基于网络调研的网络学习者认知负荷优化控制

崔宁

（广东南华工商职业学院信息工程与商务管理学院，广东广州510720）

基于网络调研的网络学习者认知负荷优化控制

崔宁

（广东南华工商职业学院信息工程与商务管理学院，广东广州510720）

随着网络学习环境的不断变化，如MOOC的迅速发展与应用、移动学习的普及、翻转课堂理念的应用，网络学习逐渐成为众多高校、企业培养学习者的一种有效方式。文章在认知负荷理论的指导下结合网络调研和访谈，探析了网络学习者认知负荷的影响因素；提出了通过先行组织者策略、冗余信息排除策略、认知活动转移策略等优化网络学习者认知负荷的策略方法，并在此基础上形成了两种优化网络学习者的模型。据此，为促进学习者在网络学习环境中更好地学习提供一些启示。

网络调研；网络学习者；认知负荷；优化控制

认知负荷理论是由澳大利亚心理学家Sweller.J等人于上世纪80年代提出的，并以资源有限论和图式理论为基础，将认知负荷分为内部认知负荷、外部认知负荷以及关联认知负荷三类。内部认知负荷是由学习材料的难度水平以及学习者原有知识经验水平（即原有图式水平）的交互作用带来的负荷；外部认知负荷是由教学材料的呈现方式及教学设计的水平所决定；关联认知负荷是指与能够促进图式的建构、图式的自动化相关的负荷。认知负荷理论认为三种认知负荷是一种叠加的关系。

一、基于网络调研的学习者认知负荷影响因素分析

为了进一步确定网络学习者认知负荷的相关影响因素，笔者在认知负荷理论的指导下，采用网络调研的形式对网络学习者的认知负荷进行综合分析，本次网络调研通过问卷星共发放问卷398份，有效问卷398份，回收之后，通过SPSS19.0对问卷数据进行信度值检测，结果为0.701，说明本次问卷调研结果可信。

网络学习者的内部认知负荷主要来源于网络学习材料和网络学习者自身知识水平，结合网络学习环境的特点和对网络教育一线教师的相关调研，可将网络学习者的内部认知负荷影响因素具体分为：

（1）网络学习资源的非线性结构

网络学习资源不像传统学习材料具有明确的知识目录、图书页码和关键词指引，知识是以超链接等非线性结构的形式来进行组织，这样网络学习者在进行学习时，需要不断通过超链接来进行学习资源的定位，容易导致学习者在网络环境中将处于“迷航”状态，不可避免地导致学习者内部认知负荷加重。

（2）网络学习者的信息技术水平

学习者的信息技术水平在网络学习环境下将影响其认知资源的有效利用水平。调查显示:398位网络学习者中100%的学习者认为网络环境下学习者的信息搜索能力对其学习效率有重要影响，其中286人、占总人数71.88%的学习者认为良好的信息搜索能力能够帮助其及时扫除学习盲点。

（3）学习者的工作记忆水平

网络学习者的工作记忆水平虽然一般情况下为5 到9个记忆单位，但不可忽略的是四个工作记忆单位的差距确实会对其学习时的认知负荷起到一定的影响作用，工作记忆时间一般为5-20s，按12s计算的话，如果一个学习者的工作记忆为9个记忆单位，另一位学习者为5个记忆单位，那么在一个小时的学习时间里，他们信息的处理差异将会是3600÷12×4=1200个记忆单位，这些记忆单位换算成单词的记忆量大概为120个单词，按照遗忘曲线换算成6天后的单词记忆量大概为30个。这表明，个别情况下学习者的工作记忆水平对学习者的内部认知负荷有一定的影响。

根据Sweller.J等人关于认知负荷的分类，结合网络学习环境的特点以及对网络学习者的现实调研，归纳网络学习者的外部认知负荷影响因素，主要包括：

（1）网络学习环境中的导航设计

网络学习界面的导航设计是否优良，将直接影响学习者查找有效学习信息时的速度与效率。一般情况下，网络学习环境中，学习资源的总量是异常庞大的，如果学习界面的导航设计不合理，则学习者在学习的过程中，不得不消耗一部分认知资源去记忆有效学习资源的具体路径以及不断整理各种有效知识之间的关系。另外，导航中的目录显示是否能够全面涵盖知识点，学习者的访问路径是否能够获得清晰提示等都是影响学习者网络学习时外部认知负荷的重要因素。针对网络学习环境下页面的导航设计是否影响自己的学习这一问题，对398为网络学习者的调查显示如图1所示。

图1 导航设计对学习者学习的影响

（2）学习页面的跳转次数

网络学习环境中，学习材料是以超媒体的形式组织架构的，需要学习者占用一定的认知资源去记忆有效学习资源的学习路径，如果有效学习资源的页面“隐藏”很深，需要学习者多次点击超链接才能找到，将影响学习者的学习积极性进而影响其心智努力的程度，即由于外部认知负荷的加重影响其学习效率。调查显示，如果页面跳转3次或者以上，将有30.80%的网络学习者不愿意继续进行网络学习。

