E_Learning学习资源的交互设计研究_杨彦军

  本文关键词：基于知识建构的网络课程交互活动设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

E_Learning学习资源的交互设计研究_杨彦军

发布时间：2014-06-19 21:08:23  

【学术

时空】

E-Learning学习资源的交互设计研究

E-Learning学习资源的交互设计研究*

□杨彦军

郭绍青

摘要：E-Learning学习资源交互设计是E-Learning研究的重要任务之一。当前E-Learning学习资源交互设计研究主要集中在多媒体课件、网络课程和网络学习系统三个方面，体现出对交互设计内涵认识含混、交互设计缺乏科学依据、各项设计工作缺乏系统性等问题。E-Learning学习资源的设计，关键是要解决资源的结构化程度与资源的交互性之间的关系问题。E-Learning学习资源交互设计应当以认知负荷理论、多媒体学习理论等作为交互设计的认知理论依据，以系统观来指导教学交互各层次的交互设计，在交互设计中应当坚持一体化设计、有限交互、通道平衡等基本原则。

关键词：E-Learning；学习资源；交互设计；理论依据；设计原则

中图分类号：G436文献标识码：A文章编号：1009-5195（2012）01-0062-06doi10.3969/j.issn.1009-5195.2012.01.010

*基金项目：

作者简介：杨彦军，博士研究生；郭绍青，教授，博士生导师，西北师范大学教育技术与传播学院（甘肃兰州730070）。

随着现代信息技术的发展，各种形式的E-Learning应运而生，基于E-Learning展开的研究也几乎涉及到了领域的方方面面。E-Learning作为一种基于丰富学习资源、形式灵活的现代化学习方式，其有效学习资源的设计与开发始终是该领域实践和研究的核心，其中E-Learning学习资源的交互设计是这一核心研究领域的重要任务之一。

一、E-Learning学习资源交互设计研究现状

E-Learning在国内常被翻译为“数字化学习”、“电子化学习”、“数位学习”等，

（李克东，2001）李讨论、数据文件、数据库等等。

建国认为：数字化学习资源是指经过数字化处理，依据学习者特征进行策划和编排的、可以在多媒体计算机上或网络环境下运行的供学习者自主或合作学习的、且可以实现广泛共享的多媒体信息资源。（李建国，2009）可见，由于职业背景、研究视角和所处时代的不同，不同学者对于E-Learning学习资源的定义存在差异，但核心内容基本相同，即E-Learning学习资源是经过数字化处理，可以在数.62.

字化设备（如MP3、MP4、iPod、Smartphone、多媒体计算机等）上或/和数字化环境（如数字卫星广播网、Internet等）下运行的、经过系统设计的多媒体材料。E-Learning学习资源可按使用目的、使用环境、使用方式等进行不同的分类，按表现形态可分为独立学习资源（如多媒体课件、网页、案例等）、系统化学习资源（专题学习网站、网络课程、多媒体光盘等）和学习资源系统（网站群、资源库、案例库等）。随着资源形态的不断复杂化，资源的结构化程度不断降低，可交互性不断增强。可以说，E-Learning学习资源的设计需要解决的关键矛盾是资源的结构化程度与资源的交互性之间的关系问题，体现在学习层面就是学习的“教授性”与“自主性”之间平衡的问题。

目前针对不同形态E-Learning学习资源的交互设计研究较多，主要集中在以下三个方面：

多媒体（网络）课件的交互设计研究。马持节等人研究了CAI软件导航系统形成的条件、导航系

（马持节等，2000）梁斌认统的分类及其技术实现。

为多媒体网络课件的交互具有跨时空性、多样性、不确定性、迟滞性等特点，提出虚拟性、共享性、多媒体性、快捷性等多媒体网络课件交互设计的原则，并结合案例梳理了知识查询、留言板、论坛等

