本文由《现代远程教育研究》杂志授权发布
作者：毛伟、盛群力
摘要
多媒体学习是一种知识建构过程，需要遵循人类学习的三条基本原则，即双向通道原则、容量有限原则和主动加工原则。多媒体教学设计应该尽量减少外在认知加工，善用必要认知加工和促进生成认知加工。具体来说，就是要在教学中落实好聚焦要义、提示结构、控制冗余、空间临近、时间临近、切块呈现、预先准备、双重通道、多种媒体、个性显现、原音呈现和形象在屏等具体原则，以此做到依托技术实现意义学习。就运用技术促进学习这一主张而言，国际著名学者的切入点并不相同，加涅主张运用媒体技术主要是为了更好地配合不同学习结果的教学以及不同的教学情境，乔纳森主张采用媒体技术主要是为了在建构主义学习环境中帮助学习者获得更多自己需要的信息、完成内部协商和外部协商，而梅耶主张运用媒体技术旨在从双重通道认知加工——主动选择、组织和整合信息（其中包括语词与画面）的视角帮助学习者更好地理解知识并最终实现意义学习。因此，从这一意义来说，梅耶的多媒体技术理论对加涅的媒体技术理论实现了跨越式发展，也为乔纳森的媒体技术理论提供了一种新的视角。
关键词：梅耶理论；多媒体教学；教学设计；教学原则；媒体技术；意义学习
学习者的学习不应只局限于知识的保持，更重要的是要具备问题解决和迁移能力，即学习者须对所学材料主动进行选择、组织以及整合，理解所学知识，并将所学知识的一般原理迁移到新的情境中以解决新问题，从而实现意义学习。教师则须为学习者创设学习环境，提供学习经验，使其能有效利用所学知识来解决新问题（Mayer，2002）。然而，教学中如果单纯采用语词或画面呈现信息，均不能充分利用人类用于信息加工的双重通道，而且会出现某一通道认知过载而另一通道处于闲置的状态，从而造成认知资源的浪费。梅耶正是在这一背景下提出了多媒体学习与教学理论，认为教师应该同时采用语词与画面呈现信息，以帮助学习者充分利用自己的认知资源，实现意义学习（Mayer，2009）。
多媒体教学是指用语词和画面共同呈现信息，以促进学习者的学习。语词可以是印刷的文本，也可以是口头的言语；画面可以是静态的，如照片、图画、插图、地图等，也可以是动态的，如录像或动画等。信息呈现的媒介有很多，其中包括最常见的书本、电脑、电视等，它们都可以将语词和画面两种信息表征形式有效结合在一起，共同呈现信息。梅耶认为多媒体学习是一种知识建构，而这种知识建构观主要基于以下三条原则：一是双重通道原则，即人类有两个信息加工通道，一个负责视觉信息加工，另一个负责听觉信息加工；二是容量有限原则，即每一个信息加工通道一次同时加工的信息量是非常有限的；三是主动加工原则，即学习者必须主动去选择、组织与整合信息（Clark et al.，2016）。在多媒体学习过程中学习者会进行三种认知加工：外在认知加工（又称无关认知加工）（Extraneous Processing）、必要认知加工（Essential Processing）和生成认知加工（Generative Processing）（Mayer，2005）。多媒体教学设计应该尽量减少外在认知加工，善用必要认知加工，促进生成认知加工。基于多媒体学习认知理论，梅耶一共提出了10条多媒体教学设计原则，目的在于充分利用人类有限的认知容量，帮助学习者积极进行认知加工——主动选择信息、组织信息和整合信息，最终实现意义学习。
一、减少外在认知加工的多媒体教学原则
如果课程中包含一些有趣但与教学目标无关的细节，以及教学设计混乱，即斯威勒（J.Sweller）所说的因为教学策略不当导致学习者所进行的一些学习活动与图式的获得没有任何关联（Sweller，1994），这样势必会耗费太多的认知资源进行一些无关教学目标的外在认知加工，以致学习者没有足够的认知资源用于必要认知加工和生成认知加工。为减少无关材料的外在认知加工，梅耶提出聚焦要义、提示结构与控制冗余三条多媒体教学设计原则。为减少因课程布局安排不合理而进行的外在认知加工，梅耶提出空间临近、时间临近两条多媒体教学设计原则。
1.聚焦要义原则
所谓聚焦要义原则（Coherence Principle），是指由于所授课中存在一些无关教学目标达成的材料，因此必须从多媒体授课中删除那些无关的文字、声音和画面等。梅耶提出聚焦要义的三种情形：删除那些有趣但又无关的文字和画面；删除那些有趣但又无关的声音和音乐；删除那些多余的文字和符号（Mayer，2009）。这样做主要是因为它们会占用学习者工作记忆中原本就有限的认知资源，分散学习者的注意力，甚至导致学习者将新的学习材料与一些无关材料整合在一起，无法实现对学习材料的有效组织。有时为了增加学习者学习课文的兴趣，教师会添加一些非常有趣且极具娱乐性的材料，但是它们又与课文作者本身要表达的主题没有关系，加纳（R. Garner）等人把这些无关材料称为“花边细节”（Seductive Details）（Garner et al.，1989）。哈普（S.F.Harp）和梅耶把那些有趣但无关的文本称为“花边文本”（Seductive Text），把那些有趣而无关的插图称为“花边插图”（SeductiveIllustrations），从而将无关文字与无关画面区分开来（Harpetal.，1997）。例如，当教师用一组带文字解释的图来描述闪电形成的过程时，如果教师在每一幅图旁边都配上其他似乎相关的图和文字，如在组图中某一幅图片旁配上一段有关飞机遇气流颠簸以及闪电不会对飞机造成太多破坏的文字原因分析，同时也在文字右边配上了一张飞机被闪电击中的图片。这样所添加的文字和图片的确可以起到吸引学习者注意力的作用。然而，这些添加的“花边细节”会让学习者看不到闪电形成前后阶段之间的因果关系，他们会把每一步骤看成是一个独立的事件，而不是整个因果链中的一个组成部分，以致学习者最终不能注意到整组图片之间闪电形成的因果关系，从而不能将课文组织成连贯一致的整体。
那么，主张添加“花边细节”的理由是什么，以及这种主张背后的深层问题又在哪儿呢？添加“花边细节”的主张主要是基于激活论（Arousal Theory）。韦纳（B.Weiner）指出，激活论在以往动机研究领域大行其道（Weiner，1992），金茨（W.Kintsch）则认为该理论主要用来激发学习者的情感兴趣（Kintsch，1980）。根据激活论，“花边细节”可以起到激励学习者的作用，让他们更加专注，并且在课堂上学习得更多。不难看出，激活论的理论基础其实就是信息传递理论，即认为知识是可以直接从教师传递给学习者的。然而，梅耶的多媒体学习认知理论则认为学习是一种知识建构，即学习者基于新的学习材料以及自己已有知识主动地建构心理表征。然而，“花边细节”必定会对学习者的知识建构造成一定程度的干扰：它们会转移学习者的注意力；学习者无法将学习内容搭建成一种连贯一致的结构；学习者会错误地认为学习材料的主题就体现在这些花边材料中（Mayer，2009）。
2.提示结构原则
所谓提示结构原则（Signaling Principle），是指如果给学习者学习提示，突出主要学习材料的组织，那么学习者的学习效果会更好（Mayer，2009）。提示可以帮助学习者减少不必要的外在认知加工，把注意力集中在课文的一些关键要素上，并且将它们关联起来。聚焦要义原则要求在多媒体教学设计中尽量减少一些花边细节，但有些情况下则很难移除这些花边细节。如果在学习者选择和组织学习材料时能给予一些提示，那么他们同样可以收到不错的学习效果（Lorch，1989）。提示可以是言语材料的提示，也可以是视觉材料的提示。言语材料的提示策略包括：（1）课前用一句话概述要学习的内容，通常会采用“在学习本课之后，你们将会了解到或理解……”；（2）用一个短语或一个简短的句子做文章每一部分的小标题，并放在相应部分的开头，如果把这些标题串起来就是文章的概要了；（3）大声而且缓慢地口头强调一些关键词，以英语阅读材料为例，如“I want to marry him instead of you ”；（4）文中插入表示各种关系的信号词，如表示时间关系的first等，表示因果关系的because等，表示让步关系的although等。另外，我们还可以对视觉材料进行提示，即让学习者关注画面中某些特定部分。视觉材料的提示策略包括：（1）使用箭头，如在多媒体教学中播放动画时，可以使用箭头指向同步语音中所提到的特定部分，以引起学习者对特定信息的关注；（2）区分颜色，即在所播放的动画中使用不同颜色，以区分不同事物；（3）闪烁，即将某一系统或事物的特定部分闪烁，以引起学习者的特别注意；（4）指向手势，即屏幕上用一个手型图标指向系统的某一特定部分；（5）灰显，即屏幕上的动画在描述某一特定部分时，该部分放大显示，而图片中其余部分则变成灰色显示（Mayer，2009）。
