數(shù)字教育游戲如何影響學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷

中圖分類號(hào)：G4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-0069（2025）02-0084-09

引言

認(rèn)知負(fù)荷是認(rèn)知心理學(xué)經(jīng)久不衰的話題，它是指?jìng)€(gè)體在完成一項(xiàng)學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)施加于認(rèn)知系統(tǒng)的心理活動(dòng)總量，主要指工作記憶的認(rèn)知資源總量，當(dāng)學(xué)生在學(xué)習(xí)和問(wèn)題解決過(guò)程中所需資源總量超過(guò)工作記憶資源總量時(shí)，學(xué)習(xí)將會(huì)變得低效甚至無(wú)效[1。根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷來(lái)源差異，約翰·斯韋勒（JohnSweller）[2]將其劃分為內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷、外在認(rèn)知負(fù)荷和關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷。多媒體學(xué)習(xí)認(rèn)知理論表明，人們從文字和圖片中學(xué)習(xí)比直接從文字中學(xué)習(xí)所形成的認(rèn)知要更深人，因此，以混合的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)模式而不是單一模式呈現(xiàn)信息，學(xué)習(xí)效果會(huì)更好。換句話說(shuō)，精心設(shè)計(jì)的多媒體環(huán)境可以擴(kuò)展有效的工作記憶能力，減少額外的認(rèn)知負(fù)荷并增強(qiáng)學(xué)習(xí)。

數(shù)字教育游戲是一種基于計(jì)算機(jī)或虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，為用戶提供一定教育內(nèi)容的多媒體游戲化環(huán)境。隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的深入應(yīng)用，數(shù)字教育游戲已進(jìn)人國(guó)際研究共同體的視野，成為各國(guó)教育創(chuàng)新的關(guān)注點(diǎn)。數(shù)字教育游戲通過(guò)創(chuàng)設(shè)體驗(yàn)良好的游戲化學(xué)習(xí)環(huán)境，大大增強(qiáng)了學(xué)生的心流體驗(yàn)，特別是在控制感、明確目標(biāo)、獎(jiǎng)勵(lì)體驗(yàn)和反饋等方面，從而使學(xué)生表現(xiàn)出更低的認(rèn)知負(fù)荷和更好的學(xué)習(xí)成績(jī)[3]。但是，數(shù)字教育游戲在帶來(lái)了深入沉浸感的同時(shí)，其高度復(fù)雜的交互方式和多媒體演示等，也會(huì)讓學(xué)生在與游戲環(huán)境、對(duì)象和游戲任務(wù)交互時(shí)花費(fèi)大量的腦力勞動(dòng)，增加認(rèn)知負(fù)荷，并導(dǎo)致不理想的學(xué)習(xí)成績(jī)[4。因此，數(shù)字教育游戲到底如何影響認(rèn)知負(fù)荷并促進(jìn)學(xué)習(xí)，仍然是一個(gè)需要研究的重要問(wèn)題，亟須系統(tǒng)性實(shí)證結(jié)論來(lái)指導(dǎo)未來(lái)教學(xué)。本研究采用元分析研究方法，挖掘國(guó)際上數(shù)字教育游戲與認(rèn)知負(fù)荷相關(guān)的實(shí)證研究，以期為數(shù)字教育游戲在學(xué)習(xí)中的影響機(jī)制及其設(shè)計(jì)策略尋找理論基礎(chǔ)和實(shí)踐依據(jù)。

