基于认知负荷理论的网络课程信息设计探析

2012-11-24梁琳娜

浙江交通职业技术学院学报 2012年4期

梁琳娜,杨帆

(浙江交通职业技术学院,杭州 311112)

0 引言

随着计算机技术的日趋成熟,人类进入了信息化的社会。在教学应用上,多媒体也成为了授课的主要手段之一。多媒体教学软件将图片、语言、声像等多种媒体组合起来,呈现给学习者的界面更为生动,内容更为精彩。与单一媒体的呈现相比较,这种丰富的多媒体信息呈现方式,更加吸引学习者学习的兴趣和注意力,增强学习者对教学内容的理解和记忆,提高学习效率和学习质量。但是媒体的呈现方式是否与学生的认知规律相符合,是否会产生理想的学习效果,仍然是一个值得探讨的问题。

认知负荷理论这一概念是澳大利亚教育心理学家John Sweller在二十世纪八十年代末提出来的,在90年代得以扩充和发展。他指出认知负荷与短时工作记忆内的记忆单位数目有关。当学习过程中的信息处理数量过大,超过了学习者所能负荷的记忆量时,将阻碍学习者的吸收能力。本文结合与多媒体学习相关的认知负荷理论、多媒体学习理论及双重编码理论,经过实践教学的不断研究、改革和探索,进一步归纳出能提高学习者学习的多媒体信息设计方法。设计配套的多媒体学习信息设计模型,以《发动机机械系统故障与诊断》网络课程为基础,进行研究探索,总结出适合学生学习和认知的多媒体设计原则。

1 认知负荷理论的基本概念

1.1 认知负荷的概念

“认知负荷”系指个体在执行某种工作、作业或任务的过程中,个体所感受到心智负荷与心智努力的负载状态。就信息处理理论而言,“认知负荷”系指运作记忆的负荷。CLT认为学习的过程要求工作记忆积极地用于理解和处理材料信息,同时将即将掌握的信息编码以图式的形式储存在工作记忆中,但因工作记忆容量的局限性,若信息编码过多,使得工作记忆的处理能力超负荷,学习就会无效。而长时记忆中的图式则根据信息元素的使用方式来储存信息编码,此类以提供知识组织和存储的机制,可以减轻工作记忆负荷。

1.2 认知负荷的特性

(1)假设性:由于学习者的心理与情绪存在着个体差异,即使学习者处于相同的学习环境,授予相同的学习内容,仍会导致学习者的学习效果存在差异。

(2)波动性:由于认知负荷具有假设性的本质,所以当影响学习成就诸因素的作用发生波动时,认知负荷会随之而变动。

(3)互动性:认知负荷是在学习者的内在条件应对外部条件的前提条件下产生。

(4)个别性:当相同的一项任务或学习加注于学习者,最终产生的认知负荷,会因学习者的个体差异,产生不同的效果。

(5)多重结构性:Jex认为认知负荷是在多重输出与多重输入的动态系统的基础上构建,且具有复杂性和多面向性的特点。

(6)可操控性:调节和把握认知负荷的由来,能够影响学习者的认知负荷。

(7)有限性:学习者的认知负荷量并不是无限大的,存在一定的负荷限量。

2 双重编码理论

佩维奥提出了双重编码理论 (Paivio,1986;Clark&Pavivio,1991)。Paivio于1986年所提出的双码论认为,人类的心智结构与信息处理过程中包含了两个符号系统,其中一个为语言性系统,另一个为非语言性系统,这两种系统分别建立了语言与非语言的表征 (见图1)。

外界的信息同时以语言和非语言系统刺激,造成感官收录,让学习者对信息进行编码,如图像与文字同时呈现,比单独的使用语言系统或非语言系统进行刺激更容易让学习者编码而储存至记忆。将信息使用多种途径的编码方式,个体除了经由语言性刺激 (例如文字或语音)之外,还可以经由非语言性刺激 (例如静态图像或动画)来进行多方面的连结,当信息间的相关性越多,那么可与旧经验相互联结的线索也越多。信息传递学习论也印证一段信息要进入长期记忆需要情节记忆与语意记忆,如编码的关联性越多,让记忆检索的速度也越快,那么记忆也就会越久。