（梁斌，网络课件交互设计的实现技术和方法。

2002）杜婧等人在梳理交互理论及学习理论的发展脉络的基础上，提出多媒体课件的交互性从控制学习行为到支持意义建构的发展趋势，并以此为基础

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（杜婧分析了SkillSoft公司课件交互设计的实例。

等，2008）杨钢对多媒体教学课件中教学交互的含义及设计原则进行讨论，并以《自动控制原理》多媒体课件为例，就教学交互功能的实现问题提出了

（杨钢，2010）一些设计建议。

网络课程的交互设计研究。邹建梅等人在对网络课程中的交互类型及其控制方式进行梳理和分析的基础上，提出创设灵活多样的互动环境、建立友好的交互界面、设计合理的导航系统、及时反馈与互动反应等网络课程交互设计的原则和学习者控

（邹建制、教师控制、系统控制等交互控制的策略。

梅等，2003）戴心来等人在对网络课程中教学交互的含义及类型展开讨论的基础上，提出网络课程交互设计的科学性、自主性、协作性、开放性、交互性等原则，并就界面交互、资源交互及人际交互等方

（戴心来等，面的实现问题提出了一些设计建议。

2005）武法提等人认为教学内容、学习支持、教学策略和教学活动是网络课程交互设计的四个关键要素，在系统分析各设计要素内涵的基础上，介绍了

（武一系列网络课程交互设计模板的实现及其应用。

法提等，2009）张雪云从知识建构的视角对网络课程

（张雪云，2009）中的交互活动设计进行了系统研究。

还有一些研究者介绍了某门具体网络课程的交互设

（杨丽等，2004；杨在宝等，2010）计及其实现过程。

网络学习系统的交互设计研究。王嘉毅等人从支持协作学习的视角探讨了E-Learning环境中的交

（王嘉毅等，2005）杜渐等人以认知灵活性互设计。

理论为指导对网络教学的交互设计进行了探讨，并从“人-机”交互、“人-人”交互两个方面细致分

（杜渐等，2007）张志祯等人析了交互设计的内涵。

从交互的视角对远程教育资源库的系统设计进行了

（张志祯等，2007）李欣通过综合分析系统的探讨。

国内外的相关研究，参照真实环境下教与学的交互形式，提出了一种将2D和3D交互环境融为一体的虚拟学习空间设计方案，并重点研究了虚拟学习空

（李欣，2008）曹间的用户界面设计及其实现技术。

良亮以在线学习中交互活动的组织结构模型为核心，在系统研究在线学习交互效果的影响因素、交互媒体和交互工具的特点的基础上，提出在线学习中交互设计的概念，并且建立了一套以交互结构为

（曹良亮，核心的在线学习交互设计四阶段模型。

2010）还有研究者对教育游戏中的交互设计进行了

（高庆，2009；马颖峰等，2010）初步的探讨等。

通过对现有研究的分析来看，E-Learning学习资源的交互设计存在以下问题：第一，缺乏对交互

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设计内涵的明确认识。现有研究大多是针对特定形态资源及具体设计经验的介绍，但对“交互设计”内涵的认识相差甚远，如有的研究只考虑资源导航系统与媒体界面的排版布局，，有的研究则涉及交互工具、交互活动等更为深层的问题。第二，缺乏对交互设计科学依据的系统分析。研究者都在介绍自己交互设计的做法或建议，但很少深入分析这么做的依据及其实践应用效果，在仁者见仁的背后透露出的是对交互设计认识的盲目性与主观随意性。第三，更大的弊端是众多研究有意无意地将各项交互设计工作层层割裂——人机界面设计、人际交互设计、交互活动设计等各项工作互不照应，囿于各自狭小的视野，致使E-Learning学习资源的交互设计缺乏系统的研究成果和富有说服力的实践指导原则。那么，不同形态的E-Learning学习资源交互设计有什么共通之处？交互设计的内涵到底是什么？什么才是交互设计的科学依据？到底该如何进行交互设计？这些都是本研究尝试回答的问题。

二、E-Learning学习资源交互设计的内涵：

基于交互理论的分析

各种形态的E-Learning学习资源无论其存在形式如何变化多端，其“教育性”始终是无法否定的根本特征，通过学习者与E-Learning学习资源的“交互”作用实现学习的目的是E-Learning区别于传统师生面授教学的主要特征。可以说E-Learning学习资源不仅是教学内容的载体，更是一个不同程度地体现教育理念、教学策略、教学方法、教学互动等在内的价值综合体，而这种价值的体现主要是通过E-Learning学习资源中的交互设计完成的。要探讨E-Learning学习资源的交互设计，必须建立在对“教学交互”系统分析的基础上。

