認知負荷理論下的數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)設(shè)計

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摘要：認知負荷理論已經(jīng)成為教學(xué)設(shè)計領(lǐng)域最有影響力的理論框架之一。作為一種基于人類認知結(jié)構(gòu)的教學(xué)設(shè)計理論，其核心是工作記憶的有限性。本文先是闡述近年來職業(yè)教育的發(fā)展以及中職學(xué)生所具有的特征；然后詳細介紹了認知負荷理論；最后從

《oracle數(shù)據(jù)庫管理與應(yīng)用實例教程》這門課入手，研究在認知負荷理論視角下中職學(xué)校教學(xué)設(shè)計和開發(fā)，以實現(xiàn)認知負荷理論在中職教學(xué)設(shè)計中的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：認知負荷理論；工作記憶；中職學(xué)校；數(shù)據(jù)庫教學(xué)

1引言

加快發(fā)展職業(yè)教育是黨中央、國務(wù)院做出的重大戰(zhàn)略決策，中等職業(yè)教育作為職業(yè)教育的一部分，起到基礎(chǔ)性的作用，是職業(yè)教育發(fā)展的重點[1]。針對中職學(xué)生文化知識欠缺、學(xué)習(xí)態(tài)度被動、注意力難以集中等

問題，將他們的注意力吸引到課堂上，將高元素交互性的知識點加工處理以適應(yīng)他們的認知結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)有效學(xué)習(xí)就顯得尤為重要。傳統(tǒng)的oracle高級編程技術(shù)課程教學(xué)設(shè)計忽視了工作記憶的有限性，造成學(xué)生認知負

荷超載。認知負荷在教學(xué)設(shè)計中的運用，有利于教師更加科學(xué)地關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程，并為教學(xué)設(shè)計者如何在學(xué)習(xí)設(shè)計中降低學(xué)習(xí)者的認知負荷提供強有力的指導(dǎo)。相比于傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式，基于認知負荷的課堂設(shè)計不是將眾多復(fù)雜知識

點原生態(tài)的強加給學(xué)生，它具有切合學(xué)生生活經(jīng)驗、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、減輕信息負荷等特點。在實際學(xué)習(xí)中，認知負荷的來源包括教學(xué)環(huán)境、手機游戲、知識點的呈現(xiàn)方式、學(xué)習(xí)應(yīng)用、學(xué)習(xí)活動本身5種[2]

。如何在數(shù)據(jù)庫教學(xué)設(shè)計中降低中職學(xué)生的認知負荷，是教學(xué)設(shè)計的一個挑戰(zhàn)。

2理論基礎(chǔ)

認知負荷是指人類信息加工過程中能夠加工的信息總量。認知負荷理論是由教育心理學(xué)家JohnSweller最先提出的，主要以資源有限理論和圖式理論為基礎(chǔ)，資源有限理論認為人的資源有限，如果同時從事幾

種活動就會涉及資源分配的問題，其分配的基本原則為“總量不變，此多彼少”。按照認知負荷理論，學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中的認知負荷有三種來源：內(nèi)部認知負荷、外部認知負荷和關(guān)聯(lián)認知負荷[3]。其中，內(nèi)部認

知負荷是由知識內(nèi)容本身帶來的。當(dāng)學(xué)習(xí)材料過于復(fù)雜抽象而學(xué)習(xí)者又缺少與之相適宜的知識存儲時，內(nèi)部認知負荷增加；外部認知負荷是由教學(xué)設(shè)計和方法帶來的，是指加工設(shè)計粗淺的教學(xué)材料時所做的努力，這種認知負荷會占

用學(xué)習(xí)的工作記憶；關(guān)聯(lián)認知負荷包括學(xué)習(xí)者將工作記憶能量投入到更深層的圖式建構(gòu)時所產(chǎn)生的認知負荷，以及將工作記憶能量投入在對學(xué)習(xí)活動的監(jiān)控和對學(xué)習(xí)策略的關(guān)注時所產(chǎn)生的認知負荷。認知負荷理論心理學(xué)家通過實驗得

