泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)中認(rèn)知負(fù)荷的產(chǎn)生及其優(yōu)化控制*

付道明

(韓山師范學(xué)院 教育科學(xué)學(xué)院，廣東 潮州 521041)

泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)中認(rèn)知負(fù)荷的產(chǎn)生及其優(yōu)化控制*

付道明

(韓山師范學(xué)院 教育科學(xué)學(xué)院，廣東 潮州 521041)

學(xué)習(xí)者通過超媒體學(xué)習(xí)時，認(rèn)知負(fù)荷與知識獲取之間呈顯著相關(guān)性。泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)通過上下文感知系統(tǒng)增加人機(jī)信息流，但同時不可避免地增加了人們對于信息過載的恐懼感和認(rèn)知負(fù)荷量。該研究在認(rèn)知負(fù)荷理論的基礎(chǔ)上分析了泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)中認(rèn)知負(fù)荷的產(chǎn)生，構(gòu)建了泛在學(xué)習(xí)中認(rèn)知負(fù)荷的結(jié)構(gòu)模型，并基于信息呈現(xiàn)方式的設(shè)計提出認(rèn)知負(fù)荷優(yōu)化控制的策略和方法。

泛在學(xué)習(xí)；認(rèn)知負(fù)荷；優(yōu)化控制；結(jié)構(gòu)模型；信息呈現(xiàn)

人們對未來計算模式的一種普遍觀點(diǎn)是人機(jī)交互將由桌面交互向環(huán)境交互發(fā)展。普適傳感系統(tǒng)可以持續(xù)觀察人們的活動并提示上下文。這種上下文將為人們在需要的時間和場所顯示信息。研究人員希望通過這樣的上下文感知系統(tǒng)增加人機(jī)信息流，而不是增加人們對于信息過載的恐懼感[1]。大量的研究表明，認(rèn)知負(fù)荷是學(xué)習(xí)效果與學(xué)習(xí)效率的重要影響因素之一。因此，從認(rèn)知負(fù)荷理論的角度來審視泛在學(xué)習(xí)環(huán)境并對學(xué)習(xí)者認(rèn)知負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化控制，根據(jù)信息加工的特點(diǎn)來指導(dǎo)信息呈現(xiàn)方式有助于更好地建設(shè)泛在學(xué)習(xí)環(huán)境，對提升泛在學(xué)習(xí)績效有著重要的意義。

一、研究概述

(一)認(rèn)知負(fù)荷理論

1988年，澳大利亞教育心理學(xué)家John Sweller首次提出了認(rèn)知負(fù)荷理論(Cognitive Load Theory)。John Sweller等指出，認(rèn)知負(fù)荷是指人在完成任務(wù)過程中進(jìn)行信息加工所需要的認(rèn)知資源的總量，是學(xué)習(xí)者為了完成認(rèn)知任務(wù)，在工作記憶上進(jìn)行信息存儲、信息提取和信息加工處理等一系列心智活動所需的全部心智能量。認(rèn)知負(fù)荷理論的主要目的是盡量減少阻礙學(xué)習(xí)的認(rèn)知負(fù)荷、優(yōu)化促進(jìn)學(xué)習(xí)的認(rèn)知負(fù)荷，使學(xué)習(xí)者能夠合理地使用有限的認(rèn)知資源，以實現(xiàn)最佳的學(xué)習(xí)效果[2]。

根據(jù)Sweller的理論，認(rèn)知負(fù)荷主要有三個影響因素，即學(xué)習(xí)的復(fù)雜性、學(xué)習(xí)的組織呈現(xiàn)方式和個人經(jīng)驗水平。內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷產(chǎn)生的根源在于學(xué)習(xí)材料本身，如知識的結(jié)構(gòu)、難易程度等，與學(xué)習(xí)內(nèi)容之間聯(lián)系的復(fù)雜程度有關(guān)。外在認(rèn)知負(fù)荷與學(xué)習(xí)的組織呈現(xiàn)方式密切相關(guān)，通常是由不正確的信息呈現(xiàn)方式造成的。如果信息呈現(xiàn)方式符合學(xué)習(xí)者認(rèn)知規(guī)律，則可以有效減少外在認(rèn)知負(fù)荷。

(二)目前泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)的不成熟產(chǎn)生的認(rèn)知負(fù)荷

