認(rèn)知負(fù)荷理論視角下的微課程多媒體課件設(shè)計(jì)

張曉君　李雅琴　王浩宇　丁雪梅

摘要：微課程以其短小精悍、隨時(shí)隨地的特性漸漸步入教育領(lǐng)域。與此同時(shí)，如何設(shè)計(jì)微課程的多媒體課件，使其在短時(shí)間內(nèi)充分展現(xiàn)知識(shí)內(nèi)容，并符合學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)規(guī)律，成為微課程設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)。從認(rèn)知負(fù)荷理論視角，分析了學(xué)習(xí)過(guò)程中的認(rèn)知負(fù)荷情況，并結(jié)合大量實(shí)例，實(shí)踐了降低原生性認(rèn)知負(fù)荷、無(wú)關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷，以及提高相關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷的策略和方法，實(shí)現(xiàn)了認(rèn)知負(fù)荷在微課程課件設(shè)計(jì)中的導(dǎo)向性作用。

關(guān)鍵詞：微課程；認(rèn)知負(fù)荷；多媒體課件；設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】G40-057【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【論文編號(hào)】1009—8097（2014）02—0020—06【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2014.02.003

一 研究背景

2012年11月，教育部發(fā)布了《關(guān)于舉辦首屆全國(guó)高校微課教學(xué)比賽的通知》，旨在推動(dòng)高校教師專業(yè)發(fā)展和教學(xué)能力提升，促進(jìn)信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)融合，搭建高校教師教學(xué)經(jīng)驗(yàn)交流和教學(xué)風(fēng)采展示平臺(tái)。通知要求，微課程的時(shí)長(zhǎng)要限制在10～20分鐘以內(nèi)，所使用的多媒體教學(xué)課件要圍繞教學(xué)目標(biāo)、反映主要教學(xué)內(nèi)容、與教學(xué)視頻合理搭配。2013年5月，中國(guó)教育技術(shù)協(xié)會(huì)等部門聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于舉辦首屆全國(guó)微課程大賽的通知》，提出微課程所講述的知識(shí)點(diǎn)必須是學(xué)生自主學(xué)習(xí)時(shí)的重難點(diǎn)、易錯(cuò)點(diǎn)，學(xué)生能夠自己通過(guò)閱讀教材理解的內(nèi)容，不需要教師制作微課程；微課程的時(shí)間要控制在10分鐘以內(nèi)，抓住學(xué)生注意力的最佳黃金時(shí)段，簡(jiǎn)明扼要地概述知識(shí)點(diǎn)。微課程在一次次比賽中逐步趨向完善，與此同時(shí)，其要求的不斷提高，也讓廣大教師和教育技術(shù)工作者聚焦于如何更加簡(jiǎn)明扼要的表述知識(shí)以及如何設(shè)計(jì)多媒體課件會(huì)更利于知識(shí)的快速獲得。

二 微課程對(duì)多媒體課件的需求分析

微課程的教學(xué)時(shí)間短，教學(xué)內(nèi)容精練，動(dòng)感、精美的微課程應(yīng)用于在線學(xué)習(xí)及移動(dòng)學(xué)習(xí)會(huì)給學(xué)習(xí)者帶來(lái)良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，豐富學(xué)習(xí)者的課余生活；應(yīng)用于教師的經(jīng)驗(yàn)交流有助于先進(jìn)教學(xué)方式方法的傳播，提升教師課改的積極性；應(yīng)用于在線評(píng)課，能夠有效節(jié)約成本，并支持反復(fù)觀看，使評(píng)價(jià)更加客觀。

要制作如此精美的微課程，需要教師的精心準(zhǔn)備。不僅講授語(yǔ)言要生動(dòng)，還需要配以美觀大方、多媒體化的課件。文字、圖片、動(dòng)畫、視頻等多種媒體元素相互配合，有利于吸引和保持學(xué)習(xí)者的注意力。另外，一些微觀的或需展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)操作的知識(shí)，更有必要使用課件來(lái)表達(dá)，簡(jiǎn)單的文字描述無(wú)法說(shuō)清楚相對(duì)復(fù)雜的教學(xué)內(nèi)容。

