唐麗娜

摘要：隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，大學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境越來越趨向智能化。但新技術(shù)的使用，并沒有改變學(xué)生用于信息加工的認(rèn)知系統(tǒng)，其與傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境下的知識(shí)建構(gòu)過程是一致的。智能化的學(xué)習(xí)環(huán)境，使得學(xué)習(xí)內(nèi)容更加豐富，同時(shí)也提高了學(xué)習(xí)過程中認(rèn)知負(fù)荷超載的風(fēng)險(xiǎn)和可能性。如何針對目前大學(xué)生學(xué)習(xí)環(huán)境智能化的現(xiàn)狀進(jìn)行有效的教學(xué)設(shè)計(jì)，促進(jìn)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知加工和學(xué)習(xí)效果？本文從認(rèn)知負(fù)荷理論的視角出發(fā)，從課程內(nèi)容、媒介選擇、教學(xué)策略三個(gè)方面提出針對“大學(xué)一般理論課”課程教學(xué)設(shè)計(jì)的建議。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知負(fù)荷理論；大學(xué)一般理論課；教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）48-0233-02

筆者一直承擔(dān)信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)必修課“運(yùn)籌學(xué)”的一線教學(xué)工作，根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生普遍認(rèn)為這門課難度大，掌握起來較為困難。為了更好地改進(jìn)教學(xué)，根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷理論，從課程內(nèi)容的呈現(xiàn)、媒介的選擇與使用以及教學(xué)策略的選擇三個(gè)方面，具體說明降低認(rèn)知負(fù)荷從而促進(jìn)有效教學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)策略。

認(rèn)知負(fù)荷理論最早由教育心理學(xué)家John Sweller、Fred G.W.C.Paas等在20世紀(jì)80年代提出[1]。該理論關(guān)注個(gè)體的認(rèn)知結(jié)構(gòu)與信息結(jié)構(gòu)之間的交互作用，認(rèn)為教學(xué)過程中呈現(xiàn)的信息結(jié)構(gòu)必須要與學(xué)習(xí)者的認(rèn)知結(jié)構(gòu)系統(tǒng)相適應(yīng)，才能實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)。該理論認(rèn)為，人類大腦負(fù)責(zé)信息加工的主要場所是工作記憶，而工作記憶容量小，保存時(shí)間短；人類大腦中儲(chǔ)存的信息大多以圖示（Schema）的形式存儲(chǔ)在長時(shí)記憶中。內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷是指由學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)材料本身的難度產(chǎn)生的認(rèn)知負(fù)荷，與學(xué)習(xí)者的先驗(yàn)知識(shí)和學(xué)習(xí)材料或任務(wù)的復(fù)雜性有關(guān)。外部認(rèn)知負(fù)荷是指由于不恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方式或資料呈現(xiàn)和組織方式，帶來的不必要的認(rèn)知負(fù)荷[2]。對于像“運(yùn)籌學(xué)”這樣的大學(xué)一般理論課程，內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷一般來說會(huì)比較高，有時(shí)甚至?xí)龉ぷ饔洃浀娜萘?。因此，適當(dāng)減少內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷，以保證學(xué)習(xí)的順利進(jìn)行，是教學(xué)設(shè)計(jì)要解決的關(guān)鍵問題之一。

一、關(guān)于課程內(nèi)容的呈現(xiàn)

課程本身的難度屬于內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷，其總量是無法減少的，但可以通過調(diào)整課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。對于難度較高的學(xué)習(xí)材料，可以將知識(shí)分解為具有聯(lián)系的多個(gè)小模塊，避免一次性呈現(xiàn)所有信息。另外，在呈現(xiàn)新的信息之前，最好先介紹信息的結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生建立一個(gè)“腳手架”，之后按順序呈現(xiàn)所有的學(xué)習(xí)材料。學(xué)生可以依靠已經(jīng)存儲(chǔ)在長時(shí)記憶中的相關(guān)信息幫助處理信息，將認(rèn)知負(fù)荷控制在工作記憶能夠承受的范圍內(nèi)。比如，對“運(yùn)輸問題的求解”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，由于“運(yùn)輸問題”屬于“線性規(guī)劃問題”，因此，先介紹一般線性規(guī)劃問題的解法——先建立初始基可行解，然后進(jìn)行解的最優(yōu)性檢驗(yàn)，如果不是最優(yōu)解，需要迭代求新的基可行解，再介紹運(yùn)輸問題的特殊性——技術(shù)系數(shù)矩陣為稀疏矩陣，由此引出運(yùn)輸問題的求解方法——表上作業(yè)法。根據(jù)學(xué)生已經(jīng)建立的一般線性規(guī)劃問題的求解方法，分三個(gè)階段介紹表上作業(yè)法，減少學(xué)生同時(shí)加工的信息數(shù)量，讓問題特征和解法的聯(lián)系更加清晰。

二、關(guān)于媒介選擇與使用

很多高校在積極推進(jìn)數(shù)字化校園建設(shè)，在面對面的課堂教學(xué)中，教師借助多媒體技術(shù)展開教學(xué)，課下學(xué)生借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境帶來了信息傳遞的多元性，使得學(xué)習(xí)內(nèi)容更加豐富，教學(xué)模式更加多樣，學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)得到激發(fā)，同時(shí)也提高了學(xué)習(xí)過程中認(rèn)知負(fù)荷超載的風(fēng)險(xiǎn)和可能性[3]。因此，選擇使用任何技術(shù)和工具，都需要慎重考慮。

