數(shù)字化學(xué)習(xí)中運(yùn)用多媒體（下）

[美]理查德·E.梅耶 張恩銘 盛群力

摘 要：本文通過回顧12條基于研究的教學(xué)設(shè)計(jì)原則，說明了如何設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助多媒體教學(xué)材料來促進(jìn)學(xué)習(xí)。首先介紹了多媒體原則（根據(jù)五個(gè)對(duì)照實(shí)驗(yàn)得到的中值效應(yīng)量為d=1.67），其主張?jiān)谟?jì)算機(jī)輔助教學(xué)中，語詞和圖像同時(shí)呈現(xiàn)的效果比只呈現(xiàn)語詞的效果要好。無關(guān)認(rèn)知加工做的是和教學(xué)目標(biāo)無關(guān)的事情。為了減少無關(guān)認(rèn)知加工，提出的教學(xué)原則有聚焦要義（d=0.70）、標(biāo)記結(jié)構(gòu)（d=0.46）、控制冗余（d=0.87）、空間鄰近（d=0.79）和時(shí)間鄰近（d=1.30）?；菊J(rèn)知加工的功能在于對(duì)基本材料進(jìn)行心理表征。為了調(diào)節(jié)基本認(rèn)知加工，提出的教學(xué)原則有分段呈現(xiàn)（d=0.70）、預(yù)先準(zhǔn)備（d=0.46）和雙重通道（d=0.72）。生成認(rèn)知加工的功能是為了建構(gòu)材料的意義。為了促進(jìn)生成認(rèn)知加工，提出的教學(xué)原則有個(gè)性化（d=0.79）、人聲化（d=0.74）和具身化（d=0.36）。部分原則有邊界條件，例如有的原則對(duì)新手學(xué)習(xí)者比對(duì)專家學(xué)習(xí)者更有效。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化學(xué)習(xí);教學(xué)設(shè)計(jì);多媒體學(xué)習(xí);學(xué)習(xí)科學(xué)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-0069（2019）02-0001-11

文獻(xiàn)來源：R.E. Mayer. Using Multimedia for E‐learning. Journal of Computer Assisted Learning （2017），33，403-423.doi：10.1111/jcal.12197.略有刪節(jié)。

收稿日期：2018-11-16

基金項(xiàng)目：2018年度中央高校本科教育教學(xué)改革專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目——浙江大學(xué)“智能時(shí)代大學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)理念和方法研究”

作者/譯者簡介：理查德. E.梅耶（Richard E. Mayer），美國加州大學(xué)圣芭芭拉分校心理學(xué)與腦科學(xué)系榮休教授，當(dāng)代國際著名教育心理學(xué)家和學(xué)習(xí)科學(xué)家，在多媒體學(xué)習(xí)與教學(xué)領(lǐng)域是國際頂尖專家。張恩銘（1996— ），男，河北承德人，浙江大學(xué)教育學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)檎n程與教學(xué)論;盛群力（1957— ），男，上海人，浙江大學(xué)教育學(xué)院課程與學(xué)習(xí)科學(xué)系教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)檎n程與教學(xué)論。

四、調(diào)節(jié)基本認(rèn)知加工的教學(xué)原則：分段呈現(xiàn)、預(yù)先準(zhǔn)備和雙重通道

上一節(jié)提出的幾條教學(xué)設(shè)計(jì)原則，其目標(biāo)是減少無關(guān)認(rèn)知加工，但是有時(shí)對(duì)學(xué)習(xí)者而言，即便減少了無關(guān)認(rèn)知加工，計(jì)算機(jī)輔助的多媒體授課本身也可能過于復(fù)雜，以至于其所需的基本認(rèn)知加工超出了學(xué)習(xí)者的認(rèn)知容量。考慮到這種情況，本節(jié)將介紹一些相關(guān)的教學(xué)設(shè)計(jì)原則，使用這些原則可以調(diào)節(jié)基本認(rèn)知加工。如表4所示，有三種方法可以幫助學(xué)習(xí)者對(duì)復(fù)雜的材料形成心理表征：一是讓學(xué)習(xí)者將一節(jié)計(jì)算機(jī)輔助的多媒體授課自定步調(diào)分段（分段呈現(xiàn)原則）;二是讓學(xué)習(xí)者在課前熟悉關(guān)鍵術(shù)語（預(yù)先準(zhǔn)備原則）;三是用口頭方式表示語詞（雙重通道原則）。

圖5是分段呈現(xiàn)原則的一個(gè)示例。你可以在圖5中看到兩個(gè)版本的授課，授課的內(nèi)容相同，都是包括動(dòng)畫和實(shí)時(shí)講解的多媒體課程。不同之處在于動(dòng)畫是連續(xù)播放還是分段播放。圖5左側(cè)的圖片是采用連續(xù)播放方式時(shí)截下的一幀圖像，而右側(cè)的圖片則是將該授課內(nèi)容分段后，從一個(gè)大約10秒的小片段的末尾處截下的一幀，在這一幀中有一個(gè)“繼續(xù)”按鈕，學(xué)習(xí)者可以點(diǎn)擊該按鈕，從而進(jìn)入下一片段。哪一個(gè)版本更有效？是連續(xù)播放的版本（持續(xù)約2.5分鐘），還是分段演示的版本（每個(gè)片段持續(xù)10秒，只傳遞一個(gè)重要問題）？你可能認(rèn)為分段演示是一個(gè)糟糕的選擇，因?yàn)榘聪隆袄^續(xù)”按鈕會(huì)影響課程的連貫性。然而，多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論和上述觀點(diǎn)恰恰相反，它更傾向于分段呈現(xiàn)，理由是學(xué)習(xí)者可以在進(jìn)入下一階段學(xué)習(xí)前，充分消化前一小段的信息（包括整合互相對(duì)應(yīng)的語詞和圖像）。

