利用概念图减轻远程学习者认知负荷的策略探析

【摘 要】适当的认知负荷水平，是保证远程学习者顺利而有效地学习的关键。本文首先简单介绍了认知负荷理论，并以此为依据分析了远程学习者面临的认知负荷，然后在此基础上，从相关认知负荷和外在认知负荷两方面出发，探讨了利用概念图来减轻远程学习者认知负荷的策略。
【关键词】 远程学习者；认知负荷；概念图；策略
在远程教育系统中，学习者是一个处于核心位置的构成要素。如何提高远程学习者的学习质量，一直是远程教育领域关注的焦点问题。适当的认知负荷水平，是保证远程学习者顺利而有效地学习，进而保证学习质量的关键，然而，由于远程学习方式的特点和学习者本身的原因，远程学习者在远程学习过程中总会面临认知负荷的压力和挑战。本文中，笔者将依据认知负荷理论，分析远程学习者面临的认知负荷，探讨利用概念图来减轻远程学习者认知负荷的策略。
一、认知负荷理论简介
1. 关于认知负荷理论
认知负荷理论（CLT）由澳大利亚心理学家John Sweller于上世纪八十年代提出，该理论的依据是，在处理信息时，工作记忆的容量是有限的（Miller在1956年指出人类工作记忆的容量为7±2个信息单元），而长时记忆的容量则是无限的，并“存储着具有不同程度复杂性和自动化特性的认知图式”。认知负荷理论认为，如果学习者同一时间在工作记忆中处理的信息量超过这一限度，就会造成认知困难，加大认知负荷。
2. 认知负荷的类型及结构
认知负荷包含三种类型，分别是：内在认知负荷，指学习任务本身的内在属性；外在认知负荷，指任务被呈现的方式；相关认知负荷，指学习者在图式建构和自动化过程中意欲投入的认知资源的数量。其结构如下图所示：
研究表明，上述三种认知负荷是累加的，就特定的学习者来说，它们的总和不应超过工作记忆的容量限度，否则就会使学习陷入困境。“内在认知负荷取决于学习材料的性质同学习者知识水平间的交互作用”，对于特定的学习者和学习材料而言，内在认知负荷是相对固定的。外在认知负荷同学习不直接必需的过程相关联，比如说整合在时空中分散的信息，而相关认知负荷则同学习直接相关的过程相关联，比如说图式的建构和自动化，二者都可以通过教学干预得到改变，所以我们应当在工作记忆的容量范围内尽量减少外在认知负荷，增加相关认知负荷，以改善学习者认知负荷的结构，促进学习者的学习。
二、远程学习者面临的认知负荷分析
在分析远程学习者的认知负荷之前，首先应对远程学习者有一个清晰的界定。综合国内外学者对远程学习者特征的分析以及对远程学习的界定，笔者认为，可以借鉴丁兴富对远程学习的定义来界定远程学习者：远程学习者是指与传统学习者相对的，“利用各类学习资源在没有助学者（教师）连续面授指导环境下”进行学习的学习者。本文主要关注通过网络开展学习的远程学习者，并结合远程学习的特点，从三种认知负荷的类型出发，分析远程学习者面临的认知负荷。
1. 远程学习者的内在认知负荷
远程学习者的内在认知负荷来自于学习材料本身。目前，基于问题的学习、研究性学习、合作学习等强调学习者创造性和主动性的学习方式得到提倡，许多远程学习的课程都围绕复杂的学习任务而设计，并以大量交互性要素的存在为特征。在概念方面，学习者需要在工作记忆中同时处理大量的信息片断，以获得对概念的理解；在技能方面，需要在工作记忆中同时协调各种各样的技能，以获得连贯一致的表现。这些都是远程学习者面临的内在认知负荷的表现。
2. 远程学习者的相关认知负荷
