健康促進教改背景下體育單元教學導學案的設計優化研究
——基于認知負荷理論的思考

□ 陳兆銘（上海市市東實驗學校 上海 200082）

1、生物初級知識與生物高級知識

Geary對生物初級知識與生物高級知識做出了相應的區別說明。如學會傾聽與講話、識別不同的面孔、自然習得母語的能力是經歷了不同時代的更迭與進化，我們已具備獨立掌握生物初級知識的能力。引用現在科學發展的觀點來說，習得與掌握生物初級知識是不費力氣、無意識的，并且也不需要他人指導，都是無師自通，自然而然就能掌握的，不需要意識的主動參與加工。

然而工作記憶的局限性與生物初級知識的習得之間有什么聯系呢？如大多數人在識別區分面孔時，需要大量記憶人臉的差異，并不會覺著困難，在學習母語中，學會各種音調，并不會覺得辛苦，這些都是因為我們已經掌握了與面孔和母語相關的生物初級知識。與生物初級知識的模塊化特點不同，生物高級知識則由各類不同的知識組成，掌握初級知識是掌握高級知識的前提，是傳承文化的需要。不同于生物初級知識的特點，只要成為社會的一員，就能在生存過程中習得。掌握生物高級知識，是有意識、相對困難的，需要付出較多努力的過程，不能脫離專門的社會機構，需要明確具體的教學指導，如：學校或者社會培訓機構。生物高級知識的掌握需要初級知識的協作，如每個人幾乎不借助學校的力量就可以習得傾聽和講話的技能，但很少能夠不接受學校教育指導就學會閱讀和寫作。所以高級知識的概念與技能，是基于初級知識的概念和技能，個體掌握初級知識的程度會影響其在高級知識概念與技能學習上呈現出的與他人之間的差異。工作記憶的容量及持續時間上的限制對習得高級知識產生約束，當需要處理新的屬于生物高級知識范疇的信息時，工作記憶就會受到容量和持續時間的嚴格限制，因而對教學設計產生重要影響。

2、專門的教學指導

在教育背景下掌握生物高級知識，與一些相關的教學啟示相聯系，雖然我們能在無意識下習得生物初級技能，如走、跑。但是卻不能在相同的情境下掌握生物高級技能，如一些教育培訓機構傳授的專業知識，掌握這些知識需要學生接受專門的教學指導。但是我們要清楚地認識到，并不是在排除正規教育的情況下更容易掌握生物初級技能，高難度的的生物知識技能應該依賴于正規的教育。在這兩種情況下之所以會出現學習難易度之分，是由于人類的進化水平差異所決定，并不是教學程序引起，因此，針對不同的教學情景設置不同的教學指導以調節學生對學習容易度的感知。

工作記憶在處理新的、屬于生物高級知識技能時所呈現的性質和特點，決定了我們需要在特殊的教學情景中安排專門的教學指導。工作記憶在處理需要深加工的信息時，會改變原本信息的類型，此時，工作記憶本身的限制就會對這一流程產生影響，因此，對教學設計來說，最重要的就是減少無關的外在負荷，這正是安排專門教學指導的意義所在。

3、認知系統構架五大原則

3.1、信息存貯原則

為了能隨時應對復雜多變的環境，尤其是處理生物高級信息時，人類認知系統可描述為自然信息加工系統。自然加工系統需要儲存大量的信息，才能應對復雜多變的環境，人類認知系統中的長時記憶作用于此類似。如：讓專項健美操的和專項體操的運動員現場隨即做單個技巧動作，盡管體操運動員在技能展示過程中占據了一定的優勢，但從結果看，兩者并沒有顯現出太大差異。只有在成套或者比賽中，體操專項運動員才能顯示出與普通運動員的差異。在任何一個項目內要想成為專家，需要多年的努力和磨練，經過多年的歷練，專家的長時記憶中就儲存了多種單個技能，成套技能或者是比賽的場景。與普通運動員相比，成套技能或者比賽時，總會變現的差強人意，在最關鍵的時候，普通運動員的大腦支配神經的精準度或者肌肉運動記憶就會出現差錯。即所謂專業運動員或者某些領域的專家，就是指其在長時間的記憶中儲存了大量特定領域的，與領域專業知識相關的的高級知識。

3.2、引用與重組原則

自然信息加工系統所攫取的多數信息都是從其他存儲源獲取的，長時記憶的大多數內容也是來自于他人的長時記憶，因為我們總是不斷地像他人學習，模仿他人的行為，閱讀、參考他人的著作。我們很少能夠精確地還原信息，那么我們引用的信息就會發生重組，即將原來的信息與長時記憶中已經儲存的信息進行重新整合。當需要記憶的某些信息與與長時記憶儲備的信息發生共鳴時，就能加深這部分信息的記憶，如果無法產生聯合，就會淡化這部分的記憶。所以不同行業，不同領域的人，對相同的信息會產生不同的重組方式。