課堂上，借助多媒體技術(shù)展開教學(xué)的過程中，要注意學(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)知負(fù)荷超載現(xiàn)象，對于幻燈片、動(dòng)畫及視頻等多媒體信息的呈現(xiàn)，要注意速度問題。如果速度過快，前一段信息還沒完成加工（存儲(chǔ)到長時(shí)記憶中），就開始加工下一段信息，那么新信息會(huì)對前面的加工產(chǎn)生干擾，影響學(xué)習(xí)效果。因此，要給學(xué)生留有更多的時(shí)間處理前一段信息，或者在動(dòng)畫場景中保留一些關(guān)鍵信息的視覺線索，他們就可以在需要時(shí)反復(fù)加工這些信息，而不需要將之前的信息一直保持在工作記憶里。同時(shí)，可以將視頻和音頻相結(jié)合，增加工作記憶的信息加工能力，提高學(xué)習(xí)效果。

網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)習(xí)材料通過超鏈接組織在一起，當(dāng)鏈接很煩瑣時(shí)，會(huì)耗費(fèi)大量的認(rèn)知資源，造成認(rèn)知負(fù)荷超載。因此，網(wǎng)絡(luò)課程中的路徑結(jié)構(gòu)優(yōu)化很重要。系統(tǒng)要能提供清晰的導(dǎo)航，減少每條路徑上冗余的鏈接，避免信息的無規(guī)律布局和冗余。學(xué)生的知識(shí)狀態(tài)隨著學(xué)習(xí)進(jìn)程發(fā)生著動(dòng)態(tài)變化，應(yīng)該讓他們選擇適合自己當(dāng)前狀態(tài)的學(xué)習(xí)策略。

“運(yùn)籌學(xué)”這門課包含一定的數(shù)學(xué)建模方法和工程思想及管理思想[4]，對于定量分析部分需要嚴(yán)格數(shù)學(xué)推導(dǎo)的基本理論，建議采用傳統(tǒng)板書的形式，這樣可以更好地展現(xiàn)解決問題的邏輯思維過程，避免多媒體信息超載問題。而對于數(shù)據(jù)量較大的實(shí)際問題的解決，建議借助多媒體工具來呈現(xiàn)。

三、關(guān)于教學(xué)策略的選擇

內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷的高低，取決于學(xué)生的先驗(yàn)知識(shí)水平[3]。高水平學(xué)生已經(jīng)在長時(shí)記憶中建立了較多的關(guān)于領(lǐng)域知識(shí)的認(rèn)知圖式，當(dāng)新信息進(jìn)入工作記憶加工時(shí)，長時(shí)記憶會(huì)提取出認(rèn)知圖式里的相關(guān)知識(shí)，幫助新信息的加工。相反，低水平學(xué)生因其長時(shí)記憶缺乏足夠的相關(guān)認(rèn)知圖式，當(dāng)新信息進(jìn)入工作記憶時(shí)，需要逐個(gè)處理每個(gè)元素以及元素之間的關(guān)系，造成較高的認(rèn)知負(fù)荷。正所謂“溫故而知新”，每次新課之前，應(yīng)該讓學(xué)生先復(fù)習(xí)在先修課程里用到的知識(shí)點(diǎn)。比如，在介紹線性規(guī)劃求解的“換基迭代”這個(gè)步驟的時(shí)候，用到了“矩陣的初等行變換”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)。該知識(shí)點(diǎn)在之前的先修課程“線性代數(shù)”中已經(jīng)介紹了。通過復(fù)習(xí)，有利于新知識(shí)的接受。

在教學(xué)過程中，要特別注意“能力反轉(zhuǎn)效應(yīng)”，即對初學(xué)者有用的方法可能對熟練者無效，甚至可能阻礙學(xué)習(xí)[5]。對于低水平學(xué)生，可以提供包含聲音、視頻、文字、圖形等多媒體信息，幫助他們更好地理解抽象知識(shí)，而對于高水平學(xué)生，可以只提供文字材料，因?yàn)轭~外的多媒體信息可能干擾其學(xué)習(xí)過程。另外，教學(xué)材料的組織順序，也需要考慮學(xué)生水平的差異。若教學(xué)策略使用不當(dāng)，產(chǎn)生過高的外部認(rèn)知負(fù)荷，就會(huì)導(dǎo)致總認(rèn)知負(fù)荷的超載。

綜上，對于像“運(yùn)籌學(xué)”這樣有一定難度的“大學(xué)一般理論課”，其教學(xué)過程應(yīng)以學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，以工作記憶的局限性為核心，控制同一時(shí)間傳遞信息的數(shù)量和關(guān)聯(lián)程度，避免認(rèn)知負(fù)荷超載對學(xué)習(xí)的負(fù)面影響，才能提升學(xué)習(xí)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]John Swller，Cognitive Load During Problem Solving：Effects on Learning[J].Cognitive Science，1988（12）：257-285.

[2]趙立影，吳慶麟.基于認(rèn)知負(fù)荷理論的復(fù)雜學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)[J].電化教育研究，2010，（04）：44-48.

[3]高媛，黃真真，李冀紅，黃榮懷.智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中的認(rèn)知負(fù)荷問題[J].開放教育研究，2017，23（01）：56-64.

[4]《運(yùn)籌學(xué)》教材編寫組.運(yùn)籌學(xué)[M].第四版.北京：清華大學(xué)出版社，2012.

[5]張冬梅，路海東，祖雅桐.認(rèn)知負(fù)荷視角下的知識(shí)反轉(zhuǎn)效應(yīng)[J].心理科學(xué)進(jìn)展，2016，24（4）：501-509.endprint