優(yōu)化數(shù)學(xué)—多—媒基于體多教媒學(xué)體學(xué)信習(xí)息的的認(rèn)知原理則論

朱秀梅 唐劍嵐

（朱秀梅：欽州學(xué)院教育學(xué)院學(xué)院，講師。研究方向：數(shù)學(xué)課程與教學(xué)論研究。唐劍嵐：廣西師范大學(xué)數(shù)科院。）

基于人腦的信息加工模型和心理學(xué)家維特羅克(M.C.Wittrock)的生成學(xué)習(xí)理論(Generative Learning)，教育心理學(xué)家梅耶(R.Mayer)等人提出了一個(gè)多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論模型，并進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，提出一些優(yōu)化多媒體教學(xué)信息很有啟發(fā)意義的觀點(diǎn)。本文基于多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論、結(jié)合數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)與教學(xué)的規(guī)律，探討優(yōu)化數(shù)學(xué)多媒體教學(xué)信息的基本原則。

一、多媒體學(xué)習(xí)認(rèn)知理論的基本觀點(diǎn)

一般而言，多媒體需要從三個(gè)層面理解：承載信息層面，指承載多種信息的技術(shù)設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、投影儀等）；表征信息層面，指信息的表示形式（如文本、圖形、聲音等）；信息通道層面，指信息接受的感官通道（視覺或聽覺）。如不能正確區(qū)分這三個(gè)層面，就會(huì)導(dǎo)致許多誤解。

（一）言語化信息和視覺化信息是本質(zhì)不同的兩種信息

雖然信息的表征形式多樣，但從學(xué)習(xí)的本質(zhì)看只有兩種，其一是言語化表征 (書面語言、口語、數(shù)學(xué)符號等特殊符號)。其二是實(shí)物、圖形、圖像等視覺化表征。圖形表征是由數(shù)學(xué)描述的線條和色塊組成的，圖像表征由像素組成。從通道層面看，多媒體教學(xué)信息主要有視覺信息和聽覺信息。在基于多媒體教學(xué)教學(xué)中，經(jīng)由視覺通道加工的信息可以是屏幕文本或圖形，經(jīng)由聽覺通道加工的信息可以是視頻中解說等各種聲音；在基于課本的傳統(tǒng)教學(xué)，經(jīng)由視覺通道加工的信息可以是打印文本、插圖、黑板板書或圖形；經(jīng)由聽覺通道加工的信息主要是教師的解說。

（二）工作記憶加工信息的雙通道

工作記憶加工多媒體信息主要有視覺/圖像通道和聽覺/言語通道，雖然呈現(xiàn)的多媒體信息是無限的，長時(shí)記憶的容量也是無限的，但無論是視覺/圖像通道，還是聽覺/言語通道，它們加工和暫存信息的容量是十分有限的。設(shè)計(jì)的多媒體教學(xué)信息，如果不考慮工作記憶容量有限性特征，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)認(rèn)知超載(cognitive overload)，即學(xué)習(xí)者需求的認(rèn)知加工容量超過工作記憶的認(rèn)知容量，結(jié)果影響學(xué)習(xí)效果和效率。

（三）有意義的學(xué)習(xí)過程是主動(dòng)“選擇-組織-整合”的過程

多媒體學(xué)習(xí)不是信息獲得，而是主動(dòng)建構(gòu)意義的過程。在這個(gè)過程中，學(xué)習(xí)者需要在工作記憶中進(jìn)行大量的認(rèn)知加工，這些加工包括學(xué)習(xí)者注意呈現(xiàn)的多媒體信息，組織信息為一個(gè)與學(xué)習(xí)主題一致的結(jié)構(gòu)(如邏輯關(guān)系、因果鏈等)，把呈現(xiàn)信息與長時(shí)記憶中先前的知識經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行整合。具體而言，主動(dòng)加工包括五種認(rèn)知加工：選擇文字、選擇圖形、組織文字、組織圖片和整合。需要指出的是，對信息的選擇、組織和整合并非總是以線性的順序發(fā)生，有時(shí)也會(huì)反復(fù)進(jìn)行，這些過程受元認(rèn)知調(diào)節(jié)和監(jiān)控。

