Тема 1.2. Психофизиологические основы восприятия информации и принципы мультимедийного обучения

  

  

презентация к лекции 


Аудиовизуальная информация: природа, источники, преобразователи, носители. Психофизиологические основы восприятия учебной информации. Теория мультимедийного обучения Р. Мейера. Принципы мультимедийного обучения.


Человека окружает мир, насыщенный аудиовизуальной информацией.

Под аудиовизуальной информацией понимается искусственно созданная человеком информация (звуковая и визуальная), разнообразие которой может варьироваться в пределах свойств человеческого восприятия, как осознанного, так и неосознаваемого.

Рассмотрим особенности звуковой и визуальной информации.


ЗВУКОВАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Природа

Звук – это колебания частиц упругой среды (газообразной, жидкой или твердой), распространяющиеся в ней в виде волн.

Звуковые волны воспринимает ухо – сложный вестибулярно-слуховой орган. Через наружный слуховой проход воздействующие на человека звуковые волны попадают на барабанную перепонку, вызывая ее колебания. Через слуховые косточки в среднем ухе вибрация передается на улитку внутреннего уха. Перемещение эндолимфы (жидкости в улитке) вызывает раздражение рецепторных клеток спирального органа. Возникающий при этом нервный импульс следует по нервным волокнам в головной мозг. Перевод воспринимаемых органом слуха звуков как приятных и неприятных ощущений осуществляется в головном мозге.

В процессах онтогенеза и этногенеза сложились две объективные системы кодирования слуховых ощущений:

●  ритмо-мелодическая (музыкальная);

●  фонематическая (речевая).

Эти системы организуют воспринимаемые человеком сложные коллажи музыки и речи, основанные на частоте и амплитуде колебаний частиц среды.

Основными характеристиками звуковых волн (звука) являются: частота, амплитуда, скорость распространения.

Частота

Частота звука измеряется в герцах (Гц).

Мозг человека способен различать высокие и низкие звуки в ограниченном диапазоне от 16 до 20 000 Гц. Очень немногие люди слышат звуки с частотой ниже 16 Гц и выше 20 кГц. 

Звук с частотой ниже 16 Гц называется инфразвуком, выше 20 кГц – ультразвуком, от 109 до 1013 – гиперзвуком. 

Примеры для сравнения: частота звука самой низкой ноты на рояле равна 27 Гц, а самой высокой – чуть больше 4кГц, наивысшая звуковая частота, которую передают радиовещательные станции, – 15 кГц.

Амплитуда (громкость)

Громкость звука измеряется в децибелах (дБ).

Диапазон интенсивности (громкости) звуков, воспринимаемых человеком, составляет шкалу от 1 дБ до 130 дБ – это пороговые звуки, оказывающие максимально возможное неразрушительное давление на ухо.

Громкость звука определяется амплитудой колебаний, которая зависит, в первую очередь, от мощности источника звука.

Например, струна пианино при слабом ударе по клавише звучит тихо, поскольку диапазон ее колебаний невелик. Если же ударить по клавише посильнее, то амплитуда колебаний струны увеличится. Шорох листьев, например, имеет громкость около 20 дБ, обычный уличный шум – около 70 дБ, а близкий удар грома – 120 дБ.

Скорость распространения

Скорость звука зависит от плотности среды: чем больше плотность среды, тем больше скорость распространения звука. В вакууме звук распространяться не может.

Например, при сухом воздухе и температуре 0 0С – 330 м/с, в воде при 17 0С – 1430 м/с, в металлах – от 4000 м/с и т. д.

Источники

Источниками звука могут быть любые явления, вызывающие местное изменение давления или механическое напряжение среды.

Источники звука широко распространены в виде:

●  колеблющихся твердых тел (диффузоры громкоговорителей, мембраны телефонов, струны и деки музыкальных инструментов, в ультразвуковом диапазоне – пластинки пьезоэлектрических материалов);

●  ограниченных объемов самой среды (духовых музыкальных инструментах, свистках и т. д.);

●  удара или щипка (колокола, струны);

●  голосового аппарата человека или животных (сложная колебательная система);

●  источника акустических шумов, создаваемых машинами, механизмами, движением ветра, воды, громом и т. д.

