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摘 要：基于认知负荷理论,通过分块呈现课程内容、创建学习情境、发挥双重感官效应、利用样例、提升学生心理努力程度等教学设计,降低学习者的内在认知负荷和外在认知负荷,提升其相关认知负荷,从而实现电气自动化专业英语教学目标,提高学习者的学习效率.
关 键 词：认知负荷；电气自动化专业英语；教学设计
作者简介：刘远义（1979-）,男,江苏常州人,黑龙江科技大学电气与控制工程学院,讲师；江晓林（1978-）,男,浙江金华人,黑龙江科技大学电子与信息工程学院,副教授.（黑龙江哈尔滨150028）
基金项目：本文系黑龙江省教育科学规划课题（课题编号：GBC1212080）的阶段性研究成果.
中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）20-0130-02
由于我国的电气自动化产业已全面与世界接轨,许多企业的产品和设备使用手册及说明书都是采用英文编写,仿真软件、前沿学科的研究论文、互联网上的专业技术信息等多数也是英文,这一客观现实对电气自动化专业人员提出了新的要求,电气自动化专业人才不仅要精通本专业知识,还要能够熟练的应用外语阅读、翻译、交流,掌握相当水平的专业英语知识.[1]然而从目前的教学来看,电气自动化英语教学还没有完全满足市场对电气自动化专业人才的要求.从教学实践中可以看出,电气自动化专业英语教学存在着以下问题：一是学习内容涉及面广,专业词汇多,专业知识与英语的结合不深入；二是理论讲授过多,实践操作过少；三是学生学习的积极性不高.针对上述问题前人也做过大量的研究,但主要集中在教学方式、方法、手段上.而本文将从个体认知角度入手,基于认知负荷理论研究如何降低学习者的内在和外在认知负荷,提高其相关认知负荷,从而获得较好的教学效果.
一、认知负荷理论内容
1988年澳大利亚心理学家J.Sweller在Miller研究的基础上,以资源有限理论和图式理论为基础提出了“认知负荷理论”（CognitiveLoadTheory,简称CLT）.[2]该理论认为人类的认知结构包括有限的工作记忆和无限的长期记忆,在学习过程中主要依靠工作记忆的作用.工作记忆主要处理通过视觉和听觉渠道获得的信息以及从长期记忆中调用的信息,使人们能够有逻辑的思考问题和解决问题.人们在学习新的材料知识时,都是通过工作记忆将信息进行编码然后存入长期记忆中,但工作记忆在注意和处理信息时是要消耗一定的认知资源的,如果个体需要处理和加工的信息超过其认知资源的总量,就会出现认知超载从而影响其学习效率.由于人的知识是以图示的形式存储在长期记忆中,当需要时这些图示能够被提取到工作记忆中进行无意识和自动化的处理,自动化加工无需消耗认知资源.
认知负荷主要与完成某项特定的任务相联系,该任务在工作记忆中进行信息加工,该信息加工需要耗用一定的认知资源.认知负荷是指在工作记忆中必须注意和处理的信息所耗费的认知资源总量.研究者们根据认知负荷的来源将认知负荷分为以下三类：
第一类是内在认知负荷,它取决于所要学习材料的本质特征与学习者的专业知识之间的交互程度.材料的本质特征取决于材料本身的复杂程度,学习者的专业知识通常取决于学习者对前知识的掌握情况,如果材料本身很复杂而学习者的前知识又很匮乏,那么内在认知负荷就会很大,反之亦然.[3]因此一般认为内在认知负荷是相对固定的,一般较难被教学设计所改变.但有学者指出可以通过减少一些元素的交互作用缩减学习内容来达到降低内在负荷的要求.
第二类是外在认知负荷,材料信息的呈现方式或者要求学习者从事学习活动都会增加工作记忆的负荷,当这种负荷是不必要的、阻碍了图式的获得和自动化处理时,这种负荷即为外在认知负荷.外在认知负荷一般可以通过教学设计予以降低.
第三类是相关性负荷,它是与图式建构及与图式自动化过程努力程度相关的认知负荷.相关性认知负荷与外在认知负荷一样都是在信息呈现过程中产生的,但相关性认知负荷旨在帮助学习者获得知识,图式可以是学习过程中的任何知识结构或所学信息组成的任何知识结构,图示将存储在长期记忆中,建构充分且丰富的图式可以提高学习效率.[4]
二、认知负荷理论在电气自动化专业英语教学设计中的应用
认知负荷理论在教学设计中的主要思想是降低内在认知负荷和外在认知负荷并在确保工作记忆资源有所盈余的前提下,适当引导学生投入更多的心理努力提高其相关认知负荷,实现图式的获得与规则的自动化.
1.按顺序和分块呈现课程内容
分阶段呈现小段的学习材料能够减少初学者的认知负荷.对于大多数电气自动化专业的学生来说,电气自动化专业英语不仅涵盖了大量的专业理论知识而且还是应用非母语的形式来表述,当学生学习到这些复杂的内容时工作记忆需要处理的信息数量加大,而且各个信息要素间的交互关系又比较高,这会加大学生的内在认知负荷.因此,应该将电气自动化专业英语教学内容分解为多个教学模块,使每个模块中包含的信息要素减少,降低要素间的交互作用,从而降低内在认知负荷.如在介绍自动控制原理基本理论时,应该将其分成自动控制原理的基本概念及自动控制原理的基本定律两个大模块,再将基本概念和基本定律逐一分解.在应用分阶段呈现学习内容时对教师的要求比较高,教师应该对整个教学内容非常熟悉,可以按照学生对知识的认知能力来建构每一个知识模块,但并不一定按照教材内容顺序来建构,在建构的知识模块中应考虑先呈现的知识是可以独立加工,并对后续的学习内容打下基础.通过对全部知识的分解,可以在一定程度上降低材料间的交互作用,节约学习者的工作记忆消耗,同时也有利于学生对专业英语知识在长期记忆中图式的构建.