泛在學(xué)習(xí)(Ubiquitous Learning)是由普適計算技術(shù)支持的、以人們能夠自由自在地進(jìn)行信息的獲取與處理，使得學(xué)習(xí)者能夠在任何時間、任何地點(diǎn)、以任何方式獲取合適的學(xué)習(xí)資源或?qū)W習(xí)服務(wù)。在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)者首先必須掌握計算機(jī)操作技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)瀏覽技術(shù)。這在無形中增加學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷，嚴(yán)重的時候還會使學(xué)習(xí)者產(chǎn)生莫名的挫敗感，注意力分散，失去學(xué)習(xí)的動力。而泛在學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)習(xí)者將不再需要花費(fèi)精力去學(xué)習(xí)計算機(jī)的使用方法，它們已經(jīng)自然地融入了我們的日常生活。就像當(dāng)你走向感應(yīng)門時門會自動打開一樣，你會覺得這是很自然的一件事，而不會去刻意了解計算機(jī)在其中發(fā)揮的作用。也就是說，泛在學(xué)習(xí)環(huán)境中的學(xué)習(xí)是以學(xué)習(xí)者為中心的，以學(xué)習(xí)任務(wù)為主要目標(biāo)。就像Mark Weiser所說的，“技術(shù)可以支持學(xué)習(xí)，但不應(yīng)該干擾學(xué)習(xí)?！睆?fù)雜的技術(shù)操作將會變成一種自然的存在，使學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)擔(dān)不再額外增加，注意力集中在學(xué)習(xí)內(nèi)容上，在輕松愉快的氛圍中完成自己的學(xué)習(xí)任務(wù)。

泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，信息呈現(xiàn)直接決定了泛在學(xué)習(xí)者能否有效地獲取自己所需要的信息，同時也影響到學(xué)習(xí)者后期對信息的進(jìn)一步加工、存儲和提取，并最終影響學(xué)習(xí)效果。泛在學(xué)習(xí)的泛在性和情景感知能力使它區(qū)別于其他學(xué)習(xí)方式，也就是說它能最大限度地利用學(xué)習(xí)者周邊的環(huán)境和學(xué)習(xí)者所使用的學(xué)習(xí)工具，同時根據(jù)學(xué)習(xí)者已記錄在數(shù)據(jù)庫中的個人信息特征，通過一系列算法分析準(zhǔn)確理解學(xué)習(xí)者當(dāng)前的學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)需求，從而以合適的信息呈現(xiàn)方式為學(xué)習(xí)者推送恰當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)內(nèi)容和服務(wù)，產(chǎn)生有效學(xué)習(xí)行為。這就要求泛在學(xué)習(xí)平臺具有極高的智能判斷能力，準(zhǔn)確識別學(xué)習(xí)者的意圖。然而由于資金、技術(shù)、管理等多方面的現(xiàn)實問題，目前泛在學(xué)習(xí)仍在小規(guī)模實驗的道路上摸索著。泛在學(xué)習(xí)信息個性化呈現(xiàn)的學(xué)習(xí)平臺相對比較少見，大多數(shù)相關(guān)的應(yīng)用都只是重視學(xué)習(xí)平臺的開發(fā)和學(xué)習(xí)資源的整合，對學(xué)習(xí)者本身的認(rèn)知水平和認(rèn)知能力研究不足，存在學(xué)習(xí)支持不足、平臺智能性不強(qiáng)、信息推送形式單一、課程內(nèi)容陳舊死板等缺陷，在無形中增加學(xué)習(xí)者額外的認(rèn)知負(fù)荷。這些平臺并沒有做到泛在學(xué)習(xí)所強(qiáng)調(diào)的根據(jù)學(xué)習(xí)者的個人信息特征和周圍學(xué)習(xí)情境提供個性化學(xué)習(xí)服務(wù)。

(三)認(rèn)知負(fù)荷的優(yōu)化控制在泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)中產(chǎn)生積極的作用

根據(jù)信息加工理論的觀點(diǎn)，在泛在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)者在信息加工時額外需要掌握的知識越多，其占用工作記憶容量的比例就越高，所導(dǎo)致的認(rèn)知負(fù)荷量就會越高，從而影響學(xué)習(xí)績效。因此，在泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，要使學(xué)習(xí)者獲得最佳的學(xué)習(xí)效果，就必須對系統(tǒng)產(chǎn)生的認(rèn)知負(fù)荷加以有效控制。

首先，對于外在認(rèn)知負(fù)荷的優(yōu)化控制可以有效降低由于泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)操作性知識給學(xué)習(xí)者造成的額外負(fù)擔(dān)。與普通學(xué)習(xí)系統(tǒng)不同，泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的外在認(rèn)知負(fù)荷并不是越低越好。由于泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)的知識呈現(xiàn)以視聽覺信息和交互信息為主，豐富的多通道信息在帶來額外的外在認(rèn)知負(fù)荷的同時，也將激發(fā)泛在學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣。因此，對于泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的外在認(rèn)知負(fù)荷的優(yōu)化控制應(yīng)根據(jù)具體的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

其次，內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷的降低將使得泛在學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)績效有效提升。在泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，采用碎片化的知識呈現(xiàn)設(shè)計，使得學(xué)習(xí)材料的復(fù)雜性有效降低，從而減少內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷對于學(xué)習(xí)者的影響。