Искусственно созданная звуковая информация может быть четырех типов:

1. Музыкальная.

2. Фонематическая (речевая).

3. Шумовая.

4. Инфразвук и ультразвук.

Преобразователи

Существует обширный класс искусственных электроакустических преобразователей звуковой информации для различных целей: музыкальной, фонематической, ультразвуковой. К ним относятся радиовещательные системы, телевизионные системы, мегафоны, усилители, синтезаторы, микшеры, звуковые колонки, рупоры, сирены и т. д.

Носители

Существуют разнообразные информационные носители звуковой информации: виниловые диски (грампластинки), магнитные ленты, оптические диски (CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD, BDR), магнитооптические (МО), электронные (Flash память).


ВИЗУАЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Природа

Визуальная информация – это информация, полученная путем излучения и отражения световых волн из окружающего мира.

Свет (электромагнитные волны длиною от 390 до 780 нм) воспринимает орган зрения человека – глаз.

Некоторые насекомые различают ультрафиолетовые лучи (менее 300 нм) или инфракрасные лучи (выше 789 нм).

Характеристики световых волн:

●  Длина волны (м), или частота (Г – число колебаний в секунду) – вызывает цветовое ощущение (цвет).

●  Амплитуда – вызывает световое ощущение (яркость).

Световые волны воздействуют на сетчатку глаза. Наиболее существенной составной частью сетчатки является слой специальных рецепторов, или светочувствительных клеток:

●  палочек, отвечающих за ощущение света;

●  колбочек, отвечающих за ощущение цвета.

Эти рецепторы представляют собой сложные фотохимические приборы, способные разлагать светочувствительное вещество и превращать световую энергию в энергию нервных волокон.

Палочки расположены на всей площади сетчатки, особенно на ее периферии. Они обеспечивают ночное (сумеречное) зрение и не могут реагировать на световые волны разной длины, то есть не могут обеспечить цветовое зрение. В сетчатой оболочке глаза насчитывается до 130 миллионов палочек, они значительно более чувствительны, чем колбочки. Колбочек, отвечающих за цветовое зрение, насчитывается около 6 миллионов. Также в глазу человека имеются колбочки с тремя разными кривыми спектральной чувствительности в фиолетовой, зеленой и желтой областях спектра. Свет разного спектрального состава в трех видах колбочек вызывает реакции разной интенсивности – это приводит к ощущению разнообразного цвета. При максимальной реакции интенсивности всех колбочек возникает ощущение белого цвета. Количество различаемых цветовых оттенков для человека – около 128.

Пропускная способность зрительного анализатора человека примерно в сто раз больше, чем слухового. Из существующих типов восприятия (визуальный, аудиальный, кинестетический) около 80% информации приходится на визуальное, поэтому зрительно, а вернее, наглядно-образно, мыслить легче.

Источники

Источником естественной визуальной информации является окружающий мир, способный излучать или отражать свет.

Источниками искусственно созданной визуальной информации являются различные графические и символьные изображения на твердых носителях (скалах, бумаге, деревянных пластинках, папирусе и пр.), на экранах телевизоров, различных мониторов, рекламных плакатах, сценах кинотеатров, театров, светящихся устройств (фонарей, ламп и пр.).

Преобразователи

К преобразователям визуальной информации относят устройства, способные получать, хранить и передавать информацию на расстояния в химическом, электромагнитном и оптическом виде.

К ним относятся: аппаратура современного телевидения, видеокамеры, монтажные столы, фотоаппараты, компьютеры, сканеры, принтеры, плоттеры, дигитайзеры, «мышки» и пр.

Носители

Существуют разнообразные носители визуальной информации: книги, картины, фрески, фотографии, фотопленки, видеопленки, магнитные ленты, диски (дискеты (флоппи диск), жесткие диски (HDD)), оптические диски (CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD, BDR), магнитооптические (МО), электронные (Flash память).

Восприятие информации – это процесс отражения в сознании человека целостности образов предметов и явлений реального мира при их непосредственном воздействии на органы чувств.

