認知負荷理論視域下公安院校融合教學模式探析

陳秋菊

（江蘇警官學院，南京 210038）

隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的快速發(fā)展，特別是在當前疫情多地散點爆發(fā)的形勢下，傳統(tǒng)的線下教學模式受到了極大挑戰(zhàn)，許多高校不得不在封控期間開啟線上教學。在此背景下，“線下+線上”相融合的教學模式成為當下教學模式的新選擇。然而，目前無論是教師還是學生，對融合教學模式的理解還僅僅停留在簡單的“混合”或形式上的“線上+線下”。公安院校開展融合教學，由于其培養(yǎng)目標及自身條件的特殊性而區(qū)別于普通本科高等院校。因此，如何設(shè)計有效的、體現(xiàn)公安院校培養(yǎng)特色的融合教學模式成為公安院校教學模式改革的重要課題。本文基于認知負荷理論來探究公安院校融合教學模式設(shè)計，以期為新形勢下公安院校教學模式改革提供參考。

一、基本理論概述

（一）認知負荷理論的內(nèi)涵

近年來，在認知心理學基礎(chǔ)上發(fā)展而來的認知負荷理論主張教學過程中的信息交互性建構(gòu)，在如何“有效的教”和如何“有效的學”之間搭建了有效橋梁，成為教育教學改革的重要理論依據(jù)。

1.認知負荷的涵義

認知即個體通過心理活動獲取知識和解決問題的過程和能力。［1］負荷一詞根據(jù)《辭海》的界定有三層含義，一是背負肩荷；二是擔任；三是設(shè)備在運行時所消耗的功率。［2］最早出現(xiàn)于20世紀70年代的認知負荷中的“負荷”傾向于第三種含義，試圖量化學習個體對所需處理任務信息的認知資源的投入程度。庫珀（Cooper，1987）認為認知負荷是認知主體處理信息所需的“心理能量”水平和用于工作記憶的心理活動的總和；［3］斯威勒（John Sweller，1988）將認知負荷界定為認知主體在對某一特定認知任務的信息加工和吸收信息過程中所需要的心理資源的總量。付道明（2015）認為，認知負荷是學習者在完成認知任務過程中，工作記憶內(nèi)進行信息處理做需要的認知資源的總量。［4］還有學者認為，認知負荷是學習任務所需要的信息加工能量超過學習個體本身具有的認知容量的部分。結(jié)合以上觀點，我們認為認知負荷指學習個體在對信息處理、獲取知識過程中所消耗的心理資源的總量，認知負荷代表了認知個體認知資源的負擔，另外，在認知個體執(zhí)行任務的過程中認知負荷也會不斷變化。

2.認知負荷理論

20世紀80年代，澳大利亞新南威爾士大學的著名心理學家約翰·斯威勒（John Sweller）將認知負荷作為一種理論進行了系統(tǒng)性的研究。認知負荷理論的基本假設(shè)為：學習者的認知過程包括感覺記憶、工作記憶和長時記憶3個記憶系統(tǒng)。其中，感覺記憶沒有容量限制，不占用認知資源，信息通過感覺器官進入認知系統(tǒng)，停留的時間非常短暫；工作記憶用于處理感覺記憶傳遞來的信息資料，是一種信息處理、執(zhí)行、儲存系統(tǒng)，占用認知資源，具有有限的儲存容量，一旦超載則會形成認知負荷。長時記憶則是信息的長時儲存系統(tǒng)，固化為學習者的先驗知識和圖式，儲存容量無限。［5］

基于以上假設(shè)，斯威勒以資源有限理論、圖式理論為基礎(chǔ)形成了認知加工和教育教學設(shè)計相結(jié)合的理論框架——認知負荷理論（Cognitive Load Theory）。

根據(jù)資源有限理論，學習者的認知資源（主要是工作記憶）是有限的，學習者各種學習活動都需要消耗其心理認知資源。如果學習任務所需要的心理認知資源總量超過了學習者本身固有的認知資源，那么學習者就有因認知負荷過多而影響學習效果的現(xiàn)象。

