多媒體教學中學生認知負荷研究述評

【摘 要】認知負荷是處理被給信息所需要的心智能量的水平，是人在信息加工的過程中所必需的心理資源的總量。作為教學主要的教學模式，多媒體教學中信息量的增加、師生交流的減少及人機界面的不合理性，不僅增加了學生的認知負荷，影響其學習效率，還會造成其心理負擔。通過對認知負荷的概念、理論及相關研究等方面進行簡要回顧與述評，嘗試提出避免認知負荷過重的對策，為學校教學提供新的理論視角。

【關 鍵 詞】高校教學；認知負荷；信息加工

信息化是當今世界經濟和社會發展的大趨勢，以網絡技術和多媒體技術為核心的信息技術已成為拓展人類能力的創造性工具，正以驚人的速度改變著人們的生存方式和學習方式。作為新型的教學媒體，多媒體網絡化教學，不僅為創新教育的實施提供了良好的教學環境，而且對開發學生智力提供了很大的空間。所以，多媒體教學已成為現代教學的重要組成部分，多媒體環境下的教學理論、途徑與方法已成為現代教育的一種理念，引起了廣大教育者與研究者的關注。

盡管多媒體網絡系統的交互性和廣域性特征，為學生獨立、自由獲取知識奠定了基礎，過多使用多媒體教學不僅能增加學生的認知負荷，而且還會引起學生心理負擔過重。因此，研究高校多媒體教學中學生認知負荷問題不僅能及時了解學生的認知負荷狀況，提高其學習的積極性，還能有效防止心理負擔過重引起的心理問題，為高校學生心理健康問題的防御起到良好的作用。

一、多媒體教學對學生認知負荷影響的原因

“認知負荷”這一術語最早出現于20世紀70年代，John Sweller（1988）將其作為一種理論應用于教育領域，認為認知負荷是處理被給信息所需要的心智能量的水平。[1]多媒體教學能增加學生的認知負荷主要原因在于人的認知資源的有限性。人的認知資源是有限的，個體的工作記憶容量只有7±2個組塊。人類的信息加工系統具有不變性，具體表現在注意的分配機制、記憶系統的限制性、記憶信息的組織方式、思維中的非邏輯性等方面。人的注意資源有限，分配具有選擇性，如果大量信息同時呈現，就不會得到有效加工。[2]教學環境下學生學習過程中，聽說讀寫各種認知活動均需消耗認知資源，若加工某種信息所需要的認知資源超過了學生所具有的認知資源的總量，就存在資源分配不足的問題，出現認知超負荷現象，從而影響學習或問題解決的效率。（1）多媒體教學中文字、圖像、聲音等各種材料均會引起學生的注意，學生不僅要對所接收的信息進行篩選，而且還要對教學內容的合理性、有效性進行選擇與分辨，占用學生大量的認知資源；另外多媒體界面設計的不合理性、多媒體呈現不清晰或者學生對多媒體不適應導致的眼部疲勞，也會影響部分學生對知識的掌握，均會增加學生的外部認知負荷。（2）多媒體的使用容易導致師生間交流減少，老師不能很好地了解學生對知識的掌握，從而增加學生的關聯認知負荷。（3）多媒體呈現信息的多元性及復雜性不僅容易使學生遠離自己學習的初衷，而且聲圖并茂的信息阻礙了學生自由思考的余地，限制了學生的想象力，分散學生注意力的同時，增加了其內部認知負荷。

二、多媒體教學中學生認知負荷的相關研究

近六年，關于多媒體教學中學生認知負荷的研究主要集中于認知負荷的影響因素、認知負荷理論在多媒體教學中的應用、認知負荷在人機界面設計中的應用等方面。

1. 多媒體教學中認知負荷的影響因素。多媒體教學中認知負荷的影響因素主要有環境、任務特征、個體特征等。Adrian R L Travis（2008）研究了多感官虛擬裝配環境對學習者認知負荷的影響，表明這種環境能增強使用者的注意力，增加其信息接收和加工的數量，從而減少其認知負荷。[3]Schwamborn， Annett（2011）研究了多媒體教學中不同概括程度的圖片對九、十年級學生認知負荷和理解力的影響。結果表明概括化程度高的圖片能減少學生的外在認知負荷。[4]Christensen等（2005）認為，動機因素與認知負荷相關，其中自我效能感最影響認知負荷。[5]

