认知负荷理论视域下中职专业课程教学设计

许伟红

摘要：以认知负荷理论从信息加工角度科学分析学情，中职学生学习中存在前知识水平低、学习材料交互性高、认知水平差异大和学习动力、兴趣不够的问题，形成了专业课程学习中内部认知负荷高，个体间认知负荷差异大和关联认知负荷低的一般现实。从降低外在认知负荷，兼顾认知差异和提高关联认知负荷的角度设计教学，在组织和呈现信息时，综合考虑学习材料的复杂性、学生的前知识水平，对教学内容和材料进行可视化、微型化和多样化设计，以适合中职学生认知需要，提高学习效率。

关键词：认知负荷理论;专业课程;教学设计

中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1673-9094-（2019）05C-0016-03

随着职业教育教学改革的不断深入，课堂教学的效益和人才培养的质量越来越受到广泛关注。教育是基于人的，课堂教学是教师领导着学生间接认识世界的过程，教学设计强调教师对学生学习状态、新知识理解水平等方面的诊断分析，主张以学定教，即“基于学的教”，凸出“学生立场”“学生意识”。但日常教学设计中，教师对学生的分析更多地只停留徘徊于学生的学习状态上，学情分析只是表象性的在感知层面和经验层面被描述为“学习缺乏动力”“对学习缺乏兴趣”“学习态度不端正”等，而忽视了学生认知层面的科学分析。这样的教学设计没有以学生原有的知识经验作为新知识的生长点，没有根据学生已有的经验基础和不同的知识能力水平来开展教学，不能适应学生发展的需要。

一、认知负荷理论对中职专业课程教学设计的启示

认知负荷理论是继建构主义理论后的又一个心理学理论，其主要观点认为，人的认知结构由工作记忆和长时记忆组成，其中，工作记忆的容量非常有限，但长时记忆的容量本质上是无限的。学习的过程实质是工作记忆理解和处理教学材料，并将获得的信息加工、编码，以图式的形式储存到长时记忆中的过程。由于工作记忆容量有限，如果学习者所要加工的信息量超出了其工作记忆所能加工的信息量，学习就变得无效。[1]认知负荷理论认为，每一位学习者所经历的各种认知活动，都需要消耗认知资源，若所有活动所需的资源总量超过了工作记忆的容量，个体就会产生认知负荷，从而影响学习或问题解决的效率。

认知负荷被认为有三种类型：内部认知负荷，外部认知负荷和关联认知负荷。[2]内部认知负荷主要取决于学习材料的复杂程度和学习者前知识水平间的交互;外部认知负荷主要取决于学习材料的组织、呈现形式，通常由不当的教学设计引起;关联认知负荷是与学习者在学习过程中努力程度相关的认知负荷。其中，内部认知负荷和外部认知负荷对学习活动具有反向干扰作用，而关联认知负荷对学习活动具有正向促进作用。学习活动中，三种认知负荷相互叠加，相互作用。

认知负荷理论从信息加工的角度为中职专业课程教学科学分析学生学情，尤其是从认知层面分析，科学选择符合学生认知特点和水平的教学策略与方法提供了依据。教学预设，要客观认识和分析学生学习中存在的认知负荷，使总的认知负荷不超出他们能承受的负荷范围，以保证学习活动与学生的认知能力和水平相匹配相适应，保证学习活动的有效性。

二、中职学生专业课程学习中的认知负荷分析

根据认知负荷的类型及其成因，对中职学生專业课程学习中的认知负荷进行分析。

1.学生前知识经验弱（基础能力薄弱）。任何学习活动，都涉及学习者原有的认知结构，学习者是以其自身已有的经验和前知识，来理解建构新的知识与信息的。他们根据已有经验，利用前知识，对外部信息进行主动的选择、加工和处理，从而获得自己的理解和意义，最终形成自己的知识结构。由于教育的选拔与甄别，入读中职学校的学生普遍前知识经验弱，复杂或繁琐的学习内容会增加他们的内部认知负荷。

2.学习材料内容交互性高。中职专业课程都有自己的理论体系，尤其是工科类专业，内容高度交互。以汽车制动系统中的制动器为例，其工作原理分析关联了机械制图、机械传动以及液压传动等学科方面的知识，液压传动又关联了物理学科的知识。高度交互的学习材料，需要操作多种信息元素，并同时理解各信息元素间的相互关系，才能真正理解所学材料的意义，对于具有高水平前知识经验的学习者而言，可以轻松选择已有信息建立新的图式，但对于只有低水平前知识经验的中职学生而言，高度交互的学习材料是认知过程中的负担，会增加他们的内部认知负荷，阻碍他们的学习活动。中职专业课程教学要结合学生的前知识经验和学习材料的交互性，通过改变学习材料的组织和呈现方式，降低学生的认知负荷。

3.学生认知水平差异大。学习材料的复杂性一方面取决于材料本身的特性，另一方面还取决于学习者的前知识和图式。对一个学习者而言难而复杂的学习材料对另一个经验更丰富的学习者而言却可能是简单的，同一学习材料，对于不同前知识水平的学生，其产生的认知负荷是不同的。中职生较普高生的认知差异悬殊更大，仅以中考分数（满分750分）为参照，普通高中在校生差异最多200分，而中职一个班学生中考成绩分差往往在400分以上。因此，中职专业课程教学设计须兼顾不同认知水平的学生，采取多元化的资源形态调节他们的认知负荷，促进他们更好发展。

