張曉君　李雅琴　王浩宇　丁雪梅

摘要：微課程以其短小精悍、隨時隨地的特性漸漸步入教育領(lǐng)域。與此同時，如何設(shè)計微課程的多媒體課件，使其在短時間內(nèi)充分展現(xiàn)知識內(nèi)容，并符合學習者的學習規(guī)律，成為微課程設(shè)計的焦點。從認知負荷理論視角，分析了學習過程中的認知負荷情況，并結(jié)合大量實例，實踐了降低原生性認知負荷、無關(guān)性認知負荷，以及提高相關(guān)性認知負荷的策略和方法，實現(xiàn)了認知負荷在微課程課件設(shè)計中的導向性作用。

關(guān)鍵詞：微課程；認知負荷；多媒體課件；設(shè)計

【中圖分類號】G40-057【文獻標識碼】A【論文編號】1009—8097（2014）02—0020—06【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2014.02.003

一 研究背景

2012年11月，教育部發(fā)布了《關(guān)于舉辦首屆全國高校微課教學比賽的通知》，旨在推動高校教師專業(yè)發(fā)展和教學能力提升，促進信息技術(shù)與學科教學融合，搭建高校教師教學經(jīng)驗交流和教學風采展示平臺。通知要求，微課程的時長要限制在10～20分鐘以內(nèi)，所使用的多媒體教學課件要圍繞教學目標、反映主要教學內(nèi)容、與教學視頻合理搭配。2013年5月，中國教育技術(shù)協(xié)會等部門聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于舉辦首屆全國微課程大賽的通知》，提出微課程所講述的知識點必須是學生自主學習時的重難點、易錯點，學生能夠自己通過閱讀教材理解的內(nèi)容，不需要教師制作微課程；微課程的時間要控制在10分鐘以內(nèi)，抓住學生注意力的最佳黃金時段，簡明扼要地概述知識點。微課程在一次次比賽中逐步趨向完善，與此同時，其要求的不斷提高，也讓廣大教師和教育技術(shù)工作者聚焦于如何更加簡明扼要的表述知識以及如何設(shè)計多媒體課件會更利于知識的快速獲得。

二 微課程對多媒體課件的需求分析

微課程的教學時間短，教學內(nèi)容精練，動感、精美的微課程應(yīng)用于在線學習及移動學習會給學習者帶來良好的學習體驗，豐富學習者的課余生活；應(yīng)用于教師的經(jīng)驗交流有助于先進教學方式方法的傳播，提升教師課改的積極性；應(yīng)用于在線評課，能夠有效節(jié)約成本，并支持反復觀看，使評價更加客觀。

要制作如此精美的微課程，需要教師的精心準備。不僅講授語言要生動，還需要配以美觀大方、多媒體化的課件。文字、圖片、動畫、視頻等多種媒體元素相互配合，有利于吸引和保持學習者的注意力。另外，一些微觀的或需展現(xiàn)實驗操作的知識，更有必要使用課件來表達，簡單的文字描述無法說清楚相對復雜的教學內(nèi)容。

那么，如何整合文字、圖片、動畫、視頻等這些媒體元素，怎樣在有限時間內(nèi)既恰當?shù)乇磉_知識內(nèi)容，又使每一頁所顯示的知識量都恰到好處，為學習者所接受呢？這個問題成為微課

三 認知負荷的概念及分類

1 認知負荷的概念及主要觀點

認知負荷理論（Cognitive Load Theory）起源于19世紀80年代，并且在全球研究者的推動下經(jīng)歷了快速發(fā)展和拓展的90年代，成為研究認知過程和教學設(shè)計框架的一個主要理論。它是指同時被要求施加在工作記憶上的心智活動的全部數(shù)量[2]，即施加到工作記憶中的待處理信息的總量。

人類的記憶主要包含工作記憶和長時記憶，工作記憶是信息加工的主要場所，在面對新信息時，其容量是非常有限的，一般能接收、處理或貯存7±2個信息組塊；長時記憶以圖式為基本單元，圖式具有復雜性，并且可以自動化，其中的信息被調(diào)用到工作記憶時，所調(diào)用到的所有信息僅作為一個組塊進行加工處理。因為工作記憶的容量有限，當學習者要解決復雜的問題或被給予復雜的學習內(nèi)容時，就會出現(xiàn)超載的情況，這種超載抑制了學習，因此，避免了認知超載的學習過程才是有效的教學過程。微課程課件的設(shè)計也要遵循認知負荷理論，使課件整體及局部的信息承載量適當，促進學習的信息加工。

2 認知負荷的分類

影響工作記憶的認知負荷可以分為三類：原生性認知負荷、無關(guān)性認知負荷和相關(guān)性認知負荷，它們與學習者在微課程學習過程中的信息理解息息相關(guān)。

