認(rèn)知負(fù)荷理論：教學(xué)設(shè)計(jì)原則與策略
——兼談在健康專業(yè)教育中的應(yīng)用

杰倫J.G.范梅里恩伯爾,約翰·斯維勒鐘麗佳,盛群力,譯

(1.荷蘭馬斯特里赫大學(xué)；2.澳大利亞新南威爾士大學(xué)；3.浙江大學(xué)教育學(xué)院，浙江杭州 310028)

認(rèn)知負(fù)荷理論：教學(xué)設(shè)計(jì)原則與策略
——兼談在健康專業(yè)教育中的應(yīng)用

杰倫J.G.范梅里恩伯爾1,約翰·斯維勒2鐘麗佳3,盛群力3,譯

(1.荷蘭馬斯特里赫大學(xué)；2.澳大利亞新南威爾士大學(xué)；3.浙江大學(xué)教育學(xué)院，浙江杭州 310028)

首創(chuàng)于20世紀(jì)80年代并在不斷蓬勃發(fā)展的認(rèn)知負(fù)荷理論，對(duì)人的認(rèn)知架構(gòu)提出了新的假設(shè)。處理感覺(jué)記憶和長(zhǎng)時(shí)記憶獲得的信息，工作記憶的容量限度是不一樣的。圖式建構(gòu)和圖式熟練是學(xué)習(xí)過(guò)程的兩種基本樣式，由此需要做到減輕外在認(rèn)知負(fù)荷、調(diào)控內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷和優(yōu)化相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，這也是教學(xué)設(shè)計(jì)的總體要求。通過(guò)各種研究加以總結(jié)提煉的15條教學(xué)設(shè)計(jì)原則與策略，為提升健康教育乃至其他專業(yè)教育的教學(xué)效能提供了新的視野。這些原則與策略隨著學(xué)習(xí)者經(jīng)驗(yàn)和專長(zhǎng)的積累，會(huì)產(chǎn)生“反轉(zhuǎn)效應(yīng)”。

認(rèn)知負(fù)荷理論;綜合學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)；教學(xué)設(shè)計(jì)原則；專業(yè)教育

一、引言

認(rèn)知負(fù)荷理論(CLT)首創(chuàng)于20世紀(jì)80年代。[1]通過(guò)嚴(yán)格控制的實(shí)驗(yàn)研究，該理論旨在基于一種人類認(rèn)知架構(gòu)的模型提出教學(xué)設(shè)計(jì)的原則和策略。起初，很多一線教學(xué)工作者認(rèn)為CLT提出的教學(xué)設(shè)計(jì)原則是違反直覺(jué)的。例如，向新手學(xué)習(xí)者提供大量工作樣例而非亟待解決的問(wèn)題，這和當(dāng)時(shí)盛行的觀念是相互矛盾的，那種觀念認(rèn)為解決問(wèn)題的實(shí)踐是學(xué)會(huì)解決問(wèn)題最好的辦法。在20世紀(jì)80年代之后，這一理論又得到了進(jìn)一步深化(參見(jiàn)作者相關(guān)的綜述)。[2][3]為了防止認(rèn)知資源用于任務(wù)無(wú)關(guān)的層面，世界各地眾多的認(rèn)知理論家提出了各種基本的教學(xué)設(shè)計(jì)策略，著手思考如何應(yīng)對(duì)更復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)，如何激發(fā)學(xué)習(xí)者真正利用可獲得的認(rèn)知資源，以及如何在一個(gè)較長(zhǎng)的學(xué)習(xí)過(guò)程中考慮學(xué)習(xí)者專門技能日漸成熟的因素。

CLT在醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用正在嶄露頭角。[4][5]此外，健康專業(yè)的教學(xué)方式越來(lái)越強(qiáng)調(diào)運(yùn)用真實(shí)的任務(wù)，以期幫助學(xué)生整合知識(shí)、技能和態(tài)度,這是在專業(yè)生涯中有效地完成任務(wù)所必經(jīng)之路。[6]基于現(xiàn)實(shí)生活中的任務(wù)所設(shè)計(jì)的真實(shí)學(xué)習(xí)任務(wù)，實(shí)際上有多種不同的解決方案，通常難以在短時(shí)間內(nèi)一下子全部掌握的。鑒于CLT可能與掌握簡(jiǎn)單的任務(wù)無(wú)關(guān)，這一理論在綜合學(xué)習(xí)任務(wù)中發(fā)揮了舉足輕重的作用，因?yàn)檫@類任務(wù)對(duì)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知系統(tǒng)施加了較重的負(fù)荷。[7][8]

