o ， i no r d e rt oa c h i e v eb e t t e rl e a n i n ge f f e c t ，h o wt op r e s e n t a n i m a t i o nb e c o m e sap r o b l e mt h a tn e e du st oi n v e s t i g a t e t h i s t h e s i sw a sb a s e do nt h ec o g n i t i v el o a dt h e o r ya n dc o g n i t i v e t h e o r yo fm u l t i m e d i al e a r n i n g ，a n di n v e s t i g a t et h ei n f l u e n c e o fa n i m a t i o np r e s e n t a t i o ns t r a t e g i e s o nt h em u l t i m e d i a l e a r n i n ge f f e c t t h e r ea r et w oe x p e r i m e n t si np r e s e n tt h e s i sw i t ht h e m a t e r i a l so nt h ep r o c e s sl i g h t i n gf o r m a t i o na n ds o l a re c l i p s e f o r m a t i o n ，w h i c hw e r ep r e s e n t e db ya n i m a t i o n p a r ti c i p a n t s w e r es e n i o rh i g hs c h o o ls t u d e n t s t h ep u r p o s eo fe x p e r i m e n t 1 w a st oi n v e s t i g a t et h ee f f e c to fa n i m a t i o np r e s e n t a t i o nm o d e a n dd i f f i c u l t yo nt h em u l t i m e d i al e a r n i n g t h ep u r p o s e o f e x p e r i m e n t 1 1w a st oi n v e s t i g a t e t h ee f f e c to fa n i m a t i o n p r e s e n t a t i o nm o d ea n dm e t a - c o g n i t i v em o n i t o r i n gh i n t so nt h e m u l t i m e d i al e a r n i n g m i n p e r i m e n tip l o y e dm i x e dd e s i，27difficultlin e x p e r i m e n t1w ee m p l o y e dam l x e dd e s l g n ( d l1 c u l t y ： ， ： l o w ，h i g h ) 3 ( a n i m a t i o np r e s e n t a t i o nm o d e ：c o n t i n u i t y ， s e g m e n t a t i o n ，l e a r n e r c o n t r o l l e dp a c i n g ) i ne x p e r i m e n ti i ，w e e m p l o y e dab e t w e e n s u b j e c t sd e s i g n ，2 ( a n i m a t i o np r e s e n t a t i o n m o d e ：c o n t i n u i t y ，l e a r n e r c o n t r o ll e dp a c i n g ) 2 ( m e t a - c o g n i t i v em o n i t o r i n gh i n t s ：w i t hh i n t s ，w i t h o u th i n t s ) d e p e n d e n tv a r i a b l ew a sl e a r n i n ge f f e c t ( r e t e n t i o nt e s ta n d t r a n s f e rt e s t ) f r o mt h ee x p e r i m e n t sw eg o tt h ef o ll o w i n g c o n c l u s i o n ： f i r s t ，l e a r n e r c o n t r o l l e dp a c i n ga n ds e g m e n t a t i o n c a n i m p r o v el e a r n i n g ，t h a t st os a y ，t h el e a r n i n ge f f e c to f l e a r n e r 。