而基于圖式理論視角，認知負荷理論認為，學習者對學習任務的接受程度取決于學習者自身固有的圖式①根據(jù)約翰·斯威勒的研究結(jié)論，圖式是大腦為了便于信息存儲和處理，而將新事物與個體已有的知識有機組織起來的一種知識表征形式，是新信息在人腦中的編碼、解碼、重組儲存的一系列過程。，學習者接收學習任務的過程是個體低級圖式和高級圖式相互結(jié)合、相互作用的過程。而學習者圖式的構(gòu)建則是基于處理任務的“元素交互性（Element Interactivity）②元素交互性是認知負荷理論中的一個基本概念，用于評估學習特定任務對學習個體所施加的特定類型認知負荷水平，具體指的是在認知個體工作記憶中須通過處理邏輯上相關(guān)的一組元素來提高對學習任務的理解程度?！?。如果，學習者的任務交互元素都能同時處理，那么，學習任務的理解程度則較為充分，完成學習者圖式的構(gòu)建，進而有利于長時記憶的信息儲存，降低工作記憶負荷。

3.認知負荷的類型

按照認知負荷理論，個體在學習過程中的認知負荷有三種類型：內(nèi)在認知負荷（Intrinsic Load）、外在認知負荷（Extraneous Load）和關(guān)聯(lián)認知負荷（Germane Load）。

內(nèi)在認知負荷即學習任務的內(nèi)在難度，這一負荷由所接收任務的復雜程度和學習者本身已有認知水平之間的差距所引起。當學習任務難度較大、任務元素較多且學習者又未具備處理這些任務的適宜圖式時，內(nèi)在認知負荷就會較高。

外部認知負荷即指所需認知信息外在表現(xiàn)所帶來的負荷，當所面臨任務信息材料的組織與呈現(xiàn)方式不夠好時，比如使用拙劣的教學設(shè)計和教學方法，學習者就會投入精力從事與學習任務信息無關(guān)的認知加工，由此導致外部認知負荷增加。外部認知負荷對學習沒有幫助，會影響學習效果。

關(guān)聯(lián)認知負荷是學習者在進行知識內(nèi)化過程中欲投入的認知資源數(shù)量。相較于前兩種認知負荷，關(guān)聯(lián)認知負荷是對學習效果起正向作用的負荷，其與學習者的學習動機、主觀態(tài)度、認知努力程度相關(guān)。關(guān)聯(lián)認知負荷的產(chǎn)生可以促使學習者挖掘自身認知潛能而投入到學習活動中，從而促進個體進行有效的認知加工。

表1 三種認知負荷比較分析

三種認知負荷相互獨立，又相互依存。學習者應當根據(jù)自身認知資源的狀況，將三種認知負荷的總量控制在合理范圍，既不能過低也不能過高，因為過低會造成個體認知資源的浪費，而過高則會造成認知負荷過重，均會影響學習效果。因此，有效的教學過程應該既要盡力減少和控制外在及內(nèi)在認知負荷，又要引導和增進關(guān)聯(lián)認知負荷，并使三種認知負荷總量不高于但接近學習者認知資源總量，在此情況下教學才是最有效的。

（二）融合教學模式

融合教學是在混合教學基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。早在2003年，研究教育技術(shù)的何克抗教授就首次明確提出了“混合教學”的概念，認為混合教學就是傳統(tǒng)教學（課堂教學）與網(wǎng)絡教學的簡單結(jié)合。之后，隨著教育技術(shù)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)學習的普及，特別是疫情以來教育環(huán)境的改變，使得在線教學飛速發(fā)展。如今，線上線下兩種學習方式不再是簡單的結(jié)合，而是要逐漸實現(xiàn)“融合”。這種“融合”主要體現(xiàn)在三個方面：首先，教學的實施不單單是“線上”“線下”教學空間的簡單改變，而是需要對整個教學過程進行再設(shè)計，實現(xiàn)課堂教學和網(wǎng)絡教學的協(xié)同；其次，融合教學意味著要對教師、學生、教學內(nèi)容等諸多教學要素進行優(yōu)化設(shè)計與重組，［6］以達到教育教學的最佳目標；最后，融合教學模式倡導以學生為中心，以滿足學生個性化彈性需求為導向，設(shè)計“私人訂制”的菜單式教學內(nèi)容，通過線上虛擬學習情景和現(xiàn)實學習情景相結(jié)合的方式，實現(xiàn)“以學生為本”的個性化教學新模式。

