基于认知负荷的移动学习设计研究

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【摘要】移动设备的日益普及和移动技术的日臻完善使移动学习成为传统教育的有益补充，并促进终身学习。本文拟从认知负荷的角度探讨移动学习的设计原则和设计理念，为移动学习的展开提供理论支持。

【关键词】认知负荷;移动学习

随着移动设备的普及和移动技术的完善，越来越多的学生和教师开始研究如何利用移动设备进行学习。这种可以随时随地利用移动设备进行的正式或非正式学习即是移动学习。对移动学习的研究主要包括两个方面，一是对内容的研究，一是对设计的研究。对内容的研究主要关注移动学习内容的设计。最常见的方式是通过手机等移动设备将文本、音视频等学习材料推送给学生。这种方式通常是作为正式学习的补充。对移动学习设计的研究主要是探讨如何设计方便学生进行移动学习的软件或系统。这些软件或系统通常被应用于非正式学习。无论是正式学习还是非正式学习，是对教学内容的推送还是移动学习系统的设计都要符合学生的认知规律，因此，本文以认知负荷理论为依据，探索移动学习的设计原则。

一、研究现状

1988年Pinter& Twang率先利用手机为远程学习者提供反馈和辅助。1996年布莱汉姆青年大学利用手机和计算机进行远程英语教学。2001年Dickey在韩国通过电话会议的形式教授英语口语课程。斯坦福大学则利用手机的语音和邮件功能将词汇、测试题及翻译发送给学生，并为学生提供实时帮助。此后众多研究者开始研究如何利用手机的短信息、邮件等功能向学生推送学习材料。然而，随着研究的深入，研究者认识到仅仅将学习资料发送给学生不足以达到帮助学生建构知识的目的，因此后续的研究以促进学生合作完成任务为目的，同时强调师生间、学生间的互动。如Boticki、Wong和Looi设计了合作移动学习平台，将不同内容的学习材料发送至不同学生手中，然后引导学生形成小组，通过整合学习资源达到合作学习的目的。随着移动设备功能的增强和移动技术的发展，研究者开始研究如何为学生提供个性化、情境化的学习。如CAMLES系统可根据学习者的地理位置、可利用的学习时间、学习者的学习方式以及学习者的知识水平为学习者发送不同的内容。

二、认知负荷理论

澳大利亚心理学家John Sweller 1988提出认知负荷理论。所谓认知负荷，即是指人在完成任务过程中进行信息加工所需要的认知资源的总和。该理论认为人的认知资源和注意资源是有限的，如果同时进行几项活动，则认知资源和注意资源需要在不同活动间进行分配。同时该理论认为人的记忆主要包括工作记忆和长时记忆。工作记忆用于加工信息，长时记忆用以储存信息。知识以图式的形式储存在长时记忆之中，个体在学习新知识的过程中，长时记忆中的图式可以进行准确的归类，从而弥补工作记忆容量的不足。因此，为顺利完成学习任务，应努力降低信息所占用的认知资源，同时利用图式的自动化来释放工作记忆容量。在教学过程中要尽量降低阻碍学习的认知负荷、优化促进学习的认知负荷，以达到最佳的学习效果。

三、移动学习设计原则

学习者在进行移动学习的过程中，由于环境的影响注意力较为分散。如果此时学习任务过于复杂，认知负荷过高，则不仅会使学习任务难以完成，还会降低学习者的学习兴趣，进而中断移动学习。因此，合理设计学习任务，降低认知负荷总量成为设计移动学习的关键。由于认知负荷主要由内在认知负荷、外在认知负荷和关联认知负荷组成，因此，本文将从这三类认知负荷入手，探讨设计移动学习的原则。

（一）降低内在认知负荷

内在认知负荷是指由学习材料的难度水平带来的负荷。Sweller认为内在认知负荷不仅取决于学习材料的复杂性，也取决于学习者的专业知识。因此，在设计移动学习系统的过程中应充分考虑学习者原有的知识水平。如果能根据学习者的水平不同，推送不同难度的材料，则可以达到降低内在认知负荷的目的。例如CAMCLL系统就可以根据学习者的水平和所处地理位置为学习者提供适当的汉语语句，以提高学习者的汉语水平。但该系统只是根据学生的初始水平，来发送相关语句，未能根据学习者水平的提高对任务进行调整。相比之下Uther等人开发的MAC系统则更具优势。MAC系统可根据学习者完成任务的情况，判断学习者现有知识水平，并据此发送相关学习任务。然而当教师以点对面的方式向学生推送学习材料时，则很难做到根据学生的不同水平发送不同的内容。在这样的情况下，可以参照Gerjets等人的方法，在样例学习中降低内在认知负荷。当学习任务较为复杂时，可以将任务分解成更简单的、可单独传递的子任务。这样由于学习者已经具备了该领域的一些知识，在面对整体任务时，内在认知负荷就减少了。

