认知负荷理论指导下的移动微学习信息表征设计

摘 要 移动微学习是移动学习和微型学习相互融合的产物，是手持智能终端发展带动下形成的新型学习方式，在为学习者随时随地获取学习信息提供更多优势的同时，也时常伴有认知超载现象发生。结合认知负荷理论指导，分析移动微学习中认知负荷的来源，探讨移动微学习的信息表征设计要求和设计思路。

关键词 认知负荷理论；移动微学习；信息表征设计

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1671-489X（2017）16-0006-03

Abstract The mobile micro learning is the integrated product of mobile learning and micro learning， which is a new way of learning form development driven by hand-held intelligent terminal， provide more advantages for learners to learn whenever and wherever possi-ble information， there is often accompanied by cognitive overload. Based on the cognitive load theory， this paper analyzes the sources ofcognitive load in mobile micro learning， and discusses the design re-quirements and the design ideas of the information representation of mobile micro learning.

Key words cognitive load theory； mobile micro learning； informa-tion representation design

1 前言

伴随着现代通信技术的快速发展，基于个人手持终端的移动微学习成为教育界关注的研究主题。移动微学习是学习者利用移动终端设备进行的微学习活动，是移动学习与微型学习相互融合的产物。这种以智能手机和平板电脑等微型移动媒体作为重要平台的学习方式，在知识信息的表征、学习内容的提取、时间环境的选择、方法形式的设定等方面具有灵活多样、自由便捷等特点。但学习信息的表征设计与组织呈现形式的丰富并不意味着保障了有效教学，在实际运用中认知超载现象时有发生。因此，有必要从认知负荷理论视角，对移动微学习过程中认知负荷的来源进行深入分析，探讨移动微学习环境下学习信息表征设计的目标要求和设计思路。

2 认知负荷理论

认知负荷指的是人们在信息加工过程中需要投入的认知资源总量。1988年，澳洲心理学家约翰·斯威勒提出认知负荷理论，定义认知负荷为将特定工作加之于学习者认知系统时所产生的负荷，从认知资源分配的角度对学习和问题解决进行了考察分析。

认知负荷理论的基本观点 认知负荷理论指出人类的工作记忆具有局限性，能储存的信息量为7±2个组块，维持的时间为2秒，可同时处理的信息为2～4个组块；长时记忆的容量是无限的，信息以图示的方式被贮存，信息进入前先在工作记忆里进行加工；信息主要储存在长时记忆里，通过信息重组，把低水平图示组合成高水平图示，减少工作记忆中的信息加工数量。工作记忆的局限性只是针对第一次接触到的信息，已转为长期记忆中的信息再提取是不存在局限性的；当需要加工的信息量超出学习者工作记忆所能加工的信息容量范畴，即为认知超载，导致无效学习。

认知负荷的三种类型 斯威勒将认知负荷分为内在认知负荷、外在认知负荷和关联认知负荷三类。内在认知负荷取决于学习者先前认知水平和学习材料的复杂性，学习材料的复杂性包括来源于知识本身复杂程度的绝对复杂度和来源于学习者先前认知水平的相对复杂度。外在认知负荷指由学习信息的表征设计与组织呈现方式带来的认知负荷，是教学设计不当引起的。关联认知负荷是指在认知过程中，那些不是必须关注的信息，但对其加以注意后，有助于图式建構的认知负荷，也称有效认知负荷。学习者在学习过程中有富余的认知资源，并将这些认知资源用到建构图示等认知加工过程中，会产生关联认知负荷。

3 来源于移动微学习的认知负荷分析

来源于学习信息的认知负荷 移动微学习环境下，学习信息更加多元和开放，因学习信息的表征设计与呈现形式不同，产生的认知负荷也会有所不同。学习信息是海量的、碎片化的，给学习者的信息检索和知识建构带来一定的影响，并且受制于微型移动终端的屏幕尺寸，学习信息的呈现也存在一定的弊端。本应同一界面呈现的学习信息，不得不通过滑屏或翻页的方式分界面阅读，原本促进学习者意义建构的有效关联，也因信息结构的拆分而破坏。在多媒体信息表征协同作用方面，也因为空间有限，需要压缩和分割各类信息表征，造成信息读取的缺失现象。因此，学习者需要更多认知资源的投入以整合片段化的知识信息，工作记忆的信息加工数量的被动增加，使学习者对知识信息的有效解构和意义重构趋于复杂化。