總之，融合教學由混合教學發(fā)展而來，但它不同于混合教學的“線上”與“線下”的簡單相加，而是強調(diào)“教”與“學”的融合、“線上”與“線下”情景的融合及相互滲透，實現(xiàn)教學內(nèi)容、教學方法、教學路徑、教學資源等各要素的有機整合和優(yōu)化重組。

公安院校身處今天新的教育環(huán)境之中，必然需要適應信息化社會、后疫情時代的挑戰(zhàn)而建立“線上”與“線下”融合、“教”與“學”融合的新型教學模式。不僅如此，公安院校進行融合教學模式探索，必須以公安院校培養(yǎng)目標為指向，充分結(jié)合公安院校警務化培養(yǎng)場景，深入分析學習者在不同結(jié)構(gòu)、不同層次和不同學習場景中的認知狀況和認知負荷狀況，進而設(shè)計相適宜的教學內(nèi)容、教學方法和教學工具。通過師生協(xié)作、生生協(xié)作以及線下集中同步、線上分散異步、實戰(zhàn)演練學習的結(jié)合以提升學生學習的主動性、自控性，強化教師的引導作用和服務作用，最終實現(xiàn)線上教學與線下教學的優(yōu)勢融合、師生融合、教學各環(huán)節(jié)的無縫融合以及教、學、戰(zhàn)的融合。

二、認知負荷理論與公安院校融合教學模式的契合性分析

基于認知理論的認知負荷理論為公安院校融合教學模式設(shè)計提供了新的理論基礎(chǔ)。依據(jù)認知負荷理論，公安院校融合教學模式的質(zhì)量和效率高低，主要取決于融合教學模式實施過程中能否減少給學生帶來的不必要的認知負荷，增加正向的關(guān)聯(lián)認知負荷。

（一）認知負荷理論為分析公安院校融合教學模式提供了理論框架

首先，公安院校作為培養(yǎng)公安后備人才的主渠道，其培養(yǎng)目標決定了教學內(nèi)容應兼顧理論和實戰(zhàn)。具體而言，教學內(nèi)容既包括各專業(yè)學歷教育的基本理論知識，又包括各專業(yè)匹配警種所需要的實戰(zhàn)業(yè)務知識，還包括突出忠誠警魂和執(zhí)法素質(zhì)的培養(yǎng)。因此，警察職業(yè)導向的培養(yǎng)目標，決定了教學內(nèi)容本身固有的內(nèi)在認知負荷。這些固有的內(nèi)在認知負荷從內(nèi)容本身而言是難以改變的，但是可以通過優(yōu)化教學內(nèi)容呈現(xiàn)形式而改變。如在融合教學設(shè)計時，優(yōu)化每個教學單元的要素組成，根據(jù)學生固有的認知結(jié)構(gòu)設(shè)計合適的教學主題，并增強教學主題之間的交互性，從而可以降低融合教學中的內(nèi)在認知負荷。

其次，外在認知負荷大都是由于教師授課方式、教學場景選擇、學習資源呈現(xiàn)不當?shù)人鶐淼臒o效負荷。因此，在融合教學模式中可以從教官來源、教學設(shè)計、教學平臺選擇等方面采取有針對性的策略來減少外在認知負荷。

最后，關(guān)聯(lián)認知負荷作為有效的認知負荷，它有助于學習者構(gòu)建圖式，而圖式有助于長時記憶的形成。因此，為了增強公安院校融合教學模式的實效性，在融合教學模式構(gòu)建和實施過程中一定要設(shè)法增加相關(guān)認知負荷，充分調(diào)動與挖掘?qū)W生潛在的認知資源。

