數(shù)字化學(xué)習(xí)中運(yùn)用多媒體（上）

[美]理查德·E.梅耶/著 張恩銘?盛群力/譯

摘 要：本文通過(guò)回顧12條基于研究的教學(xué)設(shè)計(jì)原則，說(shuō)明了如何設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助多媒體教學(xué)材料來(lái)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(yǔ)詞和圖像同時(shí)呈現(xiàn)的效果比只呈現(xiàn)語(yǔ)詞的效果要好。無(wú)關(guān)認(rèn)知加工做的是和教學(xué)目標(biāo)無(wú)關(guān)的事情。為了減少無(wú)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(zhuān)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(lèi)號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-0069（2019）01-0001-09

計(jì)算機(jī)輔助學(xué)習(xí)（Computer‐assisted learning，CAL）可以追溯到20世紀(jì)五六十年代，那時(shí)人們通過(guò)大型計(jì)算機(jī)提供程序指令。如今，計(jì)算機(jī)輔助學(xué)習(xí)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入新的時(shí)代，提出了“數(shù)字化學(xué)習(xí)”（e‐learning）[1][2][3]。數(shù)字化學(xué)習(xí)的定義是，由數(shù)字化設(shè)備提供的教學(xué)以促進(jìn)學(xué)習(xí) [4]。數(shù)字化設(shè)備可以是任何由計(jì)算機(jī)芯片控制的電子設(shè)備，包括臺(tái)式計(jì)算機(jī)、筆記本電腦、平板電腦、智能手機(jī)、游戲控制臺(tái)和可穿戴設(shè)備（例如頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器）。

一、數(shù)字化學(xué)習(xí)中運(yùn)用多媒體的案例

多媒體教學(xué)（multimedia instruction）是指用語(yǔ)詞和圖像共同呈現(xiàn)信息，以促進(jìn)學(xué)習(xí)[5][6]。語(yǔ)詞可以用口頭形式（例如講解）或印刷形式呈現(xiàn)。圖像可以是靜態(tài)的（例如插圖、圖標(biāo)、地圖或照片），也可以是動(dòng)態(tài)的（例如動(dòng)畫(huà)或視頻）。在數(shù)字化學(xué)習(xí)中，多媒體可以是帶有講解的，或屏幕上帶有語(yǔ)詞說(shuō)明的動(dòng)畫(huà)、視頻或靜態(tài)圖像，也可以是基于計(jì)算機(jī)的交互式游戲、模擬任務(wù)或活動(dòng)，并在其中呈現(xiàn)口頭或印刷形式文本。

幾百年來(lái)，語(yǔ)詞一直是教學(xué)中的主要交流形式：從口頭講述（如講座）到手寫(xiě)語(yǔ)詞（如卷軸）、印刷文字（如書(shū)本），再到電子文字（如屏幕上的語(yǔ)詞或通過(guò)揚(yáng)聲器傳遞的語(yǔ)詞）。也許口頭言語(yǔ)是我們這個(gè)物種唯一的，也是最偉大的教育技術(shù)。它是最有用的工具，因?yàn)槠淇梢詭椭藗儗W(xué)習(xí)和提高認(rèn)知水平。隨著電子文字的發(fā)展，教學(xué)中的交流形式也相對(duì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，因此本文研究的重點(diǎn)就是包括語(yǔ)詞和圖像在內(nèi)的電子教學(xué)信息（electronic instructional messages）。

多媒體原則（multimedia principle）是這樣一種教學(xué)原則：學(xué)習(xí)者同時(shí)從語(yǔ)詞和圖像中學(xué)習(xí)的效果比單獨(dú)從語(yǔ)詞中學(xué)習(xí)的效果要好[7][8]。具體到數(shù)字化學(xué)習(xí)領(lǐng)域，多媒體原則主張：學(xué)習(xí)者同時(shí)從計(jì)算機(jī)輔助的語(yǔ)詞和圖像中學(xué)習(xí)的效果，比只從語(yǔ)詞中學(xué)習(xí)的效果更好。例如，假設(shè)教師對(duì)自行車(chē)打氣筒的工作原理進(jìn)行三次如下講解：“當(dāng)手柄被向上拉起時(shí)，活塞隨之向上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣閥打開(kāi)，排氣閥關(guān)閉，空氣進(jìn)入下部氣缸。當(dāng)手柄被向下推進(jìn)時(shí)，活塞隨之向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣閥關(guān)閉，排氣閥打開(kāi)，空氣經(jīng)軟管排出氣缸外?！敝螅瑢?duì)這堂只有教師講解的授課效果進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明，大學(xué)生能夠在問(wèn)題解決測(cè)試中得出的正確答案數(shù)為3.2個(gè)左右[9]。