2. 認知負荷在多媒體教學中的應用。認知負荷理論對多媒體教學效應的研究表現在兩方面：一是從實驗研究中得出新的教學效應，如變式效應、指導隱退效應；二是對已提出的教學效應進行進一步研究——從短期的實驗室試驗研究轉向長期的培訓項目以確定其適用性。

教學和學科方面認知負荷的研究主要有學生數學、英語、化學等科目學習中的認知負荷理論應用的教學效應，[6]網絡環境、多媒體環境對認知負荷的影響，[7]個體差異與認知負荷的關系在教學設計中的應用[8]以及認知負荷對工作記憶的影響等。Barbara 等（2007）探討了對話設置與認知負荷對指稱詞語的咬字與運用的影響，認為對于需要合作的問題解決任務，認知負荷影響談判者之間的合作方式。[9]Jaan（2008）研究了在短文理解中句子長度對認知負荷反轉效應的影響，表明50～130個字母的句子對中學生的認知負荷最小。[10]張皖（2010）等探討了基于認知負荷的數學學優生教學，說明了教師應如何根據認知負荷理論因材施教。[11]李金波（2009）發現網絡環境中的任務復雜性、時間壓力和個體特征中的作業自我效能、狀態元認知對認知負荷均有顯著影響。[12]趙立影（2010）從認知負荷理論的基本觀點出發，具體分析如何在復雜學習中根據不同個體性格差異來設計各種降低學生認知負荷的教學策略和教學方式。[13]Amadieu， Franck（2011）探討了教學設計中提示線索對認知負荷和理解力的影響。結果表明，提示線索減少了學生外在認知負荷。[14]郭兆明等（2005）提出了多媒體學習中減少認知負荷以提高工作記憶的9種方法。[15]

3. 認知負荷在人機界面設計中的應用。近年來，基于樣例學習的認知負荷理論在人機交互領域中的應用及認知負荷理論對人機界面設計的影響[16]得到了關注。李金波等（2010）建立了人機交互中認知負荷的預測模型。Hollender等（2010）認為，認知負荷在該領域的界定尚不明確。目前主要存在兩種模型：第一種是將外在認知負荷與界面設計和軟件使用帶來的認知負荷區分開。這種模型關注的焦點與傳統的認知負荷理論一致。第二種模型將認知負荷理論與以使用者為中心的界面設計的基本元素結合起來。

三、降低多媒體教學中學生認知負荷的對策

鑒于認知負荷對學習效率的負面影響，學校工作人員應采取措施降低學生學習過程中的認知負荷。認知負荷的影響因素眾多，應從環境、任務特征、個體特征等大的方面來降低學生的認知負荷，即從降低外在和內在負荷入手，從而有效降低其關聯負荷來減輕學生的認知負荷。（1）在學校教學過程中，教育工作者要根據教學目的和內容適當選擇教學策略，做到板書與多媒體交互使用。在需要使用多媒體的課堂上要注意合理選題，加強課件建設，使得不容易用板書講清楚的內容得以精煉和高密度集的呈現，充分體現多媒體的優勢的同時降低學生的外部負荷。（2）適當使用多媒體，促進師生之間的交流。在使用多媒體過程中腰注意恰當設置問題情境，激發學生學習的動機和興趣，進一步創設情境，使學生獲得親身體驗，發表自己的感受與觀點，從而揭示事物的規律，達到幫助學生理解的目的。因此，在使用多媒體過程中要避免學生的“被灌”心理，讓學生充分參與多媒體教學，增加師生之間的互動，降低學生的關聯認知負荷。（3）充分利用多媒體的優勢，降低學生內部負荷。教師要合理使用多媒體，采用資源共享、仿真模擬、變換時空、演示說明等方式，將抽象的知識直觀化、具體化，降低學生學習的難度，減少學生學習過程中的恐懼心理，降低其內部負荷。

