認知負荷視角下的翻轉課堂

范文利+潘肇斌

【摘 要】本文從認知負荷理論的內在認知負荷、外在認知負荷、關聯認知負荷視角出發，分析在翻轉課堂模式的課前、課中設計如何有效降低學生的內在、外在認知負荷、增加關聯認知負荷，把課堂還于學生，實現課堂真正意義的學習。

【關鍵詞】認知負荷；翻轉課堂；有效教學

一、引言

Winn認為，教學設計的宗旨“是在規定的條件下選擇最佳的教學方法來達成特定的教學目標”。過去以知識為中心的傳統教學設計更多關注的是教學內容傳遞的設計，課堂往往被理解為是學生接受、學習的場所，它并沒有構成完整的教學模式理論框架。基于上述思考，考慮認知負荷理論為基礎的翻轉課堂則將教學媒體設計、學習方式、學習環境和學習行為的設計整合在一起，為教學模式提供了一個完整的全新的理論框架。

基于認知負荷理論的研究，集中在設計具有創新性的翻轉課堂，通過教學方法、教學手段等的改善達到有效使用工作記憶容量的目的。與傳統教學任務相比，建立在認知負荷理論基礎上的設計以更少的心理努力來獲得同樣的甚至更好的學習或遷移效果，因而這種教學設計的優勢十分明顯。由此，本文旨在從認知負荷理論來探討翻轉課堂的有效性，以期給更多一線老師的教學設計啟發和對翻轉課堂的應用提供一定的幫助。

二、認知負荷理論的主要觀點

認知負荷理論的主要觀點是，在進行教學設計時要充分考慮工作記憶的結構和記憶容量的有限性。該理論的核心是通過對認知負荷進行教學控制來達到學習遷移。認知負荷不是學習過程的次要產物，而是教學干涉是否成功的一個主要因素。研究表明，認知負荷不足，或者認知負荷超載都會導致行為的消退。由于完成任務所需要的認知負荷數量超過可用的認知總量，或者由于對認知資源的不恰當分配，最終導致學習或者加工復雜認知任務失敗，這是認知負荷理論研究的重點。

20世紀90年代后期，隨著教學設計領域一系列專業研究成果的發表，一種關于認知負荷的更加動態的分類開始形成。即J. Sweller從教學設計的角度動態地將認知負荷分為三類，即內部認知負荷、外部認知負荷和相關認知負荷。

內部認知負荷，由材料本身的結構和復雜程度引起。而任何所給材料的復雜程度取決于材料本身的難度水平以及材料內部各組成部分之間的交互作用。不同材料因素交互作用的不同水平，造成了內部認知負荷的差異，且這種差異不能被教學設計所改變。

外部認知負荷是指不必要的、并且將干擾圖式的獲得和自動化的認知負荷。傳統教學中，由于對整體教學過程沒有進行有很好的設計，設計者也缺乏關于信息結構以及認知結構的相關知識，從而導致了外部認知負荷的增加，外部認知負荷干擾學習。目前這一領域的研究者往往專注于設計選擇性教學思路和過程，期望以此來降低傳統教學中的外部認知負荷。外部認知負荷主要由教學設計引起，如果學習材料的設計和呈現方式不當，就容易給學生帶來較高的外在負荷，干擾其學習。

相關認知負荷，又稱有效認知負荷，受教學設計影響。相關認知負荷增強學習，信息呈現的方式以及學習本身對學習者的要求都是影響相關認知負荷水平的因素。值得注意的是，通過增加努力或增強動機能增加投入任務的認知資源，如果這種增強與圖式的獲得和自動化相關，那么這樣的增強也會同時增加相關認知負荷。

內部、外部以及相關認知負荷在整個信息加工的過程中是相輔相成。學習發生的前提是認知負荷總量不超過工作記憶容量。認知負荷的三種形式之間的關系是不平衡的。內部認知負荷所引起的負荷是不能削減的，即不能通過建構額外的圖式或使先前獲得的圖式自動化而得到削減。而加工內部認知負荷，亦不消耗工作記憶容量，即工作記憶容量在加工內部認知負荷后仍然存在，且能用于加工外部或相關認知負荷。這兩個過程可以前后相繼，例如，通過使用一種更加有效的教學設計降低了外部認知負荷，就能為相關認知負荷提供更多的容量。如果學習過程是通過教學設計降低外部認知負荷而得到改善，則這種改善的發生是由于額外的工作記憶容量通過外部認知負荷降低所釋放容量被分配到相關認知負荷中去造成的，即通過圖式的獲得和自動化學習可以降低內部認知負荷。內部認知負荷的降低將降低總的認知負荷，從而釋放工作記憶容量。釋放的工作記憶容量將促進學習者獲得更多高級圖式，于是新的循環開始，通過不斷重復，個體就能獲得高級的知識和技能。