一、文獻(xiàn)綜述與問(wèn)題提出

在已有研究中，國(guó)內(nèi)外學(xué)者熱衷于開(kāi)發(fā)各種用于教育目的的計(jì)算機(jī)游戲，并利用數(shù)字教育游戲開(kāi)展學(xué)習(xí)活動(dòng)，探究數(shù)字教育游戲在影響學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷方面的作用。在洪子寅（HongTzu-Yin）等[5的研究中，控制組使用傳統(tǒng)編程課程學(xué)習(xí)，而實(shí)驗(yàn)組基于情境的3D編程游戲?qū)W習(xí)，研究發(fā)現(xiàn)，基于情境的3D編程游戲可以有效降低學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，并讓他們積極參與到課程學(xué)習(xí)中。然而，吳志雄（WuChih-Hung）等[以牛頓運(yùn)動(dòng)定律的學(xué)習(xí)為例，調(diào)查并比較分析了數(shù)字游戲?qū)W習(xí)（DigitalGame-BasedLearning，簡(jiǎn)稱DGBL）和靜態(tài)電子學(xué)習(xí)材料對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)注意力、情感體驗(yàn)、認(rèn)知負(fù)荷和學(xué)業(yè)成績(jī)的影響，發(fā)現(xiàn)：雖然DGBL組在學(xué)習(xí)過(guò)程中表現(xiàn)出比傳統(tǒng)電子學(xué)習(xí)組更大的積極情緒和注意力差異，但產(chǎn)生了更大的外部認(rèn)知負(fù)荷。在此背景下，研究人員逐漸開(kāi)始關(guān)注各種教學(xué)策略或游戲的特征，如在數(shù)字教育游戲中嵌人適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)支架、改變游戲的類型、提供不同形式的指導(dǎo)和反饋等，并研究改進(jìn)后的數(shù)字教育游戲?qū)φJ(rèn)知負(fù)荷的影響。例如，廖金溫（LiaoChin-Wen）等[將教學(xué)視頻嵌人數(shù)字教育游戲，并采取多人協(xié)作的游戲模式，促進(jìn)了學(xué)生的內(nèi)在動(dòng)機(jī)，降低了認(rèn)知負(fù)荷。在李鳳英（LiFeng-Ying）等[的研究中，實(shí)驗(yàn)組采用結(jié)合了雙層測(cè)驗(yàn)診斷工具和概念圖的游戲化學(xué)習(xí)，對(duì)照組采用傳統(tǒng)的基于兩層測(cè)試的游戲方法，結(jié)果表明：兩種教學(xué)法對(duì)兩組學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷都沒(méi)有顯著影響，但成績(jī)差的學(xué)生在沒(méi)有強(qiáng)制指導(dǎo)的情況下迷失在游戲中，增加了外部認(rèn)知負(fù)荷。

此外，數(shù)字教育游戲中的游戲模式也受到研究者的關(guān)注，并被認(rèn)為是影響學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷的原因之一。

例如，徐婷嘉（Hsu Ting-Chia）的研究表明，使用多人交互的數(shù)字游戲?qū)W習(xí)系統(tǒng)的學(xué)生表現(xiàn)出更高的心流體驗(yàn)和更低的認(rèn)知負(fù)荷。史蒂夫·內(nèi)貝爾（SteveNebel）等[]認(rèn)為，在競(jìng)爭(zhēng)性游戲環(huán)境中，學(xué)生可能會(huì)將更多的認(rèn)知資源放在如何超越同齡人上，對(duì)與學(xué)習(xí)任務(wù)無(wú)關(guān)的刺激（如競(jìng)爭(zhēng)）的焦慮可能會(huì)分散他們對(duì)知識(shí)構(gòu)建的注意力，從而導(dǎo)致其產(chǎn)生更高的認(rèn)知負(fù)荷，降低學(xué)習(xí)效率。

還有一些研究表明，具身體驗(yàn)交互的方式也影響了數(shù)字教育游戲在認(rèn)知負(fù)荷方面的效果。例如，施拉德·克勞迪婭（SchraderClaudia）等[的研究發(fā)現(xiàn)，由于游戲設(shè)計(jì)和任務(wù)難度相互緊密交織，雖然難以調(diào)節(jié)學(xué)生受游戲設(shè)計(jì)或任務(wù)難度影響的內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷，但學(xué)生總體認(rèn)知負(fù)荷的結(jié)果表明，基于虛擬存在游戲的高沉浸學(xué)習(xí)組比沒(méi)有任何游戲方法的低沉浸學(xué)習(xí)組的認(rèn)知負(fù)荷更高。

由以上分析可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)字教育游戲在影響學(xué)習(xí)者認(rèn)知負(fù)荷方面的相關(guān)研究結(jié)果存在異質(zhì)性。這可能與數(shù)字教育游戲所嵌入的學(xué)習(xí)支架類型、游戲模式及交互方式等有關(guān)。因此，本文探討以下研究問(wèn)題：

數(shù)字教育游戲?qū)W(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷水平到底有何影響？對(duì)認(rèn)知負(fù)荷的影響是否因游戲所嵌入的學(xué)習(xí)支架類型、游戲模式、交互方式的不同而異？3.如何設(shè)計(jì)和應(yīng)用數(shù)字教育游戲，使其對(duì)學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷產(chǎn)生積極影響，促進(jìn)有效學(xué)習(xí)？

