葛健鋒，孫 如，王偉群

（蘇州大學(xué) 材料與化學(xué)化工學(xué)部，江蘇 蘇州 215006）

基于認知負荷理論的有機化學(xué)多媒體課件的設(shè)計

葛健鋒，孫 如，王偉群

（蘇州大學(xué) 材料與化學(xué)化工學(xué)部，江蘇 蘇州 215006）

本文討論了一種秉承傳統(tǒng)教學(xué)模式優(yōu)點的有機化學(xué)課件的設(shè)計、制作和應(yīng)用，使得知識點立體地展示，以利于減輕學(xué)生的認知負荷。

多媒體課件；認知負荷理論；課堂教學(xué)；有機化學(xué)

一、多媒體教學(xué)中的認知負荷

認知負荷理論自20世紀(jì)80年代由澳大利亞Sweller等學(xué)者提出后，受到廣泛的關(guān)注。[1]根據(jù)影響認知負荷的基本因素，可以將個體的認知負荷分為內(nèi)在認知負荷、外在認知負荷和關(guān)聯(lián)認知負荷三類。內(nèi)在認知負荷是由學(xué)習(xí)內(nèi)容本身引起的，其高低主要取決于內(nèi)容的復(fù)雜程度；越復(fù)雜的內(nèi)容在工作記憶中進行加工時需要同時處理的信息單元越多，并且還要“理解”各單元之間的相互關(guān)系，因此容易產(chǎn)生較高的認知負荷。

外在認知負荷主要由信息的呈現(xiàn)方式?jīng)Q定。相同的信息，采用不同的方式呈現(xiàn)，占用的認知資源并不相同，如同時使用文本和圖片來呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容要比只使用文本或圖片占用學(xué)習(xí)者更多的認知資源，認知負荷更高。相關(guān)認知負荷是指在新的圖示建構(gòu)或圖示自動化的過程中占用的認知資源。[2]Mayer等人在此基礎(chǔ)上進行了研究，并指出在多媒體教學(xué)中的認知過程存在通道效應(yīng)、空間臨近效應(yīng)、冗余效應(yīng)、時間臨近效應(yīng)等。[3][4]

二、多媒體課件設(shè)計存在的問題

在CAI教學(xué)發(fā)展的初期，學(xué)生天生的好奇心對多媒體教學(xué)充滿著憧憬。然而教師主要精力還只集中在制作“能用”的多媒體課件，這個階段的課件在格式及風(fēng)格上迥異，很少考慮教學(xué)的有效性。但由于當(dāng)時使用多媒體教學(xué)的班級比例比較少，多媒體教學(xué)內(nèi)容相對于傳統(tǒng)教學(xué)的直觀性掩蓋了當(dāng)時多媒體教學(xué)存在的不足。隨著以精品課程為代表的各級部門對課堂教學(xué)及網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)投入的加大，多媒體課件的制作進入蓬勃的發(fā)展期。與多媒體教學(xué)發(fā)展的初期相比，教師在備課的過程中有更多的范例可以參考，更多的資源可以使用，一批制作精良的多媒體課件開始展現(xiàn)在學(xué)生面前。但部分利用PPT教學(xué)的教師，從起初的生動教學(xué)到技術(shù)教學(xué)，到疏于備課，以至后來形成了依賴、寄托的現(xiàn)象。2009年，“PPT依賴癥”傳出并被媒體轉(zhuǎn)載。[5]

多媒體課件的信息容量大，展現(xiàn)形式多樣，能集各媒體之長，展現(xiàn)文、圖、聲并茂的教學(xué)環(huán)境，故此多媒體教學(xué)對某些知識點的處理較傳統(tǒng)教學(xué)有著得天獨厚的優(yōu)勢。[6]然而，在傳統(tǒng)教學(xué)中，主要知識點以大小標(biāo)題的形式被有經(jīng)驗的教師保留在黑板的主要部位，并且當(dāng)前講授內(nèi)容之前的相關(guān)知識一般被保留，學(xué)生可輕易地獲知當(dāng)前的知識點在整個課堂教學(xué)中的地位以及該知識點與其他知識點之間的關(guān)系，黑板以知識空間為主軸顯示教學(xué)信息，更利于學(xué)生的理解與接受。[7]而多媒體課件大都以時間為軸，信息單元在同一空間位置播放，上一張幻燈片會很快被下一張幻燈片所置換，這種信息單元的顯示方式割裂了知識點之間的相互聯(lián)系以及知識點在整個課堂教學(xué)中所處的地位，學(xué)生在多種離散的信息源之間分配注意資源，而后再對信息進行整合處理，這樣由于注意分散效應(yīng)的影響，消耗了學(xué)生的認知資源而加大了認知負荷，不利于學(xué)生連貫性地掌握知識。而這對于課堂教學(xué)難度大、容量多、節(jié)奏快的高校教學(xué)而言，更是雪上加霜。

