摘要：探究個體在通過視頻媒介進行筆記學習過程中的認知負荷來源和成因，并探索調(diào)節(jié)認知負荷水平的設(shè)計策略。首先，分析了人機交互中認知負荷的生成機制和對個體學習記憶的影響；其次，剖析了視頻筆記平臺在影響認知負荷層面的功能與界面設(shè)計，探究了用戶在學習過程中的體驗特征，指出了認知負荷過載的主要成因；提出相應(yīng)的設(shè)計調(diào)節(jié)策略，提升平臺的可用性和用戶的學習體驗。通過延續(xù)交互規(guī)則、優(yōu)化信息的呈現(xiàn)方式等方式可以降低個體在視頻筆記學習過程中的內(nèi)、外在認知負荷總量，從而釋放工作記憶容量和合理分配注意資源，有效提高了相關(guān)認知負荷，促進認知圖式的構(gòu)建和新知識與先驗知識的聯(lián)結(jié)，提高了用戶的行為績效。

關(guān)鍵詞：認知負荷；視頻媒介；筆記；人機交互；界面設(shè)計

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2024）15-0116-04

引言

步入移動互聯(lián)網(wǎng)時代，網(wǎng)絡(luò)及終端技術(shù)的普及促進了短視頻的快速發(fā)展，知識的傳播載體也由傳統(tǒng)的紙刊圖文演變成現(xiàn)在的視頻媒介。用戶通過視頻方式學習的過程中將會在短時間內(nèi)接收高信息密度的非先驗知識，導致認知負荷過載的問題，記憶效果和任務(wù)準確率下降。現(xiàn)有的視頻筆記平臺在體驗設(shè)計上存在交互操作復(fù)雜、場景適配性差、功能布局不清晰等缺陷，而使用獨立的筆記管理平臺又存在打斷視頻學習體驗流程、切換不便、短時認知負荷過載等不足，無法滿足學習記憶需求；本文以認知負荷理論為基礎(chǔ)，探究用戶在通過視頻媒介進行筆記學習過程中的認知負荷來源，分析其中的成因要素，并從交互體驗的角度提出相應(yīng)的設(shè)計優(yōu)化策略。通過解決視頻學習、筆記創(chuàng)作過程中因認知負荷總量過載而產(chǎn)生的問題，提高用戶的交互行為績效和操作滿意度。

一、認知負荷理論

（一）認知負荷理論概述

認知心理學家John Sweller 在1988 年首先提出了認知負荷理論，主張用戶的認知是一種資源消耗，用戶學習知識和解決問題需要進行信息加工從而消耗認知資源，且指出認知負荷是指人在處理任務(wù)及信息時所需要的心智體力的總量。

認知負荷理論是在資源有限理論和圖式理論的基礎(chǔ)上提出的，一方面，資源有限理論主要關(guān)注學習者在處理信息時所面臨的認知資源的有限性；另一方面，圖式理論主要關(guān)注學習者如何通過內(nèi)部的認知結(jié)構(gòu)來組織和處理信息，并認為知識以圖像的形式儲存在我們的長期記憶中。在學習和執(zhí)行任務(wù)時，個體會不斷更新和調(diào)整記憶圖式，通過將新知識與已有的圖式相連接，學習者能夠更有效地理解和記憶新信息。

（二）認知負荷的分類

2003 年，John Sweller 和Fred Paas[1] 根據(jù)影響認知負荷的主要因素的來源與性質(zhì)，將認知負荷分為內(nèi)在認知負荷、外在認知負荷和相關(guān)認知負荷三類，如圖1 所示。

1. 內(nèi)在認知負荷：指信息元素間的相互作用施加于個體工作記憶能力的驅(qū)動因素，其大小主要取決于信息的固有復(fù)雜程度和個體的內(nèi)在知識儲備。

2. 外在認知負荷：又稱無效認知負荷，是指不必要的信息獲取及自動化加工，其大小與信息的呈現(xiàn)方式及組織方式有關(guān)。當面對頁面的大量無秩序信息時，往往會導致用戶不得不將注意資源分配給多個焦點，帶來較高的負荷。

