解剖教學設計中認知負荷理論的應用范文
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人體解剖學屬于形態學的范疇，課上授課內容多、知識點繁雜，雖然教學課件中圖片、動畫、視頻等資源比較多，但教師對課件的設計更多是關注資源內容的全面性、完整性、關聯性，常忽視學習者的學習感受和知識建構的過程。認知負荷理論關注學習者的認知結構和信息結構之間的交互作用，能夠根據學習者的認知水平合理設計教學資源，通過控制學習者在學習過程中產生的認知負荷提升學習效果，實現有效教學。本文以認知負荷理論為指導，探究了人體解剖學的教學設計過程，以期為人體解剖學的教學設計及改善人體解剖學的教學效果提供參考。
認知負荷理論（CLT）[1]是由認知心理學家約翰•斯威勒（JohnSweller）在1988年提出的。認知負荷指工作記憶儲存、加工和提取學習信息時承受負荷的總量，Sweller等根據認知負荷的來源不同將其分為內在認知負荷、外在認知負荷和相關認知負荷三種類型[1]。內在負荷是由學習任務的性質帶來的負荷，取決于學習材料的難易程度和學習者的個人基礎、經驗；外在負荷是指施加給工作記憶的與學習無關的負荷，主要受學習材料的設計、呈現方式及教學活動方式的影響；相關負荷指用于處理內在負荷并能促進學習的工作記憶資源，即加工與認知內容相關聯的信息帶來的負荷。其中的外在負荷和相關負荷由教學設計者所主導[2]。認知負荷理論提出的教學設計指南和策略主要是通過減輕外在負荷、調控內在負荷和優化相關負荷來促進學習[2]。經過長期的實踐研究，學者們總結了自由達標、注意聚集、多種通道、指導漸減效應、逼真度從低到高、情境干擾等15個教學設計原則和策略，這些原則和策略可以減輕外在負荷、調控內在負荷、優化相關負荷，從而促進學習效果[2]。
2基于認知負荷理論指導人體解剖學的教學設計
人體解剖學的教學資源比較豐富，包括多媒體教學課件、虛擬數字人系統、掛圖、模型、標本等；教師的授課方式也較靈活多樣，包括邊畫圖邊講解、實體標本講解及利用多媒體課件講解等。教學資源呈現方式或授課方式設計不當可加重學習者在學習過程中產生的外在認知負荷，因此需要通過合理的設計降低外在負荷，促進有效學習。本文主要從調控內在認知負荷和降低外在認知負荷兩個方面探討了如何基于認知負荷理論指導人體解剖學的教學設計，根據學習者的認知水平合理地設計教學資源，從而使學習者獲得良好的學習體驗，提高學習效果。
2.1根據綜合度從小到大的策略進行教學設計，調控內
在認知負荷認知負荷理論認為，學習材料的難易程度和學習者的基礎知識決定內在認知負荷。因此，在進行教學設計前首先應充分分析學習者的特征，了解學習者的基礎情況；其次，分析教學內容，特別是重點和難點問題對于學習者的難易程度，評估內在認知負荷的高低，這是教學設計中的一個重要環節。然后根據Sweller等總結的原則和策略調控內在認知負荷[2]。學習材料的簡單與復雜，取決于信息元素間的交互性，即學習要素在孤立的情境下被理解的程度。低交互性的學習材料在不考慮其它因素的孤立情境下，就能被理解和學習；而高交互性的學習材料，在孤立的情境下不容易被理解，只有學習某個元素并理解各元素之間的相互關系后，才能真正理解學習材料的意義。例如，在人體解剖學的學習材料中，骨學部分的內容就屬于元素交互性較低的例子，盡管需要掌握大量的醫學名詞，但只需記憶就可以掌握；而腦神經就屬于元素交互性高的學習材料，雖然腦神經的名稱能很快被記憶，但還需要掌握腦神經的走行、纖維成分與作用才能完全理解。元素的交互性越高，學習時需要工作記憶同時加工的信息數量就越多，所產生的內在負荷就越重。綜合度從小到大的策略是指按照元素的交互性，先呈現相對獨立的元素，然后逐漸提升任務的綜合度，這樣分步漸進的策略比一步到位的策略更加適用新手學習[2]。因此，人體解剖學在進行教學設計時，應首先分析各個章節對于學生的難易程度，對于學習材料按照互動性高低高進行排序，先呈現相對獨立的元素，待后期所有的互動性元素到位后再一次性全部呈現所有元素及互動性。例如，教師在講授骨學標志或顱底內面觀時，先不要敘述骨學標志是哪塊具體肌肉的附著點或穿過孔裂的具體結構，到后期講肌肉或神經血管時，再把骨性標志和肌肉，孔裂和神經、血管等元素和元素間的關系等信息一次性全部呈現出來，以此來減輕內在負荷，加深學習者理解。
