基于認知負荷理論的優質教學類PPT設計探析

白康 王旭光 翟永杰 蘇杰 金秀章

[摘 要] 對于線上和線下教學，PPT課件是大多數課程的必備輔助工具。良器在手，需用之有道。提高設計和制作PPT課件的能力成為很多教師提升教學水平的途徑和需求之一。分析目前PPT課件的常見問題和原因，從信息傳遞及加工過程、容量有限原則和圖示理論三方面闡述了認知負荷理論，結合認知負荷理論探究了優質教學類PPT設計原則，基于多通道的優化選擇、信息協作的優化，給出了對應的PPT設計技巧，以及線上線下課程的PPT實例。只有從“學”的角度出發、符合認知規律的PPT才是優秀的PPT，才能輔助教學，成為提升教學效果的助推器。

[關鍵詞] 教學類PPT;認知負荷理論;多通道優化選擇;信息協作;教學效果

[基金項目] 2019—2020年河北省高等教育教學改革研究與實踐項目“基于學習科學和‘課堂派’平臺的課程信息化教學模式研究與實踐”（2019GJJG408）

[作者簡介] 白 康（1982—），女，河北保定人，碩士，華北電力大學自動化系講師，主要從事信號處理與數據分析技術研究;王旭光（1980—），男，河北保定人，博士，華北電力大學自動化系副教授，主要從事時間序列預測、計算機視覺研究;翟永杰（1972—），男，河南漯河人，博士，華北電力大學自動化系教授，主要從事電力視覺、人工智能研究。

[中圖分類號] G434 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）21-0125-04 [收稿日期] 2021-12-12

一、PPT課件問題探因

通過對專家點評數據及學生問卷數據的分析可知，PPT課件應用和制作的常見問題有：缺乏邏輯結構，無重點或重點不清晰;界面設計、色彩搭配不協調;濫用動畫;信息冗余等[1，2]。

他山之石，可以攻玉。從分析中可以看出，很多教師只是把PPT看作教材的電子版，設計的出發點以感性為主，即憑著自己的感覺，缺乏科學和系統的規劃;而且大部分教師是從自己“教”的角度出發，忽視了學生作為學習者在視覺、心理、生理上的感受。這諸多方面的原因都導致教師花費大力氣制作的PPT課件收效甚微，甚至對學生的學習起了反作用。

二、認知負荷理論

有效教學的前提是教學所采取的一切措施和活動都要符合學生的認知規律，即在學習個體認知心理的層面上為有效教學掃除障礙。

認知負荷理論（Cognitive Load Theory）由澳大利亞心理學家約翰·斯威勒（John Sweller）在1988年首次提出。從認知結構的分析到認知負荷的測量，從傳統教學效應到學習者的前知識，從常規的課堂教學到基于計算機的網絡教學，認知負荷理論的研究對象在廣度和深度兩個方面都得到了不斷發展，其對教學的指導作用也越來越受到人們的關注[3-5]。

（一）信息傳遞及加工過程

圖1表明，當人接受信息時，首先要在諸多外部刺激信息中進行選擇，不被注意的信息或者未引起足夠重視的信息就會類似風過無痕般消失。信息進入工作記憶區后，停留時間增強，此時需要和長時記憶區的相關信息不斷進行匹配、對比，反復編碼，促使信息達到理解和應用，才能進入長時記憶區鞏固下來。所以很多學生課堂上覺得對知識已經理解記住了，但下次上課時發現已經遺忘，這正是因為兩次課堂間隔時間內沒有復習或者復習效果不好，新知識沒有進入長時記憶區。當然，進入長時記憶區的內容也不是進入了保險柜，若經常擱置不用，隨著時間推移也會慢慢淡忘，比如很多大學生已經不記得初中時曾經熟記的化學元素周期表。

（二）信息加工容量有限

工作記憶系統同時加工信息的能力是有限度的，一般靜態信息是7±2的模塊量，動態信息是2～3的模塊量，若超出了基本限額，那各類信息就會彼此搶占資源通道、互相干擾，如同道路高峰期堵車一般動彈不得。圖2給出了一個形象的例子：從左到右四個點群，一般大多數人能脫口而出圓點精確數目的是前兩個，對于后面兩個點群就得仔細數一數了。

