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基于認知負荷理論的網絡課程設計
發(fā)布時間:2009-10-11 閱讀:266 ———以國家精品課程“現(xiàn)代教育技術”的網絡課程為例 羅群英1 陳仕品2 張劍平1 (1.浙江師范大學教師教育學院,浙江金華321004; 2.西華師范大學教育科學與技術學院,四川南充637002) 【摘要】 當前大量的網絡課程由于缺乏對認知負荷的考慮而導致了網絡學習認知超載,在一定程度上影響了網絡學習的質量。本文根據(jù)認知負荷理論,從內在認知負荷、外在認知負荷和關聯(lián)認知負荷三方面探討了網絡課程設計的基本規(guī)律,并以國家精品課程“現(xiàn)代教育技術”的網絡課程為例進行分析。
圖1 “現(xiàn)代教育技術”網絡課程知識結構示意圖 2.用漸減的方式呈現(xiàn)樣例Renkl等人(2004)的研究也為減少內在認知負荷提供了指導。內在認知負荷不僅與學習材料的復雜性有關,還與學習者在該領域的專業(yè)水平有關。隨著學習的推進,在這一領域的學習讓學習者的知識水平逐步提高,因而,在為學習者提供樣例時可以逐步減少樣例的解答步驟,最終以問題解決的形式呈現(xiàn)。在“現(xiàn)代教育技術”課程中,教學設計是學習者必須掌握的一項技能,但是對于初學者來說難度較高,可以說是無從下手。在這一問題上,根據(jù)Renkl等人研究結果的指導,我們可以將教學設計的全過程設計成一個完整的案例,把教學設計過程(前期分析、教學目標的闡明、教學策略的制定、教學設計方案的編寫與評價)的每一部分都設計完整,當學習者在學習教學設計的某部分內容時,如教學目標的闡明,根據(jù)學習進程對教學設計案例中教學目標闡明部分和前期分析部分的內容進行刪減,要求學習者對其進行填補,因而鞏固了已學的內容。當教學設計這一章節(jié)內容全部學完時,學習者也掌握了教學設計的每一個步驟,因此,最后就可以要求學習者自行進行教學設計了。 (二)外在認知負荷在網絡課程設計中的應用 外在認知負荷與學習過程不直接相關,而是與學習材料的組織和呈現(xiàn)方式有關。對同一學習內容的學習,差的學習材料組織與呈現(xiàn)會使學習者需要更多的認知資源來進行與圖式建構無關的活動,因而加重了學習者的認知負擔。(龔德英, 2005)因此降低外在認知負荷勢在必行。根據(jù)引起外在認知負荷的因素可知,優(yōu)化學習材料的組織與呈現(xiàn)是降低外在認知負荷的一個重要途徑。有許多研究者在降低外在認知負荷方面做了相關的研究,Kester等人(2001)提出了一個信息呈現(xiàn)的適時(Just-in-time)模型,即當學習者在問題解決中剛好需要某個信息時呈現(xiàn)該信息;Mayer等人(2002)以認知負荷理論、雙重編碼理論和建構主義學習理論為基礎,提出并驗證了多媒體教學設計的五個原則:多樣化的呈現(xiàn)原則;接近原則;一致性原則;通道原則和冗余原則。這些研究對網絡課程的設計有著重要的指導作用,將其歸納起來表現(xiàn)為以下幾點: 1.適時呈現(xiàn)信息 Kester等人提出的適時模型認為,在學習者需要某個信息時適時呈現(xiàn)有助于減少外在認知負荷,這里的信息包括兩類:支持信息和必備信息。支持信息最好在做練習之前呈現(xiàn),而必備信息則最好在練習學習任務的過程中呈現(xiàn)。研究證明,適時的支持信息能夠促進有意義學習的圖式建構,適時的必備信息在學習當前任務時通過程序化或限制編碼可以促進圖式的自動化。(Kester, et a.l, 2001)由此可知,在適當?shù)臅r機為學習者提供恰當?shù)男畔⒁部梢詼p少學習者的認知負荷。在網絡課程中,每一章節(jié)內容完成后可以有一系列相關的習題提供給學習者,這樣不僅可以鞏固學習者對這一章節(jié)內容的學習,還可以減少學習者在完成習題時的認知負荷;另外,在講解習題或者要求學習者練習的時候可以在學習者進行操作時為學習者提供有關操作的知識。以進行教學設計為例,當向學習者演示教學設計過程時,可以在每一步進行之前向學習者展示相關的課程內容,如教學設計的第一步為前期分析,進行前期分析之前向學習者解釋有關這一教學設計的前期分析所涉及的具體內容,以及如何進行分析等,這樣就可以減少學習者對教學設計任務的認知負荷。 2.