借助多媒體，我們真的能更有效的學習嗎？

黃瑋

摘 要：通過闡述大腦的認知過程，揭示在多媒體指導下的學生學習可能存在的認知超負荷問題，并且簡述了九種能夠在多媒體教學中運用的有效減少認知負荷的方法。同時，也提出了對多媒體指導下進行高效學習的未來研究方向。

關鍵詞：多媒體；教學；學習；認知負荷

在教學中應用多媒體技術是為了更有效的幫助學生掌握知識。然而，借助多媒體進行教學，我們真的達到更有效的學習嗎？要回答該問題，我們首先要了解學生是如何在多媒體的指導下進行學習的。這就需要對多媒體學習的認知理論進行研究。

一、多媒體教學和多媒體學習理論的概述

多媒體教學指的是通過文字和圖片進行教學，從事實、概念和程序上匹配學生的語言和圖像發展的一種方式。多媒體學習理論是指人們如何獲得和處理信息等相關認知科學的指導性原則。

如何通過教學來幫助學生進行高效學習一直是研究者所關注的。高效學習的本質是提高有意義學習。有意義學習是深層次理解，包含材料的呈現和將其組織進我們的認知結構中。有意義學習過程中需要大量的認知加工，但是學習者的認知加工能力是有限的。多媒體教學是在科學學習的基礎上，使用高效的方法去呈現材料，用這種方式來學習事物及促進有意義的學習。但是在人們利用多媒體進行學習時，可能會出現認知超負荷現象。在了解認知超負荷之前，我們必須先了解在多媒體條件下我們的大腦是如何進行學習的。

二、大腦學習的認知過程

關于大腦學習的認知過程，已有的研究存在三種假設：雙通道假設，有限容量假設和激活加工假設。

（一）雙通道假設。雙通道假設的核心是Paivio的雙重編碼理論和Baddeley的工作記憶理論中的人類信息加工系統包含兩個獨立的通道——聽覺通道和視覺通道。

（二）有限容量假設。有限容量假設主要來自于Chandler和Sweller的認知負荷理論和Baddeley的工作記憶理論。該理論認為人類信息加工系統的容量是有限的，在任一時刻的聽覺通道和視覺通道中，只能發生有限的認知加工。

（三）激活加工假設。激活加工假設主要來源于Wittrock（1989）的生成學習理論和Mayer的激活學習選擇性組織整合理論。其指的是在聽覺和視覺的通道中需要發生大量的認知加工，包括對當前學習內容的注意、將其組織成流暢的結構以及將其與已有知識進行整合的過程。

根據這三假設就形成了多媒體學習的認知理論。具體如下圖，行代表視聽兩種信息處理通道。列表示知識表征的模式：物理表征、感覺表征、淺層工作記憶表征、深層工作記憶表征和長時記憶表征。信息在物理上和長時記憶中的表征數量可以是無限的，但是能進入工作記憶的信息是有限的。箭頭代表認知加工方向，當外界的信息刺激視聽感官后，學習者根據自身的情況對信息進行初步的篩選，之后進行組織，形成圖式，最后與長時記憶中已有知識進行整合。被激活的知識也會對選擇和組織產生影響[1]。

三、認知超負荷

在認知系統中存在三種認知需求：必要加工、附屬加工和表征的保持。必要加工是指使學習內容意義化的加工，存在五個核心加工過程：選擇文字，選擇圖片，組織文字，組織圖片以及整合。附屬加工是指不需要使內容意義化的加工，雖然不是需要學習的內容，但是在設計學習任務方面，可能會起到很重要的作用，如背景音樂的設置。表征的保持指的是認知加工在工作記憶中要對腦中的表征保持一段時間。對于學習材料進行完整的有意加工通常都包含了必要加工、附屬加工和表征的保持。在借助多媒體進行教學中，通過學習任務誘發學生對學習內容的加工需求超過學生的認知加工能力，這種現象稱為認知超負荷。認知超負荷的發生會降低我們的學習效果，如何在對媒體學習中，避免學生認知超負荷現象的發生就變得尤為重要了[2]。

四、在多媒體學習中，九種方式減少認知負荷

以多媒體學習理論為基礎，Richard E.Mayer和Roxana Moreno經過12年的實證研究，總結了在五種超負荷情況下的九種方式可以減少認知負荷。

（一）分散負荷。當必要加工需求在一個通道上超負荷時，可將一些信息用另一個通道來呈現，從而分散負荷。這啟發教學應盡可能視聽結合來呈現學習內容，能夠促進學生的學習效率。

（二）分段呈現或者預訓練。如果學習的內容很豐富且呈現速度快，學生完成隨后組織整合的加工之前，還必須對不斷呈現的信息進行選擇，這就會給認知容量造成負擔。Mayer和Chandler用實驗證實了可控的階段式呈現的效果比持續呈現的好，這就是所謂的分段效應。

當分階段呈現材料不可行時，可用預訓練的辦法。預訓練就是事先讓學生學習部分信息。心理學認為構建一個心理圖式需要兩步——建立部分圖式（比如每個部分如何工作的表征）以及建立因果圖式（比如在系統中的一個改變是如何引起另一個改變的表征等）。通過對部分的預訓練，學習者能更有效對部分信息進行加工，從而將重點放在構建因果圖式上。

