認(rèn)知負(fù)荷理論在人體解剖學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用*

吳雪艷，劉思洋，郭 森，付秀美，謝紅林，陳志宏△

（1.承德醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室，河北承德 067000；2.承德市中心醫(yī)院介入血管外科）

人體解剖學(xué)屬于形態(tài)學(xué)的范疇，課上授課內(nèi)容多、知識(shí)點(diǎn)繁雜，雖然教學(xué)課件中圖片、動(dòng)畫、視頻等資源比較多，但教師對(duì)課件的設(shè)計(jì)更多是關(guān)注資源內(nèi)容的全面性、完整性、關(guān)聯(lián)性，常忽視學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)感受和知識(shí)建構(gòu)的過程。認(rèn)知負(fù)荷理論關(guān)注學(xué)習(xí)者的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和信息結(jié)構(gòu)之間的交互作用，能夠根據(jù)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知水平合理設(shè)計(jì)教學(xué)資源，通過控制學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的認(rèn)知負(fù)荷提升學(xué)習(xí)效果，實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)。本文以認(rèn)知負(fù)荷理論為指導(dǎo)，探究了人體解剖學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)過程，以期為人體解剖學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)及改善人體解剖學(xué)的教學(xué)效果提供參考。

1 認(rèn)知負(fù)荷理論的內(nèi)涵及效應(yīng)

認(rèn)知負(fù)荷理論（CLT）[1]是由認(rèn)知心理學(xué)家約翰·斯威勒（John Sweller）在1988年提出的。認(rèn)知負(fù)荷指工作記憶儲(chǔ)存、加工和提取學(xué)習(xí)信息時(shí)承受負(fù)荷的總量，Sweller等根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷的來源不同將其分為內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷、外在認(rèn)知負(fù)荷和相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷三種類型[1]。內(nèi)在負(fù)荷是由學(xué)習(xí)任務(wù)的性質(zhì)帶來的負(fù)荷，取決于學(xué)習(xí)材料的難易程度和學(xué)習(xí)者的個(gè)人基礎(chǔ)、經(jīng)驗(yàn)；外在負(fù)荷是指施加給工作記憶的與學(xué)習(xí)無關(guān)的負(fù)荷，主要受學(xué)習(xí)材料的設(shè)計(jì)、呈現(xiàn)方式及教學(xué)活動(dòng)方式的影響；相關(guān)負(fù)荷指用于處理內(nèi)在負(fù)荷并能促進(jìn)學(xué)習(xí)的工作記憶資源，即加工與認(rèn)知內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的信息帶來的負(fù)荷。其中的外在負(fù)荷和相關(guān)負(fù)荷由教學(xué)設(shè)計(jì)者所主導(dǎo)[2]。認(rèn)知負(fù)荷理論提出的教學(xué)設(shè)計(jì)指南和策略主要是通過減輕外在負(fù)荷、調(diào)控內(nèi)在負(fù)荷和優(yōu)化相關(guān)負(fù)荷來促進(jìn)學(xué)習(xí)[2]。經(jīng)過長期的實(shí)踐研究，學(xué)者們總結(jié)了自由達(dá)標(biāo)、注意聚集、多種通道、指導(dǎo)漸減效應(yīng)、逼真度從低到高、情境干擾等15個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)原則和策略，這些原則和策略可以減輕外在負(fù)荷、調(diào)控內(nèi)在負(fù)荷、優(yōu)化相關(guān)負(fù)荷，從而促進(jìn)學(xué)習(xí)效果[2]。

2 基于認(rèn)知負(fù)荷理論指導(dǎo)人體解剖學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)

人體解剖學(xué)的教學(xué)資源比較豐富，包括多媒體教學(xué)課件、虛擬數(shù)字人系統(tǒng)、掛圖、模型、標(biāo)本等；教師的授課方式也較靈活多樣，包括邊畫圖邊講解、實(shí)體標(biāo)本講解及利用多媒體課件講解等。教學(xué)資源呈現(xiàn)方式或授課方式設(shè)計(jì)不當(dāng)可加重學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的外在認(rèn)知負(fù)荷，因此需要通過合理的設(shè)計(jì)降低外在負(fù)荷，促進(jìn)有效學(xué)習(xí)。本文主要從調(diào)控內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷和降低外在認(rèn)知負(fù)荷兩個(gè)方面探討了如何基于認(rèn)知負(fù)荷理論指導(dǎo)人體解剖學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)，根據(jù)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知水平合理地設(shè)計(jì)教學(xué)資源，從而使學(xué)習(xí)者獲得良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提高學(xué)習(xí)效果。