原生性認知負荷（Intrinsic Cognitive Load）取決于知識本身的復雜程度，它與知識是如何呈現(xiàn)的或?qū)W習者以何種方式學習以及如何達到學習的最佳化無關(guān)。對于一個指定的學習任務(wù)和指定的學習者知識水平來講，原生性認知負荷是固定的，不可改變的。只有當已有知識被擴展或處在學習過程中時，原生性認知負荷才會改變。也就是說，當微課程的選題選定時，對于特定階段的某個學習者來講，其原生性認知負荷就已經(jīng)被確定了，想要降低原生性認知負荷，要從學習者能力提升方面或間接降低選題難度方面著手。

設(shè)計不當?shù)慕虒W過程會給工作記憶帶來額外的負荷，這部分負荷即無關(guān)性認知負荷（Extraneous or Ineffective Cognitive Load）。采用何種技術(shù)來降低無關(guān)性認知負荷是認知負荷理論首要關(guān)心的問題。根據(jù)學習內(nèi)容的不同，采用適宜的方法，會促進學習者的學習，減少無關(guān)性認知負荷。微課程課件設(shè)計過程中，降低無關(guān)性認知負荷在設(shè)計中起著非常重要的作用，設(shè)計不良的多媒體課件會占用學習者大量的工作記憶去處理與課程內(nèi)容無關(guān)的事物，使本就不長的教學時間更加緊張。

相關(guān)性認知負荷（Germane or Effective Cognitive Load）是學生的圖式建構(gòu)和自動化過程所占用工作記憶的資源。無關(guān)性認知負荷妨礙學習，與此相反，相關(guān)性認知負荷促進學習。在微課程課件設(shè)計過程中，要給相關(guān)性認知負荷留有一定的空間，不能讓同時出現(xiàn)的學習內(nèi)容過多，否則會妨礙學習者構(gòu)建長時記憶圖式，進而影響教學效果。

認知負荷理論所關(guān)注的焦點就是復雜問題給學生有限的工作記憶空間所帶來的壓力，教學設(shè)計的核心原則是要使原生性認知負荷的復雜度適度、要通過降低無關(guān)性認知負荷來釋放工作記憶空間、要通過調(diào)節(jié)相關(guān)性認知負荷使負荷最優(yōu)化。

四 多媒體課件的設(shè)計策略

認知負荷理論不僅使我們更深刻地理解學習過程，還能為教學媒體設(shè)計提供強有力的指導，從而構(gòu)建出適合學習者工作記憶加工的學習對象。根據(jù)內(nèi)容的不同，選用不同的認知負荷策略對多媒體課件進行設(shè)計，會使教師的實時講授效果更加出色。

1 降低原生性認知負荷策略

（1）分離關(guān)聯(lián)元素，逐步呈現(xiàn)教學內(nèi)容

有些教學內(nèi)容很復雜，包含了很多的關(guān)聯(lián)元素，要完全理解，必須要把這些關(guān)聯(lián)元素同時在工作記憶中進行處理。如果教學內(nèi)容自身的關(guān)聯(lián)元素數(shù)量大于工作記憶能夠處理的數(shù)量，就會很難理解。將一部分內(nèi)容以分離的形式呈現(xiàn)出來，經(jīng)工作記憶進行處理，并存儲到長時記憶中，無疑會提高學習者的能力，此時，再進一步與其他內(nèi)容相結(jié)合，就能很好地解決這個問題。

例如，在C語言課程的《選擇排序法》知識點講授中，涉及兩層循環(huán)，如果將兩層循環(huán)的代碼同時呈現(xiàn)出來，會占用初學者過多的工作記憶空間，不易于理解。因此，可以先列出外部循環(huán)的代碼，并將內(nèi)部循環(huán)代碼用易于理解的文字表述代替，講通了外部循環(huán)的代碼后，再逐步給出內(nèi)部循環(huán)中的細節(jié)代碼（如圖1所示），會更易于學習者對整體內(nèi)容的信息加工，教學效果更好。

（2）實行指導漸減，避免消極效果產(chǎn)生

伴隨著學習者相關(guān)知識的不斷增加，工作記憶的空間會逐步釋放，此時逐步減少指導，并提高問題解決要求對學習者的知識加工有促進作用，有助于提升學習者解決問題的能力。原有的對新手學習者較為適用的一些方法，如全程的詳細的樣例解答方法會隨之變成其前進的絆腳石，因為不必要的詳細解答會帶來新的無關(guān)性認知負荷，產(chǎn)生消極效果。因此，在設(shè)計多媒體課件時，初始時期可以使用詳細的樣例解答方法，當學習者已經(jīng)理解部分內(nèi)容時，就要使指導漸減，以適應(yīng)能力漸強的學習者。

例如，對于C語言課程的教學后期，學習者對代碼的書寫已理解透徹，此時的命題答案可以只表述解題思路，給學習者留出自己解決問題的空間。

2 降低無關(guān)性認知負荷

（1）選取合適樣例

對于初學者，尋找解決問題的方法需要嘗試，盲目地尋找會帶來過高的無關(guān)性認知負荷，微課程時間短，需要提供學習者所熟知的內(nèi)容作為樣例，并對其有一個基本的理解，當學生把已掌握的原理應(yīng)用到新問題時，就會有更進一步的理解加深，有助于學生發(fā)現(xiàn)已掌握原理和新問題解決方法之間的差距，有效地促進學習。另外，耳熟能詳?shù)氖挛镒鳛橐右矔褂洃浉由羁獭?/p>