最后，對于相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷的調(diào)控可以有效降低對學(xué)習(xí)者的影響。在泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷會受到外在和內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷高低的影響，在適當(dāng)?shù)耐庠谡J(rèn)知負(fù)荷和較低的內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷的基礎(chǔ)上，有效調(diào)控相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，使得學(xué)習(xí)者可以將更多的認(rèn)知資源運(yùn)用到相關(guān)加工上，可以有效提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)績效。

二、泛在學(xué)習(xí)中認(rèn)知負(fù)荷的產(chǎn)生及其結(jié)構(gòu)模型

Paas等人針對樣例和幾何問題解決技能的轉(zhuǎn)換首次建構(gòu)了認(rèn)知負(fù)荷的結(jié)構(gòu)模型[3]，并提出學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷的產(chǎn)生是由學(xué)習(xí)任務(wù)、學(xué)習(xí)者以及學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)者的相互作用這三個因素引起的。根據(jù)Paas的模型，我們認(rèn)為泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)中學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)者個體差異是影響認(rèn)知負(fù)荷產(chǎn)生的兩個重要的因素，同時學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)環(huán)境的相互作用也是產(chǎn)生認(rèn)知負(fù)荷的重要方面。在泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)表現(xiàn)(結(jié)果)是衡量認(rèn)知負(fù)荷的量化的指標(biāo)。同時，學(xué)習(xí)者因認(rèn)知加工而投入的心理努力的大小即心理負(fù)荷直接受學(xué)習(xí)任務(wù)的影響而產(chǎn)生，學(xué)習(xí)者個體投入的認(rèn)知資源的量的多少形成了不同大小的心理努力。

(一)泛在學(xué)習(xí)的生成

美國著名教育心理學(xué)家梅耶(Richard E.Mayer)與其合作者在結(jié)合認(rèn)知心理學(xué)有關(guān)信息加工理論和100多個實驗研究的基礎(chǔ)上，提煉出著名的多媒體學(xué)習(xí)生成理論模型[4][5]，如圖1所示。

圖1 Richard E.Mayer的多媒體學(xué)習(xí)生成理論模型

泛在學(xué)習(xí)是以多媒體學(xué)習(xí)和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)為主要形式的一種學(xué)習(xí)形態(tài)，因此根據(jù)梅耶提出的生成模型的多通道假設(shè)、工作記憶有限性假設(shè)以及積極加工假設(shè)，我們認(rèn)為：

1.學(xué)習(xí)者在有效性泛在學(xué)習(xí)活動中主要通過聲音、語言通道對隨時隨地的環(huán)境中進(jìn)入到自身認(rèn)知系統(tǒng)的聽覺語言信息進(jìn)行加工和處理?？谡Z語言以聲音的形式進(jìn)入學(xué)習(xí)者聽覺系統(tǒng)并以詞語的形式得到信息加工，其信息加工過程主要包括“選擇音頻—組織音頻—形成聽覺性模型”。

2.圖形圖像等視覺信息通過學(xué)習(xí)者的眼睛進(jìn)入認(rèn)知系統(tǒng)，并以圖像的形式進(jìn)行知識的生成，其信息加工過程主要包括“選擇圖像—組織文本—形成視覺性模型”。

3.文本性信息仍然通過學(xué)習(xí)者的眼睛進(jìn)入認(rèn)知系統(tǒng)，學(xué)習(xí)者轉(zhuǎn)換、整合已有文本庫從而生成新的文本性語言知識和經(jīng)驗，其認(rèn)知加工過程主要包括“選擇文本—組織文本—形成文本性模型”。

由圖2可以看出，泛在學(xué)習(xí)包括三個基本環(huán)節(jié)：一是選擇。學(xué)習(xí)者需要使用視聽覺信息加工系統(tǒng)對信息進(jìn)行選擇；二是組織。當(dāng)學(xué)習(xí)者完成對信息的選擇性注意之后，需要將經(jīng)過選擇編碼的信息組合起來；三是整合。在構(gòu)建了基于視聽覺的心理模型之后，學(xué)習(xí)者需要在兩類表征之間建立聯(lián)系，進(jìn)行整合，進(jìn)而完成有意義的泛在學(xué)習(xí)。

圖2 泛在學(xué)習(xí)的生成模型

(二)泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)中認(rèn)知負(fù)荷的結(jié)構(gòu)模型

隨著多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，Mayer、Heiser、 Lonn以及Moreno等人在21世紀(jì)初開始嘗試研究多媒體學(xué)習(xí)和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論[6][7]?？偟膩砜?，以多媒體學(xué)習(xí)和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的泛在學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論研究，主要形成了雙通道假設(shè)、容量有限假設(shè)和積極加工假設(shè)三個理論流派。雙通道假設(shè)流派認(rèn)為，學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷主要產(chǎn)生于視覺和聽覺兩個信息通道的信息加工過程中；容量有限假設(shè)流派認(rèn)為，學(xué)習(xí)者的信息加工不能區(qū)分為哪一個通道，其信息加工的量是有限的，在多媒體信息加工過程中，學(xué)習(xí)者將產(chǎn)生認(rèn)知負(fù)荷，并通過元認(rèn)知策略來優(yōu)化控制認(rèn)知負(fù)荷并分配認(rèn)知資源；積極加工流派認(rèn)為，學(xué)習(xí)者在多媒體信息加工過程中，學(xué)習(xí)者積極投入認(rèn)知加工過程、優(yōu)化控制認(rèn)知負(fù)荷，并最終建立相關(guān)知識的心理表征。

