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摘要 多媒体学习认知负荷理论主张合理分配认知资源对有意义学习至关重要。本文从认知负荷理论出发，结合多媒体高级英语学习中认知超载现象，探讨了如何在多媒体教学设计中重新分配基本加工、减少偶然加工，以减轻认知超载，促进有意义学习。
关键词 多媒体高级英语教学 认知负荷理论 基本加工 偶然加工
中图分类号：G642 文献标识码：A
A Research on Cognitive Overload Reduction in Instructional
Design of Advanced English Teaching with Multimedia
JIN Shuangjun
(Foreign Language and Culture Department, North Sichuan Medical College, Nanchong, Sichuan 637007)
AbstractCognitive load theory of multimedia learning holds that rational distribution of cognitive resources is of great importance to meaningful learning. Based on the cognitive theory, this article combines with cases of cognitive overload in Advanced English learning and discusses how to redistribute essential processing and lessen incidental processing in the instructional design of Advanced English teaching with multimedia in order to reduce cognitive overload and promote meaningful learning.
Key wordsAdvanced English teaching with multimedia; cognitive load theory; essential processing; incidental processing
1 认知负荷理论
1.1 认知负荷理论基本观点
认知负荷指同时被要求施加在工作记忆上的智力活动的全部数量，即工作记忆必须注意和处理的内容总和。20 世纪80 年代，澳大利亚教育心理学家Sweller及其同事提出了认知负荷理论( Cognitive Load Theory)，其理论基础如下：①（1）有限的工作记忆仅能处理一部分信息；（2）存储知识的长时记忆的容量无限，并可用来克服工作记忆容量的有限性；（3）图式储存在长时记忆中，常被用来通过重组信息元素，把低水平图式合并成高水平图式的方法来构建知识，降低工作记忆容量；（4）图式无论多大或多复杂，在工作记忆中都被作为一个单一个体来处理；（5）图式可以自动化并且可以在无意识下自动进行处理，而不需要工作记忆的有意识参与，因此降低了工作记忆容量。
认知负荷包括三种类型：内在认知负荷、外在认知负荷和相关认知负荷。内在认知负荷是由学习材料的性质引起的, 它取决于所要学习材料的本质与学习者的专业知识之间的交互程度。②外在认知负荷是由教学材料的设计不当引起的, 其存在前提是注意的选择性以及工作记忆容量的有限性。相关认知负荷往往是由学习过程中用于建构图式和图式自动化活动引起的认知负荷，它促使学习者把有限的认知资源分配到有效的学习活动中。③外在认知负荷和相关认知负荷都直接受控于教学设计者，因此，从理论上说，教师让学生通过多媒体学习，其目的是通过言语表征和图像表征的互补来减少外在认知负荷，增加相关认知负荷。
1.2 多媒体学习的认知理论
