健康促进教改背景下体育单元教学导学案的设计优化研究——基于认知负荷理论的思考

□ 陈兆铭（上海市市东实验学校 上海 200082）

1、生物初级知识与生物高级知识

Geary对生物初级知识与生物高级知识做出了相应的区别说明。如学会倾听与讲话、识别不同的面孔、自然习得母语的能力是经历了不同时代的更迭与进化，我们已具备独立掌握生物初级知识的能力。引用现在科学发展的观点来说，习得与掌握生物初级知识是不费力气、无意识的，并且也不需要他人指导，都是无师自通，自然而然就能掌握的，不需要意识的主动参与加工。

然而工作记忆的局限性与生物初级知识的习得之间有什么联系呢？如大多数人在识别区分面孔时，需要大量记忆人脸的差异，并不会觉着困难，在学习母语中，学会各种音调，并不会觉得辛苦，这些都是因为我们已经掌握了与面孔和母语相关的生物初级知识。与生物初级知识的模块化特点不同，生物高级知识则由各类不同的知识组成，掌握初级知识是掌握高级知识的前提，是传承文化的需要。不同于生物初级知识的特点，只要成为社会的一员，就能在生存过程中习得。掌握生物高级知识，是有意识、相对困难的，需要付出较多努力的过程，不能脱离专门的社会机构，需要明确具体的教学指导，如：学校或者社会培训机构。生物高级知识的掌握需要初级知识的协作，如每个人几乎不借助学校的力量就可以习得倾听和讲话的技能，但很少能够不接受学校教育指导就学会阅读和写作。所以高级知识的概念与技能，是基于初级知识的概念和技能，个体掌握初级知识的程度会影响其在高级知识概念与技能学习上呈现出的与他人之间的差异。工作记忆的容量及持续时间上的限制对习得高级知识产生约束，当需要处理新的属于生物高级知识范畴的信息时，工作记忆就会受到容量和持续时间的严格限制，因而对教学设计产生重要影响。

2、专门的教学指导

在教育背景下掌握生物高级知识，与一些相关的教学启示相联系，虽然我们能在无意识下习得生物初级技能，如走、跑。但是却不能在相同的情境下掌握生物高级技能，如一些教育培训机构传授的专业知识，掌握这些知识需要学生接受专门的教学指导。但是我们要清楚地认识到，并不是在排除正规教育的情况下更容易掌握生物初级技能，高难度的的生物知识技能应该依赖于正规的教育。在这两种情况下之所以会出现学习难易度之分，是由于人类的进化水平差异所决定，并不是教学程序引起，因此，针对不同的教学情景设置不同的教学指导以调节学生对学习容易度的感知。

工作记忆在处理新的、属于生物高级知识技能时所呈现的性质和特点，决定了我们需要在特殊的教学情景中安排专门的教学指导。工作记忆在处理需要深加工的信息时，会改变原本信息的类型，此时，工作记忆本身的限制就会对这一流程产生影响，因此，对教学设计来说，最重要的就是减少无关的外在负荷，这正是安排专门教学指导的意义所在。

3、认知系统构架五大原则

3.1、信息存贮原则

为了能随时应对复杂多变的环境，尤其是处理生物高级信息时，人类认知系统可描述为自然信息加工系统。自然加工系统需要储存大量的信息，才能应对复杂多变的环境，人类认知系统中的长时记忆作用于此类似。如：让专项健美操的和专项体操的运动员现场随即做单个技巧动作，尽管体操运动员在技能展示过程中占据了一定的优势，但从结果看，两者并没有显现出太大差异。只有在成套或者比赛中，体操专项运动员才能显示出与普通运动员的差异。在任何一个项目内要想成为专家，需要多年的努力和磨练，经过多年的历练，专家的长时记忆中就储存了多种单个技能，成套技能或者是比赛的场景。与普通运动员相比，成套技能或者比赛时，总会变现的差强人意，在最关键的时候，普通运动员的大脑支配神经的精准度或者肌肉运动记忆就会出现差错。即所谓专业运动员或者某些领域的专家，就是指其在长时间的记忆中储存了大量特定领域的，与领域专业知识相关的的高级知识。

3.2、引用与重组原则

自然信息加工系统所攫取的多数信息都是从其他存储源获取的，长时记忆的大多数内容也是来自于他人的长时记忆，因为我们总是不断地像他人学习，模仿他人的行为，阅读、参考他人的著作。我们很少能够精确地还原信息，那么我们引用的信息就会发生重组，即将原来的信息与长时记忆中已经储存的信息进行重新整合。当需要记忆的某些信息与与长时记忆储备的信息发生共鸣时，就能加深这部分信息的记忆，如果无法产生联合，就会淡化这部分的记忆。所以不同行业，不同领域的人，对相同的信息会产生不同的重组方式。