（3）无关信息的干扰

网络学习环境下，无关信息的干扰因素主要有广告窗口的随机弹出、无关背景音乐的植入、不必要的交互等。具体表现为：若在网络学习者正专注于学习知识时弹出广告窗口，则学习者不得不分配一定的认知资源用于关闭广告，甚至很多情况下学习者会点击广告窗口进入浏览，这样不可避免会造成学习中断，等学习者重新进行学习时，原有工作记忆中的信息已经消失，需要重新对知识进行图式建构，势必造成其外部认知负荷的加重；对网络学习者的调查显示，51.34%的学习者认为无关背景音乐的植入会干扰其对知识的有效学习。

（4）学习资源的教学设计水平

学习资源的教学设计水平是影响网络学习者外部认知负荷的最直接因素。首先，网络学习资源的设计是否考虑到学习者的个体特征、元认知水平以及学习群体特征等是体现其设计优良与否的首要评价标准，例如：网络学习页面上呈现知识导航地图，这一设计对于元认知水平较低的学习者来说有利于降低其外部认知负荷，但对于元认知水平较高的学习者反而会增加其外部认知负荷。同样的，网络学习资源的设计如果没有考虑学习者的年龄、性别、地域等学习群体的差异，同一设计也会起到相反效果。另外，学习资源的设计是否从认知负荷理论角度出发，是否考虑了认知负荷理论中提出的多样化的呈现原则、接近原则、相关原则、通道原则、冗余原则等，也是加重学习者外部认知负荷与否的重要因素。

首先，网络学习环境下，学习者的认知负荷与学习者的学习兴趣和获取知识的动机呈正相关关系。其次，学习平台或学习者本身对自己的元认知监控以及网络学习环境下其对规则的管理也是影响学习者相关认知负荷的主要因素。另外，网络学习环境下规则的管理主要包括学习者自身对规则的管理和网络学习平台对学习者学习规则的辅助管理，学习者自身对学习规则的管理主要有自身的学习习惯、学习方法等。

为了更好的表示网络学习环境下学习者认知负荷的影响因素，本研究结合文献研究与现实调研，特给出图2所示模型作为参考。

图2 网络学习者认知负荷影响因素

通过对398名网络学习者的调查反馈发现，当下的网络教学和网络学习还有很多需要改进的地方：①目前的网络教学中授课者的施教方式较为单调，缺乏趣味性。②授课者在面对镜头时具有一定的拘谨性，不能对教学内容进行充分发挥。③网络学习的过程中因外界约束力不强，学习者很容易在学习时被其他事物所干扰，或者中途去做其他的事情。④因网络学习环境下学习资源较为丰富，学习者对有效信息的获取具有一定的难度或者获取有效信息时会消耗较长的时间。⑤目前多数网络教育视频没有设置记忆播放功能，学习者每次观看时都需要重新播放，然后自行找到上一次观看的位置，不利于快速进入学习状态。⑥当下的网络教学平台不够稳定，通常会不定期处于完善或更新状态，这种情况下学习者往往无法进行学习。⑦当下某些网络教学平台有一定的收费，这在一定程度上会影响学习者的学习意愿。⑧学习者在网络学习环境下进行学习缺少鼓励措施，不利于学习者对知识的持久性和系统化的学习。

二、网络学习者认知负荷优化控制

通过对网络学习环境下学习者内部认知负荷影响因素的分析可知，降低网络学习环境下学习者内部认知负荷主要考虑的是减少学习元素之间的交互性和学习者的先前知识，具体有以下策略：

（1）提供先行组织者

网络学习环境下学习者的内部认知负荷虽然更多取决于学习者自身原有的知识水平，但如果能在网络学习之前提供丰富准确的“先行组织者”，让学习者进行预先培训，使之形成相关的智力模型，这样就使得学习者在学习知识的过程中不用再额外分配认知资源去理解任务的属性问题或者任务中各个信息之间的关系问题，有利于学习者对于高难度或复杂知识的学习。另外，网络学习环境下先行组织者的呈现形式较传统学习环境更为多样化，如：可以在教学视频的最开始、每一小节的教学大纲中呈现，也可以在正式学习之前的教学或学习互动中呈现等。图3是爱课程学习平台上北京大学《教你做MOOC》课程的先行组织者截图。