c o n t r o l l e dp a c i n ga n ds e g m e n t a t i o ni sb e t t e rt h a n c o n t i n u i t y s e c o n d ，t h e r ei s “e l e m e n ti n t e r a c t i v i t ye f f e c t ”o nt h e t r a n s f e rt e s ts c o r e i nl e a r n i n gh i g hd i f f i c u l t ym a t e r i a l ， l e a r n e r c o n t r o l l e dp a c i n ga n ds e g m e n t a t i o ni sb e t t e rt h a n c o n t i n u i t y ，l e a r n e r c o n t r o l l e dp a c i n g i sb e t t e rt h a n s e g m e n t a t i o n i nl e a r n i n gl o wd i f f i c u l t ym a t e r i a l ，t h e r ei sn o s i g n i f i c a n td i f f e r e n c ea m o n gt h et h r e eg r o u p s t h i r d ， i na n i m a ti o n l e a r n i n g e n v i r o n m e n t s a d d i n g m e t a c o g n i t i v em o n i t o r i n gh i n t sc a ni m p r o v el e a r n i n g ，t h a t st os a y ，w i t hh i n t si sb e t t e rt h a nw i t h o u th i n t s i v 囊 f o u r t h ，i np r e s e n tt h e s i st h el e a r n i n ge f f e c to fa d d i n g m e t a c o g n i t i v em o n i t o r i n gh i n t st ol e a n e r c o n t r o l l e dp a c i n gi s t h eb e s t k e yw o r d s ：a n i m a t i o n ，p r e s e n t a t i o ns t r a t e g i e s ， l e a n e r c o n t r 0 1 1 e d ，m e t a c o g n i t i v em o n i t o r i n g ，l e a r n i n ge f f e c t v t 锋 目录 中文摘要：i 英文摘要i 1 文献综述3 1 1 多媒体学习的认知理论( c t m l ) 。3 1 2 认知负荷理论4 1 3 动画呈现的过往研究1 1 2 问题提出与研究假设2 1 2 1 问题提出2 1 2 2 研究假设2 3 2 3 研究意义2 4 2 4 实验中关键概念的定义2 5 3 实验研究2 7 3 1 实验一2 7 3 2 实验二4 2 4 总讨论5 5 5 结论5 9 6 结语6l 6 1 本研究的局限性61 6 2 未来研究的建议61 参考文献。6 3 附录一( 实验一问卷) 6 7 附录二( 实验二问卷) 6 9 附录三j 71 后记7 3 动画呈现策略对多媒体学习效果的影响 引言 随着计算机硬件和软件技术的发展，多媒体学习的信息呈现方式 也越来越多样化和技术化，动画因其形象生动、易吸引学生注意等特 点得到了许多教育者的喜欢而被广泛应用。