Приведем пример: человек листает книгу. Органы чувств позволяют ему увидеть ее цвет, ощутить шероховатость обложки, почувствовать запах типографской краски. Эти ощущения передаются по нервным путям в головной мозг, где и соединяются в единый образ книги – возникает восприятие. В другой раз, не видя книги, человек сможет представить ее.

Первоначальный этап познания – это получение информации в виде ощущений с помощью органов чувств. Зрительные, слуховые, вкусовые, тактильные, термические и болевые анализаторы являются для человека источниками огромного количества ощущений и их комбинаций.

Например: человеческий глаз, вернее, его сетчатая оболочка, способна различать световые и цветовые раздражители со скоростью, в миллиарды раз большей, чем может обработать мозг.

Для того чтобы воспринять информацию, необходимо ее выделить из окружающего многообразия. Воспринимая, человек не просто видит и слышит, а присматривается, прислушивается, необходимая информация выборочным образом фильтруется.

Учебная информация относится к такому типу, который нуждается в детальной, а иногда, и длительной проработке со стороны высшей нервной системы ученика. Сущность восприятия такова, что для мозга требуется некоторое время для проведения детального анализа новой информации и обработки полученных данных.

Из сказанного можно сделать вывод, что учебная информация носит незнакомый для мозга характер и нуждается в особом оформлении и подаче. Когда реальный мир подменяется в образовании виртуальным, зрительные, слуховые, тактильные восприятия следует усилить разнообразными иллюстрациями, анимационными эффектами, видеоизображениями, музыкой, сигналами, вибрациями, звуковыми и тактильными эффектами и т. д., способными избирательно воздействовать на органы чувств и акцентировать внимание.

Однако, период первоначального увлечения внешними эффектами прошел и актуальной стала тема модернизации образовательных методик, форм и средств представления учебного материала. Возникновение теоретического обоснования мультимедийного обучения (когнитивной теории) связано с именем Ричарда Мейера – педагога-психолога, профессора Калифорнийского университета.

Разработанная им теория мультимедийного обучения была создана на основе положений и разработок Алана Бэдли и Грэхема Хитча, которые еще в 1974 г. предложили модель рабочей памяти, позволяющей анализировать процесс восприятия речевых сигналов как в визуальной, так и в акустической форме. Согласно выводам ученых, так называемая рабочая память состоит из двух достаточно независимых компонентов, работающих, как правило, параллельно, один из которых – визуальная память, а другой – вербальная, что позволяет одновременно обрабатывать информацию, поступающую от органов зрения и слуха. В дальнейшем, в 1987 г. Аллан Пайвио разработал на ее основе модель двойного кодирования, согласно которой лучше запоминаются объекты, представленные как вербально, так и визуально.

Ричард Мейер применил вышеуказанные модели к своей теории мультимедийного обучения. В ее основу положены следующие утверждения:

●  Дидактическое воздействие имеет две компоненты: вербальную и изобразительную. Обе компоненты обрабатываются человеческим организмом раздельно, существует два канала обработки – слуховой и зрительный.

●  Ограниченная пропускная способность этих каналов. В единицу времени рабочая память может успешно воспринять лишь ограниченное количество когнитивных единиц.

●  Обучение как процесс взаимодействия ментальной системы с потоком дидактического материала включает фильтрацию, сепарацию, организацию и интеграцию поступившей информации на основе имеющихся знаний.

В результате многочисленных исследований подтвердились следующие предположения Ричарда Мейера:

1. Трехуровневая организация памяти человека: сенсорная, кратковременная (она же рабочая) и долговременная.

2. Существование двух относительно независимых каналов обработки информации: вербального и образного.

3. Ограниченная емкость и время удержания информации в сенсорной и кратковременной памяти.

Процесс обучения при мультимедийной подаче дидактического материала в модели Мейера разбивается на следующие когнитивные подпроцессы:

– Отбор поступающей информации в сенсорную память – выделение информации из общего потока на основе механизма произвольного внимания.

– Интеграция отобранной информации с информацией в рабочей памяти – построение системы внутренних логических связей между отобранной информацией и образами, понятиями в рабочей (кратковременной) памяти.

