课堂多媒体数学课件设计探析

☆ 宋西红

（广东省财政职业技术学校 ，广东广州 510445）

一、引言

信息技术与数学课程的整合已成为数学教育改革的热点问题，因此，数学多媒体课件走进数学课堂也已成为一种趋势，其质量高低将直接影响课堂教学的效果。通过调查研究发布在网上的数学课件和各地教师课堂使用的数学课件，发现有相当比例的数学课件的设计存在问题，没有考虑教育学原则及学生的学习心理，影响了教学效果。因而笔者对课堂多媒体数学课件的设计加以探析，以期对数学课件的制作及数学教学的有效开展有一定的指导作用。

二、课堂多媒体数学课件设计的理论依据

课堂多媒体数学课件属于多媒体辅助教学课件，通过多媒体技术对文本、图形、图像、动画等进行综合处理来实施教学过程，向学生传递教学信息，其设计应建立在以下理论基础之上：

（一）双重编码理论

双重编码理论是由美国心理学家佩维奥（Paivio）提出：认为学习的认知过程包含视觉、言语两个加工系统，当建构基于言语和视觉时，学习者在言语短时记忆和视觉短时记忆之间建立连贯的心理表征，并在言语和视觉表征之间建立系统的联系后，发生有意义的学习。因此，可通过同时用视觉和语言的形式呈现信息来增强信息的回忆与识别。Paivio后来又通过实验证实大脑对于形象材料的记忆效果和记忆速度要好于语义记忆的效果和速度[1]。双重编码理论是课堂多媒体数学课件设计与使用的重要理论依据。

（二）认知负荷理论

认知负荷理论是上世纪80年代由澳大利亚认知心理学家John Sweller提出，现已逐渐成为人们研究认知过程和教学媒体设计的一个主要理论。他将认知负荷分为三种类型：内在认知负荷、外在认知负荷和有效认知负荷。内在认知负荷是由学习材料的内在特征所决定的，它不易被教学媒体设计改变。外在认知负荷是由学习材料的呈现方式及学习活动本身的缺损造成额外的认知加工活动所致。外在认知负荷对学习起干扰作用，而有效认知负荷能够对学习起促进作用。认知负荷理论还认为工作记忆的容量是有限的，如果学习者所要加工的信息容量超出了学习者工作记忆加工的信息容量，则一部分或者全部信息将会丢失[2]；因此，课堂多媒体课件设计的本质就是要控制好学习者的外在认知负荷，增加有效认知负荷。同时保证总的认知负荷在工作记忆容量允许的范围内，不造成认知负荷超载。

（三）情景创设与认知理论

20世纪90年代以来，学习的研究取向逐渐从认知转向情境，形成一种所谓的情境认知理论。情境认知理论认为知识具有情境性，知识是在情境中通过活动产生的，从而强调要创设情境。特定的教学情境能调动学生主动学习的积极性，使学生的想象丰富活跃起来，进而调动表象储存，做重新组合，使学生完成思考的全过程，实现知识的内化，促进能力的新发展。所以，创设情境是学习者实现意义建构的必要前提，利用多媒体技术进行情境创设也是课堂多媒体数学课件设计的宗旨。

三、课堂多媒体数学课件设计策略

（一）从课件可重用性的角度选取制作软件

为提高课件的使用率，开始制作时就应考虑到课件的可重用性、共享性，选用较常见的软件工具。尽量避免采用难度大或偏的技术，设计过程中保持规范统一，方便教师二次加工，提高课件的可重用性。本文所谈的课堂数学课件的设计就是基于常用的文稿演示型软件PowerPoint与动态几何软件《几何画板》而谈的。根据多媒体效应，这两种软件组合所实现的效果便是用文本和动画结合的方式呈现教学信息。

（二）课件内容的设计

1．独立元素交互效应

根据认知负荷理论，在呈现认知负荷较高的交互材料时，先给学习者呈现一些认知负荷较低的独立元素，然后再呈现完整的材料。这也符合学习者从简单到复杂、从低级到高级的认知规律，提高了学习者的学习效率。例如:在讲授正弦型函数y＝Asin(ω x＋φ)的图像与性质时，先分别用几何画板动态呈现函数y＝Asin x，函数y＝Asin ω x，函数y＝sin(x＋φ)的图像与性质，让学生仔细观察参数A、ω、φ 变化时对以上各图像及性质的影响，然后再呈现并总结正弦型函数 y＝Asin(ω x＋φ)的图像与性质。这样，将教学内容按照先简单后复杂、先部分后整体的方式加以拆分，学生理解起来就不再会有困难。

2．分散注意力效应

为帮助学习者更好地理解数学概念，有时会对其加以注释，如果概念与注释之间是分开的，学习者就必须在概念与注释之间来回“穿梭”，这种不断“寻找——匹配”相关信息的过程会分散学生的注意力。消除分散注意效应的办法是整合材料中相互所指的部分，以减轻认知负荷。因此，在课件设计中要将相关内容的媒体要素以整合的方式呈现，这样才能使学习者较有效地获得信息。例如:将包含相关数学概念的文字制成图表，并将相关的概念说明放在图表的合适位置，这样可促进学习者对内容的理解（如图1）。

对于只有图形的学习材料，也可适当地在图中加入说明性文字，尽管这样会使信息源增多，但却让学生无需在工作记忆中对图表进行语义联想及猜测，降低了学习者的外在认知负荷。根据多媒体课件制作的空间接近原则，应想方设法把对应文字和图表、图形的位置适当摆放得更紧密些。文本应是对图形所要表达的主要内容的精准的描述（如图2）。

图1

图2

另外，一些解题的推导过程，不可直接写进课件，可将其以声音的方式转换到听觉加工渠道，以减少视觉加工渠道的认知负荷；或将文字适当地精简，以教师讲解或一边讲解一边板书为主。

