刘儒德, 赵妍, 柴松针, 徐娟
(北京师范大学心理学院, 北京100875)

摘要: 多媒体学习的效果和效率取决于学习者与多媒体表征方式以及教学设计因素之间的相互作用。多媒体信息的呈现形式、信息的真实性程度、互动程度以及各种信息形式之间的关系必须适于学习者的先前知识经验、视觉空间能力与学习能力的水平以及学习任务的目标等。只有这些方面的因素相互匹配, 才能产生实质性的媒体功效。从学习者建构知识的内部认知过程来说, 如果某种外在的信息表征形式有利于学习者以最少的无关认知负荷和最大的生成认知负荷来建构内部心理表征时, 这种媒体表征方式对学习者就是最有效的。
关键词: 多媒体学习; 学习者特征; 多媒体表征方式; 教学设计
多媒体教育内容和多媒体教育系统日益普及,但对于多媒体的教学功效存在着长久的争议, 一方面是支持多媒体的人持乐观态度,认为多媒体学习既能减少学习时间也能增强学习效果, 尤其可以支持学习者理解复杂的知识领域; 另一方面, 持相反立场的人一直对教育中运用多媒体抱怀疑态度, 认为多媒体学习是无足轻重的甚至有消极的影响。相关文献的相互矛盾的结果是因为多媒体学习的过程及效果受到了许多内外因素( 诸如学习者的先前知识,学习者的认知风格、媒体呈现形式、媒体之间的关系以及教学过程等) 的相互影响。
一、学习者特征
学习者的许多特征影响了多媒体学习的效果,如学习兴趣、学习动机、学习风格、先前经验等, 其中一些相对稳定的因素, 如先前经验、视觉空间能力和学习能力等, 受到了研究者们的特别关注。
1.学习者的先前知识经验
先前知识经验少的学习者从多媒体图表中获益更多。有研究发现, 先前知识经验少的学习者从文本与图形的整合解释中获得较大的学习效果, 他们不能够理解单独的图形呈现。相反, 先前知识经验多的学习者可以从单独呈现的文本或图形中获益。如果学习者借助文本和先前经验已经能够建立起内在表征, 这时多媒体图形势必不可避免引起学习者的注意, 增加了认知加工负荷, 分散了建构内在表征的认知资源( 注意分散效应) 。而且, 学习者需要在外在提供的图形表征与自己建构的基于文本的内在表征方式之间进行搜索—匹配, 这一过程又为学习者带来了额外的认知负荷, 增加了工作记忆负担, 干扰了图式的建构和精确化, 从而阻碍了学习。因此, 在评价多媒体图形的效果之前, 我们首先需要考虑在单独运用文本的情况下, 学习者借助于先前经验是否能够建立起文本内容的内在表征。
学习者的先前知识经验也会影响多媒体信息的最佳组合方式。整合视觉和听觉两种信息呈现方式能够有效减少先前经验低的学习者的视觉搜索, 从而促进他们的学习。然而, 对于先前经验高的学习者, 视觉和听觉信息的整合效果不仅消失了, 而且当他们集中注意听觉信息时, 学习反而受到阻碍。关于工业机器操作教学的一系列研究表明, 同时呈现视觉图形与听觉解释, 对经验较少的学习者具有较好的教学效果, 然而, 在经过额外的训练之后, 听觉解释的效果消失了, 而单独呈现图形的效果却增加了。特别是对于同一批学生, 在他们经过这一领域的特殊训练后, 知识的丰富性随之提高, 与图形加解说的呈现方式相比, 单独呈现图形逐渐凸现出其优越性,其实验结果与开始时相反。因此, 在设计多媒体信息呈现方式时, 需要考虑学习者先前知识经验水平的高低, 并非使用媒体形式越多越好。
2.学习者的视觉空间能力