那么，如何整合文字、圖片、動(dòng)畫、視頻等這些媒體元素，怎樣在有限時(shí)間內(nèi)既恰當(dāng)?shù)乇磉_(dá)知識(shí)內(nèi)容，又使每一頁(yè)所顯示的知識(shí)量都恰到好處，為學(xué)習(xí)者所接受呢？這個(gè)問(wèn)題成為微課

三 認(rèn)知負(fù)荷的概念及分類

1 認(rèn)知負(fù)荷的概念及主要觀點(diǎn)

認(rèn)知負(fù)荷理論（Cognitive Load Theory）起源于19世紀(jì)80年代，并且在全球研究者的推動(dòng)下經(jīng)歷了快速發(fā)展和拓展的90年代，成為研究認(rèn)知過(guò)程和教學(xué)設(shè)計(jì)框架的一個(gè)主要理論。它是指同時(shí)被要求施加在工作記憶上的心智活動(dòng)的全部數(shù)量[2]，即施加到工作記憶中的待處理信息的總量。

人類的記憶主要包含工作記憶和長(zhǎng)時(shí)記憶，工作記憶是信息加工的主要場(chǎng)所，在面對(duì)新信息時(shí)，其容量是非常有限的，一般能接收、處理或貯存7±2個(gè)信息組塊；長(zhǎng)時(shí)記憶以圖式為基本單元，圖式具有復(fù)雜性，并且可以自動(dòng)化，其中的信息被調(diào)用到工作記憶時(shí)，所調(diào)用到的所有信息僅作為一個(gè)組塊進(jìn)行加工處理。因?yàn)楣ぷ饔洃浀娜萘坑邢蓿?dāng)學(xué)習(xí)者要解決復(fù)雜的問(wèn)題或被給予復(fù)雜的學(xué)習(xí)內(nèi)容時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)超載的情況，這種超載抑制了學(xué)習(xí)，因此，避免了認(rèn)知超載的學(xué)習(xí)過(guò)程才是有效的教學(xué)過(guò)程。微課程課件的設(shè)計(jì)也要遵循認(rèn)知負(fù)荷理論，使課件整體及局部的信息承載量適當(dāng)，促進(jìn)學(xué)習(xí)的信息加工。

2 認(rèn)知負(fù)荷的分類

影響工作記憶的認(rèn)知負(fù)荷可以分為三類：原生性認(rèn)知負(fù)荷、無(wú)關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷和相關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷，它們與學(xué)習(xí)者在微課程學(xué)習(xí)過(guò)程中的信息理解息息相關(guān)。

原生性認(rèn)知負(fù)荷（Intrinsic Cognitive Load）取決于知識(shí)本身的復(fù)雜程度，它與知識(shí)是如何呈現(xiàn)的或?qū)W習(xí)者以何種方式學(xué)習(xí)以及如何達(dá)到學(xué)習(xí)的最佳化無(wú)關(guān)。對(duì)于一個(gè)指定的學(xué)習(xí)任務(wù)和指定的學(xué)習(xí)者知識(shí)水平來(lái)講，原生性認(rèn)知負(fù)荷是固定的，不可改變的。只有當(dāng)已有知識(shí)被擴(kuò)展或處在學(xué)習(xí)過(guò)程中時(shí)，原生性認(rèn)知負(fù)荷才會(huì)改變。也就是說(shuō)，當(dāng)微課程的選題選定時(shí)，對(duì)于特定階段的某個(gè)學(xué)習(xí)者來(lái)講，其原生性認(rèn)知負(fù)荷就已經(jīng)被確定了，想要降低原生性認(rèn)知負(fù)荷，要從學(xué)習(xí)者能力提升方面或間接降低選題難度方面著手。

設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)慕虒W(xué)過(guò)程會(huì)給工作記憶帶來(lái)額外的負(fù)荷，這部分負(fù)荷即無(wú)關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷（Extraneous or Ineffective Cognitive Load）。采用何種技術(shù)來(lái)降低無(wú)關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷是認(rèn)知負(fù)荷理論首要關(guān)心的問(wèn)題。根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容的不同，采用適宜的方法，會(huì)促進(jìn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)，減少無(wú)關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷。微課程課件設(shè)計(jì)過(guò)程中，降低無(wú)關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷在設(shè)計(jì)中起著非常重要的作用，設(shè)計(jì)不良的多媒體課件會(huì)占用學(xué)習(xí)者大量的工作記憶去處理與課程內(nèi)容無(wú)關(guān)的事物，使本就不長(zhǎng)的教學(xué)時(shí)間更加緊張。