然而，設(shè)想如果我們?yōu)槁?tīng)到的講解配上動(dòng)畫(huà)，那么會(huì)發(fā)生什么呢？當(dāng)對(duì)講解加動(dòng)畫(huà)的授課效果進(jìn)行解決問(wèn)題測(cè)試時(shí)，大學(xué)生可以得出的正確答案數(shù)為7.7個(gè)。有趣的是，這些學(xué)生在回憶講解內(nèi)容方面并沒(méi)有顯著差異，平均可以得到70%到80%的分?jǐn)?shù)。簡(jiǎn)言之，盡管圖文結(jié)合并不能夠幫助學(xué)習(xí)者更好地記憶語(yǔ)詞，但的確能幫助學(xué)習(xí)者實(shí)現(xiàn)更好的理解，在解決問(wèn)題的遷移測(cè)試中表現(xiàn)更佳。總之，綜觀五次使用計(jì)算機(jī)輔助學(xué)習(xí)的對(duì)照實(shí)驗(yàn)（學(xué)習(xí)內(nèi)容包括泵、制動(dòng)器、照明器和四則運(yùn)算）[10][11][12][13]，學(xué)習(xí)者同時(shí)使用語(yǔ)詞和圖像學(xué)習(xí)的表現(xiàn)，比單獨(dú)使用語(yǔ)詞學(xué)習(xí)的表現(xiàn)更好。研究得到了很高的中值效應(yīng)量（d=1.67）。這些為驗(yàn)證多媒體原則而進(jìn)行的重復(fù)實(shí)驗(yàn)，為數(shù)字化多媒體學(xué)習(xí)提供了理論依據(jù)。多媒體原則是整個(gè)數(shù)字化學(xué)習(xí)研究領(lǐng)域的基礎(chǔ)性教學(xué)設(shè)計(jì)原則，它為“圖文結(jié)合”這個(gè)歷史悠久的呼吁提供了理論依據(jù)。早在1658年，一部名為《世界圖解》（Orbis Pictus）的圖書(shū)便采用了圖文結(jié)合的形式出版?？涿兰~斯（Comenius）編寫(xiě)的這本書(shū)，是第一本采用這一形式的教育類(lèi)書(shū)籍[14]。

二、數(shù)字化學(xué)習(xí)中有效使用多媒體的案例

雖然有證據(jù)表明，多媒體原則強(qiáng)調(diào)的圖文結(jié)合教學(xué)方式確實(shí)可以促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，但是并非所有的圖像都同樣有效。在本部分，筆者將探討如何使用語(yǔ)詞（例如口頭言語(yǔ)或印刷文本）和圖像（例如動(dòng)畫(huà)、視頻或靜態(tài)圖片）來(lái)生成有效的多媒體教學(xué)信息。此外，筆者還將探討每項(xiàng)原則的邊界條件，包括對(duì)誰(shuí)有效，對(duì)哪些內(nèi)容有效，以及在什么條件下該原則最有效。

