認知負荷理論與軟件應用類課程教學策略優化

摘 ?要 軟件應用類課程在教育技術學專業中占有較大比例，要求學習者掌握軟件應用原理和操作技能，能進行相關作品制作，課程中涉及的概念、原理和技能非常繁多，學生的認知負荷往往容易超載。探討認知負荷理論的核心觀點，并運用這些觀點，結合實際提出優化軟件應用類課程教學策略的幾點建議。

關鍵詞 認知負荷理論;軟件應用類課程;Flash;Photoshop;教學設計

中圖分類號：G652 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）02-0097-03

1 引言

學生學習時，工作記憶容量是極為有限的，是稀缺資源，當認知負荷超過這一容量時，學習就陷入困境。因此，對教學進行精細設計，控制和降低認知負荷，使其在學生承受范圍內十分關鍵。認知負荷理論正是揭示認知負荷的性質、減少認知負荷的方法等方面的學習理論，它從一個側面揭示了有效學習的條件和機制，對教學設計具有十分重要的參考價值。

軟件應用類課程在教育技術學專業中占有較大比例，如視頻制作軟件Premiere和After Effect、數字圖像處理軟件Photoshop、微課制作軟件Camtasia Studio和Capti-

vate、動畫制作軟件Flash和Maya等。這類課程要求學生掌握軟件應用原理和操作技能，并能利用工具軟件進行相關作品的制作。課程中涉及的概念、原理和技能非常繁多，剛開始學習各種軟件操作時由于未經練習，都需要占據有意注意資源，學生的認知負荷往往容易超載，認知負荷超載后，學生學習就容易產生畏難心理，極大降低學生專業學習自我效能感，形成惡性循環，十分不利于學生專業技能培養。因此，探討如何運用認知負荷理論，結合實際對此類課程的教學策略進行優化，具有十分重要的現實意義。

2 認知負荷理論的核心觀點

面對簡單的學習任務，人們不會感覺到認知負荷方面的壓力，但當面對復雜學習任務時，就會出現學習困難。因此，教學設計者就要對認知負荷進行精巧控制，就要“精打細算”，使認知負荷控制在學生可承受的范圍內。一般認為，認知負荷包括內部認知負荷、外在認知負荷和關聯認知負荷。

內部認知負荷主要取決于學習內容本身的特性，即學習內容本身的復雜程度。如學生在解答“5-2=？”時沒有問題，但解答“4×2-6÷3=？”就可能遇到困難，因為后者涉及要素多，信息加工時要將各要素并行置入處理系統，比較復雜，認知負荷大。這種來源于學習內容本身特性的認知負荷是內部認知負荷。從教的角度看，降低內部認知負荷的方法是不多的，但梅耶認為可以通過學習任務分割來完成，即將復雜的學習任務分成若干片段，每個片段間留一些時間，以便學生可以進行充分的認知加工[1]。另外，從學生角度，可以通過充分練習讓知識或技能達到自動化程度，從而實現無注意加工，占用較少信息加工資源。如剛開始學習汽車駕駛時會手足無措，但隨著練習增多，技能達到自動化，駕駛員就可以邊駕駛邊交談。

外在認知負荷取決于教學設計，如果教學設計符合學習規律，則認知負荷少;教學設計不當，則認知負荷增大。如給學生講授紅樓夢中的大觀園時，用大量的文字描述，則學習較為困難，因為學生要花費大量認知負荷來構建有關大觀園的空間形式;而如果使用圖像或視頻，則學習起來比較容易，學生無須耗用認知負荷來想象空間。

關聯認知負荷實質上也是外在認知負荷，但關聯認知負荷的增加有利于學習，是有益的外在認知負荷。如教學生有關“聲音的數字化”知識時，“聲音的采樣”這個知識就比較抽象，學生難以理解，學習很容易陷入困境。這時可用高中數學中“用描點法繪制函數圖形”這一知識進行類比，通過聯想，學生對于“聲音的采樣”就比較快地理解了。相對于“聲音數字化”而言，回顧高中數學中的“描點法繪制函數圖形”無疑是增加了認知負荷，但增加的這個認知負荷有利于新知識的學習。

3 基于認知負荷理論的軟件應用類課程教學策略

化整為零，熟能生巧，減少內在認知負荷 ?化整為零，就是講解軟件操作時，要將完整的操作分割成細小的單元來講解，這樣就能減少內在認知負荷。如Photoshop中要講解“多個圖像的合成”這一技能時，可將其分割成套索工具和魔棒工具的使用、雜亂圖像的凈化、圖像大小的調整等操作，教學中邊講邊練，讓學生在學習一個單元技能時進行充分的認知和技能加工。因此，軟件操作類課程建議一般全部開成實驗課程。

