多媒體有效教學：教育技術改革的路徑所在

肖喆光

摘要： 探究如何使多媒體設計更加有效、更加符合學習者的認知特性，是多媒體教學中需要加以研究的主要問題。美國教育心理學查德·梅耶（Richard E.Mayer）的多媒體設計原則和認知負荷理論代表著該領域的最高水平。在闡釋工作記憶雙重編碼理論的基礎上，介紹了國內外部分多媒體有效教學的研究成果。

關鍵詞：多媒體 有效教學 教育技術 工作記憶 雙重編碼

如何對多媒體的呈現(xiàn)形式進行適切時代要求的技術改革，是當前教育領域的熱門研究議題之一。在國際上，針對多媒體有效教學設計的探究中，有兩條獨立展開的線索最受矚目，它們都產生了極為重要的研究成果。其一，是美國教育心理學及多媒體教學設計專家理查德·梅耶（Richard E. Mayer）所提出的多媒體設計所應遵循的基本原則及相關的多媒體應用研究。其二，是斯威勒（John Sweller）將認知負荷理論擴充，并應用到教材的設計中，對多媒體教學設計的實際操作產生了著巨大的指導意義，代表了該領域的最高水平。

一、工作記憶雙重編碼理論

近來，學術界通常以Mayer豐碩的多媒體學習研究成果，整合Sweller所提出之認知負荷（Cognitive load）理論、Pavio所提出的雙碼（Dual-coding）理論及Baddeley所提出的工作記憶（Working memory）模式合并成一個完整的多媒體認知學習理論模式架構“工作記憶雙重編碼理論”（Dual-processing theory of working memory）（見圖1）。

雙重編碼理論以控制信息有效流動、平衡視聽覺通道認知負荷為出發(fā)點，探索最佳利用文字和圖片呈現(xiàn)的心理學依據，用意在于提供教材呈現(xiàn)方式的指導，以促進學生的學習。在個體信息處理的系統(tǒng)中，包含兩個分開卻互相關聯(lián)的模塊，一個是語言的（verbal），另一個是非語言的（nonverbal），語言系統(tǒng)主要負責與語言有關的信息（包含聽覺語言及經由視覺文字轉化而來的語音），經處理、編碼后儲存在文字記憶區(qū)中；非語言系統(tǒng)主要負責視覺影像信息的處理（包含各種圖片、影像等），信息經處理后被存儲在圖像記憶區(qū)中。

雙重編碼理論強調在信息加工早期，視覺和聽覺信息分別是在視覺和聽覺通道中進行編碼加工的，這類似于Baddeley工作記憶模型中對視覺空間模板和語音回路的區(qū)分；在信息編碼后期，這兩種通道則分別為圖像通道和言語通道，這類似于Pavio雙碼理論中基于言語與非言語模式編碼的區(qū)分。

二、多媒體設計中應遵循的原則

為了提高多媒體的學習成效，學者對于應用多媒體教學，提出了以下的設計原則：

1.多媒體定律（Multimedia principle）

多媒體呈現(xiàn)如果能選擇合適的圖像或者動畫配合語言內容，則可達到較好的學習效果。由于圖像和文字從屬于兩個不同的認知加工通道，因此，當一個信息是通過語言與非語言通道同時呈現(xiàn)時，會比只利用其中一種形式來得好。多媒體信息在缺乏語言系統(tǒng)（書面文字或聲音文字）參照鏈接時，學習效果較差。尤其是動態(tài)多媒體信息，必須同時兼具語言系統(tǒng)與圖像系統(tǒng)的搭配，才會有較佳的學習效果。

2.多型態(tài)定律（Modality principle）

多型態(tài)定律（）主要基于雙通道的假設，強調在對圖像信息進行解釋時，學生從動畫搭配口語文字的方式呈現(xiàn)會比動畫搭配書面文字的方式有更佳的學習效果。因為書面文字搭配圖片、動畫皆利用到視覺/圖像通道，兩者相互競爭認知資源，可能造成單一通道認知超荷。當動畫搭配口語文字的方式呈現(xiàn)時，動畫、圖片則使用到視覺/圖像通道，口語文字使用到聽覺/語言信道，二個通道的信息互補且共同整合為有意義的信息內容。

3.冗余性定律（Redundancy principle）

冗余性定律是指，對于相同的學習內容，不需要同時呈現(xiàn)文字與口語兩種形式。當動畫搭配口語文字及字幕時，字幕和動畫同為視覺信息。由于動畫是連續(xù)播放，學習者可能來不及處理全部的視覺信息，只有部份視覺信息被及時處理。此時可能造成視覺/圖像通道認知超載，并且學習者必須將其認知資源分配到字幕和口語文字，會造成必要處理及產生偶發(fā)性處理的認知資源不足的現(xiàn)像。

4.相關性定律（Coherence principle）

摒除雖然有趣但與學習主題內容無關的文字、聲音、圖像，將可使學習更簡易，化繁為簡使學習更深入。因此，若盡可能排除多媒體教材內容中不必要的信息，將可減輕認知負荷，增加學習的效果。

5.差異性定律（Differences principle）

Large的研究指出，圖片較適合用來描述陳述性的內容，而動畫則較適合來說明程序性的知識。雖然動態(tài)材料易造成較高的認知負荷，但其在描述諸如不可見運動（如分子運動），或復雜變化的內容（如實時變化的過程） 等時具有巨大的優(yōu)越性，在程序性知識（如以模仿為基礎的技能習得）的學習中這種優(yōu)越性則可能更加明顯。

