认知负荷理论与软件应用类课程教学策略优化

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　　摘  要 软件应用类课程在教育技术学专业中占有较大比例，要求学习者掌握软件应用原理和操作技能，能进行相关作品制作，课程中涉及的概念、原理和技能非常繁多，学生的认知负荷往往容易超载。探讨认知负荷理论的核心观点，并运用这些观点，结合实际提出优化软件应用类课程教学策略的几点建议。
　　关键词 认知负荷理论;软件应用类课程;Flash;Photoshop;教学设计
　　中图分类号：G652    文献标识码：B
　　文章编号：1671-489X（2019）02-0097-03
　　1 引言
　　学生学习时，工作记忆容量是极为有限的，是稀缺资源，当认知负荷超过这一容量时，学习就陷入困境。因此，对教学进行精细设计，控制和降低认知负荷，使其在学生承受范围内十分关键。认知负荷理论正是揭示认知负荷的性质、减少认知负荷的方法等方面的学习理论，它从一个侧面揭示了有效学习的条件和机制，对教学设计具有十分重要的参考价值。
　　软件应用类课程在教育技术学专业中占有较大比例，如视频制作软件Premiere和After Effect、数字图像处理软件Photoshop、微课制作软件Camtasia Studio和Capti-
　　vate、动画制作软件Flash和Maya等。这类课程要求学生掌握软件应用原理和操作技能，并能利用工具软件进行相关作品的制作。课程中涉及的概念、原理和技能非常繁多，刚开始学习各种软件操作时由于未经练习，都需要占据有意注意资源，学生的认知负荷往往容易超载，认知负荷超载后，学生学习就容易产生畏难心理，极大降低学生专业学习自我效能感，形成恶性循环，十分不利于学生专业技能培养。因此，探讨如何运用认知负荷理论，结合实际对此类课程的教学策略进行优化，具有十分重要的现实意义。
　　2 认知负荷理论的核心观点
　　面对简单的学习任务，人们不会感觉到认知负荷方面的压力，但当面对复杂学习任务时，就会出现学习困难。因此，教学设计者就要对认知负荷进行精巧控制，就要“精打细算”，使认知负荷控制在学生可承受的范围内。一般认为，认知负荷包括内部认知负荷、外在认知负荷和关联认知负荷。
　　内部认知负荷主要取决于学习内容本身的特性，即学习内容本身的复杂程度。如学生在解答“5-2=？”时没有问题，但解答“4×2-6÷3=？”就可能遇到困难，因为后者涉及要素多，信息加工时要将各要素并行置入处理系统，比较复杂，认知负荷大。这种来源于学习内容本身特性的认知负荷是内部认知负荷。从教的角度看，降低内部认知负荷的方法是不多的，但梅耶认为可以通过学习任务分割来完成，即将复杂的学习任务分成若干片段，每个片段间留一些时间，以便学生可以进行充分的认知加工[1]。另外，从学生角度，可以通过充分练习让知识或技能达到自动化程度，从而实现无注意加工，占用较少信息加工资源。如刚开始学习汽车驾驶时会手足无措，但随着练习增多，技能达到自动化，驾驶员就可以边驾驶边交谈。
　　外在认知负荷取决于教学设计，如果教学设计符合学习规律，则认知负荷少;教学设计不当，则认知负荷增大。如给学生讲授红楼梦中的大观园时，用大量的文字描述，则学习较为困难，因为学生要花费大量认知负荷来构建有关大观园的空间形式;而如果使用图像或视频，则学习起来比较容易，学生无须耗用认知负荷来想象空间。
　　关联认知负荷实质上也是外在认知负荷，但关联认知负荷的增加有利于学习，是有益的外在认知负荷。如教学生有关“声音的数字化”知识时，“声音的采样”这个知识就比较抽象，学生难以理解，学习很容易陷入困境。这时可用高中数学中“用描点法绘制函数图形”这一知识进行类比，通过联想，学生对于“声音的采样”就比较快地理解了。相对于“声音数字化”而言，回顾高中数学中的“描点法绘制函数图形”无疑是增加了认知负荷，但增加的这个认知负荷有利于新知识的学习。
　　3 基于认知负荷理论的软件应用类课程教学策略
