課堂多媒體數(shù)學(xué)課件設(shè)計(jì)探析

☆ 宋西紅

（廣東省財(cái)政職業(yè)技術(shù)學(xué)校 ，廣東廣州 510445）

一、引言

信息技術(shù)與數(shù)學(xué)課程的整合已成為數(shù)學(xué)教育改革的熱點(diǎn)問(wèn)題，因此，數(shù)學(xué)多媒體課件走進(jìn)數(shù)學(xué)課堂也已成為一種趨勢(shì)，其質(zhì)量高低將直接影響課堂教學(xué)的效果。通過(guò)調(diào)查研究發(fā)布在網(wǎng)上的數(shù)學(xué)課件和各地教師課堂使用的數(shù)學(xué)課件，發(fā)現(xiàn)有相當(dāng)比例的數(shù)學(xué)課件的設(shè)計(jì)存在問(wèn)題，沒(méi)有考慮教育學(xué)原則及學(xué)生的學(xué)習(xí)心理，影響了教學(xué)效果。因而筆者對(duì)課堂多媒體數(shù)學(xué)課件的設(shè)計(jì)加以探析，以期對(duì)數(shù)學(xué)課件的制作及數(shù)學(xué)教學(xué)的有效開(kāi)展有一定的指導(dǎo)作用。

二、課堂多媒體數(shù)學(xué)課件設(shè)計(jì)的理論依據(jù)

課堂多媒體數(shù)學(xué)課件屬于多媒體輔助教學(xué)課件，通過(guò)多媒體技術(shù)對(duì)文本、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)等進(jìn)行綜合處理來(lái)實(shí)施教學(xué)過(guò)程，向?qū)W生傳遞教學(xué)信息，其設(shè)計(jì)應(yīng)建立在以下理論基礎(chǔ)之上：

（一）雙重編碼理論

雙重編碼理論是由美國(guó)心理學(xué)家佩維奧（Paivio）提出：認(rèn)為學(xué)習(xí)的認(rèn)知過(guò)程包含視覺(jué)、言語(yǔ)兩個(gè)加工系統(tǒng)，當(dāng)建構(gòu)基于言語(yǔ)和視覺(jué)時(shí)，學(xué)習(xí)者在言語(yǔ)短時(shí)記憶和視覺(jué)短時(shí)記憶之間建立連貫的心理表征，并在言語(yǔ)和視覺(jué)表征之間建立系統(tǒng)的聯(lián)系后，發(fā)生有意義的學(xué)習(xí)。因此，可通過(guò)同時(shí)用視覺(jué)和語(yǔ)言的形式呈現(xiàn)信息來(lái)增強(qiáng)信息的回憶與識(shí)別。Paivio后來(lái)又通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)大腦對(duì)于形象材料的記憶效果和記憶速度要好于語(yǔ)義記憶的效果和速度[1]。雙重編碼理論是課堂多媒體數(shù)學(xué)課件設(shè)計(jì)與使用的重要理論依據(jù)。