图形表征并不总是以相同的方式使各种类型的学生受益的, 其效果取决于学习者的视觉空间能力和知识经验。有研究表明, 空间能力低的学习者更多地查看图形, 这说明他们从文本中提取信息有困难时,更多依靠图形来验证、修改从文本中形成的表征, 以弥补阅读文本时的不足。然而, 也有研究者认为, 视觉空间能力低的学习者用更多的认知资源在头脑内部建构起一个视觉表征, 从而减少了用来建立视觉信息和言语信息之间联系的资源, 致使在加工视觉信息时可能会遇到困难, 不能从图形表征中受益。当然, 丰富的先前知识可能会对低视觉空间能力起到一定的补偿作用。然而, 也有研究表明, 水平高的阅读者和水平低的阅读者都会有图表效应。图表提供的语境信息使高水平的阅读者能够分析图表和文章之间的隐含关系, 对图表进行合理的推理, 使低水平的阅读者在遇到困难时产生更多的语义联想, 中等水平的阅读者没有发现图表效应, 可能是由于他们把全部精力都放在文章上了, 没有更多的精力关注图表。为了补偿学习者的空间能力, 可以使用分解信息, 或使用线索和图表向阅读者指引重要的表征部分的办法, 也可以用不同的图表表征相同的内容, 使各种水平的学习者都能够获益。
3.学习者的学习能力
图形能够帮助学习能力低的学生理解和掌握学习内容, 而对于学习能力强的学习者, 借助于文本已经能够通过联想自行产生图像模型, 在这种情况下图形反而起到阻碍作用。有研究表明, 在阅读过程中图形可以作为文本的具体例子, 补充修正文本的内容, 帮助阅读困难的学生更好地获取信息。还有研究表明认为, 视觉表象能够帮助阅读困难的学生, 阅读困难的学生经常不能建立视觉表象; 有策略地利用外部的视觉表象能够帮助学生建立内部的视觉表象, 促进学生理解文章。然而, 也有研究表明, 阅读水平高的学习者和阅读水平低的学习者都会从图形中获益, 图形提供的语境信息使高水平的阅读者能够分析图形和文章之间的隐含关系, 对图形进行合理的推理, 使低水平的阅读者在遇到困难时产生更多的语义联想, 中等水平的阅读者没有发现图形效应,可能是由于他们把全部精力都放在文章上了, 没有更多的精力关注图形。另外, 关于动态图的研究表明, 只有学习者在没有动态图、单独依靠文本不能产生动态心理模型的情况下, 动态图表才有效。事实上, 学习者特征在大多数研究中是作为控制变量来考虑的, 如梅耶等人的实验中, 所选用的被试都是空间能力高、先前经验低的学习者。越来越多的研究者认为多媒体学习中个体差异的研究应该成为下一步研究的重点, 并且已经有一些研究开始了这方面的尝试。
4.年龄
许多研究发现, 图形的动机效应存在年龄差异,年幼儿童喜欢色彩鲜艳的、简单的真实图画, 年长儿童和成年人喜欢更复杂的图画。成年人能根据自己的目的从具体丰富的细节中找到自己所需要的信息, 而儿童容易被这些细节信息吸引注意力, 不能从中找到关键信息。值得注意的是, 老年人更适合多媒体学习, 老年人比年轻人从多媒体中获益更多, 所需要的认知负荷更低。

二、多媒体表征方式
多媒体是由文本、图形、图片、动态图、解说、音频和视频等多种媒体信息构成的。多媒体学习是指学习者接受两种或两种以上形式信息的学习。各种媒体形式的特征( 如复杂性、具体性、新颖性、不一致性与适宜性等) 、相互关系以及交互程度会影响多媒体学习效果。
1.文本的特征
在阅读理解任务中, 文本的性质对多媒体学习效果影响较大。一般来讲, 对事物或者系统的原理进行说明的文本, 如大气的运动、活塞的运动原理、神经系统、滑轮系统、闪电的形成等, 对视觉表征的要求较高, 采用多媒体呈现方式其学习效果也会较好。此外, 一些早期的研究也表明, 多媒体表征方式对于程序性材料的学习也具有积极作用, 它能够加快学习者的学习进度和减少学习者犯错误的次数, 并能够提高学习者的记忆保持成绩。
2.图形的特征
(1) 图形的真实性