表4的第一行支持了這一預(yù)測。該行說明，為了驗(yàn)證分段呈現(xiàn)（segmenting）原則，實(shí)驗(yàn)人員共進(jìn)行了10①項(xiàng)對(duì)照實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)涉及的課程均為計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的課程，內(nèi)容包括閃電、電動(dòng)機(jī)、滑輪系統(tǒng)、人眼工作原理、天文、歷史和教學(xué)技能[87][88][89][90][91][92][93][94]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，全部10②項(xiàng)對(duì)照實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)組（即分段呈現(xiàn)的那一組）都比控制組在遷移或理解測試中的成績要好。研究得到了較高的中值效應(yīng)量（d=0.77）③。這些研究結(jié)果支持了分段呈現(xiàn)原則——當(dāng)多媒體課堂可以按自定步調(diào)的方式分段時(shí)，學(xué)習(xí)者可以學(xué)得更好。分段呈現(xiàn)原則有一個(gè)潛在的邊界條件，即該原則可能對(duì)工作記憶容量低的學(xué)習(xí)者有效，而對(duì)工作記憶容量高的學(xué)習(xí)者無效[95]。

下面請(qǐng)假設(shè)這樣一個(gè)情境：你將要看到一部帶講解的動(dòng)畫，這部動(dòng)畫是計(jì)算機(jī)輔助制作的，長約1分鐘，內(nèi)容是解釋汽車制動(dòng)系統(tǒng)如何工作。這部帶講解的動(dòng)畫將會(huì)告訴你系統(tǒng)中某一部分發(fā)生的變化將如何導(dǎo)致另一部分的變化（例如，活塞在主缸中向前移動(dòng)導(dǎo)致流體的壓力增加）。你認(rèn)為它能否幫助你預(yù)先了解制動(dòng)系統(tǒng)中關(guān)鍵部件的名稱和位置（例如“主缸活塞”）？請(qǐng)看圖6的示例，你可以點(diǎn)擊畫面中系統(tǒng)的任何部件，計(jì)算機(jī)會(huì)告訴你相應(yīng)的名稱和特征。根據(jù)多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論，熟悉講解動(dòng)畫中使用的術(shù)語可以幫助學(xué)習(xí)者專注于后續(xù)對(duì)系統(tǒng)中因果關(guān)系的理解，從而實(shí)現(xiàn)更好地學(xué)習(xí)。

表4的第二行說明，為了驗(yàn)證預(yù)先準(zhǔn)備（pre-training）原則，實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行了20項(xiàng)對(duì)照實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)涉及的課程均為基于計(jì)算機(jī)的課程，內(nèi)容涉及制動(dòng)器、泵、地質(zhì)、統(tǒng)計(jì)、電子、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和滑輪系統(tǒng)[96][97][98][99][100][101][102]。在20項(xiàng)對(duì)照實(shí)驗(yàn)中，18項(xiàng)的結(jié)果和預(yù)測一致，即進(jìn)行了預(yù)先準(zhǔn)備的學(xué)生在后測中得分更高。研究得到了較高的中值效應(yīng)量（d=0.75）④。這些研究支持了預(yù)先準(zhǔn)備原則——當(dāng)學(xué)習(xí)者在計(jì)算機(jī)輔助的多媒體課前，預(yù)先了解了關(guān)鍵要素時(shí)，他們可以在課上學(xué)得更好。

考慮到邊界條件，研究人員還需要做更多的工作，以確定如何為那些在交互式模擬情境下進(jìn)行問題解決的課堂，設(shè)計(jì)有效的預(yù)先準(zhǔn)備[103][104][105][106]。

表4的第三行回答了這樣一個(gè)問題：多媒體課程中的語詞是應(yīng)該說出來，還是打印出來（分別如圖7的左側(cè)和右側(cè)面板所示）？你可能認(rèn)為無論是口述還是打印都可以，因?yàn)樗鼈儌鬟_(dá)的都是相同的信息。然而，根據(jù)多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論，當(dāng)語詞以印刷文本形式呈現(xiàn)時(shí)，視覺通道可能會(huì)超出負(fù)荷。同時(shí)讓學(xué)習(xí)者接受屏幕上的圖像和印刷文本可能會(huì)分散學(xué)習(xí)者的注意力。如果學(xué)習(xí)者正在觀察圖像，那么他們就無法閱讀語詞;如果他們正在閱讀語詞，那么他們就無法觀察圖像。利用語言通道傳遞語詞可以使圖像通過眼睛進(jìn)入你的認(rèn)知系統(tǒng)，并接受圖像處理系統(tǒng)的加工;而語詞則通過耳朵進(jìn)入你的認(rèn)知系統(tǒng)，并接受語言處理系統(tǒng)的加工，從而減輕超出認(rèn)知負(fù)荷的情況。通過這種方式，對(duì)視覺通道的一些要求轉(zhuǎn)移到了語言通道上，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)兩個(gè)通道的可用認(rèn)知加工容量的最佳利用。