筆者依據(jù)認(rèn)知負(fù)荷理論和泛在學(xué)習(xí)認(rèn)知理論構(gòu)建泛在學(xué)習(xí)中認(rèn)知負(fù)荷的結(jié)構(gòu)模型，如圖3所示。模型側(cè)重解釋泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)中認(rèn)知負(fù)荷產(chǎn)生的原因及其結(jié)果的呈現(xiàn)。從模型中可以看出，泛在學(xué)習(xí)中的認(rèn)知負(fù)荷由泛在學(xué)習(xí)環(huán)境(學(xué)習(xí)任務(wù))、泛在學(xué)習(xí)者特征以及泛在學(xué)習(xí)環(huán)境與泛在學(xué)習(xí)者的交互作用所產(chǎn)生。

圖3 泛在學(xué)習(xí)中認(rèn)知負(fù)荷的結(jié)構(gòu)模型

1.多通道呈現(xiàn)泛在時代的知識

泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)以多媒體學(xué)習(xí)和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，存在視覺信息呈現(xiàn)、聽覺信息呈現(xiàn)、交互信息呈現(xiàn)以及多感官信息呈現(xiàn)等多個通道。系統(tǒng)傳遞真實世界、文字世界以及虛擬世界的信息，并在多通道傳遞過程中產(chǎn)生學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷。因此，教學(xué)信息的呈現(xiàn)方式控制是影響學(xué)習(xí)者認(rèn)知負(fù)荷的重要因素。

2.泛在學(xué)習(xí)材料與教學(xué)信息的整合形成泛在學(xué)習(xí)環(huán)境(學(xué)習(xí)任務(wù))

泛在學(xué)習(xí)材料由于受到學(xué)習(xí)材料的復(fù)雜程度、性質(zhì)以及系統(tǒng)呈現(xiàn)知識的類型等因素影響，會對學(xué)習(xí)者產(chǎn)生認(rèn)知負(fù)荷。隨時隨地的學(xué)習(xí)方式改變了傳統(tǒng)學(xué)習(xí)的信息呈現(xiàn)方式和對學(xué)習(xí)材料的組織方式，因此在學(xué)習(xí)過程中會產(chǎn)生一些對學(xué)習(xí)沒有直接貢獻(xiàn)的心理活動，造成學(xué)習(xí)者的信息過載，形成無效認(rèn)知負(fù)荷。如泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)中常常以各種交互方式給學(xué)習(xí)者呈現(xiàn)信息，并根據(jù)學(xué)習(xí)者的位置信息智能感知學(xué)習(xí)需求，并為學(xué)習(xí)者推送信息，而這些交互信息產(chǎn)生的冗余信息就會給學(xué)習(xí)者造成額外的外在認(rèn)知負(fù)荷，降低學(xué)習(xí)效率。因此，在優(yōu)化控制系統(tǒng)中的認(rèn)知負(fù)荷時，應(yīng)注重整合的泛在學(xué)習(xí)環(huán)境(學(xué)習(xí)任務(wù))設(shè)計。

3.泛在學(xué)習(xí)者個體特征因素

學(xué)習(xí)者個體特征因素(包括智力因素和非智力因素)是影響學(xué)習(xí)績效的關(guān)鍵要素之一。學(xué)習(xí)材料復(fù)雜程度與學(xué)習(xí)者先前知識之間的關(guān)系，決定了學(xué)習(xí)者內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷的大小。通過提高學(xué)習(xí)者泛在學(xué)習(xí)能力，如信息加工能力、信息鑒別能力、網(wǎng)上交流能力、網(wǎng)上學(xué)習(xí)注意力、學(xué)習(xí)輔助能力、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)時間管理能力以及應(yīng)對考試能力等，可以提高學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)系統(tǒng)中學(xué)習(xí)效率，提高學(xué)習(xí)者的非智力因素如泛在學(xué)習(xí)興趣、動機(jī)以及態(tài)度等，有效控制認(rèn)知負(fù)荷量。

