基于認知負荷理論的E-learning教學設計研究

（寧德市教師進修學院,福建寧德 352000）

認知負荷理論（The Cognitive Load Theory）主要從認知資源分配的角度考察學習和問題解決。認知負荷理論在認知心理學、教育心理學、教育技術等復雜性學習領域產生了十分廣泛的影響，并逐漸從一個強烈關注呈現形式的教學信息設計理論發展成為一種全方位的教學設計模型，成為E－Learning教學設計的一個重要基礎支持理論。

一、認知負荷的概念與分類

認知負荷的概念及意義，一直是理論研究者的重點研究對象，更是教育工作者應用認知負荷理論的重要依據和指導。

（一）認知負荷理論簡介

認知負荷理論（The Cognitive Load Theory）是由澳大利亞心理學家John Sweller等人提出的，其中，認知負荷是指學習者在學習過程中，在工作記憶中進行信息存儲、信息提取和信息加工處理等一系列活動付出的“心理能量”。它與教學設計、學習績效有重要關聯。在教學過程中，認知負荷過低，會造成時間浪費；認知負荷過高，又會阻礙學習者的信息加工活動，教學的理想模式是學習者可以滿負荷工作學習。因此，教學設計的目的就是為了能夠使學習者用最小的心理資源獲取最多的知識。

（二）認知負荷理論的分類

根據影響認知負荷的基本因素，可將認知負荷分為三類：內在認知負荷、外在認知負荷和關聯認知負荷。其中關聯認知負荷也被稱為有效認知負荷。

（1）內在認知負荷。內在認知負荷是在學習材料的內在性質與學習者的專業技能之間的互相作用中產生的，負荷的大小取決于工作記憶中同時被處理的信息數量以及與已存在的圖式聯系。

（2）外在認知負荷。外在認知負荷與學習過程不直接相關，但是可以通過教學設計來實現調整和改變。

（3）相關認知負荷。相關認知負荷也就是有效認知負荷是在學習過程中產生的，如在圖式的建構和實現自動化的過程中。不同的問題情境產生不同的圖式，這樣就增加了相似情境在處理時被及時區分的可能性，使學習者具備了更強的學習能力。

二、基于認知負荷的E－Learning教學設計中存在的問題

E－Learning有廣義和狹義兩種含義。廣義泛指運用電子技術進行的學習行為，包括基于電視會議、CD－ROM和互聯網的學習行為；狹義指在線學習或網絡化學習，即在教育領域建立互聯網平臺，學生通過PC上網，通過網絡進行學習的一種全新的學習方式。由于狹義的含義出現的時間較近，在近十年發展較快，人們提到E－Learning，也主要是指這一含義——網絡化學習。E－Learning教學設計中的很多問題都與認知負荷有關，如外在認知負荷超載，關聯認知負荷不夠，對認知負荷的測量比較少等。

（一）與外在認知負荷相關聯的問題

外在認知負荷的產生在很大程度上是教學設計不當引起的。多媒體學習環境包含多種呈現形式。為了建構一致的心理表征需要學習者對其進行心理整合，因為學習者需要在外部呈現的方式中建立有用的聯系來構建一致性的心理表征。促進一致性形成的方法可分為兩類：對表層特征水平的元素識別具有幫助（例如：通過超鏈接）；促進深層結構水平形成的支持（例如：對相應結構進行或多或少的外在分析）。但是，經過不同材料的研究，發現點擊超鏈接增加了外在認知負荷，對學習不一定有促進作用。研究者分析或許是由于材料的差異，對比先前的材料非常的復雜，并且不只包含同等的文本——圖片鏈接，而是有更多不同的呈現方式。采用外在分析應該能夠促進學習，但是由于它需要學習者投入到繪圖的任務中去，因此，被認為能夠增強相關認知負荷。結果表明，學習者在接受了外在分析的幫助后，學習成績只有略微的提高。

（二）與相關認知負荷相關聯的問題

與相關認知負荷有關的問題涉及到圖式的獲得和自動化。在E－Learning中如何通過合理的教學設計促進學生知識結構的獲得和發展非常重要。研究表明，在認知負荷的框架下證明了對新手來說設計好的問題解決方法并不會使知識必然向更高水平遷移，反之亦然。但是，研究者對結果的解釋與獲得階段的錯誤分數是直接聯系的。對于能力較強的學生來說，由此會導致相關認知負荷水平偏低。這種解釋通過學生的主觀認知負荷報告得到證實。在整合的條件下，能力最低的學生的認知負荷最高，并且該值也只有最大量的50%。也就是相關認知負荷的測量與確定和不同水平的學生及設計材料的難度都有關聯，對于認知能力強的學習者來說，設置過多的關聯認知，作用不大，反之，認知能力低的學習者，在較復雜的設計材料中，也有可能出現關聯認知負荷失效的情況，這需要在進一步的研究中，根據具體情況來具體設計。