總之，盡管多媒體教學中認知負荷的研究已得到了廣泛關注，但仍有很多不足。理論研究方面，隨著多媒體教學環境變得越來越復雜，認知負荷的界定過于單一，對認知負荷的解釋和測量都基于先前的認知負荷理論，這在一定程度上導致理論與實際的脫節。有必要根據不同學習者的特征，使認知負荷界定多元化、本土化、通俗化。實證研究方面，自2005年以來，國內外對認知負荷的研究以實驗為主，結果缺乏外部效度。原因可能有以下兩點：（1）關于認知負荷的測量需要生理指標、客觀、主觀等多方面配合，不方便進行大樣本操作；（2）心理學中“認知負荷”這個概念在教育領域的推廣度不夠高。20世紀70年代末期以來，已經有很多研究者研究過人機系統中學習者的心理負荷問題，并將心理負荷的測量作為職業適應性的核心內容。還有研究人員關注網絡工作人員的心理負荷、心理壓力等。這些在一定程度上證明，研究人員已經意識到了認知負荷對工作效率的影響，只是還沒有上升到“認知負荷”的理論高度。因此，有必要開發出一套信效度較高的認知負荷模型，并將其推廣學校等其它領域進行實證研究，及時了解認知負荷現狀的同時，引入神經網絡工具，實現認知負荷的動態模擬，增強學習者認知負荷的預測性，在一定程度上能及早采取措施，避免更多心理健康問題的發生。

參考文獻：

[1]Sweller J. Cognitive load during Problem solving： Ef-

fects on learning [J].Cognitive Science， 1988，12： 257-285.

[2]許志毅.基于認知負荷理論的小學數學應用題教學研究[D].華東師范大學出版社.2010.

[3]李金波等.人機交互中任務特征和個體特征對認知負荷的綜合影響[J].心理科學，2010（04）：972-975.

[4]S.，Annett. Cognitive load and instructionally supported learning with provided and learner-generated visualizations[J].Computer in Human Behavior. 2011.27（1）：89-93.

[5]Christensen W R. The effective of cognitive load co-

nditions upon performance， anxiety， and self-efficacy in co-

mputer based learning environments[J].Unpublished Doctorial Dissertation， Norman， Oklahoma， 2005.

[6]陳燕，羅增儒，趙建斌.從認知負荷理論看數學錯誤[J].數學教育學報.2009，18（4）：19-22.

[7]胡慶華，唐國華.減輕網絡學習認知負荷的策略研究[J].教育學術月刊2009，12：95-96.

[8]宋苗苗.個體差異與認知負荷的本質關系及其在教學設計中的應用[J].文學界（理論版）. 2010. （09）：256.

[9]Barbara H.； Anne H. Anderson. Introducing objects in spoken dialogue： The influence of conversational setting and cognitive load on the articulation and use of referring expre-

ssions[J].Language and Cognitive Processes，2007，22 （03）：272-296.

[10]J.M.， Sentence length for revealing the cognitive load reversal effect in text comprehension[J]. Education Studies.2008，34（02）：119-127.

[11]張皖，辛自強.基于認知負荷理論的數學學優生教學[J].教育學報.2010，6（3）：59-65.

[12]李金波.網絡學習環境中印象學習者認知負荷的因素[J].2009（09）：37-41.

[13]趙立影，吳慶麟.基于認知負荷理論的復雜學習教學設計[J].電化教育研究.2010（04）：44-48.

[14]A.， Franck， Marin.， Claudette，Laimay， Carole. The a-

ttention-guiding effect and cognitive load in the comprehen-

sion of animations. Computers in Human Behavior. 2011.27（1）：36-40.

[15]郭兆明，宋寶和，陳亮等.在多媒體學習中減少認知負荷的9種方法[J].中國電化教育.2005（08）：91-93.

[16]李森.人機系統中作業者心理負荷問題研究綜述及展望[J].北京交通大學學報（社會科學版）. 2010（03）：54-58.