基于認(rèn)知負(fù)荷理論的優(yōu)質(zhì)教學(xué)類(lèi)PPT設(shè)計(jì)探析

白康 王旭光 翟永杰 蘇杰 金秀章

[摘 要] 對(duì)于線上和線下教學(xué)，PPT課件是大多數(shù)課程的必備輔助工具。良器在手，需用之有道。提高設(shè)計(jì)和制作PPT課件的能力成為很多教師提升教學(xué)水平的途徑和需求之一。分析目前PPT課件的常見(jiàn)問(wèn)題和原因，從信息傳遞及加工過(guò)程、容量有限原則和圖示理論三方面闡述了認(rèn)知負(fù)荷理論，結(jié)合認(rèn)知負(fù)荷理論探究了優(yōu)質(zhì)教學(xué)類(lèi)PPT設(shè)計(jì)原則，基于多通道的優(yōu)化選擇、信息協(xié)作的優(yōu)化，給出了對(duì)應(yīng)的PPT設(shè)計(jì)技巧，以及線上線下課程的PPT實(shí)例。只有從“學(xué)”的角度出發(fā)、符合認(rèn)知規(guī)律的PPT才是優(yōu)秀的PPT，才能輔助教學(xué)，成為提升教學(xué)效果的助推器。

[關(guān)鍵詞] 教學(xué)類(lèi)PPT;認(rèn)知負(fù)荷理論;多通道優(yōu)化選擇;信息協(xié)作;教學(xué)效果

[基金項(xiàng)目] 2019—2020年河北省高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目“基于學(xué)習(xí)科學(xué)和‘課堂派’平臺(tái)的課程信息化教學(xué)模式研究與實(shí)踐”（2019GJJG408）

[作者簡(jiǎn)介] 白 康（1982—），女，河北保定人，碩士，華北電力大學(xué)自動(dòng)化系講師，主要從事信號(hào)處理與數(shù)據(jù)分析技術(shù)研究;王旭光（1980—），男，河北保定人，博士，華北電力大學(xué)自動(dòng)化系副教授，主要從事時(shí)間序列預(yù)測(cè)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究;翟永杰（1972—），男，河南漯河人，博士，華北電力大學(xué)自動(dòng)化系教授，主要從事電力視覺(jué)、人工智能研究。

[中圖分類(lèi)號(hào)] G434 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-9324（2022）21-0125-04 [收稿日期] 2021-12-12

一、PPT課件問(wèn)題探因

通過(guò)對(duì)專(zhuān)家點(diǎn)評(píng)數(shù)據(jù)及學(xué)生問(wèn)卷數(shù)據(jù)的分析可知，PPT課件應(yīng)用和制作的常見(jiàn)問(wèn)題有：缺乏邏輯結(jié)構(gòu)，無(wú)重點(diǎn)或重點(diǎn)不清晰;界面設(shè)計(jì)、色彩搭配不協(xié)調(diào);濫用動(dòng)畫(huà);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(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)以感性為主，即憑著自己的感覺(jué)，缺乏科學(xué)和系統(tǒng)的規(guī)劃;而且大部分教師是從自己“教”的角度出發(fā)，忽視了學(xué)生作為學(xué)習(xí)者在視覺(jué)、心理、生理上的感受。這諸多方面的原因都導(dǎo)致教師花費(fèi)大力氣制作的PPT課件收效甚微，甚至對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)起了反作用。

二、認(rèn)知負(fù)荷理論

有效教學(xué)的前提是教學(xué)所采取的一切措施和活動(dòng)都要符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，即在學(xué)習(xí)個(gè)體認(rèn)知心理的層面上為有效教學(xué)掃除障礙。

認(rèn)知負(fù)荷理論（Cognitive Load Theory）由澳大利亞心理學(xué)家約翰·斯威勒（John Sweller）在1988年首次提出。從認(rèn)知結(jié)構(gòu)的分析到認(rèn)知負(fù)荷的測(cè)量，從傳統(tǒng)教學(xué)效應(yīng)到學(xué)習(xí)者的前知識(shí)，從常規(guī)的課堂教學(xué)到基于計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，認(rèn)知負(fù)荷理論的研究對(duì)象在廣度和深度兩個(gè)方面都得到了不斷發(fā)展，其對(duì)教學(xué)的指導(dǎo)作用也越來(lái)越受到人們的關(guān)注[3-5]。