3. 相關(guān)認知負荷：又稱有效認知負荷，是指個體完成某一任務(wù)的過程中，將剩余的認知資源分配到與完成任務(wù)直接相關(guān)的認知加工中，即圖式習得過程[2]。與外在認知負荷相反，相關(guān)認知負荷不會對完成任務(wù)產(chǎn)生阻礙或者干擾個體對任務(wù)信息的處理，而是能夠促進認知發(fā)展及推動任務(wù)的完成。

（三）認知負荷對個體學習記憶的影響

認知負荷理論認為，學習的過程需要消耗認知資源，當所需資源超過工作記憶資源總量時，學習記憶效率將會變得極其低下，這種情況被稱為是認知負荷超載。對于個體來說，知識獲取和先驗知識是相互關(guān)聯(lián)和推動的，當個體對某個領(lǐng)域擁有豐富的先驗知識時，這些先驗知識是存儲在長時記憶中的，長時記憶在個體獲取到新知識時會得以喚醒，并與其關(guān)聯(lián)與整合，從而有效地降低個體在信息處理與加工過程中的認知負荷，提升知識獲取的效率，所獲得的新知識會再一次存儲在長時記憶空間中，并逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌南闰炛R[3]。

二、視頻筆記平臺影響個體認知負荷的成因要素

（一）視頻筆記平臺的交互體驗設(shè)計分析

為了探究用戶在視頻學習過程中的認知負荷來源及成因要素，經(jīng)過國內(nèi)外相關(guān)文獻的檢索及桌面調(diào)研，在本階段收集了多個主流的視頻學習筆記平臺，經(jīng)過差異性篩選，最終選取了VideoAnt、MoocNote、Vibby、Bilibili 視頻筆記、飛書妙記共計5 個視頻筆記平臺（如圖2 所示），將主要從認知負荷理論的角度，對其所具備的功能和交互設(shè)計進行分析：

1. 內(nèi)在認知負荷方面

Vibby 和Bilibili 均提供了筆記公開、分享等功能，閱讀他人的筆記在一定程度上可以幫助學習者更好理解視頻內(nèi)容，并補充自己的知識結(jié)構(gòu)。利用討論區(qū)、問答等功能，向他人尋求幫助，降低視頻內(nèi)容的理解難度，從而降低內(nèi)在認知負荷。

2. 外在認知負荷方面

（1）VideoAnt、MoocNote 可以在鍵入筆記的過程中自動停播視頻，該設(shè)計能夠避免學習者的注意力資源分散問題，有效減輕視覺和聽覺上的負擔，有助于集中精力構(gòu)建視頻內(nèi)容與筆記之間的聯(lián)系，提高信息的內(nèi)部表示和長期記憶的建立，減少不必要的外在負荷。

（2）VideoAnt、Vibby、Bilibili 的筆記區(qū)域均位于視頻窗口的水平右側(cè)（如圖3 所示），這樣的設(shè)計布局與人眼水平掃描的自然構(gòu)造相契合，符合自然的閱讀和掃描模式，使學習者能以更為自然的方式在視頻和筆記之間切換，減少額外的認知努力。而MoocNote 的筆記區(qū)域位于視頻窗口下方，盡管垂直布局提供了更充足的視頻尺寸，但這也缺失了更為自然的視覺流。（3）VideoAnt、Vibby 和飛書妙記都有著簡潔清晰、直觀易用的界面設(shè)計和功能布局，確保界面元素的有序排列，有助于減少視覺噪音和無關(guān)信息干擾，將認知資源集中在筆記創(chuàng)作本身。

3. 相關(guān)認知負荷方面

（1）VideoAnt、MoocNote、Vibby 和飛書妙記的純文本筆記格式不利于學習者聯(lián)結(jié)新知識與先驗知識， 富文本和Markdown 語法則可以更直觀地組織和呈現(xiàn)筆記，適當?shù)靥岣呦嚓P(guān)認知負荷。（2）MoocNote 在筆記創(chuàng)作前需要對視頻進行信息預(yù)處理，幫助學習者更容易地將新的知識融入已有的知識體系，從而加強認知圖式的構(gòu)建。