熟能生巧，在課時安排上要求課內學時和課外練習學時之比一般為1：3，即課堂上教師講解一學時，要求學生在課外至少要練習三學時，通過大量的操作練習，達到知識和技能的自動化。學生利用自動化的知識和技能解決問題時，基本上不占據注意資源，可做到無意識操作。如Premiere中對視頻進行摳像處理，剛開始學習時要記憶、思考鍵控的原理和各種參數，但通過大量練習，摳像處理能很快完成。

概念先行，案例驅動，“錯誤重現”，巧妙總結，減少外在認知負荷 ?對于軟件應用類課程，減少外在認知負荷是教學設計要考慮的重點，這方面的教學策略可從以下方面進行優化：概念先行，案例驅動，“錯誤重現”，巧妙總結。

所謂概念先行，就是不能片面地認為軟件應用類課程就是學習各種軟件的操作即可。其實，認知心理學研究表明，操作技能的背后是認知技能，軟件的各種操作技能離不開概念的支撐[2]，對概念的理解越深透，操作就越能快速上手，而且保持得較好，甚至能做到經久不忘。所以在軟件應用教學過程中，不妨先進行概念的講解，即便是教材上沒有概念講解，也要進行教材處理，加入概念的講解。如在Photoshop中一定要講解圖層的概念，如果學生沒有建立圖層的概念，學習Photoshop操作一定會徒增很多認知上的負擔。又如在Flash教學中，如果沒有元件的概念，學生制作動畫時就很難掌握Flash制作的一般步驟。

所謂案例驅動，是相對于羅列軟件操作步驟的說明書式的教學而言的，學生面對說明書式的軟件應用教程，總是要進行知識到運用的轉換，多一道轉換就會多一份認知負荷。對脫離案例的操作步驟說明，學生在頭腦中總要思考這些步驟之間的關聯，這也會增加認知負荷。而如果通過案例驅動，就會拉近知識和實際應用的距離，無須轉換過程。在案例中，各個操作程序之間的邏輯關聯比較自然和明顯地展現出來，這也減少了認知負荷，學習起來會更輕松[3]。解決問題時也可比照案例來思考，這無疑會降低認知負荷。如在講解Flash的軌跡動畫時，就可以講解“月亮繞著地球轉”的動畫案例，然后分析案例中的一些知識和基本操作注意事項。

“錯誤重現”，就是對學生容易出錯的操作，在講解時特地將錯誤情景再現出來，幫助學生把握重難點問題。一般來講，學生同伴的“錯誤重現”或者教師“故意”犯錯誤，比直接按部就班的系統講授效果會更好，能顯著降低外在認知負荷，顯著減少學生摸索的時間，能快速抓住重難點。從操作錯誤及錯誤糾正過程中學習到的東西，可能超過從完美無缺的演示中所學到的[4]。如用Camtasia Studio錄制微課前要對屬性進行設置，包括保存的路徑、文件名、錄制快捷鍵等，如果按照順序系統講解，學生容易忘記，錄制時自己摸索則需要花費大量時間，增加認知負荷。此時，講解時可以重現這兩個錯誤：

1）錄制微課視頻后，在電腦上找不到錄制好的視頻;

2）錄制微課視頻結束時，容易出現無關的鼠標操作畫面（即用鼠標停止錄制的操作）。

第一個錯誤對應于保存路徑和文件名的設置，而第二個錯誤則對應于錄制快捷鍵的設置，設置了快捷鍵后就無須用鼠標操作，就不會出現無關的操作畫面。

再如Flash軌跡動畫的制作，將對象和軌跡的起始位置對齊是難點，講解時可以將沒有對齊起始位置而走直線的錯誤動畫效果演示給學生看，然后分析原因，突破這一難點。

巧妙總結，就是在講授完新課后，為了讓學生對繁雜的軟件操作知識形成簡要而又清晰的認識，對復雜的操作知識使用數字或順口溜的方式總結出來，這樣可顯著減少認知負荷，從而讓學習者對所學知識一目了然，成竹在胸。如“Flash動畫制作基礎”一節講授內容比較多，包括動畫制作的一般步驟、動畫制作成功的基本條件、補間動畫的五種變化類型等，講完這些內容后，可以這樣總結：本次課學習內容雖多，但可以概括為“6、3、5”三個數字，即6個基本步驟、3個基本條件和5種變化類型。又如“Photoshop摳圖工具的使用”一節學習結束時，可以用順口溜小結魔棒工具和磁性套索工具的使用差異：魔棒套索大不同，顏色單一用魔棒，背景復雜套索縫。

