不同教學(xué)情境中管理學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷的依據(jù)與方法

江妍雪

(福建師范大學(xué) 心理學(xué)院， 福建 福州 350117)

認(rèn)知負(fù)荷是影響教學(xué)效果和學(xué)生學(xué)習(xí)效果的一個(gè)重要因素。澳大利亞認(rèn)知心理學(xué)家John Sweller最早提出了認(rèn)知負(fù)荷理論(Cognitive Load Theory)[1]，該理論認(rèn)為個(gè)體的認(rèn)知資源是有限的，要合理分配認(rèn)知資源，既要減少額外的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，又要保障必要的認(rèn)知負(fù)荷。

教學(xué)的主要目的是學(xué)習(xí)知識(shí)，并形成對(duì)知識(shí)的長(zhǎng)時(shí)記憶。因此，認(rèn)知負(fù)荷理論提出主要有三種類(lèi)型的認(rèn)知負(fù)荷：內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷、外在認(rèn)知負(fù)荷和相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷[1]。其中外在認(rèn)知負(fù)荷是一種非必要的認(rèn)知負(fù)荷，在教學(xué)中應(yīng)盡量降低外在認(rèn)知負(fù)荷;內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷與學(xué)習(xí)材料難度和學(xué)生的認(rèn)知水平有關(guān)，應(yīng)該進(jìn)行合理控制;而相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷是對(duì)工作記憶的形成有所貢獻(xiàn)的負(fù)荷。教學(xué)工作者應(yīng)該幫助學(xué)生對(duì)這三種認(rèn)知負(fù)荷進(jìn)行有效管理，總體認(rèn)知負(fù)荷要在學(xué)習(xí)者所能承受的認(rèn)知負(fù)荷的范圍之內(nèi)[2]。教學(xué)工作者還要重視認(rèn)知負(fù)荷影響學(xué)習(xí)效果時(shí)的一些調(diào)節(jié)變量的作用，例如當(dāng)學(xué)習(xí)不同種類(lèi)、難度各異的知識(shí)時(shí)，要適當(dāng)調(diào)整管理學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷的方法。

本文依據(jù)不同的教學(xué)情境，列舉了教學(xué)實(shí)踐中經(jīng)過(guò)實(shí)證研究的檢驗(yàn)?zāi)軌蛴行Ч芾韺W(xué)生認(rèn)知負(fù)荷的主要方法，同時(shí)梳理了管理認(rèn)知負(fù)荷的方法所存在的一些邊界條件，能夠?yàn)榻處煹慕虒W(xué)開(kāi)展和學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供有依據(jù)的方法建議。通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)者認(rèn)知負(fù)荷水平的有效管理，一方面有利于教師提高教學(xué)效率，另一方面能夠促進(jìn)學(xué)生形成對(duì)知識(shí)的長(zhǎng)時(shí)記憶，實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的遷移和應(yīng)用。

1 傳統(tǒng)課堂教學(xué)情境中管理學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷的方法

在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)情境中，常常以教師講授知識(shí)、學(xué)生接受和理解知識(shí)為主要形式，其突出的特點(diǎn)是教師發(fā)揮對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)作用、支持作用，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)，并在學(xué)習(xí)的過(guò)程中與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展。

支架理論提出教師在給學(xué)生講授新知識(shí)時(shí)，要給他們提供一定的支持、引導(dǎo)和幫助。學(xué)習(xí)支架的一個(gè)非常重要的作用就是能夠?yàn)閷W(xué)生的學(xué)習(xí)以及問(wèn)題解決提供各種支持，降低學(xué)生的額外認(rèn)知負(fù)荷，幫助學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)。最近發(fā)展區(qū)理論認(rèn)為在教師的支持下，學(xué)生能夠創(chuàng)造最鄰近發(fā)展區(qū)，實(shí)現(xiàn)認(rèn)知水平的發(fā)展[3]。需要說(shuō)明的是，一直通過(guò)支架減輕學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷不是最有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，如果學(xué)生已經(jīng)能夠獨(dú)立學(xué)習(xí)和應(yīng)用新知識(shí)，就應(yīng)該適時(shí)拆除學(xué)習(xí)支架。下文列舉了傳統(tǒng)教學(xué)情境中管理學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷的常用方法。

