認知負荷理論指導下的移動微學習信息表征設計

摘 要 移動微學習是移動學習和微型學習相互融合的產(chǎn)物，是手持智能終端發(fā)展帶動下形成的新型學習方式，在為學習者隨時隨地獲取學習信息提供更多優(yōu)勢的同時，也時常伴有認知超載現(xiàn)象發(fā)生。結(jié)合認知負荷理論指導，分析移動微學習中認知負荷的來源，探討移動微學習的信息表征設計要求和設計思路。

關鍵詞 認知負荷理論；移動微學習；信息表征設計

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1671-489X（2017）16-0006-03

Abstract The mobile micro learning is the integrated product of mobile learning and micro learning， which is a new way of learning form development driven by hand-held intelligent terminal， provide more advantages for learners to learn whenever and wherever possi-ble information， there is often accompanied by cognitive overload. Based on the cognitive load theory， this paper analyzes the sources ofcognitive load in mobile micro learning， and discusses the design re-quirements and the design ideas of the information representation of mobile micro learning.

Key words cognitive load theory； mobile micro learning； informa-tion representation design

1 前言

伴隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的快速發(fā)展，基于個人手持終端的移動微學習成為教育界關注的研究主題。移動微學習是學習者利用移動終端設備進行的微學習活動，是移動學習與微型學習相互融合的產(chǎn)物。這種以智能手機和平板電腦等微型移動媒體作為重要平臺的學習方式，在知識信息的表征、學習內(nèi)容的提取、時間環(huán)境的選擇、方法形式的設定等方面具有靈活多樣、自由便捷等特點。但學習信息的表征設計與組織呈現(xiàn)形式的豐富并不意味著保障了有效教學，在實際運用中認知超載現(xiàn)象時有發(fā)生。因此，有必要從認知負荷理論視角，對移動微學習過程中認知負荷的來源進行深入分析，探討移動微學習環(huán)境下學習信息表征設計的目標要求和設計思路。

2 認知負荷理論

認知負荷指的是人們在信息加工過程中需要投入的認知資源總量。1988年，澳洲心理學家約翰·斯威勒提出認知負荷理論，定義認知負荷為將特定工作加之于學習者認知系統(tǒng)時所產(chǎn)生的負荷，從認知資源分配的角度對學習和問題解決進行了考察分析。

認知負荷理論的基本觀點 認知負荷理論指出人類的工作記憶具有局限性，能儲存的信息量為7±2個組塊，維持的時間為2秒，可同時處理的信息為2～4個組塊；長時記憶的容量是無限的，信息以圖示的方式被貯存，信息進入前先在工作記憶里進行加工；信息主要儲存在長時記憶里，通過信息重組，把低水平圖示組合成高水平圖示，減少工作記憶中的信息加工數(shù)量。工作記憶的局限性只是針對第一次接觸到的信息，已轉(zhuǎn)為長期記憶中的信息再提取是不存在局限性的；當需要加工的信息量超出學習者工作記憶所能加工的信息容量范疇，即為認知超載，導致無效學習。

認知負荷的三種類型 斯威勒將認知負荷分為內(nèi)在認知負荷、外在認知負荷和關聯(lián)認知負荷三類。內(nèi)在認知負荷取決于學習者先前認知水平和學習材料的復雜性，學習材料的復雜性包括來源于知識本身復雜程度的絕對復雜度和來源于學習者先前認知水平的相對復雜度。外在認知負荷指由學習信息的表征設計與組織呈現(xiàn)方式帶來的認知負荷，是教學設計不當引起的。關聯(lián)認知負荷是指在認知過程中，那些不是必須關注的信息，但對其加以注意后，有助于圖式建構(gòu)的認知負荷，也稱有效認知負荷。學習者在學習過程中有富余的認知資源，并將這些認知資源用到建構(gòu)圖示等認知加工過程中，會產(chǎn)生關聯(lián)認知負荷。

3 來源于移動微學習的認知負荷分析

來源于學習信息的認知負荷 移動微學習環(huán)境下，學習信息更加多元和開放，因?qū)W習信息的表征設計與呈現(xiàn)形式不同，產(chǎn)生的認知負荷也會有所不同。學習信息是海量的、碎片化的，給學習者的信息檢索和知識建構(gòu)帶來一定的影響，并且受制于微型移動終端的屏幕尺寸，學習信息的呈現(xiàn)也存在一定的弊端。本應同一界面呈現(xiàn)的學習信息，不得不通過滑屏或翻頁的方式分界面閱讀，原本促進學習者意義建構(gòu)的有效關聯(lián)，也因信息結(jié)構(gòu)的拆分而破壞。在多媒體信息表征協(xié)同作用方面，也因為空間有限，需要壓縮和分割各類信息表征，造成信息讀取的缺失現(xiàn)象。因此，學習者需要更多認知資源的投入以整合片段化的知識信息，工作記憶的信息加工數(shù)量的被動增加，使學習者對知識信息的有效解構(gòu)和意義重構(gòu)趨于復雜化。

