基于认知负荷理论的E-learning教学设计研究

（宁德市教师进修学院,福建宁德 352000）

认知负荷理论（The Cognitive Load Theory）主要从认知资源分配的角度考察学习和问题解决。认知负荷理论在认知心理学、教育心理学、教育技术等复杂性学习领域产生了十分广泛的影响，并逐渐从一个强烈关注呈现形式的教学信息设计理论发展成为一种全方位的教学设计模型，成为E－Learning教学设计的一个重要基础支持理论。

一、认知负荷的概念与分类

认知负荷的概念及意义，一直是理论研究者的重点研究对象，更是教育工作者应用认知负荷理论的重要依据和指导。

（一）认知负荷理论简介

认知负荷理论（The Cognitive Load Theory）是由澳大利亚心理学家John Sweller等人提出的，其中，认知负荷是指学习者在学习过程中，在工作记忆中进行信息存储、信息提取和信息加工处理等一系列活动付出的“心理能量”。它与教学设计、学习绩效有重要关联。在教学过程中，认知负荷过低，会造成时间浪费；认知负荷过高，又会阻碍学习者的信息加工活动，教学的理想模式是学习者可以满负荷工作学习。因此，教学设计的目的就是为了能够使学习者用最小的心理资源获取最多的知识。

（二）认知负荷理论的分类

根据影响认知负荷的基本因素，可将认知负荷分为三类：内在认知负荷、外在认知负荷和关联认知负荷。其中关联认知负荷也被称为有效认知负荷。

（1）内在认知负荷。内在认知负荷是在学习材料的内在性质与学习者的专业技能之间的互相作用中产生的，负荷的大小取决于工作记忆中同时被处理的信息数量以及与已存在的图式联系。

（2）外在认知负荷。外在认知负荷与学习过程不直接相关，但是可以通过教学设计来实现调整和改变。

（3）相关认知负荷。相关认知负荷也就是有效认知负荷是在学习过程中产生的，如在图式的建构和实现自动化的过程中。不同的问题情境产生不同的图式，这样就增加了相似情境在处理时被及时区分的可能性，使学习者具备了更强的学习能力。

二、基于认知负荷的E－Learning教学设计中存在的问题

E－Learning有广义和狭义两种含义。广义泛指运用电子技术进行的学习行为，包括基于电视会议、CD－ROM和互联网的学习行为；狭义指在线学习或网络化学习，即在教育领域建立互联网平台，学生通过PC上网，通过网络进行学习的一种全新的学习方式。由于狭义的含义出现的时间较近，在近十年发展较快，人们提到E－Learning，也主要是指这一含义——网络化学习。E－Learning教学设计中的很多问题都与认知负荷有关，如外在认知负荷超载，关联认知负荷不够，对认知负荷的测量比较少等。

（一）与外在认知负荷相关联的问题

外在认知负荷的产生在很大程度上是教学设计不当引起的。多媒体学习环境包含多种呈现形式。为了建构一致的心理表征需要学习者对其进行心理整合，因为学习者需要在外部呈现的方式中建立有用的联系来构建一致性的心理表征。促进一致性形成的方法可分为两类：对表层特征水平的元素识别具有帮助（例如：通过超链接）；促进深层结构水平形成的支持（例如：对相应结构进行或多或少的外在分析）。但是，经过不同材料的研究，发现点击超链接增加了外在认知负荷，对学习不一定有促进作用。研究者分析或许是由于材料的差异，对比先前的材料非常的复杂，并且不只包含同等的文本——图片链接，而是有更多不同的呈现方式。采用外在分析应该能够促进学习，但是由于它需要学习者投入到绘图的任务中去，因此，被认为能够增强相关认知负荷。结果表明，学习者在接受了外在分析的帮助后，学习成绩只有略微的提高。

（二）与相关认知负荷相关联的问题

与相关认知负荷有关的问题涉及到图式的获得和自动化。在E－Learning中如何通过合理的教学设计促进学生知识结构的获得和发展非常重要。研究表明，在认知负荷的框架下证明了对新手来说设计好的问题解决方法并不会使知识必然向更高水平迁移，反之亦然。但是，研究者对结果的解释与获得阶段的错误分数是直接联系的。对于能力较强的学生来说，由此会导致相关认知负荷水平偏低。这种解释通过学生的主观认知负荷报告得到证实。在整合的条件下，能力最低的学生的认知负荷最高，并且该值也只有最大量的50%。也就是相关认知负荷的测量与确定和不同水平的学生及设计材料的难度都有关联，对于认知能力强的学习者来说，设置过多的关联认知，作用不大，反之，认知能力低的学习者，在较复杂的设计材料中，也有可能出现关联认知负荷失效的情况，这需要在进一步的研究中，根据具体情况来具体设计。

