本栏目责任编辑：谢媛媛
软件设计开发
多媒体学习理论视角下小学数学练习型教学软件的设计与开发
韩笑1，石连栓1，宋峥2
（1.天津职业技术师范大学信息技术工程学院，天津300222；2.济南市历城第二中学，山东济南250109）
摘要：随着科学技术的发展以及各种智能终端的普及，教学方式呈现出数字化、智能化的趋势，软件在教育教学中的应用也
越来越为广泛。针对当前小学数学作业与练习中存在的问题，以梅耶的多媒体学习理论为基础，从中选取有关设计多媒体学习资源的七条原则，在此基础上提出了基于多媒体学习理论的教学软件设计原则，以小学数学内容为例，利用Flash 等软件开发了一款练习型教学软件。该软件自主性强、交互性较好，学生接受性好，有助于学生学习和掌握数学知识，激发学生数学学习的兴趣和学习自主性。
关键词：多媒体学习理论；小学数学；教学软件；Flash 中图分类号：G434
文献标识码：A
学习编程的单机游戏文章编号：1009-3044(2021)01-0076-03
开放科学（资源服务）标识码（OSID ）：
1背景
随着科学技术的迅速发展，学习方式呈现出信息化、数字化、智能化的趋势。练习是教学中的一个基本环节，也是学生巩固课堂知识的重要环节。作为教与学的交汇点，练习的设计与实施是影响教学效果的重要因素。根据已有的研究成果可知，当前小学教学练习存在以下问题：第一，练习方式落后。以传统方式进行练习，多数是由教师来出题，学生在教师的要求下，按照既定的时间完成规定的练习任务。传统方式的练习以单向的顺序进行，影响学生着练习积极性、主动性的发挥[1]；第二，练习方式统一性过强、练习有效性较弱。传统练习多数是由教师提出统一要求，规定统一练习内容，学生以统一的方式完成，最后以统一方式提交。这种练习方式学生无法针对自己的薄弱环节自由选择练习内容，针对性和有效性较弱，学生没
有自主选择性[1]
；第三，反馈不及时。学生在练习中遇到问题或者题目做错，不能得到及帮助与反馈，影响学习效果。利用练习型教学软件解决上述问题有着无可比拟的优势：学生可以自定步调进行练习，针对自己的薄弱知识点，自由选择练习的内容，在练习结束后得到立即反馈，查看帮助与答案，方便快捷掌握学习情况，调节学习进程。在小学数学作业与练习中，引入习题型教学软件能够有效丰富学习内容，学生能够主动参与，激发数学学习兴趣和积极性。由于Flash 文件体积小，集成和发布方便快捷，易于跨平台开发，设计和开发周期短，制作成本低[2]，利用Flash 开发教学软件可以降低成本，大大缩短软件开发时间，教师开发软件便捷，学生利用教学软件进行练习可以在轻松愉悦的氛围中学到知识和巩固知识。本研究从梅耶的多媒体学习理论出发，提出了基于多媒体学习理论的教学软件设计原则，利用Flash 等软件，开发了一款小学数学练习型教学软件。
2多媒体学习理论
多媒体技术的迅速发展，多媒体学习应运而生。多媒体学习是指以促进学习者有效学习的发生为目的，以语词和画面同时呈现信息。语词包括印刷文本、口头语言等；画面包括静态的插图、照片以及动态的动画、视频等。梅耶等人于20世纪80年代开始进行有关学习资源有效性的研究，梅耶认为按照人的心理工作方式设计的多媒体信息更可能产生有意义学习[3]。
多媒体学习是在建构主义的基础上提出来的知识建构观，这种知识建构观主要基于以下三条原则：一是
双通道原则，人类有两个信息加工通道，分别负责听觉信息和视觉信息的加工，因此要关注多媒体信息视觉和听觉的双重编码；二是容量有限原则，人类每一个信息加工通道同时能够加工的信息量是非常有限的，因此要降低无效的认知负荷，激发主动的、有意义学习的生成性认知负荷；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[4]。梅耶依据以上三条原则，提出了多媒体学习理论，其中包括设计多媒体学习资源的七条原则[5]。本研究以梅耶多媒体学习理论中有关多媒体学习资源设计的七条原则为依据，进行教学软件设计。