形象類比，融合人文，做好筆記，適當增加關聯認知負荷 ?形象類比，就是當學生對應用軟件的基本操作原理不理解的時候，可以通過他們熟知的事情來類比，迅速理解軟件操作的基本思想和原理，從而快速學會軟件的操作步驟。如Flash動畫制作過程，對于初學者而言是比較難掌握的，學生習慣了基于頁面的PowerPoint等軟件的使用，對Flash這類基于時間軸和元件的基本操作思想一時難以適應。此時，可以將Flash動畫制作過程與拍電影過程進行類比。

Flash動畫制作中第一步“新建文件”，就相當于拍電影中的“成立劇組”;第二步“設置文檔屬性”，就相當于“搭建舞臺和場景”;第三步“新建元件”，就相當于“給演員化妝”;第四步“設置關鍵幀和動畫過程”，就相當于“演員上臺表演”。

很多學生制作動畫時會忘記新建元件，直接在舞臺設置變化。這時候可以啟發學生：沒有演員，怎么能直接進行表演呢？從而提示學生先在庫里面新建元件。學生也容易在新建元件時不回到場景中，直接在元件里設置變化。這時候可以啟發學生：不能直接在后臺化妝間進行表演。從而提示學生制作好元件后，要回到場景進行動畫過程制作。

Flash動畫制作中第五步“測試影片”，就相當于拍電影中的“觀看樣片效果”;第六步“發布動畫”，就相當于電影的“院線上映”。這樣進行類比，學生對動畫制作過程就能迅速上手，而且不容易犯錯。

雖然相較于Flash動畫制作而言，花大量篇幅類比拍電影這個“無關”的事情是增加了關聯認知負荷，但對于優化學生學習過程起到很大的促進作用。對比教學實驗表明，使用這種形象的類比與傳統方法講授相比，學生要快3～4個學時掌握這一技能。

所謂融合人文，就是在講授軟件應用類技術課程時，將技術教育和人文教育相融合，達到提升學生綜合素質，增強學習興趣的效果。技術和人文的融合強調不僅關注軟件應用技術本身，也關照技術與人文、社會的結合，這就拓展了軟件應用技術課程的教學目標[5]。相對于軟件技術本身，人文因素的加入屬于增加關聯認知負荷，但這種認知負荷的增加可以使軟件技術課程一改枯燥、冰冷的感覺，散發出人文和人性的芬芳，提高學生學習軟件應用技術的興趣，同時提升軟件應用類課程的品位。

如教學運用Photoshop磁性套索和魔棒工具來摳圖，可以選擇“林黛玉和薛寶釵的性格差異”這一案例來講解，將林黛玉和薛寶釵人物形象從素材圖片中摳取出來，合成在一個圖像中，并輸入主題文本：林黛玉和薛寶釵的性格差異。在講解技術操作過程中稍微點出兩個人物形象的性格和命運的不同，并告訴學生，學習好摳圖工具，可以制作出類似的比較分析類的圖片。兩個人物的性格和命運相較于摳圖技術而言，是關聯認知負荷，但學生學完本節知識后，就能體會到摳圖工具能完成生活或學習中的一些工作，提升進一步主動學習軟件應用技術的動機。

又如在講解“Photoshop中用選框工具繪制選區”這一操作時，學生繪制的選區與畫布邊框總有一定的距離，影響美觀，很多學生主觀上認為沒有大礙。此時可以要求學生精益求精，要有工匠精神，滲透性地對工匠精神的內涵和要求進行講解。同時啟發學生：如果繪制選區時從畫布外開始繪制，就能確保無縫對接。

做好筆記，即要求學生在學習軟件應用時適當做好筆記。在學習軟件操作方法過程中，學生適當把操作要點或重點簡明扼要地記下來，雖然增加了認知負荷，但能有效促進學習，課下可以根據筆記進行回顧和創新操作，學得更快、更牢靠。

參考文獻

[1]龐維國.認知負荷理論及其教學含義[J].當代教育科學，2011（12）：23-28.

[2]曹賢中，王海霞，王潤華.認知彈性理論與劣構領域的課件設計[J].中國電化教育，2006（1）：73-76.

[3]曹賢中，鄭忠梅.教學設計能力培養：職前“卓越教師”培養的關鍵[J].中國醫學教育技術，2017，31（6）：618-622.

[4]皮連生.教育心理學[M].4版.上海：上海教育出版社，2011：186.

[5]李梟鷹，牛軍明.大道泛兮：大學人文教育與科學教育的耦合[J].黑龍江高教研究，2014（11）：7-9.