二、研究設(shè)計(jì)

（一）文獻(xiàn)檢索與篩選

本研究以WebofScience、ScienceDirect、ProQuest等英文數(shù)據(jù)庫(kù)作為主要文獻(xiàn)樣本來(lái)源，選擇教育游戲和認(rèn)知負(fù)荷為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索。其中，教育游戲的關(guān)鍵詞為“video game”or“computer game”or“seriousgame” or“educational game” or“digital game*”or“game-based learming”or“DGBL”or“GBL”，認(rèn)知負(fù)荷關(guān)鍵詞包括“cognitive load”or“cognitiveworkload”or“cognition load”or“cognitive burden”or“emotional stress”or“CL”or“ICL”or“ECL”or“GCL”。為確保文獻(xiàn)的代表性和全面性，本文還采用引文索引和滾雪球法追蹤參考文獻(xiàn)的策略進(jìn)行了二次檢索，最終共檢索到3498條相關(guān)文獻(xiàn)。

在文獻(xiàn)篩選階段，本研究為納人的文獻(xiàn)設(shè)定了如下的標(biāo)準(zhǔn)： ① 研究所使用語(yǔ)言為英文，發(fā)表于2003年3月至2024年3月間，經(jīng)同行評(píng)審的期刊論文和碩博士論文； ② 研究必須使用實(shí)驗(yàn)或準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；③ 考慮到?jīng)]有對(duì)照組的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)計(jì)算效果大小可能是正偏差，且需要對(duì)對(duì)照組數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)和補(bǔ)充，因此研究必須包括實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組； ④ 研究必須將學(xué)習(xí)者認(rèn)知負(fù)荷作為因變量的有效測(cè)量，反饋測(cè)量結(jié)果； ⑤ 研究必須報(bào)告干預(yù)前后實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的樣本量、均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

根據(jù)上述文獻(xiàn)準(zhǔn)入規(guī)則，對(duì)文獻(xiàn)標(biāo)題、摘要和全文內(nèi)容進(jìn)行細(xì)致審讀，最終篩選得到32篇文獻(xiàn)作為分析樣本。篩選流程如圖1所示。

（二）變量設(shè)定與編碼

根據(jù)上述研究問(wèn)題，編碼內(nèi)容包括：發(fā)表作者和年份、游戲所嵌入的學(xué)習(xí)支架、游戲模式、游戲類型、交互方式、認(rèn)知負(fù)荷類型及作用效果。具體而言，游戲中嵌入的學(xué)習(xí)支架類型包括目標(biāo)與任務(wù)支架（思維導(dǎo)圖、概念圖、分解或簡(jiǎn)化任務(wù)道具、提示語(yǔ)等），資源支架（教學(xué)視頻、知識(shí)卡片、搜索引擎等），交流支架（即時(shí)討論區(qū)），評(píng)價(jià)支架（測(cè)試或任務(wù)完成后的個(gè)性化反饋和解釋性反饋等），以及無(wú)支架嵌人；游戲模式包括單人、多人競(jìng)爭(zhēng)、多人協(xié)作；交互方式包括基于PC端鼠標(biāo)和鍵盤的操控式、基于移動(dòng)端屏幕操作的觸控式、基于頭戴顯示設(shè)備和交互手柄的半沉浸式、基于可穿戴傳感設(shè)備或虛實(shí)融合技術(shù)的沉浸式。認(rèn)知負(fù)荷作為本研究的因變量，基于不同文獻(xiàn)中實(shí)驗(yàn)測(cè)量的不同標(biāo)準(zhǔn)和維度，因此將其劃分為類型包括內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷、外在認(rèn)知負(fù)荷和關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷三種類型。

（三）效應(yīng)量計(jì)算及檢驗(yàn)

發(fā)表偏倚檢驗(yàn)