三、有機化學(xué)多媒體課件設(shè)計的基本原則

基于認知負荷理論，對于現(xiàn)有多媒體課件的改建，不僅要注意現(xiàn)代多媒體課件信息傳遞的多樣性，還要重視傳承傳統(tǒng)教學(xué)方法的優(yōu)點，將知識體系立體地展示在學(xué)生的面前，從而減輕學(xué)生的認知負荷。

1.知識分割的有效性

人類信息加工系統(tǒng)包括兩個獨立的通道，即加工聽覺輸入與言語表征的聽覺通道、加工視覺輸入與圖片表征的視覺通道。當(dāng)使用多媒體課件展示的內(nèi)容多，呈現(xiàn)的頻率較快時，往往出現(xiàn)學(xué)習(xí)者剛從呈現(xiàn)的片段中選擇相關(guān)的言語和圖片時,下一個片段開始了,導(dǎo)致深加工時間太少。即工作記憶中的必要加工要求在兩個通道中都出現(xiàn)了超載現(xiàn)象，導(dǎo)致學(xué)習(xí)者不可能有足夠的時間進行深層次的加工。解決方法是進行知識必要的分割。也就是說在設(shè)計每一頁的PPT時只能展示部分的知識，這就需要按照章節(jié)知識中的相互關(guān)系將知識體系進行有效的分割，以減少通道效應(yīng)。有機化學(xué)的課程教學(xué)常以官能團劃分為各章，在各章中介紹的每個內(nèi)容，如：概述（含分類、命名等）、制備方法、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)等作為一章的各個小節(jié)；而小節(jié)中的各相關(guān)內(nèi)容作為分支內(nèi)容。同時，給小節(jié)及其分支內(nèi)容以簡單扼要的名字，以適合后期制作。

2.知識體系的建構(gòu)性

建構(gòu)主義者認為教學(xué)不能無視學(xué)習(xí)者的已有知識經(jīng)驗，不能簡單強硬地從外部對學(xué)習(xí)者實施知識的“填灌”，教學(xué)應(yīng)當(dāng)把學(xué)習(xí)者原有的知識經(jīng)驗作為新知識的生長點，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者從原有的知識經(jīng)驗中，生長新的知識經(jīng)驗。教師是學(xué)生知識體系意義建構(gòu)的幫助者和促進者。所以在多媒體課件的設(shè)計時，教師要通過空間臨近效應(yīng)，合理地設(shè)計提示學(xué)生之前學(xué)習(xí)的知識要點，幫助學(xué)生將分割的知識點有效地整合，形成知識鏈或知識網(wǎng)絡(luò)，減少認知負荷。

3.知識教學(xué)的靈活性

好的課堂教學(xué)必然是“生成性”的。所謂“生成性”就是教師在教學(xué)中不是機械地執(zhí)行預(yù)設(shè)方案，而是突出學(xué)生在課堂上的能動性、創(chuàng)造性和差異性，尊重學(xué)生在課堂特定的生態(tài)環(huán)境中產(chǎn)生的學(xué)習(xí)經(jīng)驗和體會，從而因勢利導(dǎo)。這就要求教師在課堂中的教學(xué)不是被設(shè)計死板的課件牽著鼻子走，而是根據(jù)學(xué)生的反應(yīng)及時調(diào)整課件的播放順序和內(nèi)容。所以設(shè)計的課件具備一定的靈活性。