采用提示结构策略，可以帮助学习者聚焦文本中一些关键的概念性信息，并将这些概念组织起来。换言之，提示结构策略能够起到两个关键作用：一是选择性注意，即提示会引导学习者将注意力集中在文本中的一些概念性信息上；二是连贯一致的组织，即提示可以帮助学习者在一些关键概念之间形成一个因果链，从而建构一个内在连贯一致的心理表征（Loman et al.，1983）。当然，提示结构原则也有其边界条件。迈耶（B. J. F. Meyer）等人通过研究发现，提示结构策略对认知技能不太高的学习者所起到的作用往往会更大（Meyer et al.，1980），这可能是因为认知技能高的学习者更善于调整自己的阅读策略，从而理解结构性并不强的文本材料。尹拯（H. Jeung）等人的研究结果显示，像闪烁这样的视觉材料提示策略对于复杂的多媒体材料展示能产生有效作用，但是如果所呈现的材料简单，其能起到的作用就不明显了（Jeung et al.，1997）。
3.控制冗余原则
所谓控制冗余原则（Redundancy Principle），是指以画面、解说两种形式呈现信息所产生的学习效果要比以画面、解说、文本三种形式呈现信息所产生的效果好（Mayer，2009）。然而，有人主张在动画、解说的基础上再添加与解说内容相同的文字，认为这样会产生更好的学习效果。这种主张的理论基础就是“学习偏好假设”（Learning Preferences Hypothesis）。根据学习偏好假设，每一个人都有自己偏好的学习方式，有些人习惯根据语音学习，那么在多媒体学习环境中他们就会更多注意解说；而有些人则更喜欢根据文本学习，那么他们对屏显文字就会更加专注。如果文本和解说两种言语形式一起呈现，就可以迎合学习者的不同学习偏好。在教育心理学领域，很早就有研究者注意到个体差异对学习者学习的影响（Cronbach et al.，1977），甚至乔纳森（D. H. Jonassen）和格拉博夫斯基（B. L. Grabowski）提出教学应该满足学习者在学习能力、学习风格以及学习偏好等方面所体现出的差异（Jonassen et al.，1993）。很显然，学习偏好假设的理论基础是多媒体学习的信息传递理论，即认为知识传递的途径越多，学习者接受的知识也就越多。从梅耶的多媒体学习认知理论来看，人类工作记忆中信息加工的认知容量总量是非常有限的，无论是言语通道还是视觉通道，一次只能同时加工7±2个信息组块。如果在多媒体学习环境下呈现信息时，将动画、解说、与解说内容一致的屏显文字一起呈现，那么解说会进入语词通道（或听觉通道），而动画和屏显文字都将通过眼睛进入视觉通道，因为屏显文字也属于视觉信息，这势必会造成视觉通道出现认知过载。与此同时，学习者既要注意“解说”这一听觉信息，又要注意屏显文字，并努力将二者匹配起来，从而进行一些无关认知加工。控制冗余原则能使学习者的学习效果更好，但是梅耶同时指出，如果所添加的文字非常简短，并置于相应的图画旁；或者解说先于屏显文字呈现，而非同时呈现；或者根本就没有图画，而且屏显文字简短，那么控制冗余教学设计原则所产生的效果也就不会那么明显了（Mayer，2009）。
4.空间临近原则
所谓空间临近原则（Spatial Contiguity Principle），是指在书本页面上或电脑屏幕上将画面与描述画面的文字紧邻呈现比分开呈现更能促进学习者的学习（Mayer，2009）。然而，人们通常认为，如果将画面与描述画面的文字分开，甚至放在两个不同的页面或屏幕上，这就相当于把同一材料呈现了两次，这样势必会让学习者学到更多的知识。很显然，这种观点同样是以多媒体学习的信息传递理论为基础的。依据这一观点，学习者的学习就是不断往自己的记忆中添加信息，信息添加得越多，学习就越有收获。然而，根据梅耶所提出的多媒体学习认知理论，学习者的学习是一个积极主动的认知过程，如果将画面与解释画面的文字紧邻呈现，学习者就可以在语词与画面之间建立一种连接，即将言语的心理表征与视觉的心理表征整合在一起，从而帮助学习者更好地理解学习材料。若是将画面与相应的文字分开呈现，学习者就必须耗费一定的认知资源在书本页面或电脑屏幕上，以找寻与画面相匹配的文字说明，进行一些无关的认知加工，这样学习者用于组织与整合信息的认知资源就会减少，从而影响学习的效果。
画面与解释画面的文字紧邻呈现比分开呈现能产生更好的学习效果，这同时告诉我们，画面和与之相匹配的文字说明的呈现方式应该与人类的学习方式相适应，即教学原则必须基于学习科学。然而，斯威勒等人的研究指出，空间临近多媒体教学设计原则也并不是在所有情境下都有效，只有当学习者对学习材料并不熟悉时，或者在缺乏文字说明的情况下学习者不能完全理解图表，或者材料本身十分复杂时，空间临近原则的作用才会更加明显（Mayer，2009）。
5.时间临近原则
所谓时间临近原则（Temporal Contiguity Principle），是指画面与对画面的解说同时呈现比前后相继呈现更能促进学习者的学习（Mayer，2009）。梅耶将画面与画面解说在同一时间呈现称为“同步呈现”（Simultaneous Presentation），将二者在前后两个不同时间分开呈现称为“继时呈现”（Successive Presentation）（Mayer，2009）。根据多媒体学习认知理论，人类并不是一个信息存储的容器，而是一个意义的建构者，必须积极主动地进行各种认知加工。在同步呈现信息模式下，言语和视觉分别在不同的信息加工通道同时加工，分别形成言语表征与视觉表征，有利于学习者在工作记忆中将所形成的两种表征结合起来，从而建立起一个内在连贯一致的心理表征。在继时呈现信息模式下，学习者要么必须先对画面进行信息加工，然后对画面解说进行信息加工；要么必须先对画面解说进行信息加工，然后对画面进行信息加工。这就意味着学习者要在工作记忆的一个通道内将先呈现的信息一直保持到后一信息呈现时。然而，由于工作记忆任一通道的容量都非常有限，而且信息在工作记忆中存储的时间也很短暂，所以学习者在信息加工通道中最先保持的信息，待后一信息呈现时已经所剩无几，因此学习者也就很难在工作记忆中将两种不同的表征联系起来，因而无法实现对知识的理解。
时间临近多媒体教学设计原则是梅耶与其同事经过多次实验之后得出的结论，不过梅耶也指出了时间临近原则的边界条件：当言语信息和图像信息都很简短时，以及当学习者自己可以控制学习的节奏或步调时，时间临近原则的效果并不明显。
二、善用必要认知加工的多媒体教学原则
所谓必要认知加工，是指在工作记忆中对必要材料建构心理表征的认知加工。梅耶认为，必要材料是指那些与教学目标的实现密切相关的、课中的核心信息（Mayer，2009）。然而，如果学习材料特别复杂，同时学习者已有的相关知识又不够，那么就很容易导致必要认知负荷出现过载。根据认知负荷理论，必要认知负荷（又称“内在认知负荷”）通常是由材料所包含要素之间的相互作用以及学习者已有相关知识的掌握程度决定的，因此通常认为必要认知负荷是无法改变的。然而，范梅里恩伯尔（J. J. G. Van Merri?nboer）等学者认为这一假设是根本站不住脚的（Van Merri?nboer，2003），而且很多学者已经针对学习材料提出了一些降低必要认知负荷的教学策略。为了降低必要认知负荷，梅耶共提出切块呈现、预先准备、双重通道三条多媒体教学设计原则（Mayer，2009）。
1.切块呈现原则