4.認(rèn)知負(fù)荷優(yōu)化控制

Zumbach等學(xué)者的研究表明，學(xué)習(xí)者通過超媒體學(xué)習(xí)時，認(rèn)知負(fù)荷與知識獲取之間呈顯著相關(guān)性。同時，認(rèn)知負(fù)荷評價的提高與學(xué)習(xí)結(jié)果的降低有關(guān)[8]。在泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，要使學(xué)習(xí)者獲得最佳的學(xué)習(xí)效果，就必須對系統(tǒng)產(chǎn)生的認(rèn)知負(fù)荷加以有效控制:(1)系統(tǒng)中外在認(rèn)知負(fù)荷的優(yōu)化控制可以有效降低由于泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)操作性知識給學(xué)習(xí)者造成的額外負(fù)擔(dān)，適當(dāng)?shù)耐庠谡J(rèn)知負(fù)荷量將有效激發(fā)泛在學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣；(2)有效降低學(xué)習(xí)材料的復(fù)雜程度將使得學(xué)習(xí)者內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷得以降低，從而改善學(xué)習(xí)效果減少內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷對于學(xué)習(xí)者的影響；(3)在適當(dāng)?shù)耐庠谡J(rèn)知負(fù)荷和較低的內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷的基礎(chǔ)上，有效調(diào)控相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，可以使得學(xué)習(xí)者將更多的認(rèn)知資源運(yùn)用到相關(guān)加工上，有效提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)績效。

5.泛在學(xué)習(xí)結(jié)果的產(chǎn)生

一般認(rèn)為，認(rèn)知負(fù)荷的優(yōu)化控制可以產(chǎn)生學(xué)習(xí)者良好的生理狀態(tài)、良好的學(xué)習(xí)行為、良好的學(xué)習(xí)績效以及適當(dāng)?shù)恼J(rèn)知負(fù)荷量：(1)從學(xué)習(xí)者生理狀態(tài)來看，過高的認(rèn)知負(fù)荷量會使得泛在學(xué)習(xí)者產(chǎn)生過高的學(xué)習(xí)心理負(fù)擔(dān)，從而妨礙學(xué)習(xí)結(jié)果。同時，過低的認(rèn)知負(fù)荷會讓學(xué)習(xí)者失去學(xué)習(xí)動力；(2)從學(xué)習(xí)行為角度來看，認(rèn)知負(fù)荷的優(yōu)化控制將形成泛在學(xué)習(xí)者的良好的認(rèn)知風(fēng)格、認(rèn)知能力和智力發(fā)展；(3)認(rèn)知負(fù)荷與泛在學(xué)習(xí)者的知識獲得呈顯著相關(guān)，適當(dāng)?shù)恼J(rèn)知負(fù)荷將產(chǎn)生良好的學(xué)習(xí)績效。

三、泛在學(xué)習(xí)中認(rèn)知負(fù)荷的優(yōu)化控制——基于信息呈現(xiàn)的設(shè)計

就本質(zhì)而言，泛在學(xué)習(xí)與其他學(xué)習(xí)方式一樣，都是把外在認(rèn)知負(fù)荷轉(zhuǎn)化為相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷。在泛在學(xué)習(xí)環(huán)境中，恰當(dāng)?shù)男畔⒊尸F(xiàn)方式能提高學(xué)習(xí)者注意力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，在降低學(xué)習(xí)者的外在認(rèn)知負(fù)荷的同時增加相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷。下面我們將從認(rèn)知負(fù)荷理論的角度出發(fā)，著重探討如何優(yōu)化泛在學(xué)習(xí)環(huán)境中的信息呈現(xiàn)方式，減少多余的認(rèn)知負(fù)荷。

在泛在學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計的時候，課程開發(fā)者通常需要考慮：學(xué)習(xí)者本身的認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)內(nèi)容的選取和組織形式以及符合學(xué)習(xí)者認(rèn)知規(guī)律和學(xué)習(xí)內(nèi)容所決定的媒體類型，這三者通常會相互影響，最終決定泛在學(xué)習(xí)的信息呈現(xiàn)。在泛在學(xué)習(xí)環(huán)境的教學(xué)設(shè)計中，要把學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)內(nèi)容與媒體類型三者的特征和相互關(guān)系作為研究的重點(diǎn)，從而尋找能夠合理有效組織呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容的正確方法。從信息呈現(xiàn)影響因素的概念圖中可以看出(如下頁圖4所示)，在泛在學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計過程中，可以以學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)內(nèi)容或媒體類型這其中一個因素作為設(shè)計的基礎(chǔ)，與此同時合理運(yùn)用另外兩個因素的特征以及相互之間的影響來進(jìn)行教學(xué)設(shè)計。但是，考慮到泛在學(xué)習(xí)“以學(xué)習(xí)者為中心”這個本質(zhì)特點(diǎn)，與其他學(xué)習(xí)方式有所不同：在泛在學(xué)習(xí)環(huán)境下，學(xué)習(xí)是一種自發(fā)行為，學(xué)習(xí)者可以主動地進(jìn)行學(xué)習(xí)并且愉快地享受著學(xué)習(xí)過程。所以在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計時，學(xué)習(xí)者是整個教學(xué)設(shè)計過程的核心，通過分析學(xué)習(xí)者的認(rèn)知特征以及對各種媒體類型的認(rèn)知水平，合理安排學(xué)習(xí)內(nèi)容的呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)，盡最大努力降低學(xué)習(xí)者在泛在學(xué)習(xí)環(huán)境中產(chǎn)生的多余認(rèn)知負(fù)荷，提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果。