图3 先行组织者知识

（2）提供知识地图、电子词典、电子笔记本

网络学习环境下，学习者所能接触到的学习资源信息相当丰富，这种情况下如果知识结构组织不合理，容易导致学习者在学习过程中分不清知识之间的交互关系，致使其工作记忆加重。当然，对于分散不系统的学习资源，也不利于学习者从长时记忆中提取相关知识对其进行图式化建构。所以，网络学习环境下设置教学资源时应提供清晰的知识结构图，降低学习资源之间的交互水平。图4是爱课程网络学习平台上《电视摄像课程》其中一讲的知识点罗列，此种知识点列举方式相对分散，并没有给出各知识点之间的交互关系。如果将图4中知识点之间的交互关系进行适当整理，则有利于降低由知识点之间交互的分散性带给学习者的内部认知负荷，如图5则更利于学习者认清知识点之间的交互关系。

图4 知识点分散罗列

图5 具有交互关系的知识点排列

另外，在网络学习过程中，学习者很少用笔对知识点做随时记录，如果能够在学习页面的某一区域设置电子笔记本、电子词典等，则有利于学习者对知识的整理和查找，而如今的网络学习平台设置该区域的较少。

（3）网络学习者内部认知负荷优化模型

通过上述分析可以得出优化网络学习者内部认知负荷的具体策略，为了更进一步对网络学习者内部认知负荷的优化提供指导和启示，在对网络学习者内部认知负荷影响因素和优化策略深入分析的基础上，提出网络学习者内部认知负荷优化模型，如图6所示。

图6 网络学习者内部认知负荷优化模型

网络学习环境下，降低学习者外部认知负荷主要通过避免对无关信息的加工来得以实现，尽最大可能让网络学习者对有效学习信息进行直接加工。虽然网络学习环境下学习者的外部认知负荷主要来自学习材料的组织形式和呈现方式，但具体组织形式和呈现方式又具有多样性，具体优化策略可从以下几点加以论述。

（1）提供清晰的导航和访问路径

网络学习环境下学习资源的丰富性和超链接的设置，容易导致学习者进行网络学习时产生“迷航”现象。清晰的导航能够帮助网络学习者快速找到有效学习资源，避免学习者在整理和搜索学习信息的过程中消费大量的认知资源。提供清晰的导航主要做到：①通过目录树的形式显示网络学习平台上学习资源的整体框架，使网络学习者对学习平台的内容、学习课程的框架有整体的认识。②追踪学习者学习过程中的访问路径，并以较为显著的字体（如字体颜色、大小等）提醒学习者自己现在所处的位置。③在学习者所在的学习页面设置首页、返回上一页以及主要相关信息的超链接，方便学习者在需要时快速进行跳转。

（2）减少页面跳转次数

在设计学习材料时应尽量减少学习资源页面的跳转，降低学习者的认知资源。具体可以通过以下几点加以辅助设计：①合理设置学习资源根目录，使学习资源根目录能够尽可能的涵盖学习平台上的有效学习资源。②在必须经过多次跳转才可以到达有效学习资源页面时，尽量避免每次跳转都新建页面，而是在原有页面的基础上更换页面信息，合理设置返回路径。③在学习者所在学习页面，不可以根据知识点、课件、课程录像等小的板块内容再设置新的页面跳转，即学习者所在学习页面应该包含本学习课程的所有教学信息。

（3）排除冗余信息干扰

网络学习环境下能够干扰学习者外部认知负荷的冗余信息较为多样。首先为学习者的信息技术水平，学习者在进行网络学习之前应该具备一定的信息技术素养，能够熟练操作人机交互界面，确保对其达到自动化操作的程度。其次，当网络学习者在学习较为简单且用一种表征方式就可以解释的学习资源时，如果课程设计者采用多种表征方式对知识加以阐释，往往会起到相反的结果，如学习者在学习网络课程时伴随有一定的背景音乐或者在视频语音呈现的同时伴随字幕的出现，都不利于学习者对有效学习资源的深度加工。另外，网络学习平台应杜绝广告的随机植入，对网络学习者的调查显示，当网络广告出现在学习页面时将极大的影响学习者对学习的积极投入。因此，在网络学习页面应删除冗余信息，保证学习者所获取的信息为直接有效的。

（4）优化网络教学设计

从教学设计的角度出发来优化网络学习者外部认知负荷，主要考虑网络学习材料的设计与呈现方式。下面结合认知负荷理论研究已经揭示的关于外部认知负荷的五种效应，提出五种优化网络学习者外部认知负荷的教学设计策略：①开放目标策略。当有多个学习目标或者学习目标不太明确时，让学习者自行确定目标，将有利于学习者取得良好的学习效果。②解答样例策略。当学习者在处理复杂学习任务时，如果向学习者提供已经解答的问题样例，则能有效地提升其问题解决水平。因此，在设计网络学习资源时应采取解答样例策略，即提前呈现本次网络课程的最终问题或者要求学习者需要达到的层次水平，并给出具体的解决方法和步骤。③完成问题策略。与解答样例策略基本相似，只是给出的问题解答步骤并不完全相同，需要学习者在学习过程中自己去整理。因此在教学设计网络学习资源时，考虑样例解答策略的同时还应考虑完成问题策略。④双通道策略。短时记忆对于视觉信息和听觉信息的加工是相对独立的，互不干扰。因此，教学设计网络学习资源时应采取双通道策略，即同时利用视觉和听觉呈现相同的教学信息。⑤资源整合策略。当学习者同时注意多个信息来源时会导致注意分散，加重学习者外部认知负荷，因此设计网络学习资源时应采用学习资源整合策略，即将多种信息资源整合在一起，使其在时间上保持同步和在空间上保持临近，或者在意义上保持关联。

