關于減少英語學習型詞典中圖文認知負荷方法的研究

陳笑芳 許智堅

摘 要

文章探討基于多媒體學習認知理論的大腦工作機制，并以主流英語學習型詞典《牛津高階英漢雙解詞典》《麥克米倫高階英漢雙解詞典》和《朗文當代英語辭典》中的圖文為例，研究詞典圖文的5種認知超載類型，對每種超載類型提出了相應減少認知負荷的建議。

關鍵詞 英語學習型詞典 圖文 認知負荷 方法

一、 引言

近年來，“插圖”作為一種輔助形式已在教科書、詞典和文學作品中日益得到廣泛應用，圖文間的相互關系和作用也引起了國內外廣大學者的關注。很多學者主要從多模態理論角度探索圖文關系，如田園等（2017）提出“嘗試探究圖像與文字在作品中的配置關系及其表達作用”；曾方本（2010）從理論角度“評述多模態語篇里的三種圖文關系”；楊信彰（2012）也通過該理論分析學習型英漢雙解詞典中的圖文關系，“說明圖文互補作用”。截至目前，學者們都主要從多模態理論角度探討教科書、文學作品中的圖文關系，而鮮有人探討詞典中的圖文關系。因此，本文擬從多媒體學習認知理論角度，探究人類大腦的認知工作機制，進而探討英語學習型詞典中的圖文認知負荷問題，旨在發現： 英語學習型詞典中存在哪些圖文認知負荷的情境？應該如何避免和解決這些圖文認知負荷問題？

產生性加工理論、雙重碼理論和認知負荷理論均為與多媒體學習相關的認知理論（斯蒂芬2008），是多媒體學習認知理論建立的基礎。

產生性加工理論是美國心理學家維特羅克（Wittrock， 1974）在20世紀70年代始創的，即生成學習理論，認為生成性學習的過程就是學習者積極主動地將現學知識與長時記憶中的知識進行整合的過程。具體地講，即英語學習型詞典中的言語釋義與插圖的呈現可以幫助學習者理解、記憶并掌握詞條，而且，不論言語釋義還是插圖都有可能激發學習者長時記憶中的知識儲備，使得工作記憶中的知識與長時記憶中的知識進行深層次的加工、整合。因此，如果英語學習型詞典中的圖文搭配合理，符合學習者認知規律，詞條的學習和掌握將會得到較好的提升。

雙重碼理論是加拿大心理學家佩維奧（A.Paivio， 1986）在20世紀60年代末、70年代初提出的，其認為人類認知系統中有兩種加工體系： 言語系統和表象系統，這兩種系統之間既相互作用又相互獨立。前者主要處理言語信息，比如文本；后者主要處理非言語信息，如圖像、物體和聲音等。兩個系統之間的相互作用主要表現在一個系統的信息可以激活另一個系統的信息表征。

認知負荷理論是由澳大利亞新南威爾士大學的認知心理學家約翰·斯威勒（John Sweller）于20世紀80年代提出的。認知負荷是表示處理具體任務時加在學習者認知系統上的負荷的多維結構。（Paas， Tuovinen， Tabbers et al. 2003）就信息加工理論而言，認知負荷是指工作記憶的負荷，即同時被要求施加在工作記憶上的智力活動的全部數量，（Cooper 2005）是一個表征學習特定材料或完成特定任務時需要的工作記憶資源的概念（Sehnotz， Ktirsehner 2007）。