所谓切块呈现原则（Segmenting Principle），是指将所学材料分块呈现，而不是以一个连续体的形式不间断呈现。切块呈现可以让学习者按照自己的学习步调学习，从而在迁移测试中有更好的表现（Sorden，2005）。很显然，切块呈现也是针对计算机环境下的学习而言的，学习者可以在一屏的内容学习完成后再学习下一屏的内容。如果在多媒体教学环境中必要材料于学习者而言非常复杂，而且在学习过程中他们根本无法按照自己的步调在电脑上一屏一屏地学习，那么接下去学习者就有可能没有足够的认知资源用于组织语词和画面，形成相应的言语模式和图像模式，以及把这两种模式整合在一起。如果将学习材料根据学生的实际情况分割成一些小块，在多媒体学习环境中学习者可以自己控制学习节奏，即学习者可以根据自己的能力对材料进行选择，那么他们将会留有足够的认知资源将必要材料组织成一个连贯一致的认知结构，并将这些认知结构与自己已有相关知识整合起来，进而完成深层认知加工。当然，切块呈现原则并非在所有情境下都适用。梅耶指出，只有当所呈现的材料十分复杂，材料呈现速度块，以及学习者不熟悉所呈现的学习材料时，切块呈现多媒体教学设计原则所起到的作用才会最显著（Mayer，2009）。换言之，切块呈现对原有知识水平低的学习者来说尤其适宜，因为他们可以主动控制学习的步调（杰伦·范梅里恩伯尔等，2015）。
2.预先准备原则
所谓预先准备原则（Pre-Training Principle），是指如果学习者预先了解一些主要概念的名称、特征，那么他们就会取得更好的学习效果（Mayer，2009）。如果学习者在学习一篇课文的过程中还必须同时努力弄清楚文中一些新的术语表达的意思，那么他们用于理解课文主题的认知资源就会相应减少。换言之，他们将没有足够的认知资源用于学习材料心理表征的建构，这就是通常所说的必要认知加工过载（Mayer & Moreno，2003）。然而，如果学习者长时记忆中已经存储了一些关键术语，那么在学习过程中他们就会有充足的认知资源用于建构学习材料的心理表征。在学习者缺乏相关知识的情况下，为避免出现必要认知加工过载现象，可以让学习者预先了解学习材料中的一些关键术语和事物的一些关键特征。学习者可以将必要认知加工分两次进行，第一次主要是在预先准备中建立成分模式，第二次则是在后面的正式学习中建立心理模式。一旦成分模式已经建立，那么学习者在后面建立心理模式的过程中就可以投入全部的认知资源，这样学习的效果就会更好。例如，小学生学习语文课文前，教师通常会花一定时间先教孩子们学习一些生字、生词，弄清楚这些字、词的意思和用法，然后再学习课文，目的就是为了建立成分模式，以便让孩子们在后面学习课文时能投入充分的认知资源，将课文建立起连贯一致的心理表征，从而达到理解课文的目的。当然，预先准备原则其实也是在强调学习者先备知识在学习新材料中的重要性。所以，预先准备原则的第一个边界条件就是学习者不熟悉学习材料，而另外两个边界条件分别是学习材料复杂和学习过程进行得太快。
3.双重通道原则
所谓双重通道原则（Modality Principle），是指学习者根据画面和画面解说学习比根据画面和画面的文字说明学习能取得更好的学习效果（理查德·E.梅耶，2006）。人类用于加工信息的通道有两个：听觉信息加工通道和视觉信息加工通道。只有当学习者在每一通道中保留了相关信息，并分别把相关信息组织成一个连贯一致的心理表征，最后把这两个通道中的不同心理表征——听觉心理表征和视觉心理表征整合在一起，学习者才能实现意义学习。在多媒体学习环境下以动画和屏显文字组合的形式呈现的信息都属于视觉信息，而且都将在视觉通道中完成信息加工，这样画面和文字会在视觉通道中相互争抢有限的认知资源，势必会造成视觉通道出现过载现象。此外，如果学习者过分注意屏显文字信息，那么他就可能会错过一些关键的动画信息，反之亦然，因为学习者不可能将图像表征与相应的言语表征同时在工作记忆中保留（Mayer et al.，1998）。相比之下，如果学习材料是以动画和相应的解说组合形式呈现，那么动画信息就会在视觉通道中加工，而与之相对应的解说信息则在听觉通道中加工，这就充分利用了两个不同通道中的认知资源，将工作记忆中的两个信息加工通道都激活了，从而产生了通道效应（Modality Effect）（Mousavi et al.，1995）。而且由于多媒体教学环境下将屏显文字替换成了口头解说，亦即将原本在视觉通道中产生的一部分认知负荷释放到了未被利用的听觉通道，这样两个信息加工通道都被利用，从而实现了两个通道之间认知负荷的平衡，当然也不会出现认知负荷过载现象（理查德·E.梅耶，2006）。
然而，双重通道原则也有其适用范围：只有当学习材料特别复杂，材料呈现的速度非常块，以及学习者对动画解说中的言语相对熟悉的情况下，其效果才会特别显著。但是如果所授课中包含了很多技术词汇和符号，或者学习者并不是材料用语的本族语使用者，那么相比之下，屏显文字可能比口头解说更加适合（Mayer，2009）。
三、促进生成认知加工的多媒体教学原则
所谓生成认知加工，是指以理解材料为目的的认知加工，它包括将输入的材料组织成连贯一致的结构，其中包括图像结构和言语结构，并且将这两种结构的结合体与学习者先前的相关知识整合在一起（Mayer，2009）。梅耶共提出四条促进生成认知加工的多媒体教学设计原则，分别为多种媒体原则、个性显现原则、原音呈现原则、形象在屏原则。由于后三种多媒体教学设计原则都是基于计算机的教学，其中个性显现原则主要指用对话的形式呈现信息，而原音呈现和形象在屏则是个性显现原则的延伸，因此这三条原则可以视为一种原则。
1.多种媒体原则
所谓多种媒体原则（Multimedia Principle），是指学习者同时从语词和画面中学习所获得的学习效果比仅从语词中学习的效果要好。根据多种媒体原则，如果用语词和画面同时呈现信息，那么学习者就可以同时建构言语心理表征和图像心理表征，并且将这两种心理表征联系起来，即进行生成认知加工。然而，如果只用言语或图像呈现信息，那么学习者只能建构单一的言语或图像心理表征，从而也难以将两种心理表征结合在一起。
根据多媒体信息传递观，无论是语词还是画面，都是呈现同一信息的不同媒介，而信息可以被视为一种客观商品，因此它可以从外部世界传输到人类的大脑当中（Mayer，2009）。担当传递任务的可以是语词，也可以是画面，而最终的结果都是一样的，即信息被存储在学习者的信息仓库——长时记忆中，信息传递论者由此认为没有必要采用多种媒体呈现信息。另外，语词因其简单高效，所以一直以来成为人类信息呈现最常用的方式，而插图或动画则显得是一种多余。然而，根据梅耶的多媒体学习认知理论，语词和画面是表征知识的两个性质不同的系统，而且语词和画面所承载的信息是通过两个性质完全不同的信息加工通道来加工的，每一个通道都将产生不同的心理表征，即言语心理表征和视觉心理表征，这两种心理表征在性质上也是不对等的，因此不能相互取代。另外，多种媒体呈现可以让学习者选择和组织语词和图像，并且把语词和图像经信息加工后形成的不同心理表征整合在一起，这正是实现意义学习最关键的一步。
然而，梅耶和加利尼（J. K. Gallini）的研究同时指出，多种媒体原则对学习者的学习所产生的效果大小，在很大程度上取决于学习者所掌握的专门知识，对缺乏相关经验的学习者非常有效的教学策略，可能对相关经验非常丰富的学习者没有效果，甚至可能产生消极影响，即产生卡柳加（S. Kalyuga）等研究者所说的“专门知识反转效应”（Expertise Reversal Effect）（Kalyuga et al.，2003）。
2.个性显现、原音呈现、形象在屏原则
所谓个性显现原则（Personalization Principle），是指在多媒体教学环境下，如果采用对话风格来呈现言语信息，那么学习者的学习效果会更好（Mayer，2009）。梅耶等人认为，促进意义学习有两条重要途径：第一条途径是采用各种教学策略设计多媒体教学材料，以便帮助学习者降低认知负荷。以上所分析的一些多媒体教学设计原则就是降低认知负荷的有效策略，因为它们能帮助学习者减少不必要的外在认知加工，并把释放出来的认知资源用于深层认知加工。第二条途径是增加学习者的学习兴趣，从而可以让学习者充分利用自己的认知资源对学习材料主动进行深层认知加工，即将材料组织成连贯一致的心理表征，然后把视觉表征和言语表征联系起来，并与学习者原有相关知识整合在一起（Mayer et al.，2004）。多媒体学习环境并不一定会刺激学习者的学习行为，因为环境仅仅是一个潜在的东西，只有通过适当的行为才能将某些东西变成现实，环境并不具备必然刺激人们的固有特性（阿伯特·班杜拉，1988）。在多媒体学习环境下，如何通过设计教学材料的呈现方式来激发学习者的学习动机，以便让他们主动进行认知加工就显得十分必要。由于任何学习都可以视为学习者与教师、学习者与课本作者等之间的一种对话，因此学习是一种社会事件。在基于计算机的学习环境下，任何社会暗示都会影响学习者的学习动机，多媒体学习中的一些社会因素同样可以影响学习者的认知过程（Lepper et al.，1993）。梅耶指出，在多媒体学习环境下可以采用个性显现教学设计原则来达到社会暗示的目的。在基于计算机的多媒体教学环境中，个性显现原则就是采用对话风格呈现语词信息、使用真人声音而非机器合成声音，以及将真人形象显示在电脑屏幕上等方法来激发学习者的学习兴趣。
