優(yōu)化數(shù)學—多—媒基于體多教媒學體學信習息的的認知原理則論

朱秀梅 唐劍嵐

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

基于人腦的信息加工模型和心理學家維特羅克(M.C.Wittrock)的生成學習理論(Generative Learning)，教育心理學家梅耶(R.Mayer)等人提出了一個多媒體學習的認知理論模型，并進行了大量實驗，提出一些優(yōu)化多媒體教學信息很有啟發(fā)意義的觀點。本文基于多媒體學習的認知理論、結(jié)合數(shù)學學習與教學的規(guī)律，探討優(yōu)化數(shù)學多媒體教學信息的基本原則。

一、多媒體學習認知理論的基本觀點

一般而言，多媒體需要從三個層面理解：承載信息層面，指承載多種信息的技術(shù)設(shè)備（如計算機、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)分這三個層面，就會導致許多誤解。

（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，但從學習的本質(zhì)看只有兩種，其一是言語化表征 (書面語言、口語、數(shù)學符號等特殊符號)。其二是實物、圖形、圖像等視覺化表征。圖形表征是由數(shù)學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，多媒體教學信息主要有視覺信息和聽覺信息。在基于多媒體教學教學中，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，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)計的多媒體教學信息，如果不考慮工作記憶容量有限性特征，經(jīng)常會出現(xiàn)認知超載(cognitive overload)，即學習者需求的認知加工容量超過工作記憶的認知容量，結(jié)果影響學習效果和效率。

（三）有意義的學習過程是主動“選擇-組織-整合”的過程

多媒體學習不是信息獲得，而是主動建構(gòu)意義的過程。在這個過程中，學習者需要在工作記憶中進行大量的認知加工，這些加工包括學習者注意呈現(xiàn)的多媒體信息，組織信息為一個與學習主題一致的結(jié)構(gòu)(如邏輯關(guān)系、因果鏈等)，把呈現(xiàn)信息與長時記憶中先前的知識經(jīng)驗進行整合。具體而言，主動加工包括五種認知加工：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，有時也會反復(fù)進行，這些過程受元認知調(diào)節(jié)和監(jiān)控。

（四）有意義學習的結(jié)果是整合的心理模型

多媒體教學信息經(jīng)過有意義學習過程，在不同時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?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)系與實際的對象和事件具有相關(guān)性；⑥周密的：既有恰當?shù)难哉Z化表征，又有精致的視覺圖像。

二、數(shù)學多媒體教學信息的優(yōu)化設(shè)計原則

教學設(shè)計是運用系統(tǒng)方法將學習理論與教學理論的原理轉(zhuǎn)換成對教學目標(或教學目的)、教學條件、教學方法、教學評價等教學環(huán)節(jié)進行具體計劃的系統(tǒng)化過程。教學設(shè)計是為解決教學實際問題而創(chuàng)設(shè)一個有效的教學系統(tǒng)，其目的和手段是優(yōu)化教學系統(tǒng)中各種因素及其組合，力求學習結(jié)果最優(yōu)化，其基本目標是優(yōu)化多媒體的教學信息，便于學生充分內(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)計數(shù)學教學內(nèi)容時，盡量將數(shù)學教學信息設(shè)計成有意義的“信息包”或組塊，因此也可以叫“組塊原則”?！耙粓D勝千文”就是這個道理。從腦科學來說，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，也是右半球功能發(fā)展的外在促進。因此，在設(shè)計教學內(nèi)容時，盡量進行信息打包設(shè)計。

（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，盡量使用同一數(shù)學學習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)，而非遠離或分離呈現(xiàn)。根據(jù)數(shù)學學習特點、多媒體學習的認知理論，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立，又相互參照。當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，工作記憶不必花費太多的認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行選擇與組織；另外，工作記憶更有可能同時保持剛加工的初步信息，繼續(xù)進行深度意義的加工。

（三）時間臨近原則及應(yīng)用策略

時間臨近原則是指在信息打包時，盡量使同一數(shù)學學習對象的言語化信息和視覺化信息在時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，時間是一種稀缺的資源，要在一節(jié)課達到預(yù)定的教學目標，必然要在有限時間內(nèi)優(yōu)化有效地分配和組織信息，為學生有意義學習提供時間保障。對此，時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，盡量使“信息包”的信息結(jié)構(gòu)與數(shù)學學習對象的結(jié)構(gòu)成分保持一致，剔除與學習對象的結(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)多媒體學習的認知理論和數(shù)學學習的特點，與學習對象不一致、無關(guān)的信息會分散學習者的注意，干擾學習者深入加工；另外，會產(chǎn)生冗余效應(yīng)。因為它們會爭奪工作記憶的認知資源或能量，甚至誤導學習者偏離加工學習對象的活動，從而工作記憶不可能有更多認知資源或能量投入到選擇與組織、轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)譯等高級認知操作中。一致性原則在多媒體教學中具有廣泛指導意義與應(yīng)用價值。然而，在現(xiàn)實的課堂教學中，充滿了大量不一致的信息，特別是在多媒體課件設(shè)計中。譬如，無關(guān)主題的音頻、新奇的動畫等。這些信息原本可以帶給學習者所謂的趣味，結(jié)果卻損傷了有意義的學習過程。

（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，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)于雙通道在學習中的優(yōu)勢，教育史上有很多論述。17世紀，夸美紐斯確定了“通過感覺渠道教一切知識的信條”，認為從感覺開始就能從易到難，教學要充分利用視覺、聽覺、味覺、嗅覺及觸覺的功能，教學順序應(yīng)是實物先于語言，例子先于規(guī)則。20世紀，特瑞克勒(D.G.Treichler)則更精確地斷言，對于一個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，通過視覺的學習占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94%之多。醫(yī)學心理學研究表明，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%，當聽覺和視覺同時接受信息，能夠記憶知識的約占65%。雙通道原則在多媒體教學中具有廣泛的指導意義與應(yīng)用價值，特別對多媒體教學信息的設(shè)計與呈現(xiàn)具有深刻的指導意義。

[1]唐劍嵐.數(shù)學多元表征學習及教學[M].南京：南京師范大學出版社，2009.

[2]何克抗.也論教學設(shè)計與教學論[J].電化教育研究，2001.4.

[3]周加仙，董奇.學習與腦可塑性的研究進展及其教育意義[J].心理科學，2008.1.