（一）信息傳遞及加工過(guò)程

圖1表明，當(dāng)人接受信息時(shí)，首先要在諸多外部刺激信息中進(jìn)行選擇，不被注意的信息或者未引起足夠重視的信息就會(huì)類(lèi)似風(fēng)過(guò)無(wú)痕般消失。信息進(jìn)入工作記憶區(qū)后，停留時(shí)間增強(qiáng)，此時(shí)需要和長(zhǎng)時(shí)記憶區(qū)的相關(guān)信息不斷進(jìn)行匹配、對(duì)比，反復(fù)編碼，促使信息達(dá)到理解和應(yīng)用，才能進(jìn)入長(zhǎng)時(shí)記憶區(qū)鞏固下來(lái)。所以很多學(xué)生課堂上覺(jué)得對(duì)知識(shí)已經(jīng)理解記住了，但下次上課時(shí)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)遺忘，這正是因?yàn)閮纱握n堂間隔時(shí)間內(nèi)沒(méi)有復(fù)習(xí)或者復(fù)習(xí)效果不好，新知識(shí)沒(méi)有進(jìn)入長(zhǎng)時(shí)記憶區(qū)。當(dāng)然，進(jìn)入長(zhǎng)時(shí)記憶區(qū)的內(nèi)容也不是進(jìn)入了保險(xiǎn)柜，若經(jīng)常擱置不用，隨著時(shí)間推移也會(huì)慢慢淡忘，比如很多大學(xué)生已經(jīng)不記得初中時(shí)曾經(jīng)熟記的化學(xué)元素周期表。

（二）信息加工容量有限

工作記憶系統(tǒng)同時(shí)加工信息的能力是有限度的，一般靜態(tài)信息是7±2的模塊量，動(dòng)態(tài)信息是2～3的模塊量，若超出了基本限額，那各類(lèi)信息就會(huì)彼此搶占資源通道、互相干擾，如同道路高峰期堵車(chē)一般動(dòng)彈不得。圖2給出了一個(gè)形象的例子：從左到右四個(gè)點(diǎn)群，一般大多數(shù)人能脫口而出圓點(diǎn)精確數(shù)目的是前兩個(gè)，對(duì)于后面兩個(gè)點(diǎn)群就得仔細(xì)數(shù)一數(shù)了。

（三）圖示理論

長(zhǎng)時(shí)記憶區(qū)中的信息是以圖示的形式存儲(chǔ)的。比如，當(dāng)人聽(tīng)到“蘋(píng)果”時(shí)，頭腦中浮現(xiàn)的是這個(gè)水果的圖像而不是這三個(gè)文字。圖示成了構(gòu)建信息的良好途徑，且人腦的工作記憶系統(tǒng)對(duì)圖示的加工能力比單純的文字要強(qiáng)大高效很多。因此，如果人腦在加工信息時(shí)，所需要的內(nèi)容以圖示的編碼方式存在，能有效地降低信息的加工負(fù)荷。

三、PPT優(yōu)化設(shè)計(jì)、制作、使用

作為專(zhuān)業(yè)教師，綜合考慮認(rèn)知負(fù)荷理論的相關(guān)內(nèi)容，在表達(dá)方式、內(nèi)容呈現(xiàn)、組織形式等方面對(duì)PPT加以?xún)?yōu)化改良，是增強(qiáng)有效教學(xué)的可行之路[6]。

（一）多通道的優(yōu)化選擇

結(jié)合圖1可知，教師要想讓學(xué)生接受信息，首先就要引起學(xué)生的“注意”。引起注意的方式多樣，如問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、懸疑創(chuàng)設(shè)、故事啟發(fā)等。本文要強(qiáng)調(diào)的是“注意”的通道選擇性。

