認知負荷理論視域下教師網絡研修平臺的設計研究*

胡尚君，王嵐，張一春

（南京師范大學 教育科學學院，江蘇 南京 210000）

一、認知負荷理論與教師網絡研修平臺

1.認知負荷理論

John Sweller等人在分析人類認知特點及認知負荷產生原因的基礎上提出了認知負荷理論，認知負荷是指人類在完成某一項特定的任務時，認知系統同時承載的心理負荷的整體結構的總量。它是根據人類認知結構的以下三個特點而提出的:工作記憶是用來進行信息加工的主要場所、長時記憶是進行信息儲存的主要場所、信息以模塊化的圖示結構存儲于長時記憶中[2]。其理論基礎是資源有限理論和圖式理論[3]。

資源有限理論認為，人的認知資源與工作記憶的容量是有限的，尤其是工作記憶，它是人類信息加工的主要場所，一次性可同時進行存儲加工的信息單元僅有七個。若某項學習活動所消耗的認知資源超出了學習者的認知總量，將會導致認知負荷過重，從而影響學習效率。人類在認知過程中先通過工作記憶對信息進行加工，并以圖式的形式存入長時記憶，這些圖示信息再次被工作記憶加工時僅占用極少的認知資源。因此，圖示的建構將有效降低學習過程中的認知負荷。

圖式理論認為，知識在長時記憶中存儲的模式即為圖示，即根據信息元素最常被加工、使用的方式對其進行分類，使其以結構化的形式存儲于長時記憶中。圖式的建構在于多次反復練習形成自動化的加工模式，這對降低工作記憶中的認知負荷具有重要意義。

認知負荷理論應用研究的首要任務是減輕工作記憶的認知負載。然而，影響工作記憶負載的因素有很多，如學習材料本身的復雜程度、學習材料組織呈現的方式及學生參與的學習活動等。根據人類認知結構與工作記憶負載來源的不同，John Sweller等學者將認知負荷分為以下三種類型：內在認知負荷 （Intrinsic Cognitive Load）、外在認知負荷（Extraneous Cognitive Load）和關聯認知負荷（Germane Cognitive Load）。內在認知負荷與學習內容本身的特征以及學習者主體的內在知識結構相關，學習材料的復雜性、學習材料與學習者知識經驗之間的交互關聯性等均會影響負荷的大小；外在認知負荷的產生源于學習材料的組織與呈現方式，如不當的教學設計將會導致較高的外在認知負荷；關聯認知負荷產生于教學過程中鼓勵學生進行有意識的主動加工信息，它與認知圖示的建構過程是直接相關的，因此，為避免學習過程中因認知負荷過重而影響學習效率，可以在內在認知與外在認知總負荷低于工作記憶負載的前提下，增加關聯認知負荷，促進圖式的建構。

2.教師網絡研修平臺

網絡研修是信息時代針對教師專業發展而開展的一種以網絡協同學習平臺為技術支撐的，有組織、有引導的教師自主研修活動，它不是對傳統教研和面對面集中培訓的取代，而是對傳統教師常規教研與培訓的增容、延伸與發展[4]。教師網絡研修平臺為教師開展區域間網上協同研修提供了環境支撐與技術保障，一般為教師用戶提供資源學習模塊、研討交流模塊、支持服務體系等內容，為學科專家用戶提供資源開發管理權限、查詢教師用戶研修行為數據權限等。研修平臺設計與建構的最終目的是更好地為教師的繼續教育提供服務，搭建研訓一體化的專業發展平臺，實現教師常態化研修。

教師研修網站在剛起步時只是一個信息發布與閱讀教學資源的場所，隨著Web2.0時代的到來、信息技術的快速發展，教師研修平臺逐漸拋棄機械、被動地接受這種單向信息發布的模式，轉變為支持用戶分享、人機交互等模式的開放式平臺。博客、RSS、Wiki、SNS等技術的實現，更是徹底克服了Web1.0時代網絡平臺缺乏民主性和互動性等缺陷，教師可以根據學科、地域或研修興趣選擇創建或加入不同的研修群體，促進區域間教師互相交流、開展網上協同研修。

