多媒体教学中学生认知负荷探究述评

【摘要】认知负荷是处理被给信息所需要的心智能量的水平，是人在信息加工的过程中所必需的心理资源的总量。作为教学主要的教学模式，多媒体教学中信息量的增加、师生交流的减少及人机界面的不合理性，不仅增加了学生的认知负荷，影响其学习效率，还会造成其心理负担。通过对认知负荷的概念、理论及相关研究等方面进行简要回顾与述评，尝试提出避免认知负荷过重的对策，为学校教学提供新的理论视角。信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，以网络技术和多媒体技术为核心的信息技术已成为拓展人类能力的创造性工具，正以惊人的速度改变着人们的生存方式和学习方式。作为新型的教学媒体，多媒体网络化教学，不仅为创新教育的实施提供了良好的教学环境，而且对开发学生智力提供了很大的空间。所以，多媒体教学已成为现代教学的重要组成部分，多媒体环境下的教学理论、途径与方法已成为现代教育的一种理念，引起了广大教育者与研究者的关注。尽管多媒体网络系统的交互性和广域性特征，为学生独立、自由获取知识奠定了基础，过多使用多媒体教学不仅能增加学生的认知负荷，而且还会引起学生心理负担过重。因此，研究高校多媒体教学中学生认知负荷问题不仅能及时了解学生的认知负荷状况，提高其学习的积极性，还能有效防止心理负担过重引起的心理问题，为高校学生心理健康问题的防御起到Sweller(1988)将其作为一种理论应用于教育领域，认为认知教学能增加学生的认知负荷主要原因在于人的认知资源的有限性。人的认知资源是有限的，个体的工作记忆容量只有7±2个组块。人类的信息加工系统具有不变性，具体表现在注意的分配机制、记忆系统的限制性、记忆信息的组织方式、思维中果大量信息同时呈现，就不会得到有效加工。[2]教学环境下学生学习过程中，听说读写各种认知活动均需消耗认知资源，若加工某种信息所需要的认知资源超过了学生所具有的认知资源的总量，就存在资源分配不足的问题，出现认知超负荷字、图像、声音等各种材料均会引起学生的注意，学生不仅要对所接收的信息进行筛选，而且还要对教学内容的合理性、有效性进行选择与分辨，占用学生大量的认知资源；另外多媒体界面设计的不合理性、多媒体呈现不清晰或者学生对多媒体不适应导致的眼部疲劳，也会影响部分学生对知识的掌握，均会增加学生的外部认知负荷。(2)多媒体的使用容易导致师生间交流减少，老师不能很好地了解学生对知识的掌握，从而增加学生的关联认知负荷。(3)多媒体呈现信息的多元性及复杂性不仅容易使学生远离自己学习的初衷，而且声图并茂的信息阻碍了学生自由思考的余地，限制了学生的想象力，分散学生注意力的同时，增加了其内部认知负荷。近六年，关于多媒体教学中学生认知负荷的研究主要集中于认知负荷的影响因素、认知负荷理论在多媒体教学中的应用、认知负荷在人机界面设计中的应用等方面。1.多媒体教学中认知负荷的影响因素。多媒体教学中认知负荷的影响因素主要有环境、任务特征、个体特征等。AdrianRLTravis(2008)研究了多感官虚拟装配环境对学习者认知负荷的影响，表明这种环境能增强使用者的注意力，增加其信息接收和加工的数量，从而减少其认知负荷。[3]Schwamborn,Annett(2011)研究了多媒体教学中不同概括程度的图片对九、十年级学生认知负荷和理解力的影响。结果表明概括化程度高的图片能减少学生的外在认知负荷。等(2005)认为，动机因素与认知负荷相关，其中自我效能感最影响认知负荷。[5]2.认知负荷在多媒体教学中的应用。认知负荷理论对多媒体教学效应的研究表现在两方面：一是从实验研究中得出新的教学效应，如变式效应、指导隐退效应；二是对已提出的教学效应进行进一步研究一一从短期的实验室试验研究转向长期教学和学科方面认知负荷的研究主要有学生数学、英语、化学等科目学习中的认知负荷理论应用的教学效应，[6]网络环境、多媒体环境对认知负荷的影响，[7]个体差异与认知负荷的关系在教学设计中的应用[8]以及认知负荷对工作记忆的影响等。Barbara等(2007)探讨了对话设置与认知负荷对指称词语的咬字与运用的影响，认为对于需要合作的问题解决任务，认知负荷影响谈判者之间的合作方式。[9]Jaan(2008)研究了在短文理解中句子长度对认知负荷反转效应的影响，表明50～130个字母的句子对中学生的认知负荷最小。[10]张皖(2010)等探讨了基于认知负荷的数学学优生教学，说明了教师应如何根据认知负荷理论因材施教。