（二）認知負荷理論為構(gòu)建公安院校融合教學模式提供情景支撐

認知負荷理論主張中的三種負荷來源并不是平均分布的，內(nèi)在認知負荷作為來自學習主體和客體的一個基本負荷，其簡化、降低的空間相對較小。公安院校培養(yǎng)目標決定了教學內(nèi)容的復雜性，這種復雜性帶來的內(nèi)在認知負荷屬于學習任務的固有屬性，不太可能通過減少教學內(nèi)容總量或降低教學內(nèi)容難度來改變。在融合教學模式構(gòu)建中可創(chuàng)建豐富有趣的線上虛擬教學環(huán)境，設(shè)計與知識內(nèi)容相匹配的、接近學生“最近發(fā)展區(qū)”的最佳內(nèi)容元素組合形式，最大化的激活學生圖式構(gòu)建，從而減少內(nèi)在認知負荷。［7］

外在認知負荷發(fā)生于認知資源用于處理與學習任務不相關(guān)的信息而導致學習任務無認知資源可用的狀況。在公安院校融合教學模式構(gòu)建中需注意線上教學資源選用時與教學內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性，線上教學元素呈現(xiàn)的趣味性，合理設(shè)置適宜學生認知的反饋方式，減少不必要的外在認知負荷，實現(xiàn)外在認知負荷與其他認知負荷的最佳組合。

關(guān)聯(lián)認知負荷發(fā)生于學習者未將自己擁有的全部認知資源應用到學習任務的處理中，即學習者有充足的認知資源去處理和吸收任務信息，但卻不盡力。關(guān)聯(lián)認知負荷與認知負荷總量、學習者元認知、學習動機等因素相關(guān)。在融合教學模式構(gòu)建中關(guān)聯(lián)認知負荷不足同樣會影響學習效果，因此，公安院校融合教學模式構(gòu)建中，通過教學內(nèi)容使用不同的呈現(xiàn)媒介，講解形式采用文本、案例與動畫視頻相結(jié)合的方式，并設(shè)置學習任務的階段性獎勵等方式增加教學吸引力，從而提升關(guān)聯(lián)認知負荷，實現(xiàn)更好的教學效果。

總之，認知負荷理論為公安院校構(gòu)建融合教學模式提供了新的視角。教學的最終目的是將知識內(nèi)化，儲存于學習者的長時記憶中。從認知負荷的角度來看，融合教學模式的設(shè)計要允許根據(jù)教學任務的相關(guān)元素進行組織信息，這樣有利于學習者系統(tǒng)性的進行存儲，從而減少記憶的工作量。同時要充分認識教學過程中的三種負荷，并有針對性的做到“趨利避害”——降低學生負面認知負荷、提高學生正向認知負荷，從而提升公安院校融合教學模式的實施效果。

三、認知負荷理論下公安院校融合教學模式的實施路徑

基于認知負荷理論，針對公安院校融合教學模式實施中教學內(nèi)容、教學對象、教學場景、教學方式、教學通道等教學要素中存在的問題，需要通過以下路徑對融合教學模式實施優(yōu)化設(shè)計。

（一）控制內(nèi)在認知負荷的路徑

內(nèi)在認知負荷主要來源于學習任務的復雜程度和個體已有知識經(jīng)驗之間的差距，對于內(nèi)在認知負荷需要結(jié)合學生認知程度將其控制在一定范圍內(nèi)，而不是一味的降低。對于內(nèi)在認知負荷的控制主要從教學內(nèi)容和教學對象兩個角度入手。

1.融合教學模式之教學內(nèi)容的設(shè)置

根據(jù)公安院校的人才培養(yǎng)方案，公安院校日常教學強調(diào)理論學習（包括基礎(chǔ)理論和專業(yè)理論）與公安實踐相結(jié)合。對于理論教學，可以根據(jù)難易程度并借鑒認知負荷理論中的相關(guān)效應進行優(yōu)化設(shè)計。

一是對于難度較大的教學內(nèi)容宜采用“拆分— 整合”策略。當學習任務非常復雜，學生難以同時進行學習加工時，可將學習任務進行分解，并將分解的內(nèi)容進行單元整合，形成一系列有一定內(nèi)在聯(lián)系的子任務，進行模塊化呈現(xiàn)，從而減少因?qū)W習難度而帶來的認知負荷。