如圖1所示，多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論（cognitive theory of multimedia learning）為在數(shù)字化學(xué)習(xí)中有效使用多媒體提供了理論基礎(chǔ)。多媒體教學(xué)內(nèi)容通過(guò)耳朵（指向聽(tīng)覺(jué)感覺(jué)記憶）和眼睛（指向視覺(jué)感覺(jué)記憶）進(jìn)入學(xué)習(xí)者的信息加工系統(tǒng)。在這里，材料只能保持很短的時(shí)間。如果學(xué)習(xí)者注意到了感覺(jué)記憶中的一些瞬間即逝的信息（如“選擇”箭頭所示），那么就可以將這些信息轉(zhuǎn)移到工作記憶中進(jìn)一步得到加工。學(xué)習(xí)者必須在20秒內(nèi)對(duì)信息予以主動(dòng)處理，以使其保持在工作記憶中。接下來(lái)，學(xué)習(xí)者在心理上將輸入的語(yǔ)詞信息和視覺(jué)信息分別組織成一個(gè)一致的語(yǔ)詞表征（或語(yǔ)詞模型）或圖像表征（或圖像模型），該過(guò)程由“組織”箭頭表示。最后，學(xué)習(xí)者從長(zhǎng)時(shí)記憶中激活相關(guān)的原有知識(shí)，并將其提取到工作記憶中。此時(shí)，學(xué)習(xí)者將原有知識(shí)和上述兩種模型進(jìn)行整合（如“整合”箭頭所示）。最后，在工作記憶中構(gòu)建的學(xué)習(xí)結(jié)果，可以存儲(chǔ)到長(zhǎng)時(shí)記憶中。以上過(guò)程可以是迭代的，而非嚴(yán)格線性的。因此，意義學(xué)習(xí)是否發(fā)生取決于學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)期間是否積極主動(dòng)參與認(rèn)知加工，即學(xué)習(xí)者是否做了選擇、組織和整合這三個(gè)心理運(yùn)作事件。

如你所見(jiàn)，該模型的基礎(chǔ)是認(rèn)知科學(xué)的三個(gè)重要原理：（1）雙重通道原理（dual‐channels principle），人對(duì)視覺(jué)信息和語(yǔ)詞信息有相互獨(dú)立的信息加工通道[15];（2）容量有限原理（limited‐capacity principle），無(wú)論什么時(shí)候，人都只能處理每個(gè)通道中的少量信息[16][17];（3）主動(dòng)加工原理（active processing principle），當(dāng)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)材料進(jìn)行適當(dāng)加工時(shí)，意義學(xué)習(xí)就發(fā)生了。加工方式包括了選擇、組織和整合[18][19]。

對(duì)教師來(lái)說(shuō)，主要的挑戰(zhàn)是生成可以激發(fā)選擇、組織和整合這三個(gè)認(rèn)知過(guò)程的多媒體教學(xué)信息，同時(shí)保證工作記憶中的視覺(jué)通道和言語(yǔ)通道不會(huì)超載?？紤]到工作記憶容量有限的特點(diǎn)，以及學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中積極主動(dòng)參與加工過(guò)程的需要，本文提出三個(gè)主要教學(xué)目標(biāo)：（1）減少無(wú)關(guān)認(rèn)知加工（即和教學(xué)目標(biāo)無(wú)關(guān)的，由不良教學(xué)設(shè)計(jì)引起的認(rèn)知加工）;（2）調(diào)節(jié)基本認(rèn)知加工（即在對(duì)材料進(jìn)行心理表征時(shí)產(chǎn)生的認(rèn)知加工，教學(xué)材料的復(fù)雜性可能會(huì)對(duì)其造成影響）;（3）促進(jìn)生成認(rèn)知加工（即對(duì)材料建構(gòu)意義時(shí)產(chǎn)生的認(rèn)知加工，學(xué)習(xí)者為學(xué)習(xí)付出努力的主觀意愿會(huì)對(duì)其造成影響）。

以下我們將探討若干教學(xué)原則的研究基礎(chǔ)，這些原則有助于實(shí)現(xiàn)上述三個(gè)目標(biāo)。討論的基礎(chǔ)是對(duì)《劍橋多媒體學(xué)習(xí)手冊(cè)》一書(shū)中計(jì)算機(jī)輔助授課的文獻(xiàn)資料進(jìn)行回顧[20][21][22]。在一定程度上，研究結(jié)果對(duì)實(shí)際教育環(huán)境的適用性有限，因?yàn)樵S多研究都只是進(jìn)行了即時(shí)測(cè)試的實(shí)驗(yàn)室短期實(shí)驗(yàn)。

三、減少無(wú)關(guān)認(rèn)知加工的教學(xué)原則：聚焦要義、標(biāo)記結(jié)構(gòu)、控制冗余、空間鄰近和時(shí)間鄰近

