基于认知的多媒体信息设计研究

基于认知的多媒体信息设计研究一、绪论1.研究背景2.研究目的3.研究思路（概述相关概念、总结多媒体学习理论、认知心理与信息构成研究、结合实际教学验证、总结与评价）4.研究议题5.研究方法研究方法二、文献综述1.多媒体学习相关概念概述（媒体、多媒体、多媒体学习、多媒体学习信息设计）媒体：所谓媒体就是传播信息的媒介。媒体一词来自源于拉丁文“mediums”一字，为“中介的、中间的、结余二者之间”的意思。Kozma（1991）认为媒体是指科技、符号系统、处理能力的整合。多媒体：所谓多媒体通常被认为是多种媒体的综合。“多媒体”一词译自英文“Multimedia”，是由multiple和media复合而成的。多媒体从不同的角度有着不同的定义,这依赖于定义者各自不同的视角。多媒体是“在呈现中运用多种媒体形式”(Schwartz&Beichner,1999,p.8)。多媒体是“多种媒介的组合，如电影、幻灯、音乐和灯光等尤其指在教育和娱乐领域”(Brooks,1997,p.17)。多媒体是“一组图表、音频、视频、电影所综合而成的信息，一个多媒体文档除文本之外的多种媒介元素。”(Greenlaw&Hepp,1999,p.44)。多媒体是一组包含有文本、音频或者经典的声音、音乐、视频、图片、3-D、动画或者高品质图片的电脑程序。(Maddux,Johnson,&Willis,2001,p.253)。综上所述，多媒体被认为是以计算机为中心，将文字、图片、声音以及视频相结合的技术。多媒体学习：梅耶认为多媒体有两大要素构成：言语和画面。在他看来多媒体学习就是从言语(word）和画面(picture)中学习。多媒体信息:多媒体信息指用言语和画面呈现学习材料以促进学习。多媒体学习信息设计：所谓多媒体信息设计就是将各种多媒体元素看作待加工的信息元素，在计算机界面中有效组织设计这些元素，以利于学习者有意义学习。2.国外多媒体学习认知的相关研究（理论与实践）2.1多媒体学习认知理论“考虑了人类大脑运行机制的多媒体教学信息设计更能够导向有意义的学习。”(Mayer,2005)基于这样的认识,Mayer提出了多媒体学习的认知理论(cognitivetheoryofmultimedialearning,简称CTML)。多媒体学习的认知理论有三个基本假设:即双通道假设、容量有限假设和积极加工假设。双通道假设是指人类对视觉材料和听觉材料用两种不同的通道进行加工，当信息呈现在眼睛时，人类开始在视觉通道加工该信息；而当信息通过耳朵呈现时，人用听觉通道加工信息。容量有限假设是指人类的每个通道在同一时间可以加工的信息的量是有限的。积极加工假设是指人积极投入认知加工以建立和他们的经验一致的心理表征。该理论强调为达到有效认知，要通过接收适量的视听觉多媒体信息，把产生的言语、图像模型与相应的先前知识加以整合，从而完成认知活动。多媒体的认知过程可由下图模型来描述。该理论强调了:(1)在多媒体学习中,视觉和语词材料是在不同的加工系统中加工的,视觉通道最终产生图表征,语词通道最终产生。语词表征;(2)认知建构取决于学习过程中学习者主动的认知加工,只有当学习者主动选择相关的词与图信息,把它们组织成聚合的语词和视觉表征,并且把相应的语词和视觉表征及相关的其它知识整合在一起时才出现有意义学习;(3)视觉和语词工作记忆的加工能量是有限的,因此,若对视觉或听觉通道呈现太多要加工的元素,将会引起认知超负荷而阻碍学习。2.2认知负荷理论认知负荷理论关注个体的认知结构与信息结构之间的交互作用，它认为教学过程中呈现的信息结构，必须要与学习者的认知结构系统相适应，才能实现有效教学[5]。认知负荷理论是从资源分配的角度考察学习的。认知负荷是学习者在完成特定学习任务时所需要的认知资源总量。如果在学习的过程中所需要的资源总量超过了个体所能提供的资源总量,则会造成认知负荷超载,影响学习的效率。Sweller基于认知负荷的不同来源,将认知负荷区分为内在认知负荷、外在认知负荷和生成认知负荷[6]。