优化数学—多—媒基于体多教媒学体学信习息的的认知原理则论

朱秀梅 唐剑岚

（朱秀梅：钦州学院教育学院学院，讲师。研究方向：数学课程与教学论研究。唐剑岚：广西师范大学数科院。）

基于人脑的信息加工模型和心理学家维特罗克(M.C.Wittrock)的生成学习理论(Generative Learning)，教育心理学家梅耶(R.Mayer)等人提出了一个多媒体学习的认知理论模型，并进行了大量实验，提出一些优化多媒体教学信息很有启发意义的观点。本文基于多媒体学习的认知理论、结合数学学习与教学的规律，探讨优化数学多媒体教学信息的基本原则。

一、多媒体学习认知理论的基本观点

一般而言，多媒体需要从三个层面理解：承载信息层面，指承载多种信息的技术设备（如计算机、网络、投影仪等）；表征信息层面，指信息的表示形式（如文本、图形、声音等）；信息通道层面，指信息接受的感官通道（视觉或听觉）。如不能正确区分这三个层面，就会导致许多误解。

（一）言语化信息和视觉化信息是本质不同的两种信息

虽然信息的表征形式多样，但从学习的本质看只有两种，其一是言语化表征 (书面语言、口语、数学符号等特殊符号)。其二是实物、图形、图像等视觉化表征。图形表征是由数学描述的线条和色块组成的，图像表征由像素组成。从通道层面看，多媒体教学信息主要有视觉信息和听觉信息。在基于多媒体教学教学中，经由视觉通道加工的信息可以是屏幕文本或图形，经由听觉通道加工的信息可以是视频中解说等各种声音；在基于课本的传统教学，经由视觉通道加工的信息可以是打印文本、插图、黑板板书或图形；经由听觉通道加工的信息主要是教师的解说。

（二）工作记忆加工信息的双通道

工作记忆加工多媒体信息主要有视觉/图像通道和听觉/言语通道，虽然呈现的多媒体信息是无限的，长时记忆的容量也是无限的，但无论是视觉/图像通道，还是听觉/言语通道，它们加工和暂存信息的容量是十分有限的。设计的多媒体教学信息，如果不考虑工作记忆容量有限性特征，经常会出现认知超载(cognitive overload)，即学习者需求的认知加工容量超过工作记忆的认知容量，结果影响学习效果和效率。

（三）有意义的学习过程是主动“选择-组织-整合”的过程

多媒体学习不是信息获得，而是主动建构意义的过程。在这个过程中，学习者需要在工作记忆中进行大量的认知加工，这些加工包括学习者注意呈现的多媒体信息，组织信息为一个与学习主题一致的结构(如逻辑关系、因果链等)，把呈现信息与长时记忆中先前的知识经验进行整合。具体而言，主动加工包括五种认知加工：选择文字、选择图形、组织文字、组织图片和整合。需要指出的是，对信息的选择、组织和整合并非总是以线性的顺序发生，有时也会反复进行，这些过程受元认知调节和监控。

（四）有意义学习的结果是整合的心理模型

多媒体教学信息经过有意义学习过程，在不同时期的信息表征层次不同，最后生成的是整合的心理模型。整合的心理模型并非容易生成，还需要言语模型与图像模型之间的协调、转译等深层加工。整合的心理模型是多媒体信息最后内化为具有丰富意义的认知结构，它具有如下特征：①简洁的：简明扼要且包含足够的细节；②一致的：言语模型与图像模型具有连贯一致的意义；③具体的：由恰当的相似层级所呈现；④概念化的：具有潜在的意义；⑤正确的：对象及其内在关系与实际的对象和事件具有相关性；⑥周密的：既有恰当的言语化表征，又有精致的视觉图像。

二、数学多媒体教学信息的优化设计原则

教学设计是运用系统方法将学习理论与教学理论的原理转换成对教学目标(或教学目的)、教学条件、教学方法、教学评价等教学环节进行具体计划的系统化过程。教学设计是为解决教学实际问题而创设一个有效的教学系统，其目的和手段是优化教学系统中各种因素及其组合，力求学习结果最优化，其基本目标是优化多媒体的教学信息，便于学生充分内化多媒体信息。下面是一些基本原则及其衍生的策略与方法。