2.创建学习情境,促进图式构建
在教学过程中可以依据具体的教学内容来创建学习情境,具体的情境可以把专业英语的学习和实际生活联系起来,帮助学习者在相对真实的环境中学习新的知识.通过媒介或教育材料的安排来创建学习情境以引起学生的注意力,激发其学习兴趣,让学生主动的思考,构建新知识,学生就会投入更深层的图式建构和存储的记忆能量,构建长时记忆图式要素并能提升图式自动处理.如在讲到控制系统反馈的专业知识时,可以利用生活中常见的抽水马桶,将其工作原理和相关的专业词汇利用多媒体呈现出来如图1、图2所示.学生对抽水马桶都很熟悉,它的工作原理在前沿课程中也都学习过,在此学生就可以对照其图示内容将专业词汇很容易的掌握.这种方式的学习可以有效地降低外在认知负荷,增强相关认知负荷,有利于信息的加工.
3.利用多媒体教学手段,发挥“双重感官效应”
既有研究表明人的工作记忆可以同时处理视觉信息和听觉信息,通过视觉和听觉同时获得的信息更容易形成图示而存储于长期记忆中,提高学习效率.随着现代多媒体技术的发展同时采用视觉和听觉双重感官模式输入信息已经成为可能.既往研究表明相对于单纯的视觉形式,听觉—视觉的双重教学模式更有效,尤其是涉及指令或解释操作规则时,采用视听双通道方式输入信息更具优越性.如在讲到限制性定语从句的翻译方法时,传统的教学方法是首先在课件上显示每一种方法如何使用,然后再举例,这种方式会使学生在规则和例句之间来回搜索信息耗费认知资源,基于认知负荷理论最好的解决方法是将例句以文字的形式放在课件上,而规则方法则采用教师口述的方式来达到教学效果.
多媒体课件还可以结合仿真软件进一步强化视听双重效应,如讲到智能楼宇技术时,利用LabVIEW仿真或组态王仿真动画界面,吸引学习者的注意力.首先强化学习者对专业知识的理解,然后在讲解英语,这样可以有效地降低外在认知负荷,增强相关认知负荷.但在使用多媒体教学手段时也要注意认知负荷理论中的分散注意力效应和信息冗余效应,也就是说不要在多媒体课件中加载大量的学习内容或是添加一些不必要的音频、视频内容,因为这些会耗用学习者的认知资源,加大外在认知负荷,会引起学生注意力的分散,而忽略主要信息的获得.
4.灵活运用样例效应,提高学习效率
电气自动化专业英语课程的主要教学目标之一是培养学生的翻译能力,样例辅助是在英语翻译学习中必不可少的一种辅助手段.样例教学是指教师对所要讲解的教学内容呈现具有详细解答步骤的样例,通过样例分析和学习,学生可以归纳出隐含的抽象知识来解决类似的问题.在专业英语教学中如果教师一味的讲解翻译的规则方法会让学生感到枯燥和无趣,相反如果教师能够设计一些具有典型代表的样例,可以降低学生的认知负荷.如：Electricalenergycanbestoredintwometalplatesseparatedbyaninsulatingmedium.Suchadeviceiscalledacapacitor,oracondenser,anditsabilitytostoreelectricalenergyistermedcapacitance.Itieasuredinfarads.电能可储存在由一绝缘介质隔开的两块金属极板内.这样的装置称之为电容器,其储存电能的能力称为电容.电容的测量单位是法拉.这一段短文中各句的主语分别为：Electricalenergy、Suchadevice、itsabilitytostoreelectricalenergy、It（Capacitance）.它们都包含了较多的信息,并且处于句首的位置,非常醒目.此外,四个主语完全不同,避免了单调重复,这种方法可以广泛采用.Sweller等人的研究发现,在样例学习中知识的获得明显比传统的基于练习的模式更省时间,而且在解决相似的同构问题时用的时间明显较少,也更少犯错误.[5]
5.提升心理努力程度,降低无效负荷
认知负荷理论认为认知负荷的核心是心理努力.心理努力是指学习者分配给任务的认知资源.心理努力也就是学生在学习中所花费的注意、感知、记忆、思维、想象等认知成分,学习者的心理努力反映了认知负荷的实际水平.对于电气自动化英语学习而言,如果学生肯集中注意力,其想象力、逻辑力、理解力比较强,对电气自动化专业知识和英语的掌握比较好,其内在认知负荷就会下降,相关认知负荷就会增加.虽然个体的感知能力、记忆能力、理解力会有先天的差异,但情感、态度、动机等后天因素对学习者认识影响更大.因此在电气自动化英语学习中,教师应该通过各种手段激发学生的斗志,集中精力提高学生学习兴趣,加强学生学习动机,降低外在和内在认知负荷.
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#65306;[1]刘中利.电气工程及其电气自动化专业英语教学的探讨与尝试[J].中国科技信息,2011,（1）：176-177.
[2]李志专.认知负荷理论的解读及启示[J].煤炭高等教育,2009,（1）：50-52.
[3]王诗怀.认知负荷理论及其研究[J].科教文汇,2012,（9）：182-183.
[4]孙天义,许远理.认知负荷的理论及主要模型[J].心理研究,2012,（2）：93-96.
[5]SwellerJ.Cognitiveloadduringproblemsolving：Effectionlearning[J].CognitiveScience,1988,（12）：257-285.
（责任编辑：孙晴）