Mayer和Moren等人在双重编码理论、认知负荷理论和建构主义学习理论的基础上提出了多媒体学习的认知理论。④⑤根据双重编码理论，视觉和言语材料在不同的加工系统中进行加工，视觉通道的输入开始于眼睛，最后产生的是视觉表征，而听觉通道的输入开始于耳朵，最终产生的是言语表征。根据认知负荷理论，视觉和言语工作记忆(或信息加工通道)的加工容量是很有限的，如果在视觉和言语通道中同时呈现太多要加工的元素（比如文字太多或图片太复杂)就会导致加工信息超载，从而使得有些元素无法进行加工。根据建构主义学习理论，有意义的学习发生在学习者积极选择相关信息，将之组织成相应的表征并与其他知识进行整合的时候，而认知建构依赖于学习者学习过程中的认知加工。
根据Mayer的多媒体学习的认知理论模型，多媒体信息的认知加工过程包括：从呈现的文本或解说中选择相关的语词，从呈现的插图中选择相关的图像，将选择的语词组织为一个连贯的言语表征，将选择的图像组织为一个连贯的视觉表征，将视觉表征和言语表征同先前的知识整合起来，从而产生有意义的学习。在多媒体学习过程中有三种认知加工要求：基本加工（essential processing）、偶然加工（incidental processing）和表征保存（representational holding）。基本加工指为弄清呈现材料的意义而进行的认知加工，包括选择、组织和整合文字和映像的认知加工过程。偶然加工指对呈现材料非实质性内容的加工。表征保存指将心理表征在短时记忆中保存一段时间的认知加工。学习所需的认知加工总量包括了这三种加工需求，而需求的不平衡性导致学习者出现三种相应的认知负荷：内在认知负荷、外在认知负荷和相关认知负荷。减少认知负荷的设计就是重新分配基本加工、减少偶然加工和表征保持。
2 高级英语课程的教学目标及利用多媒体教学的利弊
高级英语是一门训练学生综合英语技能尤其是阅读理解、语法修辞与写作能力的课程。课程通过阅读和分析内容广泛的材料, 包括涉及政治、经济、社会、语言、文学、教育、哲学等方面的名家作品, 扩大学生知识面, 加深学生对社会和人生的理解, 培养学生对名篇的分析和欣赏能力、逻辑思维与独立思考的能力，巩固和提高学生英语语言技能。⑥
目前多媒体技术已经广泛运用到高级英语教学之中，涉及到语言文化知识的学习、语言技能的综合训练和教学效果的检测等方面。与传统课堂教学相比，多媒体辅助教学具有课堂信息输入多、容量大、文字图像清晰直观、风格多样、师生互动、辅导答疑突破时空限制等优点，深受师生欢迎。但是，由于高级英语教学任务重，一些老师为完成教学，在文字、视听材料呈现上速度较快，留给学生思考的时间有限，加重了学生的心理能量。还有一些教师把课件做得过于花哨，与教学内容无关的装饰性因素过多，加入过多的图片、音频和视频，这可能会分散学生的注意力，减少学生对教学内容本身的关注。因此，各位教师有必要遵循学生的认识特点，有效利用媒体技术，减少认知负荷，实现有意义的学习。
下面将以由张汉熙编着的《高级英语》为蓝本，结合多媒体高级英语学习中常见的认知超载现象，探讨多媒体教学设计中如何重新分配基本加工和减少偶然加工，以减轻认知超载。
3 多媒体高级英语学习中的认知超载现象及解决途径
3.1 由基本加工要求引起的一条信息加工通道认知超载
比如，在《高级英语》第二册第一课（“迎战卡米尔飓风”）中，老师为了让学生对飓风有更为深刻的认识，在屏幕上呈现了一段三分钟的动画来介绍飓风的形成、表现形式及危害，同时在屏幕下方呈现这三方面的文本。但是学生阅读和看动画不能同步进行，对于这些大量同时呈现的信息，仅有部分信息被选择进入视觉工作记忆进行进一步的加工。
解决方法：分离负荷。老师先以讲解的方式呈现文本，再让学生观看动画加深理解，即学习者将一部分视觉信息转移到听觉通道，听觉通道分担一部分信息，减轻视觉信息的加工要求，以便更好的选择加工重要的信息，因此产生了感道效应：当文字通过多媒体动画表达叙述时，学习者能更好的理解呈现出的内容。
3.2 由基本加工要求引起的两条信息加工通道同时认知超载
高级英语课程所讲授的教材文章大都直接取材于名家名作，文体多样，修辞手段层出不穷，再加上涉及不同的文化背景知识，使得文章晦涩难懂，对教学提出了较高的要求。在《高级英语》多媒体设计中，如果单张幻灯信息太大，呈现的速度快，学习者无法在这么短时间内深加工看到的和听到的信息。
解决方法：分割。学习者将这些小片段分割开，并使各个片段有一定时间空档，这样才能充分的选择、认知、整合这些图片信息。在每个片段呈现之后, 学习者可以通过点击“继续”按钮进入下一个片段。这种方法的使用产生了片段效应：当学习者自己控制片段呈现时学习者对多媒体呈现内容的理解要好于连续呈现时的理解。⑦