到這樣的結(jié)論：只有認知負荷控制在工作記憶所能承載的范圍之內(nèi)，有效學(xué)習(xí)才會發(fā)生。否則將造成認知負荷超載，學(xué)習(xí)失敗。

3教學(xué)設(shè)計思維框架

數(shù)據(jù)庫是一門注重實際應(yīng)用的課程，其操作性強，同時和行業(yè)工作情景結(jié)合很緊密。教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生靈活應(yīng)用所學(xué)知識解決工作情境中的實際問題[4]。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，所以在教學(xué)設(shè)計時，更

多以學(xué)生日常學(xué)習(xí)或生活中相關(guān)的數(shù)據(jù)庫為例。oracle數(shù)據(jù)庫管理與應(yīng)用課程作為計算機類課程有其概念抽象、頻繁使用英語、邏輯性強等特點，然而中職學(xué)生又普遍存在理解力差，學(xué)習(xí)態(tài)度被動，英語基礎(chǔ)薄弱等現(xiàn)象。

這些問題會導(dǎo)致學(xué)生抵觸數(shù)據(jù)庫知識的學(xué)習(xí)，跟不上老師的節(jié)奏。這就要求教師在教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)形式、教學(xué)資源的加工手段、學(xué)生的興趣點等多方面做出改進?；谡J知負荷理論從以下三部分進行教學(xué)設(shè)計的開發(fā)：

3.1減輕內(nèi)在認知負荷

在oracle數(shù)據(jù)庫管理與應(yīng)用課程中，很多知識點的學(xué)習(xí)任務(wù)對于中職學(xué)生本身所具有的知識儲備來說過于抽象，想要全面掌握對他們來說不太現(xiàn)實。那么在設(shè)計教學(xué)資源時可細分知識點，降低知識點難度

，符合學(xué)習(xí)者已有經(jīng)驗水平。以“select查詢語句”為例，對于簡單的只涉及到一張表的簡單查詢操作，例如“查詢學(xué)生表中所有學(xué)生的學(xué)號信息”。那么只需要用到“Select…from…”

簡單的語句即可。其構(gòu)成的元素少，關(guān)系也簡單，認知負荷低。但要查詢諸如“每個學(xué)生的選課門數(shù)并按選課門數(shù)的多少進行排序”，就涉及到多張表，同時涉及集合函數(shù)中的分組、排序等多個知識點。這樣一來，構(gòu)成的元素多，知識點

復(fù)雜，內(nèi)在認知負荷高。此時可將知識點分類、分模塊設(shè)計和學(xué)習(xí)，以減輕學(xué)生的內(nèi)在認知負荷，詳見表1。根據(jù)認知負荷理論的基本觀點，內(nèi)在認知負荷與學(xué)習(xí)任務(wù)難易密切相關(guān)。同等經(jīng)驗水平，學(xué)習(xí)任

務(wù)難度越大，內(nèi)在負荷就越大；反之，亦然[5]。oracle數(shù)據(jù)庫管理與應(yīng)用課程教學(xué)資源的設(shè)計，應(yīng)依據(jù)中職學(xué)生原有的經(jīng)驗水平，將復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)，分解成多層次、小模塊，以適應(yīng)學(xué)生的認知特征，引導(dǎo)學(xué)生主

動、積極地參與到課堂中來，實現(xiàn)有效學(xué)習(xí)。

3.2控制外在認知負荷

教學(xué)資源的加工程度，呈現(xiàn)形式應(yīng)當(dāng)盡可能簡潔明了、生動形象。拙劣的教學(xué)資源設(shè)計會減少學(xué)生用于學(xué)習(xí)的時間，無法最大限度地將學(xué)生的注意力集中到知識點的學(xué)習(xí)上。在oracle數(shù)據(jù)庫管理與應(yīng)用課程

