多媒体学习软件的人机界面设计研究

引言

在设计多媒体学习软件的人机界面时，许多人喜欢从绘画布局出发，来考虑安排界面的构图，通常是追求华丽的色彩搭配，把多媒体学习软件的人机界面变成了绘画欣赏。在设计教学材料时，喜欢把多种形式的材料呈现在多媒体教学软件的人机界面上，如同时呈现出文本、图形、图像、声音等。有人喜欢将文本制作成各种图形文字，或者采用新颖的动画效果，而往往没有重视多媒体教学软件所表达的具体知识及其结构，也没有考虑学习者的先备知识及学习能力的差异。

人的注意资源是有限的，研究发现，人的视觉注意只能同时保持3~4个项目。人不可能同时注意到教学软件界面上的所有目标，而目标的形状、运动、颜色等都具有诱目性，很有可能导致学习者的视觉注意不自觉地转向这些刺激，这样就很容易分散学习时的注意力。

1  多媒体学习软件人机界面的布局设计

使用眼球跟踪仪对人观测计算机屏幕的研究发现，人的视觉注意会对屏幕左上角40%的区域比较敏感，而对右下角15%的区域最不敏感。我们制作多媒体学习软件人机界面的目的，就是通过在界面上呈现适当的教学素材来帮助学习者学习知识，因此，教学素材包含的信息才应该是学习者注视的焦点。教学素材的突显形式是吸引学习者注意的手段，选择合适的素材形式是为了降低学习者的认知负荷。

为了便于学习者使用多媒体学习软件，设计师可在人机界面上设计适当的图标，来使学习者通过图标操作软件。但是,操作不是使用学习软件的目的，要尽量避免操作给学习者带来的认知负荷。人机界面上设计的图标数量要少、风格要统一、布局要简洁，通常应当放置在人的视觉注意不敏感的区域，而把教学素材放在界面左上方视觉注意比较敏感的区域，并应占据界面绝大部分。同时把图表按钮放在界面的左边和下边位置。左边的图标对应章节整体结构，每个图标对应一章或者一节。如果左边每个图标表示一章，下边的每个图标就对应一节,如果左边一个图标表示一节，下边的每个图标就对应节内的一个知识点。这样，学习者看到界面就会操作，而且在最多三步之内就能完成操作。

多媒体学习软件的人机界面上，普遍使用的教学素材的形式有文本、图形、动画等，学习者浏览界面时，一般都是从左至右，从上到下当，当文本素材的内容较难于理解而图形较易于理解时，适合以图解文，文本置于图形左边。当图形内容是主要学习目标，而文本较简单，可作为图片的补充说明时,文本也可以置于图形的右边或下边。

2  多媒体学习软件人机界面上的素材设计

多媒体学习软件人机界面的构成要素，一般包括文本、图形、图像、动画和声音等。对学习者而言，多媒体学习软件人机界面上呈现的素材就是他们需要感知的对象，所感知对象的呈现形式、组合方式以及在界面中呈现的位置和大小等，都将影响到学习者的学习效果。进行教学素材设计时，既要根据素材内容的特点考虑选择合适的素材形式，又要考虑各种素材的搭配，同时还要兼顾学习者的学习能力。

2.1  图文信息的设计

图形和文本是多媒体学习软件人机界面上应用最为普遍的信息元素，人对图形与文本的认知有所不同。

首先，人的认知机制一般将图形和文本分开处理。根据双重编码理论，人一般拥有言语系统和图像系统两套互动但又独立处理不同类别信息的系统。图像系统接收图像刺激,以图像代码来储存信息；言语系统则接收言语刺激，以言语代码来储存信息。这两套系统在同时处理不同类型的信息时，之间也存在关联性，即“参照链接”图像系统对图形抽象化后,会将其编码储存在图像记忆区中，同时在对应的言语记忆区中留下一个文字性对照版本。

其次，人对图形的记忆和识别能力大于对文本的记忆和识别能力。Paivio通过试验发现，如果给被试者以很快的速度呈现一系列的图画或字词，那么被试者回忆出来的图画的数目远多于字词的数目。这个试验说明，图像的信息加工具有一定的优势。也就是说，大脑对于形象材料的记忆效果和记忆速度要好于言语记忆的效果和速度。

另外，文本一般适合描述概念、定义、推理等陈述性知识，图形适合描述行为过程、操作过程等过程性知识弋对概念、定义和推理使用文本逐字逐句地描述更详细，而对操作过程，则使用图形、动画描述则更加直观。

由于人对图形和文字的处理有一定差别，因此，在多媒体学习软件的人机界面上设计图文素材时，通常需要做如下考虑：

第一，应根据所表达的知识的特点选择教学材料。如果是对陈述性知识的讲解，应以文本素材为主进行描述；如果是操作流程或者实验过程，最好选择图形、动画或者视频素材呈现。能用图形表达的内容尽量使用图形，必要的时候配合说明性的文本或者旁白解说，能够降低学习者的认知负荷，因为，人对图形的识别和记忆能力强于文本。