三、從認知負荷看“翻轉課堂”的有效性

翻轉課堂，它走在大數據時代的今天，成功地翻轉了教師講授、學生接受的教學模式，而是以學生的學為出發點，通過提前自主學習教師錄制的媒體音頻和材料，變換了知識學習的場地。而真正課堂則用來合作探究、思想碰撞、解決問題，實現把學習權利還之于學生，實現課堂真正意義的學習。

由于工作記憶的局限性，我們在處理復雜的學習任務時，有效教學就出現了瓶頸。而翻轉課堂，從認知負荷理論來看，它通過有效管理三種認知負荷而實現了教學的有效性。基本手段就是有效管理這三種認知負荷，降低內部認知負荷、外部認知負荷，增加關聯認知負荷，實現工作記憶容量的充分利用。

（一）課前自主學習，降低內部、外部認知負荷

在翻轉課堂教學模式中，學生課前通過觀看例如微課的媒體音頻和學習材料，獨立完成學習內容。學生從學習音頻課程中積極選取相關的視覺和聽覺信息，并在視覺和聽覺的工作記憶中通過構建一定的聯系對它們進行分別的加工。媒體音頻通過不同的呈現方式和感覺模式的信息讓學生進行感知和加工，不同通道信息加工的平衡，充分利用了工作記憶容量。同時，以往的教學學生在課中接受知識，由于課堂時間段限制，教師也較難以兼顧到每個個體，對于某些知識點來說，學生的內部與外部認知負荷是相當大的。而翻轉課堂，老師錄制的音頻學生可根據自身需要調整進度重復觀看、暫停來理解學習內容，甚至可以自主借助查閱手段進一步建構圖式，幫助學生用于工作記憶對學習內容的加工階段，圖式的自動化使信息能在工作記憶中進行無意識地加工，并且通過圖式的形成和自動化達到釋放工作記憶容量的目的。圖式中的知識組織，使學習者能將大量相互作用的信息因素整合成一個因素，從而降低工作記憶的負荷。實質上這個課前自主學習過程其實是非常有利于降低學生的內部與外部認知負荷。

（二）課中學習任務，提升關聯認知負荷

翻轉課堂，它是解決問題的動態過程。學生在課前對知識有了一定的圖式建構，因此教師在課堂教學設計中明晰包含了明確的任務練習和支持性信息。從總體上看，它是一個循序漸進的過程，整個任務的完成是由簡單到復雜的轉換。根據認知負荷理論，外部認知負荷是可以通過教學設計來調整的，它是由學習任務的組織和呈現的形式引起的。由此，翻轉課堂中教師設置的問題必須明確，任務的難度應是由易到難，漸進式地布置學習任務。在課堂中，學生通過通過課前一定圖式的建構，自主探究、小組合作、教師提供支持，不斷解決教師設置的問題任務。學生通過一個個完整、真實的問題情境中感知問題，不斷地驅動學生學習的需要，通過學生個體及團體的互動、交流、分享，不斷地碰撞思想，使得課堂一直處于生長的狀態，從而形成主動學習，生成學習，使得學生能體驗識別學習目標并達到目標的全過程。通過大量的練習解決問題，圖式的自動化就可以逐漸形成，從而完成知識的吸收內化，這無疑提升了關聯認知負荷，使得學生能夠從某種程度上超越工作記憶容量的限制。

從學習的有效性來說，在翻轉課堂上，真正地把學習的權利、機會交給學生，使學生在學習過程中獲得學習樂趣，體現了課堂的主體是學生，保證學生能夠獲得知識與能力、過程與方法、情感態度與價值觀，從而實現了真正意義上的學習。

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【作者簡介】

范文利（1980.9-），女，麗水慶元人，碩士研究生，漢族，講師，從事發展與教育心理學研究。

（本文系麗水市教育科學規劃2016年年度課題《基于認知負荷理論探究翻轉課堂》的研究成果。）