1、基于认知负荷理论的远程教育微课教学设计原则摘要：目前数字教育资源海量化，但优质教育资源依旧不足。优质教育资源的产出需要好的教学设计。根据基于认知负荷理论的梅耶多媒体教学设计原则提出了远程教育微课教学设计原则框架，包括减少外来认知加工的原则、善用必要认知加工的原则和促进生成认知加工的原则。并将其应用在城市燃气工程技术专业核心课程的微课教学设计实践中。实践与调查研究表明，利用微课教学设计原则进行教学设计的微课在各项微课评价指标测评中均占绝对优势，尤其在情景创设、问题设计、兴趣培养和思维表征等方面表现突出。关键词：认知负荷；多媒体认知学习理论；多媒体教学理论；远程教育；多媒体教学设计原则；微课中图分
2、类号：G432 文献标志码：A 文章编号：2095-5383（2017）04-0058-05Abstract：At present，digital educational resources are massivelyproduced，but the quality educational resources are still not enough.Theoutput of quality educational resources is guided by good instructional design.In the light of multimedia teaching desig
3、n principles of Mayer based oncognitive load theory（CLT），the design principles framework of micro-lecture teaching was proposed，including reducing the external cognitiveprocessing principle，efficiently implementing the necessary cognitiveprocessing principle and promoting the formation of cognitive
4、processingprinciple.Then，the proposed framework was applied to the teaching designpractice of micro-lectures of the core courses of urban gas engineeringtechnology specialty.Practice and investigation show that the micro-lecturesbased on the micro-lecture teaching design principle framework have sup
5、eriorperformance in various micro-lecture curriculum evaluation index tests，especially in the fields of scenarios creation，knowledge application，question design，interest cultivation and thinking representation.Keywords：Cognitive Load Theory；Multimedia Cognitive Learning Theory；Multimedia Teaching Th
6、eory；Distance Education；Multimedia Teaching DesignPrinciples；Multimedia Instructional Design；Micro Lectures0 引言中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议明确提出要“推进教育信息化，发展远程教育，扩大优质教育资源覆盖面”1，进一步扩大优质教育资源覆盖面是构建“人人皆学、处处能学、时时可学”的学习型社会的主要推进方式。当前数字教育资源海量化，但优质教育资源依旧不足2。优质教育资源是资源共享渠道畅通、共享机制健全的前提；而优质教育资源的产出需要好的教学设计。教学设计属于教学科
7、学研究的范畴。教学科学的任务是“创造以经验证据为基础的一系列原理，这些原理可以帮助和促进人的学习”3。著名的教育心理学和认知心理学家梅耶提出了基于认知负荷理论（Cognitive Load Theory，CLT）的多媒体教学设计理论。CLT 认为人的工作记忆是有限的，而长时记忆的容量几乎是无限的，教学的主要功能是尽量在长时记忆中以图式方式存储信息。只有认知负荷恰当适中，才会对学习产生积极的效果4。梅耶及其团队提出的 10 条多媒体教学设计原则就是建立在约 100 项实验研究的基础上为教育设计实践提供的具有处方性意义的行动指南。本文在国家开放大学城市燃气工程技术专业核心课程微课建设基础上展开理论
8、与实践研究，根据基于认知负荷理论的梅耶多媒体教学设计原则提出了远程教育微课教学设计原则框架，并以此实践指导微课教学设计过程，验证了其有效性。1 理论基础1.1 認知负荷理论对多媒体教学设计的指导意义CLT 是由澳大利亚新南威尔士大学的认知心理学家约翰斯威勒（John Sweller）以穆勒（Miller）等人早期的研究为基础于 1988 年首先提出来的5。CLT 把人类的认知结构分为两个部分：工作记忆和长时记忆。其中工作记忆又称为短时记忆，它的容量是有限的，一次只能存储 59 条基本信息。并且存储在工作记忆中的元素之间的交互也需要占用工作记忆空间，能同时处理的信息数量就更少了，一次只能处理 2