與理論說明一致，在計(jì)算機(jī)輔助的多媒體課程中，當(dāng)語詞用口頭方式呈現(xiàn)，而非在屏幕上呈現(xiàn)時(shí)，學(xué)生學(xué)得更好。研究得到了中、高范圍的中值效應(yīng)量（d=0.72）?？傊?1項(xiàng)對(duì)照實(shí)驗(yàn)中，其中42項(xiàng)的結(jié)果表明，口頭言語比將同樣的語詞呈現(xiàn)在屏幕上的學(xué)習(xí)成果測試表現(xiàn)要好，這些實(shí)驗(yàn)涉及的課程同樣均為計(jì)算機(jī)輔助的課程，內(nèi)容包括閃電、制動(dòng)器、植物學(xué)、數(shù)學(xué)問題、電氣工程、電動(dòng)機(jī)、生物學(xué)、教學(xué)設(shè)計(jì)、概率、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、演講和龍卷風(fēng)[107][108][109][110][111][112][113][114][115][116][117][118][119][120][121][122][123][124][125][126][127][128][129][130]。這些研究允許我提出“雙重通道”（modality）原則：當(dāng)教師在計(jì)算機(jī)輔助的多媒體授課中用口頭方式，而非用印刷方式呈現(xiàn)語詞時(shí)，學(xué)習(xí)者可以學(xué)得更好。類似地，吉恩斯（Ginns）[131]在一次對(duì)雙重通道原則的元分析中得到的加權(quán)平均效應(yīng)量為d=0.43，這說明在多媒體課程中，口頭言語要優(yōu)于印刷文本。

雙重通道原則是所有多媒體教學(xué)設(shè)計(jì)原則中被研究得最多的原則，這使我們能夠更好地確定邊界條件。在最近的一篇綜述中，萊恩維恩（Reinwein）[132]提出的證據(jù)表明，雙重通道原則對(duì)系統(tǒng)化教學(xué)的課堂比對(duì)學(xué)習(xí)者自定步調(diào)的課堂的效果好，對(duì)呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)圖像的課堂比對(duì)呈現(xiàn)靜態(tài)圖像的課堂的效果好，對(duì)遷移測試比對(duì)保持測試的效果好。這些研究與多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論是一致的，即效果同需要減小視覺通道負(fù)荷的程度有關(guān)：在眾多占用視覺通道的課堂中，快節(jié)奏并且動(dòng)作豐富的課堂最適用于雙重通道原則。類似地，當(dāng)學(xué)習(xí)者的原有知識(shí)較少，口頭言語較短，學(xué)習(xí)者熟悉講解的語詞，雙重通道原則更適用[133]。上述研究同樣也和多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論保持一致。因此，當(dāng)文本太長以至于學(xué)習(xí)者可能不能將其保持在工作記憶中時(shí)，當(dāng)文本中包含學(xué)習(xí)者不熟悉的單詞時(shí)，當(dāng)學(xué)習(xí)者的母語和課堂上使用的語言不一樣時(shí)，以及當(dāng)學(xué)習(xí)者的聽力有問題時(shí)，屏幕文本可能更有效。簡而言之，這些研究幫助確定了雙重通道原則的適用和不適用條件。

綜上所述，已有很多并且越來越多的研究支持這個(gè)觀點(diǎn)：分段呈現(xiàn)原則、預(yù)先準(zhǔn)備原則和雙重通道原則可以幫助學(xué)習(xí)者有效調(diào)節(jié)基本認(rèn)知加工，即幫助他們處理那些呈現(xiàn)在面前的復(fù)雜材料[134]。

五、促進(jìn)生成認(rèn)知加工的多媒體教學(xué)原則：個(gè)性化、人聲化和具身化

即使如前兩節(jié)所探討的那樣，我們已經(jīng)設(shè)計(jì)出減少無關(guān)認(rèn)知加工和調(diào)節(jié)基本認(rèn)知加工的課程，但學(xué)習(xí)者可能還是沒有動(dòng)力去使用其可用的認(rèn)知容量來理解呈現(xiàn)的材料。在這一節(jié)，我將探討以促進(jìn)生成認(rèn)知加工為目的的多媒體教學(xué)設(shè)計(jì)原則——為了更深層次地理解材料的認(rèn)知加工。簡言之，我們希望指導(dǎo)學(xué)習(xí)者去努力理解教學(xué)材料。表5列出了三種旨在促進(jìn)學(xué)習(xí)者生成認(rèn)知加工的多媒體教學(xué)設(shè)計(jì)原則：個(gè)性化、人聲化和具身化。此外，我還對(duì)每個(gè)原則的研究證據(jù)（包括中值效應(yīng)量）做了總結(jié)。

本節(jié)的主題是授課中的社交線索（social cues）可以對(duì)學(xué)習(xí)者的社會(huì)立場進(jìn)行指導(dǎo)，讓學(xué)習(xí)者將教師視為社交伙伴（social partners）。當(dāng)學(xué)習(xí)者與教師建立社交伙伴關(guān)系時(shí)，學(xué)習(xí)者將會(huì)更努力地理解教師所說的內(nèi)容，從而獲得更好的學(xué)習(xí)效果。這就是社會(huì)主體理論（social agency theory）中提出的因果鏈[135]。它是本文即將提出的三條社交線索的基礎(chǔ)，這些社交線索分別是使用會(huì)話語言、使用人類原聲和使用人類手勢。屏幕中的“教學(xué)主體”（例如教師）將利用這些社交線索來指點(diǎn)學(xué)習(xí)者做出社交反應(yīng)。