（二）學習者的視頻學習與筆記行為分析

圍繞目標進行了用戶研究，主要調(diào)研筆記平臺在視頻學習場景中對知識獲取所做出的貢獻程度，并探究受訪者在記錄筆記過程中的體驗特征。本次調(diào)研的受訪者學歷水平主要集中在本科（47.79%）和碩士研究生及以上（52.21%），這類群體對于知識信息的獲取需求相對更大。

1. 視頻的線性閱讀模式和時序依賴性會給知識獲取帶來一定的操作成本

51.47% 的受訪者表示，在視頻學習的過程中會頻繁地通過暫停和播放、回退和快進等操作來消化重點內(nèi)容。這是因為視頻學習是一種線性的信息閱讀模式，有著較高的時序依賴特質(zhì)和敘事連貫性，為了確保內(nèi)容的完整和持續(xù)性，就必須按照視頻的時間軸來獲取信息。在此過程中個體需要關(guān)注繁雜的視聽信息，這些過于繁重的新信息加工需要消耗大量的認知資源，這對于信息量較大、知識結(jié)構(gòu)復(fù)雜的學科來說尤其明顯。如果學習者錯過了關(guān)鍵信息點，則需要通過回溯操作來重新理解。同時，回溯操作還存在一定的失敗概率，如重定位不準確等，這些現(xiàn)象都會挫敗學習者的興趣和動力。

2. 新舊知識的關(guān)聯(lián)能夠幫助學習者對知識進行信息加工與記憶

68.38% 的受訪者表示，在筆記創(chuàng)作的過程中會經(jīng)常使用筆記雙鏈、云文檔關(guān)聯(lián)等功能，將新舊知識進行聯(lián)結(jié)，形成知識網(wǎng)絡(luò)。筆記是大腦內(nèi)知識的外顯，而知識是結(jié)構(gòu)化的，利用這些知識間的關(guān)聯(lián)關(guān)系對已有知識進行合理化管理，能夠提高學習者的相關(guān)認知負荷，從而形成有序的個人知識體系，所習得的新知識會再一次存儲在個體的長時記憶空間中，并逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌南闰炛R[4]。

3. 視頻學習和傳統(tǒng)的圖文學習方式在認知負荷類型層面存在一定差異

首先，內(nèi)在認知負荷的大小主要取決于信息的固有復(fù)雜程度和個體的內(nèi)在知識儲備，但相較于圖片和文字信息，視頻媒介還是屬于一種低語境的傳播形式，在理解層面上具備更低的腦力成本，并且通常已經(jīng)經(jīng)過“創(chuàng)作者內(nèi)化——創(chuàng)作者外化——觀看者內(nèi)化”的過程（如圖4 所示），這種“被咀嚼過的知識”對于群體來說具備更好的普適性，因此視頻學習的內(nèi)在認知負荷相對較低。

其次，視頻學習可能會帶來更高的外在認知負荷。視頻在這個過程中成為知識的“容器”，通常會穿插一些圖像、音效等視聽元素，吸引學習者多重感官，更容易分散注意力資源，且視頻的時序依賴性也為信息獲取帶來了一定的操作成本。而圖文學習通常沒有太多的外在干擾因素，在這個過程中學習者的信息獲取方式可以是自主的、非線性的，外在認知負荷相對較低。

三、視頻筆記平臺均衡認知負荷的體驗設(shè)計策略

2003 年，Paas 和Sweller 總結(jié)出3 種認知負荷可加性的特點[2]。根據(jù)資源有限理論，人的認知資源總量是一定的，認知負荷的調(diào)節(jié)策略并不是直接地改變了相關(guān)認知負荷，而是減少了內(nèi)在認知負荷和外在認知負荷，通過釋放工作記憶容量和合理分配注意資源，從而間接地提高了相關(guān)認知負荷[5]。

（一）降低內(nèi)在認知負荷

內(nèi)在認知負荷的大小主要取決于材料的固有復(fù)雜程度和個體的內(nèi)在知識儲備，對于既定的學習任務(wù)而言，內(nèi)在認知負荷較難改變。

1. 功能隱喻與延續(xù)交互規(guī)則

維持交互規(guī)則的一致性與延續(xù)性，能夠最大程度地利用用戶的經(jīng)驗和知識，降低學習者對于視頻筆記平臺的理解難度，有效降低內(nèi)在認知負荷[6]。依托于個體認知中的“慣性心智”因素，學習者可以運用積累的筆記創(chuàng)作交互經(jīng)驗來處理當前的學習任務(wù)，從而避免引入新的認知成本。例如，視頻筆記平臺應(yīng)當具備和獨立筆記應(yīng)用同樣的文本創(chuàng)作和編輯功能，延續(xù)快捷方式鍵入文本及其他格式的交互規(guī)則（如圖5 所示），提高用戶對于筆記類平臺認知圖式的匹配程度，降低交互信息內(nèi)在的復(fù)雜性。