效應(yīng)值樣本的發(fā)表偏倚漏斗圖（見(jiàn)下頁(yè)圖2）表明，大部分樣本的效應(yīng)值都集中在中上部，且基本呈對(duì)稱分布，存在發(fā)表偏倚的可能性較?。淮送?，Begg秩相關(guān)法的結(jié)果 t⁼0.139 ， Z⁼⁵⁸ ， p=0.115gt;0.05 也說(shuō)明不存在發(fā)表偏倚；最后，進(jìn)行失安全系數(shù)（Fail-safeNumber）檢驗(yàn)，本元分析納入了32篇文獻(xiàn)樣本中63項(xiàng)實(shí)驗(yàn)或準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)樣本，失安全系數(shù) N 為1763。這意味著我們需要定位和納人1763個(gè)“1”研究，以使合并的雙尾 p 值超過(guò)0.05，推翻原假設(shè)。以上數(shù)據(jù)表明，結(jié)果相對(duì)穩(wěn)健，具有可靠性。

異質(zhì)性和總體效應(yīng)檢驗(yàn)

元分析的異質(zhì)性檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。結(jié)果顯示，本研究的 Q 值為504.478，自由度df為62（ 值大于自由度），且 I²=88.31%gt;75% ，顯著性 plt;0.05 ，說(shuō)明樣本效應(yīng)值的異質(zhì)性較高，應(yīng)選擇隨機(jī)效應(yīng)模型進(jìn)行分析。

采用隨機(jī)效應(yīng)模型得出的總體效應(yīng)值（Hedges ）介于 0.2～0.5 之間，且達(dá)到了統(tǒng)計(jì)顯著水平 （plt;0.05） ，說(shuō)明數(shù)字教育游戲?qū)φJ(rèn)知負(fù)荷有中等偏下程度的積極影響，且促進(jìn)作用顯著。

3.調(diào)節(jié)效應(yīng)檢驗(yàn)

數(shù)字教育游戲影響認(rèn)知負(fù)荷的調(diào)節(jié)效應(yīng)檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。可以看出，嵌入支架類型、游戲模式和交互方式均表現(xiàn)出顯著的組間異質(zhì)性 （plt;0.001 ），各調(diào)節(jié)變量均對(duì)認(rèn)知負(fù)荷產(chǎn)生顯著影響。

三、研究結(jié)果

（一）數(shù)字教育游戲?qū)Σ煌愋驼J(rèn)知負(fù)荷的總體分析

數(shù)字教育游戲?qū)Σ煌愋驼J(rèn)知負(fù)荷影響的效應(yīng)值見(jiàn)表3。由表3可以看出，外部認(rèn)知負(fù)荷的效應(yīng)值（Hedges ?_g=0.530 ）和關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷的效應(yīng)值（Hedges ）都在0.5左右，且都達(dá)到了統(tǒng)計(jì)顯著水平 （plt;0.05 ，說(shuō)明數(shù)字教育游戲?qū)W(xué)生的外部認(rèn)知負(fù)荷和關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷具有顯著的中等程度影響；總體認(rèn)知負(fù)荷的效應(yīng)值（Hedges ）介于0.2～0.5 ， p 值小于0.05，說(shuō)明數(shù)字教育游戲?qū)W(xué)生的總體認(rèn)知負(fù)荷具有顯著的中等偏下程度影響，這也與總體效應(yīng)檢驗(yàn)的結(jié)果相一致；內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷的效應(yīng)值未達(dá)到統(tǒng)計(jì)顯著水平 （pgt;0.05） ，說(shuō)明數(shù)字教育游戲?qū)W(xué)生內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷沒(méi)有顯著作用。內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷主要受學(xué)習(xí)材料困難和學(xué)習(xí)者認(rèn)知能力的影響，而這些特征不易被教學(xué)方法、媒體技術(shù)等其他要素改變，因此數(shù)字教育游戲?qū)?nèi)在認(rèn)知負(fù)荷沒(méi)有顯著影響。