根据认知负荷理论对相关认知负荷的界定，可以知道适当水平的相关认知负荷对远程学习者是有益的。在远程学习过程中，相关认知负荷表现为远程学习者所付出的认知努力。远程学习是一种基于资源的自主学习，需要学习者自己控制调节学习活动的开展，要保证此种学习方式下认知努力的效果，即保证远程学习者的相关认知负荷水平，对认知过程进行监控的元认知能力就显得尤为重要。然而很多远程学习者已经习惯于传统的以教师为主导的学习方式，缺乏与自主学习相关的元认知能力，相关认知负荷处于相对较低水平。
3. 远程学习者的外在认知负荷
首先，学习资源的过剩会带给学习者外在认知负荷。在远程学习环境中，学习者获取学习资源的渠道由传统的教师、课本和图书馆等扩展至整个互联网，这些学习资源数量多、种类全，在为学习者带来前所未有的便利性的同时，也容易使之陷入知识信息的海洋，大量冗余信息会占用学习者工作记忆的空间，加重学习者检索和获取信息的负担。
其次，学习资源组织不当和呈现方式不合理也会产生外在认知负荷。网络学习资源一般是以非线性方式组织，这虽然为学习者提供了选择的灵活性，但有时超链接过多、资源结构混乱等问题也会加重学习者检索和查找信息的负担。
此外，在远程学习环境中，还涉及到多种技术的应用、网络环境中其他因素的干扰等等，都会对远程学习者带来一定的外在认知负荷。
三、利用概念图减轻远程学习者认知负荷的策略
概念图是在上世纪60年代由美国学者诺瓦克（Joseph D. Novak）提出的。参考诺瓦克对概念图的定义，我们可以这样理解概念图：概念图是一种知识表征的工具，它以图形的形式简单明了地表现复杂的知识结构，可视化地呈现和说明概念之间的关系。
之所以通过概念图来减轻远程学习者的认知负荷，是基于以下考虑：
首先，概念图所表征出的知识结构与学习者头脑中的认知结构有一定的相似性。利用概念图，可以清楚地把学习者认知结构中与所学知识相关联的部分表示出来，以便于发现新旧知识间的关联，促进信息的加工整合。
其次，概念图的构成要素与认知活动密切相关。概念图的基本组成要素——概念，是知识建构的基本单位；概念图中表征概念间相互关系的连线构成的命题，则是思维活动的基本单元。所以说利用概念图来学习知识，既是一个知识建构的过程，又是认知图式的形成过程。
再次，概念图可以作为一种对认知过程精细加工的策略。概念图可以作为“框架”来帮助组织知识并使之结构化，这样，就可以把若干信息作为一个图式进行加工，有助于提高认知效果。
概念图的上述特性，为其在减轻远程学习者认知负荷方面发挥作用提供了可能。但是一方面，据前文所述，对于特定的学习者和学习材料而言，内在认知负荷是一个定值，也就是说特定的学习材料对于特定的学习者而言，其复杂度是难以改变的，所以内在认知负荷将不作为本文关注的重点；另一方面，远程学习者的认知负荷是一个相当复杂的多维变量，即使除去内在认知负荷，概念图也不足以面面俱到地应对其他的认知负荷，如技术应用方面的外在认知负荷。
基于以上考虑，笔者将从降低外在认知负荷和提升相关认知负荷两方面出发，探讨利用概念图减轻远程学习者认知负荷的可能策略。
1. 利用概念图提升远程学习者相关认知负荷的策略
通过前文分析，可以看出元认知能力有限是造成远程学习者相关认知负荷缺乏的主要因素之一，因而可以通过提高远程学习者的元认知水平，来有效地提升其相关认知负荷。认知心理学表明，当学习同图式的建构直接相关时，相关认知负荷就会增加，因此要设法鼓励学习者有意识地参与到与图式建构直接相关的认知活动中来。指导学习者构建概念图形式的“学习定位图”，就是一条行之有效的途径。