七条原则分别为：一是多媒体认知原则，即学习者使用语词和画面组合的学习资源比只有语词的学习资源效果更好；二是空间接近原则，即与同一知识点相关的语词和画面尽量接近，不能离得太远；三是时间接近原则，与同一知识点相关的语词和画面要同时呈现，间隔时间不要太长；四是一致性原则，即删除与当前知识点无关的文字、画面或声音；五是通道原则，关注信息的双重编码，积极调动视觉和听觉通道的参与，声画同步的效果更好；六是冗余原则，根据认知负荷理论，画面中尽可能降低无关因素的干扰，例如弹幕的干扰；七是个性差异原则，精心设计的多媒体学习资源，对后进生和空间能力强的学生学习有效性更加突出。
收稿日期：2020-09-19
基金项目：天津市虚拟仿真实验教学建设项目作者简介：韩笑（1995—），女，山东济南人，硕士在读，研究方向为教育软件工程；石连栓（1964—），男，天津人，教授，博士后，研究方
向为智能计算、教育软件工程；宋峥（1995—），男，山东济南人，教师，研究方向为创客教育、青少年编程教育。
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Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术
第17卷第1期(2021年1月)
3基于多媒体学习理论的教学软件设计原则
将软件引入教育教学中的目的是促进学习者学习，内容和任务都应该服务于学生的知识建构，教学软件的设计要遵循一定的原则，本文结合梅耶多媒体学习理论，提出教学软件设计应该遵循的具体原则。3.1教育性
教学软件最基本的要求是软件要具有教育性，软件为教育服务。本教学软件的应用对象是小学生，要更
加关注学生的身心健康和智力发展，让学生在轻松愉快的环境中进行练习，在掌握知识的同时，发展学生智力以及培养学生对数学学习的兴趣。3.2流畅性
一款良好的教学软件要具有流畅性。一款经常被“卡住”教学软件很难得到学生的认可，要保证软件操作流畅，无卡顿现象，增加学生的体验感。3.3选择性
教学软件设计要考虑到学生的知识水平和学习风格，教育软件要提供丰富的知识内容和多样的练习方式，学习者可以根据自己的学习情况任意选择学习内容和练习方式。本教学软件提供小学1-6年级数学的相关习题，包括选择、填空、连线、拖曳题等，学生可以任意选择进行练习。3.4趣味性
传统练习最大的弊端就是乏味枯燥，学生学习兴趣低，进而影响学习效果。利用教学软件进行练习，与传统练习相比最大的特就是具有趣味性。一款良好的教学软件，要根据学习者年龄特点进行界面设计、情境设计，调动学生的多种感官刺激，增强软件的趣味性，增加学生积极性，激发学生的学习兴趣。3.5人性化操作
学生利用教学软件学习，必然要进行人机互动。操作简单快捷的软件能得到多数人的认可，广为流传。软件的打开与关闭要尽可能简单与快捷，交互要便捷友好，学生可以方便快捷进行学习，不需要因操作问题花费很多精力，影响学生学习的积极性。3.6反馈及时
学生学习结束后，要立即给予学生反馈。根据斯金纳的强化学说，反馈要尽可能多的增加正强化，减少或消除负强化。反馈设计要及时醒目，便于学生及时了解自己的知识掌握程度，调整下一步的学习进程。呈现相关知识点或习题答案，便于学生纠错。
4小学数学习题型教学软件设计与开发
为加深学生对数学知识的理解，激发学生学习的兴趣和积极性，本研究结合上文提出的基于多媒体学习理论的教学软件设计原则，设计开发了一款小学数学习题型教学软件。4.1教学设计
教学软件最基本的要求是要具有教育性，良好的教学软件要有相应的教学设计作为支撑。本软件的应用对象是小学生，要更加关注学生的身心健康和智力发展，让学生在轻松愉快的
环境中进行练习，巩固对知识的掌握。
1）学习者分析
该软件用户体是小学生，该体年纪较小，思维活动依赖具体的事物和经验支持，认知水平较低，易接受新知识，有很强的求知欲，学习热情较高，特别喜欢鲜艳的彩，意志力薄弱。该阶段小学生知识水平较低，已识得简单文字，思维水平处于具体形象思维向抽象逻辑思维过渡的时期，作为“数字土著”，对智能移动设备等新技术比较熟悉，能够进行简单的计算机操作。