图形的真实性对于形成情境是重要的, 但对于有效学习所需的知觉和认知加工并不都是重要的。过分强调情境的真实性, 使太多不必要的相关信息掺杂其中, 将会导致目标信息隐藏在过于繁杂的情境中而不易被发现, 学习者不能将注意力集中于与任务或图式相关的信息, 或者对信息进行了错误的选择性注意,从而损耗了学习者可利用的处理有效信息的认知资源。研究表明, 即使为学习者提供必要的视觉线索以及高水平的学习者控制的学习环境, 学习者从真实的图形中抽取重要信息时仍会遇到困难。还有研究发现, 图形的真实性效应取决于学习者的投入时间、精力以及学习意愿, 当学习者投入的学习时间有限时,简单的线条图最有效, 如果学习者自己掌握学习时间, 他就会研究利用细节信息。同时这也取决于学习者处理具体图形的能力和先前知识, 有时细节图和简化图相结合的混合图是最有效的表征方式。
(2) 图形的复杂性
一般来说, 学习者对来自视觉和听觉通道的信息比单独来自某一种通道的信息加工效果好, 这就是所谓的通道效应。但是, 图形的复杂性影响解说和图形是否能够出现通道效应。研究表明, 如果图形很复杂,用解说代替文本并不能改进教学效果, 而只有在图形的相应成分中加入线索提示才能体现通道效应。有人在研究中, 用颜色符号连接文本和图画中的相应部分, 也发现了这种线索效应。还有实验研究在动画图中加入无关的口头语言细节或者无关但有趣的录像或者背景音乐, 结果学习者的问题解决迁移的成绩较差。因此, 多媒体图形的设计应该考虑对真实情境进行充分的修改, 比如除去无关的信息等, 以降低图形的复杂性, 凸现重要的信息, 使认知处理要求与学习者有限的认知资源相匹配, 从而促进学习者的学习。图形的抽象程度也影响多媒体学习效果。有实验研究指出, 过于具体的表征方式反而会干扰从学习材料中抽取出深层的原理。尽管具体性能够帮助儿童找出符号之间的联系, 但丰富的情境使儿童很少根据物体的抽象关系进行反应, 而是根据物体的表面属性进行反应, 这样就阻碍了提取深层信息, 也使理解由具体物体呈现的抽象概念更困难。有人研究发现, 大学生利用基于计算机模拟的问题解决情境进行问题解决时, 具体图阻碍了低成就水平学习者的迁移问题解决, 高成就水平学习者在具体图和抽象图中都有很好的迁移问题解决成绩。我们通过实验证明, 对于原理材料, 抽象文本加具体图形或者具体文本加抽象图形这样的异质组合其学习迁移效果较好。
(3) 图形的交互程度
当学习者能够自由控制图形的呈现, 包括对动态图的播放、停止、回放等, 就能在一定程度上克服由计算机控制的图形呈现所带来的一系列知觉和认知上的挑战。在交互的呈现方式下, 学习者不必在限定的时间内处理在屏幕不同位置呈现的大量信息,不必同时将注意分配到不同的信息来源上。这些要求通常超过了学习者的认知资源, 导致不充分的低度学习。因此, 交互式图形能有效克服知觉和认知上的挑战, 促进学习者产生积极的学习行为与建构性的学习过程。有研究者认为, 学习者在操作交互式教学程序时, 交互式的过程激励他们形成对信息的联结加工, 从而形成了对科学原理的深层理解。还有研究者认为, 与学习具有直接相关的交互式活动能够在减少无关认知负荷的同时增加有关认知负荷, 提高视觉方式的效果。另外, 交互式图形在促进认知加工的同时, 也提高了学习者对学习的满意度, 他们愿意在下一次学习中继续采用这种学习方式。但并不是所有的高度交互作用的图形都对学习起促进作用, 交互式图形的运用应考虑以下几个问题:第一, 只有当交互式活动与学习具有高度相关时, 才对学习具有促进作用。通常当交互式活动与学习目标无关时, 会使学习者投入到广泛的与学习无关的活动之中, 引起大量的无关认知负荷, 使学习者用于学习的认知资源较少, 对学习具有阻碍作用。第二, 应考虑学习者的先前经验。当学习者没有足够的背景知识去指导交互式活动, 也就是不知道图形的哪部分应该进行深入的交互时, 仍然不能从交互式图形中抽取出重要的与图式相关的信息。第三, 可以将交互式表征方式与文本表征方式结合起来使用, 这些不同的表征方式可能彼此互补, 使学习者形成更完整的表征。
3.图形与文本的关系
