认知负荷视角下的翻转课堂

范文利+潘肇斌

【摘 要】本文从认知负荷理论的内在认知负荷、外在认知负荷、关联认知负荷视角出发，分析在翻转课堂模式的课前、课中设计如何有效降低学生的内在、外在认知负荷、增加关联认知负荷，把课堂还于学生，实现课堂真正意义的学习。

【关键词】认知负荷；翻转课堂；有效教学

一、引言

Winn认为，教学设计的宗旨“是在规定的条件下选择最佳的教学方法来达成特定的教学目标”。过去以知识为中心的传统教学设计更多关注的是教学内容传递的设计，课堂往往被理解为是学生接受、学习的场所，它并没有构成完整的教学模式理论框架。基于上述思考，考虑认知负荷理论为基础的翻转课堂则将教学媒体设计、学习方式、学习环境和学习行为的设计整合在一起，为教学模式提供了一个完整的全新的理论框架。

基于认知负荷理论的研究，集中在设计具有创新性的翻转课堂，通过教学方法、教学手段等的改善达到有效使用工作记忆容量的目的。与传统教学任务相比，建立在认知负荷理论基础上的设计以更少的心理努力来获得同样的甚至更好的学习或迁移效果，因而这种教学设计的优势十分明显。由此，本文旨在从认知负荷理论来探讨翻转课堂的有效性，以期给更多一线老师的教学设计启发和对翻转课堂的应用提供一定的帮助。

二、认知负荷理论的主要观点

认知负荷理论的主要观点是，在进行教学设计时要充分考虑工作记忆的结构和记忆容量的有限性。该理论的核心是通过对认知负荷进行教学控制来达到学习迁移。认知负荷不是学习过程的次要产物，而是教学干涉是否成功的一个主要因素。研究表明，认知负荷不足，或者认知负荷超载都会导致行为的消退。由于完成任务所需要的认知负荷数量超过可用的认知总量，或者由于对认知资源的不恰当分配，最终导致学习或者加工复杂认知任务失败，这是认知负荷理论研究的重点。

20世纪90年代后期，随着教学设计领域一系列专业研究成果的发表，一种关于认知负荷的更加动态的分类开始形成。即J. Sweller从教学设计的角度动态地将认知负荷分为三类，即内部认知负荷、外部认知负荷和相关认知负荷。

内部认知负荷，由材料本身的结构和复杂程度引起。而任何所给材料的复杂程度取决于材料本身的难度水平以及材料内部各组成部分之间的交互作用。不同材料因素交互作用的不同水平，造成了内部认知负荷的差异，且这种差异不能被教学设计所改变。

外部认知负荷是指不必要的、并且将干扰图式的获得和自动化的认知负荷。传统教学中，由于对整体教学过程没有进行有很好的设计，设计者也缺乏关于信息结构以及认知结构的相关知识，从而导致了外部认知负荷的增加，外部认知负荷干扰学习。目前这一领域的研究者往往专注于设计选择性教学思路和过程，期望以此来降低传统教学中的外部认知负荷。外部认知负荷主要由教学设计引起，如果学习材料的设计和呈现方式不当，就容易给学生带来较高的外在负荷，干扰其学习。

相关认知负荷，又称有效认知负荷，受教学设计影响。相关认知负荷增强学习，信息呈现的方式以及学习本身对学习者的要求都是影响相关认知负荷水平的因素。值得注意的是，通过增加努力或增强动机能增加投入任务的认知资源，如果这种增强与图式的获得和自动化相关，那么这样的增强也会同时增加相关认知负荷。

内部、外部以及相关认知负荷在整个信息加工的过程中是相辅相成。学习发生的前提是认知负荷总量不超过工作记忆容量。认知负荷的三种形式之间的关系是不平衡的。内部认知负荷所引起的负荷是不能削减的，即不能通过建构额外的图式或使先前获得的图式自动化而得到削减。而加工内部认知负荷，亦不消耗工作记忆容量，即工作记忆容量在加工内部认知负荷后仍然存在，且能用于加工外部或相关认知负荷。这两个过程可以前后相继，例如，通过使用一种更加有效的教学设计降低了外部认知负荷，就能为相关认知负荷提供更多的容量。如果学习过程是通过教学设计降低外部认知负荷而得到改善，则这种改善的发生是由于额外的工作记忆容量通过外部认知负荷降低所释放容量被分配到相关认知负荷中去造成的，即通过图式的获得和自动化学习可以降低内部认知负荷。内部认知负荷的降低将降低总的认知负荷，从而释放工作记忆容量。释放的工作记忆容量将促进学习者获得更多高级图式，于是新的循环开始，通过不断重复，个体就能获得高级的知识和技能。