三、認知負荷理論在E－learning教學設計中的應用

（一）內容設計

E－learning教學設計中的內容設計包括學習資源的設計和內容組織的設計。

實現鄉村產業興旺，有利于提高農業的文明價值，拓展農業的生態功能、文化功能和社會功能，促進農業與旅游、康養、文化、教育等產業深度融合，加快旅游觀光、休閑度假、養生養老、農耕體驗、創意農業等發展，使之成為富裕農民、繁榮鄉村的支柱產業，增強農業在經濟文明與社會文明建設中的作用。

1.學習資源設計

學習資源設計不當會加重E－learning學習者的外在認知負荷。在多媒體學習環境中，一般需要給學習者提供比較豐富的學習資源。這些學習資源在為學習者帶來廣闊探索空間的同時，也容易使之陷入信息的海洋。如果對學習資源的數量缺乏控制，大量冗余信息會消耗學習者有限的注意力資源，加重E－learning學習者的認知負荷。另外，如果E－learning學習資源結構組織不合理、過于分散，在進行學習時，學習者需要花費精力整理各種知識之間的關系，也會加重學習者檢索和查找信息的負擔。因此，在設計E－learning時，一方面要控制學習資源的數量，根據教學目標和學習者知識準備情況，精心選擇那些既典型又具有普遍指導意義的內容，不要貪“多”，而要注重“精”與“準”，這樣學習者能夠將更多的可用能量用于實際的學習；另一方面應該對學習資源進行分類設計，最好能實現學習資源的搜索功能，便于學習者迅速地查詢到所需要的學習內容。需要注意的是，必須合理設計學習資源搜索的策略，簡化學習者的搜索過程，避免盲目使用搜索工具擴展主題知識。

2.內容組織設計

內容組織不當和不合理，會增加E－learning認知加工中的外在認知負荷。E－learning學習軟件一般是以非線性方式組織，這雖然為學習者提供了選擇的靈活性，但如果結構復雜，特別是多媒體信息組接或呈現不當，必然會占據大量的認知資源，加重學習者的認知負荷。因此，E－learning的內容組織應該以學習者的認知規律為基礎，有效管理多媒體信息加工中的認知負荷。E－learning在組織學習材料時，一是要依據時間接近性和空間接近性來呈現相關信息，這樣學習就容易在它們之間建立聯系而促進信息整合，避免學習者因信息來源的不集中而造成注意力的分散；二是要注意進行歸類，把握整體與局部的關系，利用提綱和標題來組織文字，為學習者呈現一個結構性、系統性的知識界面，并且強化信息節點設計，保證內容相關的信息以各種方式集成在一個節點中。

（二）交互設計

交互設計包括學習者可操作的設計和元認知監控設計，兩者結合構成網絡學習的交互部分，實現學習用戶與學習系統之間的反饋交流。

1.可操作性設計

2.元認知監控設計

元認知監控影響多媒體信息加工中的相關認知負荷。元認知就是個人對自己的認知加工過程的自我覺察、自我評價和自我調節。研究表明，在教學中對學生進行元認知指導可以促進學生的學習。E－learning學習需要學習者自己控制學習過程，學習者的元認知能力是保證E－learning學習環境下認知效果的關鍵因素之一。由于大部分E－learning學習者習慣于在教師的主導下學習，缺乏與自主學習相關的元認知能力，也使得相關認知負荷處于相對較低水平，影響了E－learning學習效果。在E－learning學習的不同時段植入元認知監控提示，如果元認知提示導致了材料學習過程中有意識的監控活動，就會增加學習過程中的認知負荷，但這種認知負荷對遷移有促進作用，是相關認知負荷的一部分。因此，優秀的E－learning教學設計要能夠幫助學習者提高元認知監控能力。為此，E－learning教學設計制作者要根據教學要求和學習者的特點選擇合適的時機植入元認知監控提示，使學習者在進行E－learning學習的各個階段，隨時獲悉自己的學習狀態，明確自己的學習進程，從而隨時調整學習步調。這樣，學習者可以更充分地理解和控制自己的認識過程，提高E－learning學習的效果。