所以，本文所討論的基于CLT的教學(xué)設(shè)計(jì)指南，是同諸如健康專業(yè)之類的綜合任務(wù)教學(xué)密切相關(guān)的，尤其當(dāng)真實(shí)的學(xué)習(xí)任務(wù)是課程內(nèi)容中不可或缺之要?jiǎng)?wù)時(shí)更是如此。本文首先將討論CLT的認(rèn)知架構(gòu)，然后具體說(shuō)明基于這一架構(gòu)提出的主要教學(xué)設(shè)計(jì)原則和策略，并對(duì)相關(guān)的問(wèn)題加以討論。

二、認(rèn)知架構(gòu)

認(rèn)知負(fù)荷理論假設(shè)人的大腦存在著一個(gè)認(rèn)知架構(gòu)，這在認(rèn)知心理學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的研究證實(shí)，并且能從進(jìn)化論的角度予以解釋。[9]從記憶系統(tǒng)、相應(yīng)的學(xué)習(xí)過(guò)程和相關(guān)的認(rèn)知負(fù)荷類型來(lái)對(duì)認(rèn)知負(fù)荷理論作一概述。

(一)記憶系統(tǒng)

認(rèn)知負(fù)荷理論認(rèn)為：在人類認(rèn)知系統(tǒng)中，工作記憶容量很有限，只能存儲(chǔ)5-9個(gè)信息組塊(即著名的“7±2”公式)，[10]能夠同時(shí)加工的信息不超過(guò)2-4個(gè)組塊。人類有能力在幾秒鐘內(nèi)處理信息，但是除非通過(guò)復(fù)述來(lái)得以重現(xiàn)，否則所有的信息在20秒之后都會(huì)消失。該理論強(qiáng)調(diào)工作記憶容量和持續(xù)時(shí)長(zhǎng)受限只能應(yīng)用于通過(guò)感覺(jué)記憶獲取的新信息。當(dāng)處理從長(zhǎng)時(shí)記憶中提取的信息時(shí)，工作記憶的容量不受限制。實(shí)際上，正是長(zhǎng)時(shí)記憶改變了工作記憶的特征。長(zhǎng)時(shí)記憶中的認(rèn)知圖式因復(fù)雜程度和熟練程度的不同而產(chǎn)生變化。人的專長(zhǎng)來(lái)自于由這類圖式有機(jī)組織而成的知識(shí)，而不是重在對(duì)那些在長(zhǎng)時(shí)記憶中并未得到有效組織的信息進(jìn)行思考的能力。人類的工作記憶實(shí)在是沒(méi)有能力處理那么多信息。

當(dāng)學(xué)習(xí)者有意把簡(jiǎn)單的觀念同復(fù)雜的觀念相融合時(shí)，專長(zhǎng)才隨之不斷增長(zhǎng)。例如，一個(gè)醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生，逐漸將有關(guān)患病后果、引發(fā)條件和病癥的簡(jiǎn)單認(rèn)識(shí)融入所謂的“病案腳本”(這是用來(lái)表征某種特定類型圖式的一種稱呼)，對(duì)幫助大家區(qū)分相似病癥很管用。在問(wèn)題解決和推理的過(guò)程中，可以對(duì)“病案腳本”加以解釋，從而得出準(zhǔn)確的診斷。這些圖式能夠?qū)⒅R(shí)組織起來(lái)，但同時(shí)又能大大減少工作記憶負(fù)荷，因?yàn)榧幢闶欠浅?fù)雜的圖式，在工作記憶中依然是作為單一要素處理的。

完全自動(dòng)化的圖式發(fā)展是通過(guò)大量操練才得以實(shí)現(xiàn)的，也是作為一種十分有力的和有機(jī)結(jié)合的信息或知識(shí)發(fā)揮作用，這類知識(shí)需要在工作記憶中得以加工。在這種情況下，工作記憶容量是無(wú)限制的。例如，當(dāng)患者出現(xiàn)“暖休克”病癥時(shí)，一位經(jīng)驗(yàn)豐富的醫(yī)生一眼就可以看出是心臟輸出量的再次分配出了問(wèn)題。相比之下，如果缺少基于圖式的核心處理能力，工作記憶的容量就會(huì)受到限制。因此，對(duì)于一個(gè)醫(yī)學(xué)專業(yè)初學(xué)者而言，一位暖休克患者僅僅只是表現(xiàn)了一些零散無(wú)序的癥狀而已。