然而，对新生事物的评价 有褒有贬，一方面是对动画作为信息呈现方式持乐观态度的人，他们 认为动画作为信息呈现方式具有许多其它呈现方式所没有的优点，能 增强学习效果；另一方面是对动画作为信息呈现方式抱怀疑态度的 人，他们认为动画作为信息呈现方式还存在很多缺陷，会阻碍学习。 这些激烈的争议引发了研究者们的思考如何才能有效地利用动 画这种呈现方式呢? 采取哪些策略呈现动画才能既保留动画呈现的 优点，又能改善其缺陷，使其达到更好的学习效果呢? 关于上述问题，国外研究者们做了一些研究，但未得出一致性结 论，国内的研究还很少。本研究立足于多媒体学习认知理论、认知负 荷理论，在对国外的研究结论进行验证的基础上，进一步提出新的观 点，着重探讨动画呈现策略对多媒体学习效果的影响，以发现能达到 更好学习效果的动画呈现策略。 硕士学位论文 一一 2 动画呈现策略对多媒体学习效果的影响 1 文献综述 1 1 多媒体学习的认知理论( c t m l ) m a y e r 和m o r e n o ( 2 0 0 3 ) 提出，多媒体学习的认知理论( c t m l ) 建立在3 个假设的基础上。第一是双通道假设，m o r e n o 和m a y e r 于2 0 0 0 提出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，分别为视觉通道和听觉通道。以图片、视频、视觉文本的形式 呈现的信息在视觉通道加工；以叙述或非言语的声音呈现的信息在听 觉通道加工。第二是容量有限假设。即每个通道上一次加工的信息数 量是有限的，仅有有限的加工发生在听觉通道，同时，也仅有有限的 加工发生在视觉通道。第三是主动学习假设。有意义学习要求在视觉 通道和听觉通道不断的进行大量的认知加工。这是w e t t r o e k ( 1 9 8 9 ) 的生成学习理论和m a y e r ( 1 9 9 9 ，2 0 0 2 ) “选择一组织一整合”主动学 习理论的主要假设。这些加工过程包括个体注意呈现的材料，在头脑 中将呈现的材料组织为一个有条理的结构，并将呈现材料与大脑中己 有的知识经验进行整合。 l | l a y e r ，r e c o g n i t i v et h e o r yo fm u l t i m e d i al e a r n i n g m t h ec a m b r i d g eh a n d b o o ko f m u l t l m e d i al e a r n i n g 1 9 9 5 ：3 1 4 8 3 硕十学位论文 多媒体旦玩培觉记忆工作记忆 长时记t 乙 篆p 党静 知识 l 翻片模型卜j 图卜1 ：多媒体认知理论模型 上述理论可以通过流程图l - i 来认识和理解。图卜1 中的两行表 示两个信息加工通道，上面是听觉通道，下面是视觉通道，这符合双 通道假设。图i - i 中的5 列表示知识表征的模式物理表征( 例如， 呈现给学习者的文字和图片) 、感觉表征( 在学习者的耳朵或眼睛里) 、 浅工作记忆表征( 例如，被学习者注意的声音或图像) 、深的工作记忆 表征( 例如，学习者建立的言语和图像模型) 和长时记忆表征( 例如， 学习者有关的先前知识) 。呈现文字和图片的容量是无限的，长时记 忆的容量也是无限的，但在工作记忆中保持和操作文字和图片的容量 是有限的。所以，图i - i 中的工作记忆栏服从有限容量假设。箭头表 示认知加工。例如，标以“整合 的箭头表示融合言语模型、图片模 型和相关的先前知识。在多媒体学习中，主动加工要求有五种认知加 工：选择文字、选择图片、组织文字、组织图片和整合。与主动加工 假设一致，这些加工强调信息加工系统的认知容量。所以，对多媒体 学习过程来说，图卜1 中附有文字的箭头表示主动加工。 1 2 认知负荷理论 1 2 1 认知负荷理论概述 认知负荷( c o g n i t i v el o a d ) 是指人在信息加工的过程中所必 需的心理资源的总和。认知负荷理论是澳大利亚心理学家j o h n 4 动画呈现策略对多媒体学习效果的影响 s w e l l e r 于2 0 世纪8 0 年代末9 0 年代初提出来的，其理论基础是资源有 限理论和图式理论。资源有限理论认为人的认知资源( 主要表现在 工作记忆容量上) 是有限的。有限的工作记忆容量，使人们很难同时 加工多种信息，若同时从事几种活动，则存在资源分配的问题，分配 遵循“此多彼少，总量不变 。当某种材料含有多种元素相互作用时， 将会加重学习者的认知负荷。若在问题解决或学习过程中所需要的认 知资源总量超过了个体所具有的认知资源总量，则会造成认知超负荷 ( c o g n i t i v eo v e r l o a d ) ，影响学习或问题解决的效果。