– Интеграция информации с информацией в долговременной памяти – построение системы внешних связей между вербальными и образными смысловыми конструкциями и знаниями в долговременной памяти.

Важнейшие выводы Ричарда Мейера отражены в основных принципах теории мультимедийного обучения. К ним относятся:

●  Принцип модальности. При обучении посредством мультимедиа мозг должен одновременно кодировать два различных вида информации: визуальную и звуковую. Вербальная информация лучше запоминается, когда сопровождается визуальной картинкой.

●  Принцип избыточности. Ученики лучше обучаются посредством анимации и повествования, чем анимации, повествования и текста с экрана, предъявляемыми одновременно. Тем самым лучше пренебрегать лишним материалом, чтобы не спровоцировать эффект рассеянного внимания.

●  Принцип пространственной связи. Учебный материал усваивается лучше, когда слова и соответствующие им картинки представлены на странице или экране рядом, а не далеко друг от друга.

●  Принцип временной связи. Процесс обучения происходит эффективнее, когда слова и соответствующие им картинки представлены синхронно, а не последовательно.

●  Принцип согласованности. Ученики усваивают новую информацию лучше, когда посторонний материал исключен.

К перечисленным принципам теории мультимедийного обучения Р. Мейера следует добавить принципы, обусловленные свойствами современных мультимедиа, – адаптивности и интерактивности:

●  Принцип адаптивности – означает адаптацию процесса обучения с использованием мультимедиа-ресурсов к уровню знаний и умений учеников и их особенностям (психологическим, возрастным, физиологическим).

●  Принцип интерактивности – означает, что в процессе обучения необходимо организовать двустороннее взаимодействие учащихся с образовательными мультимедиа-ресурсами, то есть должен осуществляться диалог. Средства обратной связи осуществляют контроль и корректируют действия учащегося, дают рекомендации по дальнейшей работе, обеспечивают постоянный доступ к справочной и разъясняющей информации.

При использовании мультимедиа в обучении необходимо учитывать и дидактические принципы, предложенные Яном Коменским. Рассмотрим основные из них.

●  Принцип научности в образовательном процессе с использованием мультимедийных средств реализуется в достоверности изложения содержания учебного материала с учетом последних научных достижений.

●  Принцип доступности обучения, осуществляемого посредством мультимедийных средств, означает необходимость определения степени теоретической сложности и глубины изучения учебного материала сообразно возрастным и индивидуальным особенностям учащихся.

●  Принцип систематичности и последовательности обучения при использовании мультимедийных дидактических средств означает, что учебную информацию необходимо предъявлять в систематизированном и структурированном виде, а также обеспечивать связь информации, предъявляемой средствами мультимедиа, с практикой, путем увязывания содержания и методики обучения с личным опытом обучающегося.

●  Принцип наглядности обучения означает необходимость учета чувственного восприятия изучаемых объектов через их личное наблюдение учащимися. В связи со стремительным развитием технологии виртуальной реальности в ближайшем будущем станет возможной полисенсорность обучения, которая выражается в том, что в мультимедиа могут быть представлены не только визуальные объекты и звуки, но и, например, система запахов.

● Принцип сознательности обучения, самостоятельности и активизации деятельности предполагает обеспечение средствами мультимедийного обучения самостоятельных действий учащихся по извлечению учебной информации при понимании конечных целей и задач учебной деятельности.

Реализация всех перечисленных принципов при создании мультимедийных дидактических средств и их использовании в учебном процессе позволяет выделить ряд преимуществ мультимедиа как средства обучения. Рассмотрим их.

Адаптивность – возможность для обучающегося заниматься в удобное время, в удобном месте и темпе.

Модульность – возможность формировать из набора независимых виртуальных учебных объектов образовательный ресурс, отвечающий индивидуальным или групповым потребностям обучающихся.

Интерактивность – обеспечение мультимедийными средствами интерактивного диалога между участниками процесса обучения.

Массовость – возможность одновременного обращения большого количества обучающихся ко многим источникам учебной информации, например, электронным библиотекам, базам знаний и т. д.; общение через сети друг с другом и с преподавателями.

