認(rèn)知負(fù)荷理論與醫(yī)學(xué)課程整合

梁 曉,陳芳源,喬宇琪,冉志華,邵 莉,沈 駿

(上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院,上海 200000)

在醫(yī)學(xué)教育課程體系的改革中,認(rèn)知理論起到了重要的作用。而認(rèn)知理論的發(fā)展為醫(yī)學(xué)課程的發(fā)展與改革提供了更多的新思路。自二十世紀(jì)以來,醫(yī)學(xué)教育始終圍繞著知識、技能和職業(yè)價值觀這三個核心內(nèi)容展開。而現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育課程體系形成的最初動力源于醫(yī)學(xué)知識的教育,而其改革的焦點(diǎn)在于如何通過增加醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)知識的傳授為醫(yī)師的臨床思維打下基礎(chǔ),尤其是Flexner報告中,將此作為推動現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育課程體系形成的重要內(nèi)容。然而知識傳授與提高臨床思維之間的關(guān)系也并非一成不變,尤其是當(dāng)知識的傳授超過記憶的承受限度時,知識傳授并不能達(dá)到如期的效果,甚至有可能耗費(fèi)更多的時間。這也是促成20世紀(jì)下半葉醫(yī)學(xué)教育課程體系大規(guī)模改革的一個重要原因。

一、記憶與醫(yī)學(xué)教育

記憶是學(xué)習(xí)的基礎(chǔ),對于醫(yī)學(xué)院校的學(xué)生而言,醫(yī)學(xué)知識的記憶會伴隨整個學(xué)習(xí)過程。記憶通常被分為長時記憶(Long Term Memory,LTM)和短時記憶(Short Term Memory,STM),短時記憶作用時間短,容量相對較小,存在組塊(chunk)數(shù)量的限制,起到臨時記憶的作用。長時記憶具有記憶時間長,容量大的特點(diǎn),長時記憶是知識的載體,作為一種靜態(tài)的存在,并不能對學(xué)習(xí)和思維起到作用。對學(xué)習(xí)和思維起作用的是動態(tài)的記憶,也被稱為工作記憶(Working Memory,WM),WM直接參與行為過程。以往有觀點(diǎn)認(rèn)為,WM屬于STM,與LTM并無太大關(guān)系。隨著對記憶認(rèn)識的發(fā)展,有越來越多的證據(jù)顯示,WM是通過STM而發(fā)揮作用的,但LTM在WM中也起到了關(guān)鍵的作用?，F(xiàn)在有學(xué)者的觀點(diǎn)認(rèn)為WM包含STM以及STM處理過程的相關(guān)機(jī)制,STM中的一部分內(nèi)容是從LTM的信息中激活的,另一部分是從外界獲取的,而受到注意力集中的部分STM形成了WM[1],而信息在STM停留的頻率越高,時間越長就越容易形成LTM。

從WM與STM的關(guān)系來看,WM同樣受到組塊數(shù)量的限制,也被稱為工作記憶容量(Working Memory Capacity,WMC)限制[2],所以在醫(yī)學(xué)知識記憶中,增加STM中組塊的效能,對于改善學(xué)習(xí)與記憶的效果是大有好處的。如同記憶一串無序的數(shù)字,如果順序接近某個你熟悉的電話號碼,那記憶會變得容易得多。這個例子中,記憶中的組塊并沒有增加,但單個組塊的效能卻提高了。醫(yī)學(xué)知識的記憶也同樣如此,因此也對醫(yī)學(xué)教育提出了挑戰(zhàn)。其中牽涉到兩個方面的主要問題,一是如何通過改善醫(yī)學(xué)知識的傳授方法,提高知識的記憶效率;二是如何通過提高WM的效率,改善學(xué)生的思維活動。而在實(shí)際情況下,這兩個問題是同時存在,并形成一個相互影響的關(guān)系。

傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)教育課程以學(xué)科為基礎(chǔ)進(jìn)行教學(xué),教學(xué)大綱偏重于對知識點(diǎn)的要求,課堂教學(xué)側(cè)重于知識傳授。這種教學(xué)方法知識量大,但是學(xué)生的WMC有限,并不可能在短時間內(nèi)處理和儲存大量的外界新信息,這也對教學(xué)的效果產(chǎn)生了負(fù)面的影響,于是對醫(yī)學(xué)知識進(jìn)行整合教學(xué)成為了一個探索的方向。

二、認(rèn)知負(fù)荷與知識整合

以學(xué)科為基礎(chǔ)的模式在20世紀(jì)上半葉是醫(yī)學(xué)教育的主要模式,該模式的一個重點(diǎn)就是希望能通過增加醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科的教育以提高醫(yī)師的臨床思維能力。盡管當(dāng)時對于認(rèn)知及記憶的探索尚處起步階段,但課程內(nèi)容間缺少聯(lián)系對學(xué)生的思維的不利影響已經(jīng)逐漸開始引起重視。一些關(guān)于課程整合的想法也在當(dāng)時逐漸產(chǎn)生,并在之后不久的時間內(nèi)付諸實(shí)踐。

按器官系統(tǒng)對課程進(jìn)行整合是較早出現(xiàn),也是影響較為廣泛的一種整合方法。然而仔細(xì)分析后不難發(fā)現(xiàn),其實(shí)這類整合模式并沒有減少知識的容量,且知識內(nèi)容仍具有相對的獨(dú)立性。盡管在后期學(xué)習(xí)中,教學(xué)內(nèi)容常有交叉,但對于初學(xué)者而言,早期整合的效果通常是不明顯的。所以也有人將這種整合方法稱為“教師的整合”,對于學(xué)生而言,這種整合方法并未達(dá)到應(yīng)有的效果[3]。

隨著認(rèn)知理論的發(fā)展,Sweller等通過認(rèn)知負(fù)荷(cognitive load)理論,為醫(yī)學(xué)課程中知識的整合提供一些新的理論依據(jù)。Sweller的理論將認(rèn)知符合分為內(nèi)在負(fù)荷(intrinsic load)、外在負(fù)荷(extraneous load)與關(guān)聯(lián)負(fù)荷(germane load)[4]。所謂的內(nèi)在負(fù)荷是指所授問題內(nèi)在的難度,由問題的屬性所決定,與教師的指導(dǎo)方法無關(guān)。外在負(fù)荷是指所授問題的指導(dǎo)過程中所產(chǎn)生的難度,與信息的傳授與指導(dǎo)方法有關(guān)。例如,簡單的四則運(yùn)算與微積分的固有難度顯然是不同的,與指導(dǎo)的方法無關(guān),其對認(rèn)知所造成的內(nèi)在負(fù)荷是不同的。再如,一個幾何圖形可以通過語言描述與圖示兩種方法來進(jìn)行傳授,采用圖示的方法對于學(xué)習(xí)者而言理解更為容易,這就是問題的外在負(fù)荷,而外在負(fù)荷是可以通過傳授方法改變的。其后,Sweller等又提出了關(guān)聯(lián)負(fù)荷,關(guān)聯(lián)負(fù)荷是與認(rèn)知過程、結(jié)構(gòu)(shema)構(gòu)建與內(nèi)化相關(guān)的負(fù)荷,關(guān)聯(lián)負(fù)荷的提高有助于促進(jìn)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。由于三種負(fù)荷的總和不能超過WMC,而內(nèi)在負(fù)荷是固定的,所以一個可行的做法是通過減少外在負(fù)荷來增加關(guān)聯(lián)負(fù)荷。