[11]李金波(2009)发现网络环境中的任务复杂性、时间压力和个体特征中的作业自我效能、状态元认知对认知负荷均有显[12]赵立影(2010)从认知负荷理论的基本观点出发，具体分析如何在复杂学习中根据不同个体性格差异来设计[13]Amadieu,Franck(2011)探讨了教学设计中提示线索对[14]郭兆明等(2005)提出了多媒体学习中3.认知负荷在人机界面设计中的应用。近年来，基于样例学习的认知负荷理论在人机交互领域中的应用及认知负荷理论对人机界面设计的影响[16]得到了关注。李金波等等(2010)认为，认知负荷在该领域的界定尚不明确。目前主要存在两种模型：第一种是将外在认知负荷与界面设计和软件使用带来的认知负荷区分开。这种模型关注的焦点与传统的认知负荷理论一致。第二种模型将认知负荷理论与以使用者为中心的界面设计的基本元素结合起来。三、降低多媒体教学中学生认知负荷的对策鉴于认知负荷对学习效率的负面影响，学校工作人员应采取措施降低学生学习过程中的认知负荷。认知负荷的影响因素众多，应从环境、任务特征、个体特征等大的方面来降低学生的认知负荷，即从降低外在和内在负荷入手，从而有效降低其关联负荷来减轻学生的认知负荷。(1)在学校教学过程中，教育工作者要根据教学目的和内容适当选择教学策略，做到板书与多媒体交互使用。在需要使用多媒体的课堂上要注意合理选题，加强课件建设，使得不容易用板书讲清楚的内容得以精炼和高密度集的呈现，充分体现多媒体学生的外部负荷。(2)适当使用多媒体，促进师生之间的交流。在使用多媒体过程中腰注意恰当设置问题情境，激发学生发表自己的感受与观点，从而揭示事物的规律，达到帮助学生理解的目的。因此，在使用多媒体过程中要避免学生的“被灌”心理，让学生充分参与多媒体教学，增加师生之间的互动，降低学生的关联认知负荷。(3)充分利用多媒体的优势，降低学生内部负荷。教师要合理使用多媒体，采用资源共享、仿真模拟、变换时空、演示说明等方式，将抽象的知识直观化、具体总之，尽管多媒体教学中认知负荷的研究已得到了广泛关注，但仍有很多不足。理论研究方面，随着多媒体教学环境变得越来越复杂，认知负荷的界定过于单一，对认知负荷的解释和测量都基于先前的认知负荷理论，这在一定程度上导致理论与实际的脱节。有必要根据不同学习者的特征，使认知负荷界定多元化、本土化、通俗化。实证研究方面，自2005年以来，国内外对认知负荷的研究以实验为主，结果缺乏外部效度。原因可能有以下两点：(1)关于认知负荷的测量需要生理指标、客观、主观等多方面配合，不方便进行大样本操作；(2)学习者的心理负荷问题，并将心理负荷的测量作为职业适应性的核心内容。还有研究人员关注网络工作人员的心理负荷、心理压力等。这些在一定程度上证明，研究人员已经意识到了认知负荷对工作效率的影响，只是还没有上升到“认知负荷”论高度。因此，有必要开发出一套信效度较高的认知负荷模型，并将其推广学校等其它领域进行实证研究，及时了解认知负荷现状的同时，引入神经网络工具，实现认知负荷的动态模拟，增强学习者认知负荷的预测性，在一定程度上能及早采取措施，避免更多心理健康问题的发生。[1JSwellerJ.CognitiveloadduringProblemsolving:Effectsonlearning[J]·CognitiveScience,1988,12:257-[4]S.,Annett.CognitiveloadandinstruetionallysupportedComputerinHumanBehavior.2011.27[5]ChristensenWR.Theeffectiveofcognitinditionsuponperformance,anxiety,andself-efficacyinmputerbasedlearningenvironments[J]·UnpublishedDoctorialDissertation,Noman,Oklahoma,2005.[9]BarbaraH.;AnneH.Anderson.Introducingobjectsinspokendialogue:Theinfluenceofconversationalsettingandcognitiveloadontheartuseofreferringexpressions[J]·LanguageandCognitiveProcesses,2007,22[10]J.M.,Sentencelengthforrevealingthecognitiveloadreversaleffectintextcomprehension[J]·EducationStudies.2008,[11]张皖，辛自强·基于认知负荷理论的数学学优生教学[12]李金波.网络学