2. 導入先驗知識

先驗知識構(gòu)建了個體的認知框架，即一種有序、結(jié)構(gòu)化的認知結(jié)構(gòu)。當學習者接觸新信息時，他們可以將其嵌入到已有的認知框架中，有助于更好地理解和記憶新知識。在視頻學習前，通過引導獲取先驗知識，學習者在正式學習視頻時就能夠更加有針對性地關(guān)注重要信息，減輕對新信息的處理壓力。例如，在視頻筆記平臺的播控工具欄下方新增對視頻關(guān)鍵信息的提取內(nèi)容，展示與視頻相關(guān)的基礎(chǔ)概念及對應(yīng)時間戳標記（如圖6 所示），幫助學習者在開始學習之前建立對視頻主題的初步了解，減少信息的碎片化，降低信息處理的時間成本與內(nèi)在認知負荷。

（二）降低外在認知負荷

外在認知負荷與信息的呈現(xiàn)及組織方式有關(guān)，當用戶面對大量繁雜的頁面信息時，無關(guān)信息往往會影響搜索進程，用戶不得不將認知資源分配給多個信息，形成較高的負荷總量。

1. 優(yōu)化界面信息結(jié)構(gòu)的邏輯

視頻筆記平臺應(yīng)當采用適度而合理的呈現(xiàn)方式、優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)，以提高認知的有效性。降低外在認知負荷可以針對以下3 方面進行優(yōu)化。

（1）清晰的信息分層結(jié)構(gòu)：個體有限的認知資源主要表現(xiàn)在一次只能存儲7±2 個信息單元，并且一次僅能處理2 ～ 3 個信息單元，持續(xù)時間大約為2 秒。因此，通過在界面中采用清晰的信息分層結(jié)構(gòu)，將內(nèi)容劃分為明確的層次，用戶能夠更輕松地理解和處理信息（如圖7 所示）。例如，通過親密性模塊化布局以及合理的筆記行間距、段間距來呈現(xiàn)信息，設(shè)計更清晰、差異化的標題層級和段落結(jié)構(gòu)，能夠有助于提高用戶對內(nèi)容的注意力集中度，減輕對頁面大量連續(xù)信息的外在認知負荷。

（2）適配視頻場景的功能布局：允許用戶在筆記平臺中調(diào)用邊欄播放視頻，并在播控區(qū)添加時間戳和插入當前幀動畫等功能icon，在播放窗口的臨近位置提供筆記板塊（如圖7 所示），縮短學習者在視頻內(nèi)容和筆記之間的視覺切換路徑，提高學習任務(wù)的空間連續(xù)性，降低學習者的視覺疲勞，更快捷地鍵入筆記內(nèi)容。

（3）專注于筆記創(chuàng)作的引導：通過簡潔、高自由度的空頁設(shè)計，學習者能夠?qū)Ｗ⒂趯σ曨l內(nèi)容進行及時有效的筆記創(chuàng)作，將注意力資源更多地集中于筆記內(nèi)容本身而非形式。采用Markdown 語法規(guī)則，限制排版選擇（字體、字號、間距等），將注意力資源聚焦于內(nèi)容本身。用戶在創(chuàng)作筆記時受到基礎(chǔ)排版方式的引導，能夠有效降低筆記形式上的干擾、節(jié)約認知資源，使其更專注于思考、記錄和消化視頻內(nèi)容，提高學習效率和創(chuàng)作體驗。