图式理论认 为图式获取和规则自动化是学习的两大机制，它们的作用均是利用长 时记忆来弥补工作记忆容量不足的缺陷( s w e l l e r ，1 9 9 9 ) 。图式理论 认为知识是以图式的形式存储于长时记忆中的，学习过程中，学习者 利用长时记忆中的图式对新信息进行加工、整合，使长时记忆中图式 的数量不断增多、规模不断扩大、质量不断提高，从而节省认知资源。 另一方面，足够的练习可导致认知活动的自动化，自动化的认知过程 不需要意识控制和资源消耗，因此自动化也可弥补工作记忆容量有限 的缺陷 s w e l l e r 基于认知负荷的不同来源，将认知负荷区分为内部认知 负荷、外部认知负荷和相关认知负荷。内部认知负荷依赖学习材料的 复杂性有多少元素组成和这些元素是如何相互影响的。当组成元 素多，且它们之间的相互作用很复杂时，内部认知负荷就很高。内部 s w e l l e r ，j i m p l i c t i o n so fc o g n i t i v el o a dt h e o r yf o rm u l t i m e d i al e a r n i n g m c a m b r i g eh a n d b o o ko fm u t i m e d i al e a r n i n g , 2 0 0 5 硕士学位论文 认知负荷与学习材料的复杂性和学习者的先前知识经验水平之间的 关联程度有关，s w e ll e r 等人( 1 9 9 8 ) 认为内部认知负荷的高低是 由将要学习的材料的特征与学习者的先前知识经验水平之间的关系 决定的。如果学习材料较为复杂，而且学习者在该领域的先前知识经 验比较欠缺，那么学习者则需同时加工多个元素，从而增加了工作记 忆负担，产生了较高的内部认知负荷。如果一个学习者在某一领域有 较丰富的先前知识经验，那么他在学习相同的材料时，就会比先前知 识经验较欠缺的学习者产生更少的内部认知负荷，因为对他们而言， 学习材料的复杂性降低了。外部认知负荷依赖教学信息的设计方式一 一材料组织的方式和呈现的方式，它是由学习过程中对学习没有直接 贡献的心理活动引起的，又称无效认知负荷，对学习有阻碍作用。当 信息设计得不是很好时，学习者必须从事无关或无效的认知加工，便 会产生外部认知负荷。比如：如果教学材料包括文字和图解，但是文 字和图解在内容上不完全一致时，便会给学习者造成外部认知负荷， 从而影响学习效果；当信息设计良好时，外部认知负荷减到最少。相 关认知负荷又称有效认知负荷，它产生于学习者在学习某一任务未用 完所有的认知资源时，这时学习者便可以把剩余的认知资源用到与学 习有直接相关的加工( 如图式构建) 中去，让学习者在工作记忆的加 工活动中加入更高级的有意识的认知加工( 如重组、抽象、比较和推 理等) ，从而支持图式构建。这样的加工也会增加认知负荷，不过这 种认知负荷不会阻碍学习，反而会促进学习。认知负荷的这三种成分 s w e l1 e r ，j ，v a nm e r r i e n b o e r ，j g & p a s s ，f c o g n i t i v ea r c h i t e c t u r ea n d i n s t r u c t i o n a ld e s i g n j e d u c a t i o n a ip s y c h o o s yr e v i e w , 1 9 9 8 ，( 2 ) ：2 5 1 - 2 9 6 6 动画呈现策略对多媒体学习效果的影响 是可加的，认知资源的分配遵循此多彼少的原则，总量不变。若三种 认知负荷的总量不超过工作记忆资源的总量，则学习能顺利完成，否 则，将不利于学习。 认知负荷理论研究的主要目的就是在教学过程中控制工作记忆 负荷，即最大限度地降低阻碍学习的认知负荷、优化促进学习的认知 负荷，使学习者合理地利用有限的认知资源，达到最好的学习效果。 1 2 2 认知负荷的相关研究 1 2 2 1 降低外部认知负荷的研究 由于外部认知负荷主要是由学习材料的组织和呈现方式引起的， 所以使学习材料的呈现方式最优化是降低学习者外部认知负荷的一 个重要途径。m o u s a v i 等人( 1 9 9 5 ) 的研究表明，在多媒体教学中使 用视听两种方式整合呈现几何样例可以降低学习者的认知负荷，比单 纯用视觉或听觉方式呈现的效果更好，学习者的迁移成绩更高。后来 的大量实验都证明了这个结果，即多媒体学习中的通道效应，研究者 认为视听两种通道是通过不同的方式加工信息的，使用的是不同类型 的工作记忆，所以采取两种方式呈现信息既增加了工作记忆容量，也 降低了用同一通道呈现信息的认知负荷，从而产生更好的学习效果。 