多媒体软件设计中降低外在认知负荷水平的有效策略.pdf

2 0 0 8·0 3中小学电教软件研制运用多媒体软件教学时是否能够降低学习者的外在认知负荷水平“是决定软件教学成功与否的重要因素 多媒体软件虽然可以提供丰富、 集成性的信息, 但不是所有的信息都能被学习者加工 如果各种信息没有恰当组合,就会增加学习过程中的外部认知负荷很多学生反映:“多媒体软件呈现的信息过多,无法在短短的一堂课中全部消化吸收”、 “注意力全部集中到软件运用的各种视音频、 动画技术, 而忽视了教学内容”等 , 有的学生甚至认为“学习效果不如传统课堂”因此, 如何组织多媒体的信息呈现方式,使学习者注意学习内容并将其转移到短时记忆中去, 减少外部认知负荷, 增加相关认知负荷,并使总认知负荷不超出学习者的工作记忆能量限度, 成为多媒体软件设计的关键所在一、 认知负荷理论认知负荷理论(C o g n i t i v eL o a dT h e o r y)源自欧美的“人体工学”、 “人因科学”———心智工作负荷, 心智工作负荷是指对“任务”所知觉到需付出的“心智努力”以及任务对“自己”的困难度J o h nS w e lle r将认知负荷理论(C L T) 引入教育界,提出学习目的在于获得学习的概念———形成基模———建立解题策略与模式,过程中的无关讯息会占据“工作记忆”形成“认知负荷”。

工作记忆(w o r k i n gm e m o r y) 是一种对信息进行暂时性的加工和贮存的能量有限的记忆系统, 对于语言理解、 学习、 推理、思维等复杂认知任务的完成起关键作用在教学中通过教学设计降低外在认知负荷的水平,可以使工作记忆的容量更多地集中于将要学习的材料中,从而促进学生的学习认知负荷理论认为, 有限的工作记忆容量, 使得人们很难同时加工多种来源的信息 当某种知识(或图式)含有多种相互作用的元素时, 这些知识将加重认知负荷 如果要学习的知识所引起的认知负荷相对较低时,那么教学设计所引起的认知负荷对学习效果的影响较弱 反之,这 种 教 学 设 计 所 引 起 的 认 知 负 荷 对 于 学 习 是 至 关 重 要的长时记忆系统中储存有大量的图式, 这些图式被提取到工作记忆系统中, 并可以作为单个元素进行处理工作记忆负荷主要来源于知识与技能本身和教学设计, 它们所引起的认知负荷具有不同的特点由图式本身引 起 的 认 知 负 荷 称 为 “ 内 在 认 知 负 荷 ”(i n t r i n s i cc o g n i t i v elo a d), 由教学设计(如材料呈现方式和要求学生从事的活动)引起的工作记忆负荷称为“外在认知负荷” (e x t r a n e o u sc o g n i t i v elo a d)。

二、 外在认知负荷存在的前提根据认知负荷理论, “内在认知负荷”是由学习材料的性质引起的, 是教材本身要素间相互关联程度当学习材料具有高元素交互性而学习者又未充分掌握适宜的图式时, 就会出现高内在认知负荷内在认知负荷是基本的负荷, 它无法经由教学设计来降低外在认知负荷”是由教学材料的设计引起的,当学习者加工那些没有经过良好设计所呈现的学习材料时, 要付出更多的努力, 因为人类信息加工容量是有限的,只能同时对有限数量的信息加以接受,这样学习者在学习时便加重了其工作记忆的负担由此可见, 外在认知负荷存在的前提是注意的选择性以及工作记忆容量的有限性认知负荷理论以及外在认知负荷存在的前提为教学设计提供了强有力的理论支持,特别是当今多媒体技术高速发展的时代,多媒体软件的设计开发只有充分考虑引起外在认知负荷的多种因素,才能真正发挥其优化教学的巨大作用三、 多媒体软件设计中降低外在认知负荷水平 的有效策略( 一) 合理组织材料, 适当归类并设计导航链接1 .多媒体软件在对材料进行组织时, 要注意进行归类,把握整体与局部的关系,为学习者呈现一个程序性知识界面进行多媒体软件设计时, 把材料分成小单元, 再把这多媒体软件设计中降低外在 认知负荷水平的有效策略☆王爱文王朋娇6 62 0 0 8·0 3中小学电教些单元归到适当的类别里, 并设计好相关导航链接, 学习者在学习时便可以根据需要方便地搜索到学习材料。