2. 降低短時信息密度的輸入

在視頻學習的過程中通常會在短時間內(nèi)接收到大量高信息密度的非先驗知識，導致個體的信息加工及處理難度提高、認知負荷過載，學習者無法及時對視頻內(nèi)容進行筆記創(chuàng)作與記錄。2016 年，NguyenC[7] 等人設(shè)計了基于注視的視頻課程筆記應(yīng)用GazeNoter，利用眼動儀來跟蹤用戶視線，當視線從視頻區(qū)切換至筆記區(qū)時，視頻將自適應(yīng)地降低播放速度或暫停，研究結(jié)果表明，該系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)視頻學習界面能讓用戶更便捷地記錄高質(zhì)量筆記?；诖?，視頻筆記平臺可以在畫面信息密度較高的時點，結(jié)合用戶當前的面部反饋表現(xiàn)、光標在頁面當中的喚醒和移動情況、筆記區(qū)的鍵入情況等等觸發(fā)動作，輔助決策或預(yù)判用戶的視覺動向，自適應(yīng)地調(diào)整視頻的播放速度或啟停視頻（如圖8 所示），在用戶視線從筆記切換至視頻區(qū)域時，恢復(fù)其設(shè)定的播放模式，以此提供給用戶更多的時間加工新信息與創(chuàng)作筆記。

3. 轉(zhuǎn)換視頻學習的感官通道

視頻在學習過程中作為知識的“容器”，通常會穿插圖像、音效等視聽元素，容易吸引學習者的多重感官，分散個體的注意力資源，且視頻的時序依賴性也為信息獲取帶來了一定的學習成本。而圖文學習通常沒有太多的外在干擾因素，學習者可以在跨越時間維度的大量符號、知識點之間非線性跳躍，信息的獲取方式更加自主。因此，視頻筆記平臺可以支持自動化處理、理解視頻，以圖文信息的方式幫助學習者以更高效的方式獲取信息，降低個體的外在認知負荷，如基于自動語音識別、光學字符識別和自然語言處理能力將視頻轉(zhuǎn)換為圖文形式，并生成精簡版的學習筆記（如圖9 所示）。

（三）提升相關(guān)認知負荷

相關(guān)認知負荷是指與促進圖式構(gòu)建和自動化相關(guān)的負荷，提升相關(guān)認知負荷就需要促進有效認知圖式的構(gòu)建和新知識與個體先驗知識的連接，可以針對以下3 方面進行優(yōu)化。

1. 整合視頻資源與筆記工具：支持用戶在筆記空間中解析和存儲視頻，在筆記內(nèi)容中引用視頻模塊、速覽視頻內(nèi)容等（如圖10所示）。引導用戶構(gòu)建筆記的節(jié)點網(wǎng)絡(luò)，使用戶能夠輕松地歸類、檢索知識，通過呈現(xiàn)可視化關(guān)系圖譜了解新知識與先驗知識之間的聯(lián)結(jié)，從而加強認知圖式的構(gòu)建。

2. 跨學科知識整合：平臺可根據(jù)學習者的筆記標簽，主動推薦相關(guān)的知識視頻，引導跨越學科界限，以更全面的跨學科視角看待知識，激發(fā)學習者形成更為綜合性的認知圖式。

3. 引入交互式學習模塊：學習者可以針對知識視頻與他人共創(chuàng)、討論和分享筆記，通過接觸和理解多元的觀點，促進批判性思考，更全面地理解和運用學科知識。

結(jié)語

認知負荷均衡是視頻筆記平臺的核心設(shè)計要求，將認知負荷理論引入到交互設(shè)計中，旨在分析視頻筆記平臺普遍存在的認知負荷過載的問題，為交互體驗設(shè)計提供一個新的切入視角。本文通過探究用戶在視頻學習過程中的體驗特征，分析筆記創(chuàng)作過程中的認知負荷來源及要素，指出了認知負荷過載主要成因為：信息量超過工作記憶容量、信息難度超過認知加工水平、注意力資源分配不均等。并根據(jù)資源有限理論與圖式理論，提出了相應(yīng)的功能與交互設(shè)計調(diào)節(jié)策略，減少了學習者的內(nèi)在認知負荷和外在認知負荷，通過釋放工作記憶容量和合理分配注意資源，從而間接提高了相關(guān)認知負荷，有效降低了視頻學習過程中的認知成本，從而提升筆記平臺的可用性和用戶的學習體驗。

參考文獻

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