（二）認(rèn)知負(fù)荷理論

認(rèn)知負(fù)荷理論是上世紀(jì)80年代由澳大利亞認(rèn)知心理學(xué)家John Sweller提出，現(xiàn)已逐漸成為人們研究認(rèn)知過(guò)程和教學(xué)媒體設(shè)計(jì)的一個(gè)主要理論。他將認(rèn)知負(fù)荷分為三種類(lèi)型：內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷、外在認(rèn)知負(fù)荷和有效認(rèn)知負(fù)荷。內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷是由學(xué)習(xí)材料的內(nèi)在特征所決定的，它不易被教學(xué)媒體設(shè)計(jì)改變。外在認(rèn)知負(fù)荷是由學(xué)習(xí)材料的呈現(xiàn)方式及學(xué)習(xí)活動(dòng)本身的缺損造成額外的認(rèn)知加工活動(dòng)所致。外在認(rèn)知負(fù)荷對(duì)學(xué)習(xí)起干擾作用，而有效認(rèn)知負(fù)荷能夠?qū)W(xué)習(xí)起促進(jìn)作用。認(rèn)知負(fù)荷理論還認(rèn)為工作記憶的容量是有限的，如果學(xué)習(xí)者所要加工的信息容量超出了學(xué)習(xí)者工作記憶加工的信息容量，則一部分或者全部信息將會(huì)丟失[2]；因此，課堂多媒體課件設(shè)計(jì)的本質(zhì)就是要控制好學(xué)習(xí)者的外在認(rèn)知負(fù)荷，增加有效認(rèn)知負(fù)荷。同時(shí)保證總的認(rèn)知負(fù)荷在工作記憶容量允許的范圍內(nèi)，不造成認(rèn)知負(fù)荷超載。

（三）情景創(chuàng)設(shè)與認(rèn)知理論

20世紀(jì)90年代以來(lái)，學(xué)習(xí)的研究取向逐漸從認(rèn)知轉(zhuǎn)向情境，形成一種所謂的情境認(rèn)知理論。情境認(rèn)知理論認(rèn)為知識(shí)具有情境性，知識(shí)是在情境中通過(guò)活動(dòng)產(chǎn)生的，從而強(qiáng)調(diào)要?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境。特定的教學(xué)情境能調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生的想象豐富活躍起來(lái)，進(jìn)而調(diào)動(dòng)表象儲(chǔ)存，做重新組合，使學(xué)生完成思考的全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的內(nèi)化，促進(jìn)能力的新發(fā)展。所以，創(chuàng)設(shè)情境是學(xué)習(xí)者實(shí)現(xiàn)意義建構(gòu)的必要前提，利用多媒體技術(shù)進(jìn)行情境創(chuàng)設(shè)也是課堂多媒體數(shù)學(xué)課件設(shè)計(jì)的宗旨。

三、課堂多媒體數(shù)學(xué)課件設(shè)計(jì)策略

（一）從課件可重用性的角度選取制作軟件

為提高課件的使用率，開(kāi)始制作時(shí)就應(yīng)考慮到課件的可重用性、共享性，選用較常見(jiàn)的軟件工具。盡量避免采用難度大或偏的技術(shù)，設(shè)計(jì)過(guò)程中保持規(guī)范統(tǒng)一，方便教師二次加工，提高課件的可重用性。本文所談的課堂數(shù)學(xué)課件的設(shè)計(jì)就是基于常用的文稿演示型軟件PowerPoint與動(dòng)態(tài)幾何軟件《幾何畫(huà)板》而談的。根據(jù)多媒體效應(yīng)，這兩種軟件組合所實(shí)現(xiàn)的效果便是用文本和動(dòng)畫(huà)結(jié)合的方式呈現(xiàn)教學(xué)信息。

（二）課件內(nèi)容的設(shè)計(jì)

1．獨(dú)立元素交互效應(yīng)

根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷理論，在呈現(xiàn)認(rèn)知負(fù)荷較高的交互材料時(shí)，先給學(xué)習(xí)者呈現(xiàn)一些認(rèn)知負(fù)荷較低的獨(dú)立元素，然后再呈現(xiàn)完整的材料。這也符合學(xué)習(xí)者從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從低級(jí)到高級(jí)的認(rèn)知規(guī)律，提高了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率。例如:在講授正弦型函數(shù)y＝Asin(ω x＋φ)的圖像與性質(zhì)時(shí)，先分別用幾何畫(huà)板動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)函數(shù)y＝Asin x，函數(shù)y＝Asin ω x，函數(shù)y＝sin(x＋φ)的圖像與性質(zhì)，讓學(xué)生仔細(xì)觀察參數(shù)A、ω、φ 變化時(shí)對(duì)以上各圖像及性質(zhì)的影響，然后再呈現(xiàn)并總結(jié)正弦型函數(shù) y＝Asin(ω x＋φ)的圖像與性質(zhì)。這樣，將教學(xué)內(nèi)容按照先簡(jiǎn)單后復(fù)雜、先部分后整體的方式加以拆分，學(xué)生理解起來(lái)就不再會(huì)有困難。