美国远程教育专家迈克尔·穆尔（MichaelG.Moore）博士根据交互对象的不同对远程教育中的教学交互进行了分类，认为远程教育中存在着三种交互，即学习者与学习内容的交互（Learner-ContentInteraction）、学习者与教师的交互（Learner-InstructorInteraction）、学习者与学习者的交互（Learner-Learner

（Moore，1989）英国开放大学著名的教育Interaction）。

技术学者黛安娜·劳瑞劳德（DianaLaurillard）提出传统教学过程中的会话模型（ConversationalFramework）。她认为学习过程中存在两个层面的交互：适应性交互（学习者与学习环境的交互）和会话性交互（学生概念与教师概念之间的交互）。（Laurillard，2001）希尔曼（Hillman）等人在分析穆

.63.

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尔交互分类体系的基础上，认为学习者与媒体界面的交互也应当被考虑在内。（Hillman，Willis&Gunawardcna，1994）我国远程教育学者陈丽在系统考察教学交互概念的基础上，提出“教学交互是学习过程中，以学习者对学习内容产生正确意义建构为目的，学习者与学习环境之间的相互交流与相互

（陈丽，2004a）以此为起点，她在综合分析作用”。

穆尔、劳瑞劳德、希尔曼、丁兴富等人对教学交互研究成果的基础上，提出了教学交互层次塔模型，如图1所示。该模型说明远程教学中的交互是分层次的，包括操作交互、信息交互和概念交互三个层次。其中操作交互主要指学生和媒体界面的交互；信息交互主要指学生与教学要素的交互，包括学生与学习资源的交互、学生与教师的交互、学生与学生的交互；概念交互主要指学生的原有概念和新概

（陈丽，2004b）念的交互。

抽象

媒

体

低级

的交互。学习者与学习内容的交互通常被理解为学

习者浏览阅读各种类型的学习材料的过程；另外两类交互通常被合称为“人际交互”，即学习者与教师之间、学习者与学习者之间通过电子邮件、聊天室、论坛等工具交流信息、产生互动的过程。通过进一步分析发现，“人际交互”其实质也是一种学习者与学习内容的交互，它最终呈现给学习者的依然是文字、图像、视频、音频等形式的信息，只不过这种信息的来源是处在交互另一方的“人”，具有即时生成性，更有可能满足学习者当前的信息需求。由此可见，E-Learning学习资源中的各类交互在信息论的层面来看没有本质区别，均表现为学习者通过对媒体界面的操作获得信息流的过程，只不过所操作的媒体界面的复杂程度有所差异而已。

综上所述，E-Learning学习资源中的交互虽然是分类的，但本质是相同的，即学习者通过媒体操作获取信息流，进而促进认知建构的过程；E-Learning学习资源中的交互是分层的，低层交互以实现高层交互为目的。这就要求在E-Learning学习资源的交互设计中树立“系统”的观点，即交互设计不应当只停留在媒体界面的设计上，而应当思考这一操作层面背后更为深刻的问题，即如何实现有效的信息交互和概念交互，最终促成有效学习的真正发生。

图1教学交互层次塔

上述研究虽然主要是针对远程教育领域教学交互展开的研究，但作为远程教育中各类交互产生基础的“媒体”和E-Learning话语体系中的“学习资源”是同位概念。这就让我们对E-Learning学习资源交互设计的内涵有了较为全面、深入的认识：

（1）E-Learning学习中的交互是分层的，低层交互以实现有效高层交互为目的。E-Learning学习中的交互可以分为三个层次：操作交互、信息交互和概念交互。媒体是所有交互发生的基础，各层交互逐渐从具体到抽象、从低级到高级递进。低层交互以实现高层交互为目的，高层交互以低层交互为条件和基础。也就是说，操作交互是为实现有效的信息交互服务，信息交互的目的是为了达到概念层面的交互，新旧概念的交互才能引起认知结构的调整和变化，使得E-Learning真正发生。

（2）E-Learning学习中的交互是分类的，但各类交互都是为了获取有效的信息流。E-Learning学习资源中的交互可以分为三种类别：学习者与学习内容的交互、学习者与教师的交互、学习者与学者.64.