（四）有意義學(xué)習(xí)的結(jié)果是整合的心理模型

多媒體教學(xué)信息經(jīng)過有意義學(xué)習(xí)過程，在不同時(shí)期的信息表征層次不同，最后生成的是整合的心理模型。整合的心理模型并非容易生成，還需要言語模型與圖像模型之間的協(xié)調(diào)、轉(zhuǎn)譯等深層加工。整合的心理模型是多媒體信息最后內(nèi)化為具有豐富意義的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，它具有如下特征：①簡潔的：簡明扼要且包含足夠的細(xì)節(jié)；②一致的：言語模型與圖像模型具有連貫一致的意義；③具體的：由恰當(dāng)?shù)南嗨茖蛹壦尸F(xiàn)；④概念化的：具有潛在的意義；⑤正確的：對象及其內(nèi)在關(guān)系與實(shí)際的對象和事件具有相關(guān)性；⑥周密的：既有恰當(dāng)?shù)难哉Z化表征，又有精致的視覺圖像。

二、數(shù)學(xué)多媒體教學(xué)信息的優(yōu)化設(shè)計(jì)原則

教學(xué)設(shè)計(jì)是運(yùn)用系統(tǒng)方法將學(xué)習(xí)理論與教學(xué)理論的原理轉(zhuǎn)換成對教學(xué)目標(biāo)(或教學(xué)目的)、教學(xué)條件、教學(xué)方法、教學(xué)評價(jià)等教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行具體計(jì)劃的系統(tǒng)化過程。教學(xué)設(shè)計(jì)是為解決教學(xué)實(shí)際問題而創(chuàng)設(shè)一個(gè)有效的教學(xué)系統(tǒng)，其目的和手段是優(yōu)化教學(xué)系統(tǒng)中各種因素及其組合，力求學(xué)習(xí)結(jié)果最優(yōu)化，其基本目標(biāo)是優(yōu)化多媒體的教學(xué)信息，便于學(xué)生充分內(nèi)化多媒體信息。下面是一些基本原則及其衍生的策略與方法。

（一）信息打包原則及應(yīng)用策略

信息打包原則是指在設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容時(shí)，盡量將數(shù)學(xué)教學(xué)信息設(shè)計(jì)成有意義的“信息包”或組塊，因此也可以叫“組塊原則”?！耙粓D勝千文”就是這個(gè)道理。從腦科學(xué)來說，視覺化信息的內(nèi)化與生成既是人腦右半球的功能所驅(qū)動(dòng)，也是右半球功能發(fā)展的外在促進(jìn)。因此，在設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容時(shí)，盡量進(jìn)行信息打包設(shè)計(jì)。

（二）空間鄰近原則及應(yīng)用策略

空間鄰近原則是指在信息打包時(shí)，盡量使用同一數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)對象的言語化信息和視覺化信息在空間上鄰近或組合呈現(xiàn)，而非遠(yuǎn)離或分離呈現(xiàn)。根據(jù)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)特點(diǎn)、多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論，無論是聽覺/言語工作記憶，還是視覺/圖像工作記憶，它們加工信息既相互獨(dú)立，又相互參照。當(dāng)言語化信息和其對應(yīng)的視覺化信息在空間上彼此鄰近或組合時(shí)，工作記憶不必花費(fèi)太多的認(rèn)知資源或能量去搜索一致的信息，而集中注意對多媒體信息進(jìn)行選擇與組織；另外，工作記憶更有可能同時(shí)保持剛加工的初步信息，繼續(xù)進(jìn)行深度意義的加工。