四、有機化學(xué)多媒體課件的設(shè)計方法

1.注意精心設(shè)計使頁面布局合理

多媒體課件每一個頁面都應(yīng)該是一個相對完整的知識點，設(shè)計時做到界面整潔、展現(xiàn)有序、條理清晰、主次分明是最基本的要求。借鑒傳統(tǒng)黑板板書教學(xué)的特點，兼顧多媒體課件的優(yōu)點，在制作的過程中，我們注意了許多細節(jié)問題。如：每個頁面內(nèi)容根據(jù)授課的過程劃分成小塊，以便講課過程中，各部分內(nèi)容分步分階段出現(xiàn)，并使文字盡可能簡短扼要。反應(yīng)式圖片分階段出現(xiàn)，并以不同的顏色標(biāo)出發(fā)生反應(yīng)的官能團。課件上出現(xiàn)的內(nèi)容都具有明確的信息意義，相關(guān)的重點內(nèi)容做好標(biāo)記，以達到減少冗余效應(yīng)和增加標(biāo)記效應(yīng)來減輕學(xué)生的外在認知負荷的目的。使用了加粗的楷體，因為老的投影儀對宋體字體常有顯示問題；不要使用藍底白字，因為那不適合打印；盡量使用寬屏顯示設(shè)置，因為部分多媒體教室屏幕較低，部分學(xué)生并不能看到屏幕下方的內(nèi)容。特別注意了所有的信息應(yīng)該是課堂教學(xué)的支持性信息而不是裝飾性信息，減少花邊材料對學(xué)生注意力的分散，減少冗余效應(yīng)。本文以單烯烴為例，課件的主頁及內(nèi)容頁的實例如圖1和圖2所示，該課件詳見相關(guān)的教學(xué)網(wǎng)站。[8]

2.增加標(biāo)題欄構(gòu)建知識體系

為了使改建的多媒體課件能沿襲傳統(tǒng)黑板教學(xué)中知識展現(xiàn)可以形成體系結(jié)構(gòu)的特點。利用空間臨近效應(yīng)，我們在課件設(shè)計時利用增加標(biāo)題欄的方法，突出了知識點之間的相互聯(lián)系以及每個知識點在整個教學(xué)過程中所處的地位。完成了以時間為軸的多媒體課件轉(zhuǎn)變成以知識空間為軸的多媒體課件的轉(zhuǎn)變。使得整個授課過程更加注重知識之間的相互關(guān)系，從而減輕了學(xué)生的認知負荷。

課件的內(nèi)容頁面劃分為標(biāo)題區(qū)和演示區(qū)，如圖2所示。章節(jié)標(biāo)題（圖2-iii）在每一頁上顯示；小結(jié)標(biāo)題（圖2-iv）在本小節(jié)的所有頁面上顯示；分支內(nèi)容標(biāo)題（圖2-v，圖2-vi）在本小節(jié)的所有頁面上顯示，所不同的是當(dāng)前分支內(nèi)容（圖2-v）在標(biāo)題區(qū)中以不同顏色圖形透明覆蓋，用以提醒學(xué)生本頁所講內(nèi)容在整個知識體系中的位置。演示區(qū)是當(dāng)前頁面內(nèi)容（圖2-viii）的演示場所，分支內(nèi)容可分若干個頁面顯示，并用頁面鏈接按鈕（圖2-vii）指向各頁面。

整個分支內(nèi)容完成后，制作統(tǒng)一標(biāo)題區(qū)，將標(biāo)題區(qū)的分支內(nèi)容鏈接到相應(yīng)的頁面，一頁的標(biāo)題制作完成之后，其他各頁進行復(fù)制并稍加修改即可，既保證了標(biāo)題區(qū)的統(tǒng)一也減少了制作過程的工作量。課件內(nèi)容頁面制作完成之后，完成主頁的制作，并設(shè)置相關(guān)鏈接。取消幻燈片的任何切換效果，使得放映的過程更加平滑，沒有任何切換的感覺。最后，根據(jù)教學(xué)過程的需要，將每頁內(nèi)容劃分的小塊以動畫的形式先后播放；在播放的過程中，其中標(biāo)題區(qū)只在首次出現(xiàn)或與上頁標(biāo)題區(qū)有不同內(nèi)容時才可以添加動畫。并確保在整個教學(xué)過程中，畫面和敘述在時間和空間上是協(xié)調(diào)的，學(xué)生就更有可能同時把相應(yīng)的視覺和語言表征保持在記憶中，從而避免了分散注意效應(yīng)，促進了有意義的學(xué)習(xí)。

3.通過有效鏈接實現(xiàn)靈活教學(xué)

設(shè)計時在母版中插入主頁鏈接的圖標(biāo)（圖1-i，2-i），在講課的過程中可隨時返回課件主頁并瀏覽相關(guān)內(nèi)容。有條件的教學(xué)單位可插入網(wǎng)絡(luò)課程的網(wǎng)址鏈接（圖1-ii，2-ii），并在網(wǎng)絡(luò)上展示出課件轉(zhuǎn)換的Flash文件和相關(guān)文件，這樣授課過程中如果要調(diào)用已講授課程的內(nèi)容進行復(fù)習(xí)，只要點擊該鏈接，就可用瀏覽器訪問課件的所有章節(jié)內(nèi)容的Flash文件，并迅速到達相關(guān)的知識點，避免了不同章節(jié)之間切換時教師在課堂上對相關(guān)文件的尋找和不同演示文件之間的切換。

