基于認(rèn)知負(fù)荷理論的職業(yè)教育教材設(shè)計(jì)
——以《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與拆裝》教材為例

鄔鄭希

（中國鐵道出版社，北京 100054）

一、引言

我國從20世紀(jì)80年代開始發(fā)展職業(yè)教育，職業(yè)教育取得了空前發(fā)展，出版的職業(yè)教育教材不計(jì)其數(shù)，但是質(zhì)量卻良莠不齊。出現(xiàn)問題的原因很多，從教材出版專業(yè)編輯角度來說，既有專業(yè)編輯在教材出版的選題策劃、組稿、初審、編輯加工等環(huán)節(jié)存在沒有對內(nèi)容進(jìn)行深度挖掘的問題，更深層的原因是專業(yè)編輯只具備深厚的專業(yè)知識而缺乏相關(guān)的職業(yè)教育理論知識。這些問題的解決，需要現(xiàn)代教育理論，特別是現(xiàn)代課程理論、學(xué)習(xí)理論、教學(xué)理論和傳播理論的支撐。[1]目前，關(guān)于職業(yè)教育教材設(shè)計(jì)的相關(guān)書籍、文獻(xiàn)和實(shí)例較少，通過中國知網(wǎng)搜尋以“職業(yè)教育教材設(shè)計(jì)”為篇名的文獻(xiàn)不到20篇。本文以認(rèn)知負(fù)荷理論為切入點(diǎn)，根據(jù)筆者參與設(shè)計(jì)的《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與拆裝》[2]教材中的案例進(jìn)行剖析，詳細(xì)展示教育學(xué)、心理學(xué)等理論如何具體指導(dǎo)職業(yè)教育教材的設(shè)計(jì)。

二、認(rèn)知負(fù)荷理論概述

認(rèn)知負(fù)荷理論（Cognitive Load Theory，簡稱CLT）于20世紀(jì)80年代由澳大利亞認(rèn)知心理學(xué)家約翰·斯威勒（John Sweller）首先提出，是研究教育心理學(xué)和教學(xué)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的一個(gè)主要理論，并得到不斷發(fā)展。

（一）人類記憶的內(nèi)涵

人類的記憶主要包含工作記憶和長時(shí)記憶，工作記憶是信息加工的主要場所，在面對新信息時(shí)，其容量非常有限，一般能接收、處理或貯存“7±2”個(gè)信息組塊；長時(shí)記憶以圖式為基本單元，圖式具有復(fù)雜性，并且可以自動(dòng)化，其中的信息被調(diào)用到工作記憶時(shí)，所調(diào)用到的所有信息僅作為一個(gè)組塊進(jìn)行加工處理。[3-4]因此，當(dāng)面對復(fù)雜的學(xué)習(xí)內(nèi)容時(shí)，教材設(shè)計(jì)關(guān)注的首要問題是呈現(xiàn)什么樣的內(nèi)容合適和對內(nèi)容呈現(xiàn)的形式進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工幫助學(xué)生有效利用有限的認(rèn)知資源。

（二）認(rèn)知負(fù)荷的類型

根據(jù)影響認(rèn)知負(fù)荷的基本因素不同，可以分為外在認(rèn)知負(fù)荷（Extraneous Cognitive Load）、內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷（Intrinsic Cognitive Load）與相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷（GermaneCognitive Load）三種認(rèn)知負(fù)荷類型。外在認(rèn)知負(fù)荷主要由信息的呈現(xiàn)方式?jīng)Q定。內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷是由學(xué)習(xí)內(nèi)容本身引起的，其高低主要取決于內(nèi)容的復(fù)雜程度。相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷是指在新的圖示建構(gòu)或圖示自動(dòng)化的過程中占用的認(rèn)知資源。[5]因此，教材設(shè)計(jì)必須根據(jù)具體內(nèi)容采取一系列教學(xué)策略來降低或提高學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷。比如，設(shè)計(jì)教材內(nèi)容的呈現(xiàn)應(yīng)注意利用外在認(rèn)知負(fù)荷，處理需要理解的多種內(nèi)容相互關(guān)系時(shí)采用內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷，利用相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷展示案例。

