仲夢云 邱玉薇

【摘 要】現(xiàn)如今課堂教學越來越廣泛地使用計算機進行輔助教學，但是教學效果有時差強人意，與傳統(tǒng)教學相比計算機教學有著更豐富的信息呈現(xiàn)。但對于復雜學習并不是越豐富的信息呈現(xiàn)就能取得更好的學習效果。復雜學習屬于更高層次的認知技能學習，隱含著較高的內在認知負荷。所以，在教學設計中引入計算機輔助教學時應該從考慮如何降低學生認知負荷并從某些方面入手而獲得更好的教學效果。

【關鍵詞】負荷理論；計算機；輔助教學；課堂

一、認知負荷理論簡析

認知負荷是指人在學習或任務完成過程中進行信息加工所耗費的認知資源的總量。認知負荷理論是由澳大利亞新南威爾士大學的認知心理學家約翰·斯威勒(John Swdler)于1988年首先提出來的，它以Miller 等人早期的研究為基礎。

1、人類的認知結構。認知負荷理論假設人類的認知結構由短時記憶和長時記憶組成。其中短時記憶它的容量有限，一次只能存儲5—9條基本信息或信息塊。長時記憶于1995年由Ericsson和Kintsch等提出。長時記憶的容量幾乎是無限的。長時記憶是學習的中心。如果長時記憶中的內容沒有發(fā)生變化，則不可能發(fā)生持久意義上的學習。認知負荷理論認為教學的主要作用是在長時記憶中存儲信息。知識以圖式的形式存儲于長時記憶中。圖式根據(jù)信息元素的使用方式來組織信息，它提供知識組織和存儲的機制，從而可以減少工作記憶負荷。

2、認知負荷理論。認知負荷是表示處理具體任務時加在學習者認知系統(tǒng)上的負荷的多維結構。CLT認為有認知負荷三種類型的：內部認知負荷，外部認知負荷和關聯(lián)認知負荷。由于元素間交互形成的負荷稱為內部認知負荷，它取決于所要學習材料本身的性質（如學習內容的難度、深度等）與學習者的專業(yè)知識之間的交互，教學設計者不能對它產(chǎn)生直接的影響。外部認知負荷是超越內部認知負荷的額外負荷也稱無效認知負荷，它主要是指學習材料呈獻給學習者方式，多是由設計不當?shù)慕虒W引起的。重新對信息進行組織和改善活動設計，可以有效降低外在認知負荷。相關認知負荷是由學習材料的組織和呈現(xiàn)形式所引起的有利于信息加工與獲得的認知負荷,也稱為有效認知負荷。它有利于學生優(yōu)化認知結構，把無序復雜的信息轉變?yōu)橛行蛐畔?。這三種類型的認知負荷是相互疊加的。為了促進有效學習的發(fā)生，在教學過程中應盡可能減少外部認知負荷，增加相關認知負荷，并且使總的認知負荷不超出學習者個體能承受的認知負荷。

二、計算機輔助教學

計算機輔助教學(Computer Aided Instruction，簡稱CAI)是在計算機輔助下進行的各種教學活動，以對話方式與學生討論教學內容、安排教學進程、進行教學訓練的方法與技術。CAI為學生提供一個良好的個人化學習環(huán)境。綜合應用多媒體、超文本、人工智能、網(wǎng)絡通信和知識庫等計算機技術，克服了傳統(tǒng)教學情景方式上單、片面的缺點。

計算機輔助教學模式：目前CAI系統(tǒng)通常采用的教學模式有以下6種：(1)練習：包括編排題目、比較答案及登記分數(shù)，通常作為正常教學的補充；(2)個別指導：包括教授規(guī)則、評估學生的理解和提供應用的環(huán)境等；(3)對話與咨詢：又稱為“蘇格拉底”教學模式，允許學生與計算機之間進行比較自由的“談話”；(4)游戲：創(chuàng)造一個帶競爭性的學習環(huán)境，游戲的內容和過程與教學目標相聯(lián)系；(5)模擬：用計算機模仿真實現(xiàn)象(自然的或人為的現(xiàn)象)，并加以控制，如模擬化學或物理實驗和飛機、車船駕駛訓練等；(6)問題求解：讓學生以多種途徑運用規(guī)則和概念，得到問題的解，既要求學生不僅知道問題的正確答案，而且掌握其解答過程。