圖4 信息呈現(xiàn)的主要影響因素

(一)學(xué)習(xí)者

學(xué)習(xí)者是泛在學(xué)習(xí)環(huán)境中學(xué)習(xí)的主體，是信息的主要呈現(xiàn)對象，所有的學(xué)習(xí)活動都應(yīng)該圍繞學(xué)習(xí)者展開。同時，學(xué)習(xí)者在進(jìn)行泛在學(xué)習(xí)過程中還會受到來自原有知識體系的影響，學(xué)習(xí)者之所以能接受新信息的本質(zhì)原因是新信息被學(xué)習(xí)者原有知識結(jié)構(gòu)所容納。所以在進(jìn)行泛在學(xué)習(xí)課程設(shè)計之前，應(yīng)根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷理論的觀點(diǎn)，系統(tǒng)分析學(xué)習(xí)者的個人認(rèn)知能力和認(rèn)知特性，對學(xué)習(xí)者的預(yù)備知識有一個清楚的認(rèn)識，因材施教，完善學(xué)習(xí)者的預(yù)備經(jīng)驗，充實學(xué)習(xí)者的儲備知識和技能水平，提高學(xué)習(xí)者合理運(yùn)用自身認(rèn)知負(fù)荷的水平。在確保學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)習(xí)者認(rèn)知結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，依據(jù)信息加工模型原理在教學(xué)目標(biāo)的指引下組織教學(xué)活動。

1.學(xué)習(xí)者的特征分析

根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷理論可以知道，學(xué)習(xí)者先前的知識經(jīng)驗對泛在學(xué)習(xí)環(huán)境信息加工中的內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷會產(chǎn)生不可忽略的影響。由于學(xué)習(xí)者的認(rèn)知風(fēng)格和水平有所差異，他們在進(jìn)行新知識的學(xué)習(xí)時會不由自主地帶入先前已習(xí)得的知識技能，而這些主觀因素往往會對新知識的理解和掌握能力產(chǎn)生影響，同時解決問題能力的差異也會凸顯出來。因此，對不同認(rèn)知風(fēng)格的學(xué)習(xí)者應(yīng)提供不同的學(xué)習(xí)層次。

2.學(xué)習(xí)者的動機(jī)分析

相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷是指學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)新內(nèi)容時，工作記憶需要建立新的圖式或激活已有圖式的數(shù)量，由學(xué)習(xí)者本身產(chǎn)生。通常情況下，學(xué)習(xí)的外部動機(jī)會激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，而內(nèi)部學(xué)習(xí)動機(jī)才是學(xué)習(xí)得以持續(xù)的關(guān)鍵。目前大多數(shù)相關(guān)的應(yīng)用都只是重視學(xué)習(xí)平臺的開發(fā)和學(xué)習(xí)資源的整合，對學(xué)習(xí)者本身的學(xué)習(xí)動機(jī)研究不足。

針對這種情況，可以充分利用泛在學(xué)習(xí)教學(xué)行為的場景性。學(xué)習(xí)應(yīng)該與學(xué)習(xí)者的日常生活融為一體，通過泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)的感知，可以自然地呈現(xiàn)學(xué)習(xí)者所遇到的問題或急需的知識。學(xué)習(xí)內(nèi)容的真實可信有利于學(xué)習(xí)者更好地注意問題的情境性，引起學(xué)習(xí)者的認(rèn)知努力。

泛在學(xué)習(xí)平臺提倡無所不在的學(xué)習(xí)理念，提倡學(xué)習(xí)者在工作空閑之余隨時充電學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)者依據(jù)自己的學(xué)習(xí)興趣個性化的設(shè)置智能推送相對應(yīng)的電子資源，通過電子終端方便快捷地進(jìn)行信息的接收和學(xué)習(xí)。由于目前感知技術(shù)不成熟而且技術(shù)昂貴等原因，泛在學(xué)習(xí)項目在系統(tǒng)感知方面的能力稍顯欠缺，不過其模塊化和可擴(kuò)展性等特點(diǎn)將可以支持學(xué)習(xí)模式和學(xué)習(xí)模塊升級。

(二)學(xué)習(xí)內(nèi)容

在泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，選擇和處理學(xué)習(xí)內(nèi)容時要全面深入地了解內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系和相互之間的邏輯關(guān)系，特別注重學(xué)習(xí)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式和呈現(xiàn)順序的合理性。在運(yùn)用多媒體傳遞學(xué)習(xí)內(nèi)容的過程中要充分了解各種媒體的優(yōu)勢和劣勢，考慮學(xué)習(xí)者所在環(huán)境的學(xué)習(xí)支持能力。與此同時，要確保學(xué)習(xí)者對使用媒體類型的熟悉程度，避免學(xué)習(xí)者在使用媒體過程中產(chǎn)生不必要的認(rèn)知負(fù)荷。