　　化整为零，熟能生巧，减少内在认知负荷  化整为零，就是讲解软件操作时，要将完整的操作分割成细小的单元来讲解，这样就能减少内在认知负荷。如Photoshop中要讲解“多个图像的合成”这一技能时，可将其分割成套索工具和魔棒工具的使用、杂乱图像的净化、图像大小的调整等操作，教学中边讲边练，让学生在学习一个单元技能时进行充分的认知和技能加工。因此，软件操作类课程建议一般全部开成实验课程。
　　熟能生巧，在课时安排上要求课内学时和课外练习学时之比一般为1：3，即课堂上教师讲解一学时，要求學生在课外至少要练习三学时，通过大量的操作练习，达到知识和技能的自动化。学生利用自动化的知识和技能解决问题时，基本上不占据注意资源，可做到无意识操作。如Premiere中对视频进行抠像处理，刚开始学习时要记忆、思考键控的原理和各种参数，但通过大量练习，抠像处理能很快完成。
　　概念先行，案例驱动，“错误重现”，巧妙总结，减少外在认知负荷  对于软件应用类课程，减少外在认知负荷是教学设计要考虑的重点，这方面的教学策略可从以下方面进行优化：概念先行，案例驱动，“错误重现”，巧妙总结。
　　所谓概念先行，就是不能片面地认为软件应用类课程就是学习各种软件的操作即可。其实，认知心理学研究表明，操作技能的背后是认知技能，软件的各种操作技能离不开概念的支撑[2]，对概念的理解越深透，操作就越能快速上手，而且保持得较好，甚至能做到经久不忘。所以在软件应用教学过程中，不妨先进行概念的讲解，即便是教材上没有概念讲解，也要进行教材处理，加入概念的讲解。如在Photoshop中一定要讲解图层的概念，如果学生没有建立图层的概念，学习Photoshop操作一定会徒增很多认知上的负担。又如在Flash教学中，如果没有元件的概念，学生制作动画时就很难掌握Flash制作的一般步骤。 　　所谓案例驱动，是相对于罗列软件操作步骤的说明书式的教学而言的，学生面对说明书式的软件应用教程，总是要进行知识到运用的转换，多一道转换就会多一份认知负荷。对脱离案例的操作步骤说明，学生在头脑中总要思考这些步骤之间的关联，这也会增加认知负荷。而如果通过案例驱动，就会拉近知识和实际应用的距离，无须转换过程。在案例中，各个操作程序之间的逻辑关联比较自然和明显地展现出来，这也减少了认知负荷，学习起来会更轻松[3]。解决问题时也可比照案例来思考，这无疑会降低认知负荷。如在讲解Flash的轨迹动画时，就可以讲解“月亮绕着地球转”的动画案例，然后分析案例中的一些知识和基本操作注意事项。
　　“错误重现”，就是对学生容易出错的操作，在讲解时特地将错误情景再现出来，帮助学生把握重难点问题。一般来讲，学生同伴的“错误重现”或者教师“故意”犯错误，比直接按部就班的系统讲授效果会更好，能显著降低外在认知负荷，显著減少学生摸索的时间，能快速抓住重难点。从操作错误及错误纠正过程中学习到的东西，可能超过从完美无缺的演示中所学到的[4]。如用Camtasia Studio录制微课前要对属性进行设置，包括保存的路径、文件名、录制快捷键等，如果按照顺序系统讲解，学生容易忘记，录制时自己摸索则需要花费大量时间，增加认知负荷。此时，讲解时可以重现这两个错误：
　　1）录制微课视频后，在电脑上找不到录制好的视频;
　　2）录制微课视频结束时，容易出现无关的鼠标操作画面（即用鼠标停止录制的操作）。
　　第一个错误对应于保存路径和文件名的设置，而第二个错误则对应于录制快捷键的设置，设置了快捷键后就无须用鼠标操作，就不会出现无关的操作画面。
　　再如Flash轨迹动画的制作，将对象和轨迹的起始位置对齐是难点，讲解时可以将没有对齐起始位置而走直线的错误动画效果演示给学生看，然后分析原因，突破这一难点。
　　巧妙总结，就是在讲授完新课后，为了让学生对繁杂的软件操作知识形成简要而又清晰的认识，对复杂的操作知识使用数字或顺口溜的方式总结出来，这样可显著减少认知负荷，从而让学习者对所学知识一目了然，成竹在胸。如“Flash动画制作基础”一节讲授内容比较多，包括动画制作的一般步骤、动画制作成功的基本条件、补间动画的五种变化类型等，讲完这些内容后，可以这样总结：本次课学习内容虽多，但可以概括为“6、3、5”三个数字，即6个基本步骤、3个基本条件和5种变化类型。又如“Photoshop抠图工具的使用”一节学习结束时，可以用顺口溜小结魔棒工具和磁性套索工具的使用差异：魔棒套索大不同，颜色单一用魔棒，背景复杂套索缝。