相關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷（Germane or Effective Cognitive Load）是學(xué)生的圖式建構(gòu)和自動(dòng)化過(guò)程所占用工作記憶的資源。無(wú)關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷妨礙學(xué)習(xí)，與此相反，相關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷促進(jìn)學(xué)習(xí)。在微課程課件設(shè)計(jì)過(guò)程中，要給相關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷留有一定的空間，不能讓同時(shí)出現(xiàn)的學(xué)習(xí)內(nèi)容過(guò)多，否則會(huì)妨礙學(xué)習(xí)者構(gòu)建長(zhǎng)時(shí)記憶圖式，進(jìn)而影響教學(xué)效果。

認(rèn)知負(fù)荷理論所關(guān)注的焦點(diǎn)就是復(fù)雜問(wèn)題給學(xué)生有限的工作記憶空間所帶來(lái)的壓力，教學(xué)設(shè)計(jì)的核心原則是要使原生性認(rèn)知負(fù)荷的復(fù)雜度適度、要通過(guò)降低無(wú)關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷來(lái)釋放工作記憶空間、要通過(guò)調(diào)節(jié)相關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷使負(fù)荷最優(yōu)化。

四 多媒體課件的設(shè)計(jì)策略

認(rèn)知負(fù)荷理論不僅使我們更深刻地理解學(xué)習(xí)過(guò)程，還能為教學(xué)媒體設(shè)計(jì)提供強(qiáng)有力的指導(dǎo)，從而構(gòu)建出適合學(xué)習(xí)者工作記憶加工的學(xué)習(xí)對(duì)象。根據(jù)內(nèi)容的不同，選用不同的認(rèn)知負(fù)荷策略對(duì)多媒體課件進(jìn)行設(shè)計(jì)，會(huì)使教師的實(shí)時(shí)講授效果更加出色。

1 降低原生性認(rèn)知負(fù)荷策略

（1）分離關(guān)聯(lián)元素，逐步呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容

有些教學(xué)內(nèi)容很復(fù)雜，包含了很多的關(guān)聯(lián)元素，要完全理解，必須要把這些關(guān)聯(lián)元素同時(shí)在工作記憶中進(jìn)行處理。如果教學(xué)內(nèi)容自身的關(guān)聯(lián)元素?cái)?shù)量大于工作記憶能夠處理的數(shù)量，就會(huì)很難理解。將一部分內(nèi)容以分離的形式呈現(xiàn)出來(lái)，經(jīng)工作記憶進(jìn)行處理，并存儲(chǔ)到長(zhǎng)時(shí)記憶中，無(wú)疑會(huì)提高學(xué)習(xí)者的能力，此時(shí)，再進(jìn)一步與其他內(nèi)容相結(jié)合，就能很好地解決這個(gè)問(wèn)題。

例如，在C語(yǔ)言課程的《選擇排序法》知識(shí)點(diǎn)講授中，涉及兩層循環(huán)，如果將兩層循環(huán)的代碼同時(shí)呈現(xiàn)出來(lái)，會(huì)占用初學(xué)者過(guò)多的工作記憶空間，不易于理解。因此，可以先列出外部循環(huán)的代碼，并將內(nèi)部循環(huán)代碼用易于理解的文字表述代替，講通了外部循環(huán)的代碼后，再逐步給出內(nèi)部循環(huán)中的細(xì)節(jié)代碼（如圖1所示），會(huì)更易于學(xué)習(xí)者對(duì)整體內(nèi)容的信息加工，教學(xué)效果更好。

