認知負荷與多媒體外語教學

摘 要 本文在認知心理學相關理論的指導下，討論多媒體學習環境中課堂教學活動的問題。文章通過實證研究，比較了外語教學中書面材料、口頭教學、音頻及視頻材料的運用對外語課堂教學效果的影響。

關鍵詞 認知負荷 多媒體 外語教學

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

0 引言

基于多媒體電腦的學習環境為學習者提供了無限的學習資源和多方位的語言輸入。多媒體計算機利用數字化技術，能同時處理、編輯、存儲和呈現兩種以上不同類型的信息，綜合管理文本、圖形、動畫、視頻等，有關多媒體學習環境的研究普遍認為，它能全方位刺激學生的感官，調動其積極性。那么，是否所有的多媒體資料對語言學習的幫助都同樣有效？多媒體的教學資源是多種類型信息的簡單羅列堆積，還是在呈現方式上需要一定的技巧？在動態或靜態、分散或合成、視覺或聽覺的多種呈現方式上，我們該如何組織運用，才能將其功能發揮到最大，從而提高教學效率？在回答這些問題前，我們有必要回顧一下與學習有關的認知心理學研究。之后，在相關理論的指導下，筆者對幾種課堂教學資源及其應用進行了實驗對比，以期找到較為合理有效的組織多媒體教學資源的方法，從而提高課堂教學效率。

1 認知心理學與學習過程

根據認知主義的信息處理觀點，人類通過內在的心理學習機制吸收并應用知識，包括觀察、注意、識別、轉換及記憶。信息的加工通過一系列記憶系統完成。Baddeley（2003）的工作記憶模型把它分成四個部分：一個中央執行器和三個子系統：語音環、視空畫板、片段緩沖器。根據該模型，外部信息通過感官記憶進入短期記憶，在語音環、視空畫板中進行處理，這兩個子系統的工作都有賴于一個控制系統：中央執行器。片段緩沖器則把不同來源的信息整理成塊或片段。

進一步的研究發現（Bruning，2003），工作記憶在某一時刻能處理的腦力活動總量和持久性都是有限的，就學習而言，一些學習情景比另一些對學習者要求高，它在工作記憶有限的資源里，加于學習者更高的信息處理負荷。在某些情況下，這些負荷會阻礙學習。認知負荷包括內在及外在認知負荷。如果學習材料設計不當，教學方法不當，容易引發較高的外在負荷。

Clark 和 Paivio（1991）提出的“雙重編碼理論”（Dual Coding Theory）認為，人體大腦中的信息存放在兩個不同系統中：一個用于言語信息，另一個用于圖象信息。能在兩個系統中編碼的信息比只在一個系統中編碼的信息更容易回想。此外，他們還認為，大腦對言語信息的處理是按序列進行的，而非言語系統中的信息編碼可以平行或同時發生。對一種感官提供信息可以減少另一感官所承載的負荷，當學習者接受到兩種以上感官刺激的時候，學習更為有效。

2 多媒體外語教學

在以上理論的指導下，本研究以筆者所授課程為例，以所授班級為實驗對象，以不同的多媒體教學材料和組織方法進行實驗對比，以發現不同教學手段下學習者的學習效果。

筆者所授課程為科技英語閱讀，是一門結合了英語語言和科技知識的綜合性課程；教學對象為英語專業大四學生。該課程要求學生在進一步提高英語語言基本技能的同時，掌握一定科技知識，擴大知識面，成為復合型外語人才。所用教學材料主要來自《科技英語閱讀與翻譯實用教程》（新時代出版社，2003）和《科技英語閱讀》（外語教學與研究出版社，2007）。開學伊始，教師對所教授的兩個自然班進行隨機分配，選擇其中一個班為實驗班，另一個班為控制班。為了解不同方法教學效果的異同，每次實驗結束都對實驗對象進行測試。測試分兩大部分：第一部分目的是考查學習者的科技詞匯掌握情況，題型為多項選擇題，第二部分旨在檢查學習者對科技知識點的理解，以及綜合運用語言的情況，題型為簡答題。兩部分均為筆試。測試結束對詞匯部分正確答案進行統計比較，對問題回答的陳述情況進行分析，通過SPSS軟件對所取得的數據進行處理，以驗證實驗假設是否成立。

2.1 動畫輔助教學

教學過程中，教師使用最普遍的工具是語言。但無論是文字語言還是口頭語言，都只能激發學習者大腦的中處理言語信息的部分。根據雙重編碼理論，對一種感官提供信息可以減少另一感官所承載的負荷。如果教學中提供與學習情景及學習目的相關的視覺信息，激發學習者大腦中的圖象工作記憶，將有助于減少處理言語信息部分的工作記憶的負荷，從而提高教學效率。因此筆者假設，教學中采用多媒體手段，利用音頻、視頻、圖片等來幫助闡述，激發學習者的雙重感官，效果應比單一的語言解釋要好得多。為此，筆者在The Jet Engine一課的教學活動中進行了實驗對比。

本課教學中，教師首先提出有關飛機及發動機的問題讓學生討論，再讓學生閱讀文章，發現新知識與先驗知識的異同，然后進入課文講解。在對飛機發動機工作原理講解過程中，控制班采用書面文字+口頭解說的方法，所用PPT上僅呈現文字；實驗班則采用動畫演示+口頭解說，通過動畫來呈現飛機發動機的工作原理，動畫來自歐洲科普系列“How Why”中的“Aviation”一集（世圖音像電子出版社出版），長度約3分鐘。