表1列出了減少無(wú)關(guān)認(rèn)知加工的五個(gè)原則：聚焦要義、標(biāo)記結(jié)構(gòu)、控制冗余、空間鄰近和時(shí)間鄰近。此外，對(duì)于每個(gè)原則，該表還統(tǒng)計(jì)了使用計(jì)算機(jī)輔助學(xué)習(xí)的對(duì)照實(shí)驗(yàn)數(shù)量，在這些實(shí)驗(yàn)中哪些產(chǎn)生的是正向結(jié)果（在“數(shù)量”這一列），以及根據(jù)科恩（Cohen）的d公式計(jì)算出的中值效應(yīng)量（在“效應(yīng)量”這一列）。在每個(gè)對(duì)照實(shí)驗(yàn)中，我們比較控制組和實(shí)驗(yàn)組的學(xué)習(xí)結(jié)果測(cè)試表現(xiàn)。控制組和實(shí)驗(yàn)組接受的是相同的授課，不同之處在于實(shí)驗(yàn)組額外使用了某一種教學(xué)原則。本節(jié)提出的教學(xué)原則旨在幫助學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)時(shí)減少無(wú)關(guān)認(rèn)知加工，從而釋放更多的認(rèn)知容量，以進(jìn)行基本認(rèn)知加工和生成認(rèn)知加工，實(shí)現(xiàn)意義學(xué)習(xí)。

首先介紹第一個(gè)原則，請(qǐng)觀察圖2中的幻燈片。這節(jié)課是一節(jié)計(jì)算機(jī)輔助的幻燈片授課，其內(nèi)容是病毒如何導(dǎo)致感冒。幻燈片的左側(cè)包含一個(gè)誘人的細(xì)節(jié)（有趣卻與教學(xué)目標(biāo)無(wú)關(guān)的材料），即性生活和抵抗感冒之間的關(guān)系的相關(guān)研究;不過(guò)，幻燈片的右側(cè)就沒(méi)有包括這一無(wú)關(guān)材料。你可能希望學(xué)生在“感冒與病毒”這一主題課堂上學(xué)得更好，于是便添加了一些有趣（但無(wú)關(guān)）的事實(shí)內(nèi)容，這樣做的理由是學(xué)生會(huì)更感興趣。然而，根據(jù)圖1中多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論，如果學(xué)習(xí)者必須對(duì)無(wú)關(guān)材料進(jìn)行加工，那么他們將只能用較少的認(rèn)知容量來(lái)加工課堂中的基本材料。

表1 說(shuō)明，為了驗(yàn)證“聚焦要義”（coherence）原則，實(shí)驗(yàn)人員總共進(jìn)行了12項(xiàng)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)的課程全部是計(jì)算機(jī)輔助課程，內(nèi)容涉及閃電、制動(dòng)器、海浪、冰河時(shí)代、感冒與病毒、生物學(xué)和遠(yuǎn)程歷史學(xué)習(xí)[23][24][25][26][27][28][29][30]。正如預(yù)測(cè)的那樣，在全部12個(gè)對(duì)照實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)組（即去除無(wú)關(guān)材料那一組）都比控制組在遷移或理解測(cè)試中的表現(xiàn)要好。研究得到了較高的中值效應(yīng)量（d=0.70）。這些發(fā)現(xiàn)支持了聚焦要義原則——當(dāng)教師在計(jì)算機(jī)輔助的多媒體課堂上，將與教學(xué)目標(biāo)無(wú)關(guān)的材料剔除時(shí)，學(xué)習(xí)者可以學(xué)得更好。

下面對(duì)聚焦要義原則的邊界條件進(jìn)行討論：在代表病毒的圖形上加入有趣的情感細(xì)節(jié)（例如賦予病毒和宿主細(xì)胞以人類(lèi)的面部表情），可以提高測(cè)試表現(xiàn)[31][32][33]。需要進(jìn)一步研究的是，教師設(shè)計(jì)的這些情感細(xì)節(jié)，什么時(shí)候才能使學(xué)習(xí)者將注意力集中在相關(guān)材料上，又在什么時(shí)候會(huì)分散學(xué)習(xí)者的注意力？此外，有新的證據(jù)表明，當(dāng)無(wú)關(guān)材料十分有趣[34]，學(xué)習(xí)者的工作記憶容量低[35][36]，或課堂的認(rèn)知水平高[37]時(shí)，聚焦要義原則最適用。