m a y e r 等人( 2 0 0 2 ) 以认知负荷理论、双重编码理论和建构主义 学习理论为基础，提出并验证了多媒体教学设计的七个原则：多媒体 认知原则认为用文字和图画组合呈现比单纯用文字呈现的学习效果 好；空间接近原则认为书页或屏幕上的对应的文字与图画邻近呈现比 i i t a y e r ，r e r m o r e n o n i n ew a y st or e d u c ec o g n i t i v el o a di nm u l t i m e d i al e a r n i n g j e d u c a t i o n a lp s y c h o l o g y ，2 0 0 3 ，( i ) ：2 4 0 7 1 硕士学位论文 隔开呈现能使学生学得更好；时间接近原则认为对应的文字与图画同 时呈现比继时呈现学习效果更好；一致性原则认为当无关的材料被排 除而不是被包括时，学习效果更好，即当在多媒体呈现中加入有趣但 无关的文字和图画或声音时，学生的学习会受损害；通道原则认为在 呈现图画的同时用听觉通道呈现的叙述比用视觉通道呈现文本学习 效果更好，即用视觉通道和听觉通道同时呈现比用单一通道呈现的学 习效果要好；冗余原则认为动画( 或图画) 和听觉叙述( 解说) 两种 方式同时呈现比动画、听觉叙述和屏幕显示文本三种方式同时呈现效 果好，因为这样减少了学习内容的冗余。个体差异原则认为设计效果 对知识水平低的学习者要强于对知识水平高的学习者，对空间能力高 的学习者好于对空间能力的学习者，即同一多媒体呈现方式对不同的 学习者效果可能不同。 1 2 2 2 减少内部认知负荷的研究 由于内部认知负荷是由元素之间复杂的交互活动引起的，因而减 少内部认知负荷的主要方法就是减少元素间这样的交互活动。 p o l l o c k c h a n d l e r 和s w e l l e r ( 2 0 0 2 ) 尝试通过适当的呈现顺序来 减少学习复杂内容时产生的内部认知负荷。他们进行了两个实验，第 一个实验中的被试是在某一领域的初学者，而第二个实验中的被试是 具有一定知识基础的学习者。实验组在教学的第一阶段，把一系列的 信息分解成独立的小段依次呈现，这样使需要一次向时加工的元素减 。少了，减少了认知负荷；在教学的第二阶段，所有的信息都同时呈现。 对照组则一次性呈现所有信息。结果与实验者的假设一致：与对照组 动画呈现策略对多媒体学习效果的影响 相比，实验组采用的混合呈现方式极大地提高y t ) l l 练效率和学习者对 所学内容的理解。但结果也表明，这种混合的教学形式在对初学者来 说比较有用，但对那些已经有了一定先前知识的学习者来说并没有特 别突出的效果。g e r j e t s 等人( 2 0 0 3 ) 也证明通过呈现模块化的样例 ( m o d u l a re x a m p l e ) 可以降低学习者的内部认知负荷。他们的研究结 论认为：当把要学习的例题分解成意义完整的、可以单独呈现的模块 化例题时，可以使学习者的内部认知负荷降低，并使学习者的学习时 间减少，而学习成绩提高。 由于内部认知负荷与学习者的先前知识经验也有较大关系，因而 要减少内部认知负荷，就必须考虑到学习者的先前知识经验，因为随 着学习者知识经验的提高，其内部认知负荷自然就降低了。r e n k l 等 人( 2 0 0 4 ) 提出对于低先前知识经验水平的学习者，在学习的最初阶 段学习不完整样例是一个非常有效的途径，但随着学习者在该领域知 识经验的增加，进行问题解决的学习则更有利于促进学习者的学习。 因为随着学习者知识经验的提高，内部认知负荷逐渐减少，这样就可 以把剩余的认知资源用于应对外部认知负荷或相关认知负荷。 1 2 2 3 增加相关认知负荷的研究 s w e l l e r 等人( 1 9 9 8 ) 认为提供样例的变式是增加相关认知负荷 的一个有效途径。他们认为问题情境的变式可以引起学习者发展图 式，因为它使学习者更能把相似特征和相关特征与无关特征区分开 r e n k l ，a ，a t k i n s o n ，rk & g r o b e ，c h o wf a d i n gw o r k e ds o l u t i o ns t e p sw o r k s - a c o g n i t i v el o a dp e r s p e c t i v e j i n s t r u c t i o n a ls c i e n c e , 2 0 0 4 。