认知负荷理论在人体解剖学教学设计中的应用*

吴雪艳，刘思洋，郭 森，付秀美，谢红林，陈志宏△

（1.承德医学院人体解剖学教研室，河北承德 067000；2.承德市中心医院介入血管外科）

人体解剖学属于形态学的范畴，课上授课内容多、知识点繁杂，虽然教学课件中图片、动画、视频等资源比较多，但教师对课件的设计更多是关注资源内容的全面性、完整性、关联性，常忽视学习者的学习感受和知识建构的过程。认知负荷理论关注学习者的认知结构和信息结构之间的交互作用，能够根据学习者的认知水平合理设计教学资源，通过控制学习者在学习过程中产生的认知负荷提升学习效果，实现有效教学。本文以认知负荷理论为指导，探究了人体解剖学的教学设计过程，以期为人体解剖学的教学设计及改善人体解剖学的教学效果提供参考。

1 认知负荷理论的内涵及效应

认知负荷理论（CLT）[1]是由认知心理学家约翰·斯威勒（John Sweller）在1988年提出的。认知负荷指工作记忆储存、加工和提取学习信息时承受负荷的总量，Sweller等根据认知负荷的来源不同将其分为内在认知负荷、外在认知负荷和相关认知负荷三种类型[1]。内在负荷是由学习任务的性质带来的负荷，取决于学习材料的难易程度和学习者的个人基础、经验；外在负荷是指施加给工作记忆的与学习无关的负荷，主要受学习材料的设计、呈现方式及教学活动方式的影响；相关负荷指用于处理内在负荷并能促进学习的工作记忆资源，即加工与认知内容相关联的信息带来的负荷。其中的外在负荷和相关负荷由教学设计者所主导[2]。认知负荷理论提出的教学设计指南和策略主要是通过减轻外在负荷、调控内在负荷和优化相关负荷来促进学习[2]。经过长期的实践研究，学者们总结了自由达标、注意聚集、多种通道、指导渐减效应、逼真度从低到高、情境干扰等15个教学设计原则和策略，这些原则和策略可以减轻外在负荷、调控内在负荷、优化相关负荷，从而促进学习效果[2]。

2 基于认知负荷理论指导人体解剖学的教学设计

人体解剖学的教学资源比较丰富，包括多媒体教学课件、虚拟数字人系统、挂图、模型、标本等；教师的授课方式也较灵活多样，包括边画图边讲解、实体标本讲解及利用多媒体课件讲解等。教学资源呈现方式或授课方式设计不当可加重学习者在学习过程中产生的外在认知负荷，因此需要通过合理的设计降低外在负荷，促进有效学习。本文主要从调控内在认知负荷和降低外在认知负荷两个方面探讨了如何基于认知负荷理论指导人体解剖学的教学设计，根据学习者的认知水平合理地设计教学资源，从而使学习者获得良好的学习体验，提高学习效果。

2.1 根据综合度从小到大的策略进行教学设计，调控内在认知负荷 认知负荷理论认为，学习材料的难易程度和学习者的基础知识决定内在认知负荷。因此，在进行教学设计前首先应充分分析学习者的特征，了解学习者的基础情况；其次，分析教学内容，特别是重点和难点问题对于学习者的难易程度，评估内在认知负荷的高低，这是教学设计中的一个重要环节。然后根据Sweller等总结的原则和策略调控内在认知负荷[2]。

学习材料的简单与复杂，取决于信息元素间的交互性，即学习要素在孤立的情境下被理解的程度。低交互性的学习材料在不考虑其它因素的孤立情境下，就能被理解和学习；而高交互性的学习材料，在孤立的情境下不容易被理解，只有学习某个元素并理解各元素之间的相互关系后，才能真正理解学习材料的意义。例如，在人体解剖学的学习材料中，骨学部分的内容就属于元素交互性较低的例子，尽管需要掌握大量的医学名词，但只需记忆就可以掌握；而脑神经就属于元素交互性高的学习材料，虽然脑神经的名称能很快被记忆，但还需要掌握脑神经的走行、纤维成分与作用才能完全理解。元素的交互性越高，学习时需要工作记忆同时加工的信息数量就越多，所产生的内在负荷就越重。综合度从小到大的策略是指按照元素的交互性，先呈现相对独立的元素，然后逐渐提升任务的综合度，这样分步渐进的策略比一步到位的策略更加适用新手学习[2]。

