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多媒体课件设计中如何减轻认知负荷
作者：赵永礼 蒋 凉 高 峰
一､认知负荷理论与多媒体辅助学习
认知负荷理论(Cognitive Load Theory)主要依赖于以容量有限的工作记忆为核心的认知结构的支持,其中工作记忆包括相对独立的视觉､听觉信息加工单元,同时又与容量较大的长时记忆共同承担着对信息的贮存与理解｡认知负荷理论的基本原理反映在以下论点:(1)工作记忆容量是有限的,这使得人们很难同时加工多种来源的信息;(2)学习过程要求将工作记忆积极地用于理解和处理教学材料,并把习得的信息编码储存在长时记忆中,超过了工作记忆的容量,学习将会无效;(3)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｡
在Paivio的双编码理论和Baddeley的工作记忆理论基础上,Mayer等提出了多媒体学习的认知理论模型,该模型认为,人类信息加工系统可分为两个独立的通道:加工听觉输入与言语表征的听觉通道和加工视觉输入与图片表征的视觉通道｡有意义学习要求在听觉通道和视觉通道进行大量的认知加工,这些加工包括学习者注意呈现的材料,组织呈现材料为一个有条理的结构,把呈现材料与大脑中存在的知识进行整合｡由于每个通道的加工容量是有限的,即仅有有限的加工发生在听觉通道,也仅有有限的加工发生在视觉通道,所以在多媒体课件辅助教学中要合理的安排每个信息加工通道的信息量,以保证学习的正常进行｡
二､多媒体课件设计中减轻认知负荷的策略
1.邻近原则减负技术
(1)空间临近原则
格式塔心理学中的接近律表明,人们对知觉场中客体的知觉,是与它们各部分彼此接近或临近的程度联系在一起的｡Mayer和Anderson的研究也认为,当图片和文字说明放在同一页,其学习效果比不在同一页好,与将文字置于图片下方比较而言,将文字嵌入到图片中将会收到更好的效果｡所以当同时呈现文本或图片时,文本应该临近或者嵌入到图片中,如果屏幕文字与相应的图表离得比较远,学生便需消耗有限的认知资源搜索相应的文字和图表,从而导致认知超载｡
(2)时间临近原则
Mayer等人的试验表明,同时呈现(动画和解说)的学习成绩要比相继呈现(先动画后讲解,或反之)好,因为在相继呈现时,学生需要在工作记忆中保存首先呈现的信息的表象表征,需要进行的认知加工便会超过学生的信息加工能力,从而可能导致认知超载｡也就是说工作记忆中的信息存储所要求的额外认知投入会导致认知负荷加重,学习者在平衡基本加工和特征保持两个过程中会出现认知超载现象｡所以当动画和解说都被运用时,动画和解说表达的含义应该一致｡
2.多通道减负技术
当一个信息加工通道被必要加工的认知需求超载时,可以通过另一个信息加工通道来分担处理其中的某些信息｡例如,当课件同时呈现图片和文字时,从认知心理学的角度来看,二者都需要学习者通过视觉信息通道进行加工,这容易导致视觉信息通道的认知超载｡解决此问题的一个方法是以讲解的方式呈现文本,即言语在听觉通道中被加工,图片在视觉通道中被加工,这样,视觉通道的加工要求被减少了,学习者能够更好地选择图片的重要部分进行进一步加工｡Mayer进行的有关多媒体呈现对人类学习的本质和效果方面的研究结果表明,影像与声音通过两个分支接收通道将有助于深层的学习,学生通过文字和图画要比单纯用文字学习效果好,简单的文本或者声音的堆砌,其效果要比图片配上解说差｡
针对这种情况,我们可以把通过一条信息通道呈现的材料分离为通过两条信息通道同时呈现｡
3.清除冗余信息减负技术
有时为给学习者增加学习乐趣,设计者会在课件中加入一些与学习无关的信息,如有趣的图片､声音或背景音乐,这往往会分散学习者对必要加工材料的注意,使学习者将有限的认知资源用于额外认知加工中,使必要加工的认知资源减少,结果是学习者不能将有限的认知资源投入到目标学习中｡Mayer和Moreno以程序性文章作为测试教材,进行不同的媒体组合,研究结果发现,双重视觉条件下由于同一时间必须同时注意两种视觉的信息呈现,会分散学习者的注意力,从而需要较多的时间来学习,所以学习成效上不如单一的视觉加听觉好｡研究还发现,当只出现动画和解说时,要比动画､解说和字幕三者同时出现产生的效果好｡所以,在课件设计时要突出必要加工材料,减少额外信息加工的投入｡