提供相關的答疑和多樣的學習方式 與傳統(tǒng)的課堂學習不同,網絡學習中學習者與教師、同伴在空間上相互分離,所以學習者與網絡課程的交互顯得至關重要。此外,學習者在網絡中進行學習也有自己的學習方式偏好,因此提供多樣的學習方式可以讓學習者的網絡學習更為有效。“現(xiàn)代教育技術”網絡課程為學習者提供了“在線答疑系統(tǒng)”,學習者可以在該答疑系統(tǒng)中查找與教育技術相關的問題,另外學習者還可以通過網站提供的教師聯(lián)系方式向教師咨詢或與教師探討相關問題。在學習方式上,網絡課程設計應該支持學習者采用多種學習方式進行在線學習。“現(xiàn)代教育技術”網絡課程中的“Moodle教育技術資源互動平臺”為學習者提供了與教育技術相關的課程學習及其資源。Moodle是澳大利亞教師Martin Dougiamas基于建構主義教育理論而開發(fā)的課程管理系統(tǒng),是一個免費的開放源代碼的軟件,其目的是推廣社會建構主義的教學思想,即教育者和學習者都是平等的主體,在教學活動中他們相互協(xié)作,并根據(jù)自己已有的經驗共同建構知識。在進行課程學習的過程中,學習者可以選擇在平臺中進行在線閱讀、在線練習以及在線討論等學習活動。另外,Moodle教學平臺為學校內的教育技術學生提供了很好的協(xié)作學習環(huán)境。在每門課程當中,只要有需要教師就可以創(chuàng)建相關的討論小組并設定每一個小組的任務,學習者根據(jù)小組分配,自覺地到相應的小組參與討論,進行協(xié)作學習。“現(xiàn)代教育技術”網絡課程中Moodle教學平臺的局限性在于只供浙江師范大學校內網使用,因此只有在學校內的學生能夠方便使用。 3.課程內容應遵循臨近呈現(xiàn)原則 臨近呈現(xiàn)原則包括空間臨近和時間臨近兩種。Mayer等人通過實驗表明:多媒體呈現(xiàn)中有意義的學習不僅依賴于必要的信息呈現(xiàn),而且更依賴于必要信息呈現(xiàn)時對學習者如何在心理上進行加工的引導。因此空間時間臨近效應實驗為多媒體設計提供了一條重要的設計原則:語詞和畫要在彼此臨近而非遠離呈現(xiàn)。(理查德. E.邁耶, 2006)因此,在網絡課程設計中有對相應文字進行解釋的圖片就應當與文字臨近呈現(xiàn),有對相應文字進行解釋的語音也應該與文字同步呈現(xiàn),如在“現(xiàn)代教育技術”中“學與教的理論”這一章,有關加涅的信息加工模式的論述就必須與相應的信息加工模式圖相臨近,讓學習者既能看到形象化的信息加工模式,又能通過文字理解信息加工模式的具體含義;另外,在“現(xiàn)代教育技術”網絡課程中的音頻與對應的PPT內容是同步呈現(xiàn)的,當音頻內容講到下一個章節(jié)時, PPT內容也會跳轉到下一個章節(jié),這樣,不僅可以減少學習者用于搜索相關資源的外在認知負荷,還可以使學習者更易于理解學習內容。 4.內容呈現(xiàn)應遵循多重表征原則 認知負荷理論的相關研究認為,多媒體信息在記憶中是以雙通道形式進行加工的,即視覺/圖像加工和聽覺/言語加工雙通道,而每個通道的加工能力又是有限的。(理查德.E.邁耶, 2006)Mayer等人的研究結果表明:當制作一個包含動畫和語詞材料的多媒體呈現(xiàn)時,要以解說的形式而不是屏幕文本的形式呈現(xiàn)語詞信息,但是這條原則適用于帶解說的動畫呈現(xiàn)以很快的速度播放,并且學習者無法控制播放的情境。國內學者王玉琴等人(2007)進行的“媒體組合與學習步調對多媒體學習影響的眼動實驗研究”結果也支持這一觀點,研究結果表明,對于學習效果而言,“通道效應”只出現(xiàn)在系統(tǒng)控制步調的線性多媒體學習中,而在學習者步調的多媒體學習中,聲音解說相對視覺文本的優(yōu)勢消失了,由學習者控制學習步調,圖形加視覺文本的媒體組合對學習更有利。 由此可知,在網絡課程中以固定速率呈現(xiàn)語詞和動畫畫面的最佳方式是一個動畫加解說的簡明呈現(xiàn)。在“現(xiàn)代教育技術”網絡課程中,“三分屏”(視頻、演講文稿、目錄)形式的教學視頻為學習者提供了很好的視覺和聽覺材料,如圖2所示。在這里,課程內容不僅有文本形式,同時還有其相應的解說形式,因此學習者在學習時就可以通過對文本的視覺加工和對解說的聽覺加工來對課程內容進行雙通道加工;另外,在虛擬實驗中,大量的實驗操作演示都是以解說與動畫的形式呈現(xiàn)的,這些學習內容都是由系統(tǒng)控制的,因此,通過解說與動畫/圖片的形式呈現(xiàn)有利于學習者提高學習效率。
