从知识建构的观点来看，有效的学习要求学生进行适当的认知加工，因此教学设计的目标就是在学习过程中指导学生的认知加工，从而促进学习者的知识建构，其主要挑战在于：既要保证学习者进行适当的认知加工，又要保证这种加工不会造成认知负荷超载。

三种学习认知水平

Mayer 基于多媒体学习认知理论总结了三种学习认知水平：无关认知、基础认知与生成认知。

无关认知加工是由不合理的教学设计或不良的学习策略引起的无效认知。

基础认知是由学习内容自身的复杂性引起的，要求学习者对材料所呈现的相关信息进行选择和初步组织。

生成认知是由学习者的学习动机引起的，要求学习者通过选择相关信息以便进行进一步的加工、将选择的知识组织成有序的心理表征，以及将新的学习内容与原有知识相互整合，从而完成知识建构。

下文列出了12种被认为在混合式情境下最有效的教学设计原则。这种学习情境可以是阅读书本或网页，聆听现场讲授或观看在线视频，这些教学设计原则都有相关的实证研究基础。

减少无关认知加工的教学设计原则

为了避免学习任务所需的认知加工超过了学习者的认知容量范围，最简单直接的一个方式就是帮助学生减少与教学目的关系不大的无关认知加工。与此有关的5个教学设计原则是：聚焦要义、标记结构、空间邻近、时间邻近和明确期望。

1.聚焦要义原则

含义：去除无关材料后，学习效果更佳。

举例：去除有趣但无关的文本或图表。

2.标记结构原则

含义：突出关键材料后，学习效果更佳。

举例：在学习文本时，列出文本提纲和每部分的小标题。

3.空间邻近原则

含义：图示与相应的文字说明相邻呈现，而非分离呈现在不同页面或屏幕上时，学习效果更佳。

举例：相关文字说明应该成为图示的一部分，而不是与图示相分离的孤立说明。

4.时间邻近原则

含义：语音解说和画面本身同时呈现，而非相继呈现时，学习效果更佳。

举例：语音解说与动画应同时呈现，而不是前后呈现

5.明确期望原则

含义：提前告知学习目的和评估方式时，学习效果更佳。

举例：要求学习者读完某一部分后，举例说明。

应用案例：空间邻近原则

以一项「关于闪电雷暴的形成」的带字幕动画教学为例，在第一张幻灯片中，字母居于屏幕的下方，这种呈现方式我们称之为字母与图示「分离呈现」。

字幕与图示分离呈现

分离呈现可能会引起无关认知加工，因为学习者必须在文本和图示间来回翻看。相比之下，在下面第二张幻灯片中，图示与相应的文字说明相邻呈现，这样就减少了无关认知加工。

字幕与图示整合呈现

这种呈现方式我们称之为「整合呈现」，相应的图示和文本在屏幕上紧挨着彼此，符合空间邻近原则的要求。

调节基础认知加工的教学设计原则

即使排除了所有的无关认知加工，学习材料本身可能就很复杂，所需的基础认知加工容量也可能超过学习者认知系统本身的限度。在这种情况下，教学需要调节学习者的基础认知加工。

以下3种设计原则均以实证研究为基础，分别是：切块呈现、提前准备和调整通道。通过采取这种方式，学习者可以更好地进行基础认知加工，减少认知负荷超载。

6.切块呈现原则

含义：当一堂艰涩难懂的课被分割成学生可以掌握的若干小段时，学习效果会更佳。

举例：将一段有解说的动画分割成几个小部分，每一个部分用「继续」键连接起来。

7.提前准备原则

含义：在学习一堂艰涩难懂的课前，如果学生能够提前了解核心概念的名称和特征，那么学习效果会更佳。

举例：在呈现有解说的动画之前，先告知各部分的名称，位置以及特征。

8.调整通道原则

含义：多媒体学习使用语音而非书面形式呈现文本时，学习效果会更佳。

举例：用语音而不是视频上的字母来解说动画。

应用案例：切块呈现原则

现有一段关于「闪电雷暴形成」的教学动画，连续播放大约需要2分半钟。这种连续呈现的方式对学生来说速度太快，难以明晰闪电雷暴形成的16个关键步骤，以及各个步骤之间的因果关系。

简言之，由于学生缺乏足够的认知加工容量进行基础认知加工，所以他们很难认识到「闪电雷暴形成」的因果关联，而基础认知加工又是学生建立这种因果认识的必要步骤。

为了帮助学习者进行基础认知加工，我们可以将这个动画分割为16个片段，每个片段包含时长大约10秒的动画和一到两个句子（即切块呈现）。

闪电雷暴的形成教学视频片段

在每个片段的最后，屏幕右下方都会出现一个「继续」按钮。学习者点击按钮后就会呈现下一段动画。切块呈现原则式的学习者可以自己掌握播放动画的进度。

切块呈现原则意在调节基础认知加工，由此，学习者可以对闪电雷暴形成过程的每个部分进行充分表征，然后再进入下一个部分。

促进生成认知加工的实证教学原则

虽然学习者有时腾出了一定的认知容量来进行生成加工，但教师没有激发学习者把额外的精力投入到深层理解中去。因此，教学应该努力调动学习者的学习动机，促进学习者的生成认知加工，比如将新知识与原有知识相整合的认知加工过程。

与此有关的4项教学设计原则是：多媒体、人格化、具体化和抛锚式。

9.多媒体原则

含义：综合使用文本和图片，比单用文本学习的效果更佳。

举例：学习文本时添加相关的图示。

10.人格化原则

含义：使用对话风格教学比正式风格教学的效果更佳。

举例：教学中使用第一人称和第二人称，不要使用第三人称。

11.具体化原则

含义：使用将已学知识与新知识联系起来的方式学习，效果更佳。

举例：提供具体的实例和类比，鼓励开展相关的活动。

12.抛锚式原则

含义：学习者在熟悉的学习情境中学习（到实际环境中感受和体验），效果更佳。

举例：学生通过买玩具找换零钱来学习算术。

应用案例：多媒体原则

比如我们在解释自行车打气筒的原理时，让学生点击一下扬声器的图标，马上就可以听到这样一段话：「向上提打气筒的手把时，活塞也随之向上移动，进气阀打开，排气阀关闭，气体就进入气缸的下面。」

这段文字对学生而言抽象了点，因此他们难以投入生成认知加工中去，即将刚才播放的口头解释与原有的知识相结合。

为了促进学生的生成认知加工，我们可以在原有解说的基础上，添加一段图像，比如一段动画，这样就形成了一段带有解说的动画片段。以下是从自行车打气筒原理动画中选择的一些片段，并附上了解说词。

许多相关研究证明，与单用文本相比，使用文本和图片能让学习者更深入地理解所学的内容，证实了多媒体原则的有效性。

值得注意的是，每一条原则都有一定的适用条件。跟有经验的学习者相比，大多数原则对于无经验的学习者（如儿童）来说，其效果会更加显著，甚至有些教学原则对初学者是有效的，对有经验的人却是无效的甚至是有害的。

总体而言，任何教学原则的应用，最终都是为了促进学习者的学习，应与特定的学习对象和学习目标相一致。