4.形象原则减负技术
研究表明,使用复合媒体时,语音表达的呈现方式比文字呈现的教学效果好,配有解说的动画,要比仅仅配有字幕的动画产生的教学效果好｡从心理学角度来看,使用影像与声音的好处是学习者接收的信息被分割为两个部分,并各自使用独立的加工通道,相对的,使用图形与文字的媒体组合,则视觉通道必须同时接收两种信息,如果能够适当地使用声音媒体辅助图形的呈现,则相对于文字媒体而言将有更大的增强效果｡这条原则要求善用人类视觉与影像､听觉与语意这两个分支的信息加工通道｡例如,多媒体呈现言语和图片时应该有配音,而不仅仅是加以文字说明｡
5.分割减负技术
如果学生的两条信息加工通道(视觉和听觉信息通道)在加工必要信息时都超过了学生的信息加工能力,导致认知超载,这时可以通过分割减负技术来降低认知负荷,即把连续呈现的信息内容划分为适当的信息片段,并使信息片段之间间隔一定的时间｡例如,学生利用配有解说词的动画片学习时,视觉信息通道加工动画片呈现的表象信息,听觉信息通道加工解说词传递的言语信息,如果信息内容丰富､并且呈现速度快,这种情况下,我们可以把连续呈现的信息内容划分为多个信息片段,使学生在选择和组织一个片段的信息后,再呈现下一个片段(助学型课件,可以让学生按标有“继续”的按钮播放下一片段),两个片段间隔足够学生进行认知加工的时间,以此来减轻学生的认知负荷｡
6.提前训练减负技术
有些信息之间的联系性非常密切,这会使得分割减负技术不那么切实可行,这种情况可以通过提前训练的方法解决两个信息通道认知超载的问题｡在认知加工过程中,建构一个心理模型涉及两步:成分模型的建构(每个成分如何工作的描述)和因果模型的建构(系统中一部分的改变如何造成另一部分改变的描述)｡多数的学习过程需要同时建构成分模型和因果模型,如果能提前帮助学生构建成分模型,那么学生在观看多媒体课件时,便只需进行系统加工,从而减轻了认知负担,即学习者接受即将进行的学习系统中成分的提前指导｡
7.标记减负技术
在真实的学习环境下,制作出严格意义上的简洁呈现材料几乎是不可能的,设计者可以将重点内容标记出来,通常采用如下方法:(1)将重点语句用加重字体､颜色或加框标记出来;(2)将图片中的重要信息用箭头指出;(3)使用联系图将相关内容连接起来,帮助学习者在认知的因果链中建立关系;(4)通过重读解说词中的关键词帮助学生选择言语｡通过标注符号的方法帮助学生选择和组织信息,这样学生能更好地理解加工内容,从而减轻认知负担,达到理想的教学效果｡
在制作多媒体课件时,要正确处理认知负荷问题,避免认知超载现象的出现,要避免或减少无益信息对学习者注意的干扰,使多媒体课件与学习者的认知能力相符合｡
参考文献
[1] Kalyuga,S., Chandler,P.,Sweller,J..Learner experience and efficiency of instructional guidance.Educational Psychology.2001,21(1):5-23.
[2] Chandler,P.,Sweller,J..Cognitive Load Theory and the Format of Instruction Cognition&Instruction.1991,8(4):293-332.
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[6] Mayer,R.E.Moreno R..A split-attention effect in multimedia learning:evidence for dual processing systems in working memory.Journal of Educational Psychology,1998,90(2):312-320.
(责任编辑 白文军)