認(rèn)知負(fù)荷理論對(duì)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的啟示

仲夢(mèng)云 邱玉薇

【摘 要】現(xiàn)如今課堂教學(xué)越來(lái)越廣泛地使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助教學(xué)，但是教學(xué)效果有時(shí)差強(qiáng)人意，與傳統(tǒng)教學(xué)相比計(jì)算機(jī)教學(xué)有著更豐富的信息呈現(xiàn)。但對(duì)于復(fù)雜學(xué)習(xí)并不是越豐富的信息呈現(xiàn)就能取得更好的學(xué)習(xí)效果。復(fù)雜學(xué)習(xí)屬于更高層次的認(rèn)知技能學(xué)習(xí)，隱含著較高的內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷。所以，在教學(xué)設(shè)計(jì)中引入計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)時(shí)應(yīng)該從考慮如何降低學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷并從某些方面入手而獲得更好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】負(fù)荷理論；計(jì)算機(jī)；輔助教學(xué)；課堂

一、認(rèn)知負(fù)荷理論簡(jiǎn)析

認(rèn)知負(fù)荷是指人在學(xué)習(xí)或任務(wù)完成過(guò)程中進(jìn)行信息加工所耗費(fèi)的認(rèn)知資源的總量。認(rèn)知負(fù)荷理論是由澳大利亞新南威爾士大學(xué)的認(rèn)知心理學(xué)家約翰·斯威勒(John Swdler)于1988年首先提出來(lái)的，它以Miller 等人早期的研究為基礎(chǔ)。

1、人類的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。認(rèn)知負(fù)荷理論假設(shè)人類的認(rèn)知結(jié)構(gòu)由短時(shí)記憶和長(zhǎng)時(shí)記憶組成。其中短時(shí)記憶它的容量有限，一次只能存儲(chǔ)5—9條基本信息或信息塊。長(zhǎng)時(shí)記憶于1995年由Ericsson和Kintsch等提出。長(zhǎng)時(shí)記憶的容量幾乎是無(wú)限的。長(zhǎng)時(shí)記憶是學(xué)習(xí)的中心。如果長(zhǎng)時(shí)記憶中的內(nèi)容沒(méi)有發(fā)生變化，則不可能發(fā)生持久意義上的學(xué)習(xí)。認(rèn)知負(fù)荷理論認(rèn)為教學(xué)的主要作用是在長(zhǎng)時(shí)記憶中存儲(chǔ)信息。知識(shí)以圖式的形式存儲(chǔ)于長(zhǎng)時(shí)記憶中。圖式根據(jù)信息元素的使用方式來(lái)組織信息，它提供知識(shí)組織和存儲(chǔ)的機(jī)制，從而可以減少工作記憶負(fù)荷。

2、認(rèn)知負(fù)荷理論。認(rèn)知負(fù)荷是表示處理具體任務(wù)時(shí)加在學(xué)習(xí)者認(rèn)知系統(tǒng)上的負(fù)荷的多維結(jié)構(gòu)。CLT認(rèn)為有認(rèn)知負(fù)荷三種類型的：內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷，外部認(rèn)知負(fù)荷和關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷。由于元素間交互形成的負(fù)荷稱為內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷，它取決于所要學(xué)習(xí)材料本身的性質(zhì)（如學(xué)習(xí)內(nèi)容的難度、深度等）與學(xué)習(xí)者的專業(yè)知識(shí)之間的交互，教學(xué)設(shè)計(jì)者不能對(duì)它產(chǎn)生直接的影響。外部認(rèn)知負(fù)荷是超越內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷的額外負(fù)荷也稱無(wú)效認(rèn)知負(fù)荷，它主要是指學(xué)習(xí)材料呈獻(xiàn)給學(xué)習(xí)者方式，多是由設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)慕虒W(xué)引起的。重新對(duì)信息進(jìn)行組織和改善活動(dòng)設(shè)計(jì)，可以有效降低外在認(rèn)知負(fù)荷。相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷是由學(xué)習(xí)材料的組織和呈現(xiàn)形式所引起的有利于信息加工與獲得的認(rèn)知負(fù)荷,也稱為有效認(rèn)知負(fù)荷。它有利于學(xué)生優(yōu)化認(rèn)知結(jié)構(gòu)，把無(wú)序復(fù)雜的信息轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蛐畔?。這三種類型的認(rèn)知負(fù)荷是相互疊加的。為了促進(jìn)有效學(xué)習(xí)的發(fā)生，在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)盡可能減少外部認(rèn)知負(fù)荷，增加相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，并且使總的認(rèn)知負(fù)荷不超出學(xué)習(xí)者個(gè)體能承受的認(rèn)知負(fù)荷。