( 3 2 ) ：5 9 - 8 2 s w e l l e r ，j ，v a nm e r r i e n b o e r ，j g & p a a s ，f c o g n i t i v ea r c h i t e c t u r ea n d i n s t r u c t i o n a ld e s i g n j e d u c a t i o n a lp s y c h o l o g yg e v i e w , 1 9 9 8 ，( 1 0 ) ：2 5 1 - 2 9 6 9 硕士学位论文 来。提供变式可以更好地促进学生的学习和迁移。p a s s 等人通过在 真实环境下采用真实的学习材料，把动机当作一个变量。他们认为， 动机可能是教学设计中促进学习者学习并且提高学习成绩的一个关 键因素。近来，不少研究者认为学习者的自我解释技术是一种有效的 增加相关认知负荷的方法。龚德英( 2 0 0 5 ) 的研究提出归纳的学习策 略和元认知监控提示能增加学习者的相关认知负荷，提高学习者的迁 移成绩。元认知监控是学习者对自己学习过程的一种控制，能使学习 者将更多注意力集中在学习内容上，更加深入地进行学习。元认知监 控活动虽然也消耗认知资源，增加认知负荷，但是这些认知资源是用 于与学习直接相关的活动上，能提高学习效果，所以增加的是相关认 知负荷。 1 2 2 4 元素交互效应的研究 c h a n d l e r 等人( 1 9 9 6 ) 提出元素交互效应，即只有在处理高内部 认知负荷的材料时减少外部认知负荷的方法才起作用。因为当元素交 互性高时，内部认知负荷则高，这时工作记忆的有限容量才显得很关 键，如果不减少外部认知负荷就很容易超负荷，不利于学习；但当元 素交互性低时，内部认知负荷则低，即使不减少外部认知负荷也不会 造成认知超载，也不会影响学习。s w e ll e r ( 1 9 9 8 ，2 0 0 3 ，2 0 0 4 ) 的研 究进一步验证了这一效应。内部认知负荷的高低是由将要学习的材料 的复杂性与学习者的先前知识经验水平之间的关系决定的。当学习材 料相对于学习者来说比较复杂，即材料难度高时，内部认知负荷则高。 。龚德英多媒体学习中增加相关认知负荷影响学生学习的实验研究 d 重庆：西南师范大学 硕士学位论文，2 0 0 5 1 0 动画呈现策略对多媒体学习效果的影响 反之，当学习材料相对于学习者来说比较简单，即材料难度低时，内 部认知负荷则低，所以在学习不同难度材料时，减少外部认知负荷的 方法起到的效果可能不同。 1 3 动画呈现的过往研究 1 3 1 动画的概念 多媒体介入学习，尤其是电脑的普及使用之后，使得在学习的同 时参考相应的动画过程成为可能，动画受到了教育者的青睐。动画 ( a n i m a t i o n ) 即动态图像，会随着时间改变其属性来表达图像本身的 功能意义、使用方法、状态或状态的转换。更具体的说，动画是指 一连串具有某些微小差距的静态画面或图像，利用视觉暂留的原理， 以快速度连续展示，让观察者会有连续动作或逐步变化的错觉，以造 成动态的效果。 动画在多媒体学习中的应用主要有两种情况：第一种是动画作为 j 呈现方式；第二种是作为练习活动，包括基于模拟活动之上的交互式 动画。在大多数有关多媒体学习的研究中，动画主要是作为一种呈现 方式，在下面的文章中我们简称动画呈现。动画作为呈现方式应用于 教学中具有三项特性：1 吸引学习者的注意，激发学习动机。2 能具 体描述具有动作( m o t i o n ) 或轨迹( t r a j e c t o r y ) 的事件。3 能解释 复杂的概念或现象，例如机械系统的结构以及化学式中组成分子间的 孙倩娜基于认知负荷理论的多媒体界面设计研究 d 山东：曲阜师范大学硕士学位论文， 2 0 0 8 圆施骏宏多媒体呈现方式与空间能力对国二学生地震与海啸学习结果之影响 d 国立中正 大学教育学研究所，2 0 0 9 1 1 硕士学位论文 联结( p a r k & g i t t e l m a n ，1 9 9 2 ：p a r k ，1 9 9 8 ) 。l o w e ( 2 0 0 3 ) 认为动 画相对于静态的插图而言，有三个方面不同：1 、形式变化，即大小， 形态，颜色等一系列的变化；2 、位置变化，通过动画的呈现使得某 个物体由一个位置到达另一位置；3 、内容变化，包括物体的出现或 消失，或者部分的消失，或者添加了其他部分。他认为动画最根本的 特征是它可以反映时间进程。 1 3 2 动画呈现与静止图像呈现学习效果的比较研究 动画的出现让研究者们一度将新兴的动画呈现与传统的静止图 像呈现的比较作为研究的热点。 