3.3 由无关材料引起的偶然加工要求导致的认知加工系统（一条或两条通道）认知超载
比如，常见一些高级英语老师在补充背景知识或进行语篇分析时时，在幻灯上添加一些有趣的图片、动画或背景声音等，准备大量的文字和图示，以为这样可以增加教学的吸引力。从心理学角度看：加入吸引人的材料确实可能唤醒学习者的情绪，激起学习者对呈现的材料的兴趣。⑧但是，当这些材料与教学内容无关时，学习者有限的认知资源往往被无关的内容占据，从而增加了外在认知负荷，影响了学习效果。
解决方法一：删除无关的材料。尽量使呈现材料简洁、连贯，学习者无需进行临时性加工，而只进行实质性加工。这种方法的使用产生了一致性效应：当有趣但无关的材料被去掉后，学习者对多媒体呈现材料的理解要好于去掉前的理解。⑨
解决方法二：加标识。当在多媒体课程中不可能删除所有的润色部分，可以通过给学习者提供关于如何选择和组织材料的线索来减少认知负荷，此技术叫“加标识”。我们在高级英语多媒体课件制作时通常采用如下方法：加上提纲和标题来组织文字；将重难点语句用加重字体、颜色或加框标记出来；将图片中的重要信息用箭头指出。这些标识可以帮助学习者将相关内容连接起来，在认知的因果链中建立关系。
3.4 由基本加工材料不合理的呈现方式而引起的偶然加工要求导致的认知超载
比如在高级英语第一册第五课（“关于希特勒入侵苏联的讲话”）中，在介绍丘吉尔时，有些教师选取了有关丘吉尔的图片、文本、音频、视频，并一一呈现，认为这样能为学习者提供更多的学习机会。其实，仔细分析，这些教学媒体表现的内容有一定重复性。
解决方法：消除冗余。实验表明，冗余的信息并非中性的，它们会对学习和理解造成消极的效应。⑩教师要学会尽量用最少的呈现方式和教学媒体把问题说明白。比如，在包含文字和图示的教学中，当文字来源地或图示来源地教学其中单独一种就能够提供足够的理解时，应该仅运用其中一种来源地教学，而剔除另一种。如果呈现的图示需要解释，不妨考虑用语音，或者用文本进行解释，但绝对不要同时用语音和书面文字。
基金项目：本文系四川教育发展中心课题“多媒体高级英语教学中减少认知超载及学习焦虑之实证研究”成果的一部分（项目编号：CJF08051）
注释
①杨心德,王小康.认知心理学视野中的认知负荷理论[J].宁波大学学报(教育科学版),2007.29(3):11-15.
②吴先强,韦斯林.国外认知负荷理论与有效教学的研究进展及启示[J].全球教育展望,2009.38(1):10,28-31.
③林洪欣,张奇.减轻学习者认知负荷的教学材料设计原则[J].辽宁师范大学学报(社会科学版),2009.32(1):58-60.
④Mayer,R.E.Multimedia Learning[M].New York: Cambridge University Press,2001.
⑤Mayer,R.E.& Moreno, J. Aids to computer-based multimedia learning[J].Learning and Instruction,2002(12):107-119.
⑥高等学校外语专业教学指导委员会英语组.高等学校英语专业英语教学大纲[M].北京:外语教学与研究出版社,2000.
⑦Mayer R. E. & Chandler P. When learning is just a click away: Does simple user interaction foster deeper understanding of multimedia messages?[J].Journal of Educational Psychology,2001(93):390-397.
⑧王文智.基于认知负荷理论的多媒体教学呈现原则探讨[J].远程教育杂志,2009(2):33-37.
⑨Mayer R. E., Heiser J. & Lonn S. Cognitive constraints on multimedia learning: When presenting more material results in less understanding[J].Journal of Educational Psychology,2001(93):187-198.