这样人为地减少综合性问题中各个要素进行关联,将不同的要素内容进行分离性呈现,使得学习者的工作记忆部分是进行串行加工而不是并行加工,从而降低学习者的外部认知负荷水平下面以中学化学 《二氧化碳的制取》 多媒体课件(P P T)设计为例, 介绍一下如何将材料进行归类课件设计时, 为了便于学生明确所要学习的知识内容, 可将知识材料分为四个单元, 如图1所示: “知识回顾”、 “本课内容”、 “课堂练习”、 “课后作业”对每个单元都设计有导航链接, 而对于各个单元下的材料也进行具体归类,分离呈现, 如图2所示, “本课内容”单元模块下又细划分了许多相关的学习材料,同样对不同学习材料都设计有超链接图1总体知识界面图2单元内容界面2 .多媒体软件在组织教学材料时, 应该采取合理的组织形式, 使学生减少因信息来源的分散而进行的不必要的心理整合如 果 软 件 中 需 要 提 供 图 表 和 文 本 等 多 种 信 息 资 源时, 应该把它们整合在一起, 而不是把注解文字放在图的外面或其他地方, 否则学生不得不在文图之间分配注意,影响学习速度也就是说, 应该同时而不是相继地(时间接近性), 应该邻近而不是远离地(空间接近性)呈现相应的词与图信息。

如图3所示, 在对“二氧化碳的制取步骤”知识内容进行呈现时 , 课件设计将图与文字信息有效地整合起来, 图中配有相应的文字解释图3制取步骤图文结合界面按照多媒体学习认知理论,当学习者能够在工作记忆中在相应的视觉和语词表征之间建立联系时就出现了有意义学习 如果动画和叙述在时间上是协调的, 学习者就更可能同时把相应的视觉和语言表征保持在工作记忆中对比之下, 在相继呈现条件下, 工作记忆能量的有限性使相应的视觉表征和语词表征不能同时出现在工作记忆中, 从而会影响到两者的信息整合同样, 当文字与相应的图像在屏幕上彼此相邻时,学习者可以最短的视觉搜索找到相应的视觉与文字信息,这样也就容易在它们之间建立联系而促进信息整合, 避免学习者分散注意, 从而降低学习者的外部认知负荷水平 二) 合理选择材料呈现方式, 减少冗余信息根据“注意力分散效应”的原理, “当词以屏幕文本方式呈现时, 至少在最初, 它们必须与图片、 动画或视频图像一起通过视觉系统进行加工 这样, 文本与图将竞争视觉资源 , 引起视觉‘注意力分散效应 ’ (s p li t - a t t e n t i o ne f f e c t)。

多媒体软件虽然强调以图文整合来呈现信息, 然而,过分地突出多媒体的“多”, 就会产生许多冗余信息, 从而产生“注意力分散效应” 例如: 采用动画、 叙述与屏幕文本的多媒体组合, 就是这样的表现 很多软件设计者认为,采用这种冗余方式可使学习者能够选择最适合自己学习偏好的信息呈现方式 但是研究表明, 不适宜的冗余信息会分散学习者的注意力和引起工作记忆超负荷, 最终导致没有足够的认知能量来建立视觉与语词表征的联系, 导致学习者的学习效果下降同样以图3为例, 在对“二氧化碳的制取步骤”知识内容进行呈现时, 如果过分强调多种媒体, 在课件设计时, 既有图像又增添大量文字对每一步骤都进行详细阐述,学生很难明确该把注意力集中在何处, 甚至会出现“捡了芝麻, 丢了西瓜”的现象因此,多媒体软件设计时应根据需要选择材料的呈现方式, 不要贪“多”而要注重“精”与“准”, 这样学习者才能将注意力集中在真正应该掌握的学习内容上, 不被其他无用的冗余信息所干扰,从而降低外在认知负荷水平 三) 将材料加以注释, 建立新旧知识间的联系, 用已有图式将新信息合理化当前很多多媒体软件都存在着一个共同的问题 , 就是教学软件成为了材料的堆砌,使得学习者面对大量的材料却不知重点何在, 从而出现“盲目学习”或者“无意义学习”的现象。