（二）調(diào)節(jié)變量對(duì)外部認(rèn)知負(fù)荷影響的結(jié)果分析

對(duì)外部認(rèn)知負(fù)荷進(jìn)行Beggs檢驗(yàn)，結(jié)果顯示Z⁼0.856lt;96 ， p⁼0.392gt;0.05 ，不存在偏倚。調(diào)節(jié)變量對(duì)外部認(rèn)知負(fù)荷影響的結(jié)果見(jiàn)下頁(yè)表4。從學(xué)習(xí)支架類型來(lái)看，交流支架和評(píng)價(jià)支架的樣本量為1，不作分析；目標(biāo)與任務(wù)支架和資源支架對(duì)總體認(rèn)知負(fù)荷具有顯著的正向調(diào)節(jié)作用。從游戲模式來(lái)看，多人競(jìng)爭(zhēng)模式呈現(xiàn)出負(fù)效應(yīng)值，但其負(fù)向作用不顯著。就交互方式而言，操控式、觸控式對(duì)總體認(rèn)知負(fù)荷具有顯著的正向調(diào)節(jié)作用；半沉浸式和沉浸式呈現(xiàn)出負(fù)效應(yīng)值，但其負(fù)向作用不顯著。學(xué)習(xí)支架類型的結(jié)果表明，任何要求學(xué)生尋找問(wèn)題解決方案或在解釋中尋找參考對(duì)象的游戲?qū)W習(xí)活動(dòng)都可能增加額外的認(rèn)知負(fù)荷，從而影響學(xué)習(xí)。因此，在呈現(xiàn)復(fù)雜的問(wèn)題解決任務(wù)、安排煩瑣的游戲活動(dòng)時(shí)，應(yīng)為學(xué)生提供指導(dǎo)和資源支持，以避免額外的認(rèn)知過(guò)載。交互方式的結(jié)果表明，相比操控式和觸控式，半沉浸和沉浸式的游戲活動(dòng)可能涉及更復(fù)雜的游戲化機(jī)制和游戲化元素，會(huì)影響學(xué)生的工作記憶能力，需要學(xué)生付出更大的努力來(lái)克服，從而導(dǎo)致外部認(rèn)知負(fù)荷的增多。

（三）調(diào)節(jié)變量對(duì)關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷影響的結(jié)果分析

與內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷和外在認(rèn)知負(fù)荷不同，關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷與圖式構(gòu)建的過(guò)程有關(guān)。對(duì)關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷進(jìn)行Begg's檢驗(yàn)，結(jié)果顯示： Z=0.488lt;96 p=0.626gt;0.05 ，不存在偏倚。調(diào)節(jié)變量對(duì)關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷影響的結(jié)果見(jiàn)下頁(yè)表5。從學(xué)習(xí)支架類型來(lái)看，相對(duì)于無(wú)支架嵌人的數(shù)字教育游戲，目標(biāo)與任務(wù)支架和資源支架都對(duì)關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷具有顯著的正向調(diào)節(jié)作用。從游戲模式來(lái)著，與單人和多人競(jìng)爭(zhēng)模式相比，多人協(xié)作的游戲模式對(duì)關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷具有顯著的正向調(diào)節(jié)作用。就交互方式而言，操控式和觸控式對(duì)關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷的促進(jìn)作用都不顯著。這表明，數(shù)字教育游戲創(chuàng)造了一個(gè)吸引用戶積極參與的環(huán)境，游戲場(chǎng)景中的持續(xù)互動(dòng)產(chǎn)生了更多的協(xié)作行為，在目標(biāo)與任務(wù)支架和資源支架等教學(xué)支持下，玩家作為游戲和學(xué)習(xí)過(guò)程中的活躍元素，能夠積極分享解決方案，控制自己的虛擬化身，以指導(dǎo)和教授同伴，通過(guò)反饋激發(fā)注意力和更多的關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷。

（四）調(diào)節(jié)變量對(duì)總體認(rèn)知負(fù)荷影響的結(jié)果分析

對(duì)總體認(rèn)知負(fù)荷進(jìn)行Beggs檢驗(yàn)，結(jié)果顯示：

Z⁼0.819lt;96 ， p^{-0.413gt;0.05} ，不存在偏倚。調(diào)節(jié)變量對(duì)總體認(rèn)知負(fù)荷影響的結(jié)果見(jiàn)表6。相對(duì)于無(wú)支架嵌入的數(shù)字教育游戲，目標(biāo)與任務(wù)支架、評(píng)價(jià)支架和資源支架都對(duì)總體認(rèn)知負(fù)荷具有顯著的正向調(diào)節(jié)作用。從游戲模式來(lái)看，與單人和多人競(jìng)爭(zhēng)模式相比，多人協(xié)作的游戲模式對(duì)總體認(rèn)知負(fù)荷具有顯著的正向調(diào)節(jié)作用，且多人競(jìng)爭(zhēng)的游戲模式呈現(xiàn)出負(fù)效應(yīng)值，但其負(fù)向作用不顯著。就交互方式而言，操控式、觸控式、半沉浸式和沉浸式對(duì)總體認(rèn)知負(fù)荷的促進(jìn)作用都不顯著。這表明，當(dāng)提供額外的教學(xué)支架，特別是在游戲過(guò)程中為玩家提供引導(dǎo)、幫助分解任務(wù)或簡(jiǎn)化任務(wù)的支架，為支持學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)、實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)提供各種形式的學(xué)習(xí)資源，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成效、具有個(gè)性化和即時(shí)反饋功能的評(píng)價(jià)支架，以及協(xié)作學(xué)習(xí)支持時(shí)，將更有利于降低學(xué)習(xí)者的總體認(rèn)知負(fù)荷，使其在基于游戲的學(xué)習(xí)中獲益更多。

