认知负荷理论视域下教师网络研修平台的设计研究

胡尚君 王岚 张一春

摘 要：网络研修是教师基于网络环境开展教研工作的新模式，网络研修平台是网络研修的技术基础，它为教师提供资源丰富的跨时空性教研活动，其设计与优化有利于教师自主学习与协作学习活动的有效开展。文章基于认知负荷理论，分别从整体和子模块的视角对教师网络研修平台进行设计，以期减少教师利用网络研修平台开展学习过程中的“认知超载”，从而优化研修效果。

关键词：认知负荷理论；教师网络研修平台；设计

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2015）18-0063-04

一、认知负荷理论与教师网络研修平台

随着教师继续教育改革的深化以及现代信息技术的发展，网络研修以其特有的优势成为现代教师继续教育发展的新模式。2012年，《国务院关于加强教师队伍建设的意见》中明确指出，要建立教师学习培训制度，推动信息技术与教师教育深度融合，建设教师网络研修社区和终身学习支持服务体系。教师网络研修平台作为区域研修社区中开展研修活动的环境保障和技术支撑，它的设计与架构直接影响着教师网络研修的开展与效果。以教师网络研修平台为支撑的网络培训课程、专题讨论网站、资源共享库等内容丰富发展，在为教师提供良好的网络研修环境的同时，虚拟的学习环境以及泛化的学习目标更容易导致较高的认知负荷以及认知资源的不恰当分配[1]，从而影响教师研修效率以及参与积极性。以认知负荷理论为基础进行教师网络研修平台的设计研究，在发挥虚拟学习环境优势的同时避免认知超载现象的发生，更有利于网络研修平台基础性功能的实现，从而为网络教研提供服务。

1.认知负荷理论

John Sweller等人在分析人类认知特点及认知负荷产生原因的基础上提出了认知负荷理论，认知负荷是指人类在完成某一项特定的任务时，认知系统同时承载的心理负荷的整体结构的总量。它是根据人类认知结构的以下三个特点而提出的：工作记忆是用来进行信息加工的主要场所、长时记忆是进行信息储存的主要场所、信息以模块化的图示结构存储于长时记忆中[2]。其理论基础是资源有限理论和图式理论[3]。

资源有限理论认为，人的认知资源与工作记忆的容量是有限的，尤其是工作记忆，它是人类信息加工的主要场所，一次性可同时进行存储加工的信息单元仅有七个。若某项学习活动所消耗的认知资源超出了学习者的认知总量，将会导致认知负荷过重，从而影响学习效率。人类在认知过程中先通过工作记忆对信息进行加工，并以图式的形式存入长时记忆，这些图示信息再次被工作记忆加工时仅占用极少的认知资源。因此，图示的建构将有效降低学习过程中的认知负荷。

图式理论认为，知识在长时记忆中存储的模式即为图示，即根据信息元素最常被加工、使用的方式对其进行分类，使其以结构化的形式存储于长时记忆中。图式的建构在于多次反复练习形成自动化的加工模式，这对降低工作记忆中的认知负荷具有重要意义。

认知负荷理论应用研究的首要任务是减轻工作记忆的认知负载。然而，影响工作记忆负载的因素有很多，如学习材料本身的复杂程度、学习材料组织呈现的方式及学生参与的学习活动等。根据人类认知结构与工作记忆负载来源的不同，John Sweller等学者将认知负荷分为以下三种类型：内在认知负荷 （Intrinsic Cognitive Load）、外在认知负荷（Extraneous Cognitive Load）和关联认知负荷（Germane Cognitive Load）。内在认知负荷与学习内容本身的特征以及学习者主体的内在知识结构相关，学习材料的复杂性、学习材料与学习者知识经验之间的交互关联性等均会影响负荷的大小；外在认知负荷的产生源于学习材料的组织与呈现方式，如不当的教学设计将会导致较高的外在认知负荷；关联认知负荷产生于教学过程中鼓励学生进行有意识的主动加工信息，它与认知图示的建构过程是直接相关的，因此，为避免学习过程中因认知负荷过重而影响学习效率，可以在内在认知与外在认知总负荷低于工作记忆负载的前提下，增加关联认知负荷，促进图式的建构。