來源于學習環(huán)境的認知負荷 移動微學習具有的微型特性和移動特性，滿足了學習者在碎片時間里，在移動狀態(tài)下，隨時隨地進行信息獲取的泛在學習需求。同時形成了學習環(huán)境的復雜特性，具體表現(xiàn)為學習時間的隨意性、學習場地的隨機性、學習過程的零散性和交互操作的局限性。學習者的學習行為隨時會產(chǎn)生，也隨時會被中止，出現(xiàn)如移動設備電源不足、無線網(wǎng)絡信號消失、環(huán)境聲音嘈雜、其他事情打斷等干擾因素。學習者注意力被轉(zhuǎn)移分散，就需要反復的信息加工和整合。微型移動設備多為觸屏交互操作，信息輸入采用軟鍵盤方式，在網(wǎng)絡傳輸速度、屏幕尺寸、移動狀態(tài)中操作等因素的影響下，使得信息輸入與傳遞的速度和準確度不能得到絕對保障，常常需要多次甚至額外的輔助操作才能完成界面交互。這些與學習內(nèi)容無關的活動增加了外在認知負荷，不利于碎片化信息的有效集聚與融合。endprint

來源于學習者的認知負荷 移動微學習以學習者自主探究為主，不同于傳統(tǒng)教學中師生的面授指導答疑，學習者不能及時獲得有效幫助而疏導認知困惑。在移動微學習過程中，學習者雖然擁有豐富的信息資源，但缺乏個性化的學習空間。面對同一學習材料，由于學習者先前認知水平存在個體差異，信息加工數(shù)量也各不相同，當認知負荷總量超出工作記憶可承載的容量范圍，就形成認知超載。而學習材料和學習環(huán)境存在負面影響時，學習者的情緒狀態(tài)也會產(chǎn)生波動，導致學習者的投入度不夠，認知加工時間延長，甚至出現(xiàn)無法進行有效信息加工的情況。以學習者為中心來進行信息表征設計，使呈現(xiàn)給學習者的外在信息結(jié)構(gòu)與學習者的內(nèi)在認知結(jié)構(gòu)相一致。

4 認知負荷理論對移動微學習信息表征設計的指導

基于移動微學習中認知負荷的來源分析，在學習信息的表征設計和組織呈現(xiàn)方面，要做到調(diào)控內(nèi)在認知負荷，降低外在認知負荷和提高關聯(lián)認知負荷，需要將以下三點作為表征設計的目標要求。

確保信息的微化連續(xù) 學習者的短時記憶容量是很有限的，非正式學習狀態(tài)下，學習者在5～10分鐘間的認知加工更為有效，超出這個時間就容易受外界干擾[1]。移動微學習最大的特點在于它的“微”，是在微短細碎的時間里，透過微小有限的屏幕界面，學習微少片段的知識內(nèi)容。可見，學習信息也應微化呈現(xiàn)，分割為多個短小且相對獨立的微單元，圍繞一個微知識點高度提煉，以降低閱讀難度為宜。同時注重單元間的連續(xù)性，建立清晰而有意義的關聯(lián)，把復雜的學習材料簡單化和結(jié)構(gòu)化，以降低外在認知負荷和控制內(nèi)在認知負荷，保證學習者在短時間里對微單元的內(nèi)化及單元信息的整合。

削弱無關冗余信息 自從媒體技術(shù)應用于教學領域便受到教師的熱烈追捧，也隨之呈現(xiàn)出片面追求技術(shù)效果的錯誤理念，各種信息表征大力齊發(fā)，造成簡單知識的復雜化呈現(xiàn)。面對繽紛過量的信息，學習者可能將更多注意力分配給無關信息，錯過真正需要關注的信息內(nèi)容；或者花費更多的時間反復閱讀，大大增加外在認知負荷。在信息表證設計上，必須突出重點，聚焦難點，去除無關信息，避免冗余信息干擾。

關注學習者個體差異 在開放式的學習環(huán)境下，學習者認知基礎差異較大，構(gòu)成學習材料的相對復雜度有差異，內(nèi)在認知負荷也就不同。針對絕對復雜度較高的學習材料的信息表征設計，必須從學習者個體差異出發(fā)，結(jié)合知識內(nèi)容特點和學習者接受能力，設置學習內(nèi)容的難易程度[2]；提供給學習者更多的學習步調(diào)選擇，幫助學習者先易后難，層層深入進行知識建構(gòu)。只有當學習材料的復雜度與學習者的認知水平相當，形成適當水平的內(nèi)部認知負荷，才能促進學習者有效認知。

