多媒体学习的认知理论及其应用

1、多媒体学习的认知理论及其应用作者：郑莉杨梦莹来源：中外企业家 下半月 2011 年第 9 期郑莉，杨梦莹(宁波大学 教师教育学院，浙江 宁波 315211)摘要:关于多媒体学习的研究的理论主要有 Sweller 的认知负荷理论和 Mayer 的多媒体认知 学习理论及 Sehnotz 的图文理解的整合模型，基本确定了影响学习的因素。本文总结了现有研 究的结论，并介绍如何将多媒体技术和课程内容进行整合。关键词：多媒体学习；认知负荷理论；多媒体认知学习理论；图文理解的整合模型 中图分类号： G43 文献标识码： A 文章编号： 1000-8772 (2011) 18-0188-02运用多媒体来促进教

2、学是当今趋势，以文本、叙述、音响、图片、图表、视频图像和动画 等多种方式的组合呈现教学材料，把传统书本知识转换为丰富多彩的教学课件。关于多媒体教 学研究已有几十年，人们利用现有理论进行多媒体教学，并在实践中修正理论。(一) 理论基础早期研究以行为主义为基础，现在以认知心理学为基础，研究言语信息和视觉信息的安排 及呈现方式，力图以实证研究的方式探讨多媒体对学习的影响，产生大量理论、原则与模型 1。 认知学习理论认为有意义的学习过程在认知结构基础上进行，先学习的知识对以后学习产生各 种影响。其中最具影响力的为双重编码理论和工作记忆理论。(1)双重编码理论。 Chrk 等人认为大脑中存在两个功能独立

3、又相互联系的认知系统：言 语系统跟非言语系统。言语刺激经过感知系统，以字符为基本单位表征、编码贮存在言语系统 中；非言语刺激经过感知系统，以图像为基本单位表征、贮存在非言语系统中。两系统内部分 别存在一种连接，使系统内部形成关联结构。两者间连接形成复杂关联网络，即参照联结，参 与相关的言语编码和图像编码。该理论强调非言语信息加工和言语信息加工的同等重要性，使 认知心理学视角下的多媒体研究更多关注人是怎样从语词和画面中学习的，及如何设计多媒体 学习环境，如何有效呈现语词与画面促进学习 2。(2)工作记忆理论。工作记忆容量有限，约 7+2 个信息单位。工作记忆系统对来自瞬时记 忆系统中的信息进行加

4、工，从长时记忆中提取已有的知识。 Mayer 认为多媒体学习的主要过程 发生在工作记忆中， Baddeley 的工作记忆模型成为他提出多媒体学习认知理论三大假设的重要 理论来源； Sweller 以工作记忆的容量是有限的作为其认知负荷理论的假设之一。(二)主要理论模型及应用1.认知负荷理论认知负荷理论是 Sweller，J 提出，是认知加工和教学设计研究的重要理论框架，主要关于 复杂任务学习中认知资源的优化和利用 3。Sweller 将认知负荷分三类：(1) 内部认知负荷，与学习材料的性质相联系。当学习材 料具高元素交互性，学习者又未充分掌握适宜的图式时出现高内部认知负荷。(2)外部认知负荷由

5、教学材料的拙劣设计引起的，指加工拙劣设计的教学材料时所做的努力。(3)相关认知负 荷是努力学习所带来的认知负荷，促进图式建构和自动化，是有效的认知负荷，包括加工认知 负荷和元认知负荷。前者指学习中学习者将工作记忆能量投入更深层的图式建构和存储时产生 的认知负荷，后者指将工作记忆能量投入学习活动的监控和对学习策略的关注时产生的认知负 荷。 Valcke 把学习者用于监控图式构建和存储所耗费的认知资源称为元认知负荷，认为是相关 认知负荷的一种。在多媒体学习的不同时段植入元认知监控提示，如果元认知提示导致材料学 习过程中有意识的监控活动，会增加学习过程中的认知负荷，但此认知负荷对迁移有促进作用， 是

