促进深度学习的翻转课堂研究：认知负荷理论的视角
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摘 要 促进深度学习是提高教育质量的本质要求。翻转课堂教学模式，被学术界认为是促进深度学习、提高教育质量的有效途径。从认知负荷理论的视角，结合分布式认知理论、图式理论，分析了翻转课堂教学模式为什么能促进深度学习。研究表明：深度学习的目标定位、学习任务的结构化和以学习者为中心的教学策略，使得翻转课堂教学模式得以促进深度学习。信息技术则协助翻转课堂教学设计与实施，降低深度学习伴随的认知负荷，或者将认知负荷分布到各环节学习活动、媒体和主体间，从而促进深度学习。
关键词 深度学习 翻转课堂 认知负荷 分布式认知
促进深度学习是提高教育质量的本质要求。翻转课堂，被学术界认为是促进深度学习、提高教育质量的有效途径。相关研究表明：翻转课堂能够有效促进深度学习[1][2];为本文的研究打下了坚实的基础。然而，翻转课堂为什么能促进深度学习？翻转课堂促进深度学习的机制及路径目前还没有深入研究。本文试图从认知负荷的理论视角分析翻转课堂何以能促进深度学习。
一、认知负荷视角下的深度学习
1976年Ference Marton和Roger Salgor通过分析比较学习者获取和加工信息的方式，提出了深度学习（deep learning）的概念。按照广为接受的说法，深度学习是以高阶思维为核心特征的学习。结合我国学者黎加厚引入的深度学习概念，我们将深度学习理解为一种主动获取信息、与已有知识进行加工重组建构新的知识体系、并且能够在长期内进行迁移运用以及问题解决的学习状态[3]。
2007年，美国林地公园高中的科学教师乔纳森·伯格曼和亚伦·萨姆斯开创并实践了翻转课堂，形成学习内化在课堂、传授知识在课外的新教学模式。翻转课堂的本质在于在课前初步完成浅层学习目标，充分发挥面对面教学的作用，在课堂上实现知识的内化以及高阶思维能力的培养，从而促进深度学习[4]。
深度学习往往意味着高认知负荷。认知负荷理论认为，根据来源及其是否有助于图式的建构，可以把认知负荷分为内在认知负荷、外在认知负荷、关联认知负荷和元认知负荷四类。人的工作记忆资源总量是有限的，学习要发生，其认知负荷总和不能超过记忆资源的总量。深度学习时认知负荷超过工作记忆的容量限制，就会造成认知负荷超载[4]，影响学习或问题解决的效率。
那么，翻转课堂设计的教学模式，在促进深度学习的同时，如何将各类认知负荷总量控制在学生可接受范围之内？
二、促进深度学习的翻转课堂模式设计
根据分布式认知理论，认知分布可以分为空间上的分布与时间上的分布[5]。翻转课堂将浅层目标、深层目标所伴随的认知负荷分布于课前、课中、课后的教学设计中，将认知负荷控制在学生可接受的范围之内，体现了分布式认知在时间上的分布;而在活动设计中设计人机交互、个体交互、环境辅助教学，从而降低学生学习的认知负荷，则体现了认知负荷在人与媒介、个体间的分布。从分布认知理论出发，促进深度学习的教学设计模式应具备深度学习的目标定位、学习任务结构化以及促进深度学习的教学策略。
1.深度学习的目标设计
深度学习的目标设计是翻转课堂教学模式设计的起点。根据深度学习的高阶思维特征，促进深度学习的教学目标设计不能仅仅停留在了解，领会和應用的初级认知水平，更要突出面向应用、分析、评价以及创造等高级认知水平。围绕深度学习的目标定位，才有深度学习任务设计。
翻转课堂《探究轴对称的性质》课例中[6]，在学生课前自主学习环节掌握轴对称的概念和性质的基础上，课堂上则致力于知识内化。通过知识深化、知识拓展、练习巩固、知识总结等课堂教学环节，促进学生认知朝分析、评价等高级水平发展。深度学习的目标分层次设计、分步骤实施，有效合理控制了各个学习任务的内在认知负荷。
2.学习任务结构化
教学目标需要通过各个具体的学习任务来实现。学习任务设计时，突出强调任务之间的逻辑和意义关联、思维层次逐渐递进，实现学习任务结构化。一方面，通过任务分解，每一个以问题为导向的学习任务涉及的知识要素变少，从而降低单个学习任务的内在认知负荷;另一方面，通过任务结构化，将总体内在认知负荷分布到互相关联的教学任务中，实现认知在时间上的分布。学生在后一学习任务中可以调用前一个学习任务中习得的图式和学习定势，从而降低高认知水平学习任务的认知负荷。
课例《探究轴对称的性质》体现了翻转课堂的典型教学任务结构化设计。学生利用电子书包完成课前线上学习和自测，为接下来的任务建构一个初步的知识网络，课堂上教师根据电子书包反馈的学生学习情况，进一步巩固前一目标，进行知识深化。任务设计既涉及浅层目标也涉及高阶思维培养目标，然后再进一步利用电子书包内置工具进行知识拓展与练习，利用电子书包呈现的多媒体学习材料，降低高阶思维学习过程中的外在认知负荷，让学习者利用内置工具实现认知负荷自主调节。