（2）實(shí)行指導(dǎo)漸減，避免消極效果產(chǎn)生

伴隨著學(xué)習(xí)者相關(guān)知識(shí)的不斷增加，工作記憶的空間會(huì)逐步釋放，此時(shí)逐步減少指導(dǎo)，并提高問(wèn)題解決要求對(duì)學(xué)習(xí)者的知識(shí)加工有促進(jìn)作用，有助于提升學(xué)習(xí)者解決問(wèn)題的能力。原有的對(duì)新手學(xué)習(xí)者較為適用的一些方法，如全程的詳細(xì)的樣例解答方法會(huì)隨之變成其前進(jìn)的絆腳石，因?yàn)椴槐匾脑敿?xì)解答會(huì)帶來(lái)新的無(wú)關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷，產(chǎn)生消極效果。因此，在設(shè)計(jì)多媒體課件時(shí)，初始時(shí)期可以使用詳細(xì)的樣例解答方法，當(dāng)學(xué)習(xí)者已經(jīng)理解部分內(nèi)容時(shí)，就要使指導(dǎo)漸減，以適應(yīng)能力漸強(qiáng)的學(xué)習(xí)者。

例如，對(duì)于C語(yǔ)言課程的教學(xué)后期，學(xué)習(xí)者對(duì)代碼的書寫已理解透徹，此時(shí)的命題答案可以只表述解題思路，給學(xué)習(xí)者留出自己解決問(wèn)題的空間。

2 降低無(wú)關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷

（1）選取合適樣例

對(duì)于初學(xué)者，尋找解決問(wèn)題的方法需要嘗試，盲目地尋找會(huì)帶來(lái)過(guò)高的無(wú)關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷，微課程時(shí)間短，需要提供學(xué)習(xí)者所熟知的內(nèi)容作為樣例，并對(duì)其有一個(gè)基本的理解，當(dāng)學(xué)生把已掌握的原理應(yīng)用到新問(wèn)題時(shí)，就會(huì)有更進(jìn)一步的理解加深，有助于學(xué)生發(fā)現(xiàn)已掌握原理和新問(wèn)題解決方法之間的差距，有效地促進(jìn)學(xué)習(xí)。另外，耳熟能詳?shù)氖挛镒鳛橐右矔?huì)使記憶更加深刻。

（2）利用多通道表達(dá)

工作記憶對(duì)視覺(jué)信息和聽(tīng)覺(jué)信息的加工是分離的，同樣的信息通常可以用多種方式來(lái)呈現(xiàn)，對(duì)不同學(xué)習(xí)者而言，某些形式可能會(huì)比其他形式更容易整合或加工，而單純使用一種信息呈現(xiàn)形式，可能只用到一部分工作記憶，使其他部分處于閑置狀態(tài)。微課程的課件要綜合利用多種信息呈現(xiàn)形式，有效提高工作記憶的使用量。

例如，在中國(guó)服裝史的《滿族女子服裝》知識(shí)點(diǎn)講授中，涉及清朝各時(shí)期旗袍形制特點(diǎn)，領(lǐng)口、袖口、開(kāi)衩、衣長(zhǎng)等方面都有當(dāng)時(shí)女子服裝的特色，因此可以使用的三維模型來(lái)展示服裝的形體特點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)的三維模型能夠帶來(lái)良好的全局感受，不帶任何花紋裝飾能夠?qū)W(xué)習(xí)者的注意力集中于衣著的線條；還可以使用圖片來(lái)展示服裝的工藝紋樣以及色彩，平面圖更加適合細(xì)節(jié)的展示，與三維模型同步顯示（如圖2所示），還可以讓學(xué)習(xí)者對(duì)旗袍的長(zhǎng)度及各部分大致比例有所了解，一舉兩得。

（3）減少冗余信息

信息可由多種方式來(lái)呈現(xiàn)，但單憑一種呈現(xiàn)方式就足以傳達(dá)這些信息時(shí)，如果將相同的信息以多種方式同時(shí)呈現(xiàn)，學(xué)習(xí)者就會(huì)將冗余的信息同時(shí)進(jìn)行加工，導(dǎo)致外在認(rèn)知負(fù)荷增加，降低學(xué)習(xí)質(zhì)量。在微課程的多媒體設(shè)計(jì)中，要盡量減少冗余信息，并適當(dāng)添加注意引導(dǎo)標(biāo)識(shí)，以減少無(wú)關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷的產(chǎn)生。