四、策略與建議

對(duì)于教學(xué)游戲設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，最重要的一點(diǎn)是控制或降低玩家的外部認(rèn)知負(fù)荷，增加他們的關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷，并保持其較低的總體認(rèn)知負(fù)荷水平。根據(jù)上述研究結(jié)論，本研究針對(duì)數(shù)字教育游戲在幫助減輕學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷、促進(jìn)有效學(xué)習(xí)中的實(shí)踐應(yīng)用和理論研究提出以下建議。

（一）依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知狀態(tài)，以恰切的媒體組織具有適當(dāng)挑戰(zhàn)水平的學(xué)習(xí)內(nèi)容

現(xiàn)代信息加工理論與認(rèn)知負(fù)荷理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)者玩教育游戲時(shí)對(duì)信息的處理能力（這里指工作記憶）有限，信息量不足或過(guò)大會(huì)導(dǎo)致其產(chǎn)生沉重的認(rèn)知負(fù)荷和中斷學(xué)習(xí)。根據(jù)交互方式對(duì)不同類型認(rèn)知負(fù)荷的影響結(jié)論，交互式多媒體可以降低學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷，媒體的適當(dāng)性和互動(dòng)會(huì)影響認(rèn)知負(fù)荷。在數(shù)字教育游戲的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，設(shè)計(jì)者不能盲目相信新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，不能因?yàn)锳R/VR等游戲環(huán)境能夠顯著提升學(xué)生臨場(chǎng)感體驗(yàn)，就一味地選擇高沉浸式教育游戲。教師必須了解學(xué)生的先驗(yàn)知識(shí)，充分考慮不同媒體所帶來(lái)的負(fù)面影響，諸如更高的認(rèn)知負(fù)荷和生理不適等，在游戲環(huán)境中以適當(dāng)?shù)拿襟w組織學(xué)習(xí)內(nèi)容，并以循序漸進(jìn)的方式呈現(xiàn)材料，以減少學(xué)習(xí)者的額外負(fù)荷，同時(shí)保持適當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)水平，以增加學(xué)生的關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷。

（二）依據(jù)學(xué)生的游戲水平，提供適應(yīng)性的教學(xué)解釋，激發(fā)學(xué)生的高成就感

游戲中的反饋如果與內(nèi)容理解和學(xué)習(xí)任務(wù)密切相關(guān)，并用來(lái)支持學(xué)習(xí)過(guò)程，則可以引導(dǎo)學(xué)習(xí)者更加集中注意力，降低認(rèn)知負(fù)荷。根據(jù)學(xué)習(xí)支架類型對(duì)不同類型認(rèn)知負(fù)荷的影響結(jié)論，在游戲中嵌入的目標(biāo)與任務(wù)支架、評(píng)價(jià)支架、資源支架對(duì)于促進(jìn)知識(shí)和技能的獲取至關(guān)重要。因此，針對(duì)對(duì)學(xué)習(xí)材料理解較差的學(xué)生，教學(xué)設(shè)計(jì)者可以在開(kāi)展游戲教學(xué)前對(duì)重要概念知識(shí)、要素名稱與特點(diǎn)等進(jìn)行介紹，幫助學(xué)生建立先驗(yàn)知識(shí)，從而減輕他們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中的負(fù)擔(dān)。在教育游戲的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者應(yīng)利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，根據(jù)學(xué)生的游戲水平個(gè)性化地提供開(kāi)展游戲活動(dòng)的線索、認(rèn)知工具，解決困難的指導(dǎo)與提示，如幫助學(xué)生減少無(wú)關(guān)認(rèn)知加工的視覺(jué)標(biāo)記，制作促進(jìn)知識(shí)組織整合與展示目標(biāo)概念間關(guān)系的概念導(dǎo)圖，設(shè)置游戲元素與知識(shí)聯(lián)系的提示性問(wèn)題，以及具有清晰界面的數(shù)字學(xué)習(xí)材料等；根據(jù)過(guò)程記錄，評(píng)價(jià)學(xué)生的任務(wù)完成和目標(biāo)達(dá)成情況，并提供對(duì)目標(biāo)知識(shí)的解釋，如剖析錯(cuò)誤原因、解釋目標(biāo)概念等，提高學(xué)生解決問(wèn)題的自我效能感。