課件的主頁上，展示每節(jié)內(nèi)容的標(biāo)題（圖1-iii），并鏈接到相關(guān)的頁面，以供使用時的快速切換。其他相關(guān)內(nèi)容（圖1-iv），如章節(jié)的教學(xué)要求和反應(yīng)的小結(jié)等，這些學(xué)生課后復(fù)習(xí)需要但課堂教學(xué)不一定需要的內(nèi)容，可做成幻燈片并隱藏起來，這樣在教學(xué)過程中需要的時候可以展示，并能被順利打印，以利于學(xué)生的課后復(fù)習(xí)。

五、多媒體教學(xué)時要注意的其他問題

1.轉(zhuǎn)變教學(xué)理念

多媒體教學(xué)的過程中，除了設(shè)計和制作質(zhì)量高的多媒體課件，師生在教與學(xué)的過程中的理念必須有個轉(zhuǎn)變，即在課堂教學(xué)中學(xué)生的學(xué)習(xí)是多媒體教學(xué)的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的教學(xué)方法是老師板書學(xué)生記筆記。使用多媒體教學(xué)時，教師應(yīng)把板書節(jié)省下來的時間用于師生的雙向交流，確保學(xué)生會學(xué)，學(xué)會。而課外，學(xué)生可利用學(xué)校課程網(wǎng)站，下載課件或者其他不同形式的課程資源，進一步學(xué)習(xí)。

2.理清教學(xué)思路

上課時帶上課件的打印版或采用雙屏顯示，可讓講授過程更加流暢。一般的多媒體教室采用的是單屏顯示，教師看到的授課內(nèi)容和學(xué)生一樣，在講授當(dāng)前頁的時候有時會忘記下頁的內(nèi)容，雙屏顯示可解決這個問題，在幻燈片的備注欄寫上下頁內(nèi)容的提示即可，雙屏顯示的優(yōu)點在于教師看到的是整個頁面，動畫的次序和下頁內(nèi)容的提示，這能使得整個課堂教學(xué)更加流暢。不具有雙屏顯示條件的教室，打印一份課件帶上也不失為一種好的方法。

3.豐富教學(xué)形式

多媒體課件并不是萬能的，必要時可與其他傳統(tǒng)的教學(xué)媒體相融合，形成豐富多彩的教學(xué)形式，包括黑板的板書、演示實驗、模型教學(xué)等。如環(huán)己烷的船式構(gòu)象和椅式構(gòu)象及平伏鍵和直立鍵的轉(zhuǎn)換中，模型比任何動畫都來得直觀，更加真實易懂，而利用模型展示并即時在黑板上畫出e鍵和a鍵，也能更好地幫助學(xué)生理解環(huán)己烷的結(jié)構(gòu)式。

六、結(jié)束語

本文以有機化學(xué)為例，介紹了降低學(xué)生認知負荷教學(xué)課件的設(shè)計與制作。通過在課件中加入標(biāo)題欄等方法，使得課件更加強調(diào)知識點之間的相互關(guān)系及知識點在整個課堂教學(xué)中的地位。其設(shè)計理念可用于化學(xué)學(xué)科其他分支學(xué)科的課件建設(shè)。☉

[1]F.Paas,A.Renkl,J.Sweller.Cognitive Load Theory: Instructional Implicationsof the Interaction between Information Structuresand Cognitive Architecture[J].Instructional Science,2004(32):1-8．

[2]趙立影,吳慶麟.基于認知負荷理論的復(fù)雜學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計[J].電化教育研究,2010,204(4):44-48.

[3]R.E.M ayer,郭兆明,宋寶和,陳亮,張慶林.在多媒體學(xué)習(xí)中減少認知負荷的9種方法[J].中國電化教育,2005 (223):91-93.

[4]王文智.基于認知負荷理論的多媒體教學(xué)呈現(xiàn)原則探討[J].遠程教育,2009(191):33-37.

[5]熊丙奇.大學(xué)教師為何患上“PPT依賴癥”[J].上海教育,2009(21):25.

[6]劉軍,劉亞群,歐陽天贄.有機化學(xué)多媒體教學(xué)的一些體會[J].大學(xué)化學(xué),2006,21(2):42-44.

[7]楊鳳梅.高校教師“PPT依賴癥”的歸因分析及對策探討[J].電化教育研究,2011,215(3):54-57.

[8]有機化學(xué)教學(xué)網(wǎng)站[OL].http://kczx.suda.edu.cn/ organic_edu.htm l.

(編輯：楊馥紅)

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