图1 双重编码模式

3 认知负荷在多媒体网络学习中的表现形式

3.1 复杂的用户界面引起学习者心理焦虑

目前的一些学习网站和网络课程,过于追求用户界面和交互性的新颖性、独特性设计,存在着页面色彩繁多、交互种类过于丰富、动态滚动区域设计太多等问题。这些都会使学习者找不到学习内容的重点,引起他们的心理焦虑,对于初学者来讲,尤其如此。复杂的界面和交互还会分散学习者的注意力,增加他们的认知负担。

3.2 非线性的信息结构占用学习者的认知资源

传统的教学材料中,大多信息是以线性方式呈现,学习导航方面几乎不需要占用学习者的认知资源。学习者在复杂的导航中迷航会使学习者在网络学习中产生挫折感,学习积极性和主动性会降低,影响学习效率。

3.3 冗余信息的存在影响学习者的信息加工

学习者学习过程中,当需要容纳或加工的信息超出工作记忆的限度时,会引起认知疲劳,学习者常常表现出迷茫、无措、烦躁和焦虑等现象。目前的很多网络课程或学习资源中都存在着一些重复、多余的信息,比如为了吸引学习者的注意力,在教学材料中插入过多的图像等,这类多余的装饰信息会干扰学习者的学习,占用其有限的认知资源,加重认知负荷,不利于学习者的进一步学习。

3.4 信息技术能力的要求影响学习者 “心理能量”的付出

网络学习中,学习者主要通过与网络学习环境之间的交互获取知识与技能。如果学习者学习之前不具备相关的信息技术能力,在其学习和信息加工过程中,工作记忆就无法从长时记忆里提取这方面的信息,那么学习者就必须要分散部分 “心理能量”来思考、学习这方面的问题,从而加重认知负荷。

4 基于认知负荷理论下的网络课程设计

4.1 多媒体信息呈现设计

目前人们往往忽视网络课程的视觉设计,认为它是次要的、装饰性的,因此经常会把它忽略。网络课程多媒体信息主要通过各种素材进行呈现,常用材料有文本素材、图像素材、声音素材等。教学过程中,信息呈现的主要问题在于如何能够在教学实践的各个环节中,设计出一套最适合、最有效的教学信息,来完成预定的学习目标。作为传递信息的媒介——媒体信息,并不能任意的适用于所有的场合。为达到优化教学效果的目的,教学信息可通过使用一种或者几种媒体信息组合进行呈现,当然前提在于设计者掌握各类多媒体的信息特性,明确教学目标、教学内容的基础上。在多媒体教学材料设计的过程中应避免产生额外的认知负荷效应,尽量减少给学习者带来额外的认知负荷。

如何合理呈现网络课程多媒体信息,结合认知负荷的相关理论,笔者认为在设计过程中应关注以下五个方面的问题:

(1)依据双编码理论,学习者是视觉和言语两种编码的加工过程,两者之间相互促进对信息的理解,其中视觉加工主要以图像作为依据,而语言能将图像的信息深层次表达。与单纯的文字信息表达相比,当图形搭配恰当的语言文字,显然后者更易于被学习者吸收。

图片信息作为构建多媒体网络课程界面的主要成员之一,它囊括了图形、图片、图标等多种形式。与文字信息的呈现特点相比,图片信息具有形象直观的特点,许多使用文本信息无法表述的内容通过使用图片的形式就能轻而易举的描述出来。在实际的界面设计过程中,图片信息的呈现方式往往不是单一的,而是通过各种形式进行组合呈现,其表现方式呈现多样化。

(2)在学习者工作过程中所产生的记忆存储负担,可通过多媒体信息组接时保持其时间和空间上临近的方式来达到降低。设计者可采用同步技术、文本结合图像,或者视频结合解说等方式,使学习者能够在有限的时间里联接语义,完成信息的整合。

(3)当学习者的视觉被图像、文本等各种多媒体资料占据时,就会产生过多的视觉资源,过量的信息竞争会导致学习者的工作负荷加重,无法对有效信息进行加工,反而不利于促进学习。

(4)在图表的合适区域放置一段相关的说明性文字,可促进学习者掌握图表信息。Mayer和Gallini发现,学习者在学习过程中,若遭遇一些不连续的文字或者某些无标示的图片时,会被迫对此类文字和图片信息进行联系加工,结果就增加了学习者的认知负荷。

(5)多媒体信息在组接的过程中,相互之间或多或少存在着必然的联系。在设计多媒体信息组接时,应剔除无关的、修饰性的多媒体信息,避免其不同步性的呈现给学习者带来不必要的认知负荷,从而减少学习者的内在认知负荷。