来源于学习环境的认知负荷 移动微学习具有的微型特性和移动特性，满足了学习者在碎片时间里，在移动状态下，随时随地进行信息获取的泛在学习需求。同时形成了学习环境的复杂特性，具体表现为学习时间的随意性、学习场地的随机性、学习过程的零散性和交互操作的局限性。学习者的学习行为随时会产生，也随时会被中止，出现如移动设备电源不足、无线网络信号消失、环境声音嘈杂、其他事情打断等干扰因素。学习者注意力被转移分散，就需要反复的信息加工和整合。微型移动设备多为触屏交互操作，信息输入采用软键盘方式，在网络传输速度、屏幕尺寸、移动状态中操作等因素的影响下，使得信息输入与传递的速度和准确度不能得到绝对保障，常常需要多次甚至额外的辅助操作才能完成界面交互。这些与学习内容无关的活动增加了外在认知负荷，不利于碎片化信息的有效集聚与融合。endprint

来源于学习者的认知负荷 移动微学习以学习者自主探究为主，不同于传统教学中师生的面授指导答疑，学习者不能及时获得有效帮助而疏导认知困惑。在移动微学习过程中，学习者虽然拥有丰富的信息资源，但缺乏个性化的学习空间。面对同一学习材料，由于学习者先前认知水平存在个体差异，信息加工数量也各不相同，当认知负荷总量超出工作记忆可承载的容量范围，就形成认知超载。而学习材料和学习环境存在负面影响时，学习者的情绪状态也会产生波动，导致学习者的投入度不够，认知加工时间延长，甚至出现无法进行有效信息加工的情况。以学习者为中心来进行信息表征设计，使呈现给学习者的外在信息结构与学习者的内在认知结构相一致。

4 认知负荷理论对移动微学习信息表征设计的指导

基于移动微学习中认知负荷的来源分析，在学习信息的表征设计和组织呈现方面，要做到调控内在认知负荷，降低外在认知负荷和提高关联认知负荷，需要将以下三点作为表征设计的目标要求。

确保信息的微化连续 学习者的短时记忆容量是很有限的，非正式学习状态下，学习者在5～10分钟间的认知加工更为有效，超出这个时间就容易受外界干扰[1]。移动微学习最大的特点在于它的“微”，是在微短细碎的时间里，透过微小有限的屏幕界面，学习微少片段的知识内容。可见，学习信息也应微化呈现，分割为多个短小且相对独立的微单元，围绕一个微知识点高度提炼，以降低阅读难度为宜。同时注重单元间的连续性，建立清晰而有意义的关联，把复杂的学习材料简单化和结构化，以降低外在认知负荷和控制内在认知负荷，保证学习者在短时间里对微单元的内化及单元信息的整合。

削弱无关冗余信息 自从媒体技术应用于教学领域便受到教师的热烈追捧，也随之呈现出片面追求技术效果的错误理念，各种信息表征大力齐发，造成简单知识的复杂化呈现。面对缤纷过量的信息，学习者可能将更多注意力分配给无关信息，错过真正需要关注的信息内容；或者花费更多的时间反复阅读，大大增加外在认知负荷。在信息表证设计上，必须突出重点，聚焦难点，去除无关信息，避免冗余信息干扰。

关注学习者个体差异 在开放式的學习环境下，学习者认知基础差异较大，构成学习材料的相对复杂度有差异，内在认知负荷也就不同。针对绝对复杂度较高的学习材料的信息表征设计，必须从学习者个体差异出发，结合知识内容特点和学习者接受能力，设置学习内容的难易程度[2]；提供给学习者更多的学习步调选择，帮助学习者先易后难，层层深入进行知识建构。只有当学习材料的复杂度与学习者的认知水平相当，形成适当水平的内部认知负荷，才能促进学习者有效认知。