圖2 網絡課程教學視頻界面 5.課程界面應避免信息冗余冗余信息對學習效果會產生干擾。認知負荷理論認為,學習者同時要注意兩個或者多個來源信息或活動時就會產生分散注意。冗余信息會產生外部認知負荷,分散學習者對重要材料的注意力,加重學習和理解的認知負荷。冗余信息主要來源于裝飾性信息和重復性信息。具體而言:第一,不要加入有趣但與學習無關的文字、畫面、聲音、音樂等裝飾性而不是支持性的信息。學習內部動機不是靠裝飾性的材料所能激勵的,相反這些材料會干擾學習者對學習內容的組織和整合。第二,盡量減少界面中超鏈接、按鈕、選擇框等交互形式。因為頻繁的交互操作(尤其是超鏈接)會分散學習注意力,增加認知負荷。第三,用講解與圖片組合的方式代替講解、圖片和文本的組合呈現(xiàn)信息。當畫面和語詞都以視覺形式呈現(xiàn)時,視覺通道會超載。(曾巍, 2006)“現(xiàn)代教育技術”網絡課程界面設計以藍色為主調,使整個網絡課程具有沉穩(wěn)的特性,具有理智、準確的意象;在文字編排方面的設計力求簡潔、不重復,給人一種緊湊感。總體看來,“現(xiàn)代教育技術”網絡課程中裝飾性的文字、畫面、聲音等較少。“現(xiàn)代教育技術”網絡課程中的超鏈接并不復雜,而且絕大部分超鏈接都是正確的,一些可以直接打開的或者是可以直接下載文件的鏈接都只需點擊一次就能完成操作,從而減少了頻繁的交互操作。在“現(xiàn)代教育技術”網絡課程中,部分內容是以解說加文字的形式呈現(xiàn)的,如教學視頻等;有一部分內容是以動畫加解說的形式呈現(xiàn)的,如實驗操作的演示等;還有一些內容是以文本形式呈現(xiàn)的,如教材內容等。 (三)關聯(lián)認知負荷在網絡課程設計中的應用 關聯(lián)認知負荷產生于學習者在學習某一個任務未用完所有的認知資源時,這時候學習者便可以把剩余的認知資源用到與學習有直接相關的加工(如圖式建構)中去,讓學習者在工作記憶中的元素活動中加入更高級的有意識的認知加工(如重組、抽象、比較和推理等),從而支持圖式構建。這樣的加工也會增加認知負荷,不過這種認知負荷不會阻礙學習,反而會促進學習。(孫志軍, 2007)正因為如此,增加關聯(lián)認知負荷成為眾多研究者的追求目標,同時也有許多研究者提出了相應的對策。Paas等人(1994)認為提供樣例的變式是增加關聯(lián)認知負荷的一個有效途徑; Renkl(2004)等人的研究表明,給學習者提供多樣的問題解決方法比提供單個解決方法更能促進學習,研究者認為多樣的問題解決促進了學生的自我解釋,提高了學習者的關聯(lián)認知負荷;國內學者龔德英(2005)尋求在多媒體學習中增加關聯(lián)認知負荷的方法,結果發(fā)現(xiàn),學習者采用歸納策略提高了關聯(lián)認知負荷,減少了內在認知負荷,提高了遷移成績,但是沒有提高記憶成績。這些研究結果為網絡課程設計中增加關聯(lián)認知負荷提供了指導,在設計中可歸納為以下幾點: 1.要注重提供樣例的變式 Paas等人(1994)的研究表明,樣例之間的區(qū)別越大,情境性干擾越高,比較過程的意義越大。他們認為,問題情境的變式可以鼓勵學習者發(fā)展圖式,因為它使學習者更能把相似特征、相關特征與無關特征區(qū)分開來,提供變式可以更好地促進學生的學習和遷移。在一些數(shù)學、物理等理科性質的網絡課程中,為學習者提供一些與樣例不同情境的例子主要是變換題目的條件或者增加一些類似的條件。在這里還是以“現(xiàn)代教育技術”網絡課程中的教學設計為例,當教學用不同的學習方式時,教學設計應該是不同的。新課改所倡導的探究性學習的目的是培養(yǎng)學生的能動性,學會用專家的思維來解決問題,而合作學習的目的則是培養(yǎng)學生之間的合作精神。因此,探究性學習方式的教學設計應該注重問題的提出和對學生思維的引導;合作學習方式的教學設計則應該注重學習過程中的角色分配與合作等。雖然兩種學習方式的目的與形式不一樣,但是教學設計的過程應該是一致的。所以,通過兩種情境下的教學設計對比,學習者可以更加清晰地了解教學設計的過程。 2.要求學習者適時歸納學習內容 龔德英(2005)通過實驗研究認為,歸納增加了學習者的關聯(lián)認知負荷,但隨著學習的推進,歸納還同時降低了學習者的內在認知負荷。