（二）降低外在认知负荷

外在认知负荷与学习材料的组织和呈现方式有关。当教学设计或教学材料的呈现方式干扰了图式的获得和自动化时，外在认知负荷就产生了。比如，对移动设备的操作系统不熟悉的学习者在进行移动学习时，就会产生外在认知负荷。因此，在进行移动学习前，应让学生充分了解移动设备的性能、界面、操作环境，使其成为学生的内在图式，这样就不会产生额外的认知负荷。此外，移动学习的一个明显优势在于可以随时、随地获取海量信息。这有助于我们完成学习任务、解决实际问题，然而大量的信息会让人感到无所适从，从而增加学生的外在认知负荷。为了降低认知负荷还要消除冗余信息，同时避免注意分散。在以不同方式呈现相同的信息或呈现不必要的额外信息时，冗余就发生了。比如，在向移动终端推送词汇时，如果在词语及解释旁附加相应的图片，则会形成冗余信息。这既增加了移动学习的成本，又增加了外在认知负荷。当学习者接受多种信息，同时又必须对这些信息进行加工时，容易产生注意分散。依据认知负荷理论，解决注意分散的方法是接近原则，即让本质上有联系的信息同时出现。比如，在利用移动媒体宣传火灾逃生技巧时，如果先播放动画，再用语言加以解释，则会产生注意分散，此时可以在动画中加入语言，这样可以减少注意分散。情境化学习既是目前移动学习的主流也是移动学习未来的发展方向。研究者通常利用集成式的电子化微型感知设备搜集环境中的各种信息，从而促进学生在真实情境进行学习。此外，研究表明工作记忆对视觉信息和听觉信息的加工是分离的，一部分仅负责加工视觉信息，另一部分则用于加工听觉信息。因此，只用一种方式呈现信息可能使部分工作记忆处于闲置状态，因此，在移动学习的过程中，可以综合呈现多种信息，提高工作记忆的使用率，进而提高学习效果。

（三）增加相关认知负荷

相关认知负荷是在学习者学习一个任务时，将未用完的认知资源应用到与学习有直接关系的图式加工中区，使学习者进行更高级的认知加工，从而支持图式构建。相关认知负荷也是认知负荷的一部分，但这种认知负荷不仅不妨碍学习，还有利于知识的迁移。自我解释活动是增加相关认知负荷的一种方法。学习者在学习过程中通过对自己做出解释来理解新的信息。比如，Hourigan等人就利用博客帮助学生形成反思式的学习。研究者要求研究对象在12周的时间里，通过写博客对学习过程进行反思，要求学生每星期写两篇关于如何发展语言学习策略的博客。通过自我解释，学生对学习过程进行深入的思考，进而促进了语言学习，这就是由于增加了相关认知负荷。

四、结论

借助移动设备，学习者可以不受时空的限制通过网络连接获取信息，同时可以随时随地实现个体间或群体间的交流，并分享各种形式的数字学习内容。教师不仅可以满足学习者个性化的学习需求，还可以使学习者在真实情境中进行学习。正是由于移动设备的这些特性，吸引了越来越多的人加入到移动学习中来。然而，在设计移动学习时，教师应遵循认知规律，优化认知负荷。在推送学习材料时，要避免增加学生的外在认知负荷。同时，要根据学生的现有知识水平提供相应的学习内容，以降低学生的内在认知负荷。同时通过自我解释等方式增加学生的相关认知负荷，以促进知识的迁移。当然，在设计移动学习的过程中，研究者不仅要考虑认知负荷，也要考虑学生的学习兴趣、学习动机及唤醒水平，以使学习效果最优化。

参考文献

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本文为吉林省教育厅“十二五”社会科学研究项目第374号阶段性成果。