2.1 根據(jù)綜合度從小到大的策略進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，調(diào)控內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷 認(rèn)知負(fù)荷理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)材料的難易程度和學(xué)習(xí)者的基礎(chǔ)知識(shí)決定內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷。因此，在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)前首先應(yīng)充分分析學(xué)習(xí)者的特征，了解學(xué)習(xí)者的基礎(chǔ)情況；其次，分析教學(xué)內(nèi)容，特別是重點(diǎn)和難點(diǎn)問題對(duì)于學(xué)習(xí)者的難易程度，評(píng)估內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷的高低，這是教學(xué)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。然后根據(jù)Sweller等總結(jié)的原則和策略調(diào)控內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷[2]。

學(xué)習(xí)材料的簡單與復(fù)雜，取決于信息元素間的交互性，即學(xué)習(xí)要素在孤立的情境下被理解的程度。低交互性的學(xué)習(xí)材料在不考慮其它因素的孤立情境下，就能被理解和學(xué)習(xí)；而高交互性的學(xué)習(xí)材料，在孤立的情境下不容易被理解，只有學(xué)習(xí)某個(gè)元素并理解各元素之間的相互關(guān)系后，才能真正理解學(xué)習(xí)材料的意義。例如，在人體解剖學(xué)的學(xué)習(xí)材料中，骨學(xué)部分的內(nèi)容就屬于元素交互性較低的例子，盡管需要掌握大量的醫(yī)學(xué)名詞，但只需記憶就可以掌握；而腦神經(jīng)就屬于元素交互性高的學(xué)習(xí)材料，雖然腦神經(jīng)的名稱能很快被記憶，但還需要掌握腦神經(jīng)的走行、纖維成分與作用才能完全理解。元素的交互性越高，學(xué)習(xí)時(shí)需要工作記憶同時(shí)加工的信息數(shù)量就越多，所產(chǎn)生的內(nèi)在負(fù)荷就越重。綜合度從小到大的策略是指按照元素的交互性，先呈現(xiàn)相對(duì)獨(dú)立的元素，然后逐漸提升任務(wù)的綜合度，這樣分步漸進(jìn)的策略比一步到位的策略更加適用新手學(xué)習(xí)[2]。

因此，人體解剖學(xué)在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先分析各個(gè)章節(jié)對(duì)于學(xué)生的難易程度，對(duì)于學(xué)習(xí)材料按照互動(dòng)性高低高進(jìn)行排序，先呈現(xiàn)相對(duì)獨(dú)立的元素，待后期所有的互動(dòng)性元素到位后再一次性全部呈現(xiàn)所有元素及互動(dòng)性。例如，教師在講授骨學(xué)標(biāo)志或顱底內(nèi)面觀時(shí)，先不要敘述骨學(xué)標(biāo)志是哪塊具體肌肉的附著點(diǎn)或穿過孔裂的具體結(jié)構(gòu)，到后期講肌肉或神經(jīng)血管時(shí)，再把骨性標(biāo)志和肌肉，孔裂和神經(jīng)、血管等元素和元素間的關(guān)系等信息一次性全部呈現(xiàn)出來，以此來減輕內(nèi)在負(fù)荷，加深學(xué)習(xí)者理解。

2.2 根據(jù)注意聚焦原則[2]設(shè)計(jì)多媒體教學(xué)課件，降低外在認(rèn)知負(fù)荷 制作多媒體課件時(shí)，將多種信息源整合在一起成為單一的信息源，按照空間臨近原則和時(shí)間臨近原則呈現(xiàn)信息，并在空間上整合文字與圖表信息，以集中學(xué)習(xí)者的注意力，降低學(xué)習(xí)者的外在負(fù)荷，從而促進(jìn)有效學(xué)習(xí)。

例如，圖片與文字說明應(yīng)該放在一張幻燈片上，而不是分別呈現(xiàn)在兩張幻燈片上；文字說明要與圖片描述的位置相鄰（空間臨近），圖片左邊結(jié)構(gòu)的說明文字放到左邊，圖片右邊結(jié)構(gòu)的說明文字放在右邊，不要相互交叉，并且應(yīng)簡潔不重復(fù)。如果當(dāng)前的學(xué)習(xí)內(nèi)容涉及到前面的知識(shí)時(shí)，要直接關(guān)聯(lián)制作一張相關(guān)知識(shí)的幻燈片，而不是去前面翻頁尋找。