三、E-Learning学习资源交互设计的依据：

基于认知心理学的分析

通过前面的分析，对E-Learning学习资源交互设计的内涵有了较为全面的认识：E-Learning中各类交互的本质是相同的，即获取有效的信息流；这种交互设计应当建立在系统观的基础上，综合考虑操作交互、信息交互和概念交互的一体化设计，通过合理的操作交互实现有效的信息交互，进而实现概念交互的发生，最终促成有效学习的真正发生。有效的信息交互是操作交互的目的和诉求，是高效学习能否真正发生的关键，也是指导E-Learning学习资源交互设计的主要依据。那什么样的信息交互才算“有效”呢？认知心理学的相关理论在这方面能给我们有益的启示。

1.认知负荷理论

认知负荷理论（CognitiveLoadTheory）是由澳大利亚心理学家约翰·斯维勒（JohnSweller）提出的，其主要理论基础是资源有限理论和图式理论。资源有限理论认为，人在学习过程中的认知资源主要表现为工作记忆容量，而个体的工作记忆容量是

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（Miller，1956）图有限的，一般表现为7±2个组块；

式理论认为，知识是以图式的形式存储于长时记忆中的，在个体学习新知识的时候，长时记忆中的图式可以根据所面临的情景进行快速而正确的归类。认知负荷理论认为任何学习活动和任务的完成都需

（龚德英，要耗费认知资源，从而造成认知负荷。

2009）根据认知负荷成因的不同，可将其分为三种类型：内在认知负荷（IntrinsicCognitiveLoad）、外在认知负荷（ExtraneousCognitiveLoad）和相关认知负荷（GermaneCognitiveLoad）。内在认知负荷是指学习者通过处理学习材料本身的信息来建构认知图式时产生的认知负荷。外在认知负荷是指因外在的信息呈现和教学处理不当而导致学习者耗费在与教学目标无关的操作上所产生的认知负荷。相关认知负荷是指学习者学习某一个任务而未用完所有的认知资源，把剩余的认知资源用到与学习有直接相关的加工过程中（如重组、抽象、比较和推理

（袁磊等，2006）等）而产生的认知负荷。

由于个体在学习过程中某一时刻的认知容量是有限的，所以三种认知负荷之间有一种此消彼长的关系，即三者的总量被限制在一定的范围内，其中一种负荷高，另外两种负荷可能的范围就会降低；如果三种认知负荷都高，就必然会阻碍学习的发生。如图2所示，三角形的总面积可以认为是一个人的最大工作记忆容量，以相应边为底的内部三角形面积可以看作各类认知负荷的大小，平衡点位置的不同决定了各类认知负荷的大小。内在认知负荷是学习过程中认知活动的主体与核心，它是由学习资料的复杂程度与学习者原有认知水平决定的，相同条件下学习内容越复杂，由此产生的内在认知负荷（外因决定的内在认知负荷）就会增加，反之会降低；相同条件下学习者原有知识水平和认知能力越高，由此产生的内在认知负荷（内因决定的内在认知负荷）就会降低，反之亦然。外在认知负荷对学习效果有负面影响而在学习过程中又无法避免，它是由学习材料的组织结构、媒体界面的操作复杂性以及操作的频度等因素决定的，不合理的材料组

认

内在认知负荷

图2

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三种认知负荷的关系

织结构、复杂的媒体界面和频繁的人机交互均会增加外在认知负荷。相关认知负荷对促进深层次学习的有效发生十分重要，它和学习者的元认知水平和动机有关，但只有当内在认知负荷和外在认识负荷不是很高的情况下，学习者才有“暇”顾及其他，相关认知负荷才有可能增高，进而提高学习效率。