2.教师网络研修平台

网络研修是信息时代针对教师专业发展而开展的一种以网络协同学习平台为技术支撑的，有组织、有引导的教师自主研修活动，它不是对传统教研和面对面集中培训的取代，而是对传统教师常规教研与培训的增容、延伸与发展[4]。教师网络研修平台为教师开展区域间网上协同研修提供了环境支撑与技术保障，一般为教师用户提供资源学习模块、研讨交流模块、支持服务体系等内容，为学科专家用户提供资源开发管理权限、查询教师用户研修行为数据权限等。研修平台设计与建构的最终目的是更好地为教师的继续教育提供服务，搭建研训一体化的专业发展平台，实现教师常态化研修。

教师研修网站在刚起步时只是一个信息发布与阅读教学资源的场所，随着Web2.0时代的到来、信息技术的快速发展，教师研修平台逐渐抛弃机械、被动地接受这种单向信息发布的模式，转变为支持用户分享、人机交互等模式的开放式平台。博客、RSS、Wiki、SNS等技术的实现，更是彻底克服了Web1.0时代网络平台缺乏民主性和互动性等缺陷，教师可以根据学科、地域或研修兴趣选择创建或加入不同的研修群体，促进区域间教师互相交流、开展网上协同研修。

2013年，《教育部关于深化中小学教师培训模式改革全面提升培训质量的指导意见》中提出，为推动教师终身学习，要推进教师网络研修社区建设，以实现以下三条目标：第一，便于教师利用平台开展网上与网下结合，虚拟学习与教学实践结合的自主性个体研修；第二，便于开展区域间教师网上协同研修；第三，设计区域研修活动，打造教师学习共同体，实现常态化研修。因此，为达到预期网络研修效果，研修平台在设计时要始终围绕教师专业发展的需求，以提高教师参与性为前提，推动教师终身学习。

二、认知负荷理论视域下教师网络研修平台的设计

在网络研修模式下，教师面对的学习内容丰富、学习形式复杂，研修过程中容易出现认知超载，将教师认知负荷水平考虑在内的研修平台的设计，体现了“以学习者为中心”的理念，有利于提高教师参与程度，满足教师多元化学习需求，实现终身学习。认知负荷理论视域下的教师网络研修平台的设计，分别从整体和子模块的角度，在教师网络研修过程中的认知负荷水平的基础上，对其进行优化改善。

1.整体设计

网站的建设首先要明确其面向的用户对象以及要实现的功能目标。教师网络研修平台的服务对象主要是区域内各学校不同学科的教师，其综合目标就是为教师开展个体研修、校本研修以及区域研修提供网络环境。基于认知负荷理论的教师研修平台的建构是一个循环发展不断优化的过程（如图1所示），①以教师研修需求确定功能框架，设计研修活动与任务，构建平台；②利用平台开展研修活动，同时从教师主观评估、绩效水平测量以及生理测量三方面[5]对教师网络研修过程中的认知负荷水平进行综合测评，以对平台的改进做出指导。③根据教师网络研修过程中认知负荷水平的记录对平台各模块设计进行优化、完善，然后再重新投入使用。

2.认知负荷理论视域下教师网络研修平台的模块设计

模块设计是在网站整体功能结构的基础上，针对实际教研需求开展各子功能项目的设计，不同的子功能模块将会对研修教师的认知负荷产生不同的影响。根据三种认知负荷类型可将研修平台的设计划分为内在认知负荷子模块设计、外在认知负荷子模块设计以及关联认知负荷子模块设计。

（1）内在认知负荷子模块设计

内在认知负荷由学习内容及学习材料本身的特征决定，教师在网络研修过程中的内在认知负荷大小受获取的研修资源、要完成的研修任务以及参与的研修活动等的影响。基于此，内在认知负荷子模块设计如图2所示。