根據學習過程的影響因素，認知負荷被劃分為內部認知負荷、外部認知負荷和相關認知負荷。內部認知負荷與學習任務的固有本質有關，是由要學習的材料的性質與學習者的專業知識之間的交互決定的。（嚴莉，苗浩，王玉琴2013）外部認知負荷是由學習材料的設計和組織等非中心因素（如使學習者的注意力分散在多個信息來源的呈現方式或活動等）引起的不必要的負荷。（Kalyaga， Chandler， Sweller 1998）相關認知負荷是由引起圖式獲得和圖式自動化的意向性努力引起的（嚴莉，苗浩，王玉琴2013），是有利于學習的認知負荷。認知負荷理論認為，內部認知負荷是人為無法改變的，是固定的，而外部認知負荷和相關認知負荷是可以通過優化學習材料組織和設計得到改變的。三種認知負荷相互疊加與交互，還有一個潛在的邏輯前提，即要使學習發生，三種認知負荷的總和不能超過工作記憶資源的總體容量（Paas， Tuovinen， Tabbers et al. 2003）。當認知負荷總量超過學習者的認知容量時，認知超載問題便會出現。減少認知負荷，就是要重新分配組織內部認知負荷，盡量減少外部認知負荷，積極促進相關認知負荷。

二、 大腦工作機制

基于對認知科學的實驗和研究，多媒體學習認知理論提出了三個假設： 雙通道假設、有限容量假設和主動加工假設。以下從這三大假設出發，闡述人類大腦工作模式。

第一，人類大腦認知系統有兩個獨立但又相互聯系的通道，可以分別處理言語信息和圖像信息。第二，每個通道中，信息加工的容量都是有限的。言語通道只能處理有限的文本信息，而圖像通道也只能處理有限的圖像信息。這個“有限容量假設”是基于英國心理學家Baddeley的工作記憶理論。第三，美國心理學教授Richard E.Mayer（2005）基于美國當代著名的教育心理學家Wittrock的生成學習理論提出了主動加工理論，認為在有意義學習的過程中，言語通道和圖像通道要進行大量的信息加工。這些加工包括對學習材料的選擇性注意，對學習材料進行有條理的組織，以及將工作記憶中的信息與長時記憶中的信息進行整合。

下文我們在多媒體學習認知理論指導下探討這三個理論假設。在言語通道中，被呈現的文字材料進入感覺器官，然后被選擇性地注意，于是，學習者對所注意的材料進行組織，進而形成言語模型；在另一通道——圖像通道中，被呈現的圖像材料進入人體感覺器官，被選擇性地注意，學習者對所注意的圖像材料進行組織，并形成圖像模型。最后，在工作記憶中的言語模型和圖像模型與存儲于長時記憶的信息進行整合。多媒體學習認知理論認為，多媒體學習呈現材料在言語通道和圖像通道被加工處理，工作記憶對文字、圖像的保持和加工容量是有限的，大腦對呈現材料的選擇性注意、組織并形成模塊及最后的信息整合都是主動加工的過程，而這些過程都要占用認知系統的資源和容量。

工作記憶容量是有限的，加之三種認知負荷總量不能超過認知容量，因而，不同類型的認知加工必然會導致認知容量不足，并由此產生了詞典設計必須思考和解決的問題。如詞典圖文本身的復雜程度問題；插圖呈現方式的凌亂不合理問題；無法刺激學習者進行主動加工等問題。

因此，要想讓插圖在英語學習型詞典中發揮良好的作用，詞典編纂者必須考慮人類大腦工作記憶容量的有限性，英語學習者查閱詞典的過程就是自我學習的過程，這一過程要求學習者進行大量的認知加工，因此，詞典編纂者在進行插圖設計時，應該盡量采取合理的措施，避免認知負荷超載。合理控制必要加工，盡量減少和避免外來加工，積極促進生成性加工，確保三種認知負荷加工總量低于認知容量。

下面以《牛津高階英漢雙解詞典》（以下簡稱《牛津詞典》），《麥克米倫高階英漢雙解詞典》（以下簡稱《麥克米倫詞典》）和《朗文當代英語辭典》（以下簡稱《朗文辭典》）為例，描述學習者在查閱英語學習型詞典過程中認知超載的情境，并針對每種認知超載案例，從多媒體學習認知理論和認知負荷理論的角度，提出減少圖文認知負荷的若干建議。