眾所周知，人接受外界信息通過(guò)五感，即聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)、觸覺(jué)，也被稱(chēng)為感官通道，因此PPT在呈現(xiàn)內(nèi)容時(shí)要想與教師講課達(dá)到良好配合，多通道的優(yōu)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(nèi)容時(shí)，學(xué)生聽(tīng)課只用到了聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)的單一通道，改進(jìn)方法是教師口述+PPT圖像展示、PPT采用“文字+圖像”或視頻（即畫(huà)面+語(yǔ)音），呈現(xiàn)效果更佳。對(duì)于有些特殊課程，比如醫(yī)學(xué)，教師經(jīng)過(guò)合理設(shè)計(jì)，望聞問(wèn)切調(diào)動(dòng)學(xué)生五感，效果尤佳。因此，在PPT制作及配合教師教學(xué)設(shè)計(jì)方面，要善用多通道的優(yōu)化選擇原則，也就是讓各類(lèi)信息在學(xué)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(xié)作的優(yōu)化原則

考慮到人腦加工信息有限，PPT的內(nèi)容呈現(xiàn)也要避開(kāi)誤區(qū)。

1.Magic Seven原則[1]。每張幻燈片傳達(dá)5個(gè)概念最好，7個(gè)恰好，超過(guò)9個(gè)負(fù)擔(dān)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(xué)內(nèi)容無(wú)關(guān)的圖片，雖然美觀，但會(huì)分散“注意”，也會(huì)搶占信息加工資源，所以對(duì)于這些華而不實(shí)的元素應(yīng)該刪掉。再比如，很多教學(xué)PPT濫用動(dòng)畫(huà)，動(dòng)畫(huà)聲音和花式動(dòng)畫(huà)軌跡實(shí)際對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)都是干擾項(xiàng)，都應(yīng)去除。

3.保證多通道暢通。采用多通道雖實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)容，但各通道之間也需要協(xié)調(diào)，保證暢通，不可因人為因素造成信息擁堵，加重學(xué)習(xí)者負(fù)擔(dān)。

基于此，教師在制作PPT時(shí)要重視空間臨近原則[7]。以圖3為例，圖像和對(duì)應(yīng)公式安排在PPT的同一頁(yè)面，這樣布局比二者分開(kāi)在兩頁(yè)效果要好，這一點(diǎn)在教師講授新知識(shí)時(shí)尤為重要。

有些教學(xué)PPT在一頁(yè)中呈現(xiàn)了大段的文字和圖片，教師使用該頁(yè)P(yáng)PT時(shí)又在不停地講述，這就要求學(xué)生一心三用，即視覺(jué)通道需要同時(shí)加工文字和圖像，聽(tīng)覺(jué)通道加工教師語(yǔ)言，很容易超負(fù)荷，無(wú)法跟上教師的教學(xué)節(jié)奏，甚至導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒。建議教師留出合理時(shí)間讓學(xué)生先對(duì)此頁(yè)內(nèi)容進(jìn)行消化，再進(jìn)行闡述和補(bǔ)充說(shuō)明，或者增強(qiáng)PPT可視化程度，例如只呈現(xiàn)優(yōu)質(zhì)圖像、組織框架等，文字全部刪除或只留下關(guān)鍵詞句，以教師講述為主。

4.強(qiáng)調(diào)關(guān)鍵點(diǎn)。關(guān)鍵內(nèi)容要和其他內(nèi)容明顯區(qū)分，以達(dá)到“吸睛”效果。比如關(guān)鍵內(nèi)容的文字字體、字號(hào)、顏色改變;對(duì)于大段文字提取中心點(diǎn)作為小標(biāo)題加以強(qiáng)調(diào);講課時(shí)對(duì)PPT進(jìn)行實(shí)時(shí)墨跡書(shū)寫(xiě)等。不過(guò)，PPT整體文字字號(hào)不可過(guò)小，以保證學(xué)生在線下教室和線上手機(jī)、PC端收看課件時(shí)不加重負(fù)擔(dān)。

5.結(jié)構(gòu)化思考力。根據(jù)圖示理論，人腦長(zhǎng)時(shí)記憶區(qū)存儲(chǔ)信息是以圖示的形式，人腦天然就對(duì)圖示敏感、加工高效。對(duì)于大學(xué)很多課程來(lái)說(shuō)，學(xué)生上課時(shí)認(rèn)知負(fù)荷量本就不低，矛盾的是，PPT的天然展示方式是線性、逐頁(yè)，知識(shí)如流水一般，學(xué)生很容易就順?biāo)?，不知前因后果。教師上課是憑著網(wǎng)狀的思維、講著樹(shù)狀的知識(shí)結(jié)構(gòu)、用著線性的PPT。顯然，PPT這個(gè)固有的局限性對(duì)學(xué)生理解知識(shí)一定會(huì)產(chǎn)生阻礙，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)還需逆向重建。尤其在網(wǎng)絡(luò)在線教學(xué)時(shí)，師生云接觸，PPT的局限更會(huì)被放大。