首先，表6展示的是某講解動(dòng)畫中的一部分文本內(nèi)容，這些內(nèi)容和人體呼吸系統(tǒng)如何工作有關(guān)，左側(cè)在內(nèi)容風(fēng)格上比較正式（即沒有將動(dòng)畫個(gè)性化），而右側(cè)的內(nèi)容則采用了會(huì)話風(fēng)格，整節(jié)課都用“你的”而不是“某個(gè)”（即動(dòng)畫個(gè)性化）。你可能認(rèn)為這兩種方式同樣有效，因?yàn)樗鼈兲峁┝送瑯拥年P(guān)于人體呼吸系統(tǒng)的信息。然而，按照社交主體理論和多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論的猜想，學(xué)習(xí)者在個(gè)性化版本的課程中有更強(qiáng)的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，因此在遷移和理解測試中表現(xiàn)得更好。

表5的第一行為這種預(yù)言提供了證據(jù)。實(shí)驗(yàn)人員共進(jìn)行了17項(xiàng)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)均在計(jì)算機(jī)輔助的多媒體授課中進(jìn)行。結(jié)果表明，其中14項(xiàng)對(duì)照實(shí)驗(yàn)的學(xué)生在會(huì)話語言下比在正式語言下學(xué)習(xí)的效果更好。研究得到了較高的中值效應(yīng)量，大小為d=0.79。研究涉及的課程內(nèi)容包括人體呼吸系統(tǒng)、閃電、植物學(xué)、天文學(xué)、化學(xué)和工程學(xué)，一些研究還將禮貌用語和直接語言進(jìn)行比較[136][137][138][139][140][141][142][143]。這些研究結(jié)果支持了“個(gè)性化”（personalization）原則——在計(jì)算機(jī)輔助的多媒體課堂上，當(dāng)呈現(xiàn)的語詞采用會(huì)話風(fēng)格而非正式風(fēng)格時(shí)，學(xué)習(xí)者可以學(xué)得更好。一般地，個(gè)性化原則可以這樣實(shí)施：無論是聲音還是屏幕文本均采用第一和第二人稱（例如，使用“我”“我們”和“你”）。

在對(duì)禮貌用語和直接語言的比較研究中，一個(gè)重要的邊界條件是個(gè)性化原則相對(duì)于經(jīng)驗(yàn)豐富、原有知識(shí)多的學(xué)習(xí)者而言，更適合經(jīng)驗(yàn)欠缺、原有知識(shí)少的學(xué)習(xí)者。在另一個(gè)關(guān)于個(gè)性化原則的元分析中，吉恩斯（Ginns）、馬?。∕artin）和馬什（Marsh）[144]報(bào)告的效應(yīng)量為d=0.54，并指出個(gè)性化原則最適合短課程（即課時(shí)長度少于35分鐘）而非長課程。這些邊界條件表明，在同計(jì)算機(jī)輔助授課的教師建立關(guān)系的早期階段，個(gè)性化原則是最重要的。

接下來，請(qǐng)考慮這樣一堂計(jì)算機(jī)輔助的課程：屏幕上正在展示一組幻燈片，內(nèi)容為解釋太陽能電池的工作原理。錄制人聲或是機(jī)器合成聲音會(huì)影響聲音的可辨別性嗎？你可能認(rèn)為兩個(gè)版本會(huì)產(chǎn)生類似的效果，因?yàn)閮烧咛峁┑男畔⑼耆嗤?。然而，根?jù)社交主體理論和多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論，人聲更可能引起社交聯(lián)系，類似機(jī)器的聲音則可能阻斷學(xué)習(xí)者對(duì)社交伙伴的向往。因此，當(dāng)授課采用的是人類原聲而非機(jī)器聲音時(shí)，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)可以更深入。

表5的第二行與這些預(yù)言一致。實(shí)驗(yàn)人員共進(jìn)行了6項(xiàng)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)均在計(jì)算機(jī)輔助的講解課中進(jìn)行。結(jié)果表明，其中5項(xiàng)對(duì)照實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)者在聲音是人聲而非類似機(jī)器的聲音的情況下學(xué)得更好。研究得到了接近較高的中值效應(yīng)量，大小為d=0.74。這些實(shí)驗(yàn)涉及的課程內(nèi)容包括太陽能電池、閃電和數(shù)學(xué)問題[145][146][147]?？傊?，根據(jù)這些結(jié)果本文提出人聲化（voice）原則：在計(jì)算機(jī)輔助的多媒體課程中，用人類原聲而非類似機(jī)器的聲音，學(xué)習(xí)者可以學(xué)得更好。

一個(gè)重要的邊界條件是，當(dāng)課堂上有其他線索破壞學(xué)習(xí)者對(duì)社交伙伴的向往時(shí)，人聲化原則的效果不是很好。例如，屏幕上呈現(xiàn)的內(nèi)容未使用類似人的手勢和面部表情。