三、 案例分析

1. 超載類型1

當內部認知負荷在某一通道超載時，則應轉移認知負荷。如《麥克米倫詞典》中“put”一詞及其詞組的言語釋義長達5頁，學習者在學習和查閱過程中會造成言語通道的認知負荷超載，而圖像通道卻閑置未用，不利于學習效率的提高。

解決此問題的方法是卸載認知負荷，即將部分詞組的釋義以插圖的形式呈現。這樣，插圖在視覺通道中被加工，而文字釋義在言語通道中被加工。于是，言語通道的認知負荷減少了，學習者便能選擇文字釋義中重要的部分進行深度加工。由于視覺通道的加工要求也是適度的，所以學習者能夠選擇插圖中的重要部分進行深度加工?？傊?，合理地設置插圖出現位置是將言語通道的認知負荷卸載到視覺通道的一個較好的辦法。

2. 超載類型2

當內部認知負荷在言語通道和視覺通道都超載時，可以采用分割和預先學習法。

當言語加工需求和圖像加工需求在兩個通道中都超載時，如《牛津詞典》為“bicycle”設置的結構插圖中共標注了26個零部件，以說明“bicycle”的構造（如圖1所示）。插圖中的圖像和言語標注都較多，大腦認知資源無法滿足認知加工需求，學習者無法在較短的時間內全部掌握并進行深層次的加工，這時可以采用兩種方法。

圖1 《牛津詞典》中“bicycle”插圖

解決方法一： 分割。此方法是指詞典中插圖信息以片段的形式分批次呈現，而非一次性完整呈現時，學習效果更佳。此方法可以在每個重要的小系統之間留出一定的時間和空間。比如可對圖1的“bicycle”進行分割，“bicycle”的完整結構插圖可以分成“輪子”“動力傳導系統”“剎車系統”和“車頭”等部分，最后呈現完整的“bicycle”插圖。這樣分批系統呈現學習材料，學習者有充分的時間理解掌握各個部分之間的結構關系、因果關系等，可以對言語信息和圖像信息進行組織和整合等深層次加工。

解決方法二： 預先學習。當分割法操作性不強或是結構插圖的目的側重于原理解釋時，可以采用預先學習法，該方法就是將部分認知加工提前到主要學習內容前的訓練階段，以幫助學習者更好地理解某一系統中關鍵部分的建構和系統各部分之間的因果關系，即學習者提前學習即將呈現的系統知識中的部分重要內容。還是以上文的“bicycle”為例，對“bicycle”結構插圖的知識系統預建設可分成兩步： 成分建設（單車由哪些重要部分組成）和因果關系建設（即關于某一零件的運動或變化可以引起另一部件的變化的描述）。在學習自行車“動力傳導系統”和“剎車系統”插圖時，學習者必須進行成分建設和因果關系建設。通過預先學習，學習者對“bicycle”各個零部件的組成和作用等機械知識有預先的了解，可以將有限的認知資源用于更難的因果關系建設，有效加工插圖。如果沒有預先學習，學習者在掌握每個成分和作用的同時還要進行成分間的因果關系建設，此時，往往會造成認知負荷超載。

3. 超載類型3

使用無關材料，認知系統被外部認知負荷超載時，可采用各種方法強調突出內部認知負荷或刪除外部認知負荷。

如果內部認知負荷和外部認知負荷在一個或兩個認知通道中都超載，無關的學習材料占用工作記憶中有限的認知資源時，學習者注意力會分散，無法集中精力對重要材料進行組織和加工，甚至會對非主題材料進行組織加工，浪費認知資源。例如《牛津詞典》中為“golf”設置的場景插圖呈現并標示了包括“golf club”等12個人或物體名詞（如圖2所示）。其中，“golfer”（高爾夫球運動員）是高爾夫球運動參與者，“golf club”（高爾夫球桿）和“tee”（球座）是運動設備，“hole”（球洞）是運動目標，均屬內部認知負荷；而“trolley”（高爾夫球手推車）、“bag”（球桿包）及“bunker”（沙坑）與圖題“golf”（高爾夫球運動）關系不緊密，屬外部認知負荷。按照多媒體學習的認知負荷理論，添加與學習中心任務無關的材料，在一定程度上使外部認知負荷占用有限的認知資源。結果造成學習者無法進行“golf”（高爾夫運動）這一有意義的學習認知加工，此時我們也可采用兩種方法。