采用对话风格呈现学习材料，会让学习者将自己作为一个参照点，并产生强烈的社会存在感，学习的兴趣也因此而增加，学习参与度增强，而且有利于学习者利用自己的认知资源对新输入的信息进行积极的认知加工，最终达到意义学习的目的。多媒体教学材料所体现出的这种社会暗示，能够使学习者产生社会反应，并激发学习者的深层认知加工，从而在保持与迁移两个方面都有更好的表现，梅耶把这一理论称为“社会中介理论”（Social Agency Theory）（Mayer，2009）。
在多媒体教学环境下，多媒体解释的设计主要受设计者对教学性质的认识的影响。梅耶认为在教学上存在两种假设：一种是教学的相互作用假设（Interactive Hypothesis），即教学过程中教师不仅要呈现信息，还要帮助学习者如何更好地利用认知资源主动加工信息，学习者与学习材料之间存在一种积极的互动关系。另一种是教学的传递假设（Transmission Hypothesis）（Moreno et al.，2000）。根据教学的相互作用假设，学习者对教学材料的加工程度取决于由教师的语言风格所激发的学习者心理互动水平。在相互作用假设视域下，以自我参照的对话方式对信息进行解释，可以激励学习者主动理解学习材料的意义（Doctorow et al.，1978）。然而，根据教学的传递假设，人与人之间的交流涉及三个步骤：首先，说话者将某一观念编码成信号；然后，说话者将信号传递给接收者；最后，由接收者对所接收到的信号进行解码（Reynolds，1998）。依据教学的传递假设可以推断，无论教学材料是用对话风格呈现还是以正式形式呈现，学习者最后所获得的学习效果是一样的，因为在基于计算机的教学环境下，无论信息采用哪种形式呈现，都包括了视觉信息和言语信息，只是呈现风格不同而已。然而，根据梅耶的多媒体学习认知理论，教学并不是知识的传递，如果学习者只是被动地接受教师所传递的信息，那么他们往往很难实现对信息的理解，其学习结果也只能是一种机械的记忆。
然而，个性显现原则也并非在所有情况下都适用。首先，个性显现原则不能过度使用，即虽然所使用的一些表达采用的是第一和第二人称，显得非常友好，但是其中并没有包含任何有用的信息，相反它们却变成了前面所探讨的“花边细节”，从而妨碍学习者有效学习。其次，如果学习者对教师不熟悉，个性显现原则可能会更加有效。原音呈现原则和形象在屏原则（Voice & Image Principles）可以视为是对个性显现原则的拓展和延伸，它们都是基于计算机的多媒体教学设计策略。然而，无论是原音呈现原则还是形象在屏原则，其有效性还需要更多的研究来检验。
原音呈现原则是指在用多媒体呈现信息时，采用原人真音讲解与用机器合成的声音相比，前者更能给学习者一种社会存在感，学习者会觉得自己就好像与某人在直接交谈（Mayer & Sobko et al.，2003）。另外，纳斯（C. Nass）和布雷夫（S. Brave）的研究也证明了学习者往往会对在线声音所体现出的社会性表现出敏感，其中包括说话者的性别、种族、情绪状态等，从而产生强烈的社会存在感，表现出更强的学习动机，并主动进行认知的深层加工（Nass et al.，2005）。
形象在屏原则主要基于这样一种假设：即如果在屏幕上添加一个讲解人的画面，那么就会增加学习者的社会存在感，因为他们会觉得自己就是在与一个真实的人物在对话。屏幕上添加的这个人物可以是一个真人图像（Craig et al.，2002），也可以是一个卡通人物形象（Moreno et al.，2001），当内容讲解到哪儿，屏幕上的人物也就指向哪儿，从而增强学习者的社会存在感。然而，梅耶及其同事所做的有关形象在屏研究结果显示，形象在屏原则的作用并不明显，只是起到了一点点促进作用（Mayer & Dow et al.，2003），而有的甚至起到了反作用（Moreno et al.，2001）。
四、梅耶多媒体教学设计理论跨越式发展
多媒体教学设计原则是梅耶基于多媒体学习认知理论，将多媒体技术与意义学习及教学设计理论相结合而提出的，旨在更好地帮助学习者理解所学内容，实现意义学习。
国际著名的教育技术学与教育心理学专家乔纳森（D. H. Jonassen）和加涅（R. M. Gagné）也都主张用技术促进学习者的学习。乔纳森坚持“有意义的学习源自问题解决”（任友群等，2009），提出了问题解决的建构主义学习环境设计，旨在帮助学习者实现有意义的学习。在乔纳森的问题解决学习环境中，技术被用来帮助学习者完成个体的内部协商和学习者个体之间的社会协商。
另外，加涅认为“为有效学习而设计的教学可以用多种方式来传输，并且可以运用各种媒体”（R· M· 加涅，1999）。在加涅看来，“教学媒体就是指传输教学的各种方式，如音频、视频、电影、文本、照片、动画、图形等，而多媒体则指以上这些媒体的一种组合。”（R· M· 加涅等，2007）不同媒体具有不同的特征，因此，教学中需要根据媒体的特征来决定选择何种媒体（Reiser et al.，1982）。加涅又进一步指出，教学情境才是媒体选择最重要的决定因素（R· M· 加涅，1999）。例如，由学习者的个体特征所构成的教学情境就会影响教师对媒体的选择。当然，在考虑了教学情境之后，媒体的选择还有必要分清学习结果的性质，从而使学习结果的不同需求能够按其特性与媒体的特征相匹配（R· M· 加涅，1999）。
乔纳森在其建构主义学习环境设计理论中之所以采用技术，主要是因为它可以帮助学习者建构各种心智模型，在学习过程中通过互联网可以查找到自己解决问题所需要的信息，以及帮助学习者与其他个体组建学习共同体，实现社会协商，从而使学习者的学习变得更加有效。与乔纳森不同的是，梅耶的多媒体技术概念的涵义比乔纳森的技术概念更广，而且梅耶之所以主张采用多媒体教学，主要是因为他考虑了认知负荷这一影响学习的重要因素。认知负荷理论主要研究在学习者的学习与问题解决过程中认知资源究竟应该如何分配的问题。梅耶的多媒体教学设计理论主张教学过程中应该同时向学习者呈现语词和画面信息，这样两种信息会分别在不同的信息加工通道中被加工，从而实现人类认知资源的充分利用，并将形成的两种不同表征模式——言语表征与图像表征结合在一起，这样更有利于学习者理解知识。
由于认知负荷理论在上世纪80年代才由澳大利亚著名认知心理学家斯威勒（Sweller，1988）提出，因此，在加涅研究教学设计理论发展的高峰期，认知负荷理论根本还没有出现或是还处在一个研究的初级阶段，加涅在自己的教学设计理论中引入技术的出发点并不是为了降低学习者的认知负荷，而是出于对教学情境与学习结果需要的考虑。
以上对梅耶多媒体技术理论与乔纳森、加涅的媒体技术理论的对比表明，加涅采用媒体技术的目的主要是为了更好地配合不同学习结果的教学以及不同的教学情境，而乔纳森采用媒体技术主要是为了在建构主义学习环境中帮助学习者获得更多自己所需要的信息、完成内部协商以及外部协商。然而，梅耶从认知负荷的角度出发，采用语词和画面同时呈现信息的方式，让学习者充分利用用于信息加工的两个不同通道中的认知资源，形成两种不同的信息表征模式并将这两种表征模式联系起来，从而帮助学习者更好地理解知识，最终实现知识的迁移。因此，完全有理由认为，梅耶的多媒体技术理论是对乔纳森与加涅的媒体技术理论的跨越式发展。
基金项目：教育部人文社会科学研究“十三五”规划项目“学习科学视域下教学设计理论发展研究” （16YA880033）。
作者简介：毛伟，博士，杭州医学院通识教学部（浙江杭州 311400）； 盛群力，教授，博士生导师，浙江大学教育学院（浙江杭州 310028）。