“学习定位图”是远程学习者对学习进行规划和安排的概念图。在远程学习的各个阶段，学习者可以通过与此图对照进行“学习定位”，随时获悉自己的学习状态，明确自己的学习进程，从而随时调整学习步调，或根据自己的学习体验对图中内容做出修正。可见，通过“学习定位图”，学习者可以可视化地呈现自己的学习进程，更充分地理解和控制自己的认识过程，这些都是相关认知负荷得以提升的表现。例如，在学习“力的概念和分类”时，可以利用概念图做一个“学习定位图”。
2. 利用概念图降低远程学习者外在认知负荷的策略
（1）作为“先行组织者”——学习准备策略
“对于任何学科的学习和理解都不像在白纸上画画，都要涉及学习者原有的认知结构，人们总是以其自身的知识和经验来组织和理解新的知识和信息。”在远程学习者学习新知识之前，将其认知结构中与新知识相关的原有知识激活，为学习新知识做好认知准备，就可使其在学习过程中及时获得已有相关知识的支撑，避免了在加工整合新知识的同时，再到长时记忆中搜寻相关知识的认知负担，从而减轻外在认知负荷。 先行组织者就是这样一种帮助远程学习者做好准备的认知策略，作为“在安排学习任务之前呈现给学生的引导性材料，它比学习任务本身具有更高一层的抽象性和包摄性。”利用概念图来呈现先行组织者，可以直接将先行组织者表征为与认知结构相似的认识框架，帮助学习者快速、准确地搜索集中相关知识，并使其清晰、稳固，为新知识的整合加工提供附着点。例如，在学习重力的概念之前，可以先呈现如图3所示的概念图形式的先行组织者：
（2）作为“知识地图”——学习资源导航策略
远程学习者在基于资源的自主学习过程中，“获取合适的信息比信息的可获得性更为重要”，因为在网络环境中，获取资源是很方便的，然而，获取学习需要的资源却并非易事，因为数量庞大的资源很容易使远程学习者迷航，造成不必要的外在认知负荷。
利用概念图，可以将相关资源以结构化的方式组织起来，构建成“知识地图”。借助此图，可以一目了然地呈现所有可获得的资源，表现资源的层级结构，体现不同层级之间的关系。远程学习者通过“知识地图”，可以迅速获取所需资源的路径，避免其耗费大量的认知资源来搜索和梳理学习资源，为加工整合信息腾出尽可能多的认知空间，减轻外在认知负荷。
（3）作为“知识组块”——学习资源组织策略
结构合理、组织得当的学习资源，可以免去远程学习者对资源结构进行再组织的麻烦，便于远程学习者对资源进行游刃有余地加工和处理，大大降低资源组织不当所造成的外在认知负荷。
根据工作记忆容量有限理论，利用概念图将学习资源以“知识组块”方式进行组织，每一个“知识组块”不超过9个知识点，这一方面可以从量的角度严格限制认知负荷，另一方面也可以在每一个“知识组块”中，利用概念图的结构来模拟远程学习者认识结构的层次性，使学习资源更便于理解和接受，减轻因资源组织不当造成的外在认知负荷。
总结
以上所探讨的利用概念图减轻远程学习者认知负荷的策略，都是基于一个共同的基础，即利用概念图结构与认知结构的相似性，借助于可视化的呈现策略来帮助远程学习者减轻认知负荷，包括通过“学习定位图”提供的元认知策略来提升相关认知负荷，通过“先行组织者”、“知识地图”和“知识组块”来降低外在认知负荷。可以把这一系列策略通过一个概念图进行总结，如图6所示：
需要强调的是，虽然概念图具有“一图顶千言”的功用，但就减轻学习者认知负荷而言，它也只是可供选择的工具之一，也只是在某些方面发挥作用，而并非是万能的。在应用中，应结合实际情况，采用多种工具手段和策略，使之优化组合，以达到减轻远程学习者认知负荷之最佳效果。