内在认知负荷是知识本身所带来的认知负荷,是由学习材料中包含的概念或元素之间的相互关系以及学习者的经验水平决定的。外在认知负荷是因外在的信息呈现和教学处理而导致学习者耗费在与教学目标无关的操作上的认知负荷。生成认知负荷用于图式获得和规则自动化,对学习起着促进作用。三、多媒体信息的构成与认知心理的研究3.1认知心理学原则（从认知的角度出发）认知是指人们认识活动的过程，认知心理学将认知过程看成一个由信息的获得、编码、贮存、提取和使用等一系列连续的认知操作阶段组成的按一定程序进行信息加工的系统。认知活动包括注意、知觉、记忆、思维等。在多媒体信息设计中，应着重考虑学生认知心理的特征，针对具体结构采用相应分析。3.1.1注意注意的是内容的表现形式。1.新异性心理学的研究表明，当人们认识世界的时候，只有新异的信息才具有刺激性与吸引力。多媒体信息只有具有生动新颖的刺激物时，才能引起学习者的注意，进而进入学习角色。新异性更多地表现为相对新异性，即不是人们从未经验过的事物及其特征，而是刺激物特性的异常变化或各种特性的异常结合。2.动态性心理学指出，活动、变化的刺激比不活动、无变化的刺激物容易引起人们的注意。实践也证明，符合人们心理活动的动感及变化，可以使人产生兴奋与愉悦，从而促进和强化注意。相反，会使人产生心理的疲劳与厌倦，从而分散和转移注意力的指向性和集中性。3.1.2感知学习是从感知开始的。教材画面只有有效地被读者感知，其内容才能得到迅速准确地传递。下面提供一些心理学规律。1.最短距离原则视觉心理学指出，人们在观察事物时往往会把互相靠近的物体感知成一个整体，如果把视觉信息按空间距离分成组，则可缩短感知时间，提高信息的感知效率。2.类似原则心理学中说，相互类似的部分容易被感知为一个整体。这样，我们在设计多媒体课件的画面时，就要有意识地把相似属性的信息归类组合，从而加快读者的感知速度。3.突出主体一般来说，主体与背景的反差愈大，主体越容易被感知。那么，在进行画面设计时，要适当运用一些方法突出主体。常用的方法有：在亮度、色调等方面加大主体与背景的反差、简化背景、虚化背景等。应当指出的是，现在在设计多媒体教材时，许多设计人员一味追求表面上的新颖、动感效果，无论什么图形、图像、影像等都一股脑儿展现出来，形成毫无意义的累赘，使读者不知所措。4.按视觉习惯编排画面人们在观看事物时，一般是从左到右、从上到下，而且对画面各部分的观察频度也不同，在进行画面设计时就要遵循视觉习惯，合理安排主次内容的区域。5.色彩感知规律实验表明，人对各种色彩的感知速度不大一样，感知最快的依次是红色、绿色、黄色，最慢的是白色。而且各种色彩对人的视觉刺激的强度也不一样，一般说来，暖色大于冷色，原色大于补色，补色又大于消色，红色最强。所以，在设计多媒体教材的画面时，我们应首先分析表现内容的主次、风格等。然后合理选用色彩，提高感知效率。3．1.3记忆1.涉己性涉己性就是与学习者已有的知识经验发生联系。教育心理学的理论认为，提高记忆效果，不仅有赖于当前剌激，同时也依赖于已有知识、生活经验，越是与已有知识、经验有联系的刺激，越容易被同化、被记忆。所以，多媒体教学软件的画面，也要充分挖掘与教学对象的生活经验及现有知识经验发生意义联系的好题材来设计、组织，以提高教学效果。使其贴近学习者，易于被接受和记忆。2.简洁性所谓简洁性就是每帧画面的内容应主题单一，清晰明确，使再现的形象简单、概括、集中。简洁的画面内容容易被记忆，这是不言而喻的。因此，设计画面时应力求简洁、明了。为此应注意以下三点：a.各媒体在组合上宜简不宜繁，切忌堆砌媒体；b.界面的点缀不宜过于花哨，华而不实；c.不可充塞过多过杂的内容，以免引起学习者视觉上的不适应，产生心理烦躁。3.新奇性新奇的语义信息易形成独立而清晰的记忆痕迹，记忆效果要明显优于一般的语义信息。例如表现飞机升空爆炸的画面，可以把只有几秒钟的飞机残片坠入海中的真实时间大大地延长，让他们缓缓下降而久久不能落入大海，让接受者去直视这种人类悲剧性的过程。