二、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(Computer Aided Instruction，簡(jiǎn)稱CAI)是在計(jì)算機(jī)輔助下進(jìn)行的各種教學(xué)活動(dòng)，以對(duì)話方式與學(xué)生討論教學(xué)內(nèi)容、安排教學(xué)進(jìn)程、進(jìn)行教學(xué)訓(xùn)練的方法與技術(shù)。CAI為學(xué)生提供一個(gè)良好的個(gè)人化學(xué)習(xí)環(huán)境。綜合應(yīng)用多媒體、超文本、人工智能、網(wǎng)絡(luò)通信和知識(shí)庫(kù)等計(jì)算機(jī)技術(shù)，克服了傳統(tǒng)教學(xué)情景方式上單、片面的缺點(diǎn)。

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)模式：目前CAI系統(tǒng)通常采用的教學(xué)模式有以下6種：(1)練習(xí)：包括編排題目、比較答案及登記分?jǐn)?shù)，通常作為正常教學(xué)的補(bǔ)充；(2)個(gè)別指導(dǎo)：包括教授規(guī)則、評(píng)估學(xué)生的理解和提供應(yīng)用的環(huán)境等；(3)對(duì)話與咨詢：又稱為“蘇格拉底”教學(xué)模式，允許學(xué)生與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行比較自由的“談話”；(4)游戲：創(chuàng)造一個(gè)帶競(jìng)爭(zhēng)性的學(xué)習(xí)環(huán)境，游戲的內(nèi)容和過(guò)程與教學(xué)目標(biāo)相聯(lián)系；(5)模擬：用計(jì)算機(jī)模仿真實(shí)現(xiàn)象(自然的或人為的現(xiàn)象)，并加以控制，如模擬化學(xué)或物理實(shí)驗(yàn)和飛機(jī)、車船駕駛訓(xùn)練等；(6)問(wèn)題求解：讓學(xué)生以多種途徑運(yùn)用規(guī)則和概念，得到問(wèn)題的解，既要求學(xué)生不僅知道問(wèn)題的正確答案，而且掌握其解答過(guò)程。

三、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)降低認(rèn)知負(fù)荷的原理

認(rèn)知科學(xué)領(lǐng)域的最新研究結(jié)果表明, 工作記憶至少由兩個(gè)信息處理器組成。這兩個(gè)處理器一個(gè)處理聽覺(jué)信息, 另一個(gè)處理視覺(jué)信息, 且以部分獨(dú)立的方式運(yùn)作。因此, 通過(guò)使用兩種處理器, 可以擴(kuò)大工作記憶的信息處理容量并增強(qiáng)工作記憶效率。為此, 認(rèn)知負(fù)荷理論主張采用視覺(jué)和聽覺(jué)雙重感官模式輸入材料, 以減少或降低記憶負(fù)荷。Mousavi 等人將學(xué)生分為兩組學(xué)習(xí)解決同樣的幾何問(wèn)題, 第一組以視覺(jué)形式呈現(xiàn)幾何問(wèn)題和它的證明過(guò)程; 第二組以視覺(jué)形式呈現(xiàn)幾何問(wèn)題, 以聽覺(jué)形式呈現(xiàn)證明過(guò)程。結(jié)果表明, 與第一種條件相比, 學(xué)生在第二種條件下解決問(wèn)題所用的時(shí)間更短。實(shí)際上許多研究均表明, 同時(shí)利用視覺(jué)和聽覺(jué)兩個(gè)通道呈現(xiàn)不同形式信息, 其學(xué)習(xí)效果要好于利用視覺(jué)或聽覺(jué)單一通道呈現(xiàn)。

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)能充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者多重感官通道。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)在對(duì)學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行處理, 使其變?yōu)橄鄬?duì)獨(dú)立的、低關(guān)聯(lián)的多個(gè)元素材料, 從而減小內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷, 同時(shí)在減小外部認(rèn)知負(fù)荷的情況下提高相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷。