歸納本身就是一種有效的學習方法,在學習過程中對學習內容進行歸納不僅有利于梳理錯綜復雜的關系,還有利于學習者對內容的理解。因此,不管在什么類型的課程中,讓學習者適時地進行歸納是有益的。歸納的方法同樣適用于網絡課程,在“現(xiàn)代教育技術”網絡課程中,每一章節(jié)的內容都要求學習者對其進行歸納,以使其對課程內容有一個宏觀的了解。歸納可以是學習者主動進行,也可以是以練習的方式進行。練習可以設計成填空的形式,如在第一章節(jié)中,“教育技術的基本概念包括哪些內容”基本框架可以設計成如圖3所示。當為學習者提供練習時,就可將其中的部分內容刪去,要求學習者填空,另外,歸納還可以更具體,如AECT定義包括AECT’1994以及AECT’2004,教育技術的內涵包括哪幾點等等,把這些內容全部歸納起來,學習者對教育技術基本概念中所涉及的內容框架也就清晰了。這樣的歸納不僅是對章節(jié)內容的總結,還可能成為學習者在記憶中的框架。
圖3 教育技術基本概念的歸納 總結認知負荷理論從內部認知負荷、外部認知負荷以及關聯(lián)認知負荷三個方面解釋了認知負荷產生的規(guī)律,從而為通過設計來減少認知負荷提供了理論基礎。本文根據(jù)認知負荷理論,從內在認知負荷、外在認知負荷以及關聯(lián)認知負荷三方面探討了網絡課程的設計,并以“現(xiàn)代教育技術”網絡課程為例說明、提出了相應的設計原則。從減少內在認知負荷出發(fā),網絡課程設計應該遵循:按順序和分塊呈現(xiàn)課程內容;用漸減的方式呈現(xiàn)樣例等等。從減少外在認知負荷出發(fā),網絡課程設計應該遵循:適時呈現(xiàn)信息;提供相關的答疑系統(tǒng)和多樣的學習方式;課程內容應遵循臨近呈現(xiàn)原則;課程內容應遵循多重表征原則;課程界面應避免信息冗余等等。從增加關聯(lián)認知負荷出發(fā),網絡課程設計應該遵循:提供樣例的變式;要求學習者對學習內容進行歸納等等。通過理論分析可見,網絡課程的設計不是學習材料的堆積,而是要從認知負荷的角度對網絡課程的內容安排、界面設計等方面進行系統(tǒng)設計,從而盡量避免學習者發(fā)生認知超載,以提高網絡學習的效率。 【參考文獻】 [1]ChangXin, &WangPei (2005). The application of the cogni-tive load theory and its enlightenment in teaching designs ( in Chinese)[J]. PsychologicalScience, 28(5): 1115-1119.(常欣,王沛(2005).認知負荷理論在教學設計中的應用及其啟示[J].心理科學, 28(5): 1115-1119. ) [2]Gerjets, P., Scheiter, K., & Catrambone R. (2004). Desig-ning instructional examples to reduce intrinsic cognitive load: Molar ver-susmodular presentation of solution procedures[J]. Instructional Science, 32: 33-58. [3]GongDeying (2005).The effectof increasing germane cognitiveload in multimedia learning to students’learning ( in Chinese) [D].Master’sDegree Thesis, SouthwestNormalUniversity.(龔德英(2005).多媒體學習中增加相關認知負荷影響學生學習的實驗研究[D].西南師范大學碩士論文. ) [4] Kester, L., &Kirschner, P.A.,VanMerrienboer, J. J. G.,&Baumer, A. (2001). Just-in-time information presentation and the acquisition ofcomplex cognitive skills [J]. Computers inHuman Behavior, 17(4): 373-391. [5]Mayer,R.E., &Mereno, R. (2002). Aids to computer-basedmultimedia learning[J]. Learning and Instruction, 12(1): 107-119. [6]Mayer,R.E. (2006). Multimedia learning ( in Chinese)[M].Translated by Fu Xiaolan&Yan Zheng. Beijing: CommercialPress.