6、相关认知负荷的一部分。元认知监控提示对记忆测试无显著影响，但有效提高迁移成绩。在 内在、外在认知负荷都较低时，增加元认知监控活动有更好的学习迁移效果 4。建构主义任务认为认知负荷与学习者能力发展紧密关联5。学习者的知识在与环境交互作 用中自行建构，学习是知识建构的过程，须处于丰富情境中。认知资源需求可能超出短时记忆 的容量，两种方法解决此问题：一是通过自动处理程序，自动加工过程占用较少记忆空间；二 是通过图式获取，图式是组织化的知识结构，通过组块可增加存放在工作记忆中的信息总量。多数研究通过降低内在和外在认知负荷来释放工作记忆容量，从而增加相关认知负荷的。目前对降低内在认知负荷的研究多集中在样

7、例学习领域，改变样例的呈现形式，降低学习材料 复杂性，降低学习者的内在认知负荷。影响内在认知负荷的因素还有学习者的先前知识，在有 逻辑联系的知识学习过程中，可通过提高学习者的相对先前知识来降低内在认知负荷促进学习。 Brunken 等人用双重任务范式进行研究，发现初级任务中有无背景音乐对二级任务的完成没有 显著影响，但加上语音叙述却损害了二级任务的成绩。背景音乐没有影响学生的认知负荷和迁 移成绩，但干扰了信息获取，降低记忆成绩6。当前一种错误观念认为丰富的多媒体环境会引起多方面认知加工，可产生精细加工的知识 结构。这意味着同一个知识向学习者提供不同通道的各种形式的外部表征。研究表明不良的多 媒

8、体组合会增加学习过程中的外部认知负荷。 Sweller 等人研究发现以整合方式呈现教学材料 比以传统的、标准化的方式呈现材料更易于学习.注意分散效果发生在当多种来源的信息彼此相关且无法独立理解时。这时提供解释会导致 信息冗余，对学习造成干扰。如果教学设计的一种形式足够，那提供同样信息的不同表现方式 会产生外在认知负荷7。最佳的多媒体教学界面应减少外部认知负荷，增加密切相关的认知负 荷，使总认知负荷不超出学习者的工作记忆能量限度。2.多媒体认知学习理论Mayer 提出多媒体认知学习理论。该理论依据三个假设： 1.人类信息加工系统包括视觉图像和听觉语词加工双通道，即双通道假设； 2.每一通道加工能

9、力有限，即有限能力假设； 3. 在获得多媒体所呈现材料的意义时，大脑进行主动认知加工，即主动加工假设。为产生有意义学习，学习者须实现五种认知加工： 1.选择相关语词在言语工作记忆中加工； 2.选择相关图像在图像工作记忆中加工;3.将选择的语词组织到一个言语心理模型里； 4.将选择 图像组织到一个视觉心理模型中； 5.将言语和视觉表征与先前的知识进行整合8。该理论强调： 1.多媒体学习中视觉和语词材料在不同加工系统中加工； 2.认知建构取决于学习过程中学习者 主动的认知加工； 3.视觉和语词工作记忆的加工能量有限，若对视觉或听觉通道呈现太多要加 工的元素，会引起认知超负荷阻碍学习。Mayer 提

10、出多媒体设计七原则： 1.多媒体认知原则：学生学习词语和画面组成的呈现比学 习只有词语的呈现学习效果好。 2.空间接近原则：书页或屏幕上对应的词语与画面临近呈现比 隔开呈现使学生学得更好。 3.时间接近原则：对应的词语与画面同时呈现比继时呈现能让学生学得更好。 4.一致性原则：当无关的材料(词语、画面和声音)被排除而不是被包括时学生学 得更好。 5.形态原则：学习由动画和解说组成的多媒体呈现比学习由动画和屏幕文本组成的多 媒体呈现的学习效果要好。 6.冗余原则：学习由动画加解说的呈现材料比学习由动画加解说再 加屏幕文本组成的呈现材料能取得更好效果。 7.个体差异原则：设计效果对知识水平低的学习