三、認(rèn)知負(fù)荷理論在教材設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

（一）教材結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

很多學(xué)生在看完教材聽完課后，做習(xí)題時(shí)卻提取不出知識，原因在于大腦沒有對長時(shí)記憶中提取的信息進(jìn)行組塊加工，形成知識的有效融合。為此，教材結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)設(shè)計(jì)知識引導(dǎo)模塊（見圖1），幫助學(xué)生將所學(xué)內(nèi)容用思維導(dǎo)圖的形式呈現(xiàn)，不僅可以增加學(xué)生的相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，還可以降低學(xué)生的內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷。因?yàn)檫@樣可以將知識歸納、整合成一體，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，教給學(xué)生處理知識及學(xué)習(xí)知識的方法。

圖1 知識引導(dǎo)

1. 采用中央圖像，形成學(xué)習(xí)的焦點(diǎn)。首先印入眼簾的是圖1的圖片，也就是中心圖像，來自動(dòng)吸引學(xué)生的眼睛和大腦的注意力，由它觸發(fā)聯(lián)想。

2. 以中心圖像為原點(diǎn)進(jìn)行發(fā)散。按照邏輯順序展示分支，先是講了為什么要排放控制，然后分別是什么是排放控制、如何排放控制，最后是對每個(gè)分支的具體闡述。在這個(gè)過程中通過有序組織內(nèi)容、合理規(guī)劃層次來減小認(rèn)知負(fù)荷，達(dá)到有效學(xué)習(xí)的目的。

3. 突出呈現(xiàn)重點(diǎn)內(nèi)容。突出呈現(xiàn)形式多種多樣，可以采用加入圖像、字號大小變化、色塊標(biāo)注、不同編碼等。例如，對碳罐、三元催化器、PCV閥三大重要部件加入圖像，凸顯事物，有立體感，更容易被記憶。分析發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制這一支采用字號逐級降低，給人層次感，表明事物的相對重要性。對重要掌握的內(nèi)容“碳罐的工作過程”標(biāo)注紅色，避免色彩單一的文字圖片使大腦感到單調(diào)，容易瞌睡，同時(shí)通過不同的顏色刺激左右腦，激發(fā)學(xué)生的記憶力和創(chuàng)造力，幫助學(xué)生快速獲取重要內(nèi)容，輕松記住信息。在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒與污染源及污染物之間使用箭頭建立聯(lián)系。通過箭頭標(biāo)注自動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生的眼睛把事物連接在一起，對有效記憶非常有幫助。

（二）教材內(nèi)容的設(shè)計(jì)

教材內(nèi)容的設(shè)計(jì)和教材的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同樣重要。對同一教材內(nèi)容不同的組織與呈現(xiàn)形式，學(xué)生使用的認(rèn)知資源數(shù)量不同，相應(yīng)的認(rèn)知負(fù)擔(dān)也不同。以教材中“汽車發(fā)動(dòng)機(jī)總體構(gòu)造”這個(gè)知識點(diǎn)為例進(jìn)行說明。在第一本教材中，第二段寫到汽油機(jī)是什么機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成，柴油機(jī)與汽油機(jī)有什么區(qū)別，并為這段文字配了張發(fā)動(dòng)機(jī)總體構(gòu)造圖（見圖2）。文字內(nèi)容沒有什么專業(yè)性知識錯(cuò)誤，但是從受眾者學(xué)生角度閱讀，必須讀完所有的文字，才知道學(xué)習(xí)的內(nèi)容是什么?？赐昱鋱D后會產(chǎn)生疑惑，不知道發(fā)動(dòng)機(jī)總體構(gòu)造和系統(tǒng)外觀具體是怎么樣的。