三、从认知负荷看“翻转课堂”的有效性

翻转课堂，它走在大数据时代的今天，成功地翻转了教师讲授、学生接受的教学模式，而是以学生的学为出发点，通过提前自主学习教师录制的媒体音频和材料，变换了知识学习的场地。而真正课堂则用来合作探究、思想碰撞、解决问题，实现把学习权利还之于学生，实现课堂真正意义的学习。

由于工作记忆的局限性，我们在处理复杂的学习任务时，有效教学就出现了瓶颈。而翻转课堂，从认知负荷理论来看，它通过有效管理三种认知负荷而实现了教学的有效性。基本手段就是有效管理这三种认知负荷，降低内部认知负荷、外部认知负荷，增加关联认知负荷，实现工作记忆容量的充分利用。

（一）课前自主学习，降低内部、外部认知负荷

在翻转课堂教学模式中，学生课前通过观看例如微课的媒体音频和学习材料，独立完成学习内容。学生从学习音频课程中积极选取相关的视觉和听觉信息，并在视觉和听觉的工作记忆中通过构建一定的联系对它们进行分别的加工。媒体音频通过不同的呈现方式和感觉模式的信息让学生进行感知和加工，不同通道信息加工的平衡，充分利用了工作记忆容量。同时，以往的教学学生在课中接受知识，由于课堂时间段限制，教师也较难以兼顾到每个个体，对于某些知识点来说，学生的内部与外部认知负荷是相当大的。而翻转课堂，老师录制的音频学生可根据自身需要调整进度重复观看、暂停来理解学习内容，甚至可以自主借助查阅手段进一步建构图式，帮助学生用于工作记忆对学习内容的加工阶段，图式的自动化使信息能在工作记忆中进行无意识地加工，并且通过图式的形成和自动化达到释放工作记忆容量的目的。图式中的知识组织，使学习者能将大量相互作用的信息因素整合成一个因素，从而降低工作记忆的负荷。实质上这个课前自主学习过程其实是非常有利于降低学生的内部与外部认知负荷。

（二）课中学习任务，提升关联认知负荷

翻转课堂，它是解决问题的动态过程。学生在课前对知识有了一定的图式建构，因此教师在课堂教学设计中明晰包含了明确的任务练习和支持性信息。从总体上看，它是一个循序渐进的过程，整个任务的完成是由简单到复杂的转换。根据认知负荷理论，外部认知负荷是可以通过教学设计来调整的，它是由学习任务的组织和呈现的形式引起的。由此，翻转课堂中教师设置的问题必须明确，任务的难度应是由易到难，渐进式地布置学习任务。在课堂中，学生通过通过课前一定图式的建构，自主探究、小组合作、教师提供支持，不断解决教师设置的问题任务。学生通过一个个完整、真实的问题情境中感知问题，不断地驱动学生学习的需要，通过学生个体及团体的互动、交流、分享，不断地碰撞思想，使得课堂一直处于生长的状态，从而形成主动学习，生成学习，使得学生能体验识别学习目标并达到目标的全过程。通过大量的练习解决问题，图式的自动化就可以逐渐形成，从而完成知识的吸收内化，这无疑提升了关联认知负荷，使得学生能够从某种程度上超越工作记忆容量的限制。

从学习的有效性来说，在翻转课堂上，真正地把学习的权利、机会交给学生，使学生在学习过程中获得学习乐趣，体现了课堂的主体是学生，保证学生能够获得知识与能力、过程与方法、情感态度与价值观，从而实现了真正意义上的学习。

【参考文献】

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【作者简介】

范文利（1980.9-），女，丽水庆元人，硕士研究生，汉族，讲师，从事发展与教育心理学研究。

（本文系丽水市教育科学规划2016年年度课题《基于认知负荷理论探究翻转课堂》的研究成果。）