2．分散注意力效應(yīng)

為幫助學(xué)習(xí)者更好地理解數(shù)學(xué)概念，有時(shí)會(huì)對(duì)其加以注釋?zhuān)绻拍钆c注釋之間是分開(kāi)的，學(xué)習(xí)者就必須在概念與注釋之間來(lái)回“穿梭”，這種不斷“尋找——匹配”相關(guān)信息的過(guò)程會(huì)分散學(xué)生的注意力。消除分散注意效應(yīng)的辦法是整合材料中相互所指的部分，以減輕認(rèn)知負(fù)荷。因此，在課件設(shè)計(jì)中要將相關(guān)內(nèi)容的媒體要素以整合的方式呈現(xiàn)，這樣才能使學(xué)習(xí)者較有效地獲得信息。例如:將包含相關(guān)數(shù)學(xué)概念的文字制成圖表，并將相關(guān)的概念說(shuō)明放在圖表的合適位置，這樣可促進(jìn)學(xué)習(xí)者對(duì)內(nèi)容的理解（如圖1）。

對(duì)于只有圖形的學(xué)習(xí)材料，也可適當(dāng)?shù)卦趫D中加入說(shuō)明性文字，盡管這樣會(huì)使信息源增多，但卻讓學(xué)生無(wú)需在工作記憶中對(duì)圖表進(jìn)行語(yǔ)義聯(lián)想及猜測(cè)，降低了學(xué)習(xí)者的外在認(rèn)知負(fù)荷。根據(jù)多媒體課件制作的空間接近原則，應(yīng)想方設(shè)法把對(duì)應(yīng)文字和圖表、圖形的位置適當(dāng)擺放得更緊密些。文本應(yīng)是對(duì)圖形所要表達(dá)的主要內(nèi)容的精準(zhǔn)的描述（如圖2）。

圖1

圖2

另外，一些解題的推導(dǎo)過(guò)程，不可直接寫(xiě)進(jìn)課件，可將其以聲音的方式轉(zhuǎn)換到聽(tīng)覺(jué)加工渠道，以減少視覺(jué)加工渠道的認(rèn)知負(fù)荷；或?qū)⑽淖诌m當(dāng)?shù)鼐?jiǎn)，以教師講解或一邊講解一邊板書(shū)為主。

3．冗余效應(yīng)

雖然整合材料中互相所指的個(gè)體信息源可以減輕認(rèn)知負(fù)荷，促進(jìn)學(xué)習(xí)者有效學(xué)習(xí)，但這需以各種不同信息源不能被單獨(dú)理解為前提條件。整合包含多余或重復(fù)信息的學(xué)習(xí)材料并不可取，會(huì)造成冗余效應(yīng)。因此，在課件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免呈現(xiàn)無(wú)關(guān)或帶有重復(fù)教學(xué)信息的媒體，以減少學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷。例如：在說(shuō)明平面直角坐標(biāo)中四個(gè)象限的分類(lèi)及位置時(shí)，如果同時(shí)使用圖像和文字材料來(lái)描述（如圖3），就會(huì)造成冗余效應(yīng)。因?yàn)閳D像的信息已不解自明，文字部分的說(shuō)明顯然是多余的，所以刪除文字說(shuō)明部分，可以消除不必要的認(rèn)知負(fù)荷。

圖3

（三）課件版面布局的設(shè)計(jì)