2013年，《教育部關于深化中小學教師培訓模式改革全面提升培訓質量的指導意見》中提出，為推動教師終身學習，要推進教師網絡研修社區建設，以實現以下三條目標：第一，便于教師利用平臺開展網上與網下結合，虛擬學習與教學實踐結合的自主性個體研修；第二，便于開展區域間教師網上協同研修；第三，設計區域研修活動，打造教師學習共同體，實現常態化研修。因此，為達到預期網絡研修效果，研修平臺在設計時要始終圍繞教師專業發展的需求，以提高教師參與性為前提，推動教師終身學習。

二、認知負荷理論視域下教師網絡研修平臺的設計

在網絡研修模式下，教師面對的學習內容豐富、學習形式復雜，研修過程中容易出現認知超載，將教師認知負荷水平考慮在內的研修平臺的設計，體現了“以學習者為中心”的理念，有利于提高教師參與程度，滿足教師多元化學習需求，實現終身學習。認知負荷理論視域下的教師網絡研修平臺的設計，分別從整體和子模塊的角度，在教師網絡研修過程中的認知負荷水平的基礎上，對其進行優化改善。

做大做強銷售業務，加快終端網絡建設。相比國際大石油公司，在能源轉型背景下，中國的石油公司對銷售業務的資產和商務運作模式的優化，以及向綜合性服務站的轉型升級起步較晚，力度較小。中國石油企業不應隨著油價的回升而放松對銷售業務的轉型升級，未來幾年仍要持續加大投資，加快終端銷售布局，為打造油、電、氫為一體的清潔化能源綜合銷售網絡做準備。同時中國石油企業應該嘗試在海外新興市場國家布局終端銷售網絡，提升成品油出口銷售能力。

1.整體設計

網站的建設首先要明確其面向的用戶對象以及要實現的功能目標。教師網絡研修平臺的服務對象主要是區域內各學校不同學科的教師，其綜合目標就是為教師開展個體研修、校本研修以及區域研修提供網絡環境。基于認知負荷理論的教師研修平臺的建構是一個循環發展不斷優化的過程（如圖1所示），①以教師研修需求確定功能框架，設計研修活動與任務，構建平臺；②利用平臺開展研修活動，同時從教師主觀評估、績效水平測量以及生理測量三方面[5]對教師網絡研修過程中的認知負荷水平進行綜合測評，以對平臺的改進做出指導。③根據教師網絡研修過程中認知負荷水平的記錄對平臺各模塊設計進行優化、完善，然后再重新投入使用。

2.認知負荷理論視域下教師網絡研修平臺的模塊設計

模塊設計是在網站整體功能結構的基礎上，針對實際教研需求開展各子功能項目的設計，不同的子功能模塊將會對研修教師的認知負荷產生不同的影響。根據三種認知負荷類型可將研修平臺的設計劃分為內在認知負荷子模塊設計、外在認知負荷子模塊設計以及關聯認知負荷子模塊設計。

（1）內在認知負荷子模塊設計

內在認知負荷由學習內容及學習材料本身的特征決定，教師在網絡研修過程中的內在認知負荷大小受獲取的研修資源、要完成的研修任務以及參與的研修活動等的影響。基于此，內在認知負荷子模塊設計如圖2所示。

研修資源設計的目的是通過對資源的加工與管理，控制學習材料的復雜程度，保證學習材料的質量，從而控制其對教師內在認知負荷水平的影響。因此，研修資源在設計時應注意以下幾點：第一，資源的設計應具有層次性，網絡資源不只是對傳統紙質資源形式的復制，它利用超媒體的優勢，增加知識點的層次性與關聯性，滿足不同等級學習者的需求[6]；第二，資源應具有開放性，每個學習者都可作為數字化學習資源建設的一員，協作式的資源建設有利于資源的修正與完善，提升資源質量。