研修资源设计的目的是通过对资源的加工与管理，控制学习材料的复杂程度，保证学习材料的质量，从而控制其对教师内在认知负荷水平的影响。因此，研修资源在设计时应注意以下几点：第一，资源的设计应具有层次性，网络资源不只是对传统纸质资源形式的复制，它利用超媒体的优势，增加知识点的层次性与关联性，满足不同等级学习者的需求[6]；第二，资源应具有开放性，每个学习者都可作为数字化学习资源建设的一员，协作式的资源建设有利于资源的修正与完善，提升资源质量。

研修任务安排，主要针对的对象是个体性的研修成员，网络研修实施过程中对教师的任务安排主要有：创建个人工作室、资料定期上传共享等。研修任务的设计应适当多样化，为教师提供选择性的研修任务，以符合不同教师的学习兴趣与学习能力。

研修活动设计，一般由学科教研员或教育专家组织，主要针对的对象是研修活动中的学习共同体，活动形式有远程学习、专题培训、课题讨论、综合实践活动、各类教学竞赛等，其目的均是为了帮助每个教师解决教学过程中的实践困惑。因此，研修活动首先要有明确的层次与环节，以确保不同层次的教师都能有效参与进来。其次，还要关注子任务的相对独立性以及任务间的动态组合性，将复杂的任务分解成简单到复杂的认知序列，每一任务都指向一个阶段性的具体目标，当教师参与一个微型任务可达成一个微型教研目标，也即构成主题活动任务链上的每一点都可以作为不同认知水平教师教研活动的起点[7]。

（2）外在认知负荷子模块

外在认知负荷是指超越内在认知负荷的额外负荷，主要与教学材料的组织呈现方式有关，不当的教学设计导致学习者进行与图式建构无关的活动，从而消耗较多的认知资源。基于此，外在认知负荷子模块的设计如图3所示。

用户界面设计，决定了教师研修过程中所面对内容的呈现方式。梅耶等学者曾在认知负荷理论的基础上提出了多媒体教学设计中关于信息呈现方式的三项原则：信息表征多重性原则、信号原则和冗余原则，以指导学习材料的合理呈现，促进学习者进行知识建构。信息表征多重性原则是指，在分析文本、图像、动画等多媒体信息表征方式特点的基础上，根据学习者特征、教学内容、教学目标，选择一种或多种媒体组合来表征教学信息。信号原则是指为引导学习者顺利完成任务，在必要时将突出关键信息的“提示”添加到呈现的材料中，使学习者的注意力转向必要的学习材料，忽略无关材料，并利用所有可用的认知资源加工必要的学习材料[8]。冗余原则表示两个或多个信息来源容易分散学习者对关键材料的注意力，因此，在多媒体环境下，不可加入有趣但与学习无关的非支持性信息，并尽量减少界面中超链接、按钮的使用，以避免增加不必要的认知负荷[9]。

导航系统帮助学习者在网络平台中快速获取、选择与加工信息。网络中信息的超链接构成的非线性结构，容易造成学习者盲目搜索从而导致迷航，偏离学习目标。因此，可适当利用超媒体系统插入若干问题或提示，提醒学习者注意自己所处的位置，增加若干标记性节点，如返回、下一页、上一页、书签、历史记录等，实现学习者在网站的各个页面任意往返，从而提高信息浏览与搜索效率[10]。

技术支持服务体系的建立旨在帮助教师解决网络研修过程中遇到的技术操作性难题，广大在职教师的信息技术水平不均衡，软件操作不熟练等问题将会占用认知资源，在线辅导教师、系统操作提示等技术支持服务体系的建构将帮助教师解决学习过程中遇到的技术操作障碍，避免因技术应用难题导致的学习困难。

（3）关联认知负荷子模块

关联认知负荷对有效学习的发生具有促进作用，故可在降低内在认知负荷与外在认知负荷的基础上，通过一定的教学策略鼓励学生进行有意识地、主动地信息加工，即构建图式，从而增加关联认知负荷。基于此，关联认知负荷子模块的设计如图4所示。

