基于认知负荷理论的网络课程信息呈现研究
２００９年１期／总９７期
现代远程教育研究
【技术
用】
应基于认知负荷理论的网络课程信息呈现研究
□陈树刚
朱永海
摘
要：本文从认知负荷理论角度出发，对影响网络课程学习效果的主要因素（学习者、
信息内容和媒体类型）的各自特征和相互关系进行概要分析，并从网络课程中的信息呈现形式、超媒体信息表征、信息结构组织等方面进行探讨，提出网络课程信息的组织和呈现要符合学习者的认知规律，减少阻碍学习的认知负荷的产生。
关键词：认知负荷；网络课程；信息呈现中图分类号：G436
文献标识码：A
文章编号：1009－5195（2009）01－0063－03
一、认知负荷理论与媒体概述
认知负荷指个体在对待某种工作、作业或任务的过程中，个体所感受到心智负荷与心智努力的负载状态。就信息加工理论而言，认知负荷指工作记忆的负荷（working memory load ）。认知负荷理论研究的主要目的就是在教学过程中控制工作记忆负荷，即最大限度地降低阻碍学习的认知负荷、优化促进学习的认知负荷，使学习者合理地利用有限的认知资源，达到最好的学习效果。该理论认为影响认知负荷的基本因素有三个，即学习材料的组织呈现方式、学习材料的复杂性和个体的专长水平(即先前知识经验)。由此也就导致了三大类认知负荷的产生，即外在认知负荷（Extraneous Cognitive Load ）、内在认知负荷（Intrinsic Cognitive Load ）和相关认知负荷（Germane Cognitive Load ）（张慧等，1999）。基于网络的学习是学习者通过与学习资源、学习伙伴、教育者及课程情境等因素间相互作用达到知识的建构。网络课程是学习者与学习资源、学习伙伴、教育者以及课程情境交流的载体，如何有效组织与呈现网络课程中的信息，减少阻碍学习的认知负荷的产生，提高学习者的学习效率是我们所需研究与思考的问题。
《网络课程质量认证标准》中指出：网络课程的知识结构要符合本门课程的内在逻辑体系和学生的认知规律。具体讲，就是要根据学生的认知特征，选择最佳的信息呈现媒体，并合理的设计信息结构。多媒体信息在记忆中是以双通道形式进行加工
的。工作记忆分为相对独立的视觉和听觉加工功
能，使用单媒体(如文本)呈现信息容易造成一个通道过载，而另一个通道中的信息负荷不足。任何一个通道过载都可能增加无关认知负荷。虽然用声音形式呈现词语比用文本形式呈现更有利于学习者的信息加工，但在当前的网络传输因网络的带宽和传输速度还不大理想。若过多采用音频、视频等多媒体传输信息，会影响信息呈现速度，降低学习效果。因此，网络课程设计过程中界面快速流畅地呈现也是必须考虑的因素之一。
二、媒体与信息的双向选择
利用多媒体呈现信息时，既要充分考虑学生的认知特征，也要考虑媒体的适合性。信息加工论者把知识分成两种：一是陈述性知识，这是属于感觉、知觉、记忆等方面的；一是程序性知识，这是属于思维方面的（林众等，1996）。一般来说，陈述性知识适宜用抽象形态的媒体呈现，如文本、声音、图表等。程序性知识（如技能、技巧和事实等）适宜用具体形态的媒体加以呈现。不同的媒体运用不同的符号运载信息，刺激受者不同的感官，使其所表现的教学功能与特性各不相同。因此，在编制与运用各类媒体时，需要了解每个教学媒体的教学功能和特性，根据需要取长补短、综合运用。
媒体的使用是为呈现一定的教学信息，促进网络教学中教学事件的发生，达到预期的教学目标。媒体呈现信息的目的可以分为以下几种：呈现事实目的，提供有关科学现象、形态、结构，或者是史料、
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文献等客观事实；创设情境目的，提供有关的画面、动画、活动场景，说明故事的情节，展示特定的情境；提供示范目的，提供一系列的标准行为，如语言、动作、技能等，供学员模仿和练习；解释原理目的，提供典型事物的运动、成长、发展的完整过程，解释其特点和规律；探究发现目的，提供典型现象或过程，通过设置疑点和问题，让学员进行探究和发现。熟悉各媒体元素的特性，在呈现不同的信息内容时尤为重要。