⑩Chandler P.& Sweller J. Cognitive load theory and the format of instruction [J]. Cognition and lnstruction,1991.8(4):293-332.
关键词 多媒体高级英语教学 认知负荷理论 基本加工 偶然加工
中图分类号：G642 文献标识码：A
A Research on Cognitive Overload Reduction in Instructional
Design of Advanced English Teaching with Multimedia
JIN Shuangjun
(Foreign Language and Culture Department, North Sichuan Medical College, Nanchong, Sichuan 637007)
AbstractCognitive load theory of multimedia learning holds that rational distribution of cognitive resources is of great importance to meaningful learning. Based on the cognitive theory, this article combines with cases of cognitive overload in Advanced English learning and discusses how to redistribute essential processing and lessen incidental processing in the instructional design of Advanced English teaching with multimedia in order to reduce cognitive overload and promote meaningful learning.
Key wordsAdvanced English teaching with multimedia; cognitive load theory; essential processing; incidental processing
1 认知负荷理论
1.1 认知负荷理论基本观点
认知负荷指同时被要求施加在工作记忆上的智力活动的全部数量，即工作记忆必须注意和处理的内容总和。20 世纪80 年代，澳大利亚教育心理学家Sweller及其同事提出了认知负荷理论( Cognitive Load Theory)，其理论基础如下：①（1）有限的工作记忆仅能处理一部分信息；（2）存储知识的长时记忆的容量无限，并可用来克服工作记忆容量的有限性；（3）图式储存在长时记忆中，常被用来通过重组信息元素，把低水平图式合并成高水平图式的方法来构建知识，降低工作记忆容量；（4）图式无论多大或多复杂，在工作记忆中都被作为一个单一个体来处理；（5）图式可以自动化并且可以在无意识下自动进行处理，而不需要工作记忆的有意识参与，因此降低了工作记忆容量。
认知负荷包括三种类型：内在认知负荷、外在认知负荷和相关认知负荷。内在认知负荷是由学习材料的性质引起的, 它取决于所要学习材料的本质与学习者的专业知识之间的交互程度。②外在认知负荷是由教学材料的设计不当引起的, 其存在前提是注意的选择性以及工作记忆容量的有限性。相关认知负荷往往是由学习过程中用于建构图式和图式自动化活动引起的认知负荷，它促使学习者把有限的认知资源分配到有效的学习活动中。③外在认知负荷和相关认知负荷都直接受控于教学设计者，因此，从理论上说，教师让学生通过多媒体学习，其目的是通过言语表征和图像表征的互补来减少外在认知负荷，增加相关认知负荷。
1.2 多媒体学习的认知理论
Mayer和Moren等人在双重编码理论、认知负荷理论和建构主义学习理论的基础上提出了多媒体学习的认知理论。④⑤根据双重编码理论，视觉和言语材料在不同的加工系统中进行加工，视觉通道的输入开始于眼睛，最后产生的是视觉表征，而听觉通道的输入开始于耳朵，最终产生的是言语表征。根据认知负荷理论，视觉和言语工作记忆(或信息加工通道)的加工容量是很有限的，如果在视觉和言语通道中同时呈现太多要加工的元素（比如文字太多或图片太复杂)就会导致加工信息超载，从而使得有些元素无法进行加工。根据建构主义学习理论，有意义的学习发生在学习者积极选择相关信息，将之组织成相应的表征并与其他知识进行整合的时候，而认知建构依赖于学习者学习过程中的认知加工。