解決方法1： 刪除。不必要的學習材料會造成圖像通道超載，導致Sweller所謂的注意力分散效應。（嚴莉，苗浩，王玉琴2013）刪除該插圖中無關緊要或關系不大的圖像和標示語，如“trolley（高爾夫球手推車）”“bag（球桿包）”和“green（果嶺）”等，使整幅場景插圖顯得簡潔明快，這樣，學習者可以將所有的認知資源用于內部認知負荷，促進有意義學習的發生。

圖2 《牛津詞典》中“golf”插圖

解決方法2： 提示。有時無法在一幅插圖中刪除所有的無關信息，此時，可以用“提示”的方法突出重要材料，將學習者的注意力引向必要學習，避免無關材料的干擾，幫助學習者有效選擇和組織學習材料，以減少認知負荷。例如，《牛津詞典》中“golf”這一場景插圖中，包含了好幾項與圖題無關或關系不大的物體的圖像，學習者會將注意力消耗在這些無關的圖像上，進行大量的外部認知負荷加工。此時，可以通過“提示”的方法引導學習者進行內部認知負荷的加工： （1） 以黑體字和更大的字號強調凸顯圖題“golf”。（2） 在黑白場景插圖中用紅色或綠色來強調凸顯與圖題關系密切的圖像，如“golfer”“golf club”“tee”和“hole”等。（3） 在插圖中使用紅色或綠色的箭頭展示“高爾夫球運動”過程中重要的各個環節。研究顯示“提示”可以幫助學習者選擇和組織相關信息。（Richard 2005）

4. 超載類型4

大腦認知系統超載還可由學習材料不當的呈現方式引起，造成外部認知負荷過載，則可以合理有序地排列插圖中的圖像或消除冗余信息。

當外部認知負荷過載是由學習材料組織方式不當或呈現方式不當引起時，可適當調整呈現方式。如《牛津詞典》為“hair”（發型）一詞所設計的列舉組合插圖，該幅組合插圖是由18幅單圖組成，將發型分成男式發型和女士發型（如圖3所示）。然而，隨意甚至雜亂的單圖呈現方式還有待進一步改進，比如，可以將“bald”（禿頭）和“shaved head”（剃光的頭），“crew cut”（平頭）和“flattop”（平頂頭），以及“French braid”（法式辮子）和“braid”（辮子）等單圖以成對的方式呈現，這有利于學習者對各種相似發型的異同點進行對比、分析和歸納，促進知識的整合消化和吸收，減少外部認知負荷的產生。

圖3 《牛津詞典》中“hair”插圖

再如，《牛津詞典》為“chair”一詞設置的列舉組合插圖中，列舉了14種不同種類的椅子。其中，“armchair”呈現了兩種扶手椅，而“sofa”也列舉了三座沙發和兩座沙發。其實，任意一款扶手椅和沙發都已具備該類椅子的特點，那么，多余的列舉就是重復建設。此時，學習者需要調用有限的認知資源加工用兩種形式呈現的同一內容（Richard 2005）。研究證明，同一材料或內容用一種呈現方式比同時用兩種呈現方式的學習效果更好。此時，可以用“消除冗余法”將扶手椅和沙發中的兩幅單圖之一刪除，刪除學習內容中不必要的復本，節省認知資源。

