认知负荷理论与大学英语翻转课堂设计

○史虹涛

(大连大学英语学院，辽宁 大连 116622)

翻转课堂，即“Flipped Class Model”，一般被称为“翻转课堂式教学模式”。2007年翻转课堂起源于美国，两位化学老师将录制好的影片上传到YouTube网站，供缺课的学生在家观看。2011年，随着可汗学院(Khan Academy)、慕课(MOOC)以及TED(Technology Entertainment Design)视频的发展，“翻转课堂”这个概念更加广为人知，也成为各个学校教学改革的热点。目前，国内研究主要集中在翻转课堂在各学科的应用，却鲜有人关注翻转课堂教学设计在学生学习过程中产生的认知负荷相关问题。研究显示，教学活动符合学生的认知规律是有效教学的前提。本研究从认知负荷理论角度，讨论大学英语翻转课堂教学设计中应遵循的原则。

一、认知负荷理论起源与内涵

认知负荷(Cognitive Load)最初来自欧美的人机工程学和人因工程学，主要从心理、生理与认知方面探讨工作和任务对执行者的影响。上世纪八十年代，澳大利亚心理学家Sweller首先将此观念引入教育，提出认知负荷理论(Cognitive Load Theory，CLT)。Sweller(1998)认为，学习者在信息的接受、处理与运用的过程中，因为信息内容、学习环境、传输环境与互动方式等因素超过了学习者所具备认知能力，在“心理”或“生理”等方面引起负担和焦虑。“认知负荷”所呈现的是一种“认知能量”，在学习过程中一些与学习内容无关的信息会占据“工作记忆”的容量，进而产生认知负荷，对学习产生负面影响。Sweller指出传统的问题解决法太强调解题技巧，学习者必须使用大量的认知记忆能力，导致没有多余的认知能力来从事学习与获得基模，因而造成认知负荷。此外，认知负荷与短期记忆中的记忆单位数有关，个体若将一大堆的记忆项目贮存在短期记忆内，则容易形成过度的认知负荷。因此，Sweller等人将“认知负荷”定义为:“将特定工作加诸于个体认知系统时，所产生的负荷量”。

Paas认为认知负荷涉及学习者的心智努力程度及所知觉的学习内容困难度，包含心智负荷及心智努力两面向，在学习上当个体心智努力程度或所知觉的困难度越大，则其认知负荷越大。［1］429-434因此，工作任务太过困难，或者工作需要投入极大心力，这都容易造成认知上的负荷过重。认知负荷程度将影响学习者的学习能力的发挥，进而对学习成效产生影响。因此，教学应该根据人类认知系统的结构与特征进行设计，这样才能促进学习。

Paas指出学习者的认知负荷来自以下三个方面:［2］122-133

1．工作任务:工作任务的类型、激励类型、激励及期望程度等。

2．学习材料:学习内容、学习材料编排方式、信息编排方式、教材呈现方式及教材组织方式等。

3．学习者特征:学习者对学习材料的背景知识或经验、认知方式、认知能力、认知风格、动机等。

Sweller(1998)根据认知负荷的不同来源将认知负荷分为内在认知负荷、外在认知负荷及增生认知负荷三种，根据文献资料归纳如下:

1．内在认知负荷。内在认知负荷主要受到教材本身难易程度的影响。当学习者面对难度较低的教材，不需要将大量的要素同时置于工作记忆中，便可运用较多工作记忆的空间做思考、理解，因此内在认知负荷较低。反之，当面难度较高的教材，学习者必须耗费较多的工作记忆，其内在认知负荷则相对的提高。教学设计不能改变内在认知负荷，只有简化教材内在要素间的相互关联性，才能降低认知负荷。

2．外在认知负荷。外在认知负荷也被称为无效认知负荷，主要受到教材编排方式、教学设计，或是教学活动本身的影响，与学习者无关，因此外在认知负荷是外加的，可以通过更有效的教学设计、修改教材信息的讲授方式、改善课堂的组织结构降低外在认知负荷。