（三）時(shí)間臨近原則及應(yīng)用策略

時(shí)間臨近原則是指在信息打包時(shí)，盡量使同一數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)對象的言語化信息和視覺化信息在時(shí)間上同步或臨近呈現(xiàn)，而非異步或間斷呈現(xiàn)。相對空間來說，時(shí)間是一種稀缺的資源，要在一節(jié)課達(dá)到預(yù)定的教學(xué)目標(biāo)，必然要在有限時(shí)間內(nèi)優(yōu)化有效地分配和組織信息，為學(xué)生有意義學(xué)習(xí)提供時(shí)間保障。對此，時(shí)間臨近原則提供了某種決策。

（四）一致性原則及應(yīng)用策略

一致性原則是指在信息打包時(shí)，盡量使“信息包”的信息結(jié)構(gòu)與數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)對象的結(jié)構(gòu)成分保持一致，剔除與學(xué)習(xí)對象的結(jié)構(gòu)成分不一致的、無關(guān)的信息，使“信息包”的信息結(jié)構(gòu)保持精簡。根據(jù)多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論和數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，與學(xué)習(xí)對象不一致、無關(guān)的信息會(huì)分散學(xué)習(xí)者的注意，干擾學(xué)習(xí)者深入加工；另外，會(huì)產(chǎn)生冗余效應(yīng)。因?yàn)樗鼈儠?huì)爭奪工作記憶的認(rèn)知資源或能量，甚至誤導(dǎo)學(xué)習(xí)者偏離加工學(xué)習(xí)對象的活動(dòng)，從而工作記憶不可能有更多認(rèn)知資源或能量投入到選擇與組織、轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)譯等高級認(rèn)知操作中。一致性原則在多媒體教學(xué)中具有廣泛指導(dǎo)意義與應(yīng)用價(jià)值。然而，在現(xiàn)實(shí)的課堂教學(xué)中，充滿了大量不一致的信息，特別是在多媒體課件設(shè)計(jì)中。譬如，無關(guān)主題的音頻、新奇的動(dòng)畫等。這些信息原本可以帶給學(xué)習(xí)者所謂的趣味，結(jié)果卻損傷了有意義的學(xué)習(xí)過程。

（五）雙通道原則及應(yīng)用策略

雙通道原則是指在信息打包時(shí)，盡量使“信息包”包含“視覺信息+聽覺信息”，而不是“視覺信息+視覺信息”或“聽覺信息+聽覺信息”。關(guān)于雙通道在學(xué)習(xí)中的優(yōu)勢，教育史上有很多論述。17世紀(jì)，夸美紐斯確定了“通過感覺渠道教一切知識的信條”，認(rèn)為從感覺開始就能從易到難，教學(xué)要充分利用視覺、聽覺、味覺、嗅覺及觸覺的功能，教學(xué)順序應(yīng)是實(shí)物先于語言，例子先于規(guī)則。20世紀(jì)，特瑞克勒(D.G.Treichler)則更精確地?cái)嘌裕瑢τ谝粋€(gè)沒有心理障礙和生理疾病的人來說，用于獲知的所有感官中，通過視覺的學(xué)習(xí)占83%，聽覺占11%，嗅覺占3.5%，觸覺占1.5%，味覺占l%。視覺和聽覺獲取的知識達(dá)94%之多。醫(yī)學(xué)心理學(xué)研究表明，通過聽覺獲取知識能夠記憶的約占15%，視覺獲取知識能夠記憶的約占25%，當(dāng)聽覺和視覺同時(shí)接受信息，能夠記憶知識的約占65%。雙通道原則在多媒體教學(xué)中具有廣泛的指導(dǎo)意義與應(yīng)用價(jià)值，特別對多媒體教學(xué)信息的設(shè)計(jì)與呈現(xiàn)具有深刻的指導(dǎo)意義。

[1]唐劍嵐.數(shù)學(xué)多元表征學(xué)習(xí)及教學(xué)[M].南京：南京師范大學(xué)出版社，2009.

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