4.2 网络课程结构的设计

超文本信息组织方式无法取代的优势迫使网络课程信息在构建组织时采用其呈现形式。它主要有三个方面组成,包括节点、链和网络。在网络课程信息设计中,节点是组成网络课程信息结构中的各种教学模块,链就是连接各个教学模块的路径,而网络则是课程的整体结构布局。灵活的检索路径和丰富的资源是超文本信息组织方式的优点,该优点在很大方面切合了学习者的认知灵活性特点。但与此同时我们也能清楚的认识到其存在的不足之处。由于其信息网的庞大性,一般用户较难掌握其复杂的结构特征,从而增加了用户的认知负荷。

针对上述问题,结合认知负荷相关理论,笔者认为可以通过以下三个方面来减少学习者的认知负荷:

(1)导航设计

超文本表征方式通常被设计者使用在多媒体学习材料中,用来展现教学内容。设计者利用图像、文本、视频等各类多媒体信息,为学习者营造一个具体生动的学习环境。学习者在这个多媒体环境中可自主安排选择适合自己条件的学习策略和学习内容,灵活而自由的浏览各个知识点,在不同的主题间相互切换,从而大大提高学习的自主性。

导航设计就是网络课程中指向各信息节点链的设计。适当的导航设计能为网状知识结构中学习提供即时有效的引导,也直接决定了网络课程的使用效率。合理的导航设计应该建立在适合学习者的认知心理基础上,并做到简洁、条理清楚。结合认知负荷理论,笔者提出几点设计导航:

①采用合理显示多窗口、使用导航地图等能改进用户界面的技术来减少学习者在学习过程中的负荷。

②通过使用各种控件链接节点,尽可能做到教学窗口一步返回子目录或主目录页面。

③在满足使用的前提下,尽可能的减少链接的设置,避免给学习者带来不必要的认知负荷。

(2)课程信息节点设计

网络课程界面设计时需呈现的节点数量多少及内容的大小取决于该课程教学计划所安排的知识点和教学内容,以及界面设计过程中使用到的多媒体信息。合理的节点设计,首先应设计合理的节点数,应尽量避免同时呈现具有干扰性的节点,减少甚至避免冗余节点;同时对于节点内容的大小,也应符合学习者的认知负荷,合理设置文本节点,有效发挥超文本结构的优点,尽可能的降低学习者的认知符合。当然这并不意味节点越小越好,过小的节点,同样也会有不足之处,比如会导致教学内容的不完整性。

(3)网络信息结构设计

网络课程信息结构常用的组织形式有三种,分别为树状结构、线性结构和超文本结构。其中超文本结构作为必选的一种组织形式,在实际的应用中并不是以单一的形成来呈现。虽然这三种组织结构都有自己的优点,比如 “树状”结构用来构建课程的整体结构,“线性”结构在介绍课程重点内容和诠释新知识点时更具备优势,而 “超文本”更广泛的被应用 “节点”内和 “节点”间。但大量的实践研究显示,合理的网络课程组织呈现,并不只采用其中的一种,往往都是穿插使用两种甚至两种以上。

5 结语

本文最终对《发动机机械系统故障与诊断》网络课程学习效果以调查问卷形式进行调查研究。根据回收的调查问卷来看,共有53名同学参加了调查,其中38名男生,15名女生。与本论文研究主题相关的调查结果分析如下:

5.1 学习内容

从内容呈现方式和视频资源作用两方面分析,49.06%的被调查者认为该网络课程学习内容呈现方式很合理,28.30%的被调查者认为该网络课程学习内容呈现方式比较合理。大部分学生对《发动机机械系统故障与诊断》网络课程的内容呈现方式比较认可。这说明在网络课程的设计中运用多媒体学习理论的相关研究成果是必要和可行的。55.60%的被调查者认为视频动画资源在学习过程中能起到很大的作用,28.30%的被调查者认为视频动画资源在学习过程中能起到比较大的作用。所以,绝大多数学习者喜欢通过视觉、听觉媒体材料进行学习,这个呈现方式在学习过程中比较直观,容易理解,更易于掌握。对于视频动画的偏爱更加证明了多媒体学习理论中 “多媒体认知原则”、“双重编码理论”、“形象化原则”的科学性和普遍性。