5 移動微學習的信息表征設計

認知負荷理論關注學習者的內(nèi)在認知結(jié)構(gòu)與外在信息結(jié)構(gòu)之間的交互作用，當信息表征設計與學習者的認知系統(tǒng)相統(tǒng)一，就有助于學習者的深度認知加工。

文本表征設計 文本是呈現(xiàn)教學信息的主要方式，在媒體技術(shù)掀起的屏幕閱讀時代，屏幕文本依然是移動微學習的主要信息表征形式。但在移動微學習中，短時間內(nèi)充斥學習者視覺的是一屏屏大量連續(xù)的文字，會使學習者失去學習的興趣；要讓學習者在短時間內(nèi)關注到重點，那么在微屏框架下就必須做到少而精的表述，避免大量冗長的文字堆積，并且利用文字的字體、字號、字色、字樣方面的搭配設計來突出重點。通過精煉準確的表述進行知識內(nèi)容的概括總結(jié)和信息邏輯的分層呈現(xiàn)，幫助學習者迅速地關注提取到重點信息。

圖形表征設計 通過更具象直觀的圖形表征形式，更趨近于學習者的視覺認知經(jīng)驗。如今移動媒體超級強大的圖像功能，為學習者通過視覺模式加工學習材料提供了更加廣闊的信息表征空間。在移動微學習的有限時空范圍，通過圖像將信息進行可視化、具象化視覺表征設計，形象再現(xiàn)概念、實物、情境等信息內(nèi)容，一目了然的呈現(xiàn)可以大大避免冗余的文本信息。圖形表征設計在核心內(nèi)容表達上要鮮明清楚，去除或簡化圖片中無關細節(jié)，針對圖片中的重要細節(jié)，要確保放大后的清晰度，利于學習者捕捉。注意圖片格式的選擇和畫幅大小的控制，目的是在能夠清晰呈現(xiàn)的基礎上，盡量只需較小的網(wǎng)絡寬帶來瀏覽；當圖像的細節(jié)信息不是很重要時，使用縮略圖呈現(xiàn)圖像[3]，控制流量，避免過多增加學習者移動設備應用成本，盡量達到隨時隨地瀏覽的學習環(huán)境要求。

視頻表征設計 視頻表征是通過攝像實拍的方式記錄的動態(tài)學習信息，融合了圖形表征和文本表征的雙重優(yōu)勢。視頻表征的設計要以滿足即時性、高效性的學習需求為依據(jù)，強調(diào)在有限的屏幕和時長內(nèi)呈現(xiàn)更加豐富的內(nèi)容，形象直觀地再現(xiàn)知識情境，以吸引學習者注意，便于記憶。視頻在流量、網(wǎng)速和設備內(nèi)存方面需要較多的支持，流量成本過高和傳輸卡頓帶來的學習困擾，必然對學習者的情緒狀態(tài)造成影響。視頻不宜超過10分鐘，大小在20 M，2～5分鐘為宜，畫面比例以16：9為主，這樣更匹配當前主流移動設備界面。每個視頻圍繞單一的知識點，將復雜的學習內(nèi)容進行結(jié)構(gòu)化劃分，以微型知識點作為一個視頻的知識主題。畫面內(nèi)容不要過于繁雜，知識主題鮮明、重點突出，關鍵知識點可以借助視頻后期編輯功能，結(jié)合具體內(nèi)容特點，選用放大、定格、重復、慢放、反轉(zhuǎn)、畫中畫等方式突出呈現(xiàn)。視聽元素搭配得當，畫面解說緊密配合，講解簡潔凝練，追求在短時間內(nèi)說明知識問題。

動畫表征設計 動畫表征是通過序列圖片的連續(xù)呈現(xiàn)來進行的動態(tài)知識表征，能夠再現(xiàn)事物的動態(tài)發(fā)展變化，詮釋內(nèi)在原理與規(guī)律。動畫表征相對靜態(tài)圖片，可以為學習者構(gòu)建動態(tài)的心理模型提供有效支持；相對實拍視頻表征，其虛擬特性可以模擬抽象的或者視覺不可直觀的知識信息，彌補攝像實拍難以捕捉到的畫面。動畫中可以運用的表征元素多樣，并且動態(tài)特效豐富，在設計時需要注意不要為了追求視覺效果而轉(zhuǎn)移學習者注意力，以免忽略主題相關信息，形成外在認知負荷。圍繞同一信息的各表征元素緊密配合，不要在畫面或時間上分離太遠，以免進入工作記憶的信息不同步而造成信息缺失，不利于信息整合。動畫表征的內(nèi)容設計要少而精，以相關先前知識為切入點，幫助學習者建立知識關聯(lián)，降低內(nèi)在認知符合。利用動畫表征的交互功能，加強人機互動，比如放大局部、調(diào)換速度、重復操作、游戲測驗、切換跳轉(zhuǎn)等，滿足不同學習者的不同認知需求[4]。在沒有特定需要的前提下，建議采用矢量圖形，合成SWF文件類型，文件體積較小卻不影響清晰度，并且有很好的媒體兼容性，保障學習材料呈現(xiàn)的流暢性。endprint