1.1 教學(xué)前采用先行組織者策略

先行組織者策略是指在學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)前，先為學(xué)生引入與新知識(shí)有關(guān)的引導(dǎo)性概念或材料作為先行組織者，其主要特點(diǎn)是要在學(xué)習(xí)新知識(shí)之前先引入，并且要比新知識(shí)更具抽象性和包容性。在有先行組織者的條件下，只要新的有意義材料能夠被納入現(xiàn)有的先行組織者的范疇，就更有利于被納入認(rèn)知結(jié)構(gòu)，促進(jìn)對(duì)新知識(shí)的有意義學(xué)習(xí)和記憶保持[4-5]。

先行組織者策略在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中得到了大量應(yīng)用，它對(duì)于減輕學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率等具有積極作用。但先行組織者策略更適用于具有低先驗(yàn)知識(shí)的學(xué)生，如果學(xué)生對(duì)于新內(nèi)容本身已經(jīng)具有較高的先驗(yàn)知識(shí)，那么其認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的知識(shí)會(huì)與外部提供的先行組織者材料發(fā)生重疊，學(xué)習(xí)者需要對(duì)內(nèi)外兩種材料同時(shí)進(jìn)行重復(fù)的加工，這反而會(huì)增加學(xué)習(xí)者的額外認(rèn)知負(fù)荷，不利于提高學(xué)習(xí)成效，這在關(guān)于文本學(xué)習(xí)的研究中得到了證實(shí)。因此，對(duì)于低先驗(yàn)知識(shí)水平者，可以通過(guò)先行組織策略幫助學(xué)生減輕學(xué)習(xí)新知識(shí)的認(rèn)知負(fù)荷；對(duì)于具備高先驗(yàn)知識(shí)的學(xué)生，則可以直接開(kāi)展教學(xué)[6]。

1.2 教學(xué)過(guò)程中管理學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷的方法

1.2.1 向?qū)W生提供教學(xué)樣例

樣例教學(xué)是指將經(jīng)過(guò)加工處理的樣例呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者，讓學(xué)習(xí)者從樣例中進(jìn)行學(xué)習(xí)，相較于讓學(xué)生直接解決問(wèn)題的方式而言，樣例學(xué)習(xí)更有利于減輕學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷[7-8]。樣例學(xué)習(xí)在程序性知識(shí)的學(xué)習(xí)中有很多應(yīng)用，例如解決數(shù)學(xué)應(yīng)用題或數(shù)學(xué)方程的教學(xué)中，為學(xué)生提供例題作為參考，這種方式相較于讓學(xué)生自己摸索，更有助于幫助學(xué)生掌握解決問(wèn)題的方法。

樣例教學(xué)本身有助于減輕學(xué)生的外在認(rèn)知負(fù)荷，但相關(guān)研究認(rèn)為，在樣例教學(xué)中，教師應(yīng)該增加樣例學(xué)習(xí)中學(xué)生的有效認(rèn)知負(fù)荷，使學(xué)生投入更多的認(rèn)知資源在其中，深化學(xué)生對(duì)問(wèn)題的理解與遷移。增加樣例學(xué)習(xí)的有效認(rèn)知負(fù)荷的方法有樣例變異設(shè)計(jì)和嵌入支架設(shè)計(jì)[7]，前者是指改變樣例的呈現(xiàn)形式或深層結(jié)構(gòu)，要求學(xué)生進(jìn)行辨認(rèn)、遷移；后者是指在樣例中加入一些方法和學(xué)習(xí)策略的提示，引導(dǎo)學(xué)生在樣例學(xué)習(xí)中做相關(guān)思考[9]?？偠灾瑯永虒W(xué)是一種有助于減輕學(xué)生多余認(rèn)知負(fù)荷，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果的教學(xué)方法。但在運(yùn)用該方法時(shí)也要適當(dāng)增加學(xué)生的必要認(rèn)知負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)樣例教學(xué)的優(yōu)勢(shì)最大化。