實驗后的測試表明：實驗班的同學掌握了更多的科技英語詞匯，能在科技情景中更好地運用被動語態，對飛機發動機的工作原理理解更為透徹，闡述更為準確全面。顯著性P值= 0.008，P<0.05，因此，本實驗中動畫的運用對學習者的學習效果的確產生了重要作用。

2.2 視頻的呈現方式

從上面的實驗中我們知道，與教學內容相關的視頻信息有助于學習者習得新知識，那么視頻信息應該與解說同步，還是先后出現？出現方式不同時，學習者的習得效果是否有差異呢？有的研究認為，先進行解說，再用相關資料再次解釋呈現，學習者對相同信息得到兩次學習，印象加深，有助于對新知識的理解內化。筆者認為，既然人腦中對言語和圖象的處理分別在大腦不同的區域進行，那么這兩種信息同時出現不會增加工作記憶的負擔，相反能擴大大腦在同一時間接收的信息量，提高學習效率。因此筆者假設，視頻材料與解說同步進行，學習效果應較分步時更好。

為此，在學習“Red Shift”（紅移）現象時，我們進行了實驗。視頻來自網絡，BBC Science中Universe一集，長度約3分鐘。在控制班，教師讓學生先閱讀相關文章，教師再對紅移現象進行口頭闡述，然后播放與之相關的視頻，也就是，教師解釋與視頻材料按序列呈現。在實驗班，學生閱讀后，教師邊解說邊播放視頻，也就是教師解釋與視頻信息同步進行。

通過分析實驗后的測試結果，我們發現實驗班的同學對相關科技英語詞匯掌握較好，對該現象理解更為透徹，對現象的描述更加準確全面。顯著性P值=0.012，由此可見，當解說與視頻同步進行時，大腦中的雙重記憶感官得以調動，充分利用了工作記憶，學習者的學習效果更好。

2.3 字幕在視頻演示中的作用

我們在視頻演示中常會遇到這樣的材料：視頻配有字幕。那么字幕的使用是否提高了學習效率？根據Baddeley的工作記憶模型，外部信息通過感官記憶進入短期記憶，在語音環或視空畫板中進行處理。當學習者觀看字幕時，信息通過視覺感官進入工作記憶過程中，必然占用觀看理解動畫的視覺感官記憶；而旁白解說時，信息通過學習者聽覺感官進入語音環，那么視覺感官應有更多空間來處理畫面信息，對其理解會更深刻。因此筆者假設，無字幕組的學習效果應比有字幕組的學習效果好。

為得到答案，在學習The Big Bang： It Sure Was Big這一課時，我們把實驗分為有字幕組和無字幕組。實驗中，兩班的教學過程及方法是相同的：學生預讀課文，教師在講解宇宙大爆炸這一假說的來由及后來發現的相關證據時，插播視頻，以幫助學生理解。視頻材料來自網絡，美國探索頻道科學新發現系列之Big Bang，視頻配有中英字幕，由人人影視翻譯制作。在控制班，我們播放帶有中英字幕的原視頻，而實驗班則用遮擋字幕的工具處理了視頻。

實驗后的測試表明，兩個班在詞匯和簡答題的回答結果上區別并不明顯，P = 0.054。由此我們推測，在學習過程中，不同學習者根據自己的語言水平和需求，選擇了不同的學習材料來幫助自己對新知識的內化理解。在實驗班，聽力較好的同學邊聽邊看畫面，大腦中處理言語和圖象信息的工作記憶同時進行，學習效率較高，但聽力較差的同學在理解時就會有一定難度，尤其是當聽的篇幅較長時（所用視頻長度約20分鐘）。在控制班，聽力較好的同學可能因為在觀看畫面的同時閱讀字幕，學習效果受到影響，但聽力較差的同學可以通過字幕彌補聽不懂的問題，其學習效果比沒有字幕時要好。因此，兩個班的學習效果從整體上看區別并不大。由此可見，對于英語作為外語的學習者來說，一定的字幕幫助是有必要的。

3 結語

從以上研究我們知道，教學中提供兩種感官信息，其教學效率大于單一的信息輸入；言語信息與圖象信息的同時輸入，其教學效率要優于序列輸入；在使用視頻資料時，字幕的運用需根據根據具體情況進行分析，如學習材料的難度，多媒體材料的難度等。總之，在多媒體電腦的學習環境下進行教學時，需要考慮學習者的認知心理、分析學習過程中的認知負荷，合理設計教學用的多媒體資料，以有效利用學習者的工作記憶，合理分配認知負荷，從而促進學習者高效而有意義地學習。

本研究結果一定程度上印證了認知心理學的相關理論，實驗方法也可用于其它學科的教學。但是，實際教學活動中出現的情況是復雜多變的，有效的教學需要根據實際情況靈活組織。同時實驗主要研究了某些多媒體材料和教學方法帶來的外在認知負荷問題，影響學習者習得效果的另一個重要因素：內在認知負荷，在實驗中被忽略，該問題還有待進一步研究。

參考文獻

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[2] Bruning R.H.， Schraw G.J.， Norby M.M.， Ronning R.R. Cognitive Psychology and Instruction （4th ed.）.[M].Pearson Education. Inc.2003.

[3] Clark，J.M. Paivio， A. Dual Coding Theory and Education[J].Educational Psychology Review， 1991（3）.

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