三、計算機輔助教學降低認知負荷的原理

認知科學領域的最新研究結果表明, 工作記憶至少由兩個信息處理器組成。這兩個處理器一個處理聽覺信息, 另一個處理視覺信息, 且以部分獨立的方式運作。因此, 通過使用兩種處理器, 可以擴大工作記憶的信息處理容量并增強工作記憶效率。為此, 認知負荷理論主張采用視覺和聽覺雙重感官模式輸入材料, 以減少或降低記憶負荷。Mousavi 等人將學生分為兩組學習解決同樣的幾何問題, 第一組以視覺形式呈現(xiàn)幾何問題和它的證明過程; 第二組以視覺形式呈現(xiàn)幾何問題, 以聽覺形式呈現(xiàn)證明過程。結果表明, 與第一種條件相比, 學生在第二種條件下解決問題所用的時間更短。實際上許多研究均表明, 同時利用視覺和聽覺兩個通道呈現(xiàn)不同形式信息, 其學習效果要好于利用視覺或聽覺單一通道呈現(xiàn)。

計算機輔助教學能充分調動學習者多重感官通道。計算機輔助教學在對學習任務進行處理, 使其變?yōu)橄鄬Κ毩⒌?、低關聯(lián)的多個元素材料, 從而減小內在認知負荷, 同時在減小外部認知負荷的情況下提高相關認知負荷。

四、認知負荷理論對計算機輔助教學的啟示

1、多媒體課件應注意信息的呈現(xiàn)方式。多媒體學習把文字、圖形、聲音、動畫、視頻等多種元素結合起來。內容豐富多樣、畫面精彩，比單一媒體呈現(xiàn)更形象生動，能提供更豐富的信息呈現(xiàn)方式。因此, 隨著計算機和網(wǎng)絡技術的普及，多媒體被普遍應用于教學和學習過程中。那么，是不是越豐富的信息呈現(xiàn)就能取得越好的學習效果呢？事實上，現(xiàn)有的許多多媒體教學課件反而加入過為豐富的教學內容，并降低了學習材料的內在關聯(lián)性，從而加大了學生認知負荷。對于這一現(xiàn)象,認知負荷理論可以為我們提供一個反思的視角，用多媒體呈現(xiàn)知識，一方面，多方面表達方式可以相互補充從而提高學習績效；另一方面，這種方式會競爭認知資源。而人的認知資源是有限的，設計不良的多媒體課件比傳統(tǒng)教學更容易造成學生的認知超負荷。所以在設計多媒體作品，要注重有效信息的呈現(xiàn)，盡量避免和教學無關信息的出現(xiàn)。還應注意信息的呈現(xiàn)方式，信息要利用多通道傳輸，例如文字和圖片都是通過視覺通道來傳輸，而文字和聲音是通過視覺和聽覺兩種通道傳輸，學習資源利用同一通道傳輸可能會增大學生認知負荷導致學習效果不如預期。但是信息的呈現(xiàn)方式既不應該太過多元也不應該單一刻板毫無生氣，要把握好一個度。

2、在應用計算機輔助教學應注意與學生的交流。相關性認知負荷要求教學者在傳授新知識的過程中，要考慮學生的認知狀態(tài)。因為在教學中，若教學者沒有太關注這一方面的情況，缺少了與學生互動或僅僅只是灌輸知識，這樣極易引起學習者的認知負荷，教學效果大大降低。元認知提示對多媒體學習的影響元認知監(jiān)控提示對記憶測試成績沒有顯著影響，但有效提高了遷移成績,。在內在、外在認知負荷較低情況下, 增加元認知監(jiān)控活動有更好的學習遷移效果。因此在在應用計算機輔助教學時要注意與學生的互動，可以通過問答的方式讓學生參與，從而讓學生對其所學的知識及時回顧并反思，讓學生對自己學習情況進行評價，即對元認知進行監(jiān)控，從而增加相關認知負荷提高遷移成績。

3、利用計算機輔助教學時應與傳統(tǒng)教育相結合?，F(xiàn)代教育技術是一種很好的教學輔助手段和工具，而并非萬能工具。因此教學者可以利用現(xiàn)代教育技術手段來輔助教學，但并非一味地采用現(xiàn)代教育技術手段，而忽略甚至拋棄傳統(tǒng)教學手段。所以在用計算機輔助教學時，應該先對學習材料進行有序的加工，超額的信息加工會加大學生學習負荷和延長其學習所用時間。這就對教師的教學設計與材料處理能力有所要求。在實際課堂教育中，板書的作用比較突出，用板書突出重點，讓學生能掌握整堂課的重點，從而增強記憶效能而降低認知負荷。

【參考文獻】

[1]龔德英.多媒體學習中增加相關認知負荷影響學生學習的實驗研究[D].西南師范大學,2005.

[2]張慧,張凡.認知負荷理論綜述[J].教育研究與實驗,1999(4).

[3]潘吟松,覃翠華.認知負荷理論及其對多媒體教學的啟示[J].廣西師范學報(自然科學版),2011(04).

作者簡介：仲夢云（1992—），女，漢族，河北人，現(xiàn)就讀于西南大學化學化工學院，主要研究方向:化學教育。

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