最后，請(qǐng)假設(shè)自己正在觀看多普勒效應(yīng)的講座視頻，如圖8的左側(cè)所示，視頻中的“教學(xué)主體”站在已經(jīng)繪制好相應(yīng)圖示的白板旁邊。接下來假設(shè)自己正在觀看同樣的講座視頻，與上述相反的是，“教學(xué)主體”在白板上邊解釋邊繪制圖示（如圖8的右側(cè)所示）。你可能會(huì)做出這樣的猜想：兩個(gè)版本中的學(xué)習(xí)者可以學(xué)得一樣好，因?yàn)閮烧叱尸F(xiàn)的信息相同。然而，根據(jù)社交主體理論和多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論，“教學(xué)主體”邊繪制邊解釋可以讓學(xué)習(xí)者做好準(zhǔn)備去進(jìn)行更多的社會(huì)聯(lián)系，即學(xué)習(xí)者在心理上參與和“教學(xué)主體”一起繪制的行為，從而促進(jìn)更深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。簡言之，當(dāng)學(xué)習(xí)者看見屏幕上呈現(xiàn)的是需要高度參與體驗(yàn)的內(nèi)容（即“教學(xué)主體”在繪制的同時(shí)講話或使用手勢、面部表情和眼神），而非體驗(yàn)性較低的內(nèi)容（即“教學(xué)主體”一動(dòng)不動(dòng)，與人通常的行為相反）時(shí)，他們可能會(huì)為學(xué)習(xí)付出更多努力。

表5的第三行說明，實(shí)驗(yàn)人員共進(jìn)行了14項(xiàng)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)均在計(jì)算機(jī)輔助的多媒體課程中進(jìn)行（包括動(dòng)畫和視頻）。結(jié)果表明，當(dāng)屏幕中的“主體”在講解的同時(shí)使用日常手勢和動(dòng)作時(shí)，其中13項(xiàng)對(duì)照實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)者學(xué)得更好。研究得到的中值效應(yīng)量在中小范圍內(nèi)，大小為0.36。這些實(shí)驗(yàn)涉及的課程內(nèi)容包括多普勒效應(yīng)、太陽能電池、天文學(xué)、電力、數(shù)學(xué)問題、語詞處理軟件和人類的心臟[148][149][150][151][152][153][154]。研究結(jié)果支持了“具身化”（embodiment）原則：在計(jì)算機(jī)輔助的多媒體課堂上，當(dāng)屏幕上呈現(xiàn)的是高度具身的內(nèi)容，而非具身化程度較低的內(nèi)容時(shí)，學(xué)習(xí)者能夠?qū)W得更好。一個(gè)可能的邊界條件是，當(dāng)學(xué)習(xí)者具有較多的原有知識(shí)或者授課中存在消極社交線索時(shí)，具身化原則可能不適用[155]。

六、數(shù)字化學(xué)習(xí)中運(yùn)用多媒體的研究展望

本文的回顧說明，在過去30年間，關(guān)于怎樣設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助的學(xué)習(xí)體驗(yàn)（或數(shù)字化學(xué)習(xí)）的證據(jù)不斷增多。我們找到了一些教學(xué)原則，這些原則可以幫助教師設(shè)計(jì)有效的數(shù)字化學(xué)習(xí)。同時(shí)我們還不斷地付出努力，以將這一系列原則系統(tǒng)化[156][157]。與沙威森（Shavelson）和湯（Towne）[158]的意見相同，本文認(rèn)為重復(fù)實(shí)驗(yàn)是教育科學(xué)研究的基本要求。因此，我的研究聚焦在了那些經(jīng)過了多種情境測試的教學(xué)原則。未來需要重復(fù)研究來確定本文提出的各教學(xué)設(shè)計(jì)原則的穩(wěn)定性。特別地，和下一節(jié)研究計(jì)劃中解釋的一樣，有用的做法是在更真實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境和延時(shí)測試中對(duì)數(shù)字化學(xué)習(xí)進(jìn)行驗(yàn)證。

關(guān)于數(shù)字化學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)原則研究滿足實(shí)踐和理論兩方面目標(biāo)。就實(shí)踐方面而言，開發(fā)基于證據(jù)的教學(xué)原則是有用的，因?yàn)槲覀兛梢詫⑵渑c教學(xué)設(shè)計(jì)人員分享，盡管它們還需要在真實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境下進(jìn)行小心謹(jǐn)慎的研究，以確定其長期影響。就理論方面而言，對(duì)數(shù)字化學(xué)習(xí)的研究有助于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論，例如多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論[159]和認(rèn)知負(fù)荷理論（cognitive load theory）[160]。未來需要更多細(xì)致的研究，來提供更多關(guān)于數(shù)字化學(xué)習(xí)中的認(rèn)知原理的細(xì)節(jié)（參見下一節(jié)：研究計(jì)劃）。

數(shù)字化學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域日益成熟的標(biāo)志是發(fā)現(xiàn)邊界條件，以及研究人員具備根據(jù)認(rèn)知學(xué)習(xí)理論進(jìn)行解釋的能力。這些邊界條件可以說明一個(gè)教學(xué)原則在什么時(shí)候適用或不適用。未來的研究需要確定教學(xué)原則的適用范圍并進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)，包括這些教學(xué)原則適用于何種類型的學(xué)習(xí)者、何種學(xué)習(xí)目標(biāo)和哪些內(nèi)容范圍。

盡管本文回顧的大部分實(shí)驗(yàn)都發(fā)生在授課環(huán)節(jié)（例如講解動(dòng)畫或幻燈片），但未來的研究可能會(huì)拓展到更多場所（包括教學(xué)視頻、教育性游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)和移動(dòng)設(shè)備）。當(dāng)使用新媒體來進(jìn)行教學(xué)時(shí)，確定原則是否適用很重要。我們沒有理由懷疑人的認(rèn)知系統(tǒng)會(huì)隨著其使用的教學(xué)媒體的變化而變化，所以我認(rèn)為相同的教學(xué)設(shè)計(jì)原則也會(huì)適用于新的教學(xué)技術(shù)。不過，新的技術(shù)也會(huì)帶來新的教學(xué)方法，從而引出新的教學(xué)原則。