(二)學(xué)習(xí)過(guò)程

面對(duì)全新的、未經(jīng)組織的信息，工作記憶容量顯然要受限。因?yàn)?，隨著需要組織的信息成線性增長(zhǎng)，就會(huì)有越來(lái)越多的信息結(jié)合需要在問(wèn)題解決的過(guò)程中得到效果檢驗(yàn)。出于組合激增的緣故，基于眾多信息不同的結(jié)合可能，其效果是無(wú)法通過(guò)隨機(jī)測(cè)試得以檢驗(yàn)的。這一信息組合急劇增長(zhǎng)所導(dǎo)致的問(wèn)題，只有通過(guò)嚴(yán)格限制需要同時(shí)處理的信息單元數(shù)量來(lái)得以解決。這就是學(xué)習(xí)過(guò)程中的“圖式建構(gòu)”和“圖式熟練”，它們確保了在長(zhǎng)時(shí)記憶中的信息得以有機(jī)組織。我們可以在問(wèn)題解決過(guò)程中通過(guò)以下方式來(lái)完成圖式構(gòu)建：如把各種信息結(jié)合起來(lái)(即“組塊化”)， 將新信息融入長(zhǎng)時(shí)記憶中已有的圖式中，以及更普遍的做法是獲取他人已經(jīng)圖式化的信息。因此，圖式能夠作為工作記憶中的單一要素，這樣就大大減輕了與完成后續(xù)任務(wù)相關(guān)的認(rèn)知負(fù)荷。

已建構(gòu)的圖式如果不斷地加以應(yīng)用并獲得預(yù)期的結(jié)果，那么就會(huì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。就像圖式建構(gòu)一樣，圖式熟練也可以為其他活動(dòng)騰出工作記憶容量。因?yàn)樽詣?dòng)化的圖式具備了核心的處理能力，可以直接控制行為且無(wú)需在工作記憶中加工。由于自動(dòng)化本身需要大量的操練，所以，自動(dòng)化圖式只能針對(duì)那些在各種任務(wù)情境中都需要保持一致的業(yè)績(jī)表現(xiàn)，例如像操作醫(yī)療設(shè)備的程序和使用應(yīng)用軟件的標(biāo)準(zhǔn)程序。因而，從教學(xué)設(shè)計(jì)角度來(lái)看，精心設(shè)計(jì)的教學(xué)不僅要鼓勵(lì)圖式建構(gòu)，還要能支持那些在各種任務(wù)情境中都需要保持一致的業(yè)績(jī)表現(xiàn)形成圖式熟練。[6][11]

(三)認(rèn)知負(fù)荷類型

新信息必須在工作記憶中得以加工以便能在長(zhǎng)時(shí)記憶中進(jìn)行圖式建構(gòu)。如何能輕松地在工作記憶中加工信息是CLT關(guān)注的焦點(diǎn)。工作記憶負(fù)荷可能會(huì)受到下列因素的影響：學(xué)習(xí)任務(wù)的原生性質(zhì)(內(nèi)在負(fù)荷)、任務(wù)呈現(xiàn)的方式(外在負(fù)荷)和在處理內(nèi)在負(fù)荷時(shí)實(shí)際發(fā)生的學(xué)習(xí)行為(相關(guān)負(fù)荷)。

如果學(xué)習(xí)任務(wù)(如簡(jiǎn)化版)和學(xué)習(xí)行為本身不發(fā)生變化，內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷不會(huì)因?yàn)榻虒W(xué)干預(yù)而改變。這取決于在工作記憶中需要同時(shí)加工的信息的數(shù)量，而這個(gè)數(shù)量又是取決于學(xué)習(xí)材料或任務(wù)的元素交互性。元素交互性指的是需要學(xué)習(xí)的要素在孤立的情境中是否能夠得以理解的程度。例如，在語(yǔ)言學(xué)習(xí)領(lǐng)域，習(xí)得詞匯就是元素交互性較低的一個(gè)實(shí)例。盡管需要掌握大量的詞匯，但是大多數(shù)人都可以很快地記住簡(jiǎn)單的單詞，因?yàn)檫@些詞和其他單詞沒(méi)有交互聯(lián)系。相反，精通語(yǔ)法卻是元素交互性高的一個(gè)實(shí)例。大多數(shù)人很難寫出語(yǔ)法上完全正確的句子，盡管已經(jīng)認(rèn)識(shí)了句子中用到的所有單詞。這是因?yàn)槲覀冃枰瑫r(shí)考慮很多要素，也就是說(shuō)，要寫出一個(gè)語(yǔ)法完全正確的句子，我們必須要能用對(duì)句子中所有單詞，同時(shí)還要考慮句法、時(shí)態(tài)和動(dòng)詞詞尾的變化。