支持动画呈现的学习效果优于静止图像呈现的学习效果的研究 者们认为：为了理解用静态图像表征的一个动态情况，学习者首先必 须从提供的静态信息中构建一个动态的心理模型，相反，动画可以向 学习者提供一个现成的、清楚的动态表征情况，所以，动画为构建一 个动态的、内部的心理模型提供了一个表层的外部支持，减少了认知 负荷，有利于学习的进行；c h a n l i n ( 2 0 0 0 ) 的研究显示，动画中的 空间及时间变化资料，有助于解说事件随时间演变的过程，动画能提 供时间和空间信息，以及模拟事件随时间转变的流畅心理模式，从而 减轻学习者的认知负荷，相比之下，静态图像的呈现则缺乏时间的资 料，即使是连串插图，也只能代表时间上的几个点，未能完整表达演 变和系列事件如何发生( s c h n o t z ，2 0 0 2 ) ，学习者进行静态图像 学习时，必须自行在脑海中进行转换及推论中间的状态( c h a n l i n ， 2 0 0 0 ) ，因而增加了学习者的认知负荷，不利于学习的进行。 动画呈现策略对多媒体学习效果的影响 r i e b e r ( 1 9 8 8 ，1 9 8 9 ，1 9 9 0 ) 多次比较了被试在动态图像、静止图像和无 图像三种不同条件下应用计算机学习牛顿运动定律的成绩，结果发 现，动态图像组被试的成绩明显高于静止图像组及无图像组被试的成 绩，而静止图像组被试的成绩又明显高于无图像组被试的成绩。说明 图像对该材料的学习有明显的促进作用，而动态图像的促进作用大于 静止图像的促进作用。他们认为动态图像可能更能表明各客体之间的 关系，动态图像与静止图像相比可能提供更多的信息，或者更能吸引 ， 注意。p a r k & g i t t e l m a n ( 1 9 9 2 ) 关于大学生电路学介绍与故障检测 的研究，a s o o d e h ( 1 9 9 3 ) 关于大学生设计图学的研究，c h a n l i n ( 1 9 9 7 ) 关于中学生遗传科技的研究，m i l l e r ( 2 0 0 5 ) 、p u e n t e ( 2 0 0 6 ) 、 c h a n ( 2 0 0 8 ) 等等一系列研究中都发现动画呈现方式优于静止图像 呈现方式。 反对动画呈现的学习效果优于静止图像呈现的学习效果的研究， 者们认为：动画呈现尽管看似有许多优势，但已有的许多实证研究却 没有为这些优势提供足够的证据。w r i g h t ，m i l r o y ，l i c k o r i s h ( 1 9 9 9 ) 的研究发现，多媒体动态呈现比静止图像呈现更需要学习者 的图像记忆和空间思考，因而增加了学习者的认知负荷。l o w e ( 1 9 9 9 ) 的研究结果显示，学习者在进行动画学习时，会把注意力放在很有吸 引力的表面特征，而忽略了与学习主题有关的重要资料，由于动画比 静止图像更复杂，因此对学习者造成了较高的认知负荷，为了应付较 高的负荷，学习者必须选择性地分配自己的注意力，对学习有负面的 影响。t v e r s k y & m o r r i s o n ( 2 0 0 2 ) 的研究结果显示，动画在教学上 硕士学位论文 的应用成效令人失望，动画需经过较多的认知处理，对学习者而言， 经常过于快速，且过于复杂，以致学习者无法精确地理解内容，且习 惯于文字与静止图像整合的纸本学习环境的学习者在学习动画教学 时，需要重新适应，以致学习者在学习复杂系统时，动画的效果较静 止图像差，所以会影响学习效果，且不良的动态呈现、不必要的信息 干扰，反而造成信息无法正确传达而模糊了学习重点。k o r o g h l a n i a n a n dk l e i n ( 2 0 0 4 ) 的研究中发现：与静止图像呈现组的被试进行比较， 动画呈现组的被试花更多的时间学习信息，但没有表现出更好的成 绩。m a y e re ta 1 ( 2 0 0 5 ) 提出，静止图像允许更多的积极加工，因为 学习者需要将一系列的图片在头脑中整合起来，而不像动画呈现中只 需被动的观察。s w e l l e r ( 2 0 0 7 ) 提出，动画呈现可能比静止图像呈现 需要学习者耗费更多的认知资源，动画本身具有短暂性，在动画呈现 的过程中一个信息呈现完后就消失了，学习者不仅要将当前呈现的信 息与长时记忆中储存的信息整合起来，也需与动画中刚刚呈现过的信 息整合起来，而工作记忆的容量又是有限的，所以会影响学习的效果。 学者s i n g e r 提出，动画有助于整体认知，但妨碍深度加工。这些研 究得出的关于动画呈现的缺陷总结起来有三个方面：i 、动画呈现的 高复杂性使得动画中包含了许多与学习主题无关但有趣的信息，学习 者可能将注意集中在了这些无关但有趣的信息上，而忽略了需要学习 的有关信息，从而影响了学习效果。对于低先前知识经验的学习者， 这种影响作用更大，因为他们缺乏相应领域的知识背景，所以他们更 难从复杂的动画中识别出重要的相关知识，结果，他们所抽取的信息 动画肇现策略对多媒体学习效果的影响 很可能受到他们知觉的显著部分的影响。