這啟發教學應注重模塊式、分段式講授，在學生有一定的基礎上再進行整體的講授。

（三）汰舊更新和設置標記。如果必要加工和附屬加工使得一個或者雙通道超負荷，可剔除有趣但無關的材料。這樣學生理解多媒體演示的效果更好，這稱為一致性效應。

但在實際教學中，移除所有的修飾信息是不太可能的，這時可設置標記，因為大腦認知能夠通過線索來學習如何選擇和組織材料。通過關鍵詞、圖表等帶有標記的材料來指導學生的認知加工，其能更好的理解多媒體語言，這稱為標記效應。

這啟示教學時制作的PPT應盡量保證簡約性和主體性，同時對重要信息可用加粗、高亮等方法來強調。

（四）調整和剔除冗余。在眼動研究中，Hegartv和Just指出學生傾向于閱讀文字后看相應的圖像。當文字距離對應的圖像很遠時，學生需要用有限的認知資源去尋找相對應的部分。如果文字信息在圖像中，那么大量的附屬加工就可以減少，這種呈現方式，我們稱之為整體呈現。Moreno和Mayer的研究證實了整體呈現效果好于分散呈現。當把文字信息放在靠近對應的動畫時，學生能夠更好的理解多媒體演示，這樣的結果被稱為空間相鄰效應。

在同一PPT中，動畫、旁白和文字同時呈現，就變成了冗余呈現。這樣，學生可能會把認知資源用于分辨文字和動畫。這就加大了附屬加工，減少了必要加工。Mayer和Moreno等人也證實了學生在無冗余呈現時，表現較好。

這啟發制作教學PPT應將相對應的信息放在鄰近位置，同時避免相同的信息重復出現在一個通道中，這樣反而會降低學生的學習效率。

（五）同步化和個體化。視覺和聽覺信息依次呈現，就需要一定的認知容量對先呈現的視覺信息的表征進行保持，這樣就會減少學生的選擇、組織和整合的認知加工容量。直接的解決辦法是將視覺和相對應的聽覺材料同步呈現。Mayer和Moreno等人證實了同時呈現時效果更好，這被稱為時間連續性效應。

當同時呈現不太可能時，就需要保證學生擁有保持加工心理表征的技能。空間能力和完成有意義學習之間的相互作用稱為空間能力效應。高空間能力能用最少的心理能量保持和操控心理圖像。低空間能力學習者不擅長同時呈現，因為他們必須花費很多的認知加工去保持心理圖像。

這啟發教學要注重個體差異，給低空間能力學生匹配高質量多媒體設計來減少認知負荷的方法可能并不有效[3]。

五、運用多媒體學習理論指導教學

Park和Hannafin指出多媒體的教學設計大多數仍然是建立在設計者的直覺想法而不是以實證研究為基礎。近些年，大量文獻表明在學生學習簡短課程的實驗中，成功運用多媒體原則能提高學習效益。

然而，在真實課堂背景下的研究最近才開始，Issa等人的研究表明在回憶測驗中，觀看改進后PPT的表現優于傳統PPT。之后，有研究改進Issa等人的實驗，學習課程變為連續的7個學期，一半課程幻燈片根據Mayer的多媒體原則修改，一半使用傳統的，然后隨機呈現。結果表明在短時和長時記憶的保持上，修改后的幻燈片對學習都更好[4]。

六、未來研究的方向

多媒體學習將是教育心理學研究的重要組成部分。今后的研究將有5個方面趨勢：

1.在減少認知負荷方法方面，今后研究需要對認知負荷進行測量。特別是，對擁有不同先驗知識背景的學習者的認知負荷，同時對教學材料的認知需求也要有所研究。

2.多媒體學習理論的研究對象將從大學生擴展到各個年齡層的學習者。

3.豐富研究所用的材料，而不局限于科技說明文，提高理論的生態效度[5]。

4.在我國，對于多媒體教學的研究，還處于理論或者少數的實驗室研究，今后，應在真實課堂下進行研究。

5.在應用多媒體原則時，關于個體空間能力，協調能力，經驗等差異的研究會進一步深入。

參考文獻：

[1]Roxana Moreno，Richard E. Mayer，Cognitive Principles of Multimedia Learning：The Role of Modality and Contiguity.Educational Psychology Journal，1999，91（ 2），358-368.

[2]Park，B，Flowerday，T，& Brünken，R.（2015）.Cognitive and affective effects of seductive details in multimedia learning.

[3]Richard E.Mayer，Roxana Moreno，Nine Ways to Reduce Cognitive Load in Multimedia Learning. Educational Psychologist，2003，38（1），43-52.

[4]Catherine E.Overson，Applying Multimedia Principles to Slide Shows for Academic Presentation. Applying Science of Learning in Education，2014，252-258.

[5]Wang，Z，& Adesope，O.O.（2014）.Effects of Seductive Details on Multimedia Learning.Journal of Studies in Education，4（3），32-44.

（作者單位：福建師范大學教育學院）