元素交互性較高的任務(wù)理解起來(lái)不易，而且會(huì)產(chǎn)生較重的認(rèn)知負(fù)荷，因?yàn)閷W(xué)習(xí)者必須同時(shí)處理較多要素。能夠促進(jìn)理解并減輕內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷的唯一方式是開(kāi)發(fā)能綜合各種元素互動(dòng)的圖式。當(dāng)然，對(duì)一個(gè)人來(lái)說(shuō)有大量的互動(dòng)元素，對(duì)另一個(gè)更有經(jīng)驗(yàn)的人來(lái)說(shuō)則是一個(gè)單一元素，因?yàn)槠湟呀?jīng)具備一個(gè)能融合上述元素的圖式。因此，通過(guò)考察具有特定等級(jí)專業(yè)水平的人所應(yīng)對(duì)的互動(dòng)元素量，能夠估算出元素交互性程度。

和內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷相比，外在認(rèn)知負(fù)荷是由教學(xué)過(guò)程施加的。例如，當(dāng)學(xué)習(xí)者必須使用嘗試錯(cuò)誤的方法或者其他“弱方法”來(lái)解決問(wèn)題時(shí)，就會(huì)任憑他們?nèi)ピ囧e(cuò)，并不提供必要的指導(dǎo)；[12]當(dāng)學(xué)生面對(duì)在地點(diǎn)和時(shí)間上未整合的信息資源，或者需要通過(guò)檢索信息來(lái)完成任務(wù)時(shí),就會(huì)加重外在認(rèn)知負(fù)荷。組成工作記憶的任意一項(xiàng)加工器超負(fù)荷都會(huì)增加外在負(fù)荷。視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)工作記憶有些部分是相互獨(dú)立的。如果在理解過(guò)程中所需的各種信息都以視覺(jué)的形式呈現(xiàn)(如文本和圖表)，這很有可能使視覺(jué)加工器超負(fù)荷；如果文本材料以口頭表達(dá)的形式呈現(xiàn)，那么就可以使部分認(rèn)知負(fù)荷轉(zhuǎn)移到聽(tīng)覺(jué)加工器上。[13]

最后，相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷指的是用于處理內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷并能促進(jìn)學(xué)習(xí)的工作記憶資源。例如，學(xué)習(xí)者通過(guò)完成一系列任務(wù)以及在歸納或者“合理抽象”過(guò)程中確認(rèn)結(jié)構(gòu)特征和表面特征來(lái)完成抽象概括，并且進(jìn)行圖式建構(gòu),以便應(yīng)對(duì)與內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷相關(guān)的互動(dòng)性元素。當(dāng)學(xué)習(xí)者將新信息與原有舊知相聯(lián)系時(shí)，也在進(jìn)行圖式建構(gòu)，也就是說(shuō)，是在精細(xì)加工過(guò)程中將新信息融入長(zhǎng)時(shí)記憶中現(xiàn)存的圖式。這些處理內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷的過(guò)程包括了與先前任務(wù)或者長(zhǎng)時(shí)記憶中可獲得的知識(shí)相聯(lián)系的要素，因此需要與相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷(即與學(xué)習(xí)直接相關(guān)的要素)相一致的工作記憶資源。

認(rèn)知負(fù)荷理論認(rèn)為：內(nèi)在負(fù)荷和外在負(fù)荷兩者呈此消彼長(zhǎng)的關(guān)系。一個(gè)問(wèn)題是否會(huì)對(duì)學(xué)生造成外在負(fù)荷這一定程度上取決于他的內(nèi)在負(fù)荷現(xiàn)狀。如果內(nèi)在負(fù)荷本身較低，此時(shí)由于不恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的外在負(fù)荷也并非一定會(huì)成為不利因素，因?yàn)楣ぷ饔洃浿械恼J(rèn)知負(fù)荷總量是限定的。事實(shí)上，研究表明為減輕外在負(fù)荷而進(jìn)行的教學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)于簡(jiǎn)單任務(wù)(即“元素互動(dòng)性較低的材料”)的學(xué)習(xí)效果微不足道。[14]此時(shí)，完全沒(méi)有必要去減輕外在負(fù)荷，因?yàn)榭梢垣@得足夠的認(rèn)知資源來(lái)應(yīng)付較低的內(nèi)在負(fù)荷。但是，對(duì)于掌握綜合任務(wù)來(lái)說(shuō)(即“元素互動(dòng)性”較高的材料)，內(nèi)在負(fù)荷和外在負(fù)荷的總量很容易超過(guò)工作記憶容量而產(chǎn)生超負(fù)荷(圖1a)。另外，如果外在負(fù)荷的減量尚且不足，則必須減輕內(nèi)在負(fù)荷為必要的學(xué)習(xí)資源加工騰出空間(圖1b)。外在認(rèn)知負(fù)荷減少的越多，就有更多的工作記憶資源可以投入內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷，也更容易歸納出相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷(圖1c)。接下來(lái)，我們將討論調(diào)控認(rèn)知負(fù)荷的設(shè)計(jì)原則。