多媒体信息具有多种表征形式。如果从一个表征中获得的任何信息也可以从另一个表征中获得,这两个表征就是信息等同。一些信息可能与一些任务有关而与另外一些任务无关。如果为完成特殊任务可以抽取相同的信息, 对这个任务而言, 这两个表征的信息也是等同的。但是, 在多媒体中, 即使两种表征信息等同, 它们也有不同的用途。文本表征与图形表征就具有各自不同的功能和用途。在多媒体中, 文本属于描述性表征, 而图形属于直观性表征。描述性表征由描述一个事物的符号组成, 如口头的或书面的文本、数学等式等, 它说明了事物之间的相互关系。直观性表征由图片等形式组成,如图画、雕塑以及各种物理模型等, 它本身具有内在的结构化形式, 隐含了事物之间的相互关系。同时, 描述性表征是通过语义加工( 符号结构的分析) 而形成命题表征以及心理模型的, 而直观性表征是通过类比结构地图形成心理模型的。一般来说, 描述表征相对来说比较概括抽象, 直观表征比较具体个别, 因此描述表征比直观表征的表征能力更强。但是, 对于完整性而言, 直观表征能完整地表征某一特殊的信息, 我们不仅能知道一个物体的形状, 还知道它的大小和方位, 只需要很少的认知资源就能产生和维持图形的心理表象, 不会超过学习者的工作记忆容量, 有利于学习者在感知过程中自动搜索和抽取重要信息。对描述表征而言, 我们只能知道文字中提供的信息; 而直观表征通过用抽象水平或具体水平的共同结构特点征了在另一个空间的结构, 如真实的图形保留了视觉空间特点( 具体物体的大小、形状和颜色) 和关于视觉空间关系的“结构”信息, 逻辑图形表征了抽象空间中的结构, 因此更有利于进行知觉推理, 如观察者能通过表征物体成分的相对大小来判断图形实体的大小,也就是更易从表征中获得信息。但当要做出逻辑推理时, 有时候也很容易发生错误, 而描述表征则有利于进行逻辑推理。因此, 在多媒体中描述性表征与直观性表征之间需要相互补充。
各种媒体形式之间的语义关系也是影响多媒体学习的一个主要因素。不少实验研究认为, 能否有效地促进阅读理解, 在很大程度上依赖于图形和文本的相关性。早就有研究者指出, 有图故事比无图故事的优越性是随着图文相关性的提高而提高的。在实物图片实验中, 学习效果随着图文的符合程度而不断发生变化, 图形会促进与图形所表达信息高度相关的文本信息的学习。在非实物图片(如地图、图形、照片等)实验中, 从地图上学习空间信息, 要比利用文字描述学习地理知识更有效, 当然这也要求图文的相关性。图形与地图虽然都可以促进学习, 但前提条件是指导语及文本与图形之间必须有必然的联系。一般认为, 在阅读过程中, 图形作为与文本不同的信息来源, 可以提供文本中所描述事物的具体例子, 对文本进行补充, 增加材料的真实性、具体性, 还可以解释文本中难以理解的信息, 使理解文本的方式标准化, 有利于改正错误的理解。而且, 学习者在有图的情况下产生更强的动机, 更愿意看文本, 从而花更多的时间与努力学习阅读材料, 更深入、更精心地进行语义加工。但是, 大量实验研究的结果却发现, 图形只对文本、图形中都存在的信息有帮助作用, 对文本中存在而不在图形中存在的信息并没有作用。我们通过实验研究发现, 无论模型图、统计图和情境图, 在文本与图形在语义上具有互补关系的条件下, 学习者的阅读理解和迁移效果显著优于图文重叠和图文无关条件。此外, 通道的组合方式对语义关系也有一定的影响, 我们研究发现, 当图形(视觉通道) 与解说(听觉通道) 在语义上互相补充时, 相对于图形与文本( 同为视觉通道) 在语义上相互补充时, 学习者的认知负荷较小。

三、教学设计因素
多媒体学习的效果在很大程度上取决于教学设计方面的因素。梅耶曾经总结了多媒体教学的九大原则, 如多媒体效应、通道效应、时间邻近效应等,其中有些效应是直接与教学设计密切关联的。
1.多媒体表征与任务目标的一致性