三、认知负荷理论在E－learning教学设计中的应用

（一）内容设计

E－learning教学设计中的内容设计包括学习资源的设计和内容组织的设计。

实现乡村产业兴旺，有利于提高农业的文明价值，拓展农业的生态功能、文化功能和社会功能，促进农业与旅游、康养、文化、教育等产业深度融合，加快旅游观光、休闲度假、养生养老、农耕体验、创意农业等发展，使之成为富裕农民、繁荣乡村的支柱产业，增强农业在经济文明与社会文明建设中的作用。

1.学习资源设计

学习资源设计不当会加重E－learning学习者的外在认知负荷。在多媒体学习环境中，一般需要给学习者提供比较丰富的学习资源。这些学习资源在为学习者带来广阔探索空间的同时，也容易使之陷入信息的海洋。如果对学习资源的数量缺乏控制，大量冗余信息会消耗学习者有限的注意力资源，加重E－learning学习者的认知负荷。另外，如果E－learning学习资源结构组织不合理、过于分散，在进行学习时，学习者需要花费精力整理各种知识之间的关系，也会加重学习者检索和查找信息的负担。因此，在设计E－learning时，一方面要控制学习资源的数量，根据教学目标和学习者知识准备情况，精心选择那些既典型又具有普遍指导意义的内容，不要贪“多”，而要注重“精”与“准”，这样学习者能够将更多的可用能量用于实际的学习；另一方面应该对学习资源进行分类设计，最好能实现学习资源的搜索功能，便于学习者迅速地查询到所需要的学习内容。需要注意的是，必须合理设计学习资源搜索的策略，简化学习者的搜索过程，避免盲目使用搜索工具扩展主题知识。

2.内容组织设计

内容组织不当和不合理，会增加E－learning认知加工中的外在认知负荷。E－learning学习软件一般是以非线性方式组织，这虽然为学习者提供了选择的灵活性，但如果结构复杂，特别是多媒体信息组接或呈现不当，必然会占据大量的认知资源，加重学习者的认知负荷。因此，E－learning的内容组织应该以学习者的认知规律为基础，有效管理多媒体信息加工中的认知负荷。E－learning在组织学习材料时，一是要依据时间接近性和空间接近性来呈现相关信息，这样学习就容易在它们之间建立联系而促进信息整合，避免学习者因信息来源的不集中而造成注意力的分散；二是要注意进行归类，把握整体与局部的关系，利用提纲和标题来组织文字，为学习者呈现一个结构性、系统性的知识界面，并且强化信息节点设计，保证内容相关的信息以各种方式集成在一个节点中。

（二）交互设计

交互设计包括学习者可操作的设计和元认知监控设计，两者结合构成网络学习的交互部分，实现学习用户与学习系统之间的反馈交流。

1.可操作性设计

2.元认知监控设计

元认知监控影响多媒体信息加工中的相关认知负荷。元认知就是个人对自己的认知加工过程的自我觉察、自我评价和自我调节。研究表明，在教学中对学生进行元认知指导可以促进学生的学习。E－learning学习需要学习者自己控制学习过程，学习者的元认知能力是保证E－learning学习环境下认知效果的关键因素之一。由于大部分E－learning学习者习惯于在教师的主导下学习，缺乏与自主学习相关的元认知能力，也使得相关认知负荷处于相对较低水平，影响了E－learning学习效果。在E－learning学习的不同时段植入元认知监控提示，如果元认知提示导致了材料学习过程中有意识的监控活动，就会增加学习过程中的认知负荷，但这种认知负荷对迁移有促进作用，是相关认知负荷的一部分。因此，优秀的E－learning教学设计要能够帮助学习者提高元认知监控能力。为此，E－learning教学设计制作者要根据教学要求和学习者的特点选择合适的时机植入元认知监控提示，使学习者在进行E－learning学习的各个阶段，随时获悉自己的学习状态，明确自己的学习进程，从而随时调整学习步调。这样，学习者可以更充分地理解和控制自己的认识过程，提高E－learning学习的效果。