3．增生认知负荷。增生认知负荷又被称为有效认知负荷，是通过教学设计者向学习者提供额外的信息、适当的教材或学习活动，来吸引学生专注于学习内容的认知过程。一个好的教学设计者须尽可能设计适合学习者的教材或学习活动来降低学生的外在认知负荷，释放出工作记忆资源给有效认知负荷，如此才能促进学习。增生认知负荷，单纯是由工作记忆资源用于处理和内在认知负荷相关的元素交互性而组成。假如教学的历程是有组织有效率的，就会让工作记忆的资源去处理内在认知负荷的元素交互作用，增生认知负荷和学习成效就会增加。增生认知负荷很像外在认知负荷，但外在认知负荷会干扰学习，而增生负荷却会提升学习效果。

Sweller(1998)指出，如果内在认知负荷高，即教材本身难度较大，教师通过良好的教学设计，降低外在认知负荷，并运用增生认知负荷来构建学习新内容所需的基模，让学习者投入大量的工作记忆资源去处理教材的必要信息，学习更有效果。［3］251-296反之，如果外在认知负荷增加，而让学习者使用工作记忆资源来处理外在的认知负荷元素，而不是教材知识的本质，那么增生负荷将降低，而学习效果会减少。在学习的过程中，学生的整体的认知负荷量不得超过运作记忆可利用的资源。只有在总认知负荷量(内在认知负荷与外在认知负荷之总和)未超出学习者的能力范围时，适当的引入增生认知负荷，学习才有意义。

二、认知负荷理论与翻转课堂学习理论

人类对新信息的接收、认识与理解，需要借助记忆对信息进行处理，并使之转化为长期记忆，认知负荷理论假定包括运作记忆容量的有限性、长期记忆容量的无限性和基模的自动化运作，其主要目的是希望在兼顾信息结构与学习者认知结构，引导教学设计，关注于如何有效使用运作记忆，提高学习效果。根据认知负荷理论，翻转课堂教学模式可以减低外在认知负荷，提高增生认知负荷，进而提高学习效果。

首先，从翻转课堂教学过程来看，学生的学习过程由两个阶段组成:第一阶段是知识传授阶段，该过程在课前完成，学生通过观看老师提供的视频和在线的辅导独立完成;第二是吸收和消化的过程，即知识内化的过程，是在课堂上通过教师和学生、学生和学生之间的互动来完成的。在翻转课堂中，课前学生可以反复观看视频，广泛阅读相关资料，积累背景知识;教师能够提前获知学生的学习困难，在课堂上可以以此为依据，设计合理的教学活动，给予有效的辅导，这些活动都可以降低外在认知负荷，提高增生认知负荷。

其次，从翻转课堂教学资源呈现方式来看，摆脱了传统纸质教材篇幅限制，可以提供海量素材;而且其教学内容多为视频资料，学习者经由视、听觉两种方式来接收有关信息，并对所获得信息主动处理。视频资料由浅入深，难度有梯度，可以降低内在认知负荷。

三、认知负荷理论与大学英语翻转课堂设计原则

在翻转课堂教学过程中，要采用大量的视频资源和多媒体资源，如何使用这些资源，减低认知负荷，增加增生认知负荷，是教师在教学设计与运用时应考虑的重点。Sweller指出，认知负荷理论在的教学设计原则主要可区分为七种教学设计效应:［3］251-296

1．开放目的效应。开放目的效应是指教学中采用开放目标的方式，让学生不受限制地表达自己的思考过程和成果，可以降低外在认知负荷。

就大学英语翻转课堂而言，可以在观看视频资料后设计一些开放式问题，如回答问题、写故事梗概等，让学生试着用英语表达，一方面在问题的引导下，学生能更好地理解材料，另一方面，使学生不因限制而提高认知负荷，还培养了学生的创造力。

2．示范效应。示范效应认为教师在教导有关程序性知识前，如果能呈现适当的示范及练习，供学生参考，当学习者逐渐熟练，有助于基模的建构及自动化，可降低外在认知负荷，增加增生认知负荷。

例如，在讲授英语“连音(linking)”发音规则时，除了英语母语者录制的音频资料，教师还可以录制微课和小动画，提供多种示范及练习，帮助学生降低内在认知负荷及增加增生认知负荷。