研修任務安排，主要針對的對象是個體性的研修成員，網絡研修實施過程中對教師的任務安排主要有：創建個人工作室、資料定期上傳共享等。研修任務的設計應適當多樣化，為教師提供選擇性的研修任務，以符合不同教師的學習興趣與學習能力。

研修活動設計，一般由學科教研員或教育專家組織，主要針對的對象是研修活動中的學習共同體，活動形式有遠程學習、專題培訓、課題討論、綜合實踐活動、各類教學競賽等，其目的均是為了幫助每個教師解決教學過程中的實踐困惑。因此，研修活動首先要有明確的層次與環節，以確保不同層次的教師都能有效參與進來。其次，還要關注子任務的相對獨立性以及任務間的動態組合性，將復雜的任務分解成簡單到復雜的認知序列，每一任務都指向一個階段性的具體目標，當教師參與一個微型任務可達成一個微型教研目標，也即構成主題活動任務鏈上的每一點都可以作為不同認知水平教師教研活動的起點[7]。

（2）外在認知負荷子模塊

外在認知負荷是指超越內在認知負荷的額外負荷，主要與教學材料的組織呈現方式有關，不當的教學設計導致學習者進行與圖式建構無關的活動，從而消耗較多的認知資源。基于此，外在認知負荷子模塊的設計如圖3所示。

用戶界面設計，決定了教師研修過程中所面對內容的呈現方式。梅耶等學者曾在認知負荷理論的基礎上提出了多媒體教學設計中關于信息呈現方式的三項原則：信息表征多重性原則、信號原則和冗余原則，以指導學習材料的合理呈現，促進學習者進行知識建構。信息表征多重性原則是指，在分析文本、圖像、動畫等多媒體信息表征方式特點的基礎上，根據學習者特征、教學內容、教學目標，選擇一種或多種媒體組合來表征教學信息。信號原則是指為引導學習者順利完成任務，在必要時將突出關鍵信息的“提示”添加到呈現的材料中，使學習者的注意力轉向必要的學習材料，忽略無關材料，并利用所有可用的認知資源加工必要的學習材料[8]。冗余原則表示兩個或多個信息來源容易分散學習者對關鍵材料的注意力，因此，在多媒體環境下，不可加入有趣但與學習無關的非支持性信息，并盡量減少界面中超鏈接、按鈕的使用，以避免增加不必要的認知負荷[9]。

導航系統幫助學習者在網絡平臺中快速獲取、選擇與加工信息。網絡中信息的超鏈接構成的非線性結構，容易造成學習者盲目搜索從而導致迷航，偏離學習目標。因此，可適當利用超媒體系統插入若干問題或提示，提醒學習者注意自己所處的位置，增加若干標記性節點，如返回、下一頁、上一頁、書簽、歷史記錄等，實現學習者在網站的各個頁面任意往返，從而提高信息瀏覽與搜索效率[10]。

技術支持服務體系的建立旨在幫助教師解決網絡研修過程中遇到的技術操作性難題，廣大在職教師的信息技術水平不均衡，軟件操作不熟練等問題將會占用認知資源，在線輔導教師、系統操作提示等技術支持服務體系的建構將幫助教師解決學習過程中遇到的技術操作障礙，避免因技術應用難題導致的學習困難。

（3）關聯認知負荷子模塊

關聯認知負荷對有效學習的發生具有促進作用，故可在降低內在認知負荷與外在認知負荷的基礎上，通過一定的教學策略鼓勵學生進行有意識地、主動地信息加工，即構建圖式，從而增加關聯認知負荷。基于此，關聯認知負荷子模塊的設計如圖4所示。

