认知负荷理论对《人体解剖学》翻转课堂教学设计的启示＊

吴雪艳，刘思洋，郭 森，付秀美，谢红林，陈志宏△

（1.承德医学院人体解剖学教研室，河北承德 067000；2.承德市中心医院介入血管外科)

认知负荷理论对《人体解剖学》翻转课堂教学设计的启示＊

吴雪艳1，刘思洋2，郭 森1，付秀美1，谢红林1，陈志宏1△

（1.承德医学院人体解剖学教研室，河北承德 067000；2.承德市中心医院介入血管外科)

翻转课堂；认知负荷理论；人体解剖学

传统的人体解剖学教学分为理论课和实习课两部分。 由于人体解剖学课程内容多、描述多、名词多，理论课授课时绝大多数教师都是“满堂灌”，师生互动少，学生课下内化知识多数是结合多媒体课件和图谱看书，许多学生反映虽然投入大量的时间和精力但仍然达不到良好的学习效果，容易打击学生学习的积极性和主动性。翻转课堂将课上知识传授和课后知识内化的顺序进行了翻转，自2007年出现以来，在提高教学质量和学生能力素质方面具有显著效果，但翻转课堂在我国的研究尚处于起步推广阶段，需要进一步将其本土化。认知负荷理论是教育心理学领域重要的理论之一，主要是在人类认知架构模型的基础上提出教学设计的原则和策略。本文通过阐述认知负荷理论及其效应，提出该理论对人体解剖学翻转课堂教学设计的启示，以期为人体解剖学翻转课堂的教学设计提供理论性的指导。

1 认知负荷理论的内涵及其效应

认知负荷理论（CLT）是澳大利亚著名的认知心理学家约翰·斯威勒在1988年提出的[1]。认知负荷理论认为，人类认知结构的信息处理模型由感觉记忆、工作记忆和长时记忆构成。感觉记忆感受外来的信息并进行储存，储存时间不超过几秒钟。工作记忆是加工信息的主要场所，它的容量和对信息保存的时间都是有限的，只能同时储存5-9个或加工2-4个信息组块，保存信息1-2分钟。工作记忆容量和持续时间的限制只是针对通过感觉记忆获取新信息时而言；当从长时记忆中提取信息进行加工时，工作记忆的容量不受限制。长期记忆是存储信息的场所，它的容量是无限量的，储存的信息不会被遗忘。

认知负荷是指工作记忆存储、加工及提取学习信息时所承受负荷的总量，约翰·斯威勒等将认知负荷分为内在认知负荷、外在认知负荷和相关认知负荷三种类型[1]。内在认知负荷由学习材料的性质引起，大小取决于学习材料的难易程度和学习者已有的知识经验。学习材料越复杂，需要在工作记忆中加工的信息模块就越多，产生的认知负荷也越高。外在认知负荷由不良的教学设计引起，与学习材料的设计和呈现方式有关，可通过教学设计加以控制。教学材料的呈现方式越符合学习者的认知水平，外在负荷就越低，越有利于学习。相关认知负荷是指在认知负荷总量不超载的情况下，学习者对与认知内容相关联的信息进行加工时带来的负荷，即处理内在负荷时实际发生的学习行为[2]。

根据认知负荷理论，教学设计的策略和原则应是通过减轻外在认知负荷、调控内在认知负荷及优化相关认知负荷来促进学习[2]。经过长期的实践研究，认知负荷理论总结了一些在指导教学过程及教学设计时可促进学习的效应原则，如目标自由效应、多通道效应、样例效应、注意分散效应、知识反转效应、指导隐退效应、冗余效应等[3]。

2 翻转课堂与认知负荷理论

2.1 翻转课堂教学模式中学生课前学习可以降低内在认知负荷 有研究认为，课前训练有助于降低内在认知负荷[3]。翻转课堂教学模式颠倒了传统课堂的教学顺序，课前教师把录制好的教学视频交给学生自学并让学生完成“自主学习任务单”，因此，学生在课前进行学习并完成知识点练习可降低内在认知负荷，从而促进学生的学习。同时，翻转课堂教学模式中学生可以结合自身的实际情况调整学习进度，符合人类认知规律。这样学生在课上就有充分的时间将知识点内化，将课前训练的作用最大化，为探究知识点之间的联系和加工复杂信息留下空间。