課件的版面設(shè)計(jì)又稱(chēng)版式設(shè)計(jì)，主要指運(yùn)用造型要素及形式原理，對(duì)版面內(nèi)的文字字體、圖像、圖形線條、表格、色塊等要素，按照一定的要求進(jìn)行編排，并以視覺(jué)方式藝術(shù)地表達(dá)出來(lái)。根據(jù)視覺(jué)心理學(xué)的要求，對(duì)于課件版面的設(shè)計(jì)就是使各視覺(jué)元素合理定位、合理走向，使頁(yè)面有明確的視覺(jué)焦點(diǎn)、清晰的視覺(jué)脈絡(luò)及合理的空間分布，營(yíng)造版面的視覺(jué)美感，達(dá)到最佳的訴求效果。

首先，根據(jù)視覺(jué)學(xué)習(xí)的簡(jiǎn)約合宜原則，版面要盡可能地簡(jiǎn)潔、明了。因?yàn)?，一方面，人的視覺(jué)生理與心理對(duì)于同類(lèi)信息量的接受是有閾限的。另一方面，整體簡(jiǎn)單，才有利于突出重點(diǎn)。因此，屏幕一幅頁(yè)面的文字不應(yīng)太多，每張頁(yè)面不應(yīng)超過(guò)7－8行。如需傳遞大量信息，原則就是盡量分組分頁(yè)。

其次，要強(qiáng)化版面的整體布局，在對(duì)課件進(jìn)行整體編排的時(shí)候，將頁(yè)面中的各種信息分成塊狀，并注意按照各個(gè)信息塊主從關(guān)系順序進(jìn)行排列，加強(qiáng)整體的結(jié)構(gòu)組織和方向視覺(jué)秩序（如水平結(jié)構(gòu)、垂直結(jié)構(gòu)），在主題形象四周增加空白量，同時(shí)調(diào)整行間距，使文字顯得比較分明，使被強(qiáng)調(diào)的主題形象更加鮮明突出。

（四）課件色彩搭配的設(shè)計(jì)

為使學(xué)生對(duì)課件的注意保持穩(wěn)定性，背景與文字、圖形的色彩搭配在設(shè)計(jì)時(shí)需要遵循一定的認(rèn)知規(guī)律及藝術(shù)規(guī)律，合理使用色彩對(duì)比來(lái)提高課件頁(yè)面中重要教學(xué)內(nèi)容的色彩刺激強(qiáng)度。

課件中背景的顏色和文字的顏色（主體色）在選擇時(shí)可以注意以下原則：（1）限制同時(shí)顯示的顏色數(shù)。一般同一頁(yè)面不宜超過(guò)4種，可用不同層次及形狀來(lái)配合顏色，增加變化。（2）背景的顏色應(yīng)起到烘托和突出文字信息的作用，避免模糊匹配色（如表1）放在一起。（3）要注意突出重點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)比來(lái)表現(xiàn)主題，為達(dá)到清晰、明朗的效果，應(yīng)采用清晰匹配色（如表2）。（4）根據(jù)課件的主題與內(nèi)容、學(xué)生的年齡特征，確定主色調(diào)。如果課件是娛樂(lè)性質(zhì)的或是低年級(jí)的學(xué)生，那么就可以利用一些比較活潑的暖色調(diào)來(lái)確定基調(diào)，如果在大學(xué)的課堂中，那么課件基調(diào)可以選擇比較莊重的色彩。

表1 模糊匹配色

表2 清晰匹配色

（五）課件中文字、公式的設(shè)計(jì)