圖2 樣例1

再看第二本教材的編寫（見圖3）。文字內(nèi)容也是介紹發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成，再介紹每一個(gè)機(jī)構(gòu)由什么部件組成，配圖列出了發(fā)動(dòng)機(jī)的43個(gè)部件，學(xué)習(xí)內(nèi)容比較復(fù)雜，學(xué)生理解時(shí)需要在工作記憶中同時(shí)加工多個(gè)不同的元素，工作記憶負(fù)擔(dān)大，內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷高，學(xué)生不愿意閱讀。而根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷理論，人類的工作記憶容量有限，一次只能存儲7±2 個(gè)信息塊，不能一次提供過多信息給學(xué)生。像圖3（b）中的43個(gè)部件名稱，學(xué)生很難記憶。

圖3 樣例2

因此，我們在設(shè)計(jì)時(shí)以學(xué)生為中心，以認(rèn)知負(fù)荷理論為指導(dǎo)，進(jìn)行有效設(shè)計(jì)（見圖4）。

1.對于圖4中的文字部分，利用提高相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷的方式之一促進(jìn)學(xué)習(xí)者自我解釋活動(dòng)（Self-Explanation）中的一般性提示策略，采用綠色加粗的形式標(biāo)注關(guān)鍵字詞，吸引學(xué)生重點(diǎn)閱讀汽油機(jī)的主要機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)，使學(xué)生在此處停頓進(jìn)行自我解釋，更好地理解教材內(nèi)容。

圖4 樣例3

2.在教材內(nèi)容設(shè)計(jì)中，外在認(rèn)知負(fù)荷主要體現(xiàn)在內(nèi)容的組織和呈現(xiàn)方式上。好的內(nèi)容組織與呈現(xiàn)會減少學(xué)生需要的認(rèn)知資源數(shù)量，減輕學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)擔(dān)。為此，設(shè)計(jì)圖4呈現(xiàn)形式與文字內(nèi)容緊密結(jié)合，把汽油機(jī)的圖片作為中心圖，把各機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)的整體概念圖圍繞在周圍，將所有圖片當(dāng)作一個(gè)實(shí)體來看待，縮小工作記憶空間，降低工作記憶的負(fù)荷。

3.為了幫助學(xué)生有效組織信息，提高相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，采用情境干擾策略（Contextual Inference）降低相鄰信息的干擾，將原本無序的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)圖片采用空間臨近，形成不同視覺單元。為此，將兩大機(jī)構(gòu)圖歸類一起，放置在中心圖的左邊，采用藍(lán)色虛線框標(biāo)注。五大系統(tǒng)圖歸類一起，放置在中心圖右邊，采用綠色虛線框標(biāo)注。為了進(jìn)一步降低學(xué)生的內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷，采用知識漸進(jìn)（Knowledge Progression）策略，在圖中左邊的兩個(gè)機(jī)構(gòu)圖旁標(biāo)注關(guān)鍵詞“兩大機(jī)構(gòu)”，右邊的五個(gè)系統(tǒng)圖旁標(biāo)注關(guān)鍵詞“五大系統(tǒng)”，幫助學(xué)生先識記第一層次“兩大機(jī)構(gòu)”“五大系統(tǒng)”，為再識記具體的機(jī)構(gòu)名稱和系統(tǒng)名稱做好鋪墊 。

本文基于認(rèn)知負(fù)荷理論對教材的結(jié)構(gòu)、內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，旨在給予廣大教材編寫者和教材編輯以啟發(fā)，將學(xué)習(xí)理論、教學(xué)理論和傳播理論等理論有效應(yīng)用到職業(yè)教育的教材設(shè)計(jì)與編寫中，以更好地促進(jìn)職業(yè)教育教材設(shè)計(jì)的專業(yè)性、有效性發(fā)展。