（一）信息打包原则及应用策略

信息打包原则是指在设计数学教学内容时，尽量将数学教学信息设计成有意义的“信息包”或组块，因此也可以叫“组块原则”。“一图胜千文”就是这个道理。从脑科学来说，视觉化信息的内化与生成既是人脑右半球的功能所驱动，也是右半球功能发展的外在促进。因此，在设计教学内容时，尽量进行信息打包设计。

（二）空间邻近原则及应用策略

空间邻近原则是指在信息打包时，尽量使用同一数学学习对象的言语化信息和视觉化信息在空间上邻近或组合呈现，而非远离或分离呈现。根据数学学习特点、多媒体学习的认知理论，无论是听觉/言语工作记忆，还是视觉/图像工作记忆，它们加工信息既相互独立，又相互参照。当言语化信息和其对应的视觉化信息在空间上彼此邻近或组合时，工作记忆不必花费太多的认知资源或能量去搜索一致的信息，而集中注意对多媒体信息进行选择与组织；另外，工作记忆更有可能同时保持刚加工的初步信息，继续进行深度意义的加工。

（三）时间临近原则及应用策略

时间临近原则是指在信息打包时，尽量使同一数学学习对象的言语化信息和视觉化信息在时间上同步或临近呈现，而非异步或间断呈现。相对空间来说，时间是一种稀缺的资源，要在一节课达到预定的教学目标，必然要在有限时间内优化有效地分配和组织信息，为学生有意义学习提供时间保障。对此，时间临近原则提供了某种决策。

（四）一致性原则及应用策略

一致性原则是指在信息打包时，尽量使“信息包”的信息结构与数学学习对象的结构成分保持一致，剔除与学习对象的结构成分不一致的、无关的信息，使“信息包”的信息结构保持精简。根据多媒体学习的认知理论和数学学习的特点，与学习对象不一致、无关的信息会分散学习者的注意，干扰学习者深入加工；另外，会产生冗余效应。因为它们会争夺工作记忆的认知资源或能量，甚至误导学习者偏离加工学习对象的活动，从而工作记忆不可能有更多认知资源或能量投入到选择与组织、转换与转译等高级认知操作中。一致性原则在多媒体教学中具有广泛指导意义与应用价值。然而，在现实的课堂教学中，充满了大量不一致的信息，特别是在多媒体课件设计中。譬如，无关主题的音频、新奇的动画等。这些信息原本可以带给学习者所谓的趣味，结果却损伤了有意义的学习过程。

（五）双通道原则及应用策略

双通道原则是指在信息打包时，尽量使“信息包”包含“视觉信息+听觉信息”，而不是“视觉信息+视觉信息”或“听觉信息+听觉信息”。关于双通道在学习中的优势，教育史上有很多论述。17世纪，夸美纽斯确定了“通过感觉渠道教一切知识的信条”，认为从感觉开始就能从易到难，教学要充分利用视觉、听觉、味觉、嗅觉及触觉的功能，教学顺序应是实物先于语言，例子先于规则。20世纪，特瑞克勒(D.G.Treichler)则更精确地断言，对于一个没有心理障碍和生理疾病的人来说，用于获知的所有感官中，通过视觉的学习占83%，听觉占11%，嗅觉占3.5%，触觉占1.5%，味觉占l%。视觉和听觉获取的知识达94%之多。医学心理学研究表明，通过听觉获取知识能够记忆的约占15%，视觉获取知识能够记忆的约占25%，当听觉和视觉同时接受信息，能够记忆知识的约占65%。双通道原则在多媒体教学中具有广泛的指导意义与应用价值，特别对多媒体教学信息的设计与呈现具有深刻的指导意义。

[1]唐剑岚.数学多元表征学习及教学[M].南京：南京师范大学出版社，2009.

[2]何克抗.也论教学设计与教学论[J].电化教育研究，2001.4.

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