（2）利用多通道表達

工作記憶對視覺信息和聽覺信息的加工是分離的，同樣的信息通?？梢杂枚喾N方式來呈現(xiàn)，對不同學習者而言，某些形式可能會比其他形式更容易整合或加工，而單純使用一種信息呈現(xiàn)形式，可能只用到一部分工作記憶，使其他部分處于閑置狀態(tài)。微課程的課件要綜合利用多種信息呈現(xiàn)形式，有效提高工作記憶的使用量。

例如，在中國服裝史的《滿族女子服裝》知識點講授中，涉及清朝各時期旗袍形制特點，領(lǐng)口、袖口、開衩、衣長等方面都有當時女子服裝的特色，因此可以使用的三維模型來展示服裝的形體特點，旋轉(zhuǎn)的三維模型能夠帶來良好的全局感受，不帶任何花紋裝飾能夠?qū)W習者的注意力集中于衣著的線條；還可以使用圖片來展示服裝的工藝紋樣以及色彩，平面圖更加適合細節(jié)的展示，與三維模型同步顯示（如圖2所示），還可以讓學習者對旗袍的長度及各部分大致比例有所了解，一舉兩得。

（3）減少冗余信息

信息可由多種方式來呈現(xiàn)，但單憑一種呈現(xiàn)方式就足以傳達這些信息時，如果將相同的信息以多種方式同時呈現(xiàn)，學習者就會將冗余的信息同時進行加工，導致外在認知負荷增加，降低學習質(zhì)量。在微課程的多媒體設(shè)計中，要盡量減少冗余信息，并適當添加注意引導標識，以減少無關(guān)性認知負荷的產(chǎn)生。

（4）避免相關(guān)內(nèi)容分離

在信息的呈現(xiàn)過程中，有時有必要用多種媒體元素來呈現(xiàn)同一知識內(nèi)容或相關(guān)知識內(nèi)容，此時，如果這些媒體元素被不明智地分隔開，就會產(chǎn)生無關(guān)性認知負荷。因為想弄懂這些信息，首先要花費精神去整合他們。這種情況在微課程多媒體課件的制作過程中，是一定要避免的，微課程時間短，學習者如果再花費時間去整合這些無關(guān)信息，就會影響其理解教師接下來所講授的內(nèi)容。

例如：在生理學課程的《生物電現(xiàn)象》知識點講授中，要讓學習者了解細胞在受到刺激后的動作電位和細胞膜內(nèi)外離子分布變化情況。折線圖比較適合顯示動作電位的變化，分時段顯示數(shù)值的方式更加直觀；動畫比較適合揭示細胞膜內(nèi)外離子的分布變化，生動的離子運動過程更適于學習者理解記憶。兩者放在同一頁面中（如圖3所示），會讓學習者快速理解伴隨電位變化的同時，離子是如何運動的，但是如果將兩者分開，學習者在理解時，就會消耗部分工作記憶空間來整合，導致無關(guān)認知負荷的產(chǎn)生。

3 增加相關(guān)性認知負荷

在問題解決練習中，變換不同的問題狀態(tài)和情境，雖然增加認知負荷，但能促進學習遷移。問題情境的變化有助于學習者識別問題及其解答方法的共同特征，分辨其中的無關(guān)特征，從而有助于圖式的建立和自動化。

例如：在物理學課程的《光的偏振》知識點講授中，將兩個偏振片重疊，轉(zhuǎn)動其中一片，重疊部分會有光線的明暗變化，表明光線的明暗變化與偏振片的偏振化方向有關(guān)。在知識點表述結(jié)束后，可以讓學習者試著運用偏振知識來詮釋生活中常見的相關(guān)現(xiàn)象，如偏光太陽鏡的鑒別。其中的一個方法就是利用液晶屏，當偏光太陽鏡放在液晶屏上時，因為液晶屏的光線是偏振光，轉(zhuǎn)動屏幕時，透過眼鏡的光線就會有明暗變化，以此來證明該太陽鏡確實是偏光鏡。通過提出類似的問題，既能使學習者加深對理論的理解，又能提高其在實踐當中的應(yīng)用能力，實現(xiàn)知識的遷移。

五 結(jié)語

微課程是目前新興的一種教學方法，短小精悍、隨時隨地是其主要的特點，在學習者的學習過程中，精心設(shè)計的微課程能夠充分利用學習者有限的注意集中時間，快速地傳遞知識，這其中多媒體課件的精心設(shè)計尤為重要。認知負荷為微課程的多媒體課件設(shè)計提出了包括知識內(nèi)容設(shè)計與界面設(shè)計等多方面的理論參考，有效控制學習者的原生性、無關(guān)性和相關(guān)性認知負荷會讓微課程更加出色，更加人性化。

編輯：李婷