多媒体表征必须适合学习任务的要求才有效。例如, 当学习动态现象时, 动画的效果就好于静态图画的效果, 因为动画能够有效地描绘运动和轨迹。在帮助学生查找事实性信息时, 知识图比文本更有效,但是在回答有关信息整合和推理的问题时, 知识图和文本的效果一样。有研究发现, 使用方阵图的学生比使用大纲的学生能够更快找到部分信息并能比较概念间的关系, 使用方阵图的学生比使用大纲或其他图形的学生能够进行更有效的记忆和复习。而且,图的形式( 如线图和柱状图) 也影响着学习者的解释。有研究者让学生学习地理时区, 结果发现环形图和平面图适合于完成不同的学习任务。这意味着, 只有一些表征有利于学习。因此, 教学者要根据不同的学习任务选择合适的表征形式。
2.多媒体呈现过程的关联性
各种媒体呈现的时间与空间关系对学习效果产生了重要影响。图形和文本使用一致就能帮助学习者形成更丰富的、更一致的心理表征, 因为他们能在文本和图形的内容之间形成联系。反过来说, 如果文本和图形分开呈现, 学习者很难整合材料, 学习者阅读一些文本材料, 再看图形时, 需要把这些文本内容保存在工作记忆中, 导致工作记忆负担过重而使一些信息丢失或者没有整合。因此, 学习困难有时是因为教学设计所致, 而不是因为媒体形式本身。
3.多媒体学习过程中的支持和引导
在复杂材料的多重表征中, 学习者需要整合不同表征中的信息才能进行有意义的学习, 然而学习者并不能有效地应用多种表征。他们需要额外的帮助和支持才能有效利用各种表征的信息资源, 达到对信息的理解。有研究发现, 学生常常不知道他们在图画中应该观察些什么内容, 从他们看到的东西中也容易得出错误的结论。只有给予指导或解释, 引导学生注意相关的细节, 图形才能学习。还有研究发现, 在动画和解说中加入信号比没有加入信号更能提高学生的迁移成绩。他们认为, 信号不仅能够引导学生注意信息的相关部分, 区分出相关信息和无关信息, 选择合适的信息; 还能够引导学习者明晰材料中的关系, 形成局部的和整体的组织结构, 起到组织知识的作用, 这样就减少了对工作记忆的挑战, 使学习者有更多的资源用于整合信息、理解信息。有研究者在真实课堂的多媒体学习中也发现, 给予线索提示的学生成绩要显著高于没有给线索提示的学生这说明引导和支持无论在多媒体实验学习环境中还是在课堂多媒体教学环境中都是重要的。
总之, 学习者特征与多媒体表征方式以及教学设计方面的因素共同影响了多媒体学习效果。尤其是当人们转变学习观念之后, 这三方面之间的相互作用显得更为重要。在以往的“知识接受”学习观中, 学习被看作是向学习者的记忆增加知识的过程, 教学被看作是向学习者发布知识的过程。在这种学习观下, 媒体形式( 如图形、动画等) 与媒体信息的特征( 如具体性、复杂性等) 对传递知识的效率产生了影响。但是, 这种“知识接受”学习观被“知识建构”学习观所取代, 学习被看作是学习者主动进行建构的过程, 教学被看作是鼓励和支持学习者建构自己知识的过程。根据这种学习观, 学习是学习者主体与学习客体相互作用的过程, 教学信息及其呈现方式必须适于学习者的个体需要和特征, 服务于学习任务和目标, 符合知识的内在建构过程, 这意味着, 具有不同特征的学习者需要不同的信息表征形式, 因而需要不同的媒体。只有两者匹配, 才能产生实质性的媒体功效。从学习者建构知识的内部心理过程来说, 只有当某种外在的信息表征形式有利于学习者耗费最少的无关认知负荷与最大的生成认知负荷来建构内部心理表征时, 这种媒体表征方式对这一学习者才是最有效的。
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作者简介：刘儒德，男，北京师范大学心理学院教授，博士生导师。

摘自《中国电化教育》2007年第10期

发布：教育技术中心