在醫(yī)學(xué)教育課程改革中,通過降低外在負(fù)荷提高關(guān)聯(lián)負(fù)荷設(shè)計的課程有很多,但其使用也存在著一定的限制,而其主要限制來源于所傳授的知識結(jié)構(gòu)本身。例如,解剖學(xué)知識以陳述性知識(declarative knowledge)為主,內(nèi)在負(fù)荷并不高,而其所謂的難度更多的來自于巨大的信息量。對于這一類課程,即便通過課程改革來減少外在負(fù)荷,并不能減少傳遞的信息量,對課程的認(rèn)知難度影響較小。另一類情況則主要存在于臨床課程,臨床教學(xué)中擬真教學(xué)(Simulation Based Learning,SBL)、案例教學(xué)(Case Based Learning,CBL)與傳統(tǒng)教學(xué)相比更具有優(yōu)勢,在傳遞信息量相同的情況下,他們可以有效地降低授課過程的外在負(fù)荷,并增加關(guān)聯(lián)負(fù)荷,為知識整合提供了新的模式。

三、SBL、CBL 與 PBL

從歷史來看,SBL并不能被算作為真正的新事物,早在17世紀(jì)就已經(jīng)出現(xiàn)了SBL的雛形,然而SBL真正的發(fā)展始于上世紀(jì)60年代,它的出現(xiàn)與課程整合的探索幾乎是同步的。SBL的初衷是為了減少真實(shí)患者在教學(xué)中的應(yīng)用而設(shè)立的。隨著時代的發(fā)展,SBL又被賦予了許多新的內(nèi)涵,McGaghie等為SBL總結(jié)了12個特點(diǎn)[5],其中高度擬真是SBL發(fā)展的基礎(chǔ),也是其優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)法的重要原因。高度擬真使學(xué)習(xí)者置身于接近真實(shí)的環(huán)境進(jìn)行學(xué)習(xí),有效地降低語言描述所造成外在負(fù)荷,與圖示或錄像相比更為有效。有指導(dǎo)的教學(xué)是SBL的另一重要特點(diǎn),環(huán)境擬真只是指導(dǎo)方法的變化,并非指導(dǎo)缺失,SBL不是探索性教學(xué),指導(dǎo)依然是教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié),指導(dǎo)的缺失將導(dǎo)致外在負(fù)荷的增加。SBL教學(xué)的可重復(fù)性給了它更大的應(yīng)用空間,尤其在過程性知識(procedural knowledge)及臨床技能的教學(xué)上有其它教學(xué)方法無法比擬的優(yōu)勢。反復(fù)訓(xùn)練的過程通過增加教學(xué)過程中的關(guān)聯(lián)負(fù)荷,使教學(xué)達(dá)到更好的效果。而方法的可重復(fù)性也為教師對學(xué)生的反饋及評估變得更為便捷。