圖1 內(nèi)在負(fù)荷和外在負(fù)荷兩者呈此消彼長(zhǎng)的關(guān)系：(a)負(fù)荷超載；(b)減輕外在負(fù)荷，阻止負(fù)荷超載；(c)增加內(nèi)在負(fù)荷，優(yōu)化相關(guān)負(fù)荷

三、教學(xué)設(shè)計(jì)要義

基于CLT的設(shè)計(jì)原則和策略旨在阻止負(fù)荷超載、優(yōu)化相關(guān)負(fù)荷以促進(jìn)學(xué)習(xí)。我們總結(jié)了有關(guān)減輕外在負(fù)荷、調(diào)控內(nèi)在負(fù)荷和優(yōu)化相關(guān)負(fù)荷的原則和策略，如表1所示。此外，這些也和“專長(zhǎng)反轉(zhuǎn)效應(yīng)”有關(guān)，這意味著對(duì)新手而言有效的原則對(duì)于富有經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)者可能并不奏效甚至起到相反作用。

(一)減輕外在負(fù)荷

Sweller等曾總結(jié)了針對(duì)新手學(xué)習(xí)者減輕外在負(fù)荷的六項(xiàng)原則。[2]

第一，自由達(dá)標(biāo)原則。建議用自由達(dá)標(biāo)任務(wù)取代常見(jiàn)任務(wù)，這是一種沒(méi)有明確規(guī)定求解目標(biāo)的任務(wù)(例如,用“針對(duì)這些癥狀找出盡可能多的病原學(xué)解釋”取代“針對(duì)這些癥狀做出可能性最大的病原學(xué)解釋”)。如果向?qū)W習(xí)者規(guī)定具體目標(biāo)，他們會(huì)從這個(gè)目標(biāo)開(kāi)始推理，并且盡力尋找具體解法來(lái)縮小給定狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)之間的差距。這種逆向探究過(guò)程產(chǎn)生了較重的外在負(fù)荷，如果解除這個(gè)具體目標(biāo)，就可以避免逆向探究從而降低外在負(fù)荷。

第二，工作樣例原則。建議使用需要學(xué)習(xí)者精心學(xué)習(xí)的工作樣例來(lái)取代常見(jiàn)任務(wù)。因?yàn)閷W(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)樣例而無(wú)需生成解決方案，這無(wú)疑減輕了由解決問(wèn)題的“弱方法”產(chǎn)生的較高外在負(fù)荷。

第三，任務(wù)補(bǔ)全原則。建議用補(bǔ)全任務(wù)取代常見(jiàn)任務(wù)，這種任務(wù)給出了部分解決方案，尚未給出的部分則由學(xué)習(xí)者自己完成。和工作樣例一樣，補(bǔ)全任務(wù)可以減輕由解決問(wèn)題的弱方法產(chǎn)生的外在負(fù)荷，給出部分解決方案縮小了問(wèn)題空間的范圍。

第四，注意聚焦原則。建議用單一、整合的信息來(lái)源取代按時(shí)間或空間分散的信息來(lái)源(例如圖片與文本說(shuō)明相配，或者設(shè)備呈現(xiàn)與操作說(shuō)明一起呈現(xiàn)等，參見(jiàn)圖2)。整合的信息源減輕了外在負(fù)荷，因?yàn)閷W(xué)習(xí)者無(wú)需再花費(fèi)力氣來(lái)整合各種來(lái)源的信息。

表1 CLT所建議的教學(xué)設(shè)計(jì)原則和策略

圖2 文本和圖片是否整合呈現(xiàn)

第五，多種通道原則。建議多采用口頭說(shuō)明文本配合諸如圖表等視覺(jué)信息呈現(xiàn)的做法(多種通道)，以此來(lái)取代書(shū)面文本配合諸如圖表等視覺(jué)信息呈現(xiàn)(單一通道)的做法。多種通道呈現(xiàn)的信息減輕了外在負(fù)荷，因?yàn)槠溆玫搅斯ぷ饔洃浿幸曈X(jué)和聽(tīng)覺(jué)兩個(gè)子系統(tǒng)，實(shí)際上也增加了可用的工作記憶容量。

第六，減少冗余原則。建議應(yīng)用單一信息源來(lái)取代相對(duì)獨(dú)立(即自我解釋)的多樣化信息源。單一信息源減輕了由于對(duì)冗余信息進(jìn)行的非必要性加工而產(chǎn)生的外在負(fù)荷。