本文由《现代远程教育研究》杂志授权发布
作者：毛伟、盛群力
摘要
多媒体学习是一种知识建构过程，需要遵循人类学习的三条基本原则，即双向通道原则、容量有限原则和主动加工原则。多媒体教学设计应该尽量减少外在认知加工，善用必要认知加工和促进生成认知加工。具体来说，就是要在教学中落实好聚焦要义、提示结构、控制冗余、空间临近、时间临近、切块呈现、预先准备、双重通道、多种媒体、个性显现、原音呈现和形象在屏等具体原则，以此做到依托技术实现意义学习。就运用技术促进学习这一主张而言，国际著名学者的切入点并不相同，加涅主张运用媒体技术主要是为了更好地配合不同学习结果的教学以及不同的教学情境，乔纳森主张采用媒体技术主要是为了在建构主义学习环境中帮助学习者获得更多自己需要的信息、完成内部协商和外部协商，而梅耶主张运用媒体技术旨在从双重通道认知加工——主动选择、组织和整合信息（其中包括语词与画面）的视角帮助学习者更好地理解知识并最终实现意义学习。因此，从这一意义来说，梅耶的多媒体技术理论对加涅的媒体技术理论实现了跨越式发展，也为乔纳森的媒体技术理论提供了一种新的视角。
关键词：梅耶理论；多媒体教学；教学设计；教学原则；媒体技术；意义学习
学习者的学习不应只局限于知识的保持，更重要的是要具备问题解决和迁移能力，即学习者须对所学材料主动进行选择、组织以及整合，理解所学知识，并将所学知识的一般原理迁移到新的情境中以解决新问题，从而实现意义学习。教师则须为学习者创设学习环境，提供学习经验，使其能有效利用所学知识来解决新问题（Mayer，2002）。然而，教学中如果单纯采用语词或画面呈现信息，均不能充分利用人类用于信息加工的双重通道，而且会出现某一通道认知过载而另一通道处于闲置的状态，从而造成认知资源的浪费。梅耶正是在这一背景下提出了多媒体学习与教学理论，认为教师应该同时采用语词与画面呈现信息，以帮助学习者充分利用自己的认知资源，实现意义学习（Mayer，2009）。
多媒体教学是指用语词和画面共同呈现信息，以促进学习者的学习。语词可以是印刷的文本，也可以是口头的言语；画面可以是静态的，如照片、图画、插图、地图等，也可以是动态的，如录像或动画等。信息呈现的媒介有很多，其中包括最常见的书本、电脑、电视等，它们都可以将语词和画面两种信息表征形式有效结合在一起，共同呈现信息。梅耶认为多媒体学习是一种知识建构，而这种知识建构观主要基于以下三条原则：一是双重通道原则，即人类有两个信息加工通道，一个负责视觉信息加工，另一个负责听觉信息加工；二是容量有限原则，即每一个信息加工通道一次同时加工的信息量是非常有限的；三是主动加工原则，即学习者必须主动去选择、组织与整合信息（Clark et al.，2016）。在多媒体学习过程中学习者会进行三种认知加工：外在认知加工（又称无关认知加工）（Extraneous Processing）、必要认知加工（Essential Processing）和生成认知加工（Generative Processing）（Mayer，2005）。多媒体教学设计应该尽量减少外在认知加工，善用必要认知加工，促进生成认知加工。基于多媒体学习认知理论，梅耶一共提出了10条多媒体教学设计原则，目的在于充分利用人类有限的认知容量，帮助学习者积极进行认知加工——主动选择信息、组织信息和整合信息，最终实现意义学习。
一、减少外在认知加工的多媒体教学原则
如果课程中包含一些有趣但与教学目标无关的细节，以及教学设计混乱，即斯威勒（J.Sweller）所说的因为教学策略不当导致学习者所进行的一些学习活动与图式的获得没有任何关联（Sweller，1994），这样势必会耗费太多的认知资源进行一些无关教学目标的外在认知加工，以致学习者没有足够的认知资源用于必要认知加工和生成认知加工。为减少无关材料的外在认知加工，梅耶提出聚焦要义、提示结构与控制冗余三条多媒体教学设计原则。为减少因课程布局安排不合理而进行的外在认知加工，梅耶提出空间临近、时间临近两条多媒体教学设计原则。
1.聚焦要义原则
所谓聚焦要义原则（Coherence Principle），是指由于所授课中存在一些无关教学目标达成的材料，因此必须从多媒体授课中删除那些无关的文字、声音和画面等。梅耶提出聚焦要义的三种情形：删除那些有趣但又无关的文字和画面；删除那些有趣但又无关的声音和音乐；删除那些多余的文字和符号（Mayer，2009）。这样做主要是因为它们会占用学习者工作记忆中原本就有限的认知资源，分散学习者的注意力，甚至导致学习者将新的学习材料与一些无关材料整合在一起，无法实现对学习材料的有效组织。有时为了增加学习者学习课文的兴趣，教师会添加一些非常有趣且极具娱乐性的材料，但是它们又与课文作者本身要表达的主题没有关系，加纳（R. Garner）等人把这些无关材料称为“花边细节”（Seductive Details）（Garner et al.，1989）。哈普（S.F.Harp）和梅耶把那些有趣但无关的文本称为“花边文本”（Seductive Text），把那些有趣而无关的插图称为“花边插图”（SeductiveIllustrations），从而将无关文字与无关画面区分开来（Harpetal.，1997）。例如，当教师用一组带文字解释的图来描述闪电形成的过程时，如果教师在每一幅图旁边都配上其他似乎相关的图和文字，如在组图中某一幅图片旁配上一段有关飞机遇气流颠簸以及闪电不会对飞机造成太多破坏的文字原因分析，同时也在文字右边配上了一张飞机被闪电击中的图片。这样所添加的文字和图片的确可以起到吸引学习者注意力的作用。然而，这些添加的“花边细节”会让学习者看不到闪电形成前后阶段之间的因果关系，他们会把每一步骤看成是一个独立的事件，而不是整个因果链中的一个组成部分，以致学习者最终不能注意到整组图片之间闪电形成的因果关系，从而不能将课文组织成连贯一致的整体。
那么，主张添加“花边细节”的理由是什么，以及这种主张背后的深层问题又在哪儿呢？添加“花边细节”的主张主要是基于激活论（Arousal Theory）。韦纳（B.Weiner）指出，激活论在以往动机研究领域大行其道（Weiner，1992），金茨（W.Kintsch）则认为该理论主要用来激发学习者的情感兴趣（Kintsch，1980）。根据激活论，“花边细节”可以起到激励学习者的作用，让他们更加专注，并且在课堂上学习得更多。不难看出，激活论的理论基础其实就是信息传递理论，即认为知识是可以直接从教师传递给学习者的。然而，梅耶的多媒体学习认知理论则认为学习是一种知识建构，即学习者基于新的学习材料以及自己已有知识主动地建构心理表征。然而，“花边细节”必定会对学习者的知识建构造成一定程度的干扰：它们会转移学习者的注意力；学习者无法将学习内容搭建成一种连贯一致的结构；学习者会错误地认为学习材料的主题就体现在这些花边材料中（Mayer，2009）。
2.提示结构原则
所谓提示结构原则（Signaling Principle），是指如果给学习者学习提示，突出主要学习材料的组织，那么学习者的学习效果会更好（Mayer，2009）。提示可以帮助学习者减少不必要的外在认知加工，把注意力集中在课文的一些关键要素上，并且将它们关联起来。聚焦要义原则要求在多媒体教学设计中尽量减少一些花边细节，但有些情况下则很难移除这些花边细节。如果在学习者选择和组织学习材料时能给予一些提示，那么他们同样可以收到不错的学习效果（Lorch，1989）。提示可以是言语材料的提示，也可以是视觉材料的提示。言语材料的提示策略包括：（1）课前用一句话概述要学习的内容，通常会采用“在学习本课之后，你们将会了解到或理解……”；（2）用一个短语或一个简短的句子做文章每一部分的小标题，并放在相应部分的开头，如果把这些标题串起来就是文章的概要了；（3）大声而且缓慢地口头强调一些关键词，以英语阅读材料为例，如“I want to marry him instead of you ”；（4）文中插入表示各种关系的信号词，如表示时间关系的first等，表示因果关系的because等，表示让步关系的although等。另外，我们还可以对视觉材料进行提示，即让学习者关注画面中某些特定部分。视觉材料的提示策略包括：（1）使用箭头，如在多媒体教学中播放动画时，可以使用箭头指向同步语音中所提到的特定部分，以引起学习者对特定信息的关注；（2）区分颜色，即在所播放的动画中使用不同颜色，以区分不同事物；（3）闪烁，即将某一系统或事物的特定部分闪烁，以引起学习者的特别注意；（4）指向手势，即屏幕上用一个手型图标指向系统的某一特定部分；（5）灰显，即屏幕上的动画在描述某一特定部分时，该部分放大显示，而图片中其余部分则变成灰色显示（Mayer，2009）。