（三）界面设计

界面是学习者面对学习内容的第一个视觉信息，是外在认知负荷的主要来源，同时也是引导学习者的一个重要部分，合理有效的界面在一定程度上能起到事半功倍的效果。E－learning的界面设计也会影响E－learning信息加工中的外在认知负荷。界面是进行信息交换的通道，直接影响获取信息的效率。如果在使用E－learning的过程中，出现不能感知与理解E－learning软件的各个功能的情况，会直接影响学习效果。为此，最好使用约定俗成的标准界面元素、标签、图标等来描述选择和任务，使得学习者根据外观就能清楚地识别学习软件的各个功能。在不同的界面中相同性质元素的形态、位置、功能要保持一致，使用统一、清晰、简洁的界面结构，这些都能降低学习者在学习过程中的外在认知负荷；其次，在E－learning教学设计中应尽量减少页面间的跳转，页面之间的关系越复杂、跳转越多，学习者就需要花费越多的精力记忆学习路径；再次，应建立清晰、明确、简单，符合学习者认知心理的导航系统，合理采用导航地图，多窗口显示等导航技术，避免学习者发生迷航现象或花费大量的精力在学习路径的确定上。

（四）学习者设计

不同的学习者有着不同的学习需求及不同的学习效果，针对学习者的设计是E－learning教学设计应用广泛的一个必需条件。

1.学习者的知识经验设计

认知负荷理论告诉我们，学习者已有的与学习相关的知识经验会影响E－learning信息加工中的内在认知负荷。由于学习者是带着丰富的先前知识、技能、观念、习惯和态度进入新的学习情境的，这些都会影响他们对学习内容的理解，也影响着他们解决新问题的能力。因此，学习者原有的知识结构、理解水平、学习风格、兴趣态度等都会影响到内在认知负荷。E－learning教学设计者应当从E－learning学习者的经验入手，尽量提高E－learning学习者对学习所需的知识与技术的熟悉程度。

2.学习者的学习动机设计

相关认知负荷主要来源于学习者本身，增加相关认知负荷必须唤醒学习者的认知投入。学习动机是影响E－learning学习者相关认知负荷的因素之一，一般认为，外部动机因素是学习者访问材料的最初诱因，而内部动机因素才是学习者持续努力下去的关键。在E－learning教学设计的设计过程中，设计者通常更关注软件的科学性和教育性，而对如何利用软件来吸引学习者的学习兴趣，激发其学习动机重视不够。E－learning教学设计者要想诱发学习者的内部动机来增加相关认知负荷，可采取如下措施：

（1）学习内容尽可能与学习者的生活经验产生联系。可充分挖掘适合学习者年龄特点和知识水平的内容，尽可能提供适合学习者认知的样例，激发学习者的学习兴趣，引发更多的认知努力。

（2）以多样化的表现形式呈现学习信息。可通过改变E－learning的版式、字体、形式等因素，充分调动学习者的学习注意力。

（3）多媒体的呈现还应该做到个性化。如在解说中运用对话的风格会使学习者产生很强的参与感；运用第一、第二人称会使学习者产生亲切感，激发其学习欲望。

（4）尽量设计具有交互性的E－learning软件。如让学习者自定学习步调，控制、操作和探究学习材料，更好地实现反馈，从而激发学习者的内部学习动机。

四、结束语

研究基于认知负荷理论的E－learning教学设计其重大意义就在于将传统的理论与新时代的先进技术结合在一起，通过理论的指导，使最新的媒体技术和方式能够为教育开拓更广阔的领域，使教育的效率发生巨大的变革，这不仅仅是我们对教育领域的一种探索，更是我们社会对未来的一种探索。

[1]李金波.E－learning环境下学习者自我效能对认知负荷的影响.现代远距离教育,2009,(4).

[2]吴先强,韦斯林.国外认知负荷理论与有效教学的研究进展及启示.全球教育展望,2009,(2).

[3]袁磊,何克抗.认知负载理论及其在E－Learning中的应用.现代远距离教育,2006,(5).

[4]赖日生,曾晓青,陈美荣.从认知负荷理论看教学设计.江西教育学院学报,2005,(2).