线上线下相结合的翻转课堂教学设计，课前利用教学视频帮助学生消解了传统纸质教材自学带来的部分认知负荷，形成了一定的认知图式，一方面降低了课堂知识内化的难度，另一方面也为课堂知识内化预留了较大的认知空间，有利于高阶思维培养。
3.促进深度学习的教学策略设计
如果说教学任务是教学目标的具体化，那么教学策略就是在教学过程中为了使生成教学目标满足甚至超越预期教学目标所采取的一套特定的方式或方法。学生是学习的主体，深度学习发生的重要内部条件之一就是调动学习者的主动性，激发学生的内在学习动机，以使学生实质地参与深度学习过程。因此，促进深度学习的教学应围绕“学生主体，教师主导”的思想展开。深度学习的教学组织在这一中心思想的指导下，合理运用支架策略、协作学习策略、形成性评价策略等来避免认知超负荷。 信息技术能够为教学提供传统模拟和言语形态以外的多样化形式，实现多模态教学[11]。在传统课堂中，知识仅仅停留在纸质媒体书本教材以及教师的言语、肢体动作等单一的展示形式上。而信息技术支持的翻转课堂教学模式却可同时利用书本教材、教师表达以及多种多样的多媒体技术赋予的教学形式。认知负荷理论认为，内在认知负荷取决于因材料本身包含的要素多少产生的绝对难度和因学习者已有认知图式和生活经验的可用性带来的相对难度。深度学习带来的认知负荷，可以通过课前的支架策略在一定程度上降低相对难度，但绝对难度是不可能避免的。在翻转课堂中，主要通过信息化教学材料降低外在认知负荷来降低总认知负荷。教师可利用多媒体技术通过视频、音乐、图画等多种媒体符号，优化教学内容的呈现方式，使其简单易懂。借助信息技术，设计有效的多媒体材料，能显著降低学习的外在认知负荷。
3.技术平台支持互动，增强人际交互
借助信息技术构建师生交流、学生同伴讨论以及过程性考核平台，为教育教学过程人与人的交互关系提供了便捷的社会互动和交流方式，增强了人际交互关系。
师生交流和学生讨论平台建立了一道心理防线，不像线下交流一样，需要面对及时回应的压力。技术支持的在线交流平台能够充分给予学生思考的时间，让学生有充足的时间进行深度思考。根据耶克斯—多德森定律，面对复杂问题时，学习压力越大，解决问题的效率越低。基于技術平台的交流，让学生有更多的机会调用长时记忆里的图式来分析解决问题，有助于提高学生学业成功的几率，进而让学生有进一步探索思考复杂问题的动力。基于技术平台的交流还提供了多元化的认知工具帮助学生清晰地阐述自己所学。如果没有多元化认知工具的支撑，同样的讨论问题，将成倍增加学习表达的元认知负荷。在翻转课堂《探究轴对称的性质》中，学生利用电子书包的资源进行学习，遇到问题可以在线向其他同学以及教师请教，来自外部的支持可以帮助学生认识自身知识体系的缺陷，降低自我反思所带来的元认知负荷;课堂中利用电子书包的拖动、书写、注释功能深化理解。教师能够利用平台进行及时评价，协助学生进行自我监控，促进学生的自我调控，从而降低学生的元认知负荷;而信息技术能够记录学生的参与性、教师的过程性评价，为教学提供了多样化评价机制。
翻转课堂模式本身充分了发挥面对面教学的作用，学生在课前完成浅层目标，降解了浅层目标伴随的认知负荷，为课堂上实现知识的内化以及高阶思维能力的培养预留更多的认知空间，从而为深度学习的实现提供了可能性。深度目标定位、结构化教学任务以及“教师主导，学生主体”的教学策略，进一步聚焦深度学习。信息技术则协助教学设计的实施，降低深度学习伴随的认知负荷，或者将认知负荷分布到各环节学习活动、媒体和主体间，从而促进深度学习。
总之，从认知负荷的角度出发，翻转课堂教学模式促进深度学习的机制主要在于教学模式本身、结构化的任务设计以及信息技术的支撑可以在不同层面将深度学习所伴随的认知负荷控制在合适范围内。
参考文献
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[2] 胡立如， 张宝辉. 翻转课堂与翻转学习：剖析“翻转”的有效性[J].远程教育杂志，2016（04）.
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[6] 刘凯. 基于电子书包的翻转课堂教学案例设计[D]. 兰州：西北师范大学，2014.
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[11] 郭万群. 论间性理论视阈下的大学英语多模态教学与研究——兼论外语教育技术的哲学基础[J].外语电化教学，2013（01）.
[作者：乐会进（1980-），男，江西东乡人，南昌大学教育系讲师，硕士;蔡亮文（1996-），女，江西龙南人，南昌大学教育系在读学生。]
【责任编辑 王 颖】
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