2.3 根據(jù)多種通道原則[2]設(shè)計(jì)多媒體教學(xué)課件和授課方式，降低外在認(rèn)知負(fù)荷 多種通道原則源于圖文信息“視-聽”整合的實(shí)驗(yàn)研究，給對(duì)照組呈現(xiàn)圖形信息和解釋圖形的文本信息，給實(shí)驗(yàn)組呈現(xiàn)圖形信息和口頭講解圖形的言語信息；結(jié)果顯示，邊看圖形、邊聽講解的視-聽組合（多通道）圖文信息的教學(xué)效果明顯優(yōu)于既看圖形又看文本的視-視組合（單一通道）圖文信息的教學(xué)效果[4]。基于上述研究結(jié)果，人體解剖學(xué)應(yīng)結(jié)合多種通道原則進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，制作多媒體課件時(shí)，PPT中的圖片和動(dòng)畫信息不配大篇幅的文字說明，而是配合教師講解或者插入語音，教師授課時(shí)，要讓學(xué)生采用視覺、聽覺等多通道接受知識(shí)。例如，講解內(nèi)囊時(shí)需要回憶傳導(dǎo)束，這時(shí)教師最好找出之前的圖片或動(dòng)畫讓學(xué)生邊看邊聽教師講解，而不是只單純的講解讓學(xué)生自行回憶。

2.4 根據(jù)減少冗余原則[2]設(shè)計(jì)多媒體教學(xué)課件，降低外在認(rèn)知負(fù)荷 教學(xué)設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)冗余效應(yīng)[5]。例如多媒體課件中，如果學(xué)生通過看圖文信息就能理解的知識(shí)內(nèi)容，那再聽教師講解就是多余的；相反，如果只憑借教師講解圖片信息就能聽懂的知識(shí)內(nèi)容，再讓學(xué)生看圖片上的文字信息就是多余的，因?yàn)閷W(xué)生需要將講師講解的內(nèi)容與圖片上的文字信息進(jìn)行加工對(duì)應(yīng)，增加了外在認(rèn)知負(fù)荷。減少冗余原則是指用單一信息源取代各自相對(duì)獨(dú)立的多樣化信息源，從而源減輕對(duì)冗余信息進(jìn)行的非必要加工而產(chǎn)生的外在負(fù)荷[2]。因此提示，教師在制作PPT時(shí)要注意，不要添加過多的文字信息，即使必須出現(xiàn)的文字信息也應(yīng)是概括性的，更加注意不要出現(xiàn)全頁都是文字的情況。對(duì)于學(xué)習(xí)材料比較簡單的章節(jié)，課后總結(jié)的頁面只需提供圖文信息讓學(xué)生自己思考即可，此時(shí)教師不需要再次講解，而是做適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)提示；對(duì)于學(xué)習(xí)材料比較難的章節(jié)，課后總結(jié)頁面應(yīng)是只提供圖片信息，同時(shí)教師進(jìn)行總結(jié)歸納。例如，講述循環(huán)系統(tǒng)的知識(shí)需要復(fù)習(xí)大小循環(huán)的內(nèi)容時(shí)，只需要提供大小循環(huán)的路徑圖，無需附加口頭說明。

2.5 根據(jù)自由達(dá)標(biāo)原則[5]設(shè)計(jì)課堂問題和課后思考題，降低外在認(rèn)知負(fù)荷 Sweller等通過大量實(shí)驗(yàn)證明，自由達(dá)標(biāo)的任務(wù)可以避免逆向探究而降低外在認(rèn)知負(fù)荷，通過降低問題的目標(biāo)明確性，可以提高學(xué)業(yè)成績和遷移的程度[6]。因此，在人體解剖學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)自由達(dá)標(biāo)原則設(shè)計(jì)開放性的課堂問題和課后思考題，以降低學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)的外在負(fù)荷。例如，課后作業(yè)讓學(xué)生“在自己身上標(biāo)記出盡可能多的骨性隆起、肌肉的位置”，而不是“下列骨、肌肉描述錯(cuò)誤的是什么”；提問“所有可以治療闌尾炎、膽囊炎的給藥途徑”，而不是“膽囊動(dòng)脈、闌尾動(dòng)脈是哪個(gè)動(dòng)脈的分支”；提問“思考臨床經(jīng)橈動(dòng)脈、股動(dòng)脈介入手術(shù)治療冠狀動(dòng)脈硬化導(dǎo)致的心機(jī)梗死的途徑”，而不是“左右冠狀動(dòng)脈的分支是什么或上肢的動(dòng)脈組成是什么”等。

人體解剖學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)于學(xué)生理解繁雜的解剖知識(shí)具有非常重要的作用，本文結(jié)合認(rèn)知負(fù)荷理論提出的教學(xué)設(shè)計(jì)要義，從調(diào)控內(nèi)在負(fù)荷和降低外在負(fù)荷兩方面對(duì)人體解剖學(xué)教學(xué)過程進(jìn)行設(shè)計(jì)，以減輕學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，提高教學(xué)效果。隨著認(rèn)知負(fù)荷理論研究的逐漸深入，基于認(rèn)知負(fù)荷理論進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的探索可以擴(kuò)展到醫(yī)學(xué)課程的其它學(xué)科，以提高醫(yī)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、改善教學(xué)效果及提高醫(yī)學(xué)教學(xué)的水平。