1 引言

　　在教育信息化的背景下，随着多媒体课件的逐渐使用与完善，多媒体课件的发展对课堂教学中教与学的方式产生了重大影响。多媒体课件作为现代信息技术对课堂教学的重要载体，其设计理念、方式及质量将会不同程度的对学生的学习产生影响。

　　多媒体课件使用不当会增加学生的认知负荷、干扰学生的有效学习，以认知负荷理论为依据，研究多媒体课件设计与制作对于提高多媒体课件的质量具有指导性的作用。认知负荷理论对于减轻学生的学业负担具有重要作用，基于认知负荷理论对多媒体课件进行设计与制作可以降低学生的负担，促进有效学习的发生。

　　2 认知负荷理论概述

　　2.1 认知负荷理论的含义

　　认知负荷理论(Cognitive LoadTheory， 以下简称CLT) 是由澳大利亚教育心理学家John Sweller等人在20 世纪80 年代提出的，20世纪90年代以来受到了国内外学者的广泛重视，得到了大力发展，并逐渐成为认知加工领域研究的热点问题，也成为现代教学设计的主要框架理论[1] 。

　　认知负荷是指人在信息加工过程中所必需的心里资源总量。认知负荷理论认为：在认知加工过程中要投入一定的心理努力，承载一定的负荷、占用一定的认知资源，认知是要负载运行的。

　　认知负荷理论主要关注的是复杂认知任务的学习。在学习中，学习者在启动理解学习之前，常常被需要同时加工的大量信息以及这些信息的交互作用压得喘不过气来。为了获得复杂认知领域的理解学习，对这种高负荷进行教学控制已成为认知负荷理论的关注焦点。理论研究表明，在结合人类认知结构的情况下才能发生最好的学习。

　　2.2 认知负荷理论的主要观点

　　认知负荷理论以认知资源理论、工作记忆理论和图式理论为基础，主要从资源分配的角度来考察学习，特别是复杂任务的学习。

　　2.2.1 认知资源理论

　　认知资源理论认为：人的认知资源是有限的，若同时从事集中活动，则存在资源分配的问题，资源分配遵循“此多彼少、总量不变”的原则。学习过程中的各种认知活动均需消耗认知资源，若所有活动所需的认知资源总量超过了个体所具有的认知资源总量，则存在认知资源分配不足的问题，会出现超负荷现象，从而影响学习效率和质量 [2] 。

　　2.2.2 工作记忆

　　工作记忆，是指人们在完成认知任务的过程中将信息暂时储存的系统。工作记忆可以被理解为一个临时的心理“工作平台”，在这个工作平台上，人们对信息进行操作处理和组装，以帮助我们理解语言、进行决策以及解决问题。可以将工作记忆理解为对必要成分的短时的、特殊的聚焦。

　　2.2.3 图式理论

　　图式理论，是指围绕某一个主题组织起来的知识的表征和贮存方式为基础的理论。图式化认知常常是无意识进行的，它影响人们对信息的加工以及人们在特定情况下所采取的特定的行为方式。比如一个在学校里学习过几何图形分类的学生能比没有受过训练的人更快地识别图形;再比如一位熟悉社交宴会的人与一位初次赴宴的人相比，由于固有图式的作用，前者能表现出更多的适应性，并采取适当的行动。研究表明，图式以一般期待的形式存在，并通过个体的知觉、记忆和推理过程来预测和控制个人的外部世界 [3] 。

　　2.3 认知负荷理论的类型

　　学生学习过程中的认知负荷是一个总量，这个总量是由一系列不同的认知负荷成分组成的。Sweller等提出认知负荷主要由外在认知负荷、内在认知负荷和关联认知负荷组成。

　　2.3.1 内在认知负荷

　　内在认知负荷与学习材料的性质相关联，在信息要素高度交互作用以及学习者还没有效掌握合适图式时，会产生高度的内在认知负荷。内在认知负荷是由所学材料本身的复杂程度决定的，所学材料的信息要素越多、交互作用越多，占用的内在认知负荷就越大;相反，简单的学习材料，信息要素越少、要素之间的交互作用少，引发的学习者的内在认知负荷就小。

　　学习材料的信息要素以及各信息要素间的交互作用是学习材料所固有的，这是无法通过教学操纵改变的(Paas et al.，2003a)，所以内在认知负荷是固定的、稳定的，只要学习材料一定，内在认知负荷就是一定的。

　　2.3.2 外在认知负荷

　　外在认知负荷是由信息呈现的方式所引起的，它不会促进学习反而会减小学习的工作记忆容量。一般来说，教学活动中信息传递渠道不畅通、教学设计差、学习活动方式越复杂，所引起的外在认知负荷就越大。呈现方式的不同,对信息接收者来说会造成不同程度的负荷,这样的负荷称为外在认知负荷。外在认知负荷为认知负荷理论的核心,藉由数据呈现、信息组织等方面的设计,可以控制外在认知负荷，所以,不论是多媒体或教材的设计者,应致力于降低外在认知负荷,让学习者更能善用有限的工作记忆区来处理与学习内容相关的信息 [4] 。