認知策略設計的目的是提高教師網絡研修的學習效率。采用的方法主要有：提供樣例的變式，增加情境性干擾，以促進知識遷移[11]；提供多樣化的問題解決方法以促進學生的自我解釋活動；適當要求學習者對信息進行復述、精加工以及組織歸納，建立新舊知識之間的聯系，形成系統的知識框架等。

交互設計包括人機交互與人與人的交互。人機交互設計主要指網絡界面的設計，其在設計時應符合學習者心理學認知特點，除界面中分欄、配色與按鈕的設計等，還應設置私人空間模塊以滿足用戶自定義需求，如嵌入筆記本、繪制思維導圖等學習支持工具，方便學習者進行反思總結。人與人的交互主要指學習共同體成員之間的交互。共同體成員一般由中小學教師、研修活動的組織者、管理者，以及學科專家基于共同的學習興趣或學習目標組成。成員之間通過網絡進行交流討論，可以增進學習者間的親密度，促進學習者協商性知識的建構以及協作學習的生成[12]。

研修評價的設計，是教師網絡研修模式保持長效發展的重要保證。信息技術的引入促進傳統教師研修評價體系的信息化發展，基于教師終身學習和生態取向的專業發展理念，摒棄傳統考核方式中采取的量化形式的終結性評價，利用網絡工具發展完善學校、學生、社會等多方參與的，重師德、重能力、重貢獻等標準多元化的績效考核評價體系，將教師參與的研修任務及學習行為及時記錄并做出反饋，形成激勵系統，從而提高教師網絡研修的參與動機與學習積極性。

三、結束語

隨著教育信息化的快速發展，虛擬學習環境下的教師網絡研修得到了質的提升，基于網絡研修平臺的專題集中培訓、校本研修以及區域化研修等貫穿于教學實踐中的多樣化、常態化教師自主研修模式，為教師專業發展注入了新的生機。本文從認知負荷理論的視角對網絡研修平臺進行設計研究與優化改進，體現了“以學習者為中心”的理念，同時也將有效避免“認知超載”現象的發生，提升教師網絡研修效果，此外，教師網絡研修過程中認知負荷水平的測量應注意綜合多種方法，以提高測量結果的可信度，從而對平臺的改進做出正確指導。

[1]楊哲,鐘生海.基于認知負荷理論的網絡課程設計研究[J].現代遠距離教育,2007(3)：64-66.

[2]John sweller Jeroen-J.-G.-van-M errienboerand-Fred-G.-W.-C.-Paas.Cognitive Architecture and Instructional Design [J].Educational Psychology Review,1998,Vol.10(NO.3)：251-296.

[3]張慧,張凡.認知負荷理論綜述[J].教育研究與實驗,1999(4)：45-47.

[4]馬立,郁曉華,祝智庭.教師繼續教育新模式：網絡研修[J].教育研究,2011(11)：21-28.

[5]李金波.網絡化學習中學習者認知負荷的評估方法[J].開放教育研究,2009(5)：90-93.

[6]司國東,趙玉,宋鴻陟.基于認知負荷理論的網絡學習資源多層次模型[J].中國電化教育,2013(2)：79-82.

[7]唐章蔚.認知負荷理論視域下農村教師微型移動教研活動設計研究[J].中國電化教育,2013(9)：72-77.

[8]林剛,陳國江.網絡學習環境對認知負荷的影響及對策研究[J].中國遠程教育,2007(8)：35-38.

[9]馬錦英,陳毅萍.認知負荷理論在網絡教學設計中的應用及啟示[J].重慶郵電大學學報(社會科學版),2008(S1)：47-48,61.

[10]連純華.超媒體信息表征與網絡課程信息結構設計[J].中國現代教育裝備,2010(1)：114-117.

[11]羅群英,陳仕品,張劍平.基于認知負荷理論的網絡課程設計——以國家精品課程“現代教育技術”的網絡課程為例[J].開放教育研究,2009(2)：61-66.

[12]張豪鋒,孫穎.論網絡學習中的意義交互[J].河南師范大學學報(哲學社會科學版),2008(5)：218-220.