这种画面处理，打破常规，凸现了画面的语言意味，它的视觉冲击力是其它语言难以企及的，无疑给人们留下了很深的记忆痕迹。4.善于运用线条线条具有很大的视觉表现力和很强的概括力，是构建多媒体教学软件的重要造型因素。合理选择使用线条及由此组成的图形，如箭头、结构框图、流程图、直方图、扇面形、圆等，可以有助于学习者理解和接受、记忆教学内容。5.适时重复和反馈在多媒体学习中，安排复习是非常关键的。一些课件中，学习者好象迅速掌握了技能，但忘得也快，这就是课件设计不周所致。适时的重复，可增强记忆，减少遗忘，如采用分段复习、段落小结等方法。重复可用简单的文字或解说一带而过，也可精选典型画面来表示。反馈是教学中最常用的形式。设置反馈可促进学习者的思考，强化学习者的积极性，有利于学生记忆效果的提高。3.1.4思维1.概念2.原理3.过程3.2多媒体信息的分类（文本、图片、音频、视频、动画）3.2．1文本文本是课件设计中不可缺少的媒体形式,教学内容多以文本的形式出现。在设计文本时,首先,要遵循从整体到细节不断分化的顺序。认知心理学认为,从已知的整体中分化细节要比从已知的细节中概括整体容易,所以文本信息的呈现应根据学生认识新事物的自然顺序和认知结构的顺序组织。其次,为保持文本信息的清晰可辨,还可以用加框、加横线、闪烁、改变颜色或者在屏幕下方显示帮助信息等,吸引学生的注意力。再次,措词要精练,过分冗长的文本容易造成学生对知识内容感知的困难,以及文字信息在传播中的损失,从而影响教学效果。此外,字体的大小、间距、色彩等的选择,也会给学习者带来不同的刺激和感受。通常,在深色背景上用白色或黄色等浅色调的字,在浅色背景上用黑色或蓝色等深色调的字,以形成一定的对比,提高感知效率。3.2.2图片色彩的选择应优雅、明快、搭配合理。心理学研究表明,主体对象与背景间明暗差别越大,越容易被感知。在色彩的应用上,要注意把握近浓远淡、主强次弱的原则,形成一定的对比,这样才能够突出主体,有利于学生对主体内容的感知、理解和记忆。在构图上,应该新颖简洁、主题突出,具有艺术感染力,能激发学生强烈的求知欲望和学习兴趣。3.2.3音频多媒体课件的音频信息应该清晰流畅、节奏合理、准确无误,使学生充分感知教学的内容。在设计时,要结合课件内容进行精心的组织,并允许适度的夸张,对某些音频进行变异处理。如医学教学中有关介绍心脏功能的课件,可特意放大心脏的跳动声,使人感觉明显,从而突出主题。背景音乐是用来烘托气氛,渲染主题,转换时空的,使用时要特别慎重,严格控制,防止不必要的声音效果干扰影响教学。要根据教学内容表达的需求,选择不同的乐曲,以表达不同的意境。通常应选择一些清新、舒缓、悠扬的曲目,不能用过于熟悉或经典的旋律,否则会分散注意力,影响学生对学习内容的注意。此外,在课件设计时,应充分考虑学生的自主性,提供多种路径,如对解说与配乐分别控制,并实现随时“即开即关”功能等,使学生可以依据个别需要选择控制音频信息。3.2.4视频视频媒体以其生动、直观、形象的表达成为多媒体课件中一种重要的媒体形式。视频信息是真实地反映客观存在,它强烈地吸引学生的注意力,为学生创造更符合现实的学习环境。由于视频数据的存储量非常大,因而,在设计课件时,一般不能大量采用,只能选择与教学内容密切相关,且对突破教学难点和重点很有帮助的部分视频资料。目前,视频处理多采用压缩格式,即mpeg格式或Real格式,要尽可能使用高水准的源视频,这样才能保证视频采集和回放的质量。与音频媒体相似,视频媒体的设计也要求可控性好,能进行实时控制,便于学生仔细观察和分析,从而形成正确的感知。3．2.5动画心理学指出,符合人们心理活动的动感及变化,可以使人产生兴奋与愉悦,从而促进和强化注意。动画也是一种运动变化的信息,能引起学生的无意注意,增强学习刺激,调节学习节奏,使学生保持较高的学习积极性。与视频相比,动画更善于将抽象的教学内容、复杂的工