顯然，PPT的優(yōu)化要點(diǎn)之一是善用各類(lèi)圖表做結(jié)構(gòu)化的展示，以更加適應(yīng)人腦信息加工特點(diǎn)。這就要求教師講課的過(guò)程中，在語(yǔ)言上要注意多強(qiáng)調(diào)內(nèi)容上的承上啟下，多回顧，這是在用聽(tīng)覺(jué)模式幫助學(xué)生織網(wǎng);而對(duì)PPT的改良，是用視覺(jué)模式幫助學(xué)生織網(wǎng)，雙管齊下，雙重加持。

對(duì)于每一頁(yè)內(nèi)容，大段的文字可用合適的圖表代替;對(duì)于前后邏輯關(guān)系，可用合適的圖表展示，若條件許可，建議在頁(yè)面整體設(shè)計(jì)上為上下文留下足夠痕跡。以圖4為例，要點(diǎn)是突出本節(jié)標(biāo)題，暗隱他節(jié)標(biāo)題，本節(jié)標(biāo)題加吸睛標(biāo)志，如圖4有圖標(biāo)題欄中的發(fā)光三角形。

圖4中，左圖的暗隱他節(jié)標(biāo)題的PPT設(shè)計(jì)方式，因占用了頁(yè)面空間，對(duì)于知識(shí)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(xué)配合板書(shū);線上教學(xué)時(shí)可讓結(jié)構(gòu)化生成性板書(shū)與PPT課件一屏呈現(xiàn)，課件比例調(diào)整好，在屏幕左右兩邊留出空間。如圖5所示，講課時(shí)，左邊可用“畫(huà)圖”軟件記錄教師的“結(jié)構(gòu)化生成性板書(shū)”，右側(cè)是彈幕和留言區(qū)（以信息化教學(xué)平臺(tái)“課堂派”為例），實(shí)時(shí)顯示來(lái)自學(xué)生的信息。這樣布局，交互性好，且學(xué)生可同時(shí)看到板書(shū)和課件信息，教師也可方便地看到右側(cè)彈幕及點(diǎn)擊學(xué)生發(fā)言，雙方都受益。

結(jié)語(yǔ)

PPT課件強(qiáng)調(diào)教學(xué)功能的實(shí)現(xiàn)，其設(shè)計(jì)必須遵循教育教學(xué)的原則與方法。本文從認(rèn)知負(fù)荷理論的視角，從更適應(yīng)學(xué)習(xí)者“學(xué)”的目的出發(fā)，探討了PPT設(shè)計(jì)的若干方法與技巧。

對(duì)于PPT課件制作和設(shè)計(jì)方面可以提升的環(huán)節(jié)還有很多，比如吸引學(xué)生注意力方面的多維度嘗試、PPT動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)、互動(dòng)設(shè)計(jì)嵌入等，亟待后續(xù)更深入地學(xué)習(xí)和探索。

參考文獻(xiàn)

[1]張麗娟.高校PPT課件制作及應(yīng)用問(wèn)題分析與對(duì)策[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2019，15（22）：207-209.

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

[3]吳先強(qiáng)，韋斯林.國(guó)外認(rèn)知負(fù)荷理論與有效教學(xué)的研究進(jìn)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(rèn)知負(fù)荷理論及其在教學(xué)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2017.

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

[6]李?yuàn)檴?PPT信息組織與傳遞策略探析——基于認(rèn)知科學(xué)的視角[J].中小學(xué)電教，2018（10）：68-70.

[7]理查德·E.梅耶.應(yīng)用學(xué)習(xí)科學(xué)——心理學(xué)大師給教師的建議[M].盛群力，丁旭，鐘麗佳，譯.北京：中國(guó)輕工業(yè)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 “l(fā)earning” 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