5. 超載類型5

當信息在短時記憶中的存儲造成認知系統超載時，宜采用整合呈現、同步呈現或個性化處理。

當遇到一個或兩個通道都因內部認知負荷和相關認知負荷超載時，如《朗文詞典》中，“take down”的文字釋義在1691頁，而該詞組的插圖（如圖4所示）在1689頁。Hegary曾在眼動研究中指出： 學習者往往是一邊閱讀文字釋義，一邊尋找圖像中的對應部分。（Richard 2005）“Take down”的文字釋義與插圖離得較遠，要求學習者在理解該詞組的文字釋義“to write down information”的同時將其存儲在短時記憶的言語通道中，找到1689頁的插圖后，在插圖中尋找相應的部位或搜索相應的信息。同理，當學習者捕捉到1689頁插圖中有關“take down”的某些動作信息時，將這些圖像信息存儲在短時記憶的圖像通道中，然后尋找與之相匹配的文字釋義。這種插圖與文字釋義的編排方式大大增加了學習者的外部認知負荷。

圖4

圖5

再如《麥克米倫詞典》中“burn”詞條表“燙傷”的文字釋義在267頁，而相應的插圖在268頁。首先，學習者在267頁學習了“burn”的文字釋義，了解了“燙傷”是由于燙的東西傷及人體或人體的一部分，并將言語釋義暫時存儲在短時記憶的言語通道中。其次，學習者學習了268頁“burn”（燙傷）發生的插圖。按照多媒體學習認知理論，言語與圖像的分開呈現可能會增加外部認知負荷。學習者在查閱言語釋義時，必須將插圖存儲于認知系統的圖像通道中，而查閱插圖時又必須將言語釋義存儲于言語通道中，無法在理解詞條釋義的同時查閱插圖中的相應部位。因此，學習者的認知資源必須用于對某種信息的記憶表征，而無法集中對認知資源進行組織和整合等認知加工。

解決方法一： 整合呈現。當文字釋義篇幅有限時，可將文字釋義放在插圖中（如圖5所示），這種呈現方式被稱為整合呈現。這樣，學習者可以將有限的認知資源運用于內部認知負荷加工。

解決方法二： 同步呈現。讓言語釋義與插圖同時呈現。當言語釋義與相應的插圖同步呈現時，學習者能夠在工作記憶中保持言語心理表征的同時保持圖像心理表征，并在二者間構建認知關系，避免學習查閱其中某一材料時，還要在工作記憶中存儲另一材料，可以使認知負荷最小化，此現象稱作“空間臨近效應”。

解決方法三： 個性化處理。當言語釋義與插圖無法同時呈現時，則可以充分利用學習者處理相關認知負荷的個體差異性。學習者在保持心理表征方面的能力具有較大的差異性，這種差異性并不是要求從設計方法上減少詞典圖文認知負荷，但卻是一個能夠受益于詞典圖文學習的較好的學習方法。

四、 結語

本文以多媒體學習認知理論為指導，探討了大腦學習工作過程和機制，并以《牛津詞典》《麥克米倫詞典》和《朗文辭典》的圖文為例，探討了英語主流學習型詞典圖文設計方面存在的5種認知超載類型，提出了相應的解決方案： （1） 當內部認知負荷在某一通道超載時，應轉移認知負荷或是卸載認知負荷；（2） 當內部認知負荷在言語通道和視覺通道都超載時，可以采用提前訓練和分割辦法；（3） 使用無關材料，外部認知負荷使認知系統超載時，采用各種方法強調突出內部認知負荷或刪除外部認知負荷；（4） 大腦認知系統超載由學習材料不當的呈現方式引起，造成外部認知負荷過載，則可以合理有序地排列插圖中的圖像或消除冗余信息；（5） 當信息在短時記憶中的存儲造成認知系統超載時，宜采用整合呈現、同步呈現或個性化處理。

期望針對5種圖文認知超載類型提出的若干解決方案能對國內外的學習型詞典編纂者有較好的借鑒意義，可以避免圖文設計方面的一些認知弊端，從而設計出更加符合認知規律的學習型詞典，幫助廣大學習者更快更好地掌握詞典釋義。

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（龍巖學院外國語學院 福建 364012）

（責任編輯 李瀟瀟）