二维教学动画设计初探

1影响外在认知负荷的因素

外在认知负荷来源于教材本身的设计以及教材的展示方式。二维教学动画设计者在设计时应认真考虑如何减少学习者的额外干扰，影响动画设计外在认知负荷的因素主要包括：（1）动画序列。动画序列是影响教学设计的重要因素之一，也是影响外在认知负荷的一个重要因素。学习过程本身就是一个循序渐进的积累过程，良好的动画序列是良好的教学效果的前提。（2）动画呈现速度。动画呈现的速度同样也是认知负荷的一个因素，在教学设计时应考虑动画的快、慢是否能够与学习者的学习能力和认知水平相适应。（3）情境创设。二维动画是把自然界中一些不易观察到的现象生动直观地模拟出来，加深学生对抽象事物的理解和认识。（4）视觉效果。二维教学动画主要通过对学习者视觉通道上的刺激来引导学习者对学习内容的认知加工，动画的设计是否符合视觉规律同样也是影响外在认知负荷的一个主要因素。（5）必要提示。在动画中增加一些提示可以有效地引导学习者的注意，帮助学习者从画面中选择一些相关的信息进行加工。提示的设计包括提示语以及提示箭头的设计。（6）冗余信息。二维教学动画是连续播放的一系列画面，学习者在很短的一段动画中也能够获取相当丰富的信息。必要的冗余信息是指有助于学习者理解学习材料的信息，是学习者对学习材料进行意义建构所必须的信息。（7）交互。交互是让用户与学习动画内容之间产生互动，利用交互可以根据不同的学习者来满足自身不同的需求。

2影响密切相关认知负荷的因素

密切相关的认知负荷是在降低外在认知负荷后，用教学活动改变学生的注意力或处理方式，从而达到意义建构的一种认知努力。密切相关的认知负荷虽然会增加学生的负荷，但它有助于意义建构。密切相关的认知负荷也是由教学设计引起的，在进行二维教学动画设计时，通过要求学习者在观看动画时对问题进行思考来增加学习者的相关认知负荷，以此促进学习者从事深层次的认知加工活动。在实际的教学操作中，笔者认为可以通过对问题的设计来有效控制二维教学动画中的密切相关认知负荷的影响因素。问题的设计可以引导学习者思维的方向，通过问题让学习者进一步深入思考，这种增加密切相关认知负荷的方法可促进学习者思维的发展，同时也有力地拓展了动画的教学功能。

3基于认知负荷理论的二维教学动画设计原则

基于认知负荷理论的二维教学动画设计应遵循一定的原则，主要包括：必要性原则、简明呈现原则、速度适中原则、良好视觉效果原则等四个。（1）必要性原则。学习内容和学习者是内在认知负荷的影响因素，因此在动画设计前根据学习者自身的情况和教学内容的特点做一个教学需求分析。通过前文对内在认知负荷的分析可以得出，一般对教学内容中的重点、难点进行分析，动画设计也应该以这些内容为中心。[2]该原则是设计制作二维教学动画前所必须考虑的原则。（2）简明呈现原则。信息呈现的复杂程度与外在认知负荷密切相关，如果信息呈现越复杂，给学生产生的外在认知负荷越高；反之，信息呈现越简单，给学生产生的外在认知负荷就越低。（3）速度适中原则。动画的速度是预先设定好的。速度适中原则要求动画的播放速度适中，动画的快、慢是要适合教学内容的安排，要与学习者的学习能力和认知水平相适应。（4）良好视觉效果原则。视觉效果是指动画在画面表现形式上应该遵循的的一些美学规律，包括静态图像和动态图像的构图、画面色彩的搭配、画面与画面之间的切换形式等。（5）超载负荷分解原则。若动画中学习内容包含的信息量较大，通过上述简明呈现后仍会产生高负荷，则可以采用分解的策略，将学习内容按逻辑性和完整性分解为几个相对独立的内容，然后用几个小动画来分别表现。动画经分解以后获得了更高的独立性，有利于学习者进行自主学习，更有利于教师的组合使用。（6）兼顾个体差异原则。兼顾个体差异原则是根据学习者个体之间的差异提出的。即使同样的二维教学动画，也会给不同的学习者带来不同程度的认知负荷，为此可以采用交互技术，让学习者根据自身的学习需要来制定合适的学习步骤。