因此，在E-Learning学习资源的设计中，要处理好三种认知负荷的关系，应尽量降低外在认知负荷，保持适中的内在认知负荷，为相关认知负荷留有必要的发展空间。这就要求在进行资源的交互设计时，应综合考虑学习内容的难易程度和学习者的认知水平。在学习内容及学习对象特定的条件下，特别是当可能的内在认知负荷较高的情况下，应尽量降低外在认知负荷，即降低媒体操作的难度和频度。在当前E-Learning学习资源的交互设计中，人们错误地认为给学习者提供的学习资源越丰富、交互方式越多、控制方式越灵活，学习就会越有效，却没有意识到由此产生的交互“压迫”感，使得学习者在利用丰富的学习资源进行学习时产生大量的无效交互（表现在不断地点击鼠标、页面跳转或人际沟通），甚至迷失学习的真正方向。因此，在E-Learning学习资源交互设计中应当建立“有限交互”的思想，即有必要限制学习者在学习过程中可能产生的交互，让学习者将有限的“精力”尽可能多地放在真正的学习和思考上。

2.多媒体学习的认知理论

美国著名心理学家理查德·迈耶（RichardE.Mayer）以约翰·斯威勒（JohnSweller）的认知负荷理论、派威尔（Pavio）的双重编码理论和巴德利（Baddeley）的工作记忆模型为理论基础，提出了多媒体学习理论。多媒体学习的认知理论模型如图3所示。该模型基于三个基本假设：双通道假设、容量有限假设和主动加工假设。双通道假设认为言语信息和图像信息是在各自独立的信息通道中加工处理的；容量有限假设认为每一个信息加工通道的信息处理能力是有限的；主动加工假设认为各通道中的信息处理是一个能动的认知加工过程，用以构

（张家华，建与所处理信息一致的内部心理表征。

2010）多媒体学习理论认为，多媒体学习过程中各种类型的信息（声音、文本、图片、动画、视频）通过视觉（图片、屏幕文字、动画、视频等）和听觉（声音、音响等）进入感觉记忆，进入感觉记忆的信息要受到学习者选择注意的影响，只有相关的语词或图像信息会进入工作记忆并被进一步加工处理。在工作记忆中声音信息和图像信息之间首先会

.65.

荷

相

负

关

知

认知

在

负

外

荷

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根据学习者的认知风格发生部分相互转化，随着相关信息持续进入工作记忆，针对某一概念的“言语模型”或“图像模型”会被组织形成，二者相互结合并与长时记忆中的先验知识产生联系，新学习的概念便被“整合”进原有认知结构，顺利完成基于

（Mayer，2001）在大量实践研究的基多媒体的学习。

础上，迈耶提出了多媒体原则（MultimediaPrinciple）、空间临近原则（SpatialContiguityPrinciple）、时间临近原则（TemporalContiguityPrinciple）、个体差异原则（IndividualDifferencesPrinciple）、一致性原则（CoherencePrinciple）、多模态原则（ModalityPrinciple）、冗余性原则（RedundancyPrinciple）、个性化原则（PersonalizationPrinciple）、交互性原则（InteractivePrinciple）、标记性原则（SignalingPrinciple）、静态媒体原则（StaticPrinciple）等一

（闫志明，2005）系列多媒体学习设计原则。

多媒体呈现

语词

感觉记忆耳朵

选择语词

声音

工作记忆组织语词

言语模型

整合

选择图像

组织图像

先前知识长时记忆

和“图像模型”的联接以及二者与先验知识的整合

提供有效的线索。

四、E-Learning学习资源交互设计的指导原则

通过对E-Learning学习资源交互设计内涵的系统分析和对E-Learning学习心理机制的深入考察，笔者认为各种形式的E-Learning学习资源的交互设计在基本思路上是共通的，可以依据以下一些基本原则。