接下來(lái)介紹第二個(gè)原則，請(qǐng)看表2的兩個(gè)講義片段。這兩個(gè)講義片段對(duì)應(yīng)的是同一節(jié)多媒體課，主題是飛機(jī)如何實(shí)現(xiàn)爬升。二者的不同之處在于，左側(cè)的片段沒(méi)有任何標(biāo)記，而右側(cè)的片段卻對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了標(biāo)記（標(biāo)記的方法是用粗體字強(qiáng)調(diào)）。你可能認(rèn)為使用左側(cè)版本（即只給出解釋的“干凈”版本）的學(xué)生可以學(xué)得更好。然而實(shí)際上，如果學(xué)生需要在選擇和組織重要信息方面得到幫助，那么用聲音強(qiáng)調(diào)關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)并為了提高組織性而添加標(biāo)題，可以引導(dǎo)學(xué)習(xí)者進(jìn)行認(rèn)知加工。這種做法和多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論也是保持一致的。提示結(jié)構(gòu)（也稱(chēng)作視覺(jué)提示）還可以用一些標(biāo)記（例如箭頭、著色或突顯標(biāo)記）來(lái)突出圖像的相關(guān)部分。

表1說(shuō)明，為了驗(yàn)證“標(biāo)記結(jié)構(gòu)”（signalling）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)涉及的授課均為計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，內(nèi)容包括飛機(jī)、視覺(jué)感知、地理、機(jī)械系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、教學(xué)技巧、鋼琴原理、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、語(yǔ)言產(chǎn)生和魚(yú)類(lèi)運(yùn)動(dòng)[38][39][40][41][42][43][44][45][46][47][48][49][50][51][52][53]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和預(yù)測(cè)的結(jié)果一致，實(shí)驗(yàn)組（即提示關(guān)鍵語(yǔ)詞或圖像的關(guān)鍵特征那一組）在其中的18項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中都比控制組在遷移或理解測(cè)試中的成績(jī)要好。研究得到了中等的中值效應(yīng)量（d=0.46）。這些發(fā)現(xiàn)支持了標(biāo)記結(jié)構(gòu)原則——當(dāng)教師在計(jì)算機(jī)輔助的多媒體課堂上突出文本或圖像的關(guān)鍵部分時(shí)，學(xué)習(xí)者可以學(xué)得更好。

標(biāo)記結(jié)構(gòu)原則的一個(gè)重要的邊界條件是，它只對(duì)原有知識(shí)較少的學(xué)生起作用，對(duì)原有知識(shí)較多的學(xué)生則不一定起作用[54]。

下面繼續(xù)介紹第三個(gè)原則，請(qǐng)看圖3的示例。在進(jìn)行幻燈片展示時(shí)是應(yīng)該只包括圖像和口頭講解（如左側(cè)幻燈片所示）呢，還是應(yīng)該既包括圖像和口頭講解又在屏幕上顯示和講解內(nèi)容一致的文本（如右側(cè)幻燈片所示）呢？你的猜測(cè)也許是，對(duì)學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)，同時(shí)使用口頭言語(yǔ)和印刷文本才是理想的，因?yàn)閷W(xué)習(xí)者可以自行選擇適合個(gè)人學(xué)習(xí)風(fēng)格的呈現(xiàn)方式。然而，根據(jù)多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論，呈現(xiàn)多余的口頭言語(yǔ)和多余的印刷文本可能會(huì)導(dǎo)致增加無(wú)關(guān)認(rèn)知加工，并干擾學(xué)習(xí)。例如，學(xué)習(xí)者可能會(huì)試圖調(diào)和口頭言語(yǔ)和書(shū)面語(yǔ)詞之間的矛盾，而不去嘗試?yán)斫膺@些語(yǔ)詞究竟意味著什么。同樣地，教師向?qū)W習(xí)者提供的作為陳述的印刷文本可能會(huì)分散學(xué)習(xí)者的視覺(jué)注意力，從而導(dǎo)致學(xué)習(xí)者不能在閱讀說(shuō)明的同時(shí)對(duì)圖像進(jìn)行加工。因此，根據(jù)多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論，只呈現(xiàn)圖像和講解是最有效的，因?yàn)閳D像可以在視覺(jué)通道中加工，而語(yǔ)詞則可以在語(yǔ)言通道中加工。