4.学生学习动力和兴趣不够。由于过往挫败的学习经历，中职学生对于学习普遍存在习得性无助感，学习的动力不足，兴趣不浓厚，稍有困难，就会退缩和放弃，学习活动中关联认知负荷低。中职专业课程教学设计在教学内容与形式上要帮助学生跨越认知上的障碍，激发学生学习兴趣，提高关联认知负荷。

三、 认知负荷理论视域下中职专业课程教学的设计

综合考虑中职学生前知识水平低和中职专业课程内容复杂，需要很强信息加工处理能力，中职学生个体与个体间存在认知特点和水平差异较大的矛盾，需要研究教材，从教学内容和学习材料的设计入手，设计多样化的呈现方式和多元化的资源形态，降低由此产生的认知负荷，激发学生学习兴趣，提高关联认知负荷。

1.可视化设计。中职专业课程中很多以文字符号表征的概念和工作原理，以及无法直接观察、经历和体验的现象，都是中职学生高认知负荷的学习内容。以可视模式（图形、图像等）为代表的视觉呈现方式包含很高的信息内容， 能帮助学生在问题间建立起具体而清晰的联系，减少相关匹配信息的搜索，降低学习过程中的认知负荷。教学中对这些以文字符号表征的内容进行数字化采集，以动画演示、教学视频等形式呈现，具有良好的交互体验，能化抽象为形象，可以快速帮助学生想象整个问题。以汽车制动器的工作原理分析为例，运用动画演示其完整的工作过程，从脚踩下制动踏板，液压缸内部容积变化油液受到挤压，制动轮缸活塞向外张开，制动轮缸活塞在油液压力作用下向外推动制动蹄，直至制动蹄上的摩擦片与制动鼓紧紧贴合，产生足够大的摩擦力，使得制动鼓停止转动，一系列无法直接观察的现象都被直观地以数字媒体展现。不仅清晰表达了各零部件结构和相互间的关系，更形象地表达了构件间的相互运动，学生只需要在工作记忆中操作少数信息元素就可以开展有效的学习。尤其是新知学习的起始阶段，学生的大脑中还没有形成所学新知的基本图式，可视化的呈现形式更能帮助他们形成一定的认知支架。

2.微型化设计。复杂的教学内容，包含了很多的关联元素，要完全理解，必须将这些关联元素同时在工作记忆中进行处理。如果教学内容自身的关联元素数量大于工作记忆能够处理的数量，就会很难理解。许多前知识水平高的学习者可以自己将学习内容分成许多小单元，并将这些小单元恰当地排序，进而便于知识建构。对于前知识水平低的中职学生，教师可对传统的大容量、大粒度课程知识内容进行知识点提炼，开发有效的课程学习资源，帮助学生分离关联元素。将教学资源分割成相对独立、内容简短的小单元、小模块，制作成微型化教学资源。如微课、微视频等，以分离的形式呈现出来，经工作记忆进行处理，并存储到长时记忆中以降低学生的认知负荷。学生根据自己的学习基础选择所要学习的内容，控制信息单元呈现的顺序，通过控制学习节奏和学习序列恰当地平衡工作记忆中一次加工信息的速度和总量，避免认知负荷超载。微型课程教学资源不仅就现学的课程内容进行建设，还可将与之关联的前知识加以设计，弥补学生前知识的不足，使教学内容与学生的信息加工能力、前认知水平匹配。如，液压传动主要关联的是初中物理的帕斯卡原理，学生如果对帕斯卡原理已经遗忘或原本就不理解，学习液压传动就会有高认知负荷，教师可将帕斯卡原理制作成微型化教学资源供学生选择学习。

3.多元化设计。整体上，中职学生的前知识水平相对较低，但个体上学生的认知水平和能力存在较大差异，相同的教学材料，对于具有不同前知识水平的学生而言，其产生的认知负荷的数量和种类是不尽相同的。因此，中职专业课程教学的设计还要兼顾不同层次的学生，设计多元化的教学资源，实施“个性化”的教学。例如，前知识水平低的学生，在教学资源设计上要多提供一些诸如表格、思维图等引起较低认知负荷的内容， 防止他们因认知负荷超载而降低课堂学习效率。对于前知识水平较高的学生，则需要为他们提供一些内容交互性高、复杂的材料，在保证负荷总量不超标的情况，让他们尽量满负荷工作，以实现最大化发展。[3]

从认知负荷视域深入分析中职学生专业课程学习中認知负荷的类型及产生原因，并根据学生个性特点和认知差异对课程教学内容进行设计，可恰当调控学生的认知负荷，构建出适合学生工作记忆加工的学习对象，以支持和促进学生的学习。认知负荷理论帮助我们深刻理解了学习的信息加工过程，为“以学定教”提供了有力的指导。

参考文献：

[1]唐剑岚，周莹.认知负荷理论及其研究的进展与思考[J].广西师范大学学报：哲学社会科学版，2008（2）.

[2]陈巧芬.认知负荷理论及其发展展[J].现代教育技术，2007（9）.

[3]先强，韦斯林.国外认知负荷理论与有效教学的研究进展及启示[J].全球教育展望，2009（2）.

责任编辑：许洁