1.一体化设计原则

在E-Learning学习资源交互设计中要综合考虑学习者与学习内容的交互、学习者与教师的交互以及学习者之间的交互等不同类型的交互，深刻认识到各类交互的实质是相同的——获得有效的信息流，详细分析各类交互及其所获得信息流的特点，在此基础上权衡各种交互的有效应用。同时也要用系统的观点分析操作交互、信息交互和概念交互等不同层次的交互，明确各层交互的内涵及其相互之间的关系，在实际操作中根据设计工作的不同重点（界面设计、结构设计、活动设计等），在合理“关照”其他层面交互的基础上完成具体的设计任务。

2.有限交互原则

技术的发展为交互的实现提供了越来越多的选择方案，也为交互的灵活性提供了越来越大的发展空间，然而人类在E-Learning学习过程中的认知资源是有限的，越多越灵活的交互未必会带来最好的学习效果，特别是在学习者自控能力较差的情况下更是如此。操作层面的交互不是目的，只是获取有效信息流、进而促进学习发生的手段。因此，在交互设计中应当合理限制学习者的操作交互，以学习者能够获取有效的信息流、并且不会产生过高的认知负荷为判断准则。

3.通道平衡原则

人类从外界获取信息的通道是多样化的，且各类信息在认知加工的初始阶段是通道分离的，将学习信息获取的重任局限于单一的通道（面授教学中主要依赖于听觉，基于资源的学习中更多地依赖于视觉）不是明智的选择。应当在学习资源媒体类型的设计中注意各感觉通道的有效利用，在操作交互设计中控制好流向各信息处理通道的信息，实现各信息输入通道及处理通道的平衡利用，使得E-Learning学习资源的多媒体特性得以真正发挥。

总之，

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图片

眼睛图像图像模型

图3Mayer的多媒体学习认知模型

多媒体学习的认知理论以双通道、容量有限和主动加工三个基本假设为基础，以控制信息有效流动、平衡言语通道和语词通道中的认知负荷为出发点，为E-Learning学习材料的组织结构设计提供了一系列有用的指导原则和依据。E-Learning学习资源具有多媒化、丰富性等诸多优势，但是设计不合理将难以产生预期的效果，甚至会产生负面影响。例如，在常见多媒体学习材料的页面中，设计者将“图像/动画”与“屏幕文字说明”同时呈现，这就不自觉地将需要大量处理的信息施加给“视觉通道”，而降低了“言语通道”的利用率；也有设计者为了适应学习者的不同学习风格，将“图像/动画”、“语音解说”与“屏幕文字解说”等同时呈现，这样屏幕文字将与图像信息共同竞争“视觉通道”的信息加工资源，从而引起相互干扰，影响学习效果；还有设计者将本应同时呈现的图像和文字信息分别呈现，使得学习者不得不来回跳转以同步两类信息，严重影响对统一概念的立体化建构等。为了解决这些问题，在E-Learning学习资源的交互设计中既要充分考虑媒体的类型，有效控制“言语通道”和“视觉通道”中的信息流量以平衡各通道中的认知负荷；又要在交互结构上为“言语模型”.66.

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各自的工作重心和设计依据提供了一些建议，并为

各类资源的设计提供了有益的基础性指导。

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收稿日期2011-06-01

责任编辑刘选

AStudyontheInteractionDesignofE-LearningResources

YangYanjun,GuoShaoqing

Abstract:TheinteractiondesignofE-LearningresourcesisoneofthemostimportantresearchfieldsofE-Learning.Currentstudiesmainlyfocusonthefollowingaspects:multimediacourseware,networkcourse,web-basedlearningsystem,etc.Thereareproblemsincurrentresearch,suchasanambiguousunderstandingofinteractiondesign,lackoftheoreticalbasisandsystemicdesign.ThecoreofE-Learningresources'interactiondesigniscounterpoisingtherelationshipbetweenInteractivityandstructuralization.Cognitiveloadtheoryandmultimedialearningtheoryshouldbeusedastheoreticalbasis.Asystematicperspectiveshouldbeadoptedintheinteractiondesign.andweshouldbeguidedbythefundamentalprinciplessuchasthesystematicprinciple,thelimitedinteractionprincipleandthechannelloadbalancingprinciple,etc.

Keywords：E-Learning;LearningResources;InteractionDesign;TheoreticalFoundation;DesignPrinciple

22年1期／总115期

.67.

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