七、研究計(jì)劃

前面我已經(jīng)對(duì)一些教學(xué)設(shè)計(jì)原則的研究進(jìn)行了簡要綜述，提出這些原則的目的是，幫助教師在數(shù)字化學(xué)習(xí)中更好地使用多媒體。我將基于前面的綜述，為未來的工作提供一份研究計(jì)劃。

（一）使用新的材料和學(xué)習(xí)者進(jìn)行重復(fù)研究

盡管有一些期刊編輯和評(píng)審專家貶低重復(fù)研究的價(jià)值，認(rèn)為它們沒有做出重要貢獻(xiàn)，但還是有越來越多的學(xué)者認(rèn)為，重復(fù)研究是我們這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)步的基礎(chǔ)。在經(jīng)典的國家研究委員會(huì)報(bào)告《教育科學(xué)研究》中[161]將“重復(fù)的和概括的研究”列為教育研究的六個(gè)基本原則之一。隨著元分析重要性的日益增強(qiáng)，重復(fù)研究變得越來越迫切。它不僅可以將檢驗(yàn)相同基礎(chǔ)效果的研究綜合起來[162]，還可以引起學(xué)界對(duì)可重復(fù)危機(jī)（crisis of replication）的持續(xù)討論?？芍貜?fù)危機(jī)是一個(gè)心理學(xué)概念，指的是一些經(jīng)常得到引用的心理學(xué)效應(yīng)似乎不可重復(fù)[163][164]。因此，在我們這個(gè)領(lǐng)域，越來越多的人認(rèn)識(shí)到，原始研究期刊應(yīng)該發(fā)表方法論合理的重復(fù)研究。這些研究可以用簡短報(bào)告的形式體現(xiàn)，既要包括有利于早期發(fā)現(xiàn)的研究，也要包括不利于早期發(fā)現(xiàn)的研究。本文提出的研究計(jì)劃與上述認(rèn)識(shí)相一致。簡言之，在我們的研究領(lǐng)域，重復(fù)研究應(yīng)該得到重視，因?yàn)樗兄跒槔碚摰慕⒑蛯?shí)用建議的提出提供科學(xué)研究基礎(chǔ)。

（二）使用新媒體進(jìn)行重復(fù)研究

多媒體教學(xué)的早期研究往往還涉及紙質(zhì)材料，不過只是將少量材料轉(zhuǎn)移至計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的場所，例如計(jì)算機(jī)輔助的講解動(dòng)畫。未來還需要使用其他媒體和平臺(tái)來探討教學(xué)設(shè)計(jì)原則的有效性，例如視頻、游戲（serious game）、虛擬現(xiàn)實(shí)、平板電腦和智能手機(jī)。

（三）在多學(xué)時(shí)授課中進(jìn)行重復(fù)研究

大量已經(jīng)發(fā)表的研究成果所涉及的研究是短期的，授課是單一的，總時(shí)長不足1個(gè)小時(shí)，因此，有必要在總時(shí)長為5到10個(gè)小時(shí)的多學(xué)時(shí)授課中檢驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)原則的穩(wěn)定性。有人擔(dān)心，這些基于短期研究得到的教學(xué)原則并不適用于長期學(xué)習(xí)。所以我們需要進(jìn)行此類研究來戰(zhàn)勝這種觀點(diǎn)。

（四）在真實(shí)情境中進(jìn)行重復(fù)研究

大量已經(jīng)發(fā)表的研究成果所涉及的研究是實(shí)驗(yàn)室研究，因此有必要在真實(shí)課堂中對(duì)這些教學(xué)設(shè)計(jì)原則的穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn)。有人擔(dān)心，基于實(shí)驗(yàn)室研究的教學(xué)原則可能不適用于真實(shí)教育情境。所以我們需要進(jìn)行此類研究來戰(zhàn)勝這種看法。

（五）使用延時(shí)測試進(jìn)行重復(fù)研究

大量已經(jīng)發(fā)表的研究成果所涉及的研究采用的是即時(shí)測試，但一些研究人員已經(jīng)證明采用延時(shí)測試可以更好地測量學(xué)習(xí)[165]。因此，有必要采用延時(shí)測試來驗(yàn)證教學(xué)設(shè)計(jì)原則的穩(wěn)定性。

（六）使用多層次測試進(jìn)行重復(fù)研究

一些已發(fā)表的研究成果所涉及的研究僅僅采用了保持測試，它可以測量學(xué)習(xí)者記住了多少信息，但是要想對(duì)深度學(xué)習(xí)進(jìn)行測量，就需要采用遷移測試。這類測試要求學(xué)習(xí)者使用所學(xué)知識(shí)來回答新的問題[166]。具體來說，我推薦使用一系列包括保持和遷移測試的后測。

1.通過改變材料類型、學(xué)習(xí)者類型、媒體種類、授課時(shí)長、測試時(shí)間、測試類型和其他潛在的相關(guān)因素來深入思考并檢驗(yàn)邊界條件