（三）界面設計

界面是學習者面對學習內容的第一個視覺信息，是外在認知負荷的主要來源，同時也是引導學習者的一個重要部分，合理有效的界面在一定程度上能起到事半功倍的效果。E－learning的界面設計也會影響E－learning信息加工中的外在認知負荷。界面是進行信息交換的通道，直接影響獲取信息的效率。如果在使用E－learning的過程中，出現不能感知與理解E－learning軟件的各個功能的情況，會直接影響學習效果。為此，最好使用約定俗成的標準界面元素、標簽、圖標等來描述選擇和任務，使得學習者根據外觀就能清楚地識別學習軟件的各個功能。在不同的界面中相同性質元素的形態、位置、功能要保持一致，使用統一、清晰、簡潔的界面結構，這些都能降低學習者在學習過程中的外在認知負荷；其次，在E－learning教學設計中應盡量減少頁面間的跳轉，頁面之間的關系越復雜、跳轉越多，學習者就需要花費越多的精力記憶學習路徑；再次，應建立清晰、明確、簡單，符合學習者認知心理的導航系統，合理采用導航地圖，多窗口顯示等導航技術，避免學習者發生迷航現象或花費大量的精力在學習路徑的確定上。

（四）學習者設計

不同的學習者有著不同的學習需求及不同的學習效果，針對學習者的設計是E－learning教學設計應用廣泛的一個必需條件。

1.學習者的知識經驗設計

認知負荷理論告訴我們，學習者已有的與學習相關的知識經驗會影響E－learning信息加工中的內在認知負荷。由于學習者是帶著豐富的先前知識、技能、觀念、習慣和態度進入新的學習情境的，這些都會影響他們對學習內容的理解，也影響著他們解決新問題的能力。因此，學習者原有的知識結構、理解水平、學習風格、興趣態度等都會影響到內在認知負荷。E－learning教學設計者應當從E－learning學習者的經驗入手，盡量提高E－learning學習者對學習所需的知識與技術的熟悉程度。

2.學習者的學習動機設計

相關認知負荷主要來源于學習者本身，增加相關認知負荷必須喚醒學習者的認知投入。學習動機是影響E－learning學習者相關認知負荷的因素之一，一般認為，外部動機因素是學習者訪問材料的最初誘因，而內部動機因素才是學習者持續努力下去的關鍵。在E－learning教學設計的設計過程中，設計者通常更關注軟件的科學性和教育性，而對如何利用軟件來吸引學習者的學習興趣，激發其學習動機重視不夠。E－learning教學設計者要想誘發學習者的內部動機來增加相關認知負荷，可采取如下措施：

（1）學習內容盡可能與學習者的生活經驗產生聯系。可充分挖掘適合學習者年齡特點和知識水平的內容，盡可能提供適合學習者認知的樣例，激發學習者的學習興趣，引發更多的認知努力。

（2）以多樣化的表現形式呈現學習信息。可通過改變E－learning的版式、字體、形式等因素，充分調動學習者的學習注意力。

（3）多媒體的呈現還應該做到個性化。如在解說中運用對話的風格會使學習者產生很強的參與感；運用第一、第二人稱會使學習者產生親切感，激發其學習欲望。

（4）盡量設計具有交互性的E－learning軟件。如讓學習者自定學習步調，控制、操作和探究學習材料，更好地實現反饋，從而激發學習者的內部學習動機。

四、結束語

研究基于認知負荷理論的E－learning教學設計其重大意義就在于將傳統的理論與新時代的先進技術結合在一起，通過理論的指導，使最新的媒體技術和方式能夠為教育開拓更廣闊的領域，使教育的效率發生巨大的變革，這不僅僅是我們對教育領域的一種探索，更是我們社會對未來的一種探索。

[1]李金波.E－learning環境下學習者自我效能對認知負荷的影響.現代遠距離教育,2009,(4).

[2]吳先強,韋斯林.國外認知負荷理論與有效教學的研究進展及啟示.全球教育展望,2009,(2).

[3]袁磊,何克抗.認知負載理論及其在E－Learning中的應用.現代遠距離教育,2006,(5).

[4]賴日生,曾曉青,陳美榮.從認知負荷理論看教學設計.江西教育學院學報,2005,(2).