四、認(rèn)知負(fù)荷理論對(duì)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的啟示

1、多媒體課件應(yīng)注意信息的呈現(xiàn)方式。多媒體學(xué)習(xí)把文字、圖形、聲音、動(dòng)畫、視頻等多種元素結(jié)合起來(lái)。內(nèi)容豐富多樣、畫面精彩，比單一媒體呈現(xiàn)更形象生動(dòng)，能提供更豐富的信息呈現(xiàn)方式。因此, 隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，多媒體被普遍應(yīng)用于教學(xué)和學(xué)習(xí)過(guò)程中。那么，是不是越豐富的信息呈現(xiàn)就能取得越好的學(xué)習(xí)效果呢？事實(shí)上，現(xiàn)有的許多多媒體教學(xué)課件反而加入過(guò)為豐富的教學(xué)內(nèi)容，并降低了學(xué)習(xí)材料的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，從而加大了學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷。對(duì)于這一現(xiàn)象,認(rèn)知負(fù)荷理論可以為我們提供一個(gè)反思的視角，用多媒體呈現(xiàn)知識(shí)，一方面，多方面表達(dá)方式可以相互補(bǔ)充從而提高學(xué)習(xí)績(jī)效；另一方面，這種方式會(huì)競(jìng)爭(zhēng)認(rèn)知資源。而人的認(rèn)知資源是有限的，設(shè)計(jì)不良的多媒體課件比傳統(tǒng)教學(xué)更容易造成學(xué)生的認(rèn)知超負(fù)荷。所以在設(shè)計(jì)多媒體作品，要注重有效信息的呈現(xiàn)，盡量避免和教學(xué)無(wú)關(guān)信息的出現(xiàn)。還應(yīng)注意信息的呈現(xiàn)方式，信息要利用多通道傳輸，例如文字和圖片都是通過(guò)視覺(jué)通道來(lái)傳輸，而文字和聲音是通過(guò)視覺(jué)和聽覺(jué)兩種通道傳輸，學(xué)習(xí)資源利用同一通道傳輸可能會(huì)增大學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不如預(yù)期。但是信息的呈現(xiàn)方式既不應(yīng)該太過(guò)多元也不應(yīng)該單一刻板毫無(wú)生氣，要把握好一個(gè)度。

2、在應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)應(yīng)注意與學(xué)生的交流。相關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷要求教學(xué)者在傳授新知識(shí)的過(guò)程中，要考慮學(xué)生的認(rèn)知狀態(tài)。因?yàn)樵诮虒W(xué)中，若教學(xué)者沒(méi)有太關(guān)注這一方面的情況，缺少了與學(xué)生互動(dòng)或僅僅只是灌輸知識(shí)，這樣極易引起學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷，教學(xué)效果大大降低。元認(rèn)知提示對(duì)多媒體學(xué)習(xí)的影響元認(rèn)知監(jiān)控提示對(duì)記憶測(cè)試成績(jī)沒(méi)有顯著影響，但有效提高了遷移成績(jī),。在內(nèi)在、外在認(rèn)知負(fù)荷較低情況下, 增加元認(rèn)知監(jiān)控活動(dòng)有更好的學(xué)習(xí)遷移效果。因此在在應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)時(shí)要注意與學(xué)生的互動(dòng)，可以通過(guò)問(wèn)答的方式讓學(xué)生參與，從而讓學(xué)生對(duì)其所學(xué)的知識(shí)及時(shí)回顧并反思，讓學(xué)生對(duì)自己學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，即對(duì)元認(rèn)知進(jìn)行監(jiān)控，從而增加相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷提高遷移成績(jī)。

3、利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)時(shí)應(yīng)與傳統(tǒng)教育相結(jié)合?，F(xiàn)代教育技術(shù)是一種很好的教學(xué)輔助手段和工具，而并非萬(wàn)能工具。因此教學(xué)者可以利用現(xiàn)代教育技術(shù)手段來(lái)輔助教學(xué)，但并非一味地采用現(xiàn)代教育技術(shù)手段，而忽略甚至拋棄傳統(tǒng)教學(xué)手段。所以在用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)時(shí)，應(yīng)該先對(duì)學(xué)習(xí)材料進(jìn)行有序的加工，超額的信息加工會(huì)加大學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)荷和延長(zhǎng)其學(xué)習(xí)所用時(shí)間。這就對(duì)教師的教學(xué)設(shè)計(jì)與材料處理能力有所要求。在實(shí)際課堂教育中，板書的作用比較突出，用板書突出重點(diǎn)，讓學(xué)生能掌握整堂課的重點(diǎn)，從而增強(qiáng)記憶效能而降低認(rèn)知負(fù)荷。

【參考文獻(xiàn)】

[1]龔德英.多媒體學(xué)習(xí)中增加相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷影響學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)研究[D].西南師范大學(xué),2005.

[2]張慧,張凡.認(rèn)知負(fù)荷理論綜述[J].教育研究與實(shí)驗(yàn),1999(4).

[3]潘吟松,覃翠華.認(rèn)知負(fù)荷理論及其對(duì)多媒體教學(xué)的啟示[J].廣西師范學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011(04).

作者簡(jiǎn)介：仲夢(mèng)云（1992—），女，漢族，河北人，現(xiàn)就讀于西南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，主要研究方向:化學(xué)教育。

邱玉薇（1993—），女，漢族，廣東人，現(xiàn)就讀于西南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，主要研究方向:化學(xué)教育。