9、3 条基本信息。但长时记忆的容量几乎是无限的，其中存储的信息既可以是小的、零碎的信息，也可以是大的、复杂交互、序列化的信息。长时记忆是学习的中心，如果长时记忆中的内容没有发生变化，持久的意义学习则不可能发生。认知负荷理论认为教学的主要功能是试图在长时记忆中存储信息。成都工业学院学报 http：/ 20 卷人类内在的认知架构和外在的教学措施通过 CLT 紧密地连接在一起，并且 CLT 在两者之间建立起了有效的映射关系，很多学者在 CLT 基础上提出并验证了一系列具体有效的教学设计原则。20 世纪 90 年代末，梅耶和莫雷诺（Moreno）首次讨论了认知负荷理论中的三种面向多媒体学习的认知负荷，即
10、内部认知负荷，外部认知负荷和相关认知负荷。内部认知负荷是由学习材料的本质与学习者的专业知识之间的交互形成的，教学设计者无法对它产生直接的影响。外部认知负荷是在内部认知负荷之外的额外的负荷，主要是由不当的教学设计引起的。相关认知负荷是指与促进图式构建和图式自动化过程相关的负荷。外部认知负荷和相关认知负荷可以通过教学设计调节。三种类型的认知负荷在量上是叠加的。为了促进有效学习的发生，教学设计者在教学过程中应尽可能减少外部认知负荷，增加相关认知负荷，并且使总的认知负荷低于学习者个体能承受的认知负荷总量。上述三类认知负荷对应三种认知加工，即必要加工（Essential Processing）、外来加工
11、（又称无关认知加工）（ExtraneousProcessing）以及生成加工（Generative Processing），并由此构成了梅耶多媒体学习的认知负荷三元模型，如图 1 所示。好的多媒体教学设计应该在教学中实现对有限认知资源的最优配置。尽量减少外在认知加工，善用必要认知加工，促进生成认知加工6，这也是认知负荷理论对多媒体教学设计的关键指导意义所在。1.2 多媒体认知学习理论到多媒体教学理论的转化多媒体认知学习理论的最终目标是试图解决这样一个实践问题：如何对多媒体教学进行组织，并应用更有效的教学策略帮助学习者进行有效学习7。严莉等认为，梅耶在多媒体认知学习理论模型的基础上，通过引入认知
12、负荷理论的思想与方法，创造性地实现了由学习理论向教学理论的转化，衔接了教学、学习以及技术之间的交叉联系，进一步证明了多媒体教学设计理论的科学性和合理性8。梅耶深入研究了多媒体学习的认知规律，依据双通道假设、容量有限性假设和主动加工假设的心理学原理提出了 10 条多媒体教学设计原则以及这些原则使用的边际条件和详细的认知加工处理指导，并进行了大量的实验研究，是有扎实的理论基础和实证经验的。梅耶 10 条多媒体教学设计原则具体有减少外在认知加工的一致性原则、信号原则、冗余原则、空间接近原则和时间接近原则；善用必要认知加工的分段原则、前训原则和通道原则；促进生成认知加工的多媒体原则和人性化原则。2 远
13、程教育微课教学设计原则框架微课是指运用信息技术按照认知规律，呈现碎片化学习内容、过程及扩展素材的结构化数字资源。据调查，目前远程教育学习者有一定工作经验，但专业基础理论知识和自主学习能力薄弱，超过 50%的本科学生没有远程求知经验9，且学习时间零碎。微课短小精干、主题突出、相对完整以及多样传播等特点尤其适合远程教育，能满足原有知识水平低的学习者的学习需求。为了让学习者对学习材料主动进行选择、组织及整合，理解所学知识，并将所学知识的一般原理迁移到各式各样的现实情景中解决问题、完成任务，有效实现学习迁移，在进行微课教学设计时，要科学遵循基于认知负荷理论的多媒体教学设计原则，使负荷总量低于学习者能够
14、承受的认知负荷，尽可能减少外在认知加工、擅于利用内部认知加工，从而促进生成性认知加工，并实现最终的意义学习。依据梅耶多媒体教学设计原则以及远程教育学习者的知识水平，本文提出远程教育微课教学设计原则框架，如图 2 所示。3 远程教育微课教学设计原则解析及其在实践中的应用3.1 聚焦要义原则聚焦要义原则是指在多媒体教学设计中，删除那些与教学目标达成无关的文字、图片和声音等所谓的“花边细节”（Seductive Details）。梅耶提出应当删除那些有趣但又无关的文字和画面、声音和音乐，删除那些多余的文字和符号3。这样做的目的是为了尽量降低认知负荷、有效利用学习者有限的认知资源。“花边细节”会“分散
15、”学习者的注意力，“占用”有限的工作记忆，甚至“误导”学习者将无关的学习材料组织到原有的知识结构体系中，从而“破坏”学习者长时记忆中的认知图式，达不到预设的教学目标。聚焦要义原则对工作记忆容量较小或专业领域知识水平较低的学习者更为有效。聚焦要义原则应用在城市燃气工程技术专业微课教学设计中应考虑以下两个问题：一是背景音乐的取舍；二是关键知识点文字的显现。微课样片显示：制作公司选取和教师语速匹配的背景音乐；有时甚至出现“黑板搬家”的情况，教师的讲述内容与屏显文字完全吻合。根据聚焦要义原则，修改后的成片取消了背景音乐；同时只屏显提炼后的关键文字。3.2 导学原则导学原则是指在多媒体教学设计中，如果适
16、当引入一些引导，给学习者学习提示，突出主要学习材料的组织，那么学习者的效果会更好3。在多媒体学习中，如果学习材料难度大，需要大量的内在认知加工；或者是與教学目标无关，但又因为能提高学习者的学习兴趣从而无法舍去的花边细节过多，导致学习者无所适从，难以对基本材料进行认知加工，加重学习者的认知负荷。这时如果能加入一些提示或线索，有助于让学习者忽略修饰成分，将注意力直接引向关键学习材料；节约有限的认知容量来加工关键学习材料，去掉加工无关材料的认知需求，毫无疑问这将促进学习者学习。工程力学基础课程涉及了结构力学、材料力学及理论力学三大力学。主讲教师在微课教学设计中引入了“导学”，理清了三大力学之间的关系，分析比较了三大力学分别解决工程中的问题类型。并通过工程实例的引入，课程内容对应的力学类型和应采用的学习方式都给学习者提前做了引导。学习者在后期的学习中，能够根据导学有针对性地完成学习，促进学习目标的有效达成。