1.學(xué)習(xí)內(nèi)容微型化設(shè)計

在現(xiàn)實的工作生活中，學(xué)習(xí)者往往需要能夠及時解決棘手問題的片段性知識。而信息量龐大的學(xué)習(xí)內(nèi)容會使學(xué)習(xí)者“迷航”，難以獲得清晰的知識體系結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致認(rèn)知負(fù)荷過重，學(xué)習(xí)者不能及時消化所學(xué)內(nèi)容。因而，泛在學(xué)習(xí)環(huán)境中學(xué)習(xí)資源的粒度應(yīng)該適中，學(xué)習(xí)者無需花費(fèi)過多時間便可完全掌握一個知識點(diǎn)，并能將其運(yùn)用到實際解決問題中去。同時，泛在學(xué)習(xí)的互動過程是不穩(wěn)定的，學(xué)習(xí)者隨時有可能中斷學(xué)習(xí)行為，而學(xué)習(xí)內(nèi)容所包含的信息量越大，學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)掌握的時間就越長，學(xué)習(xí)行為被中斷的可能性就越大。因此，在泛在學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)習(xí)者更加需要以知識點(diǎn)為最小粒度的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

為了減少學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程的認(rèn)知負(fù)荷，課程開發(fā)者在進(jìn)行學(xué)習(xí)設(shè)計的時候應(yīng)該注意以下幾個問題：(1)人的工作記憶容量有限，一般為5-9個組塊，一個屏幕同時出現(xiàn)的概念不應(yīng)該過多；(2)學(xué)習(xí)內(nèi)容要經(jīng)過精簡提煉；(3)學(xué)習(xí)內(nèi)容上下文要有較強(qiáng)的邏輯關(guān)系；(4)確保屏幕上內(nèi)容的完整性。

2.元認(rèn)知監(jiān)控設(shè)計

所謂元認(rèn)知指的是學(xué)習(xí)者對自己的認(rèn)知加工過程的自我覺察、自我評價和自我調(diào)節(jié)。學(xué)習(xí)者在多媒體信息加工過程中的相關(guān)認(rèn)識負(fù)荷與元認(rèn)知監(jiān)控密切相關(guān)。大量的科學(xué)研究證實，對學(xué)習(xí)者進(jìn)行適當(dāng)?shù)卦J(rèn)知指導(dǎo)可以促進(jìn)學(xué)習(xí)者的有效學(xué)習(xí)。泛在學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)的過程，而元認(rèn)知能力則是保證認(rèn)知效果的主要因素之一。因此，泛在學(xué)習(xí)的課程開發(fā)者要依據(jù)學(xué)習(xí)要求和學(xué)習(xí)者的認(rèn)知特點(diǎn)，在恰當(dāng)?shù)臅r機(jī)呈現(xiàn)元認(rèn)知監(jiān)控提示。盡量減少學(xué)習(xí)者在元認(rèn)知活動中輸出的心智努力，在確保學(xué)習(xí)效率的情況下，減少認(rèn)知負(fù)荷水平，使得學(xué)習(xí)者隨時掌握學(xué)習(xí)狀態(tài)，把握學(xué)習(xí)進(jìn)程，方便快捷地調(diào)整自己的學(xué)習(xí)步調(diào)。

3.利用生成性信息

在泛在學(xué)習(xí)的環(huán)境中，學(xué)習(xí)者能夠協(xié)同編輯資源信息。學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的生成性信息，如對學(xué)習(xí)內(nèi)容的評價、標(biāo)注等也可以通過泛在網(wǎng)絡(luò)分享給其他的學(xué)習(xí)者。學(xué)習(xí)者可以隨時記錄并分享自己的想法，在擴(kuò)展工作記憶的空間，減少短時記憶壓力的同時，可以把存儲在記憶系統(tǒng)中的無形化知識可視化，在一定程度上減輕工作記憶提取信息的負(fù)擔(dān)。

基于學(xué)習(xí)者的視角，經(jīng)過分析學(xué)習(xí)者對學(xué)習(xí)內(nèi)容的評價、標(biāo)注等信息，可以知道學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)偏好，從而更新學(xué)習(xí)者的用戶資料庫?；趯W(xué)習(xí)內(nèi)容的視角，經(jīng)過挖掘?qū)W習(xí)者對學(xué)習(xí)內(nèi)容的評價、標(biāo)注等信息，可以知道學(xué)習(xí)內(nèi)容的相關(guān)質(zhì)量問題，有助于在今后的學(xué)習(xí)中為學(xué)習(xí)者呈現(xiàn)更高質(zhì)量的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