　　2.3.3 关联认知负荷

　　关联认知负荷也是由信息呈现的方式和学习者需要的学习活动所引起的，但与外在认知负荷不同，关联认知负荷不但不会阻碍学习，反而会促进学习。关联认知负荷是由学习过程中图式的建构与自动化而引发的，它促进与激励个体把认知资源分配到学习活动上去，故这种认知负荷又叫有效的认知负荷。关联认知负荷会促进有效学习的发生，所以多媒体课件的设计与制作,应致力于增加关联认知负荷，促进有效学习的发生。

　　3 小学数学多媒体课件设计与制作现状

　　在小学，虽然多媒体课件已被大多数老师所接受，也被广泛的应用到了课堂教学中，尤其是新课改以来，多媒体课件的使用越来越频繁，但是经过调查小学数学教学中多媒体课件的设计与制作情况发现，教师们对于多媒体课件设计与制作认识不够充分，制作的课件中也存有一定的问题，这些问题主要体现在 [5] ：

　　1.导航逻辑性不强

　　一些教师在制作多媒体课件时很难将自己的思路清晰地用多媒体课件呈现出来。比如，有些教师在需要学习某一子部分内容时，往往要退出正在放映的多媒体课件寻找目录页或者寻找到该子部分内容的位置，然后再进入放映状态进行讲解。这样做，不仅浪费了宝贵的教学时间，也打乱了学生的思路，增加了学生的外在认知负荷，不利于关联认知负荷的建立。

　　2.课件内容杂乱无章，画面拥挤

　　小学课件中文字过多的问题无疑是一个最普遍问题，甚至一些课件的内容仅由文字构成。在教学中，学生看到的课件只是课本文字的复制品，很容易产生视觉疲劳，且把握不好内容重点而不能有效学习。内容是课件的灵魂，组织良好、动静相宜的教学内容能够充分调动学生的学习积极性，提高学习的效率和效果。

　　3.多媒体资源组织不当

　　多媒体资源的使用使得教学内容图文声并茂，能激发学生的学习兴趣，提高学习效率和学习质量。然而，大多数教师不能将文字内容与多媒体素材有效融合，比如，很多教师需要播放动画或者视频时，退出课件后再打开视频或者动画，这样不符合学习应从直观思维到抽象思维发展的规律，容易造成学生思维的脱节，不利于增强学生的关联认知负荷。

　　4.滥用技术

　　多媒体课件功能强大，提供了多种动画效果，如幻灯片的切换效果以及文字、图片等的出现和退出动画。有些教师在制作课件时过度追求课件的花哨，在课件中加入许多动画效果，导致学生难以从中获得有益于认知加工的息，而且来回跳动的动画和切换方式容易转移学生的注意力，从而影响学生对学习内容的知识建构。

　　4 基于认知负荷理论的多媒体课件设计原则

　　4.1 简洁明了

　　能用图像和声音表达清楚， 没有必要再加上书面文本， 即应去除冗余信息。美国当代著名的教育理学家Richard E.Mayer 也认为，在教学材料中加入有趣但与学习内容无关的语词或画面会使学习者对学习内容的理解和记忆变差， 即不适宜的冗余信息会分散学习者的注意力。因此多媒体课件设计应力求简洁明了， 避免使用削弱主题的内容。具体而言：

　　1.免冗余信息

　　一方面是删除与学习无关的图片、动画、声音等装饰性信息; 另一方面， 当不同信息源提供完全重复的信息， 而其中一种便可帮助理解内容时， 为避免两个信息源相互竞争， 耗费认知资源， 增加认知负荷， 只需选择一种信息源， 而摒除其他来源的冗余信息。

　　2.尽量减少链接、按钮、选择框等交互形式

　　因为频繁交互会分散学习者的注意力， 增加认知负荷， 操作应力求简便、灵活，便于控制，必要时提供相应的操作指导。

　　3.一幅好图胜千言

　　尽可能用可视化的图片、图形方式表达， 增强视觉冲击力。若文本必不可少，也应言简意赅，采用提取关键词的形式。画面中各元素的动画效果的使用应力求统一，避免多、杂、乱。

　　4.2 相邻呈现

　　“相邻呈现”包括时间临近和空间临近。在有多种信息来源的情况下， 学习者的注意力会分散到不同来源的多种信息上， 因此，相互提及的信息资源在空间和时间上应当相互接近， 才能达到好的教学效果，Mayer 也通过试验证明了这一点。时间临近是指言语讲解与其相对应的文字或图片同时呈现。因为相继呈现时，学生需要在工作记忆中保存先前呈现的信息的表象表征，会使认知负荷增加。相比之下，同时呈现认知负荷较小，教学效果也相对较好。具体到PPT 课件中，动画、文字、图片与其相应的言语解说能同时呈现，不要有过长的时间间隔。空间临近原则是指视觉材料与其相关的解释性信息在空间上应相邻呈现。当PPT 课件中呈现图片及其解释性文本时， 如若离得较远， 学生需消耗有限的认知资源去搜索相应的信息， 从而增加认知负荷。因此，文本应该临近图片来呈现，即能同页存放就不要分页存放，同一页面中，文字能嵌入到图片中就不要上图下文或上文下图。