表1中說(shuō)明，為了驗(yàn)證“控制冗余”（redundancy）原則，實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行了13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)輔助的授課，內(nèi)容包括電子工程、閃電、植物學(xué)和人類(lèi)記憶[55][56][57][58][59][60][61][62]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和預(yù)測(cè)的一致，全部13項(xiàng)對(duì)照實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)組（即在多媒體課程上只呈現(xiàn)圖像和口頭講解，而不同時(shí)呈現(xiàn)圖像、口頭講解和屏幕文本的那一組）都比控制組在遷移或理解測(cè)試中的成績(jī)要好。研究得到了較高的中值效應(yīng)量（d=0.87）。這些發(fā)現(xiàn)支持了控制冗余原則——當(dāng)教師在計(jì)算機(jī)輔助的多媒體課堂上只呈現(xiàn)圖像和口頭講解，而不同時(shí)呈現(xiàn)圖像、口頭講解和屏幕文本時(shí)，學(xué)習(xí)者可以學(xué)得更好。

卡爾優(yōu)加（Kalyuga）等人討論了控制冗余原則的邊界條件[63][64]。他們發(fā)現(xiàn)，控制冗余原則對(duì)原有知識(shí)較少的學(xué)生，比對(duì)原有知識(shí)較多的學(xué)生更有效。此外，有證據(jù)表明，在沒(méi)有圖像時(shí)，同時(shí)提供印刷文本和口頭講解[65][66]可以改善學(xué)習(xí)，向帶有講解的動(dòng)畫(huà)或幻燈片添加多余的屏幕文本也可能促進(jìn)學(xué)習(xí)，但是要注意：只能向正在討論的圖像部分添加一兩個(gè)語(yǔ)詞[67]，或者讓屏幕文本與口頭講解的內(nèi)容不同[68]。

接著介紹第四個(gè)原則。印刷文本放在哪里更有利于學(xué)習(xí)？請(qǐng)看圖4，你認(rèn)為是將印刷文本作為字幕置于圖像下方（如圖4左側(cè)幻燈片所示）更好，還是將這些語(yǔ)詞放置在圖像的相應(yīng)部分附近（如圖4右側(cè)幻燈片所示）更好？正如圖4左側(cè)分開(kāi)演示的幻燈片那樣，你可能認(rèn)為先學(xué)習(xí)圖像，再學(xué)習(xí)語(yǔ)詞（或先學(xué)習(xí)語(yǔ)詞，再學(xué)習(xí)圖像）是一個(gè)好辦法。而你喜歡這種分開(kāi)演示的原因可能是你認(rèn)為學(xué)習(xí)者必須參與更多的認(rèn)知活動(dòng)，以便將語(yǔ)詞和圖像聯(lián)系起來(lái)，并參與生成一種“合理難度（desirable difficulty）”[69]。反之，多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論則斷言，分開(kāi)演示會(huì)比整合演示產(chǎn)生更多的無(wú)關(guān)認(rèn)知加工，從而導(dǎo)致學(xué)習(xí)者沒(méi)有足夠的認(rèn)知容量去進(jìn)行意義學(xué)習(xí)所必需的認(rèn)知加工。當(dāng)你必須來(lái)回翻看說(shuō)明語(yǔ)詞和對(duì)應(yīng)的圖像部分時(shí)，便產(chǎn)生了無(wú)關(guān)認(rèn)知加工，它將消耗你有限的認(rèn)知容量。當(dāng)語(yǔ)詞和圖像的對(duì)應(yīng)部分很接近時(shí)，你會(huì)知道該看向哪里并因此減少無(wú)用的尋找和回看。

表1說(shuō)明，為了驗(yàn)證“空間鄰近”（spatialcontiguity）原則，實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行了8項(xiàng)對(duì)照實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)涉及的課程同樣均為計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的課程，內(nèi)容涉及閃電、泵、制動(dòng)器、電路、統(tǒng)計(jì)、醫(yī)療程序和腎臟的工作原理[70][71][72][73][74][75][76]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和預(yù)測(cè)的結(jié)果一致，全部8項(xiàng)對(duì)照實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)組（即整合演示的那一組）都比控制組（即分開(kāi)演示的那一組）在遷移或理解測(cè)試中的成績(jī)要好。研究得到了較高的中值效應(yīng)量（d=0.79）。在這些研究中，不論是整合演示還是分開(kāi)演示，呈現(xiàn)的圖像和屏幕文本都是相同的，唯一的不同點(diǎn)在于，語(yǔ)詞和對(duì)應(yīng)的圖像部分的距離是遠(yuǎn)還是近。這些發(fā)現(xiàn)也和吉恩斯（Ginns）的觀點(diǎn)[77]一致，其支持空間鄰近原則——當(dāng)教師在計(jì)算機(jī)輔助的多媒體課堂上將印刷文本和圖像的對(duì)應(yīng)部分鄰近呈現(xiàn)，而不分開(kāi)呈現(xiàn)時(shí)，學(xué)習(xí)者可以學(xué)得更好。