([美]理查德. E.邁耶(2006).多媒體學習[M].傅小蘭,嚴 正.北京:商務印書館. ) [7] Paas, F., &VanMerrienboer, J. J. G. (1994). Variabilityofworked examples and transfer of geometrical problem-solving skil:l Acognitive load approach[J]. JournalofEducationalPsychology, 86: 122-133. [8]Pollock, E., Chandler, P., & Sweller, J. (2002).Assimila-ting complex information[J]. Learning and Instruction, 12: 61-86. [9] Renk,l A.,Atkinson, R. K., & Groβe, C. S. (2004). How Fading Worked Solution StepsWorks-A Cognitive Load Perspective[J].InstructionalScience, 32(1-2): 59-82. [10]Sun Zhijun (2007). The effectof the connectionmodes about examples and problems to transfer and cognitive load ( in Chinese)[D].Master’sDegree Thesis, Qufu NormalUniversity. (孫志軍(2007).樣例與問題聯(lián)結方式影響遷移和認知負荷的實驗研究[D].曲阜師范大學碩士論文. ) [11] Sweller, J., Merrienboer, Van, J. J. G., & Paas, G. W. C.(1998). Cognitive architecture and instructional design[J]. EducationalPsychologyReview, 10(3): 251-296. [12]WangYuqin, &Wang Xianwei (2007). Studying the infection from combination ofmedia and pace of study inmulti-media learning via eyemovement experiment ( in Chinese)[J]. e-Education Research,(11): 61-66.(王玉琴,王咸偉(2007).媒體組合與學習步調對多媒體學習影響的眼動實驗研究[J].電化教育研究, (11): 61-66. ) [13]Yuan Le,i &He Kekang (2006). Cognitive load theory andits application in e-learning ( in Chinese)[J]. Modern Distance Education, (5): 7-9.(袁磊,何克抗(2006).認知負載理論及其在E-learning中的應用[J].現(xiàn)代遠距離教育, (5): 7-9. ) [14]ZengWei (2006). The design of interface inweb-based courses based on cognitive load theory ( in Chinese) [ J]. Software Guide,(12): 25-26.(曾巍(2006).基于認知負荷理論的網絡課程界面設計[J].軟件導刊, (12): 25-26. ) 文章來源：《開放教育研究》第15卷第2期2009年4月 |
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