6.交互性定律（Interactive principle）

在進行多媒體學習時，如果能夠采用交互式界面設計，增加學習者對學習進程的控制，能有效促進學生的學習。通過讓學習者自主控制學習材料，交互式界面設計可以有效降低學習者的認知負荷，同時也有利于培養(yǎng)學生的專注性及學習興趣。

三、國內外部分多媒體有效教學的研究成果

一般認為，如果多媒體提供的信息越多，學習成效較好，但學者在雙重編碼理論學習效果的研究結果顯示，這個問題仍有不一致的結論。許多研究發(fā)現(xiàn)，多種媒體組合的呈現(xiàn)方式對學習者而言，其學習效果較好，但也有研究發(fā)現(xiàn)，多種媒體組合亦容易造成學習者認知負荷超載，從而影響學習效果。本研究整理出多種媒體組合的學習效果差異如下表1、2、3、4，并分別歸納說明其結論：

表1 多媒體組合方式對學習效果效果之相關研究（一）

在表1的實驗設計中，自變項的部份皆包含文字材料，而差異在于圖片或動畫的使用與否，作為分組的依據。在結果方面，可以看到在Sweller的研究中當純粹比較圖片及文字時，圖片組對大部分學習者來說是比較有利的；而在后三組的實驗中，則呈現(xiàn)出圖片組的學習效果普遍比動畫組好。不過，動畫或影片由于具有較完整的步驟呈現(xiàn)，而較適合用來說明程序性的內容。事實上，Large等人的實驗也顯示，動態(tài)材料在展現(xiàn)諸如如分子運動或者操作性內容時具有巨大的優(yōu)越性。

一般來說，如果動畫和文字是同時出現(xiàn)且是連續(xù)不斷的呈現(xiàn)時，由于易造成學習者認知負荷超載，其學習效果反而不如圖片加上文字；但鑒于動畫對某些知識的理解有一定的幫助，因此該去探討如何改善動畫呈現(xiàn)的缺點，并善用其有助于理解的優(yōu)勢，幫助學習者提高理解的程度。

表2的實驗組合結果顯示，多媒體的組合方式整體優(yōu)于單一媒體，其中文字搭配動畫與旁白的學習效果最好，此結論與Mayer的多型態(tài)原則相吻合。當視覺的通道配合聽覺時，學習者可同時處理來自兩個通道不同的信息來源，然后將不同來源的信息組織并整合起來。從多媒體學習認知理論來看，多媒體的學習成效受學習者能否有效整合來自外在語言信息和影像信息的影響，并和長期記憶的先備知識相結合，產生理解及有意義的知識。

在表3的相關研究中，則選擇了在視覺通道采用圖片、文字或動畫的組合，并在聽覺通道采用旁白（聲音）或無旁白的組合，而結果出現(xiàn)了同樣的一種趨勢，如果搭配視覺及聽覺通道來呈現(xiàn)教材，會比只用一種通道來得有效，亦即圖片或動畫搭配旁白（聲音）會比單純只用圖片或動畫有效，此結果符合型態(tài)效應；但是圖片或動畫搭配上旁白與文字的學習成效，反而不如單純搭配旁白，由此可知多媒體組合的呈現(xiàn)方式并非多多益善，過多的呈現(xiàn)方式反而會造成學習者的認知負荷，此亦符合冗余效應，因此最佳的呈現(xiàn)方式為動畫搭配旁白（如教師的現(xiàn)場講解）。 在表4的研究中，雖然 Mayer 的空間原則有提到動畫（圖片）搭配整合文字會比不搭配整合文字的成效來得好，但在上述研究中可發(fā)現(xiàn)，最佳的方式仍為動畫（圖片）搭配旁白。另外，動畫在進行播放時，如能將之分割成較小的片段，對于學習者的學習效果是有幫助的，此項結果符合 Mayer 的分割原則，由于受到信息處理能力的限制，教學者在教導新的概念時，若教材內容本身具復雜性且不易理解，可以適當?shù)膶⒔滩姆侄吻懈?，以降低學習者的認知負荷。學者Sweller也指出，在學習的任務中，如果所包含的概念或程序等元素之間的交互作用過大，會造成學習者的工作記憶超載，從而影響學習效果。

四、結語

歷史證明，將先進技術引入教育本身并不能保證獲得理想的教學效果，進行合理的教學設計，不能單純憑借審美要求與主觀經驗，探究如何使多媒體設計更加有效、更加符合學習者的認知特性才是需要加以研究的主要問題。只有基于科學和理性指導下對學習認知共性的研究，我們才能從認知層面為先進教育技術的有效運用掃清障礙。否則，教學設計不能反映學習者的學習本質，自然也就很難促進有效教學研究的進展。

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注釋：

[1]多型態(tài)定律”類似于“多媒體定律”，蓋因兩者都涉及增加多媒體呈現(xiàn)中的另一個通道的信息，但“多媒體定律”又不等同于“多型態(tài)定律”。兩者的差別主要表現(xiàn)在：“多媒體定律”增加圖片/影像部分是為了促進圖像與文本間的“參照性鏈接”，而“多型態(tài)定律”把視覺文字替換成聲音的目的則在于通過雙通道的分流減輕視覺通道的認知負荷。

[2]“冗余性定律”中的“消除冗余”與“相關性定律”中的“減少無關性內容”很相似，因為兩者都涉及去掉多媒體呈現(xiàn)中的一部分，但它們存在本質性的差異：“相關性定律”是刪除有趣但無關的材料，而“消除冗余”則是去掉必要材料的不必要的復本。