单通道媒体，指仅可利用一种感官来接受信息的媒体。根据借助感官不同，可以分为视觉类，如文字、图形、图片等；听觉类，如教学录音、语言电话等。文本是传递教学内容的基本形式，戴尔的“经验之塔”表明文本的抽象层次较高,因此需要学习者有较强的阅读理解能力。图形是一种抽象化的媒体，它承载的信息量比较少，但具有数据量小不失真等特性。图像是指静态图像，它具有逼真、生动、形象等特点，可以提供较高质量的感知材料。动画是对事物运动、变化过程的模拟，有利于描述事物运动、变化过程。经过创造设计的动画更加生动、有趣，有利于激发学习者的学习动机。
双通道媒体，指可同时利用两种感官来接收信息的媒体。音频属于过程性信息，有利于限定和解释画面。音频包括波形音频、CD－DA音频和MIDI 音频。波形音频是记录声音最直接的形式，对记录和播放的环境要求不高，运用较多，其缺点是数据量比较大。CD－DA音频又称数字音频光盘，是高质量立体声的一个国际标准。MIDI音频的播放需要借助播放器，对环境要求较高但数据量小，非常适合在呈现背景音乐的场合使用。视频是对现实世界的记录，具有表现事物细节的功能，适合呈现一些对学员比较陌生的事物。通常情况下，视频采用声像复合模式，即在呈现事物图像的时候伴有解说或背景音乐。视频在呈现色彩丰富的画面的同时，也可能传递大量的无关信息。因此，在利用视频传递教学信息时，要注意视频在网页课程中的位置，减少负面认知负荷干扰。
在利用媒体呈现信息时，要根据教学内容和学习者的特征来确定媒体。需要注意的是：图形、词汇和数字显示都会引起心理上的言语和表象。图形一般需要配有一定的言语内容或采用有选择性的简化形式，如用线条画出。图像一般用于重复显示文字所陈述的信息。通常情况下，学员短时间内就能接受一个口头语言，但却需要相当长的一段时间才能接受印刷文字。与口述相比，文字材料和图像更适合呈现需要较长时间注意的复杂任务。在需要听觉符号的地方，则需具备良好的声音质量和接受条件。视觉对空间上的变化特别敏感，而听觉则对时间上的变化特别敏感。言语信息可以通过任何一种媒体形态进行感知，既可以从阅读印刷文字感知，也可以从听取口头语言感知；而图像一般只能通过视觉接受。这些感觉上的不同在一定程度上影响着教学（崔继馨等，2003）。
三、信息的组织与呈现
网络课程的知识主要用超文本（或超媒体）模式进行组织。超文本模式具有明显的非线性结构待征，信息单元内部或之间的链接复杂。在网络课程的学习过程中，由于信息间复杂的链接，经常会导致学习者迷失方向。因此，要合理并有效地对信息进行组织与呈现，使之有利于学习者的自主学习和多路径学习。构成超媒体信息结构基本要素很多，但关键的是节点（教学内容信息块）、链（信息块之间的连接）和学习路径控制。
网络课程每个教学事件发生需要借助于相关的媒体。因此，在利用媒体呈现信息时，要根据教学单元、知识点和所选择的媒体类型来确定节点的大小、内容和数目。节点的大小和数目要适当，部分与整体要统一。当屏幕上一个窗口中节点过大时，就会给学习造成一定的认知负荷。反之，若节点太小，教学内容又容易被分割失去完整性。在设计过程中，我们既可以规定整个屏幕上每次只呈现一个节点，也可以在屏幕上同时打开多个大小不等的窗口，同时呈现多个节点，如：大窗口显示文本，小窗口播放视频。
根节点是学习者进入系统学习时遇到的第一个节点，同时也是一般节点都能返回的中心节点。因此，根节点的设计十分重要，一般以综述或目录等作为根节点。为使学习者以不同学习路径提取信息时，都能明白信息在知识结构上的归属关系，内容密切相关的节点，在设计方面就应该具有一些相同的信息，如标题、说明性文字和风格等。
链的设计通常需要注意两方面问题：一是要保证每个节点都有链指向它，二是链的建立要基于学习者的认知结构和学习需要，要尽量避免复杂链接
【技术用】