減少無(wú)關(guān)認(rèn)知加工的第五個(gè)原則和講解與圖像的時(shí)間順序有關(guān)。從時(shí)間的角度考慮講解與圖像的兩種呈現(xiàn)方式：一是同時(shí)呈現(xiàn)，即口頭言語(yǔ)和屏幕上正在展示的圖像保持一致（如表3的右側(cè)所示）;二是依次呈現(xiàn)，即口頭言語(yǔ)在幻燈片或動(dòng)畫(huà)的前面或后面呈現(xiàn)（如表3的左側(cè)所示）。你可能認(rèn)為依次呈現(xiàn)語(yǔ)詞和圖像（順序可以顛倒）是最有效的，因?yàn)檫@樣做可以將兩種類(lèi)型的材料分別呈現(xiàn)一次，并且會(huì)花費(fèi)兩倍于同時(shí)呈現(xiàn)的時(shí)間。然而，多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論卻給出了相反的回應(yīng)：依次呈現(xiàn)會(huì)產(chǎn)生繁重的無(wú)關(guān)認(rèn)知加工，因?yàn)橹钡娇吹綀D像（或聽(tīng)到講解）為止，學(xué)習(xí)者都必須將講解（或圖像）全部保持在自己的工作記憶中。這樣做使得學(xué)習(xí)者只剩下較少的認(rèn)知容量來(lái)理解新接觸的材料。而通過(guò)同時(shí)呈現(xiàn)語(yǔ)詞和圖像，學(xué)習(xí)者可以同時(shí)將互相對(duì)應(yīng)的語(yǔ)詞和圖像放置在工作記憶中，從而促進(jìn)整合過(guò)程，實(shí)現(xiàn)意義學(xué)習(xí)。

表1的最后一行支持了上面的解釋。該行說(shuō)明，為了驗(yàn)證“時(shí)間鄰近”（temporal contiguity）原則，實(shí)驗(yàn)人員共進(jìn)行8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)的授課，內(nèi)容包括泵、制動(dòng)器、閃電以及肺的工作原理[78][79][80][81]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，全部8項(xiàng)對(duì)照實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)組（即講解和圖像同時(shí)呈現(xiàn)的那一組）都比控制組（即講解和圖像依次呈現(xiàn)的那一組）在遷移或理解測(cè)試中的成績(jī)要好。研究得到了很高的中值效應(yīng)量（d=1.30）。在這些研究中，不論是整合演示還是分開(kāi)演示，呈現(xiàn)的圖像和屏幕文本都是相同的，唯一的不同點(diǎn)在于，語(yǔ)詞和對(duì)應(yīng)的圖像部分的距離是遠(yuǎn)還是近。這一系列結(jié)論同樣和吉恩斯的一項(xiàng)元分析[82]保持一致，并支持了時(shí)間鄰近原則——當(dāng)教師在多媒體課堂上將講解和圖像同時(shí)呈現(xiàn)，而不依次呈現(xiàn)時(shí)，學(xué)習(xí)者可以學(xué)得更好。

有學(xué)者討論了時(shí)間鄰近原則的邊界條件：當(dāng)材料以小塊呈現(xiàn)[83][84]，或材料對(duì)學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單時(shí)[85]，時(shí)間鄰近原則不適用。

綜上所述，表1列出了五種有大量實(shí)證支持的方法，這些方法可以幫助學(xué)習(xí)者減少無(wú)關(guān)認(rèn)知加工，從而促進(jìn)學(xué)習(xí)[86]。（未完待續(xù)）

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Using Multimedia for E-learning （I）

Author：Richard E.Mayer1，

Translators：ZHANG Enming2，SHENG Qunli2

（1.Department of Psychological and Brain Sciences，University of California，Santa Barbara，CA，USA;

2.School of Education，Zhejiang University，Hangzhou，Zhejiang，China 310028）

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