　　4.3 多管齐下

　　所谓“多管齐下”， 是指多媒体课件应同时调动学习者的多个通道进行信息加工。混合视听模式比单一模式呈现信息更有可能增加有效工作记忆容量，降低认知负荷。也就是说，当仅采用一种通道加工信息时，如果需求超载，负担过重，可以让其他通道也参与进来，来共同分担处理其中某些信息。课件中常采用文字和图片来呈现信息，由于二者都作用于视觉通道，同时呈现易导致视觉通道认知超载。此时，如果将文本的视觉呈现转变为言语讲解的听觉呈现，则可为视觉通道减负，使其在图片加工中更好地发挥作用。“多管齐下” 不但可以调动多感官参与，还有助于激发兴趣，活跃思维，加深记忆，从而达到对知识的全面理解，有效地促进知识迁移。因此，多媒体课件中应合理、精心、有机地选择与组合多种媒体形式来呈现信息。

　　4.4 风格统一

　　交互性课件往往信息量大，信息之间关系复杂， 使用的超媒体技术易使用户“迷航”。因此，为了降低学习者的外在认知负荷， 课件风格应遵循统一原则，主要表现为： 界面结构应统一、清晰、简洁; 导航和交互图标应使用约定俗成的， 学习者根据外观就能快速判断其功能; 不同界面中表示相同性质的图标， 其形态、位置、功能尽量保持一致。在PPT 课件中， 主要是交互性按钮的设计， 最好选用寓意明显的图标做按钮， 学习者看到图标， 很快领会其含义， 或者采用超链接中的屏幕提示功能为每个按钮添加表示其功能的文字提示， 诸如“下一页”、“上一页”、“播放”、“暂停”、“停止”等，当鼠标移动到按钮图标上时，提示信息显示出来，学习者不必耗费时间和精力去摸索按钮的功能。每个页面上按钮的位置、外观要一致，并且具有一致的交互行为。

　　4.5 赏心悦目

　　一个多媒体课件要想取得好的教学效果，美的形式也很重要。优质的课件是内容与形式的完美统一，既承载着知识，又要作为视觉艺术形式，令人赏心悦目。在设计时需同时遵循视觉规律和美学规律，表现形式要结构对称，色彩柔和，搭配合理，使学习者在轻松、愉悦的状态下进行学习，进而减小外在认知负荷，促进信息加工。具体设计时需要考虑画面构图、色彩搭配、多媒体组合等，即布局要合理，媒体元素搭配需和谐，避免使用过分的修饰和花哨的字体，构建符合学习者认知规律的视觉环境， 使学习者把认知资源集中在学习任务上 [6] 。

　　5 基于认知负荷理论的多媒体课件设计与制作案例

　　5.1 案例教学设计

　　【教学内容分析】

　　本案例教学内容为人教版小学数学五年级上册中的《简易方程》，包括方程的概念、解方程的方法以及列方程解决实际问题三大块具体内容。方程是小学数学代数初步知识的主要内容，本节课的学习能够促进学生数学能力的迅速发展。

　　【学习者特征分析】

　　小学五年级学生已初步形成了一定的学习态度，自主、自律能力增强，对学习、对集体的责任感进一步提高，同时逐渐形成了对作业的自觉负责的态度，开始认识到学习是一种义务，出现了意识较强的学习动机。五年级学生活泼好动、思维活跃，但是毕竟年龄尚小，理解能力有一定的限制。

　　【教学目标分析】

　　1.知识与技能

　　通过学习，使学生进一步明确用字母表示数的意义，加深对方程、方程的解以及解方程等概念的理解。培养学生灵活运用各种解题方法解方程的能力。

　　2.过程与方法

　　运用多媒体课件，使课堂生动活泼，教学过程清晰明了，充分调动学生的积极性。

　　3.情感态度价值观

　　培养总结、归纳的学习能力，养成善于总结思考的习惯。

　　【教学策略】

　　抛锚式教学策略、协作学习

　　【教学媒体】

　　多媒体计算机、投影仪

　　【教学过程】

　　一、情境导入

　　1.导入：这位小朋友，你今年几岁了?再过两年呢?再过三年、四年、n年呢?

　　学生回答自己的年龄，根据教师的问题回答：过几年就用年龄十几，n年就加n。

　　2.质疑：这里的n表示的是什么?(一个数)

　　3.揭题：今天咱们就来学习用字母表示数。(板书课题：用字母表示数)