(二)調(diào)控內(nèi)在負(fù)荷

對(duì)于非常復(fù)雜或者非良構(gòu)的任務(wù)，即便撤除了所有的外在負(fù)荷，材料的元素互動(dòng)性依然很高以至于無(wú)法順利完成學(xué)習(xí)。在這種情況下有必要減輕內(nèi)在負(fù)荷。但是，因?yàn)閮?nèi)在負(fù)荷是由學(xué)習(xí)材料的性質(zhì)和學(xué)習(xí)者專長(zhǎng)之間的互動(dòng)來(lái)決定的，如果不調(diào)整學(xué)習(xí)者的理解水平的話，這種負(fù)荷是無(wú)法改變的。為了讓學(xué)習(xí)者全面地理解材料，材料最終一定得呈現(xiàn)其完整的綜合程度。在依據(jù)元素互動(dòng)性從低到高對(duì)任務(wù)進(jìn)行排序時(shí)，分步漸進(jìn)步驟策略比一步到位步驟策略更適用，因此最好在學(xué)習(xí)的后續(xù)階段再完整呈現(xiàn)任務(wù)的綜合全貌。

Pollock等人提出了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的教學(xué)序列。[15]最初，先不要一次性呈現(xiàn)全部信息，以此來(lái)減輕內(nèi)在負(fù)荷。最好的做法是先呈現(xiàn)一些能夠得以連續(xù)加工的相對(duì)獨(dú)立的信息元素。但是到了后來(lái)，就要一次性呈現(xiàn)了全部信息，包括元素之間的互動(dòng)因素。正如先前假設(shè)的那樣，盡管在最初的教學(xué)中，當(dāng)信息以相對(duì)獨(dú)立的形式呈現(xiàn)時(shí)，學(xué)習(xí)者的理解層次較低，但是這種不足在后續(xù)教學(xué)中會(huì)得到彌補(bǔ)，因?yàn)榇藭r(shí)全部的互動(dòng)性元素均已到位。所以，如果一次性呈現(xiàn)全部的互動(dòng)性元素，這樣做效果反而適得其反，抑制理解；遠(yuǎn)不如先呈現(xiàn)相對(duì)獨(dú)立的元素，再呈現(xiàn)全部元素之間的互動(dòng)因素，這樣倒是事半功倍，加深理解。

控制學(xué)習(xí)情境的逼真度是逐漸增加互動(dòng)性元素?cái)?shù)量的另一種做法，因?yàn)楦弑普娑拳h(huán)境比低逼真度環(huán)境包含更多的互動(dòng)性元素。[6]例如，盡管醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生可能要學(xué)習(xí)如何在第一時(shí)間診斷一些難以確診的病例(如慢性腰痛)，他們不應(yīng)該一開(kāi)始就從真實(shí)的患者那里問(wèn)診。最好從低逼真度模擬教學(xué)開(kāi)始試水(比如教材中的案例或者對(duì)潛在患者的病例描述)，然后進(jìn)入中等逼真度的模擬(例如計(jì)算機(jī)模擬患者或者由同學(xué)扮演模擬患者)，再進(jìn)入高逼真度模擬(例如由演員扮演模擬患者)，最后終結(jié)于某個(gè)真實(shí)的情境(例如在醫(yī)院實(shí)習(xí)時(shí)遇到的真實(shí)患者。參見(jiàn)文獻(xiàn)中的實(shí)例說(shuō)明)[16]

(三)增加內(nèi)在負(fù)荷以優(yōu)化相關(guān)負(fù)荷

減輕認(rèn)知內(nèi)在負(fù)荷確實(shí)阻止了認(rèn)知超載現(xiàn)象，并且騰出了更多的加工資源以用于真正的學(xué)習(xí)過(guò)程。不過(guò)，有時(shí)候增加內(nèi)在負(fù)荷以提升相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷則是一種更理想的方式。

Paas和 van Merriёnboer率先將學(xué)習(xí)任務(wù)的變式度與相關(guān)負(fù)荷相聯(lián)系，這是第一個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)原則。[17]任務(wù)情境的變式度有利于學(xué)習(xí)者進(jìn)行圖式建構(gòu)，因?yàn)檫@樣做促使了他們更容易識(shí)別相同特征，并區(qū)分相關(guān)特征和無(wú)關(guān)特征。例如，當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)有機(jī)體酸堿平衡時(shí)，在設(shè)計(jì)不同的學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)應(yīng)該將此概念與如下信息相聯(lián)系：換氣過(guò)度或通氣不足，過(guò)量服用阿司匹林，不揮發(fā)酸在大量嘔吐中損失等等。這一系列變化頻繁的任務(wù)或者解決方案，能夠幫助學(xué)習(xí)者決定已經(jīng)構(gòu)建的圖式可在哪些范圍中得以應(yīng)用。提升變式度增強(qiáng)了內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷。學(xué)生必須學(xué)會(huì)如何將問(wèn)題進(jìn)行合理歸類，這是任務(wù)在變式度較低的情境中被忽略的一個(gè)重要層面。