根据Mayer的多媒体学习的认知理论模型，多媒体信息的认知加工过程包括：从呈现的文本或解说中选择相关的语词，从呈现的插图中选择相关的图像，将选择的语词组织为一个连贯的言语表征，将选择的图像组织为一个连贯的视觉表征，将视觉表征和言语表征同先前的知识整合起来，从而产生有意义的学习。在多媒体学习过程中有三种认知加工要求：基本加工（essential processing）、偶然加工（incidental processing）和表征保存（representational holding）。基本加工指为弄清呈现材料的意义而进行的认知加工，包括选择、组织和整合文字和映像的认知加工过程。偶然加工指对呈现材料非实质性内容的加工。表征保存指将心理表征在短时记忆中保存一段时间的认知加工。学习所需的认知加工总量包括了这三种加工需求，而需求的不平衡性导致学习者出现三种相应的认知负荷：内在认知负荷、外在认知负荷和相关认知负荷。减少认知负荷的设计就是重新分配基本加工、减少偶然加工和表征保持。
2 高级英语课程的教学目标及利用多媒体教学的利弊
高级英语是一门训练学生综合英语技能尤其是阅读理解、语法修辞与写作能力的课程。课程通过阅读和分析内容广泛的材料, 包括涉及政治、经济、社会、语言、文学、教育、哲学等方面的名家作品, 扩大学生知识面, 加深学生对社会和人生的理解, 培养学生对名篇的分析和欣赏能力、逻辑思维与独立思考的能力，巩固和提高学生英语语言技能。⑥
目前多媒体技术已经广泛运用到高级英语教学之中，涉及到语言文化知识的学习、语言技能的综合训练和教学效果的检测等方面。与传统课堂教学相比，多媒体辅助教学具有课堂信息输入多、容量大、文字图像清晰直观、风格多样、师生互动、辅导答疑突破时空限制等优点，深受师生欢迎。但是，由于高级英语教学任务重，一些老师为完成教学，在文字、视听材料呈现上速度较快，留给学生思考的时间有限，加重了学生的心理能量。还有一些教师把课件做得过于花哨，与教学内容无关的装饰性因素过多，加入过多的图片、音频和视频，这可能会分散学生的注意力，减少学生对教学内容本身的关注。因此，各位教师有必要遵循学生的认识特点，有效利用媒体技术，减少认知负荷，实现有意义的学习。
下面将以由张汉熙编着的《高级英语》为蓝本，结合多媒体高级英语学习中常见的认知超载现象，探讨多媒体教学设计中如何重新分配基本加工和减少偶然加工，以减轻认知超载。
3 多媒体高级英语学习中的认知超载现象及解决途径
3.1 由基本加工要求引起的一条信息加工通道认知超载
比如，在《高级英语》第二册第一课（“迎战卡米尔飓风”）中，老师为了让学生对飓风有更为深刻的认识，在屏幕上呈现了一段三分钟的动画来介绍飓风的形成、表现形式及危害，同时在屏幕下方呈现这三方面的文本。但是学生阅读和看动画不能同步进行，对于这些大量同时呈现的信息，仅有部分信息被选择进入视觉工作记忆进行进一步的加工。
解决方法：分离负荷。老师先以讲解的方式呈现文本，再让学生观看动画加深理解，即学习者将一部分视觉信息转移到听觉通道，听觉通道分担一部分信息，减轻视觉信息的加工要求，以便更好的选择加工重要的信息，因此产生了感道效应：当文字通过多媒体动画表达叙述时，学习者能更好的理解呈现出的内容。
3.2 由基本加工要求引起的两条信息加工通道同时认知超载
高级英语课程所讲授的教材文章大都直接取材于名家名作，文体多样，修辞手段层出不穷，再加上涉及不同的文化背景知识，使得文章晦涩难懂，对教学提出了较高的要求。在《高级英语》多媒体设计中，如果单张幻灯信息太大，呈现的速度快，学习者无法在这么短时间内深加工看到的和听到的信息。
解决方法：分割。学习者将这些小片段分割开，并使各个片段有一定时间空档，这样才能充分的选择、认知、整合这些图片信息。在每个片段呈现之后, 学习者可以通过点击“继续”按钮进入下一个片段。这种方法的使用产生了片段效应：当学习者自己控制片段呈现时学习者对多媒体呈现内容的理解要好于连续呈现时的理解。⑦
3.3 由无关材料引起的偶然加工要求导致的认知加工系统（一条或两条通道）认知超载