（三）圖示理論

長時記憶區中的信息是以圖示的形式存儲的。比如，當人聽到“蘋果”時，頭腦中浮現的是這個水果的圖像而不是這三個文字。圖示成了構建信息的良好途徑，且人腦的工作記憶系統對圖示的加工能力比單純的文字要強大高效很多。因此，如果人腦在加工信息時，所需要的內容以圖示的編碼方式存在，能有效地降低信息的加工負荷。

三、PPT優化設計、制作、使用

作為專業教師，綜合考慮認知負荷理論的相關內容，在表達方式、內容呈現、組織形式等方面對PPT加以優化改良，是增強有效教學的可行之路[6]。

（一）多通道的優化選擇

結合圖1可知，教師要想讓學生接受信息，首先就要引起學生的“注意”。引起注意的方式多樣，如問題驅動、懸疑創設、故事啟發等。本文要強調的是“注意”的通道選擇性。

眾所周知，人接受外界信息通過五感，即聽覺、視覺、嗅覺、味覺、觸覺，也被稱為感官通道，因此PPT在呈現內容時要想與教師講課達到良好配合，多通道的優化組合必然比單通道效果要好。比如，教師單純的口頭講述或者PPT只有文字內容時，學生聽課只用到了聽覺、視覺的單一通道，改進方法是教師口述+PPT圖像展示、PPT采用“文字+圖像”或視頻（即畫面+語音），呈現效果更佳。對于有些特殊課程，比如醫學，教師經過合理設計，望聞問切調動學生五感，效果尤佳。因此，在PPT制作及配合教師教學設計方面，要善用多通道的優化選擇原則，也就是讓各類信息在學生的不同感官通道既分道而行保持通暢，又彼此配合。

（二）信息協作的優化原則

考慮到人腦加工信息有限，PPT的內容呈現也要避開誤區。

1.Magic Seven原則[1]。每張幻燈片傳達5個概念最好，7個恰好，超過9個負擔就太重。

2.去掉所有冗余信息。很多教師直接使用PPT模板，而很多模板自帶大量與教學內容無關的圖片，雖然美觀，但會分散“注意”，也會搶占信息加工資源，所以對于這些華而不實的元素應該刪掉。再比如，很多教學PPT濫用動畫，動畫聲音和花式動畫軌跡實際對學生來說都是干擾項，都應去除。

3.保證多通道暢通。采用多通道雖實現了擴容，但各通道之間也需要協調，保證暢通，不可因人為因素造成信息擁堵，加重學習者負擔。

基于此，教師在制作PPT時要重視空間臨近原則[7]。以圖3為例，圖像和對應公式安排在PPT的同一頁面，這樣布局比二者分開在兩頁效果要好，這一點在教師講授新知識時尤為重要。

有些教學PPT在一頁中呈現了大段的文字和圖片，教師使用該頁PPT時又在不停地講述，這就要求學生一心三用，即視覺通道需要同時加工文字和圖像，聽覺通道加工教師語言，很容易超負荷，無法跟上教師的教學節奏，甚至導致學生產生厭學情緒。建議教師留出合理時間讓學生先對此頁內容進行消化，再進行闡述和補充說明，或者增強PPT可視化程度，例如只呈現優質圖像、組織框架等，文字全部刪除或只留下關鍵詞句，以教師講述為主。

4.強調關鍵點。關鍵內容要和其他內容明顯區分，以達到“吸睛”效果。比如關鍵內容的文字字體、字號、顏色改變;對于大段文字提取中心點作為小標題加以強調;講課時對PPT進行實時墨跡書寫等。不過，PPT整體文字字號不可過小，以保證學生在線下教室和線上手機、PC端收看課件時不加重負擔。

5.結構化思考力。根據圖示理論，人腦長時記憶區存儲信息是以圖示的形式，人腦天然就對圖示敏感、加工高效。對于大學很多課程來說，學生上課時認知負荷量本就不低，矛盾的是，PPT的天然展示方式是線性、逐頁，知識如流水一般，學生很容易就順水而下，不知前因后果。教師上課是憑著網狀的思維、講著樹狀的知識結構、用著線性的PPT。顯然，PPT這個固有的局限性對學生理解知識一定會產生阻礙，學生學習時還需逆向重建。尤其在網絡在線教學時，師生云接觸，PPT的局限更會被放大。