第二，内容互补的图文材料应安排在同一界面。当文本的内容与图形中所呈现的信息具有意义上的互补关系时，包括用文本补充解释图形，或者是用图形说明文本含义的情况，所用到的图形和文本应当同时出现在同一界面。一般情况下，由于人的工作记忆容量是有限的，一般为7±2个项目，并且只能保持大约30秒左右(Miller，1956)。如果图形与互补的文本材料不在同一界面，就要迫使学习者先记住文本内容再去查看图形，或者要记住图形信息再去阅读文本，这样就增加了学习者的认知负荷，降低了学习成效。

第三，应删除图文重复信息。图文重复指文本内容与图形中所呈现的信息相同，即在图中可以观察到的信息在文中也可以阅读到。当图形与文字分别都能解释某一特定内容时，若把二者同时呈现在界面上，学习者往往会尝试去建立二者之间的关联，这样非但不能加强学习效果，反而会增加认知负荷,因此需将冗余素材消除。同时。要尽量避免意义无关、甚至意义冲突的图文出现在界面上。如果呈现在界面上的图文之间意义无关甚至存在冲突，势必影响学习者的信息加工过程，并造成外在认知负荷。由此，在进行界面设计时，应杜绝此类情况的发生。

第四，对不同特征的学习者，应尽量呈现不同形式的素材。先备知识少的学习者一般从图形中获益更多，而高知识水平的学习者对文本的理解能力更强(Mayer，Gallini，1990)。因此，为先备知识少或者理解能力差的学习者设计学习软件时，应尽量采用图形素材，必要的时候，还可以补充一些文字说明。由于高知识水平的学习者已经有足够的信息建立起内在的视觉表征，所以，外在的图形对其帮助并不会导致更好的学习效果,反而会因为冗余效应和注意分散效应造成对学习的阻碍。为高知识水平的学习者设计学习软件人机界面时，应多采用文本材料。

2.2  听觉材料的设计

多媒体学习软件的人机界面上也可以呈现语音素材，语音包括旁白解说和背景音乐，语音通过听觉刺激进入言语系统。

语音和文本的共同点是：语音和文本都适合描述陈述性的知识；语音和文本都是由言语系统处理之后进入工作记忆区的。而它们之间的区别是：语音是对听觉的刺激，文本是视觉刺激；言语系统对两者的处理过程不同，语音直接通过听觉刺激进入言语系统，文本则需要通过默读转换为语音刺激才能进入言语系统。因此，人对语音的处理速度比对文本的处理速度快，对语音的认知负荷也比对文本的认知负荷小。

设计多媒体学习软件的人机界面时，对听觉材料的设计需要考虑以下因素：

首先，年龄较小或者阅读能力较差的学习者，一般喜欢使用语音，而且学习效果也会较好。使用语音形式可以降低阅读能力差的学习者视觉工作区的信息量，其经历的认知负荷量较低，因而学习效果较好。

第二，语音比文字更具真实感。语音所带来的听觉刺激更容易为学习者所感知；语音有性别、语速、音量及语气等区别，更接近真情实境，但文字则能呈现更详细的信息。

第三，添加背景音乐对学习者的学习成绩无益处。研究发现叫对于相同的不包含旁白解说的学习材料，有音乐组和无音乐组的认知负荷没有显著差异，说明背景音乐并没有额外增加学习者的认知负荷。但是，从记忆测试成绩来看，有音乐组却显著低于无音乐组，说明背景音乐虽然没有增加学习者的认知负荷，但却在某种程度上干扰了学习者的学习。而如果在学习材料中包含旁白解说，则添加了背景音乐组的被试者的记忆成绩显著低于无音乐组，这是由于额外的听觉信息限制了进入旁白解说工作记忆，从而阻碍了学习者的学习效果。

第四，图形伴随着旁白解说比图形加文字或者图形、文字加旁白解说的学习效果好。由于旁白解说会通过听觉刺激直接进入言语系统，图形通过视觉刺激进入图像系统。这样就可以有效的增加视觉和听觉工作记忆区的容量，这样就降低了认知负荷，从而提升了学习者的学习效果。而当文字和旁白解说同时出现时，由于共同竞争言语系统，则会增加听觉认知负荷。因此，在多媒体学习软件的人机界面设计时，应尽量减少同时呈现语音和文本素材。

另外，在选择教学素材时，首先应考虑选择图形，然后选择语音(例如教学内容的旁白解说)，最后选择文本。选择图形时，要注意选择能够对教学内容进行解释的插图，而装饰图形对教学效果会起反作用，因为装饰图形既不能描述教学内容，又会增加学习者的认知负荷。

3  结语

许多多媒体学习软件都以菜单驱动，菜单布置在人机界面的上边和左边，菜单的项目多、层次深，学习者必须熟悉菜单结构和内容，才能从容完成操作，这样就会使学习者不能把全部认知资源集中到教学素材上。我们依据认知心理学的研究成果，进行了多媒体学习软件的人机界面设计，把教学素材呈现在界面的左上区域，而把操作需要的图标布置在界面的左边和下边，三步之内就可完成操作，让学习者能够把绝大部分认知资源有意或者无意地投入到教学材料中去。

同时，通过对多媒体学习软件人机界面上所呈现的文本、图形和听觉素材进行的分析，设计时，教学素材的形式就可依据素材表达的知识的特点以及学习者的特征来选择，这样有利于提高学习者的学习成效。

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