盡管不少多媒體學(xué)習(xí)的早期研究已經(jīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)組和控制組進(jìn)行簡單比較，但為了確定實(shí)驗(yàn)效果的大小，仍然需要考慮潛在的干擾因素。這就要求我們進(jìn)行因子設(shè)計(jì)，其中一個(gè)因子是教學(xué)設(shè)計(jì)特征是否存在，另一個(gè)因子則是潛在的相關(guān)干擾因素，例如學(xué)習(xí)者原有知識(shí)的高低或虛擬現(xiàn)實(shí)場所的類型（桌面式或沉浸式）。因子設(shè)計(jì)的目標(biāo)是確定每個(gè)原則的邊界條件，即在某種條件下這個(gè)原則是否會(huì)產(chǎn)生很大影響。

2.深入思考并檢驗(yàn)?zāi)切┛梢詼p少無關(guān)認(rèn)知加工的新方法

雖然本篇綜述已經(jīng)提及了幾種減少無關(guān)認(rèn)知加工的教學(xué)原則，并且相關(guān)文獻(xiàn)已經(jīng)成熟，但是研究人員仍然需要為這些原則尋找新的方法并進(jìn)行擴(kuò)展，例如確定最少需要多少口頭和視覺信息就可以滿足要求。

3.深入思考并檢驗(yàn)?zāi)切┛梢哉{(diào)節(jié)基本認(rèn)知加工的新方法

雖然本篇綜述已經(jīng)提及了幾種調(diào)節(jié)基本認(rèn)知加工的教學(xué)原則，并且相關(guān)文獻(xiàn)已經(jīng)成熟，但是研究人員仍然需要為這些原則尋找新的方法并進(jìn)行擴(kuò)展，例如怎樣才能對(duì)幻燈片上的材料最佳分塊。

4.深入思考并檢驗(yàn)?zāi)切┛梢源龠M(jìn)生成認(rèn)知加工的新方法

雖然本篇綜述涉及的相關(guān)文獻(xiàn)已經(jīng)提出了幾種促進(jìn)生成認(rèn)知加工的教學(xué)原則，但是研究人員仍然需要為這些原則尋找新的方法并進(jìn)行擴(kuò)展。新的方法包括幫助學(xué)習(xí)者更好地理解社交線索的作用，例如讓學(xué)習(xí)者觀察一部視頻，視頻中的教師一邊繪圖，一邊做出解釋。

5.深入思考并檢驗(yàn)綜合運(yùn)用各教學(xué)設(shè)計(jì)原則的優(yōu)勢

以前的大部分研究都只是在傳統(tǒng)課堂中多使用某一種原則，以檢驗(yàn)其有效性。然而，未來研究的一個(gè)可能方向是檢驗(yàn)多種原則的綜合價(jià)值。特別是要了解教學(xué)設(shè)計(jì)原則的效果可否疊加，這將有助于構(gòu)建最高效的課堂。

6.深入思考并檢驗(yàn)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)在多媒體學(xué)習(xí)中的作用

研究人員雖然已經(jīng)廣泛認(rèn)可學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)對(duì)于學(xué)習(xí)的重要作用[167]，但還是需要將學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的作用納入多媒體教學(xué)設(shè)計(jì)理論，例如，一開始可以應(yīng)用莫雷諾（Moreno）的多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知情感理論[168]。在多媒體學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)這個(gè)方向還沒有得到充分研究，因此它是未來要研究的方向之一。

7.深入思考并檢驗(yàn)元認(rèn)知在多媒體學(xué)習(xí)中的作用

在多媒體學(xué)習(xí)中，另外一個(gè)還沒得到充分研究的方向是元認(rèn)知的作用，包括檢查學(xué)習(xí)者的執(zhí)行功能（executive function skills），例如轉(zhuǎn)換、刷新和抑制[169]。

8.在學(xué)習(xí)期間直接測量認(rèn)知加工

盡管多媒體研究有一個(gè)基本組成部分是在學(xué)習(xí)之后通過后測來測量學(xué)習(xí)結(jié)果，但還有一個(gè)方向沒得到充分的研究，那就是測量認(rèn)知加工。雖然在今天的研究中，研究人員已經(jīng)普遍使用自陳式調(diào)查來了解學(xué)習(xí)者的努力程度和面臨的困難，但是由于這種自陳式調(diào)查會(huì)受制于自身的局限性，所以在學(xué)習(xí)過程中，研究人員需要把對(duì)認(rèn)知加工的直接測量（即行為測量或生理測量）作為自陳式調(diào)查的補(bǔ)充或代替品。研究計(jì)劃的一個(gè)主要任務(wù)就是通過直接測量來調(diào)節(jié)認(rèn)知負(fù)荷[170]。有望在學(xué)習(xí)期間測量認(rèn)知加工的技術(shù)包括雙任務(wù)法、眼動(dòng)追蹤、腦部測量（例如腦電圖和功能性磁共振成像）和其他生理測量（例如心率、血液流速和皮電反應(yīng)）。

9.教學(xué)策略開發(fā)：使用多媒體材料高效學(xué)習(xí)、構(gòu)建有效的媒體材料

日益普遍的多媒體通信要求重新定義素養(yǎng)，將多媒體素養(yǎng)納入其中。多媒體素養(yǎng)包括兩種能力：一是學(xué)習(xí)包括語詞和圖像在內(nèi)的呈現(xiàn)內(nèi)容的能力，二是生成包括語詞和圖像在內(nèi)的信息，進(jìn)而與他人高效溝通的能力[171]。目前學(xué)習(xí)者接受的是廣泛的閱讀理解策略和寫作策略，目的是使學(xué)習(xí)者能夠閱讀文本和撰寫文章。但是研究計(jì)劃中下一個(gè)重要的步驟是研究最佳的教學(xué)策略，以使學(xué)生理解和生成包括圖像和語詞在內(nèi)的信息。