在理論課教學(xué)中,CBL也有著類似于SBL的作用。CBL與基于問題的教學(xué)(Problem-Based Learning,PBL)之間容易發(fā)生混淆,因?yàn)檎n程中都有問題與解決問題的過程,而其中的不同點(diǎn)在于PBL采用的是開放式提問(open inquiry)方式,而CBL則采取指導(dǎo)式提問(guided inquiry)。近年來,關(guān)于PBL爭議不斷,對于PBL的認(rèn)識也并不統(tǒng)一,以下是兩派比較有代表性的觀點(diǎn)。Kirschner等PBL的反對者認(rèn)為,PBL屬于最小化指導(dǎo)教學(xué),在PBL的過程中,學(xué)生常常需要花更多的時間進(jìn)行探索,且并不容易抓住重點(diǎn)。這一現(xiàn)象并不僅在醫(yī)學(xué)高等教育中存在,在其他的學(xué)科甚至于中等、初等教育中同樣存在[6]。而PBL的支持者則認(rèn)為有許多研究支持PBL在教育中的應(yīng)用,但不同意PBL屬于最小化指導(dǎo)教學(xué),他們認(rèn)為在PBL中,仍存在大量的材料對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)[7]。可見無論是支持者還是反對者,都認(rèn)同一點(diǎn),就是在教學(xué)過程中不能缺乏指導(dǎo),同時都不認(rèn)同教學(xué)中指導(dǎo)的缺失?？此婆cPBL接近的CBL,其實(shí)質(zhì)與PBL并不相同。盡管多數(shù)PBL過程中均有一定程度的指導(dǎo),但是PBL通過開放式問題進(jìn)行探索,盡管有真實(shí)案例,單獨(dú)使用PBL的外在負(fù)荷依然很高,類似于給學(xué)生一張桌子,讓學(xué)生自行組裝一張桌子出來,在最后給學(xué)生一張組裝示意圖。而CBL的理念則完全不同,與PBL的探索相比CBL更像是一個范例(worked example)教學(xué),其中包含的信息不僅僅是真實(shí)案例,更有教師解決案例的過程。這個過程好比給學(xué)生一張桌子,由教師將桌子拆解開,并按步驟指導(dǎo)學(xué)生重新組裝,必要時過程可重復(fù)。對于同樣的教學(xué)目標(biāo),CBL的效率顯然高于PBL,這一點(diǎn)也得到了相關(guān)研究的證實(shí)[8]。有學(xué)者認(rèn)為PBL更符合人類的自然思維過程[9],然而作為一種職業(yè)教育,醫(yī)學(xué)教育中存在大量規(guī)范化診治流程及相對固定的思維模式,探索式教育是否有益于此是值得商榷的。PBL在醫(yī)學(xué)教育的現(xiàn)實(shí)價值是對指導(dǎo)式教育的補(bǔ)充,而非取代。如果將CBL比作指導(dǎo)學(xué)生做一張桌子的話,那么PBL就是讓學(xué)生在此基礎(chǔ)上模仿做一張椅子。事實(shí)上,在醫(yī)學(xué)教育中PBL的實(shí)踐訓(xùn)練價值更多于探索價值。CBL可以有效地降低學(xué)習(xí)的外在負(fù)荷,而PBL則提高了學(xué)習(xí)的關(guān)聯(lián)負(fù)荷,兩者結(jié)合能相得益彰。

當(dāng)今醫(yī)學(xué)課程改革中,基于認(rèn)知理論的課程整合無疑是具有吸引力的,國內(nèi)外曾相繼采用過多種不同的課程體系,效果及評價不一。新世紀(jì)以來,以某種教學(xué)方法為主導(dǎo)的課程體系正在逐漸減少,而多種教學(xué)方法綜合運(yùn)用的課程體系已經(jīng)越來越被醫(yī)學(xué)教學(xué)學(xué)者所接受,并且成為了課程改革的一個新的方向,認(rèn)知理論對醫(yī)學(xué)課程改革也起到了越來越大的作用。

[1]Cowan N.What are the differences between long-term,short-term,and working memory?[J].Prog Brain Res,2008,169:323-38.

[2]Sweller J.Cognitive load theory,learning difficulty,and instructional design[J].Learning and Instruction,1994,4(4):295-312.

[3]Papa FJ,Harasym PH.Medical curriculum reform in North America,1765 to the present:a cognitive science perspective[J].Acad Med,1999,74(2):154-64.

[4]Van Merriё nboer JJ,Sweller J.Cognitive load theory in health professional education:design principles and strategies[J].Med Educ,2010,44(1):85-93.

[5]McGaghie WC,Issenberg SB,Petrusa ER,et al.A critical review of simulation-based medical education research:2003-2009[J].Med Educ,2010,44(1):50-63.

[6]Kirschner PA,Sweller J,Clark RE.Why minimal guidance during instruction does not work:An analysis of the failure of constructivist,discovery,problem-based,experiential,and inquiry-based teaching[J].Educational Psychologist,2006,41(2):75-86.

[7]Hmelo-Silver CE,Duncan RG,Chinn CA.Scaffolding and Achievement in Problem-Based and Inquiry Learning:A Response to Kirschner,Sweller,and Clark(2006)[J].Educational Psychologist,2007,42(2):99-107.

[8]Srinivasan M,Wilkes M,Stevenson F,et al.Comparing problem-based learning with case-based learning:effects of a major curricular shift at two institutions[J].Acad Med,2007,82(1):74-82.

[9]Eshach H,Bitterman H.From case-based reasoning to problem-based learning[J].Acad Med,2003,78(5):491-6.