4二维教学动画课件的案例分析

4.1 学习内容分析

“一种简易的污水发电装置”主要反映了微生物燃料电池的相关教学内容，主要包含微生物燃料电池的研究现状和问题、研制的背景和意义、装置设置图、制作过程、污水发电装置动画演示、作品的研究前景等内容，其中用二维动画来进行演示利用污水来发电的的化学原理以及实验的过程是教学的重点和难点。由于学习者在原有的知识结构中没有建立相应的图示，因此这两块内容会给学生的学习带来较高的认知负荷。通过教学设计，将这两部分内容用二维动画的形式来表现，可以大大的降低这两部分内容给学生带来的认知负荷，同时也更有利于学习者对这部分内容的掌握和运用。

4.2 学习者特征分析

由于微生物燃料电池是利用细菌分解有机物时释放出的电子来进行发电，这是在微观领域才能看到的反应机理。因此，学生在学习这部分内容时需要丰富的思维想象能力，这样就会给学习者的学习产生较高的认知负荷。通过二维教学动画来辅助教学，可以降低这部分内容给学习者带来的认知负荷，从而有利于学生更好地掌握与运用知识。

4.3 设计思想

通过上述分析，根据有效控制二维教学动画认知负荷的设计原则，将整块内容分为微生物燃料电池的研究现状和问题、研制的背景和意义、装置设置图、制作过程、污水发电装置动画演示、作品的研究前景等六部分内容。其中，污水发电装置的工作原理和实验过程这两块难点内容用二维动画来进行演示，并配合文字和语音的解说；其余的内容则通过视频或图片的形式来表现，同样也配合文字和声音的解说，最后用 Flash将各部分内容链接成一个有机的整体。[3]另外对两块难点内容所设计的动画还可以单独演示，这样可以让学习者有足够的时间对其进行认知加工。

4.4 二维教学动画课件的结构设计及分析要点

本课件一共分为六个部分：作品背景和意义、微生物燃料电池的研究现状和问题、装置设置图、制作过程、污水发电装置动画演示、作品的研究前景。此页面共分为三部分内容：右上角为课件内容的小标题；左边框架内容是图片、视频以及动画的演示；右边框架内容则是解说字幕。课件页面结构清晰、简洁，将学习内容以图片、视频及动画的形式简明呈现在学习者的面前，从而降低了学习内容给学习者带来的认知负荷。微生物燃料电池的研究现状和问题与污水发电装置动画演示这两块内容是课件的重点和难点内容，同时也是带给学习者较高认知负荷的部分。因此课件用二维动画的形式来表现这两块内容，下文将根据前文讨论的调节二维教学动画的认知负荷的设计原则对这两块要点内容进行设计。（1）微生物燃料电池的研究现状和问题分析动画演示。图 1 为微生物燃料电池的研究现状和问题，微生物燃料电池的反应原理是利用细菌分解有机物时释放出的电子来进行发电，这是在微观领域才能看到的。但课件用二维动画来呈现这块内容，学习者能直观地看到它的反应机理，再配合字幕以及声音的解说，学习者去理解这部分内容就相对容易多了。这部分动画内容具有如下特色：动画内容的呈现符合简明呈现原则的要求；动画的呈现速度适中，符合微生物燃料电池的反应原理的教学安排；动画的设计采用了超载负荷分解原则，动画能够独立地播放，让学习者有更多的时间对这部分难点内容进行深层次的加工。（2）污水发电装置动画演示。这是课件的另一个重点内容，污水发电装置的实验过程从开始实施到能看到实验结果需要长达两三年的时间，学习者在平时的学习生活中几乎不可能去亲身做这个实验，从而造成这部分内容给学习者带来较高的认知负荷。基于简明呈现原则和良好的视觉效果原则，将污水发电装置的整个实验过程用二维动画的形式表现出来，从而更有利于学习者对这部分学习内容进行意义建构，具体如图 2所示。这部分动画内容具有以下特色：动画内容将长达两三年的实验过程用一个简短的动画呈现出来，大大降低了这部分内容给学习者带来的认知负荷，符合简明呈现的要求；动画画面遵循一些美学规律，动态图像的构图和画面色彩的搭配较合理，以蓝、黑搭配为主，符合人的视觉规律，这与良好视觉效果原则相符；动画的设计同样也采用了超载负荷分解原则，动画能够独立地播放，便于学习者的自主学习。

5结束语

影响二维教学动画设计的因素主要有内在认知负荷、外在认知负荷和相关认知负荷等三个方面，根据三种不同认知负荷的视角对二维教学动画设计的分析，本文提出了六条设计原则，并运用实例进行说明和分析，将对二维教学动画的设计和制作起到一定的参考价值。

作者：张华 纪琳玺 单位：南通航运职业技术学院 现代教育技术中心 南通航运职业技术学院 图书馆