比如，常见一些高级英语老师在补充背景知识或进行语篇分析时时，在幻灯上添加一些有趣的图片、动画或背景声音等，准备大量的文字和图示，以为这样可以增加教学的吸引力。从心理学角度看：加入吸引人的材料确实可能唤醒学习者的情绪，激起学习者对呈现的材料的兴趣。⑧但是，当这些材料与教学内容无关时，学习者有限的认知资源往往被无关的内容占据，从而增加了外在认知负荷，影响了学习效果。
解决方法一：删除无关的材料。尽量使呈现材料简洁、连贯，学习者无需进行临时性加工，而只进行实质性加工。这种方法的使用产生了一致性效应：当有趣但无关的材料被去掉后，学习者对多媒体呈现材料的理解要好于去掉前的理解。⑨
解决方法二：加标识。当在多媒体课程中不可能删除所有的润色部分，可以通过给学习者提供关于如何选择和组织材料的线索来减少认知负荷，此技术叫“加标识”。我们在高级英语多媒体课件制作时通常采用如下方法：加上提纲和标题来组织文字；将重难点语句用加重字体、颜色或加框标记出来；将图片中的重要信息用箭头指出。这些标识可以帮助学习者将相关内容连接起来，在认知的因果链中建立关系。
3.4 由基本加工材料不合理的呈现方式而引起的偶然加工要求导致的认知超载
比如在高级英语第一册第五课（“关于希特勒入侵苏联的讲话”）中，在介绍丘吉尔时，有些教师选取了有关丘吉尔的图片、文本、音频、视频，并一一呈现，认为这样能为学习者提供更多的学习机会。其实，仔细分析，这些教学媒体表现的内容有一定重复性。
解决方法：消除冗余。实验表明，冗余的信息并非中性的，它们会对学习和理解造成消极的效应。⑩教师要学会尽量用最少的呈现方式和教学媒体把问题说明白。比如，在包含文字和图示的教学中，当文字来源地或图示来源地教学其中单独一种就能够提供足够的理解时，应该仅运用其中一种来源地教学，而剔除另一种。如果呈现的图示需要解释，不妨考虑用语音，或者用文本进行解释，但绝对不要同时用语音和书面文字。
基金项目：本文系四川教育发展中心课题“多媒体高级英语教学中减少认知超载及学习焦虑之实证研究”成果的一部分（项目编号：CJF08051）
注释
①杨心德,王小康.认知心理学视野中的认知负荷理论[J].宁波大学学报(教育科学版),2007.29(3):11-15.
②吴先强,韦斯林.国外认知负荷理论与有效教学的研究进展及启示[J].全球教育展望,2009.38(1):10,28-31.
③林洪欣,张奇.减轻学习者认知负荷的教学材料设计原则[J].辽宁师范大学学报(社会科学版),2009.32(1):58-60.
④Mayer,R.E.Multimedia Learning[M].New York: Cambridge University Press,2001.
⑤Mayer,R.E.& Moreno, J. Aids to computer-based multimedia learning[J].Learning and Instruction,2002(12):107-119.
⑥高等学校外语专业教学指导委员会英语组.高等学校英语专业英语教学大纲[M].北京:外语教学与研究出版社,2000.
⑦Mayer R. E. & Chandler P. When learning is just a click away: Does simple user interaction foster deeper understanding of multimedia messages?[J].Journal of Educational Psychology,2001(93):390-397.
⑧王文智.基于认知负荷理论的多媒体教学呈现原则探讨[J].远程教育杂志,2009(2):33-37.
⑨Mayer R. E., Heiser J. & Lonn S. Cognitive constraints on multimedia learning: When presenting more material results in less understanding[J].Journal of Educational Psychology,2001(93):187-198.
⑩Chandler P.& Sweller J. Cognitive load theory and the format of instruction [J]. Cognition and lnstruction,1991.8(4):293-332.