3．冗余效应

虽然整合材料中互相所指的个体信息源可以减轻认知负荷，促进学习者有效学习，但这需以各种不同信息源不能被单独理解为前提条件。整合包含多余或重复信息的学习材料并不可取，会造成冗余效应。因此，在课件设计时应避免呈现无关或带有重复教学信息的媒体，以减少学习者的认知负荷。例如：在说明平面直角坐标中四个象限的分类及位置时，如果同时使用图像和文字材料来描述（如图3），就会造成冗余效应。因为图像的信息已不解自明，文字部分的说明显然是多余的，所以删除文字说明部分，可以消除不必要的认知负荷。

图3

（三）课件版面布局的设计

课件的版面设计又称版式设计，主要指运用造型要素及形式原理，对版面内的文字字体、图像、图形线条、表格、色块等要素，按照一定的要求进行编排，并以视觉方式艺术地表达出来。根据视觉心理学的要求，对于课件版面的设计就是使各视觉元素合理定位、合理走向，使页面有明确的视觉焦点、清晰的视觉脉络及合理的空间分布，营造版面的视觉美感，达到最佳的诉求效果。

首先，根据视觉学习的简约合宜原则，版面要尽可能地简洁、明了。因为，一方面，人的视觉生理与心理对于同类信息量的接受是有阈限的。另一方面，整体简单，才有利于突出重点。因此，屏幕一幅页面的文字不应太多，每张页面不应超过7－8行。如需传递大量信息，原则就是尽量分组分页。

其次，要强化版面的整体布局，在对课件进行整体编排的时候，将页面中的各种信息分成块状，并注意按照各个信息块主从关系顺序进行排列，加强整体的结构组织和方向视觉秩序（如水平结构、垂直结构），在主题形象四周增加空白量，同时调整行间距，使文字显得比较分明，使被强调的主题形象更加鲜明突出。

（四）课件色彩搭配的设计

为使学生对课件的注意保持稳定性，背景与文字、图形的色彩搭配在设计时需要遵循一定的认知规律及艺术规律，合理使用色彩对比来提高课件页面中重要教学内容的色彩刺激强度。

课件中背景的颜色和文字的颜色（主体色）在选择时可以注意以下原则：（1）限制同时显示的颜色数。一般同一页面不宜超过4种，可用不同层次及形状来配合颜色，增加变化。（2）背景的颜色应起到烘托和突出文字信息的作用，避免模糊匹配色（如表1）放在一起。（3）要注意突出重点，加强对比来表现主题，为达到清晰、明朗的效果，应采用清晰匹配色（如表2）。（4）根据课件的主题与内容、学生的年龄特征，确定主色调。如果课件是娱乐性质的或是低年级的学生，那么就可以利用一些比较活泼的暖色调来确定基调，如果在大学的课堂中，那么课件基调可以选择比较庄重的色彩。

表1 模糊匹配色

表2 清晰匹配色

（五）课件中文字、公式的设计

根据注意广度的特性，在同一时间内，人能清楚地看到的东西是有限的。视觉的注意广度大约是“7±2”个[3]。因此，文本字数不宜过多，排版不宜过密。根据知觉的简化性特征，主体倾向于将复杂的信息简化成较为简单的形式，因此，同一页面上使用的字体种类不要太多，否则会显得凌乱而缺乏整体效果。从视觉角度看，宋体、黑体、楷体阅读最省目力，不易造成视觉疲劳，且有很好的识别性。文字的大小要使无论坐在前排还是后排的观众都能看得清，一般选择28－32左右的字型大小即可。另外，特殊字体应转成图像格式，避免不同计算机上不存在同样的字库而导致显示混乱，影响学习者的认知活动。其次，能采用图表、公式、动画等形式时要尽量用其代替文字，因为图表、公式和动画比文字更直观、更容易通过视觉被学生接受，其传递信息的效果更直接，更具有强烈的印象和明确的可视性、可理解性。

（六）课件中动画的设计

根据注意的规律，如果注意的对象是变化的、活动的，注意就容易稳定[4]。可以利用PowerPoint的自定义动画或幻灯片切换功能给不同的多媒体元素呈现相应的动画效果。其次，也可利用几何画板构造出一些对象的发生和变化过程，使学生从事物的运动变化中发现规律、探寻结论，并能使数学实验与活动交流相结合，凸现数学知识的形成过程，使数学更加开放和具有活力，从而获得最佳的教学效果。再次，还可通过几何画板动静结合的方式为学生展示数学美，（如图4分形艺术曲线——勾股树），使学生不仅仅掌握数学、应用数学，而且还要鉴赏数学、品味数学。

图4 勾股树

四、结束语

总之，多媒体课件的设计必须以现代化理念为指导。教师在课件制作时必须牢固树立“以学生为中心”的思想，充分考虑到各层次学生的视觉要求及认知、审美心理，增强课件的交互性、多元化和界面人性化效果,使多媒体课件的页面、色彩、布局、文字及整体层次的构设上既平衡又有变化，既有表现力又有艺术感染力，将字幕、图形、动画、色彩及各种技巧有机的结合在一起，使它们相映成趣，不仅给学习者提供良好的视觉美感和精神上的愉悦感，还给他们提供分析、理解数学内容的最佳学习条件。

[1]张燕敏．同步多媒体课件对学习认知的优势及其制作[J]．现代教育技术,2007,(5):56．

[2]陈巧芬．认知负荷理论及其发展[J]．现代教育技术,2007,(9):16－19．

[3]章志光．心理学[M]．北京：人民教育出版社,1992．

[4]艾森克．认知心理学[M]．上海：华东师范大出版社,2004:10－12．