顯然，PPT的優化要點之一是善用各類圖表做結構化的展示，以更加適應人腦信息加工特點。這就要求教師講課的過程中，在語言上要注意多強調內容上的承上啟下，多回顧，這是在用聽覺模式幫助學生織網;而對PPT的改良，是用視覺模式幫助學生織網，雙管齊下，雙重加持。

對于每一頁內容，大段的文字可用合適的圖表代替;對于前后邏輯關系，可用合適的圖表展示，若條件許可，建議在頁面整體設計上為上下文留下足夠痕跡。以圖4為例，要點是突出本節標題，暗隱他節標題，本節標題加吸睛標志，如圖4有圖標題欄中的發光三角形。

圖4中，左圖的暗隱他節標題的PPT設計方式，因占用了頁面空間，對于知識量多、公式圖表多的課程可能不太適合。改良方法為：線下教學配合板書;線上教學時可讓結構化生成性板書與PPT課件一屏呈現，課件比例調整好，在屏幕左右兩邊留出空間。如圖5所示，講課時，左邊可用“畫圖”軟件記錄教師的“結構化生成性板書”，右側是彈幕和留言區（以信息化教學平臺“課堂派”為例），實時顯示來自學生的信息。這樣布局，交互性好，且學生可同時看到板書和課件信息，教師也可方便地看到右側彈幕及點擊學生發言，雙方都受益。

結語

PPT課件強調教學功能的實現，其設計必須遵循教育教學的原則與方法。本文從認知負荷理論的視角，從更適應學習者“學”的目的出發，探討了PPT設計的若干方法與技巧。

對于PPT課件制作和設計方面可以提升的環節還有很多，比如吸引學生注意力方面的多維度嘗試、PPT動畫設計、互動設計嵌入等，亟待后續更深入地學習和探索。

參考文獻

[1]張麗娟.高校PPT課件制作及應用問題分析與對策[J].電腦知識與技術，2019，15（22）：207-209.

[2]柯斌.高校PPT課件制作問題分析及策略研究[J].軟件導刊·教育技術，2017（10）：39-41.

[3]吳先強，韋斯林.國外認知負荷理論與有效教學的研究進展及啟示[J].全球教育展望，2009，38（2）：28-31+10.

[4]孫崇勇，李淑蓮.認知負荷理論及其在教學設計中的運用[M].北京：清華大學出版社，2017.

[5]宋艷玲，孟昭鵬，閆雅娟.從認知負荷視角探究翻轉課堂——兼及翻轉課堂的典型模式分析[J].遠程教育雜志，2014，32（1）：105-112.

[6]李姍姍.PPT信息組織與傳遞策略探析——基于認知科學的視角[J].中小學電教，2018（10）：68-70.

[7]理查德·E.梅耶.應用學習科學——心理學大師給教師的建議[M].盛群力，丁旭，鐘麗佳，譯.北京：中國輕工業出版社，2017：25-30.

Analysis of PPT Design for High-quality Teaching Based on Cognitive Load Theory

BAI Kang， WANG Xu-guang， ZHAI Yong-jie， SU Jie， JIN Xiu-zhang

（Department of Automation， North China Electric Power University， Baoding， Hebei 071003， China）

Abstract： For online and offline teaching， PPT courseware is a necessary auxiliary tool for most courses. A good tool should be used in the right way. Improving the ability to design PPT courseware is one of the ways and needs for many teachers to improve their teaching level. This paper first analyzes the common problems and the reasons in the PPT courseware making， and then expounds the cognitive load theory from three aspects： the information transmission and the processing process， the principle of limited capacity， and the graphic theory. Finally， the PPT design principles of high-quality teaching are discussed combined with the cognitive load theory. Based on multi-channel optimization selection and information collaboration optimization， the corresponding PPT design skills and PPT examples of online and offline courses are given. Only from the perspective of “learning” and in line with cognitive law can an excellent PPT courseware be made， which can assist teaching and become a booster to improve the teaching effect.

Key words： teaching PPT; cognitive load theory; multi-channel optimization selection; information collaboration; teaching effect