Технологичность – использование в образовательном процессе новейших достижений информационных и телекоммуникационных технологий, способствующих продвижению человека в мировое информационное пространство.

Социальное равноправие – равные возможности получения образования независимо от места проживания, состояния здоровья, элитарности и материальной обеспеченности обучающегося.

Направленность на развитие интеллектуального потенциала – формирование у обучающихся различных видов мышления и умений обрабатывать информацию на основе работы со средствами мультимедийного обучения.

Интернациональность – экспорт и импорт мировых достижений на рынке образовательных услуг.

Рассмотренные преимущества позволяют использовать мультимедиа в образовательной практике для создания различных мультимедийных цифровых образовательных ресурсов: электронных учебников, электронных энциклопедий, справочников, презентаций и пр. – так называемых мультимедийных дидактических средств.


БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК К ТЕМЕ 1.2

1. Адибаев, Б. М. Влияние звуковых волн на организм / Б. М. Адибаев, Н. М. Алмабаева, О. Ахсанова. – Текст : электронный // Вестник КазНМУ. – 2018. – № 1. – С. 262-263. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-zvukovyh-voln-na-organizm (дата обращения: 02.02.2021).

2. Аствацатуров, Г. О. Эффективный урок в мультимедийной образовательной среде : практическое пособие / Г. О. Аствацатуров, Л. В. Кочегарова. – Москва : Сентябрь, 2012. – 176 с.

3. Вольфсон, Ю. Р. Визуальное восприятие в современном обществе или куда движется галактика Гуттенберга? / Ю. Р. Волфсон, А. Е. Вольчина. – Текст : электронный // Russian Journal of Education and Psychology. – 2015. – № 4 (48). – URL: https://cyberleninka.ru/
article/n/vizualnoe-vospriyatie-v-sovremennom-obschestve-ili-kuda-dvizhetsya-galaktika-guttenberga (дата обращения: 02.02.2021).

4. Использование мультимедийных средств в учебной и профессиональной деятельности : учебное пособие для студентов специальности «Социальная педагогика» / сост. В. В. Мантуленко. – Самара : Изд-во «Универс Групп», 2006. – 36 с. – URL: http://mediasamsu.ssau.ru/lectures/psyhology/mantylenko519/zakaz_519.pdf (дата обращения: 16.07.2020). – Текст : электронный.

5. Крапивенко, А. В. Технологии мультимедиа и восприятие ощущений : учебное пособие / А. В. Крапивенко. – 3-е изд. (эл.). – Электрон. текстовые дан (1 файл pdf : 274 с.). – Москва : Бином. Лаборатория знаний, 2015. – URL: https://docplayer.ru/32702245-Tehnologii-multimedia-i-vospriyatie-oshchushcheniy.html (дата обращения: 01.02.2021). – Текст : электронный.

6. Костевич, А. Г. Зрительно-слуховое восприятие аудиовизуальных программ : учебное пособие / А. Г. Костевич. – Томск : Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2006. – 230 с. – URL: http://tu.tusur.ru/upload/liblink/z_s_v.pdf (дата обращения: 02.02.2021). – Текст : электронный.

7. Мультимедиа в образовании : специализированный учебный курс : авторизованный пер. с англ. / Бент Б. Андресен, Катя ван ден Бринк. – 2-е изд., испр. и доп. – Москва : Дрофа, 2007. – 224 с. – URL: https://booksee.org/book/770311 (дата обращения: 16.07.2020). – Текст : электронный.

8. Широва, П. Д. Эволюция информационных носителей данных / П. Д. Широва. – Текст : электронный // Science Time. – 2015. – № 4 (16). – C. 836-839. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/
evolyutsiya-informatsionnyh-nositeley-dannyh (дата обращения: 02.02.2021).

9. Mayer, Richard E. Multimedia Learning / Richard E. Mayer. – Second Edition. – Cambridge University Press, 2009. – URL: https://www.cambridge.org/core/books/multimedia-learning/7A62F072A71289E1E262980CB026A3F9 (дата обращения: 16.07.2020). – Текст : электронный.