5 移动微学习的信息表征设计

认知负荷理论关注学习者的内在认知结构与外在信息结构之间的交互作用，当信息表征设计与学习者的认知系统相统一，就有助于学习者的深度认知加工。

文本表征设计 文本是呈现教学信息的主要方式，在媒体技术掀起的屏幕阅读时代，屏幕文本依然是移动微学习的主要信息表征形式。但在移动微学习中，短时间内充斥学习者视觉的是一屏屏大量连续的文字，会使学习者失去学习的兴趣；要让学习者在短时间内关注到重点，那么在微屏框架下就必须做到少而精的表述，避免大量冗长的文字堆积，并且利用文字的字体、字号、字色、字样方面的搭配设计来突出重点。通过精炼准确的表述进行知识内容的概括总结和信息逻辑的分层呈现，帮助学习者迅速地关注提取到重点信息。

图形表征设计 通过更具象直观的图形表征形式，更趋近于学习者的视觉认知经验。如今移动媒体超级强大的图像功能，为学习者通过视觉模式加工学习材料提供了更加广阔的信息表征空间。在移动微学习的有限时空范围，通过图像将信息进行可视化、具象化视觉表征设计，形象再现概念、实物、情境等信息内容，一目了然的呈现可以大大避免冗余的文本信息。图形表征设计在核心内容表达上要鲜明清楚，去除或简化图片中无关细节，针对图片中的重要细节，要确保放大后的清晰度，利于学习者捕捉。注意图片格式的选择和画幅大小的控制，目的是在能够清晰呈现的基础上，尽量只需较小的网络宽带来浏览；当图像的细节信息不是很重要时，使用缩略图呈现图像[3]，控制流量，避免过多增加学习者移动设备应用成本，尽量达到随时随地浏览的学习环境要求。

视频表征设计 视频表征是通过摄像实拍的方式记录的动态学习信息，融合了图形表征和文本表征的双重优势。视频表征的设计要以满足即时性、高效性的学习需求为依据，强调在有限的屏幕和时长内呈现更加丰富的内容，形象直观地再现知识情境，以吸引学习者注意，便于记忆。视频在流量、网速和设备内存方面需要较多的支持，流量成本过高和传输卡顿带来的学习困扰，必然对学习者的情绪状态造成影响。视频不宜超过10分钟，大小在20 M，2～5分钟为宜，画面比例以16：9为主，这样更匹配当前主流移动设备界面。每个视频围绕单一的知识点，将复杂的学习内容进行结构化划分，以微型知识点作为一个视频的知识主题。画面内容不要过于繁杂，知识主题鲜明、重点突出，关键知识点可以借助视频后期编辑功能，结合具体内容特点，选用放大、定格、重复、慢放、反转、画中画等方式突出呈现。视听元素搭配得当，画面解说紧密配合，讲解简洁凝练，追求在短时间内说明知识问题。

动画表征设计 动画表征是通过序列图片的连续呈现来进行的动态知识表征，能够再现事物的动态发展变化，诠释内在原理与规律。动画表征相对静态图片，可以为学习者构建动态的心理模型提供有效支持；相对实拍视频表征，其虚拟特性可以模拟抽象的或者视觉不可直观的知识信息，弥补摄像实拍难以捕捉到的画面。动画中可以运用的表征元素多样，并且动态特效丰富，在设计时需要注意不要为了追求视觉效果而转移学习者注意力，以免忽略主题相关信息，形成外在认知负荷。围绕同一信息的各表征元素紧密配合，不要在画面或时间上分离太远，以免进入工作记忆的信息不同步而造成信息缺失，不利于信息整合。动画表征的内容设计要少而精，以相关先前知识为切入点，帮助学习者建立知识关联，降低内在认知符合。利用动画表征的交互功能，加强人机互动，比如放大局部、调换速度、重复操作、游戏测验、切换跳转等，满足不同学习者的不同认知需求[4]。在没有特定需要的前提下，建议采用矢量图形，合成SWF文件类型，文件体积较小却不影响清晰度，并且有很好的媒体兼容性，保障学习材料呈现的流畅性。endprint