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现代远程教育研究
２００９年１期／总９７期
现代远程教育研究
陈树刚，男，硕士研究生，安徽师范大学教育科学学院，
安徽芜湖241000
朱永海，男，讲师，安徽师范大学教育科学学院，
安徽芜湖241000
作者简介
收稿日期：2008－05－21
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基金项目：国家社会科学基金“十一五”规划（教育学科）国家一般课题《信息技术环境下多元学与教方式有效融入日常教学的研究》（BCA060016）子项目。
形成的干扰。根据各节点间信息内容的联系和教学过程的需要，确定节点间的跳转关系即确定节点间的次序、层次和归属等。
网络学习以学习者的自主学习为主，学习者可以根据自己的特点选择不同的学习路径。但是，学习者在学习过程中又经常面临迷失学习目标的情况。为提高学习者的学习效率，让学习者可以在不同的知识节点和链之间自由地学习，这就需要一个良好的路径控制系统。目前主要有三种学习路径控制方式：一是计算机主动控制，即由计算机决定激活节点的对象及时机，教学测试大多采用此控制方式。二是学生主动控制，即由学生根据系统已建立的链来自主决定什么时刻激活哪个节点，教学查询、基于资源的学习等CAI 模式都采用这种方式。三是智能化控制，学生在一定信息网络范围内具有自主控制学习路径的权力，同时计算机能根据学生模型和学习情况随时主动调整学生的自主范围，并给予适当引导（杨哲，2006）。基于以上三种学习路径控制方式，可以对节点、链和总体结构设置相应的导航图或节点链接图，方便学习者通过导航图找到当前学习的位置，避免迷失。同时，也可以减少学习者在对节点知识和知识整体的信息加工过程中所产生的认知负荷。
四、思考
在网络课程的设计过程中，学生的认知特征、课程的内容选择与组织形式以及根据学生的认知特征和课程的内容所选择的媒体类型，影响着网络课程中信息呈现。因此，在进行网络课程设计时要充分考虑三个要素的特性和相互间的影响，如图所示。
学习者作为网络学习过程中的主体，是信息的接受者。在进行网络课程设计之前，应从认知负荷理论出发，系统地分析学生的认知特征，充实学习者的先备知识（先备经验），培养学习者专门的知
识、技能，提升学习者处理自身认知负荷的能力。在此前提下，选择与教学目标相符的教学内容并合理地对知识进行组织。在对教学内容的选择与组织过程中，要充分了解教材内在要素间的相互关连性和知识间逻辑性，重视教材呈现方式和呈现时间的适当性。在运用多媒体呈现信息时，应充分考虑不同媒体的优缺点和学习者所具备的学习环境（如网速、带宽）。同时，也要注意学习者对媒体种类的认识敏感度，减少学习者在理解媒体时产生负面的认知负荷。
在网络课程的设计过程中，充分考虑学习者、课程内容、媒体类型这三者的特性和相互间的关系,是合理、有效地组织与呈现网络课程信息的必要前提。从图中我们不难发现，在网络课程的设计过程中，我们可以分别以任一要素作为基点，并充分考虑另两个因素的特性和对其的影响来进行设计。但从以人为本的观点出发，建议以学习者作为设计的基点，分析学习者的认知特征及对不同媒体的敏感度，合理规划信息的结构，最大程度地减少学习者在学习过程所产生的负面认知负荷，提高学习者的学习效率和网络教育的质量。
参考文献：
[1]张慧，张凡．认知负荷理论综述[J]．教育研究与实验,1999，（4）．
[2]林众，冯瑞琴．计算机与智力心理学[M]．杭州：浙江人
民出版社,1996：148．
[3]崔继馨,李丽,白梅．网络课程内容的媒体呈现形式设计[J]．天津电大学报，2003，（2）．
[4]杨哲．网络课程的信息表征与信息结构设计研究[J]．中
国远程教育，2006，（7上)．
[5]张舒予．现代教育技术学[M]．合肥：安徽人民出版社,2003：50－66．
责任编辑汪燕
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