第二個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)原則考慮了情境干擾和變式度之間的緊密聯(lián)系。如果相鄰的兩個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)要求學(xué)習(xí)者操練的是完全相同的技能，那么情境干擾度就低，如果相鄰的學(xué)習(xí)任務(wù)要求學(xué)習(xí)者操練的是不同的技能，那么情境干擾度就高。Merriёnboer等將帶有較高情境干擾度的隨機(jī)練習(xí)進(jìn)度表(例如BCBAABCCA)與帶有較低情境干預(yù)度整組練習(xí)進(jìn)度表(例如AAABBBCCC)進(jìn)行比較。[18]正如我們所期望的那樣，高情境干擾度通過(guò)增加任務(wù)練習(xí)中的相關(guān)負(fù)荷(即包括那些和相鄰任務(wù)相關(guān)的元素)而加重了內(nèi)在負(fù)荷，由此改進(jìn)了學(xué)業(yè)表現(xiàn)。

第三個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)原則是和所謂的自我解釋效應(yīng)相關(guān)。自我解釋概念過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)在負(fù)荷和相關(guān)負(fù)荷比簡(jiǎn)單加工信息過(guò)程中產(chǎn)生的負(fù)荷要高得多。因?yàn)榛?dòng)性元素的數(shù)量通過(guò)納入長(zhǎng)時(shí)記憶中的先前舊知得到了大幅度增長(zhǎng)。Stark等研究了工作樣例的學(xué)習(xí)。[19]他們發(fā)現(xiàn)對(duì)樣例進(jìn)行有效的精細(xì)加工，確實(shí)和較高的相關(guān)負(fù)荷有關(guān)，由此改進(jìn)了學(xué)業(yè)表現(xiàn)。

(四)專長(zhǎng)反轉(zhuǎn)效應(yīng)

當(dāng)CLT應(yīng)用到長(zhǎng)期的課程內(nèi)容學(xué)習(xí)時(shí)，出現(xiàn)了一個(gè)特別相關(guān)的互動(dòng)效應(yīng)，這就是“專長(zhǎng)反轉(zhuǎn)效應(yīng)”(參見(jiàn)相關(guān)的文獻(xiàn)評(píng)述)。[20]這種效應(yīng)是一些基本認(rèn)知負(fù)荷影響和各種層次的專長(zhǎng)水平之間的互動(dòng)。當(dāng)教學(xué)方式對(duì)于新手學(xué)習(xí)者有效而對(duì)于知識(shí)豐富的學(xué)習(xí)者無(wú)效甚至起反作用時(shí)，就可以看到這種專長(zhǎng)反轉(zhuǎn)效應(yīng)。因此，在對(duì)教學(xué)方式進(jìn)行排序時(shí)要采取分步到位策略，這樣才能充分適應(yīng)學(xué)習(xí)者專長(zhǎng)水平增長(zhǎng)帶來(lái)的變化。

Kalyuga 等證明，隨著專長(zhǎng)提升，工作樣例效應(yīng)起先并不起作用，而后則會(huì)起反作用。[21]對(duì)于先知豐富的學(xué)習(xí)者而言，工作樣例是多余的，這樣做只是強(qiáng)加了外在負(fù)荷。這些結(jié)論意味著理想的培訓(xùn)計(jì)劃應(yīng)始于搞懂工作樣例，然后逐漸地過(guò)渡到常見(jiàn)任務(wù)。Van Merriёnboer引進(jìn)了“任務(wù)補(bǔ)全策略”來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)：培訓(xùn)始于包括所有解決步驟的完整工作樣例，然后過(guò)渡到一組補(bǔ)全任務(wù)，逐漸提供越來(lái)越少的必要步驟，最終以常見(jiàn)任務(wù)結(jié)束培訓(xùn)，要求學(xué)生自己得出所有的必要步驟。[22]新近研究表明第一階段可以進(jìn)一步分為兩個(gè)子階段，第一子階段主要學(xué)習(xí)“過(guò)程導(dǎo)向型”工作樣例，第二子階段主要學(xué)習(xí)“產(chǎn)品導(dǎo)向型”工作樣例。[23]

Renkl and Atkinson和Atkinson等總結(jié)了有關(guān)運(yùn)用任務(wù)補(bǔ)全策略的研究或者另一項(xiàng)稱之為運(yùn)用“撤除指導(dǎo)程序”的研究，這都是指隨著學(xué)習(xí)者專長(zhǎng)提升逐漸降低對(duì)其支持和指導(dǎo)的力度。[24][25]他們得出結(jié)論，在獲得技能的各個(gè)階段，任務(wù)補(bǔ)全策略和撤除指導(dǎo)策略對(duì)于控制認(rèn)知負(fù)荷都是有效的，和傳統(tǒng)的例題——解題成對(duì)出現(xiàn)相比，這樣的策略能夠產(chǎn)生更好的學(xué)業(yè)結(jié)果。