　　形象类比，融合人文，做好笔记，适当增加关联认知负荷  形象类比，就是当学生对应用软件的基本操作原理不理解的时候，可以通过他们熟知的事情来类比，迅速理解软件操作的基本思想和原理，从而快速学会软件的操作步骤。如Flash动画制作过程，对于初学者而言是比较难掌握的，学生习惯了基于页面的PowerPoint等软件的使用，对Flash这类基于时间轴和元件的基本操作思想一时难以适应。此时，可以将Flash动画制作过程与拍电影过程进行类比。
　　Flash动画制作中第一步“新建文件”，就相当于拍电影中的“成立剧组”;第二步“设置文档属性”，就相当于“搭建舞台和场景”;第三步“新建元件”，就相当于“给演员化妆”;第四步“设置关键帧和动画过程”，就相当于“演员上台表演”。
　　很多学生制作动画时会忘记新建元件，直接在舞台设置变化。这时候可以启发学生：没有演员，怎么能直接进行表演呢？从而提示学生先在库里面新建元件。学生也容易在新建元件时不回到场景中，直接在元件里设置变化。这时候可以启发学生：不能直接在后台化妆间进行表演。从而提示学生制作好元件后，要回到场景进行动画过程制作。
　　Flash动画制作中第五步“测试影片”，就相当于拍电影中的“观看样片效果”;第六步“发布动画”，就相当于电影的“院线上映”。这样进行类比，学生对动画制作过程就能迅速上手，而且不容易犯错。
　　虽然相较于Flash动画制作而言，花大量篇幅类比拍电影这个“无关”的事情是增加了关联认知负荷，但对于优化学生学习过程起到很大的促进作用。对比教学实验表明，使用这种形象的类比与传统方法讲授相比，学生要快3～4个学时掌握这一技能。
　　所谓融合人文，就是在讲授软件应用类技术课程时，将技术教育和人文教育相融合，达到提升学生综合素质，增强学习兴趣的效果。技术和人文的融合强调不仅关注软件应用技术本身，也关照技术与人文、社会的结合，这就拓展了软件应用技术课程的教学目标[5]。相对于软件技术本身，人文因素的加入属于增加关联认知负荷，但这种认知负荷的增加可以使软件技术课程一改枯燥、冰冷的感觉，散发出人文和人性的芬芳，提高学生学习软件应用技术的兴趣，同时提升软件应用类课程的品位。
　　如教学运用Photoshop磁性套索和魔棒工具来抠图，可以选择“林黛玉和薛宝钗的性格差异”这一案例来讲解，将林黛玉和薛宝钗人物形象从素材图片中抠取出来，合成在一个图像中，并输入主题文本：林黛玉和薛宝钗的性格差异。在讲解技术操作过程中稍微点出两个人物形象的性格和命运的不同，并告诉学生，学习好抠图工具，可以制作出类似的比较分析类的图片。两个人物的性格和命运相较于抠图技术而言，是关联认知负荷，但学生学完本节知识后，就能体会到抠图工具能完成生活或学习中的一些工作，提升进一步主动学习软件应用技术的动机。
　　又如在讲解“Photoshop中用选框工具绘制选区”这一操作时，学生绘制的选区与画布边框总有一定的距离，影响美观，很多学生主观上认为没有大碍。此时可以要求学生精益求精，要有工匠精神，渗透性地对工匠精神的内涵和要求进行讲解。同时启发学生：如果绘制选区时从画布外开始绘制，就能确保无缝对接。
　　做好笔记，即要求学生在学习软件应用时适当做好笔记。在学习软件操作方法过程中，学生适当把操作要点或重点简明扼要地记下来，虽然增加了认知负荷，但能有效促进学习，课下可以根据笔记进行回顾和创新操作，学得更快、更牢靠。
　　参考文献
　　[1]庞维国.认知负荷理论及其教学含义[J].当代教育科学，2011（12）：23-28.
　　[2]曹贤中，王海霞，王润华.认知弹性理论与劣构领域的课件设计[J].中国电化教育，2006（1）：73-76.
　　[3]曹贤中，郑忠梅.教学设计能力培养：职前“卓越教师”培养的关键[J].中国医学教育技术，2017，31（6）：618-622.
　　[4]皮连生.教育心理学[M].4版.上海：上海教育出版社，2011：186.
　　[5]李枭鹰，牛军明.大道泛兮：大学人文教育与科学教育的耦合[J].黑龙江高教研究，2014（11）：7-9.
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