3．完成问题效应。虽然提供示例有助于学习，但不同能力的学习者，对示例的处理未必相同。低能力学习者只在遭遇问题时，才会认真研究示例。因此，主张只呈现一部分的解法，剩下一部分则由学习者完成，这样减低外在认知负荷。

4．分散注意力效应。分散注意力效应是指学习的过程中，若因教材的呈现方式过于分散，学习者必须分散注意力在相关的信息中，而影响学习成效。因此信息需要进行整合，最好同时、同位置呈现。整合信息的方式包含旁白的解说和将文字的说明适当地整合到图形当中。

在翻转课堂中要大量使用英语视频资源。应避免这些视频简单重复，而且视频最好设计关闭字幕功能和调整英、汉字幕功能，有助减低外在认知负荷。

5．型态效应。型态效应是指在接收和处理信息时，让学习者同时借助不同的感官刺激，如视觉和听觉，可有效的增加工作记忆空间，这些增加的空间可降低认知负荷，进而提升学习成效。

研究显示，通过视听途径获取信息时，学习所需时间由长到短依序为动画+字幕、动画+旁白+字幕、动画+旁白。因此，在选择及制作视频材料时，应根据视频材料的难度考虑是否提供字幕。

6．重复效应。重复效应是指当学习者面对多重信息来源，并且这些信息意义明确，则可独立呈现;如果将相同的信息，以不同的方式同时呈现，就会增加认知负荷。对于不复杂且不需重复学习之概念，在学习过程中，使用一种呈现方式即可完整表达概念意义时，使用多种媒体呈现同一概念，将会加重个体心智负荷，降低学习效果。

教师在收集与课程相关的视频资料时，要注意“过犹不及”，要对所选材料精心挑选，避免知识重复;而且在编排这些材料时，要主意梯度，难度由浅入深，循序渐进。不要就同一概念同时提供多种视频资料，虽然这样可以给学生选择空间，但学生也可能因选择耗费有限的学习时间，因此对不复杂且不需重复学习的概念，在媒体运用上不妨选择浅显易懂的材料。

7．变化效应。学习者在练习过程中，如果能使用不同的问题情境，虽然可能在表面上造成更大的认知负荷，但有助于基模的建构与发展，促进学习迁移。

翻转课堂教学模式中，课堂上老师不再传授简单的知识记忆，这些知识点都由学生在课前通过观看视频自主完成。因此，课堂上有充足的时间进行知识操练。教师可以围绕一个主题设计多种练习方式，促进学习迁移。例如，在谈论英语面试话题时，教师可以组织学生进行模拟面试、问题抢答、筛选简历、匹配工作等活动，反复练习面试所需的句型、表达法等。

翻转课堂已成为当今教育发展的趋势，也是教学改革与创新的重点。在轰轰烈烈进行翻转课堂尝试的过程中，教师要考虑是否在学生学习的认知负荷上有所帮助。翻转课堂教学模式提供海量电子资源，视频资源和多媒体资源，教师在编排这些资源时不应照单全收，以量取胜，仍应根据课程目标及重点加以权衡，在英语教学过程中，视频资源和多媒体运用应多元且适度，且应了解其教材内在结构特点，提供示范教学或用问题引导，帮助学习者降低外在认知负荷，另外，在教学时应避免分散注意力与重复两种效应，避免增加认知负荷，善用型态效应及变化效应，同时注意呈现时间，适切的减少认知负荷，提升学习成效。

［1］Paas，F．1992．Training strategies for attaining transfer of problem-solving skill in statistics:A cognitive load approach［J］．Journal of Educational Psychology，(84)．

［2］Paas，F．，＆ Van Merri．J．1994．Variability of worked examples and transfer of geometrical problem solving skills:A cognitive load approach［J］．Journal of Educational Psychology，(86)．

［3］Sweller，J．，Van Menienboer，J．，＆ Paas，F．1998．Cognitive architecture and instructional design［J］．Educational Psychology Review，(10)．

［4］何克抗．从“翻转课堂”的本质，看“翻转课堂”在我国的未来发展［J］．电化教育研究，2014(7):5-16．

［5］宋艳玲，孟昭鹏，闫雅娟．从认知负荷视角探究翻转课堂——兼及翻转课堂的典型模式分析［J］．远程教育杂志，2014(1):105-112．