1.2.2 繪制思維導(dǎo)圖和概念圖

雙重編碼理論認(rèn)為，對(duì)知識(shí)進(jìn)行語(yǔ)言和視覺(jué)上的雙重加工，有助于減輕語(yǔ)言通道的認(rèn)知負(fù)荷，增強(qiáng)記憶效果[10]，因此思維導(dǎo)圖和概念圖都是在教學(xué)中常用的兩種可減輕認(rèn)知負(fù)荷的知識(shí)可視化方法。思維導(dǎo)圖是將知識(shí)通過(guò)類(lèi)別和上下級(jí)關(guān)系進(jìn)行組織，更直觀(guān)地展現(xiàn)知識(shí)之間的相互關(guān)系[11]。概念圖是指通過(guò)繪制節(jié)點(diǎn)和鏈接圖來(lái)創(chuàng)建的概念知識(shí)圖示，通常將一組材料中的概念表示為節(jié)點(diǎn)，概念之間的關(guān)系表示為連接節(jié)點(diǎn)的鏈接，而描述這些關(guān)系的標(biāo)簽則寫(xiě)在鏈接旁邊。概念圖有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的精細(xì)化學(xué)習(xí)[12]。在課堂教學(xué)中，教師可以借助思維導(dǎo)圖和概念圖的形式向?qū)W生呈現(xiàn)知識(shí)，也可以鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮發(fā)散性思維和創(chuàng)造性思維，自己繪制思維導(dǎo)圖和概念圖，對(duì)知識(shí)進(jìn)行精細(xì)加工，形成對(duì)知識(shí)的形象化記憶。

1.2.3 在教學(xué)材料中添加文本結(jié)構(gòu)標(biāo)記

依據(jù)國(guó)內(nèi)學(xué)者的分類(lèi)，文本標(biāo)記包括宏觀(guān)標(biāo)記和微觀(guān)標(biāo)記[13]，前者是指標(biāo)題、摘要等從總體布局上凸顯的標(biāo)記；后者是指對(duì)文本中包含有重要信息的句子或關(guān)鍵詞以標(biāo)紅、加下劃線(xiàn)、加粗等方式做標(biāo)記，使文本中的重要內(nèi)容在視覺(jué)上突顯。文本結(jié)構(gòu)標(biāo)記能夠突出文本的關(guān)鍵信息，幫助讀者抓住重點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，將注意力資源集中到重要的信息上，以提升閱讀效率。相關(guān)研究顯示，在文本中添加結(jié)構(gòu)標(biāo)記能有效降低學(xué)習(xí)者的額外認(rèn)知負(fù)荷，顯著提高學(xué)習(xí)者的閱讀成績(jī)，尤其適用于高閱讀水平的學(xué)習(xí)者[14]?？梢?jiàn)，在教學(xué)中，教師應(yīng)該給學(xué)生呈現(xiàn)有文本結(jié)構(gòu)標(biāo)記的學(xué)習(xí)材料，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生自己進(jìn)行文本結(jié)構(gòu)標(biāo)記，在重要的內(nèi)容上做標(biāo)記或注釋?zhuān)颂岣邔W(xué)習(xí)效率以外也能夠?yàn)楹竺娴膹?fù)習(xí)工作減輕認(rèn)知負(fù)擔(dān)。

1.3 在教學(xué)后引導(dǎo)學(xué)生及時(shí)復(fù)習(xí)與分類(lèi)歸納

艾賓浩斯關(guān)于遺忘曲線(xiàn)的研究揭示：遺忘的特點(diǎn)是先快后慢，先多后少[15]。因此在完成對(duì)新知識(shí)的學(xué)習(xí)以后，教師應(yīng)該幫助學(xué)生及時(shí)復(fù)習(xí)，對(duì)知識(shí)進(jìn)行精細(xì)復(fù)述和分類(lèi)歸納。在復(fù)習(xí)中充分進(jìn)行有意義學(xué)習(xí)，以理解知識(shí)的方式取代死記硬背式的無(wú)意義學(xué)習(xí)，有助于減少遺忘和降低后期回憶知識(shí)的認(rèn)知負(fù)荷，使知識(shí)更容易在未來(lái)的測(cè)試中被成功提取和應(yīng)用。

2 在多媒體教學(xué)情境中管理學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷的方法

多媒體教學(xué)在近10年來(lái)一直受到廣泛的關(guān)注。多媒體教學(xué)是指采用動(dòng)畫(huà)、視頻等生動(dòng)形象的多媒體技術(shù)來(lái)呈現(xiàn)學(xué)習(xí)材料的新教學(xué)形式。多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)最大的不同是其具有更為形象生動(dòng)、色彩豐富的視覺(jué)表征性，是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)形式的一種改進(jìn)與創(chuàng)新。多媒體技術(shù)在視覺(jué)和空間上都具有較強(qiáng)表征及傳遞知識(shí)的優(yōu)勢(shì)，能夠提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，在學(xué)校等多種教學(xué)領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用。如何更好地設(shè)計(jì)多媒體課程以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率以及學(xué)習(xí)成績(jī)也日益受到關(guān)注。