6 信息表征組合呈現(xiàn)的設計思路

雙通道結(jié)合設計 認知負荷理論的相關研究表明，學習者是利用視覺通道和聽覺通道的協(xié)同作用來進行信息加工，如果學習過程中只使用一個通道而空置另一個通道，會造成使用的通道負荷過載而空置的認知通道負荷不足。手持移動學習終端可以支持文本、音頻、圖片、視頻、動畫等多種表征形式，學習者對靜態(tài)圖片和動態(tài)序列圖像的加工主要發(fā)生在視覺通道，對于語音的加工發(fā)生在聽覺通道，對文本的加工則是先由視覺通道再轉(zhuǎn)到聽覺通道。根據(jù)認知負荷理論，表征形式的組合設計應以同時調(diào)動學習者的視覺通道和聽覺通道為宜，當兩個通道都在工作時，有助于良好地處理信息并整合信息。

屏幕頁面設計 屏幕界面設計應以幫助學習者積極加工圖像心理模型和言語心理模型為主，并引導學習者在兩者間構(gòu)建關聯(lián)。針對同一知識內(nèi)容，視覺表征和聽覺表征應同步呈現(xiàn)，但因為移動學習環(huán)境的不確定性，教學語音的播放極有可能遇到阻礙，因此，說明文本與圖像表征的結(jié)合非常重要。表征間相輔相成發(fā)揮各自優(yōu)勢，只表達相互間未能清晰描述的部分，避免冗余信息帶來的認知負荷。界面分割做到主次分明，主要表征形式占據(jù)核心位置和較大空間，輔助的表征設計要簡潔明了，控制占比占位。圖像與說明文本盡可能在同一屏幕內(nèi)呈現(xiàn)，如果容量有限，做不到同屏，那么分屏呈現(xiàn)的原則是臨近呈現(xiàn)，即在屏幕位置和呈現(xiàn)的間隔上做到相近毗鄰。如果間隔過遠，先前作用于通道的信息會在工作記憶中暫時儲存，而間隔較遠的信息在進入工作記憶時，先前信息可能出現(xiàn)缺失。同屏或相鄰呈現(xiàn)的界面布局可以確保雙通道信息同時處于工作記憶中，加強知識建構(gòu)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

交互導向設計 在整個學習過程中，人機交互設計是促進學習者個性化學習的優(yōu)化途徑。移動微學習為學習者提供了包含不同交互層次的學習空間，體現(xiàn)為學習者與移動媒體的交互、學習者與信息表征之間的交互、學習者與指導者和學習伙伴之間的交互、不同學習平臺間的交互[5]。設計應關注對學習者的個性特征分析，切合學習者的認知特點和已有知識水平，使其可以結(jié)合個體情況選擇適合自己的學習步調(diào)和學習路徑，并方便其進行自主控制與及時調(diào)整。通過信息表征設計和組織呈現(xiàn)，為學習者提供個性化、情境化的多媒體交互學習體驗。采用可視化的、突出醒目的導向設計，運用貼近學習者日常經(jīng)驗的標識與符號，避免因為界面繁復和導向誤解而增加不必要的認知負荷，給學習者更好的信息交互體驗，高效率地訪問各界面區(qū)域和信息層。

移動微學習是基于學習者自主控制的按需學習，表征設計必須以學習者為中心，以支持學習者學習過程中的注意分配、主動參與和認知加工優(yōu)化為導向。在認知負荷理論的科學指導下優(yōu)化學習信息的表征設計，促進呈現(xiàn)給學習者的外在學習信息表征與學習者知識建構(gòu)的內(nèi)在認知系統(tǒng)的統(tǒng)一，幫助學習者從片段化的學習信息中進行有效的知識聯(lián)結(jié)與建構(gòu)。

參考文獻

[1]祝智庭，張浩，顧小清.微型學習：非正式學習的實用模式[J].中國電化教育，2008（2）：10-13.

[2]吳軍其，彭玉秋，等.手持終端環(huán)境下微學習資源的情境化設計方法探索[J].電化教育研究，2012（8）：90-93.

[3]司國東，趙玉，趙鵬.移動學習資源的界面設計模式研究[J].電化教育研究，2015（2）：71-76.

[4]邢方，張林.多媒體學習中動畫表征的信息設計[J].中國教育信息化，2010（17）：54-56.

[5]王星，李懷龍，徐影.“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下微學習空間設計研究[J].中國電化教育，2015（12）：35-40.endprint