2.2 高质量的教学视频可以降低外在认知负荷 人体解剖学属于形态学科，需要结合标本学习。传统人体解剖学课堂教学理论课和实习课分开进行，学生不能在第一时间看到实体标本，不利于学生课后理解学习内容，内化知识。人体解剖学翻转课堂是教师提前将PPT课件、实体标本等资源优化结合到一起制作出高质量的教学视频，学生在学习理论知识的同时可以查看实体标本录像，能直观了解器官的位置、形态、结构；同时，也可根据视频提示在自己或同学身上辨认骨性标志、肌肉等，有助于学生理解解剖学教材中数量庞大的描述性语言，从而降低外在认知负荷，提高学生学习的积极性和自信心。

3 认知负荷理论对人体解剖学翻转课堂教学设计的启示

认知负荷理论关注的是学习内容、学习者特征及教学设计之间的交互作用及对学习效果的影响，为翻转课堂的教学设计提供了重要的理论基础。

3.1 人体解剖学翻转课堂教学设计要突出多通道效应，调动学生多重感官功能 多通道效应是指当教学材料用视觉和听觉等多通道呈现时，教学效果要优于只用视觉或听觉单一通道呈现的教学效果。因此，在对人体解剖学翻转课堂进行教学设计时，要突出多通道效应。录制教学视频时要注意教学内容与形式相统一，在突出重点难点问题的同时注意学习内容的呈现方式，将视觉和听觉双重学习通道相结合，调动学生多重感官功能，降低外在认知负荷，提高学习的效果。

3.2 基于注意分散效应设计人体解剖学翻转课堂的教学材料，提高学生注意力 注意分散效应是指不恰当的呈现教学材料影响学习效果。例如，呈现教学材料时将图片和解释文本分开，学生需要分散注意力处理两个信息源，因此提醒教师在翻转课堂的教学设计时应注意整合多种信息源。例如，制作PPT时合理整合图片信息和对应的文本解释，并把相关内容放到一张幻灯片中，同时去除无关的图片和音乐，防止学生将工作记忆投入到整合分离信息或者加工与教学内容无关的信息上，从而提高学生的注意力，降低外在认知负荷促进学习。

3.3 关注知识反转效应，动态设计人体解剖学翻转课堂的教学过程 知识反转效应是指对于新手学习者有效的教学方法，但对于经验丰富的学习者，可能无效甚至产生负面学习效果的现象[4]。这一效应提醒教师应及时了解学生知识的掌握情况，随着学生知识的不断增长，适当调整教学方法，动态设计人体解剖学翻转课堂的教学过程。

3.4 人体解剖学翻转课堂教学设计要秉承指导隐退效应，注意师生角色变化，提高学生学习效果 翻转课堂教学流程变革的本质是协助学生深度学习，变被动学习为主动学习，学生在学习过程中逐渐加深对知识的理解，反思学习方法和策略，通过积极参与课堂活动完成知识的内化。在这个过程中，教师的角色发生了变化，不再单纯是知识的传授者，而是转变为协助者、导学者、促进者、评价者；学生也不再单纯是被动的知识接受者，而转变为主动参与者、探究者。指导隐退效应是指随着学生专业知识水平的提升，应该适当减少对学习者学习过程的指导，范梅里恩伯尔总结该效应对于控制认知负荷是有效的，能够明显提高学生的学习效果[2]。该效应提醒教师进行人体解剖学翻转课堂课上教学部分设计时，应注意对学习者做出适宜的指导，最好做到从“扶”到“放”，从“协助学生内化知识”到“让学生独立完成学习任务”。

由于翻转课堂的教学设计与学习效果密切相关，因此，在对人体解剖学翻转课堂进行教学设计时要考虑学生的认知负荷与学习内容的交互作用，在认知负荷理论的指导下，结合多通道效应、注意分散效应、知识反转效应、指导隐退效应等多种效应，以达到良好的教学效果。

[1]Sweller J, Ayres P, Kalyuga S. Cognitive load theory[M]. New York: Springer, 2011. 55-69.

[2]杰伦J.G.，范梅里恩伯尔，约翰·斯维勒，等.认知负荷理论：教学设计原则与策略[J].当代教育与文化，2015，7(6)：28-35.

[3]陈锋娟.基于认知负荷理论的微视频设计与应用研究[D].上海：华中师范大学，2015.

[4]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，2014，32(1)：105-112.

[5]Kalyuga S. Expertise Reversal Effect and Its Implications for Learner-Tailored Instruction[J].Educational Psychology Review,2007, 19(4):509-539.

（教学研究栏目编辑：陈志宏）

G434

C

1004-6879（2017）06-0525-03

* 2017年度承德市社会科学发展研究课题（20172014）

△ 通讯作者

2017-03-21）