2.2根據注意聚焦原則
[2]設計多媒體教學課件，降低外在認知負荷制作多媒體課件時，將多種信息源整合在一起成為單一的信息源，按照空間臨近原則和時間臨近原則呈現信息，并在空間上整合文字與圖表信息，以集中學習者的注意力，降低學習者的外在負荷，從而促進有效學習。例如，圖片與文字說明應該放在一張幻燈片上，而不是分別呈現在兩張幻燈片上；文字說明要與圖片描述的位置相鄰（空間臨近），圖片左邊結構的說明文字放到左邊，圖片右邊結構的說明文字放在右邊，不要相互交叉，并且應簡潔不重復。如果當前的學習內容涉及到前面的知識時，要直接關聯制作一張相關知識的幻燈片，而不是去前面翻頁尋找。
2.3根據多種通道原則
[2]設計多媒體教學課件和授課方式，降低外在認知負荷多種通道原則源于圖文信息“視-聽”整合的實驗研究，給對照組呈現圖形信息和解釋圖形的文本信息，給實驗組呈現圖形信息和口頭講解圖形的言語信息；結果顯示，邊看圖形、邊聽講解的視-聽組合（多通道）圖文信息的教學效果明顯優于既看圖形又看文本的視-視組合（單一通道）圖文信息的教學效果[4]。基于上述研究結果，人體解剖學應結合多種通道原則進行教學設計，制作多媒體課件時，PPT中的圖片和動畫信息不配大篇幅的文字說明，而是配合教師講解或者插入語音，教師授課時，要讓學生采用視覺、聽覺等多通道接受知識。例如，講解內囊時需要回憶傳導束，這時教師最好找出之前的圖片或動畫讓學生邊看邊聽教師講解，而不是只單純的講解讓學生自行回憶。
2.4根據減少冗余原則
[2]設計多媒體教學課件，降低外在認知負荷教學設計不當會出現冗余效應[5]。例如多媒體課件中，如果學生通過看圖文信息就能理解的知識內容，那再聽教師講解就是多余的；相反，如果只憑借教師講解圖片信息就能聽懂的知識內容，再讓學生看圖片上的文字信息就是多余的，因為學生需要將講師講解的內容與圖片上的文字信息進行加工對應，增加了外在認知負荷。減少冗余原則是指用單一信息源取代各自相對獨立的多樣化信息源，從而源減輕對冗余信息進行的非必要加工而產生的外在負荷[2]。因此提示，教師在制作PPT時要注意，不要添加過多的文字信息，即使必須出現的文字信息也應是概括性的，更加注意不要出現全頁都是文字的情況。對于學習材料比較簡單的章節，課后總結的頁面只需提供圖文信息讓學生自己思考即可，此時教師不需要再次講解，而是做適當的引導提示；對于學習材料比較難的章節，課后總結頁面應是只提供圖片信息，同時教師進行總結歸納。例如，講述循環系統的知識需要復小循環的內容時，只需要提供大小循環的路徑圖，無需附加口頭說明。
2.5根據自由達標原則
[5]設計課堂問題和課后思考題，降低外在認知負荷Sweller等通過大量實驗證明，自由達標的任務可以避免逆向探究而降低外在認知負荷，通過降低問題的目標明確性，可以提高學業成績和遷移的程度[6]。因此，在人體解剖學教學設計中應根據自由達標原則設計開放性的課堂問題和課后思考題，以降低學生學習時的外在負荷。例如，課后作業讓學生“在自己身上標記出盡可能多的骨性隆起、肌肉的位置”，而不是“下列骨、肌肉描述錯誤的是什么”；提問“所有可以治療闌尾炎、膽囊炎的給藥途徑”，而不是“膽囊動脈、闌尾動脈是哪個動脈的分支”；提問“思考臨床經橈動脈、股動脈介入手術治療冠狀動脈硬化導致的心機梗死的途徑”，而不是“左右冠狀動脈的分支是什么或上肢的動脈組成是什么”等。人體解剖學的教學設計對于學生理解繁雜的解剖知識具有非常重要的作用，本文結合認知負荷理論提出的教學設計要義，從調控內在負荷和降低外在負荷兩方面對人體解剖學教學過程進行設計，以減輕學生的認知負荷，提高教學效果。隨著認知負荷理論研究的逐漸深入，基于認知負荷理論進行教學設計的探索可以擴展到醫學課程的其它學科，以提高醫學生的學習積極性、改善教學效果及提高醫學教學的水平。
作者：吳雪艷 劉思洋 郭森 付秀美 謝紅林 陳志宏 單位：承德醫學院人體解剖學教研室