因此，人体解剖学在进行教学设计时，应首先分析各个章节对于学生的难易程度，对于学习材料按照互动性高低高进行排序，先呈现相对独立的元素，待后期所有的互动性元素到位后再一次性全部呈现所有元素及互动性。例如，教师在讲授骨学标志或颅底内面观时，先不要叙述骨学标志是哪块具体肌肉的附着点或穿过孔裂的具体结构，到后期讲肌肉或神经血管时，再把骨性标志和肌肉，孔裂和神经、血管等元素和元素间的关系等信息一次性全部呈现出来，以此来减轻内在负荷，加深学习者理解。

2.2 根据注意聚焦原则[2]设计多媒体教学课件，降低外在认知负荷 制作多媒体课件时，将多种信息源整合在一起成为单一的信息源，按照空间临近原则和时间临近原则呈现信息，并在空间上整合文字与图表信息，以集中学习者的注意力，降低学习者的外在负荷，从而促进有效学习。

例如，图片与文字说明应该放在一张幻灯片上，而不是分别呈现在两张幻灯片上；文字说明要与图片描述的位置相邻（空间临近），图片左边结构的说明文字放到左边，图片右边结构的说明文字放在右边，不要相互交叉，并且应简洁不重复。如果当前的学习内容涉及到前面的知识时，要直接关联制作一张相关知识的幻灯片，而不是去前面翻页寻找。

2.3 根据多种通道原则[2]设计多媒体教学课件和授课方式，降低外在认知负荷 多种通道原则源于图文信息“视-听”整合的实验研究，给对照组呈现图形信息和解释图形的文本信息，给实验组呈现图形信息和口头讲解图形的言语信息；结果显示，边看图形、边听讲解的视-听组合（多通道）图文信息的教学效果明显优于既看图形又看文本的视-视组合（单一通道）图文信息的教学效果[4]。基于上述研究结果，人体解剖学应结合多种通道原则进行教学设计，制作多媒体课件时，PPT中的图片和动画信息不配大篇幅的文字说明，而是配合教师讲解或者插入语音，教师授课时，要让学生采用视觉、听觉等多通道接受知识。例如，讲解内囊时需要回忆传导束，这时教师最好找出之前的图片或动画让学生边看边听教师讲解，而不是只单纯的讲解让学生自行回忆。

2.4 根据减少冗余原则[2]设计多媒体教学课件，降低外在认知负荷 教学设计不当会出现冗余效应[5]。例如多媒体课件中，如果学生通过看图文信息就能理解的知识内容，那再听教师讲解就是多余的；相反，如果只凭借教师讲解图片信息就能听懂的知识内容，再让学生看图片上的文字信息就是多余的，因为学生需要将讲师讲解的内容与图片上的文字信息进行加工对应，增加了外在认知负荷。减少冗余原则是指用单一信息源取代各自相对独立的多样化信息源，从而源减轻对冗余信息进行的非必要加工而产生的外在负荷[2]。因此提示，教师在制作PPT时要注意，不要添加过多的文字信息，即使必须出现的文字信息也应是概括性的，更加注意不要出现全页都是文字的情况。对于学习材料比较简单的章节，课后总结的页面只需提供图文信息让学生自己思考即可，此时教师不需要再次讲解，而是做适当的引导提示；对于学习材料比较难的章节，课后总结页面应是只提供图片信息，同时教师进行总结归纳。例如，讲述循环系统的知识需要复习大小循环的内容时，只需要提供大小循环的路径图，无需附加口头说明。

2.5 根据自由达标原则[5]设计课堂问题和课后思考题，降低外在认知负荷 Sweller等通过大量实验证明，自由达标的任务可以避免逆向探究而降低外在认知负荷，通过降低问题的目标明确性，可以提高学业成绩和迁移的程度[6]。因此，在人体解剖学教学设计中应根据自由达标原则设计开放性的课堂问题和课后思考题，以降低学生学习时的外在负荷。例如，课后作业让学生“在自己身上标记出尽可能多的骨性隆起、肌肉的位置”，而不是“下列骨、肌肉描述错误的是什么”；提问“所有可以治疗阑尾炎、胆囊炎的给药途径”，而不是“胆囊动脉、阑尾动脉是哪个动脉的分支”；提问“思考临床经桡动脉、股动脉介入手术治疗冠状动脉硬化导致的心机梗死的途径”，而不是“左右冠状动脉的分支是什么或上肢的动脉组成是什么”等。

人体解剖学的教学设计对于学生理解繁杂的解剖知识具有非常重要的作用，本文结合认知负荷理论提出的教学设计要义，从调控内在负荷和降低外在负荷两方面对人体解剖学教学过程进行设计，以减轻学生的认知负荷，提高教学效果。随着认知负荷理论研究的逐渐深入，基于认知负荷理论进行教学设计的探索可以扩展到医学课程的其它学科，以提高医学生的学习积极性、改善教学效果及提高医学教学的水平。