（4）避免相關(guān)內(nèi)容分離

在信息的呈現(xiàn)過(guò)程中，有時(shí)有必要用多種媒體元素來(lái)呈現(xiàn)同一知識(shí)內(nèi)容或相關(guān)知識(shí)內(nèi)容，此時(shí)，如果這些媒體元素被不明智地分隔開(kāi)，就會(huì)產(chǎn)生無(wú)關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷。因?yàn)橄肱@些信息，首先要花費(fèi)精神去整合他們。這種情況在微課程多媒體課件的制作過(guò)程中，是一定要避免的，微課程時(shí)間短，學(xué)習(xí)者如果再花費(fèi)時(shí)間去整合這些無(wú)關(guān)信息，就會(huì)影響其理解教師接下來(lái)所講授的內(nèi)容。

例如：在生理學(xué)課程的《生物電現(xiàn)象》知識(shí)點(diǎn)講授中，要讓學(xué)習(xí)者了解細(xì)胞在受到刺激后的動(dòng)作電位和細(xì)胞膜內(nèi)外離子分布變化情況。折線圖比較適合顯示動(dòng)作電位的變化，分時(shí)段顯示數(shù)值的方式更加直觀；動(dòng)畫比較適合揭示細(xì)胞膜內(nèi)外離子的分布變化，生動(dòng)的離子運(yùn)動(dòng)過(guò)程更適于學(xué)習(xí)者理解記憶。兩者放在同一頁(yè)面中（如圖3所示），會(huì)讓學(xué)習(xí)者快速理解伴隨電位變化的同時(shí)，離子是如何運(yùn)動(dòng)的，但是如果將兩者分開(kāi)，學(xué)習(xí)者在理解時(shí)，就會(huì)消耗部分工作記憶空間來(lái)整合，導(dǎo)致無(wú)關(guān)認(rèn)知負(fù)荷的產(chǎn)生。

3 增加相關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷

在問(wèn)題解決練習(xí)中，變換不同的問(wèn)題狀態(tài)和情境，雖然增加認(rèn)知負(fù)荷，但能促進(jìn)學(xué)習(xí)遷移。問(wèn)題情境的變化有助于學(xué)習(xí)者識(shí)別問(wèn)題及其解答方法的共同特征，分辨其中的無(wú)關(guān)特征，從而有助于圖式的建立和自動(dòng)化。

例如：在物理學(xué)課程的《光的偏振》知識(shí)點(diǎn)講授中，將兩個(gè)偏振片重疊，轉(zhuǎn)動(dòng)其中一片，重疊部分會(huì)有光線的明暗變化，表明光線的明暗變化與偏振片的偏振化方向有關(guān)。在知識(shí)點(diǎn)表述結(jié)束后，可以讓學(xué)習(xí)者試著運(yùn)用偏振知識(shí)來(lái)詮釋生活中常見(jiàn)的相關(guān)現(xiàn)象，如偏光太陽(yáng)鏡的鑒別。其中的一個(gè)方法就是利用液晶屏，當(dāng)偏光太陽(yáng)鏡放在液晶屏上時(shí)，因?yàn)橐壕恋墓饩€是偏振光，轉(zhuǎn)動(dòng)屏幕時(shí)，透過(guò)眼鏡的光線就會(huì)有明暗變化，以此來(lái)證明該太陽(yáng)鏡確實(shí)是偏光鏡。通過(guò)提出類似的問(wèn)題，既能使學(xué)習(xí)者加深對(duì)理論的理解，又能提高其在實(shí)踐當(dāng)中的應(yīng)用能力，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移。

五 結(jié)語(yǔ)

微課程是目前新興的一種教學(xué)方法，短小精悍、隨時(shí)隨地是其主要的特點(diǎn)，在學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過(guò)程中，精心設(shè)計(jì)的微課程能夠充分利用學(xué)習(xí)者有限的注意集中時(shí)間，快速地傳遞知識(shí)，這其中多媒體課件的精心設(shè)計(jì)尤為重要。認(rèn)知負(fù)荷為微課程的多媒體課件設(shè)計(jì)提出了包括知識(shí)內(nèi)容設(shè)計(jì)與界面設(shè)計(jì)等多方面的理論參考，有效控制學(xué)習(xí)者的原生性、無(wú)關(guān)性和相關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷會(huì)讓微課程更加出色，更加人性化。

編輯：李婷