认知策略设计的目的是提高教师网络研修的学习效率。采用的方法主要有：提供样例的变式，增加情境性干扰，以促进知识迁移[11]；提供多样化的问题解决方法以促进学生的自我解释活动；适当要求学习者对信息进行复述、精加工以及组织归纳，建立新旧知识之间的联系，形成系统的知识框架等。

交互设计包括人机交互与人与人的交互。人机交互设计主要指网络界面的设计，其在设计时应符合学习者心理学认知特点，除界面中分栏、配色与按钮的设计等，还应设置私人空间模块以满足用户自定义需求，如嵌入笔记本、绘制思维导图等学习支持工具，方便学习者进行反思总结。人与人的交互主要指学习共同体成员之间的交互。共同体成员一般由中小学教师、研修活动的组织者、管理者，以及学科专家基于共同的学习兴趣或学习目标组成。成员之间通过网络进行交流讨论，可以增进学习者间的亲密度，促进学习者协商性知识的建构以及协作学习的生成[12]。

研修评价的设计，是教师网络研修模式保持长效发展的重要保证。信息技术的引入促进传统教师研修评价体系的信息化发展，基于教师终身学习和生态取向的专业发展理念，摒弃传统考核方式中采取的量化形式的终结性评价，利用网络工具发展完善学校、学生、社会等多方参与的，重师德、重能力、重贡献等标准多元化的绩效考核评价体系，将教师参与的研修任务及学习行为及时记录并做出反馈，形成激励系统，从而提高教师网络研修的参与动机与学习积极性。

三、结束语

随着教育信息化的快速发展，虚拟学习环境下的教师网络研修得到了质的提升，基于网络研修平台的专题集中培训、校本研修以及区域化研修等贯穿于教学实践中的多样化、常态化教师自主研修模式，为教师专业发展注入了新的生机。本文从认知负荷理论的视角对网络研修平台进行设计研究与优化改进，体现了“以学习者为中心”的理念，同时也将有效避免“认知超载”现象的发生，提升教师网络研修效果，此外，教师网络研修过程中认知负荷水平的测量应注意综合多种方法，以提高测量结果的可信度，从而对平台的改进做出正确指导。

参考文献：

[1]杨哲，钟生海.基于认知负荷理论的网络课程设计研究[J].现代远距离教育，2007（3）： 64-66.

[2]John sweller Jeroen-J.-G.-van-Merrienboer-and-Fred-G.-W.-C.-Paas. Cognitive Architecture and Instructional Design[J].Educational Psychology Review，1998，Vol.10（NO.3）：251-296.

[3]张慧，张凡.认知负荷理论综述[J].教育研究与实验，1999（4）：45-47.

[4]马立，郁晓华，祝智庭.教师继续教育新模式：网络研修[J].教育研究， 2011（11）：21-28.

[5]李金波.网络化学习中学习者认知负荷的评估方法[J].开放教育研究，2009（5）：90-93.

[6]司国东，赵玉，宋鸿陟.基于认知负荷理论的网络学习资源多层次模型[J].中国电化教育，2013（2）：79-82.

[7]唐章蔚.认知负荷理论视域下农村教师微型移动教研活动设计研究[J].中国电化教育，2013（9）：72-77.

[8]林刚，陈国江.网络学习环境对认知负荷的影响及对策研究[J].中国远程教育，2007（8）：35-38.

[9]马锦英，陈毅萍.认知负荷理论在网络教学设计中的应用及启示[J].重庆邮电大学学报（社会科学版），2008（S1）：47-48，61.

[10]连纯华.超媒体信息表征与网络课程信息结构设计[J].中国现代教育装备，2010（1）：114-117.

[11]罗群英，陈仕品，张剑平.基于认知负荷理论的网络课程设计——以国家精品课程“现代教育技术”的网络课程为例[J].开放教育研究，2009（2）：61-66.

[12]张豪锋，孙颖.论网络学习中的意义交互[J].河南师范大学学报（哲学社会科学版），2008（5）：218-220.

（编辑：郭桂真）