这样不仅增加了学习者的视觉疲劳, 更加引起工作记忆的负担1 .多媒体软件设计时, 要尽量避免呈现过多的材料比如用P P T制作课件时,每张幻灯片里呈现的应该是具有概括性的、 能够阐明主旨的简短精悍的内容, 而且对于那些包含重点、难点的材料应该用特殊的符号加以软件研制6 72 0 0 8·0 3中小学电教注释: 将复述中的重点词句加着重号; 将动画中的重要图像由红或蓝色箭头标出; 将重要词语加框; 使用联系图将要加工的各部分内容连接起来,帮助学习者在知识的因果链中建立联系这样学习者在有标记的情况下能有效地控制自己的认知加工过程, 更好地理解加工内容 如图4所示, 关于二氧化碳的制取中的重点知识———“实验室制取二氧化碳能否用稀硫酸代替稀盐酸”, 呈现时用“友情提示”并配以特殊符号加以突出强调在对其原因进行解释时, 用化学公式加以说明, 幻灯片中呈现的内容精炼但重点突出图4重点知识提示界面2 .对于意义性较强的学习材料要设计一些相关的原有知识的导航链接, 从而建立新旧知识间的联系如图1总体知识界面中设计的“知识回顾”单元模块,为学生在学习二氧化碳的制取之前回顾原有知识联系, 这样学习者在学习新知识时, 可以根据头脑中已有的图式使新信息合理化。

S w e lle r和其同事在多项研究中发现, 问题解决中图式的获得与认知负荷有密切的关系 图式是一种认知结构, 是领域专门知识的表征方式, 它允许问题解决者根据问题解决方式对问题进行分类如果学习者有与所学材料相应的图式,他就有可能以更大的组块记忆新的材料, 也能把新知识直接归入已有认知结构,直接调用原有知识来学习新知识,从而有助于新图式的获得, 降低学习者的外在认知负荷水平 四) 让学习者控制学习材料的呈现多媒体软件的一个突出特点是强调建构学习,即以学习者有意义的自主学习为主然而目前这一特点并没有明显地表现出来,因为很多教学工作者在设计多媒体软件时, 仅仅把它看作是一种教学材料的呈现工具, 让学习内容没有停顿地一直进行下去,学习者无法与软件进行“人机交互” 一直呈现的图画和文字可能会超过学习者的工作记忆,学习者将大量的注意力放在简单的接受输入的文字和图画,因而没有足够的工作记忆容量去将输入的材料与已有的知识整合起来认知心理学认为,工作记忆至少有两条信息加工通道 , 如 视 觉 通 道 和 听 觉 通 道 , 每 个 通 道( 或 工 作 记 忆 类型)的容量都有限每个通道的认知加工的主要任务包括选择相关的信息进入更深层次的加工,组织选择的信息进入一个整体的呈现当中,并将视觉和听觉的呈现同长期记忆中其它相关的材料整合在一起。

因此, 在设计多媒体软件时, 应为学习者提供一个自主控制的平台,由学习者来控制学习材料的呈现如:《二氧化碳的制取》 多媒体课件在每一页面的右下角都设计有导航图标, 方便学习者自主控制, 当他们对某一部分的学习内容充分理解后, 再进行下一部分的学习, 这样学习者可以把所有的加工容量都用来加工这部分的学习内容,因此就有更多的机会将相关的信息与已有知识结合起来, 降低工作记忆的认知负荷, 进而降低外在认知负荷水平四、 结束语总之,多媒体软件设计的好坏在于是否能够降低学习者的外在认知负荷水平,只有全面分析学习者的认知加工过程, 选择有效的设计策略, 才能真正发挥多媒体软件在教学中的优势[参考文献][ 1 ]陈光耀,汪义凤.认知负荷理论及其在E - L e a r n i n g中的应用[ J ] .教育技术导刊, 2 0 0 7 ,(2).[ 2 ]杨哲,钟生海.基于认知负荷理论的网络课程设计研究[ J ] .现代远距离教育, 2 0 0 7 ,(3).[ 3 ]樊建华,金志成.认知负荷理论与多媒体学习软件[ J ] .中国电化教育, 2 0 0 6 ,(8).[ 4 ]曾巍.基于认知负荷理论的网络课程界面设计研究[ J ] .教育技术导刊, 2 0。