4.倡導(dǎo)合作交流

泛在學(xué)習(xí)不僅要實現(xiàn)通訊、資源層面的共享，還要實現(xiàn)人際層面、社會認(rèn)知層面的共享。社會建構(gòu)主義理論指出，學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者基于一定的社會文化情境，在與學(xué)習(xí)環(huán)境的互動中自我建構(gòu)意義、共享和參與社會認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的過程。未來的泛在學(xué)習(xí)不僅僅是基于資源的自主學(xué)習(xí)，還包括與學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)空間中其他學(xué)習(xí)者的互動和交流。交流討論可以使學(xué)習(xí)者獲得啟發(fā)和靈感，并完善自己的思考。當(dāng)學(xué)習(xí)者在泛在學(xué)習(xí)環(huán)境中為了解決一個具有挑戰(zhàn)性的問題而共同工作時，他們會不斷地交流，共享解決問題的思路。學(xué)習(xí)者不僅可以拓寬視野，學(xué)會多角度看問題，而且可以以其他成員為參照物，反思自己的學(xué)習(xí)方法和思路，及時做出調(diào)整，進(jìn)而幫助學(xué)習(xí)者減輕學(xué)習(xí)的認(rèn)知負(fù)荷。

(三)媒體類型

多媒體信息的呈現(xiàn)形式主要包括文字、圖形、圖像、聲音、視頻、動畫等。它給學(xué)習(xí)者提供了多種感官的綜合刺激，能激發(fā)學(xué)習(xí)者的興趣和學(xué)習(xí)積極性。在進(jìn)行信息呈現(xiàn)時，要充分考慮各種媒體的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)目的和學(xué)習(xí)者本身，合理選擇媒體形式的種類，從而達(dá)到提高學(xué)習(xí)效果的目的。

由認(rèn)知負(fù)荷理論的通道效應(yīng)我們可以知道，媒體呈現(xiàn)信息的過程中利用視覺或聽覺單一通道的學(xué)習(xí)效果遠(yuǎn)比不上同時利用兩者進(jìn)行同步呈現(xiàn)。所以，在保證網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能多地使用視音頻等雙通道媒體加工形式。

四、結(jié)論及討論

泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)通過上下文感知系統(tǒng)增加人機(jī)信息流，但同時不可避免地增加了人們對于信息過載的恐懼感和認(rèn)知負(fù)荷量。筆者通過文獻(xiàn)研究、模型建構(gòu)和邏輯推理等過程和方法分析了泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)中認(rèn)知負(fù)荷的產(chǎn)生，構(gòu)建了泛在學(xué)習(xí)中認(rèn)知負(fù)荷的結(jié)構(gòu)模型，并基于信息呈現(xiàn)方式的設(shè)計提出認(rèn)知負(fù)荷優(yōu)化控制的策略和方法，拓展和發(fā)展了泛在學(xué)習(xí)時代的認(rèn)知負(fù)荷理論，對于人們豐富泛在學(xué)習(xí)的認(rèn)識和泛在學(xué)習(xí)績效理論有著重要的意義。泛在學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計應(yīng)根據(jù)學(xué)習(xí)者本身的認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)內(nèi)容的選取和組織形式以及符合學(xué)習(xí)者認(rèn)知規(guī)律和學(xué)習(xí)內(nèi)容所決定的媒體類型，為泛在學(xué)習(xí)提供更為科學(xué)的教學(xué)策略和方法，有效調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知資源，達(dá)到最優(yōu)化的學(xué)習(xí)效果。

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付道明：副教授，博士后，碩士生導(dǎo)師，研究方向為教育傳播、學(xué)習(xí)科學(xué)與技術(shù)(jetinchina@21cn.com)。

2014年11月5日

責(zé)任編輯：趙興龍

A Research on the Generation of Cognitive Load and Its Optimal Control in Ubiquitous Learning System

Fu Daoming
(College of Educational Science,Hanshan Normal College,Guangdong Chaozhou 521041)

There are signi fi cant differences between the cognitive load and knowledge when learners learn things through hypermedia.As everyone knows that ubiquitous learning system can increase the man-machine information fl ow,but at the same time,it will inevitably form the sense of fear of information overload and cognitive load to people.On the basis of the cognitive load theory,this paper analyzed the generating of the cognitive load in ubiquitous learning system,and then constructed its structure model.At last,on the basis of information presented design,this paper proposed some optimal control strategies and methods of cognitive load.

Ubiquitous Learning;Cognitive Load;Optimal Control;Structure Model;Information Presentation

G434

A

1006—9860(2015)03—0097—06

* 本文系2013年教育部人文社科青年基金課題“區(qū)域教育信息化推進(jìn)策略與可持續(xù)發(fā)展研究”(課題批準(zhǔn)號：13YJC880080)階段性成果。