2）教学内容分析
小学数学是整个数学教学过程中最基本、最特殊的阶段。小学阶段数学课程基于公共基础的地位，着眼于学生整体素质的提高，使学生掌握必要的数学基础知识和基本技能，发展学生的抽象思维和推理能力，培养其对数学课程的兴趣。本研究选取小学数学不同年级阶段知识点——“分类”、“10以内加减法”“100以内加法”“面积计算”为例进行教学软件设计与制作，加减法运算是小学数学中的重难点，传统练习枯燥乏味，学生学习兴趣低，分类与面积计算在日常生活中应用比较广泛，因而选取这部分知识点作为教学内容。
3）教学设计
本文参考人教版小学数学教材内容，进行了教学设计，如表1所示。其中，“分类”以拖曳题呈现，“10以内加减法”以连线题呈现，“100以内加法”以填空题呈现，“面积计算”以选择题呈现。
表1
教学设计表
4.2教学软件设计与实现
根据教学设计，在该练习型教学软件中设计四大常见题型
——拖曳题、连线题、填空题、选择题，题型多样化，且与传统练习测验习题类似，方便学生迁移，界面、交互、反馈的设计与实现贯穿与教学软件的始终。
1）界面
小学生对颜有一定的偏好，喜欢明亮鲜艳的彩，根据学生的这一特点，将小学生喜欢的颜如红、绿、黄等鲜艳活泼的颜，加入教学软件中；这个阶段的学生更加喜欢卡通形象，在画面中加入卡通元素更能吸引学生的学习兴趣；将习题呈现在画面中最醒目的位置，引起学生的注意；题目要求以会话的形式展现。整体界面设计以活泼明亮为主，如图1所示。
软件中的图片经过PS 软件的处理导入到库，根据不同需求制作成影片剪辑或按钮，再将制作成的原件导入到舞台进行界面的布局。软件中的文字使用符合儿童心理的卡通字体，增加画面的卡通化，进而增强软件趣味性和学生学习兴趣。
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图1界面效果图
2）交互
小学生作为“数字土著”，虽然对智能移动设备等新技术比较熟悉，但仅仅能够进行简单的计算机操作，教学软件中设计的操作仅仅有鼠标单机、数字输入，操作简单，学生初学易上手，不会因为操作问题花费较大精力，影响体验感。
软件中的交互主要通过代码实现，将代码写入按钮元件中，点击按钮触发操作，或者单独创建AS 图层，将函数写在帧上，利用函数间的调用实现交互。
3）反馈
反馈要及时，学生在完成练习之后，反馈要立即呈现，以便学生了解自己的答案正确与否。反馈形式多样化，可以采取简单对错方式，也可以采用鼓励性的话语。在反馈中可以加入活泼欢快的声音吸引小学生的注意力，如图2所示。
学生在结束练习后，可以点击相应的按钮进行结果检验，也可以在学生答题完毕后反馈立即呈现，反馈
的实现主要利用判断函数。反馈元件是影片剪辑，由函数控制，根据学生的结果，决定帧的跳转。在制作影片剪辑时，加入声音，有助于刺激学生多种感官参与，
提升学习效果。
图2反馈效果图
练习没有次数限制，学习者可以进行多次学习，题量丰富，满足不同水平学习者的学习需求。学习者可以利用此习题型教学软件进行练习和测试，检验学习效果。实验教学软件开发完成后，对该系统进行了试用与评价。多数学习者认为该软件简单便捷，知识结构相对完整，利用此教学软件进行练习学生学习
兴趣较高，能够积极主动的进行学习，并且学习者乐于使用该软件学习，说明该软件对于解决当前小学数学练习中存在的问题具有一定的积极意义。
5结束语
本文基于梅耶的多媒体学习理论，提出了基于多媒体学习
理论的教学软件设计原则，以小学数学为例，开发了一款小学数学习题型教学软件并进行了试用。实践表明该教学软件能帮助学生学习和掌握小学数学相关知识，提高学生学习兴趣，激发学生学习的积极性和主动性。后续研究将不断提高该教学软件的沉浸性，增强学习者的沉浸感，进一步提升学习者的学习效果。
参考文献:
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