二是對于比較分散的教學內(nèi)容可以采用關(guān)聯(lián)信息捆綁的策略。當學習任務較分散時，學生必然會將注意力分散在搜索和理解各種信息源上，這樣就會產(chǎn)生較大的外在認知負荷。因此，在融合教學模式設(shè)計時可以將相關(guān)但較為分散的學習任務進行捆綁整合，在教學內(nèi)容呈現(xiàn)上采取線上線下結(jié)合策略，使其在時空上同步呈現(xiàn)，從而可以達到降低認知負荷的目的。

2.融合教學模式之教學對象的分析

內(nèi)在認知負荷除了來自學習任務本身，還來自學生自身固有的相關(guān)認知經(jīng)驗。根據(jù)認知負荷理論，學生的認知負荷水平是有差異的，因此，教師在進行教學任務設(shè)置前可對班級學生進行適當?shù)恼J知水平測試，然后根據(jù)學生不同的認知水平進行有針對性的、適宜的教學任務設(shè)置。

在融合教學模式中，針對不同教學對象進行有差別性的教學任務設(shè)置，可以通過線上網(wǎng)絡教學資源的差異化配置來實現(xiàn)。如在學校教學資源庫、學習通、大學慕課平臺上發(fā)布難易程度不同的學習任務，提供菜單式的教學內(nèi)容單元，以供學生根據(jù)自身情況自主選擇。這樣既有線下的同步課堂教學，又有線上異步輔助資源的配合，從而實現(xiàn)線下線上融合，減少相同教學任務在不同認知水平學生中產(chǎn)生的額外負擔。

（二）降低外在認知負荷的路徑

外部認知負荷主要是由教學不合理的組織方式所引起，這種認知負荷對學習效果無任何促進作用。因此，在融合教學模式建構(gòu)中，需要通過教學方式和教學過程的優(yōu)化設(shè)計盡可能減少外在認知負荷。

1.融合教學之教學方式的設(shè)計

對于肩負學歷教育和職業(yè)教育雙重使命的公安院校，在教學方式上應堅持理論講授與實訓相結(jié)合。

首先，在學歷教育的課程設(shè)置中，一些基礎(chǔ)理論課程本身較為枯燥，但又是學生必須掌握的。對于此類課程可采用問題情境啟發(fā)式教學方式（如案例教學、情境模擬、實驗教學等），授課中可以根據(jù)學生已有知識、認知程度、學習環(huán)境和公安工作實際綜合設(shè)置相應的問題情境，激發(fā)學生的求知欲和學習興趣，促使學生在已有認知圖式下理解并完成學習任務。在這一過程中，問題情境與學生認知的公安實戰(zhàn)的強烈關(guān)聯(lián)是成功的關(guān)鍵，只有當學生意識到新學習任務的獲取能對自己日后學習工作產(chǎn)生積極影響，才會調(diào)取現(xiàn)有經(jīng)驗投入新知識的學習中去。

其次，在職業(yè)教育的課程設(shè)置上，培養(yǎng)學生實操能力是關(guān)鍵。根據(jù)杜威的經(jīng)驗性學習理論①杜威認為，教育必須建立在經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，教育就是經(jīng)驗的生成和經(jīng)驗的改造，學生從經(jīng)驗中產(chǎn)生問題，而問題又可以激發(fā)他們運用探索的知識產(chǎn)生新概念。，凸顯警察實戰(zhàn)的職業(yè)教育需要和實戰(zhàn)經(jīng)驗結(jié)合起來，可以運用認知負荷理論的樣例效應和問題效應開展實訓。如對于公安日常業(yè)務處理的訓練，可以邀請公安一線實戰(zhàn)教官詳細講授有關(guān)處理程序的樣例，讓學生從中了解和掌握解決公安實際問題的方法；或者讓教師通過調(diào)研鍛煉、換崗實踐等形式深入了解公安實際工作，并結(jié)合教學內(nèi)容對公安日常業(yè)務進行程序化總結(jié)提煉，再提供給學生作為學習樣例。總之，通過學院教師與實踐教官融合、學校教育場景與公安實戰(zhàn)場景融合可以降低外在認知負荷。