（5）网络学习者外部认知负荷优化模型

通过上述对网络学习者外部认知负荷的分析，可以提取出具体的优化策略，而网络学习环境下优化学习者外部认知负荷对学习者整体认知负荷的优化起到至关重要的作用。因此，为了更加明确网络学习者外部认知负荷的优化，进一步提出网络学习者外部认知负荷优化模型则显得很有必要。如图7所示为网络学习者外部认知负荷优化模型。

（1）唤起注意

在网络学习环境中要设置能使学习者可察觉的唤醒，通过适当的策略引起学习者最初的注意，以保证其有效学习的认知资源被及时分配。例如学习者在MOOC平台上学习相关心理学知识的教学视频时，可以在教学视频开始之前插入一句发人深思的心理名言等，在教学视频中可以不断地出现问题解决、循序渐进的揭示问题答案等，以达到持续唤起学习者注意和激发其兴趣的目的，另外在网络学习环境中也可以设有电子公告板、留言板、讨论区、师生互动栏、网络会议室等板块。

图7 网络学习者外部认知负荷优化模型

（2）设置目标

要让学习者在网络学习环境中充满自信，就要在设计教学材料时明确给出学习目标，尽量设置一些能让学习者通过努力即可实现成功的机会，另外，要设置一些能让学习者自主选择的知识进行学习，如在同一个网络平台上设置不同讲师讲授相同的课程，或者对于同一个问题设有多层次多方位的解答，让学习者有选择的进行学习，使其感到自己能够根据兴趣选择、控制自己的学习过程，在自信的同时增加有效学习的关联认知负荷。另外，网络教学平台上的一些教学课程，可以考虑在学习者学习完整门课程并通过考核的前提下颁发学习者相应的课程证书，以此鼓励学习者的学习兴趣。

（3）保持沟通

网络学习平台下一些教学课程，在学习者学习课程的过程中，教师可以采用信件、电话、电子邮件等方式与学习者交流沟通，也可以在学习者学习完一门课程并通过考核之后，课程主讲教师组织这些学习者进行实地讨论、调查，或者组织学习者集体参加与所学课程相关的真实活动，如实地调查、取证课程中的一些结论、理论等。另外，在学习者完成课程学习之后要建立科学、公平的评价体系，确保奖励和激励能够让每一位学习者所认可，从而增强学习者下次网络学习的关联认知负荷。

（4）认知负荷转移

根据分布式认知理论可知，认知并不被个体思维所特有，认知是分布存在的，除分布于在个体之外，认知还分布在个体之间、媒介之间、学习环境、文化氛围、社会环境和时间之中，即除个体之外的外部环境能够帮助个体分担部分认知任务。因此，如果将学习者的认知负荷转移到外部环境当中，也许总的认知会有所增加，但网络学习者在学习的过程中就可以付出相对较少的心理努力，使学习者个体的认知负荷相对减少。具体做法主要包括：①提供学习指南，在网络学习开始之前向学习者呈现整个学习过程的建议，或者在学习过程的不同阶段利用计算机向网络学习者抛出一些本该学习者自己需要反思的问题，促使其对自己的学习进行实时监控。②构建学习共同体，网络学习平台设计者可以根据学习者的年龄、专业、性别等情况设置专门用来交流的学习社区，当学习者在学习社区共同解决问题时，他们会不断进行交流，同时也分解了个体的认知负荷。

三、总结与展望

当前，网络学习已经成为众多学习者终身学习的一种有效途径，提高网络学习者的学习效率是当今网络学习环境迫切需要解决的课题，文章从网络学习者认知负荷的角度出发，在文献研究结合网络调研的基础上总结概括了网络学习环境下学习者认知负荷的影响因素，提出了优化网络学习者认知负荷的策略和模型参考，为提高网络学习者的学习效率提供了一个新的视角。当然，本文提到的网络学习环境下学习者认知负荷的影响因素和优化策略还需要后期进一步的实证研究以及更多的实践检验加以辅证，并从更多的实验研究中搜集数据，进一步通过数据来验证网络学习者认知负荷优化策略和模型的优缺点，然后加以改进和推广。

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（编辑：鲁利瑞）

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