采用提示结构策略，可以帮助学习者聚焦文本中一些关键的概念性信息，并将这些概念组织起来。换言之，提示结构策略能够起到两个关键作用：一是选择性注意，即提示会引导学习者将注意力集中在文本中的一些概念性信息上；二是连贯一致的组织，即提示可以帮助学习者在一些关键概念之间形成一个因果链，从而建构一个内在连贯一致的心理表征（Loman et al.，1983）。当然，提示结构原则也有其边界条件。迈耶（B. J. F. Meyer）等人通过研究发现，提示结构策略对认知技能不太高的学习者所起到的作用往往会更大（Meyer et al.，1980），这可能是因为认知技能高的学习者更善于调整自己的阅读策略，从而理解结构性并不强的文本材料。尹拯（H. Jeung）等人的研究结果显示，像闪烁这样的视觉材料提示策略对于复杂的多媒体材料展示能产生有效作用，但是如果所呈现的材料简单，其能起到的作用就不明显了（Jeung et al.，1997）。
3.控制冗余原则
所谓控制冗余原则（Redundancy Principle），是指以画面、解说两种形式呈现信息所产生的学习效果要比以画面、解说、文本三种形式呈现信息所产生的效果好（Mayer，2009）。然而，有人主张在动画、解说的基础上再添加与解说内容相同的文字，认为这样会产生更好的学习效果。这种主张的理论基础就是“学习偏好假设”（Learning Preferences Hypothesis）。根据学习偏好假设，每一个人都有自己偏好的学习方式，有些人习惯根据语音学习，那么在多媒体学习环境中他们就会更多注意解说；而有些人则更喜欢根据文本学习，那么他们对屏显文字就会更加专注。如果文本和解说两种言语形式一起呈现，就可以迎合学习者的不同学习偏好。在教育心理学领域，很早就有研究者注意到个体差异对学习者学习的影响（Cronbach et al.，1977），甚至乔纳森（D. H. Jonassen）和格拉博夫斯基（B. L. Grabowski）提出教学应该满足学习者在学习能力、学习风格以及学习偏好等方面所体现出的差异（Jonassen et al.，1993）。很显然，学习偏好假设的理论基础是多媒体学习的信息传递理论，即认为知识传递的途径越多，学习者接受的知识也就越多。从梅耶的多媒体学习认知理论来看，人类工作记忆中信息加工的认知容量总量是非常有限的，无论是言语通道还是视觉通道，一次只能同时加工7±2个信息组块。如果在多媒体学习环境下呈现信息时，将动画、解说、与解说内容一致的屏显文字一起呈现，那么解说会进入语词通道（或听觉通道），而动画和屏显文字都将通过眼睛进入视觉通道，因为屏显文字也属于视觉信息，这势必会造成视觉通道出现认知过载。与此同时，学习者既要注意“解说”这一听觉信息，又要注意屏显文字，并努力将二者匹配起来，从而进行一些无关认知加工。控制冗余原则能使学习者的学习效果更好，但是梅耶同时指出，如果所添加的文字非常简短，并置于相应的图画旁；或者解说先于屏显文字呈现，而非同时呈现；或者根本就没有图画，而且屏显文字简短，那么控制冗余教学设计原则所产生的效果也就不会那么明显了（Mayer，2009）。
4.空间临近原则
所谓空间临近原则（Spatial Contiguity Principle），是指在书本页面上或电脑屏幕上将画面与描述画面的文字紧邻呈现比分开呈现更能促进学习者的学习（Mayer，2009）。然而，人们通常认为，如果将画面与描述画面的文字分开，甚至放在两个不同的页面或屏幕上，这就相当于把同一材料呈现了两次，这样势必会让学习者学到更多的知识。很显然，这种观点同样是以多媒体学习的信息传递理论为基础的。依据这一观点，学习者的学习就是不断往自己的记忆中添加信息，信息添加得越多，学习就越有收获。然而，根据梅耶所提出的多媒体学习认知理论，学习者的学习是一个积极主动的认知过程，如果将画面与解释画面的文字紧邻呈现，学习者就可以在语词与画面之间建立一种连接，即将言语的心理表征与视觉的心理表征整合在一起，从而帮助学习者更好地理解学习材料。若是将画面与相应的文字分开呈现，学习者就必须耗费一定的认知资源在书本页面或电脑屏幕上，以找寻与画面相匹配的文字说明，进行一些无关的认知加工，这样学习者用于组织与整合信息的认知资源就会减少，从而影响学习的效果。
画面与解释画面的文字紧邻呈现比分开呈现能产生更好的学习效果，这同时告诉我们，画面和与之相匹配的文字说明的呈现方式应该与人类的学习方式相适应，即教学原则必须基于学习科学。然而，斯威勒等人的研究指出，空间临近多媒体教学设计原则也并不是在所有情境下都有效，只有当学习者对学习材料并不熟悉时，或者在缺乏文字说明的情况下学习者不能完全理解图表，或者材料本身十分复杂时，空间临近原则的作用才会更加明显（Mayer，2009）。
5.时间临近原则
所谓时间临近原则（Temporal Contiguity Principle），是指画面与对画面的解说同时呈现比前后相继呈现更能促进学习者的学习（Mayer，2009）。梅耶将画面与画面解说在同一时间呈现称为“同步呈现”（Simultaneous Presentation），将二者在前后两个不同时间分开呈现称为“继时呈现”（Successive Presentation）（Mayer，2009）。根据多媒体学习认知理论，人类并不是一个信息存储的容器，而是一个意义的建构者，必须积极主动地进行各种认知加工。在同步呈现信息模式下，言语和视觉分别在不同的信息加工通道同时加工，分别形成言语表征与视觉表征，有利于学习者在工作记忆中将所形成的两种表征结合起来，从而建立起一个内在连贯一致的心理表征。在继时呈现信息模式下，学习者要么必须先对画面进行信息加工，然后对画面解说进行信息加工；要么必须先对画面解说进行信息加工，然后对画面进行信息加工。这就意味着学习者要在工作记忆的一个通道内将先呈现的信息一直保持到后一信息呈现时。然而，由于工作记忆任一通道的容量都非常有限，而且信息在工作记忆中存储的时间也很短暂，所以学习者在信息加工通道中最先保持的信息，待后一信息呈现时已经所剩无几，因此学习者也就很难在工作记忆中将两种不同的表征联系起来，因而无法实现对知识的理解。
时间临近多媒体教学设计原则是梅耶与其同事经过多次实验之后得出的结论，不过梅耶也指出了时间临近原则的边界条件：当言语信息和图像信息都很简短时，以及当学习者自己可以控制学习的节奏或步调时，时间临近原则的效果并不明显。
二、善用必要认知加工的多媒体教学原则
所谓必要认知加工，是指在工作记忆中对必要材料建构心理表征的认知加工。梅耶认为，必要材料是指那些与教学目标的实现密切相关的、课中的核心信息（Mayer，2009）。然而，如果学习材料特别复杂，同时学习者已有的相关知识又不够，那么就很容易导致必要认知负荷出现过载。根据认知负荷理论，必要认知负荷（又称“内在认知负荷”）通常是由材料所包含要素之间的相互作用以及学习者已有相关知识的掌握程度决定的，因此通常认为必要认知负荷是无法改变的。然而，范梅里恩伯尔（J. J. G. Van Merri?nboer）等学者认为这一假设是根本站不住脚的（Van Merri?nboer，2003），而且很多学者已经针对学习材料提出了一些降低必要认知负荷的教学策略。为了降低必要认知负荷，梅耶共提出切块呈现、预先准备、双重通道三条多媒体教学设计原则（Mayer，2009）。
1.切块呈现原则