中，部分抽象概念對學(xué)生來說很難理解，應(yīng)根據(jù)他們的認知特征，改變教學(xué)材料的組織與呈現(xiàn)方式，化抽象為具體，才能有效提高教學(xué)效果。所以供給學(xué)生的學(xué)習(xí)資源盡可能是經(jīng)過優(yōu)化的，應(yīng)整合圖片、聲音、動畫等多媒體資源，動靜結(jié)

合，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，降低外在認知負荷總量。關(guān)于表的基本概念，“表是數(shù)據(jù)庫的對象，用于存儲實體集和實體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表主要由列和行構(gòu)成”。其中數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫的對象、實體、實體集、列、行等概

念較為抽象繁瑣，學(xué)生不容易理解。在教學(xué)設(shè)計時可通過畫圖清晰地展示出它們之間的包含與被包含的關(guān)系。同時教師也可以通過舉生活中的例子，如數(shù)據(jù)庫好似一個超市，超市里不同類別的商品信息存放在如圖1所示的

零食表、文具表等不同的表中。還可通過做動畫的形式來展示各個抽象概念之間的聯(lián)系。教學(xué)設(shè)計多樣，這也正體現(xiàn)出教學(xué)是一門充滿智慧的學(xué)問。

3.3增強關(guān)聯(lián)認知負荷

在教學(xué)中，外部認知負荷主要是由問題的內(nèi)部認知負荷決定的。而關(guān)聯(lián)認知負荷的使用是在內(nèi)部認知負荷和外部認知負荷的綜合還沒有超過工作記憶的處理能力的情況下才會發(fā)生[3]。以“使用SQL

語句創(chuàng)建表”為例來說明教學(xué)設(shè)計如何能讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中有剩余的工作記憶來啟動關(guān)聯(lián)認知。由于中職學(xué)生基礎(chǔ)知識薄弱，對英語普遍存有抵觸情緒；且表結(jié)構(gòu)的抽象性、邏輯性也會打擊他們學(xué)習(xí)的積極性。他們在學(xué)習(xí)前就

會用SQL語句創(chuàng)建表很難，因此在授新課時他們的內(nèi)在認知負荷占據(jù)了大量的工作記憶，沒有精力去注意新知識點的有用性，也無法做到知識點遷移，更無法啟用關(guān)聯(lián)認知負荷。針對此，教師可將表以及表中行、列等

抽象概念結(jié)合學(xué)生現(xiàn)實生活中的一些例子，呈現(xiàn)出有趣的課堂氛圍來導(dǎo)入新課，激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)動機，促進認知過程自動化。課堂教學(xué)設(shè)計如表2所示。在激發(fā)學(xué)習(xí)者興趣的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)者的內(nèi)外認知負荷都會相應(yīng)的降低，

就能有一定量的工作記憶來使用關(guān)聯(lián)認知負荷。從而達到有效學(xué)習(xí)，為新知識的學(xué)習(xí)鋪好路。

4總結(jié)

認知負荷理論視角下的教學(xué)是根據(jù)中職學(xué)生的認知特點來進行設(shè)計的，確保他們所使用的學(xué)習(xí)資源最優(yōu)的同時，力求學(xué)習(xí)狀態(tài)和課堂氛圍是輕松積極的。實踐證明，oracle數(shù)據(jù)庫管理與應(yīng)用課程教學(xué)設(shè)計能

夠從最大化學(xué)生用于學(xué)習(xí)的工作記憶總量角度出發(fā)，充分利用視頻、動畫、形象圖等信息化手段降低內(nèi)外在認知負荷；同時通過有趣形象的案例啟動其關(guān)聯(lián)認知負荷以激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)動力，培養(yǎng)中職學(xué)生的主動思考能力。課堂上學(xué)

生積極參與學(xué)習(xí)，取得較好了的教學(xué)成果。隨著信息技術(shù)和認知科學(xué)的發(fā)展，基于認知負荷的教學(xué)設(shè)計將邁上新臺階，也必將為中職數(shù)據(jù)庫教學(xué)和學(xué)習(xí)提供更多有針對性的指導(dǎo)原則。

參考文獻

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作者：魏小娟 單位：天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)信息技術(shù)工程學(xué)院