6 信息表征组合呈现的设计思路

双通道结合设计 认知负荷理论的相关研究表明，学习者是利用视觉通道和听觉通道的协同作用来进行信息加工，如果学习过程中只使用一个通道而空置另一个通道，会造成使用的通道负荷过载而空置的认知通道负荷不足。手持移动学习终端可以支持文本、音频、图片、视频、动画等多种表征形式，学习者对静态图片和动态序列图像的加工主要发生在视觉通道，对于语音的加工发生在听觉通道，对文本的加工则是先由视觉通道再转到听觉通道。根据认知负荷理论，表征形式的组合设计应以同时调动学习者的视觉通道和听觉通道为宜，当两个通道都在工作时，有助于良好地处理信息并整合信息。

屏幕页面设计 屏幕界面设计应以帮助学习者积极加工图像心理模型和言语心理模型为主，并引导学习者在两者间构建关联。针对同一知识内容，视觉表征和听觉表征应同步呈现，但因为移动学习环境的不确定性，教学语音的播放极有可能遇到阻碍，因此，说明文本与图像表征的结合非常重要。表征间相辅相成发挥各自优势，只表达相互间未能清晰描述的部分，避免冗余信息带来的认知负荷。界面分割做到主次分明，主要表征形式占据核心位置和较大空间，辅助的表征设计要简洁明了，控制占比占位。图像与说明文本尽可能在同一屏幕内呈现，如果容量有限，做不到同屏，那么分屏呈现的原则是临近呈现，即在屏幕位置和呈现的间隔上做到相近毗邻。如果间隔过远，先前作用于通道的信息会在工作记忆中暂时储存，而间隔较远的信息在进入工作记忆时，先前信息可能出现缺失。同屏或相邻呈现的界面布局可以确保双通道信息同时处于工作记忆中，加强知识建构和结构优化。

交互导向设计 在整个学习过程中，人机交互设计是促进学习者个性化学习的优化途径。移动微学习为学习者提供了包含不同交互层次的学习空间，体现为学习者与移动媒体的交互、学习者与信息表征之间的交互、学习者与指导者和学习伙伴之间的交互、不同学习平台间的交互[5]。设计应关注对学习者的个性特征分析，切合学习者的认知特点和已有知识水平，使其可以结合个体情况选择适合自己的学习步调和学习路径，并方便其进行自主控制与及时调整。通过信息表征设计和组织呈现，为学习者提供个性化、情境化的多媒体交互学习体验。采用可视化的、突出醒目的导向设计，运用贴近学习者日常经验的标识与符号，避免因为界面繁复和导向误解而增加不必要的认知负荷，给学习者更好的信息交互体验，高效率地访问各界面区域和信息层。

移动微学习是基于学习者自主控制的按需学习，表征设计必须以学习者为中心，以支持学习者学习过程中的注意分配、主动参与和认知加工优化为导向。在认知负荷理论的科学指导下优化学习信息的表征设计，促进呈现给学习者的外在学习信息表征与学习者知识建构的内在认知系统的统一，帮助学习者从片段化的学习信息中进行有效的知识联结与建构。

参考文献

[1]祝智庭，张浩，顾小清.微型学习：非正式学习的实用模式[J].中国电化教育，2008（2）：10-13.

[2]吴军其，彭玉秋，等.手持终端环境下微学习资源的情境化设计方法探索[J].电化教育研究，2012（8）：90-93.

[3]司国东，赵玉，赵鹏.移动学习资源的界面设计模式研究[J].电化教育研究，2015（2）：71-76.

[4]邢方，张林.多媒体学习中动画表征的信息设计[J].中国教育信息化，2010（17）：54-56.

[5]王星，李怀龙，徐影.“互联网+”背景下微学习空间设计研究[J].中國电化教育，2015（12）：35-40.endprint