除了傳統(tǒng)教學(xué)中常見(jiàn)的管理認(rèn)知負(fù)荷的方式以外，梅耶從多媒體教學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)證研究成果出發(fā)提出了優(yōu)化多媒體教學(xué)設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)成效的多個(gè)原則。這些原則更關(guān)注多媒體教學(xué)的特點(diǎn)，并且十分重視對(duì)認(rèn)知負(fù)荷的有效管理。在多媒體教學(xué)設(shè)計(jì)中，以下的一些原則強(qiáng)調(diào)了如何依據(jù)學(xué)習(xí)者特征和學(xué)習(xí)內(nèi)容來(lái)降低學(xué)習(xí)者在多媒體學(xué)習(xí)中的額外認(rèn)知負(fù)荷。

2.1 線(xiàn)索原則

多媒體教學(xué)設(shè)計(jì)中線(xiàn)索的呈現(xiàn)形式包括言語(yǔ)線(xiàn)索和視覺(jué)線(xiàn)索兩種類(lèi)型[16]。語(yǔ)言線(xiàn)索主要包括標(biāo)題、大綱等學(xué)習(xí)支架；視覺(jué)線(xiàn)索則體現(xiàn)為一些標(biāo)記上的提示，例如將學(xué)習(xí)重點(diǎn)以下劃線(xiàn)、不同的顏色、高亮等形式標(biāo)出。多媒體的線(xiàn)索類(lèi)似于前文提到的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)教材上的文本結(jié)構(gòu)標(biāo)記，只是這些線(xiàn)索標(biāo)記是在更具有視覺(jué)豐富性和動(dòng)態(tài)性的多媒體教學(xué)材料中呈現(xiàn)的。線(xiàn)索能夠幫助學(xué)生調(diào)整有限的認(rèn)知資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的選擇、組織和整合三個(gè)功能[17]，能夠減輕學(xué)習(xí)者的外在認(rèn)知負(fù)荷。國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了一項(xiàng)關(guān)于線(xiàn)索對(duì)多媒體學(xué)習(xí)的作用的元分析，結(jié)果顯示：從總體而言，線(xiàn)索能夠促進(jìn)學(xué)生在多媒體學(xué)習(xí)中的保持和遷移測(cè)試成績(jī)。在保持測(cè)驗(yàn)和遷移測(cè)驗(yàn)上，相較于動(dòng)態(tài)性知識(shí)和程序性知識(shí)，線(xiàn)索在學(xué)習(xí)靜態(tài)性知識(shí)和陳述性知識(shí)上所發(fā)揮的作用更為突出[18]。因此，在多媒體學(xué)習(xí)中，為學(xué)習(xí)者提供一些線(xiàn)索式的學(xué)習(xí)支架具有積極作用，特別是當(dāng)學(xué)習(xí)材料為靜態(tài)性或陳述性知識(shí)時(shí)。

2.2 空間鄰近性原則

在多媒體教學(xué)設(shè)計(jì)中，通常會(huì)給相應(yīng)的文字提供一些配圖或解說(shuō)圖示以幫助學(xué)習(xí)者更好地理解并掌握知識(shí)內(nèi)容。因此在多媒體教學(xué)設(shè)計(jì)中，研究者在實(shí)證研究的基礎(chǔ)上提出了空間臨近效應(yīng)，認(rèn)為不管是在書(shū)本還是在視頻、動(dòng)畫(huà)等多媒體教材上，為學(xué)習(xí)內(nèi)容搭配相關(guān)的配圖或解說(shuō)圖示等支架時(shí)，要將其放置在臨近其所對(duì)應(yīng)的文字上，減少學(xué)習(xí)者用于視覺(jué)搜索所需付出的認(rèn)知努力，更好地實(shí)現(xiàn)圖文整合[19-20]。因此，教師在設(shè)計(jì)多媒體課件或制作教學(xué)PPT時(shí)，要盡可能將配圖與知識(shí)點(diǎn)放置在同一頁(yè)的臨近位置。空間鄰近性原則有其邊界條件，該原則對(duì)于低先驗(yàn)知識(shí)學(xué)習(xí)者、非冗余性的文本和圖片、復(fù)雜的課程以及交互呈現(xiàn)的模式而言是最強(qiáng)的。