根據(jù)注意廣度的特性，在同一時(shí)間內(nèi)，人能清楚地看到的東西是有限的。視覺(jué)的注意廣度大約是“7±2”個(gè)[3]。因此，文本字?jǐn)?shù)不宜過(guò)多，排版不宜過(guò)密。根據(jù)知覺(jué)的簡(jiǎn)化性特征，主體傾向于將復(fù)雜的信息簡(jiǎn)化成較為簡(jiǎn)單的形式，因此，同一頁(yè)面上使用的字體種類(lèi)不要太多，否則會(huì)顯得凌亂而缺乏整體效果。從視覺(jué)角度看，宋體、黑體、楷體閱讀最省目力，不易造成視覺(jué)疲勞，且有很好的識(shí)別性。文字的大小要使無(wú)論坐在前排還是后排的觀眾都能看得清，一般選擇28－32左右的字型大小即可。另外，特殊字體應(yīng)轉(zhuǎn)成圖像格式，避免不同計(jì)算機(jī)上不存在同樣的字庫(kù)而導(dǎo)致顯示混亂，影響學(xué)習(xí)者的認(rèn)知活動(dòng)。其次，能采用圖表、公式、動(dòng)畫(huà)等形式時(shí)要盡量用其代替文字，因?yàn)閳D表、公式和動(dòng)畫(huà)比文字更直觀、更容易通過(guò)視覺(jué)被學(xué)生接受，其傳遞信息的效果更直接，更具有強(qiáng)烈的印象和明確的可視性、可理解性。

（六）課件中動(dòng)畫(huà)的設(shè)計(jì)

根據(jù)注意的規(guī)律，如果注意的對(duì)象是變化的、活動(dòng)的，注意就容易穩(wěn)定[4]?？梢岳肞owerPoint的自定義動(dòng)畫(huà)或幻燈片切換功能給不同的多媒體元素呈現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)畫(huà)效果。其次，也可利用幾何畫(huà)板構(gòu)造出一些對(duì)象的發(fā)生和變化過(guò)程，使學(xué)生從事物的運(yùn)動(dòng)變化中發(fā)現(xiàn)規(guī)律、探尋結(jié)論，并能使數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)與活動(dòng)交流相結(jié)合，凸現(xiàn)數(shù)學(xué)知識(shí)的形成過(guò)程，使數(shù)學(xué)更加開(kāi)放和具有活力，從而獲得最佳的教學(xué)效果。再次，還可通過(guò)幾何畫(huà)板動(dòng)靜結(jié)合的方式為學(xué)生展示數(shù)學(xué)美，（如圖4分形藝術(shù)曲線——勾股樹(shù)），使學(xué)生不僅僅掌握數(shù)學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)，而且還要鑒賞數(shù)學(xué)、品味數(shù)學(xué)。

圖4 勾股樹(shù)

四、結(jié)束語(yǔ)

總之，多媒體課件的設(shè)計(jì)必須以現(xiàn)代化理念為指導(dǎo)。教師在課件制作時(shí)必須牢固樹(shù)立“以學(xué)生為中心”的思想，充分考慮到各層次學(xué)生的視覺(jué)要求及認(rèn)知、審美心理，增強(qiáng)課件的交互性、多元化和界面人性化效果,使多媒體課件的頁(yè)面、色彩、布局、文字及整體層次的構(gòu)設(shè)上既平衡又有變化，既有表現(xiàn)力又有藝術(shù)感染力，將字幕、圖形、動(dòng)畫(huà)、色彩及各種技巧有機(jī)的結(jié)合在一起，使它們相映成趣，不僅給學(xué)習(xí)者提供良好的視覺(jué)美感和精神上的愉悅感，還給他們提供分析、理解數(shù)學(xué)內(nèi)容的最佳學(xué)習(xí)條件。

[1]張燕敏．同步多媒體課件對(duì)學(xué)習(xí)認(rèn)知的優(yōu)勢(shì)及其制作[J]．現(xiàn)代教育技術(shù),2007,(5):56．

[2]陳巧芬．認(rèn)知負(fù)荷理論及其發(fā)展[J]．現(xiàn)代教育技術(shù),2007,(9):16－19．

[3]章志光．心理學(xué)[M]．北京：人民教育出版社,1992．

[4]艾森克．認(rèn)知心理學(xué)[M]．上海：華東師范大出版社,2004:10－12．