3.3、隨機組合與生成原則

自然信息加工處理系統是通過從其他渠道引入信息后進行重組以實現海量信息的存貯，然而，加工后所形成的新信息必須要在第一時間就得以生成。生物進化是一個自然的，具有創造性的系統。而人類創造性在問題解決時所發揮的作用也遵循著相同的邏輯。當要決定問題解決的策略時，會考慮兩種情況：第一，如果個體能夠正確認知問題所處的狀態以及如何改變這一現狀的合適的做法，那么這一部分知識就會從長時記憶中喚醒并且能夠指導我們的日常活動。如果個體面臨的是一個新的問題，并且認識到并不能簡單地通過從長時記憶中提取信息從而獲得問題解決策略，那么合適的做法就是在從長時記憶中提取信息時使用 “生成與檢驗法”。當然，還有很多具有實用性的辦法能縮短問題當前狀態與目標狀態之間的距離。如果你擁有足夠可觀的知識量，那么你總能選擇最佳的問題解決策略。

3.4、環境組織與聯結原則

環境組織與聯結原則旨在從環境中提取信息線索并激活已存貯信息來指導實踐活動。表現遺傳系統與工作記憶在此過程中承擔了聯接橋梁作用。在使用該原則的情況下，環境中的線索能夠向工作記憶指明何種信息應該從長時記憶中提取出來，這部分信息隨后可用于控制行為。工作記憶在變化最小通道原則的約束下，若想將加工處理的信息添至長時記憶中，就會受到容量與維持時間的限制，若從長時記憶中提取舊信息，則不會受到限制的影響。一旦信息在長時記憶中被有效地組織與存貯，在隨后的很長一段時間內都可以再將這些信息遷移至工作記憶中。工作記憶處理信息的能力因人而異。這種差異會影響個人績效表現，并且一旦信息在長時記憶中得到妥善存貯，長時記憶的質量可能會蓋過個人在工作記憶能力上的差距。工作記憶在處理新的、屬于生物高級知識范疇的信息時總會受到嚴格的限制，而在處理已存貯于長時記憶中的、熟悉的信息時則不會受到太多約束。這是因為長時記憶中的持有信息能夠有效減少工作記憶加工處理時所產生的與已有認知不對稱等差異。正是環境組織與聯結原則的存在，使得一名在特定領域內擁有豐富知識的專家能夠在相似的領域內比新手表現得更為出色。

3.5、實踐應用

認知負荷理論以人的認知系統架構為基礎來設計相應的教學程序。基于這種架構，該理論假設教學的主要功能是促進學生掌握特定領域的、屬于生物高級知識范疇的信息并協助學生將這部分內容存貯在長時記憶中已備將來使用。

教學程序能夠調節學生的外在認知負荷，而信息本身的性質則會影響學生的內在認知負荷。而外在認知負荷與內在認知負荷的總和就構成了工作記憶的總負荷。大多數認知負荷效應之所以能夠有效減少外在認知負荷是因為這些認知負荷都是由不合理的教學程序直接產生的，因而只要改變教學程序中的不合理設計，就能有效發揮其作用。在設計教學時需要重點考慮工作記憶在處理新信息時所受到的限制約束。幫助學者們認識到，減少外在認知負荷是可以通過縮減教學信息數量而實現，即通過教學程序來減少無關的認知加工。不過如果教學程序中所包含的信息需要學生在工作記憶中同時進行加工，則可能會由于信息之間的交互影響，加重學生學習時所承擔的外在認知負荷。

盡管我們需要盡可能的減少外在負荷，但同時也需要重視內在負荷的作用，有實證證明，增加內在負荷，即通過提供新信息以增加信息的交互作用來提升學生的內在認知水平，內在認知水平提升時，學生就會有充分的工作記憶資源來處理新增的信息元素，從而有效促進學生學習。相反，如果學生沒有充足的記憶資源來處理新增的元素，那么學習效率就會降低。也就是說新增的元素造成工作的記憶超負荷，那就有必要出掉部分信息，將內在認識負荷調至在最佳水平，促使其發揮積極作用。

3.6、教學設計建議

（1）認真分析體育教學材料對學生認知負荷的要求，明確教學材料中的元素個數及元素意圖，區分不同運動項目、以及項目中不同組成元素的個性教育價值，抓住其核心教育價值，不必要讓學生同時注意太多的元素；

（2）教學材料的組織形式應該有助于減少對學生認知的要求,減少因信息來源的分散而不必要的信息認識整合。當教學過程中需要提供圖式、文字解說等多種信息資源時,應該把它們整合在一起,減少學生圖文之間分配注意力,影響學習速度。如,在課堂教學過程中，用到多媒體教學時,要同時提供視頻以及內容解說及文本描述,而不是先后進行；

（3）在教學中，過分強調手段——目的分析方法，不利于規則自動化,因為這樣加重了認知負荷。如，在籃球投籃教學中，很多老師喜歡告訴學生要想命中的概率更高一些，那么應該采取什么樣的投球姿勢，身體怎樣連貫發力等，或者把整個連貫動作先拆分成幾個動作，逐一解決。雖然這種方法很實用，但是不利于身體基本運動能力的提升。