10.擴(kuò)展多媒體學(xué)習(xí)理論并進(jìn)行闡述

目前基于現(xiàn)有研究證據(jù)已經(jīng)提出了一些多媒體學(xué)習(xí)理論，例如多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論[172]、認(rèn)知負(fù)荷理論[173]和圖文理解的整合模型（integrated model of text and picture comprehension）[174]，但這只是一個(gè)開始，研究人員還需要在詳細(xì)說明學(xué)習(xí)原理方面，以及考慮更多因素（例如學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和元認(rèn)知）的作用方面做更多的研究。

11.提高多媒體學(xué)習(xí)研究方法的嚴(yán)謹(jǐn)性

教育研究中的一大領(lǐng)域就是爭論以下三個(gè)問題：哪種“主義”應(yīng)該處于主導(dǎo)地位（例如，行為主義、認(rèn)知主義、建構(gòu)主義、社會(huì)建構(gòu)主義、情境建構(gòu)主義，等等），研究人員應(yīng)該使用定性方法還是定量方法，以及我們是否應(yīng)該降低對(duì)校內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究的科學(xué)要求。首先，本研究計(jì)劃呼吁停止尋找最佳“主義”，因?yàn)檫@種尋找是沒有結(jié)果的，只會(huì)分散我們這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)研究人員的注意力。此外，本計(jì)劃還呼吁結(jié)束研究范式之爭，不要將定性法與定量法或?qū)嶒?yàn)法與觀察法對(duì)立起來，而應(yīng)選擇最適合調(diào)查中的研究問題的方法（通常是綜合法）[175]。最后，在使用實(shí)驗(yàn)法時(shí)（例如測試教學(xué)干預(yù)的有效性），為了能夠?qū)Y(jié)果做出解釋，研究人員應(yīng)該遵循實(shí)驗(yàn)控制的基本標(biāo)準(zhǔn)（例如，安排控制組，而不是簡單地考慮實(shí)驗(yàn)組前后測的差異），隨機(jī)分配學(xué)生（例如，隨機(jī)抽取學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)組）并合理地測量學(xué)習(xí)（例如，涵蓋對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果的測量，而非僅僅關(guān)注自陳式報(bào)告）。多媒體學(xué)習(xí)研究要想取得進(jìn)展，一個(gè)先決條件是從方法合理的研究中收集成果，并將其作為研究基礎(chǔ)的一部分。

12.了解實(shí)施的背景

最后，研究人員需要深入思考并檢驗(yàn)背景如何影響教學(xué)干預(yù)的實(shí)施。這些背景包括社會(huì)、組織、合作和文化背景。

本文對(duì)多媒體學(xué)習(xí)的研究進(jìn)行了綜述，要說明的要點(diǎn)是，我們基于不斷增多的研究基礎(chǔ)和認(rèn)知學(xué)習(xí)理論，已經(jīng)知道了不少多媒體數(shù)字化學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)原則，但是仍然需要通過接下來的研究來解決本研究計(jì)劃中提到的問題?？傊瑪?shù)字化學(xué)習(xí)在教育心理學(xué)方面體現(xiàn)出了優(yōu)勢。從這方面來看，數(shù)字化學(xué)習(xí)的前景非常光明，所以我們會(huì)繼續(xù)采用科學(xué)的方法對(duì)其進(jìn)行研究。用一個(gè)多世紀(jì)以前桑代克（E.L.Thorndike）[176]的話來說，我們?nèi)栽谔綄み@樣一個(gè)未來：“教育領(lǐng)導(dǎo)者選擇教育方法的依據(jù)是科學(xué)調(diào)查的結(jié)果，而非大眾的意見和看法?！?/p>

注釋：

①②③譯者注意到這三處數(shù)字與表4第一行中的數(shù)字不一致，其對(duì)應(yīng)的英文如下：This prediction is supported in the first line of the Table，showing that in 10 of 10 experimental comparisons，… students who learned with segmented lessons performed better on comprehension or transfer tests than students who learned with continuous lessons covering the identical material， with a median effect size of d = 0.77， which is in the large range。

④譯者注意到這處數(shù)字與表4第二行中的數(shù)字不一致，其對(duì)應(yīng)的英文如下：As expected， the second line of the Table shows that…， students scored higher on posttests when they received pretraining， yielding a median effect size of d = 0.75， which is in the high range。

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（責(zé)任編輯 杜丹丹）

Abstract： This paper reviews 12 research-based principles for how to design computer-based multimedia instructional materials to promote academic learning，starting with the multimedia principle （yielding a median effect size of d=1.67 based on five experimental comparisons），which holds that people learn better from computer-based instruction containing words and graphics rather than words alone.Principles aimed at reducing extraneous processing（i.e.，cognitive processing that is unrelated to the instructional objective）include coherence（d=0.70），signaling（d=0.46），redundancy（d=0.87），spatial contiguity（d=0.79）and temporal contiguity（d=1.30）.Principles for managing essential processing（i.e.，mentally representing the essential material） include segmenting（d=0.70），pre-training（d=0.46） and modality（d=0.72）.Principles for fostering generative processing（i.e.，cognitive processing aimed at making sense of the material）include personalization（d=0.79），voice（d=0.74） and embodiment（d=0.36）.Some principles have boundary conditions，such as being stronger for low-rather than high-knowledge learners.

Key words： e-learning;instructional design;multimedia learning;science of learning