2.融合教學之教學通道的多樣化

英國心理學家艾倫·巴德利（Alan Baddeley）在其專著《記憶心理學》中指出，工作記憶對視覺信息和聽覺信息的加工是分離的，單純使用一種信息呈現(xiàn)形式，可能只啟動記憶系統(tǒng)中的單一加工程序；而使用多種信息呈現(xiàn)形式，則可以啟動記憶系統(tǒng)的多重加工程序，增進學習效果，這就是通道效應（Modality effect）。在大數(shù)據(jù)條件下，融合教學模式可以積極依托新的教育技術(shù)探索視覺通道、聽覺通道和觸覺通道等多通道融合方式呈現(xiàn)教學任務。比如，日常教學中強調(diào)模擬演練，將學生置于實戰(zhàn)環(huán)境中，使之感受實戰(zhàn)氣氛，模擬參與任務行動，從而掌握日常公安實際問題解決的方法和程序；或者安排學生赴公安機關(guān)進行實習見習，在實戰(zhàn)中培養(yǎng)解決問題的能力?？傊?，融合教學要實現(xiàn)三個融合，即理論和實踐教學中橫向的聽、看、說相融合，縱向的課前、課中、課后相融合，課堂授課、云課堂以及課后思課相融合，通過三種融合全方位拓寬學生獲取知識的通道。

（三）提高關(guān)聯(lián)認知負荷的路徑

關(guān)聯(lián)認知負荷是三種負荷中唯一一個正向的、有積極作用的負荷，它可以促使學習者把自己潛在的認知資源投入到知識內(nèi)化中去。有學者研究發(fā)現(xiàn)：如果學習者主觀上不愿意挖掘自己潛在的認知資源投入到學習任務中去，這對于那些延續(xù)時間較長的學習任務，即使外在認知負荷與內(nèi)在認知負荷都降至最低，學習者的學習效率與質(zhì)量也不會有明顯提高與改善。［8］因此，要激發(fā)學生投入認知資源的意愿，提高學生的關(guān)聯(lián)認知負荷是關(guān)鍵。提高關(guān)聯(lián)認知負荷的途徑包括：

1.“教師+教官”融合

安排理論教師和一線實戰(zhàn)教官配合進行現(xiàn)場授課，通過真實案例、鮮活經(jīng)驗和理論結(jié)合，使學生對相關(guān)問題形成全面系統(tǒng)的了解和把握。在教學過程中，授課教師要力求實現(xiàn)“融合創(chuàng)新”，以此激發(fā)學生學習興趣，提高關(guān)聯(lián)認知負荷。［9］

2.“生+生”融合學習

組織同班學生之間、不同班級同學之間以及學生與一線民警之間開展研討交流，共同探討問題解決方案，以此提升學生的教學參與感，進而提高關(guān)聯(lián)認知負荷。

3.“學+研”融合

設(shè)置與教學內(nèi)容相關(guān)、帶有引導性的研究課題，鼓勵學生進行相關(guān)大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目的申報研究。通過課題研究去探索 “事情為什么會是這樣的”，解決自己在課程學習中的疑問或沖突，從而提升對理論的理解程度，提高學生的關(guān)聯(lián)認知負荷。

4.“環(huán)境+個體”融合

在智慧化學習環(huán)境的背景下，融合教學模式中線上教學資源應實現(xiàn)“私人訂制”式的內(nèi)容設(shè)置，提升學習者與教學內(nèi)容之間的交互性，實現(xiàn)教學內(nèi)容的自由組合。這樣，學習者不斷參與、探索和反思，學習者本身的學習積極性被極大的激發(fā)，知識在“環(huán)境與個體”的融合中不斷被“建構(gòu)”，形成新的“圖式”，從而提高教學效果。

四、結(jié)語

在信息技術(shù)快速發(fā)展和后疫情社會背景下，高等院校的融合教學模式越來越受到關(guān)注。公安院校與其他普通高等院校的不同之處在于其本身具有學歷教育和職業(yè)教育融合的特點。因此，公安院校的融合教學模式應根據(jù)公安院校的教學特點、公安大學生的培養(yǎng)目標以及自身特點進行融合教學的設(shè)計和實施。認知負荷理論為細化公安院校融合教學模式設(shè)計提供了理論依據(jù)，在此理論視域下進行公安院校融合教學模式設(shè)計與實施，有利于公安院校融合教學的實現(xiàn)，有利于提高學生的學習效果，有利于公安院校高階培養(yǎng)目標的達成。