所谓切块呈现原则（Segmenting Principle），是指将所学材料分块呈现，而不是以一个连续体的形式不间断呈现。切块呈现可以让学习者按照自己的学习步调学习，从而在迁移测试中有更好的表现（Sorden，2005）。很显然，切块呈现也是针对计算机环境下的学习而言的，学习者可以在一屏的内容学习完成后再学习下一屏的内容。如果在多媒体教学环境中必要材料于学习者而言非常复杂，而且在学习过程中他们根本无法按照自己的步调在电脑上一屏一屏地学习，那么接下去学习者就有可能没有足够的认知资源用于组织语词和画面，形成相应的言语模式和图像模式，以及把这两种模式整合在一起。如果将学习材料根据学生的实际情况分割成一些小块，在多媒体学习环境中学习者可以自己控制学习节奏，即学习者可以根据自己的能力对材料进行选择，那么他们将会留有足够的认知资源将必要材料组织成一个连贯一致的认知结构，并将这些认知结构与自己已有相关知识整合起来，进而完成深层认知加工。当然，切块呈现原则并非在所有情境下都适用。梅耶指出，只有当所呈现的材料十分复杂，材料呈现速度块，以及学习者不熟悉所呈现的学习材料时，切块呈现多媒体教学设计原则所起到的作用才会最显著（Mayer，2009）。换言之，切块呈现对原有知识水平低的学习者来说尤其适宜，因为他们可以主动控制学习的步调（杰伦·范梅里恩伯尔等，2015）。
2.预先准备原则
所谓预先准备原则（Pre-Training Principle），是指如果学习者预先了解一些主要概念的名称、特征，那么他们就会取得更好的学习效果（Mayer，2009）。如果学习者在学习一篇课文的过程中还必须同时努力弄清楚文中一些新的术语表达的意思，那么他们用于理解课文主题的认知资源就会相应减少。换言之，他们将没有足够的认知资源用于学习材料心理表征的建构，这就是通常所说的必要认知加工过载（Mayer & Moreno，2003）。然而，如果学习者长时记忆中已经存储了一些关键术语，那么在学习过程中他们就会有充足的认知资源用于建构学习材料的心理表征。在学习者缺乏相关知识的情况下，为避免出现必要认知加工过载现象，可以让学习者预先了解学习材料中的一些关键术语和事物的一些关键特征。学习者可以将必要认知加工分两次进行，第一次主要是在预先准备中建立成分模式，第二次则是在后面的正式学习中建立心理模式。一旦成分模式已经建立，那么学习者在后面建立心理模式的过程中就可以投入全部的认知资源，这样学习的效果就会更好。例如，小学生学习语文课文前，教师通常会花一定时间先教孩子们学习一些生字、生词，弄清楚这些字、词的意思和用法，然后再学习课文，目的就是为了建立成分模式，以便让孩子们在后面学习课文时能投入充分的认知资源，将课文建立起连贯一致的心理表征，从而达到理解课文的目的。当然，预先准备原则其实也是在强调学习者先备知识在学习新材料中的重要性。所以，预先准备原则的第一个边界条件就是学习者不熟悉学习材料，而另外两个边界条件分别是学习材料复杂和学习过程进行得太快。
3.双重通道原则
所谓双重通道原则（Modality Principle），是指学习者根据画面和画面解说学习比根据画面和画面的文字说明学习能取得更好的学习效果（理查德·E.梅耶，2006）。人类用于加工信息的通道有两个：听觉信息加工通道和视觉信息加工通道。只有当学习者在每一通道中保留了相关信息，并分别把相关信息组织成一个连贯一致的心理表征，最后把这两个通道中的不同心理表征——听觉心理表征和视觉心理表征整合在一起，学习者才能实现意义学习。在多媒体学习环境下以动画和屏显文字组合的形式呈现的信息都属于视觉信息，而且都将在视觉通道中完成信息加工，这样画面和文字会在视觉通道中相互争抢有限的认知资源，势必会造成视觉通道出现过载现象。此外，如果学习者过分注意屏显文字信息，那么他就可能会错过一些关键的动画信息，反之亦然，因为学习者不可能将图像表征与相应的言语表征同时在工作记忆中保留（Mayer et al.，1998）。相比之下，如果学习材料是以动画和相应的解说组合形式呈现，那么动画信息就会在视觉通道中加工，而与之相对应的解说信息则在听觉通道中加工，这就充分利用了两个不同通道中的认知资源，将工作记忆中的两个信息加工通道都激活了，从而产生了通道效应（Modality Effect）（Mousavi et al.，1995）。而且由于多媒体教学环境下将屏显文字替换成了口头解说，亦即将原本在视觉通道中产生的一部分认知负荷释放到了未被利用的听觉通道，这样两个信息加工通道都被利用，从而实现了两个通道之间认知负荷的平衡，当然也不会出现认知负荷过载现象（理查德·E.梅耶，2006）。
然而，双重通道原则也有其适用范围：只有当学习材料特别复杂，材料呈现的速度非常块，以及学习者对动画解说中的言语相对熟悉的情况下，其效果才会特别显著。但是如果所授课中包含了很多技术词汇和符号，或者学习者并不是材料用语的本族语使用者，那么相比之下，屏显文字可能比口头解说更加适合（Mayer，2009）。
三、促进生成认知加工的多媒体教学原则
所谓生成认知加工，是指以理解材料为目的的认知加工，它包括将输入的材料组织成连贯一致的结构，其中包括图像结构和言语结构，并且将这两种结构的结合体与学习者先前的相关知识整合在一起（Mayer，2009）。梅耶共提出四条促进生成认知加工的多媒体教学设计原则，分别为多种媒体原则、个性显现原则、原音呈现原则、形象在屏原则。由于后三种多媒体教学设计原则都是基于计算机的教学，其中个性显现原则主要指用对话的形式呈现信息，而原音呈现和形象在屏则是个性显现原则的延伸，因此这三条原则可以视为一种原则。
1.多种媒体原则
所谓多种媒体原则（Multimedia Principle），是指学习者同时从语词和画面中学习所获得的学习效果比仅从语词中学习的效果要好。根据多种媒体原则，如果用语词和画面同时呈现信息，那么学习者就可以同时建构言语心理表征和图像心理表征，并且将这两种心理表征联系起来，即进行生成认知加工。然而，如果只用言语或图像呈现信息，那么学习者只能建构单一的言语或图像心理表征，从而也难以将两种心理表征结合在一起。
根据多媒体信息传递观，无论是语词还是画面，都是呈现同一信息的不同媒介，而信息可以被视为一种客观商品，因此它可以从外部世界传输到人类的大脑当中（Mayer，2009）。担当传递任务的可以是语词，也可以是画面，而最终的结果都是一样的，即信息被存储在学习者的信息仓库——长时记忆中，信息传递论者由此认为没有必要采用多种媒体呈现信息。另外，语词因其简单高效，所以一直以来成为人类信息呈现最常用的方式，而插图或动画则显得是一种多余。然而，根据梅耶的多媒体学习认知理论，语词和画面是表征知识的两个性质不同的系统，而且语词和画面所承载的信息是通过两个性质完全不同的信息加工通道来加工的，每一个通道都将产生不同的心理表征，即言语心理表征和视觉心理表征，这两种心理表征在性质上也是不对等的，因此不能相互取代。另外，多种媒体呈现可以让学习者选择和组织语词和图像，并且把语词和图像经信息加工后形成的不同心理表征整合在一起，这正是实现意义学习最关键的一步。
然而，梅耶和加利尼（J. K. Gallini）的研究同时指出，多种媒体原则对学习者的学习所产生的效果大小，在很大程度上取决于学习者所掌握的专门知识，对缺乏相关经验的学习者非常有效的教学策略，可能对相关经验非常丰富的学习者没有效果，甚至可能产生消极影响，即产生卡柳加（S. Kalyuga）等研究者所说的“专门知识反转效应”（Expertise Reversal Effect）（Kalyuga et al.，2003）。
2.个性显现、原音呈现、形象在屏原则
所谓个性显现原则（Personalization Principle），是指在多媒体教学环境下，如果采用对话风格来呈现言语信息，那么学习者的学习效果会更好（Mayer，2009）。梅耶等人认为，促进意义学习有两条重要途径：第一条途径是采用各种教学策略设计多媒体教学材料，以便帮助学习者降低认知负荷。以上所分析的一些多媒体教学设计原则就是降低认知负荷的有效策略，因为它们能帮助学习者减少不必要的外在认知加工，并把释放出来的认知资源用于深层认知加工。第二条途径是增加学习者的学习兴趣，从而可以让学习者充分利用自己的认知资源对学习材料主动进行深层认知加工，即将材料组织成连贯一致的心理表征，然后把视觉表征和言语表征联系起来，并与学习者原有相关知识整合在一起（Mayer et al.，2004）。多媒体学习环境并不一定会刺激学习者的学习行为，因为环境仅仅是一个潜在的东西，只有通过适当的行为才能将某些东西变成现实，环境并不具备必然刺激人们的固有特性（阿伯特·班杜拉，1988）。在多媒体学习环境下，如何通过设计教学材料的呈现方式来激发学习者的学习动机，以便让他们主动进行认知加工就显得十分必要。由于任何学习都可以视为学习者与教师、学习者与课本作者等之间的一种对话，因此学习是一种社会事件。在基于计算机的学习环境下，任何社会暗示都会影响学习者的学习动机，多媒体学习中的一些社会因素同样可以影响学习者的认知过程（Lepper et al.，1993）。梅耶指出，在多媒体学习环境下可以采用个性显现教学设计原则来达到社会暗示的目的。在基于计算机的多媒体教学环境中，个性显现原则就是采用对话风格呈现语词信息、使用真人声音而非机器合成声音，以及将真人形象显示在电脑屏幕上等方法来激发学习者的学习兴趣。