專長(zhǎng)反轉(zhuǎn)效應(yīng)還體現(xiàn)在注意聚焦原則和多種通道原則中。Kalyuga 等證明了針對(duì)新手學(xué)習(xí)者的注意聚焦效應(yīng)。[26]隨著專長(zhǎng)提升，綜合性條件的優(yōu)勢(shì)起初消失了，當(dāng)相互分離的條件優(yōu)于綜合性條件時(shí)，這種優(yōu)勢(shì)反而會(huì)被反轉(zhuǎn)。對(duì)于經(jīng)驗(yàn)豐富的學(xué)習(xí)者而言，文本是多余的。Kalyuga等發(fā)現(xiàn)，對(duì)于新手學(xué)習(xí)者而言，雙通道、視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)呈現(xiàn)要優(yōu)于純視覺(jué)呈現(xiàn)，由此表現(xiàn)出多種通道效應(yīng)。[27]但是，隨著學(xué)習(xí)者經(jīng)驗(yàn)逐漸豐富起來(lái)，聽(tīng)覺(jué)通道就變得多余了，最好能夠及時(shí)撤除。

四、結(jié)語(yǔ)

以上我們討論了CLT倡導(dǎo)的認(rèn)知架構(gòu)以及在近20年中得以提出的主要教學(xué)設(shè)計(jì)要義。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)要義和認(rèn)知架構(gòu)之間存在著密切聯(lián)系，我們也相信CLT的應(yīng)用能夠產(chǎn)生與人類認(rèn)知加工過(guò)程相協(xié)調(diào)的有效教學(xué)。重在可重復(fù)和可控制的實(shí)驗(yàn)研究而進(jìn)行的嚴(yán)格測(cè)試，這是CLT的特色所在。CLT的當(dāng)前研究予以關(guān)注的各種問(wèn)題有：認(rèn)知負(fù)荷測(cè)量、[28][29]適應(yīng)性教學(xué)[30]和自導(dǎo)學(xué)習(xí)等。[31]上述研究方向以及其他焦點(diǎn)是新的亮點(diǎn)，會(huì)推進(jìn)CLT深入發(fā)展。

(Jeroen J G van Merriёnboer & John Sweller,Cognitive load theory in health professional education:design principles and strategies[J].Medical Education,2010(44):85-93,本文翻譯已經(jīng)作者授權(quán)。)

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(責(zé)任編輯 陳育/校對(duì) 云月)

The Principles and Strategies of Cognitive Load Theoryand its Application in Health Professions Education

(Netherlands)Jeroen J．G．van Merrinboer1,John Sweller2,(Translator) ZHONG Li-jia3,SHENG Qun-li3

(1.Maastricht University,Netherlands;2.University of New South Wales,Australia;3.School of Education,Zhejiang University,Hangzhou,Zhejiang,310028,PRC)

Cognitive load theory,generated in the 1980s and now undergoing rapid development,puts forward new assumptions of the cognitive architecture of human beings.The capacity of working memory differs in processing the information gained through sensory memory and long term memory.As constructing schema and familiarizing schema are the two basic modes of learning,extraneous cognitive load should be reduced,and intrinsic cognitive load should be monitored.Meanwhile,the relevant cognitive load needs to be optimized.This is the overall rule for instructional design.The 15 principles and strategies for instructional design generated out of various studies open up a new horizon for education in general and health professions education in particular.With the accumulation of learners’ experience and expertise,these principles and strategies will produce“reversal effect”.

cognitive load theory;the design of complex learning;principles of instructional design;professional education

2015-10-20

杰倫·范梅里恩伯爾(Jeroen J.G.van Merriёnboer)，荷蘭馬斯特里赫大學(xué)教授，當(dāng)代國(guó)際著名教學(xué)設(shè)計(jì)專家，綜合學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)(四元教學(xué)設(shè)計(jì))模式開(kāi)創(chuàng)者；約翰·斯維勒(John Sweller)，澳大利亞新南威爾士大學(xué)教授，當(dāng)代國(guó)際著名學(xué)習(xí)科學(xué)專家，認(rèn)知負(fù)荷理論開(kāi)創(chuàng)者

[譯者簡(jiǎn)介]鐘麗佳，女，浙江大學(xué)教育學(xué)院博士研究生；盛群力(1957—)，男，上海崇明人，浙江大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，主要從事教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)技術(shù)研究

G 420;G 40-056

A

1674-5779(2015)06-0028-08