11、 者要强于对知识水平高的学习者，空间能力高的学习者要好于空间能力低的学习者 9。很多原则与 Mayer 降低外部认知负荷的目标一致，如排除外部和多余的信息。陈述书面材 料的优点在于陈述和图片占用不同的通道，书面的文本，如图片最初占用视觉通道，随后有附 加的要求，要求被转换为口语来产生言语模型。 Mayer 的模型主要缺陷是忽视了重要的整合过 程中发生的内容。此整合阶段是语义、视觉以及预先储存的知识被引人工作记忆的阶段 10。3.图文理解的整合模型Schnotz 提出图文理解的整合模型，认知架构是包含感觉登录、工作记忆和长时记忆的多 种记忆系统，分为知觉层面(听觉、视觉等感觉通道发挥作用)和认知

12、层面(言语、图像通道 发挥作用) 11。该模型理论假设为： 1.图文理解发生在认知架构中； 2.言语信息(书面文本 和口头文本信息)和图像信息(视觉图像和听觉图像，或声音)通过视觉通道和听觉通道传送 至工作记忆，这些通道加工和储存信息的容量有限； 3.工作记忆中进一步信息工发生在言语通 道和图像通道这两个不同的表征通道中，通道容量也有限； 4.图文理解是有关一致性形成的主 动加工，在理解过程中，个体根据可得的外部言语信息和图像信息及自身的先前知识，建构一 致的知识结构.(三)应用多媒体技术会带来优质课堂教学，但教学实践中所产生结果并非一直如此。主要问题是： 1. 重视硬件建设，轻视软件开发与应

13、用。 2.教育理论与多媒体技术的融合并不够。 3 夸大了多媒 体在课堂教学中的作用与功效。 4.教师使用多媒体教学的积极性不高12。教师可通过以下方式来促进学生的学习效果：根据认知记忆理论来设计教学信息组块。根 据学生特征分析推测出学生对当前教学内容的认知结构，据此对将呈现的媒体内容预先进行组 块设计。媒体教学信息的设计应根据首因效应和近因效应的特点 13。根据记忆保持规律安排 多媒体教学课件界面的信息内容。根据理解与信息意义规律设计信息呈现方式 14。界面设计 需要考虑学习信息的设计，对信息作启发性设计。信息容量及呈现速度不超过学生认知负荷。 多媒体教学内容呈现应视年龄特征区别对待，对低年级

14、的应知识点少而精，利用媒体优势多角 度多重编码呈现教学内容，突出信息重点和关键部分15。要考虑学生学习过程中的困难、学 生的反应、学生可能提出的问题等，将教学着眼点和重心转向学生。学生自我学习、主动摄取 知识、技能是是学生主体作用的重要表现，有步骤地促进学生自学，注重设计师生双向交流和 促进相互作用、活跃课堂双边活动的课堂形式16。参考文献：1 11王美，何美，鲍贤清.认知心理学视角下的多媒体学习研究J. 扬州大学报(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 龚德英，刘电芝，张大均.元认知监控活动对认知负荷和多媒体学习的影响 J.心理科 学。 2008，31 (4)： 881-882.5 张彤，赵翠霞，郑锡宁。基于认知理论的多媒体教学界面设计研究 J.心理科学， 2004，27 (6)： 1502-1503.6 龚德英，刘电芝，张大均。概述和音乐对认知负荷和多媒体学习的影响 J。心理发展 与教育， 2008，(1)， 86。7 (美)斯蒂芬 K 里德。多媒体学习的认知体系 J，张静，丁峻译。开放教育研究， 2008。(6) :30-31.8 张正做，赵葆华。网络课件评价新维度：多媒体认知理论. J.现代远距离教育， 2008， (2)： 42.9 理查德 E 迈耶著，牛勇，邱香译.多媒体学习 MI.北京：商务印书馆， 2006.10 (希) Haido Samaras 等著，张丽，盛群力编译。多媒体学习研究的演进J。远程 教育杂志 2006，(6)： 24-25.12