2.3 聲音解說(shuō)的同步性原則

多媒體教學(xué)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是可以實(shí)現(xiàn)視聽(tīng)同步的雙通道加工，在呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容的同時(shí)，配以對(duì)應(yīng)的聲音解說(shuō)，作為一種學(xué)習(xí)支架更有利于幫助學(xué)生掌握和理解知識(shí)，且不會(huì)導(dǎo)致過(guò)高的外在認(rèn)知負(fù)荷。關(guān)于聲音解說(shuō)優(yōu)勢(shì)的研究也證實(shí)，在多媒體教學(xué)中，為畫(huà)面加入聲音解說(shuō)要比給畫(huà)面加入文字解說(shuō)更能夠幫助學(xué)習(xí)者識(shí)記和理解學(xué)習(xí)材料[21]。可見(jiàn)，學(xué)習(xí)支架雖然有其優(yōu)勢(shì)，但也要根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容和情境去選擇合適的支架類(lèi)型。

3 基于提取練習(xí)的教學(xué)情境中管理學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷的方法

基于提取練習(xí)的教學(xué)策略是依據(jù)提取練習(xí)效應(yīng)提出的。提取練習(xí)效應(yīng)發(fā)現(xiàn)在學(xué)習(xí)完知識(shí)后，相較于繼續(xù)重學(xué)，在同等的時(shí)間里采用重復(fù)測(cè)試的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)更有利于鞏固對(duì)知識(shí)的長(zhǎng)時(shí)記憶[22]。這一教學(xué)策略與基于編碼的教學(xué)策略的最大不同是，將測(cè)試作為一種學(xué)習(xí)策略向?qū)W生推廣并采用測(cè)試的方式幫助學(xué)生掌握知識(shí)。

依據(jù)提取練習(xí)的必要難度理論和提取努力假說(shuō)，在引導(dǎo)學(xué)生使用提取練習(xí)策略時(shí)，適當(dāng)提高提取難度，例如以自由回憶的方式代替線(xiàn)索回憶，更能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)[23]。這是因?yàn)樵谔崛【毩?xí)的過(guò)程中，提取難度較大時(shí)，學(xué)生會(huì)投入更多的認(rèn)知資源用于回憶知識(shí)，能夠增加提取練習(xí)時(shí)的相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，在提取過(guò)程中不斷更新關(guān)于信息的情境背景信息，依靠自身的提取加工為后來(lái)的回憶提供了豐富的提取線(xiàn)索，形成了長(zhǎng)時(shí)記憶。

在小學(xué)生的提取練習(xí)教學(xué)中，則應(yīng)該適當(dāng)?shù)貫閷W(xué)生提供一些提取支持和引導(dǎo)[24]。這是因?yàn)樾W(xué)生的認(rèn)知發(fā)展尚未成熟，提取難度過(guò)大容易導(dǎo)致小學(xué)生提取失敗，因此在小學(xué)生的提取練習(xí)中則不能過(guò)度強(qiáng)調(diào)增加提取難度和相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷。

4 總結(jié)與展望

通過(guò)對(duì)不同教學(xué)情境和不同學(xué)習(xí)方式下管理學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷的方法以及需要注意的邊界條件的梳理，能夠發(fā)現(xiàn)無(wú)論是在傳統(tǒng)教學(xué)、多媒體教學(xué)還是基于提取練習(xí)的教學(xué)中，認(rèn)知負(fù)荷與學(xué)生的學(xué)習(xí)效率、長(zhǎng)時(shí)記憶和學(xué)習(xí)成績(jī)都有十分密切的關(guān)系。教師在教學(xué)中應(yīng)該因材施教，在不同的教學(xué)情境中利用能夠有效管理認(rèn)知負(fù)荷的教學(xué)方法，重視學(xué)習(xí)者特征、材料難度等的影響因素在其中的作用，對(duì)教學(xué)方式進(jìn)行調(diào)整，幫助學(xué)生管理認(rèn)知負(fù)荷，在減輕學(xué)生的外在認(rèn)知負(fù)荷的同時(shí)，也要合理利用好學(xué)生的必要認(rèn)知負(fù)荷的作用。

未來(lái)研究應(yīng)該進(jìn)一步厘清與認(rèn)知負(fù)荷有關(guān)的調(diào)節(jié)變量，例如應(yīng)該進(jìn)一步明確不同認(rèn)知階段的學(xué)習(xí)者、不同類(lèi)型的知識(shí)、不同的教學(xué)背景等因素對(duì)學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷有哪些具體要求。也可以利用實(shí)證研究和元分析來(lái)進(jìn)一步檢驗(yàn)相關(guān)邊界條件與不同的認(rèn)知負(fù)荷水平如何共同影響學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)。