3.3、随机组合与生成原则

自然信息加工处理系统是通过从其他渠道引入信息后进行重组以实现海量信息的存贮，然而，加工后所形成的新信息必须要在第一时间就得以生成。生物进化是一个自然的，具有创造性的系统。而人类创造性在问题解决时所发挥的作用也遵循着相同的逻辑。当要决定问题解决的策略时，会考虑两种情况：第一，如果个体能够正确认知问题所处的状态以及如何改变这一现状的合适的做法，那么这一部分知识就会从长时记忆中唤醒并且能够指导我们的日常活动。如果个体面临的是一个新的问题，并且认识到并不能简单地通过从长时记忆中提取信息从而获得问题解决策略，那么合适的做法就是在从长时记忆中提取信息时使用 “生成与检验法”。当然，还有很多具有实用性的办法能缩短问题当前状态与目标状态之间的距离。如果你拥有足够可观的知识量，那么你总能选择最佳的问题解决策略。

3.4、环境组织与联结原则

环境组织与联结原则旨在从环境中提取信息线索并激活已存贮信息来指导实践活动。表现遗传系统与工作记忆在此过程中承担了联接桥梁作用。在使用该原则的情况下，环境中的线索能够向工作记忆指明何种信息应该从长时记忆中提取出来，这部分信息随后可用于控制行为。工作记忆在变化最小通道原则的约束下，若想将加工处理的信息添至长时记忆中，就会受到容量与维持时间的限制，若从长时记忆中提取旧信息，则不会受到限制的影响。一旦信息在长时记忆中被有效地组织与存贮，在随后的很长一段时间内都可以再将这些信息迁移至工作记忆中。工作记忆处理信息的能力因人而异。这种差异会影响个人绩效表现，并且一旦信息在长时记忆中得到妥善存贮，长时记忆的质量可能会盖过个人在工作记忆能力上的差距。工作记忆在处理新的、属于生物高级知识范畴的信息时总会受到严格的限制，而在处理已存贮于长时记忆中的、熟悉的信息时则不会受到太多约束。这是因为长时记忆中的持有信息能够有效减少工作记忆加工处理时所产生的与已有认知不对称等差异。正是环境组织与联结原则的存在，使得一名在特定领域内拥有丰富知识的专家能够在相似的领域内比新手表现得更为出色。

3.5、实践应用

认知负荷理论以人的认知系统架构为基础来设计相应的教学程序。基于这种架构，该理论假设教学的主要功能是促进学生掌握特定领域的、属于生物高级知识范畴的信息并协助学生将这部分内容存贮在长时记忆中已备将来使用。

教学程序能够调节学生的外在认知负荷，而信息本身的性质则会影响学生的内在认知负荷。而外在认知负荷与内在认知负荷的总和就构成了工作记忆的总负荷。大多数认知负荷效应之所以能够有效减少外在认知负荷是因为这些认知负荷都是由不合理的教学程序直接产生的，因而只要改变教学程序中的不合理设计，就能有效发挥其作用。在设计教学时需要重点考虑工作记忆在处理新信息时所受到的限制约束。帮助学者们认识到，减少外在认知负荷是可以通过缩减教学信息数量而实现，即通过教学程序来减少无关的认知加工。不过如果教学程序中所包含的信息需要学生在工作记忆中同时进行加工，则可能会由于信息之间的交互影响，加重学生学习时所承担的外在认知负荷。

尽管我们需要尽可能的减少外在负荷，但同时也需要重视内在负荷的作用，有实证证明，增加内在负荷，即通过提供新信息以增加信息的交互作用来提升学生的内在认知水平，内在认知水平提升时，学生就会有充分的工作记忆资源来处理新增的信息元素，从而有效促进学生学习。相反，如果学生没有充足的记忆资源来处理新增的元素，那么学习效率就会降低。也就是说新增的元素造成工作的记忆超负荷，那就有必要出掉部分信息，将内在认识负荷调至在最佳水平，促使其发挥积极作用。

3.6、教学设计建议

（1）认真分析体育教学材料对学生认知负荷的要求，明确教学材料中的元素个数及元素意图，区分不同运动项目、以及项目中不同组成元素的个性教育价值，抓住其核心教育价值，不必要让学生同时注意太多的元素；

（2）教学材料的组织形式应该有助于减少对学生认知的要求,减少因信息来源的分散而不必要的信息认识整合。当教学过程中需要提供图式、文字解说等多种信息资源时,应该把它们整合在一起,减少学生图文之间分配注意力,影响学习速度。如,在课堂教学过程中，用到多媒体教学时,要同时提供视频以及内容解说及文本描述,而不是先后进行；

（3）在教学中，过分强调手段——目的分析方法，不利于规则自动化,因为这样加重了认知负荷。如，在篮球投篮教学中，很多老师喜欢告诉学生要想命中的概率更高一些，那么应该采取什么样的投球姿势，身体怎样连贯发力等，或者把整个连贯动作先拆分成几个动作，逐一解决。虽然这种方法很实用，但是不利于身体基本运动能力的提升。