2 、动画呈现的短暂性使得 学习者既需要将当前呈现的信息与长时记忆中的信息整合起来，又需 在头脑中保持先前呈现的信息，并将先前呈现的信息与当前呈现的信 息整合起来，但工作记忆的容量是有限的，这样可能会导致认知超载， 从而阻碍学习。3 、动画呈现的直观性使得学习者在投入较少的心理 努力的情况下，便能观察一个现成的、清楚的动态过程，在很大程度 上剥夺了许多学习者自己组织信息的机会，动画呈现有助于学习者对 学习材料的整体认知，但同时也阻碍了深度加工，可能不利于学习。 ， 也有许多研究发现动画呈现的学习效果与静止图像呈现的学习 效果问无显著差异( r i e b e r & h a n n a f i n ，1 9 8 8 ：h a y s ，1 9 9 4 ：w il s o n ， 1 9 9 8 ：l e e d y ，2 0 0 2 ：t s a n g ，2 0 0 3 ：k o r o g h l a n i a n k l e i n ，2 0 0 4 ： a n g a r o l a ，2 0 0 5 ：j a n & e l sv a n ，2 0 0 8 ) 。 1 3 3 动画呈现策略对多媒体学习效果的影响研究 到目前为止，动画呈现与静止图像呈现学习效果的比较研究中， 仍未得出一致性结论。有研究者提出，将两种不同媒介的呈现方式进 行比较是没有意义的，因为无法确定实验结果是由于媒介本身的差异 引起的，还是由于它所传输的教学信息的差异引起的，因为动画呈现 和静止图像呈现表达的信息不可能完全一致。事实上，不管是动画呈 现还是静止图像呈现，都有其相对的有效性。研究的重点应该放在如 何使每种呈现方式达到更好的教学效果上，而不是将不同媒介的呈现 方式进行比较。所以，近几年来越来越多的研究已经把重点放在探讨 不同的动画呈现策略对学习效果的影响上，以发现能使学习效果达到 硕+ 学位论文 最好的动画呈现策略。 目前还没有一个理论能解释动画呈现学习中的所有认知过程，尽 管这样，越来越多的研究者提出，认知负荷是动画呈现学习中一个重 要的影响因素，认知负荷理论能为我们的研究提供一定的视角。许多 动画教学环境没有我们预期的那样有效可能是由于他们产生了很高 的外部认知负荷。就像先前所报告的，如果动画呈现的设计使得学习 者的注意从相关信息上转移出来，那么学习者必须进行大量的搜索来 寻找这些相关信息，这一过程可能就会产生很高的外部认知负荷，因 为有限的工作记忆资源可能会从主要的学习过程中转移出来。而且， 。 上述研究中的几个作者都提出：动画在性质上具有高短暂性。随着动 画的播放，信息会从屏幕上消失，学习者在加工当前信息的同时还必 须记住先前呈现的信息，这样也增加了认知负荷。所以，许多研究者 试图从认知负荷的观点出发研究动画呈现策略对学习效果的影响。这 些研究可以归纳为两方面：一是从减少外部认知负荷的观点出发探讨 动画呈现策略对多媒体学习效果的影响；另一是从增加相关认知负荷 的观点出发探讨动画呈现策略对多媒体学习效果的影响。 从减少外部认知负荷的观点出发探讨动画呈现策略对多媒体学 习效果的影响的研究有：h a s l e r 、k e r s t e n 和s w e l l e r ( 2 0 0 7 ) 的研 究中，让被试学习一段昼夜是如何形成的材料，一组被试直接观看连 续播放的动画，另一组在观看动画的时候可以控制动画播放的步调， h a s l e r ，k e r s t e n ，s w e l l e r l e a r n e rc o n t r o l ，c o g n i t i v el o a da n di n s t r u c t i o n a l a n i m a t i o n j a p p l i e dc o g n i t i v ep s y c h o l o g y , 2 0 0 7 ，( 6 ) ：7 1 3 动画早现策略对多媒体学习效果的影响 结果发现学习者控制学习步调组的被试学习效果要更好，原因是学习 者控制学习步调改善了动画呈现的短暂性缺陷，学习者可以根据自己 的认知需求随时地暂停或继续播放动画，减少了认知负荷。 h e g a r t y ( 2 0 0 3 ) 的研究中，也发现了学习者控制学习任务的学习效果 更好。t a b b e r s 、p a a s 等人( 2 0 0 7 ) 的研究中，让被试学习一段心脏 血液循环系统的材料，一组被试观看的动画材料中有一个对关键器官 的视觉提示，另一组被试观看的动画材料中无提示，结果显示，有提 示组的被试不仅在与提示部分有关的问题上学习