（三）依據(jù)學(xué)生的風(fēng)格特性，建立多元交互和協(xié)作機(jī)制，有效促進(jìn)知識(shí)體系的建構(gòu)

基于數(shù)字游戲的學(xué)習(xí)一直是以學(xué)生為中心的有效學(xué)習(xí)方法，建構(gòu)主義教育游戲強(qiáng)調(diào)提供交互豐富的學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)習(xí)者可以通過(guò)與環(huán)境中各類對(duì)象交互開(kāi)展學(xué)習(xí)。根據(jù)游戲模式對(duì)不同類型認(rèn)知負(fù)荷的影響結(jié)論，允許學(xué)生通過(guò)移動(dòng)平臺(tái)與同齡人互動(dòng)，通過(guò)體驗(yàn)事物來(lái)構(gòu)建自己的知識(shí)，可以有效促進(jìn)認(rèn)知發(fā)展。因此，設(shè)計(jì)者應(yīng)建立多元交互機(jī)制，將學(xué)習(xí)和探究時(shí)的圖式融入游戲，讓學(xué)生通過(guò)探索、操縱和測(cè)試假設(shè)與對(duì)象互動(dòng)，將更多的認(rèn)知資源投到與圖式習(xí)得相關(guān)的任務(wù)中。例如，玩家駕駛汽車時(shí)需遵守力學(xué)規(guī)則才能到達(dá)目標(biāo)，學(xué)習(xí)者在操縱汽車與場(chǎng)景互動(dòng)的過(guò)程中也就習(xí)得了相關(guān)概念。此外，要建立多元協(xié)作機(jī)制，鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者合作完成游戲任務(wù)以獲取獎(jiǎng)勵(lì)或競(jìng)爭(zhēng)排名，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者對(duì)游戲過(guò)程中所生成的問(wèn)題解決方案展開(kāi)自我解釋與群體分享，通過(guò)新知識(shí)的構(gòu)建增加關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷，進(jìn)而促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。5

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（責(zé)任編輯 李強(qiáng)）

How Do Digital Educational Games Affect Learners' Cognitive Load

Meta-AnalysisEvidence from32 International Empirical Studies

FanJiarong'，ZhangShuqi2，Zhao Xueyan2，Zhong Shaochun2 （Journalismamp;CommunicationsCollege，JilinNormalUiversity，Changchun，Jilin，hina3012; SchoolofoioedlogytastlUitygin）

Abstract：Withthedevelopmentofmultimediatechnology，digitaleducational games havebecome the focus of educational innovation invarious countries，andare widelyused in primaryand secondaryschools，coleges and universities;cognitiveload isanenduringtopicincognitivepsychologywhichiscrucial tostudents’knowledge acquisitionandabilityformation.However，theacademiccommunityhasnotreachedaconsensusontheimpactof digitaleducationalgamesoncognitiveload.Thisarticleusesthemeta-analysismethodtointerpret32international empirical studies.The findings areas follows：1）digitaleducational games haveno significant impactonthechange ofinternalcognitive load;2）theinteractionmodeof targetandtaskscaffoldandresourcescaffold，manipulation and touch has a significant positive regulatory efect on external cognitive load; 3） the goal and task scaffold and resourcescaffold，aswellasthemultiplayercolaborativegamemodel，haveasgnificantpositiveregulatoryeffct on the associated cognitiveload; 4）the teaching framework，suchas goals and tasks，evaluationand resources，as well as te game mode of multi-person collaboration have a significant positive adjustment effect on the overall cognitive load.Itissuggested thatintheresearchandpracticeof digitaleducational games，designers should use appropriate media to organize learning content with appropriate challenge level，provide adaptive teaching explanations totrigger students’high sense ofachievement，andestablish multiple interaction andcooperation mechanisms to promote effective knowledge construction.

Key Words： Digital education game; Cognitive load; Learning support; Multimedia learning cognition; Game-based teaching