采用对话风格呈现学习材料，会让学习者将自己作为一个参照点，并产生强烈的社会存在感，学习的兴趣也因此而增加，学习参与度增强，而且有利于学习者利用自己的认知资源对新输入的信息进行积极的认知加工，最终达到意义学习的目的。多媒体教学材料所体现出的这种社会暗示，能够使学习者产生社会反应，并激发学习者的深层认知加工，从而在保持与迁移两个方面都有更好的表现，梅耶把这一理论称为“社会中介理论”（Social Agency Theory）（Mayer，2009）。
在多媒体教学环境下，多媒体解释的设计主要受设计者对教学性质的认识的影响。梅耶认为在教学上存在两种假设：一种是教学的相互作用假设（Interactive Hypothesis），即教学过程中教师不仅要呈现信息，还要帮助学习者如何更好地利用认知资源主动加工信息，学习者与学习材料之间存在一种积极的互动关系。另一种是教学的传递假设（Transmission Hypothesis）（Moreno et al.，2000）。根据教学的相互作用假设，学习者对教学材料的加工程度取决于由教师的语言风格所激发的学习者心理互动水平。在相互作用假设视域下，以自我参照的对话方式对信息进行解释，可以激励学习者主动理解学习材料的意义（Doctorow et al.，1978）。然而，根据教学的传递假设，人与人之间的交流涉及三个步骤：首先，说话者将某一观念编码成信号；然后，说话者将信号传递给接收者；最后，由接收者对所接收到的信号进行解码（Reynolds，1998）。依据教学的传递假设可以推断，无论教学材料是用对话风格呈现还是以正式形式呈现，学习者最后所获得的学习效果是一样的，因为在基于计算机的教学环境下，无论信息采用哪种形式呈现，都包括了视觉信息和言语信息，只是呈现风格不同而已。然而，根据梅耶的多媒体学习认知理论，教学并不是知识的传递，如果学习者只是被动地接受教师所传递的信息，那么他们往往很难实现对信息的理解，其学习结果也只能是一种机械的记忆。
然而，个性显现原则也并非在所有情况下都适用。首先，个性显现原则不能过度使用，即虽然所使用的一些表达采用的是第一和第二人称，显得非常友好，但是其中并没有包含任何有用的信息，相反它们却变成了前面所探讨的“花边细节”，从而妨碍学习者有效学习。其次，如果学习者对教师不熟悉，个性显现原则可能会更加有效。原音呈现原则和形象在屏原则（Voice & Image Principles）可以视为是对个性显现原则的拓展和延伸，它们都是基于计算机的多媒体教学设计策略。然而，无论是原音呈现原则还是形象在屏原则，其有效性还需要更多的研究来检验。
原音呈现原则是指在用多媒体呈现信息时，采用原人真音讲解与用机器合成的声音相比，前者更能给学习者一种社会存在感，学习者会觉得自己就好像与某人在直接交谈（Mayer & Sobko et al.，2003）。另外，纳斯（C. Nass）和布雷夫（S. Brave）的研究也证明了学习者往往会对在线声音所体现出的社会性表现出敏感，其中包括说话者的性别、种族、情绪状态等，从而产生强烈的社会存在感，表现出更强的学习动机，并主动进行认知的深层加工（Nass et al.，2005）。
形象在屏原则主要基于这样一种假设：即如果在屏幕上添加一个讲解人的画面，那么就会增加学习者的社会存在感，因为他们会觉得自己就是在与一个真实的人物在对话。屏幕上添加的这个人物可以是一个真人图像（Craig et al.，2002），也可以是一个卡通人物形象（Moreno et al.，2001），当内容讲解到哪儿，屏幕上的人物也就指向哪儿，从而增强学习者的社会存在感。然而，梅耶及其同事所做的有关形象在屏研究结果显示，形象在屏原则的作用并不明显，只是起到了一点点促进作用（Mayer & Dow et al.，2003），而有的甚至起到了反作用（Moreno et al.，2001）。
四、梅耶多媒体教学设计理论跨越式发展
多媒体教学设计原则是梅耶基于多媒体学习认知理论，将多媒体技术与意义学习及教学设计理论相结合而提出的，旨在更好地帮助学习者理解所学内容，实现意义学习。
国际著名的教育技术学与教育心理学专家乔纳森（D. H. Jonassen）和加涅（R. M. Gagné）也都主张用技术促进学习者的学习。乔纳森坚持“有意义的学习源自问题解决”（任友群等，2009），提出了问题解决的建构主义学习环境设计，旨在帮助学习者实现有意义的学习。在乔纳森的问题解决学习环境中，技术被用来帮助学习者完成个体的内部协商和学习者个体之间的社会协商。
另外，加涅认为“为有效学习而设计的教学可以用多种方式来传输，并且可以运用各种媒体”（R· M· 加涅，1999）。在加涅看来，“教学媒体就是指传输教学的各种方式，如音频、视频、电影、文本、照片、动画、图形等，而多媒体则指以上这些媒体的一种组合。”（R· M· 加涅等，2007）不同媒体具有不同的特征，因此，教学中需要根据媒体的特征来决定选择何种媒体（Reiser et al.，1982）。加涅又进一步指出，教学情境才是媒体选择最重要的决定因素（R· M· 加涅，1999）。例如，由学习者的个体特征所构成的教学情境就会影响教师对媒体的选择。当然，在考虑了教学情境之后，媒体的选择还有必要分清学习结果的性质，从而使学习结果的不同需求能够按其特性与媒体的特征相匹配（R· M· 加涅，1999）。
乔纳森在其建构主义学习环境设计理论中之所以采用技术，主要是因为它可以帮助学习者建构各种心智模型，在学习过程中通过互联网可以查找到自己解决问题所需要的信息，以及帮助学习者与其他个体组建学习共同体，实现社会协商，从而使学习者的学习变得更加有效。与乔纳森不同的是，梅耶的多媒体技术概念的涵义比乔纳森的技术概念更广，而且梅耶之所以主张采用多媒体教学，主要是因为他考虑了认知负荷这一影响学习的重要因素。认知负荷理论主要研究在学习者的学习与问题解决过程中认知资源究竟应该如何分配的问题。梅耶的多媒体教学设计理论主张教学过程中应该同时向学习者呈现语词和画面信息，这样两种信息会分别在不同的信息加工通道中被加工，从而实现人类认知资源的充分利用，并将形成的两种不同表征模式——言语表征与图像表征结合在一起，这样更有利于学习者理解知识。
由于认知负荷理论在上世纪80年代才由澳大利亚著名认知心理学家斯威勒（Sweller，1988）提出，因此，在加涅研究教学设计理论发展的高峰期，认知负荷理论根本还没有出现或是还处在一个研究的初级阶段，加涅在自己的教学设计理论中引入技术的出发点并不是为了降低学习者的认知负荷，而是出于对教学情境与学习结果需要的考虑。
以上对梅耶多媒体技术理论与乔纳森、加涅的媒体技术理论的对比表明，加涅采用媒体技术的目的主要是为了更好地配合不同学习结果的教学以及不同的教学情境，而乔纳森采用媒体技术主要是为了在建构主义学习环境中帮助学习者获得更多自己所需要的信息、完成内部协商以及外部协商。然而，梅耶从认知负荷的角度出发，采用语词和画面同时呈现信息的方式，让学习者充分利用用于信息加工的两个不同通道中的认知资源，形成两种不同的信息表征模式并将这两种表征模式联系起来，从而帮助学习者更好地理解知识，最终实现知识的迁移。因此，完全有理由认为，梅耶的多媒体技术理论是对乔纳森与加涅的媒体技术理论的跨越式发展。
基金项目：教育部人文社会科学研究“十三五”规划项目“学习科学视域下教学设计理论发展研究” （16YA880033）。
作者简介：毛伟，博士，杭州医学院通识教学部（浙江杭州 311400）； 盛群力，教授，博士生导师，浙江大学教育学院（浙江杭州 310028）。