認知負荷理論下的數據庫課程教學設計

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摘要：認知負荷理論已經成為教學設計領域最有影響力的理論框架之一。作為一種基于人類認知結構的教學設計理論，其核心是工作記憶的有限性。本文先是闡述近年來職業教育的發展以及中職學生所具有的特征；然后詳細介紹了認知負荷理論；最后從

《oracle數據庫管理與應用實例教程》這門課入手，研究在認知負荷理論視角下中職學校教學設計和開發，以實現認知負荷理論在中職教學設計中的指導作用。

關鍵詞：認知負荷理論；工作記憶；中職學校；數據庫教學

1引言

加快發展職業教育是黨中央、國務院做出的重大戰略決策，中等職業教育作為職業教育的一部分，起到基礎性的作用，是職業教育發展的重點[1]。針對中職學生文化知識欠缺、學習態度被動、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他們的認知結構，從而實現有效學習就顯得尤為重要。傳統的oracle高級編程技術課程教學設計忽視了工作記憶的有限性，造成學生認知負

荷超載。認知負荷在教學設計中的運用，有利于教師更加科學地關注學生學習過程，并為教學設計者如何在學習設計中降低學習者的認知負荷提供強有力的指導。相比于傳統學習方式，基于認知負荷的課堂設計不是將眾多復雜知識

點原生態的強加給學生，它具有切合學生生活經驗、激發學習興趣、減輕信息負荷等特點。在實際學習中，認知負荷的來源包括教學環境、手機游戲、知識點的呈現方式、學習應用、學習活動本身5種[2]

。如何在數據庫教學設計中降低中職學生的認知負荷，是教學設計的一個挑戰。

2理論基礎

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家JohnSweller最先提出的，主要以資源有限理論和圖式理論為基礎，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，學習者在學習過程中的認知負荷有三種來源：內部認知負荷、外部認知負荷和關聯認知負荷[3]。其中，內部認

知負荷是由知識內容本身帶來的。當學習材料過于復雜抽象而學習者又缺少與之相適宜的知識存儲時，內部認知負荷增加；外部認知負荷是由教學設計和方法帶來的，是指加工設計粗淺的教學材料時所做的努力，這種認知負荷會占

用學習的工作記憶；關聯認知負荷包括學習者將工作記憶能量投入到更深層的圖式建構時所產生的認知負荷，以及將工作記憶能量投入在對學習活動的監控和對學習策略的關注時所產生的認知負荷。認知負荷理論心理學家通過實驗得

到這樣的結論：只有認知負荷控制在工作記憶所能承載的范圍之內，有效學習才會發生。否則將造成認知負荷超載，學習失敗。

3教學設計思維框架

數據庫是一門注重實際應用的課程，其操作性強，同時和行業工作情景結合很緊密。教學目標是培養學生靈活應用所學知識解決工作情境中的實際問題[4]。為了激發學生的學習積極性，所以在教學設計時，更

多以學生日常學習或生活中相關的數據庫為例。oracle數據庫管理與應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，然而中職學生又普遍存在理解力差，學習態度被動，英語基礎薄弱等現象。

這些問題會導致學生抵觸數據庫知識的學習，跟不上老師的節奏。這就要求教師在教學內容的呈現形式、教學資源的加工手段、學生的興趣點等多方面做出改進。基于認知負荷理論從以下三部分進行教學設計的開發：

3.1減輕內在認知負荷

在oracle數據庫管理與應用課程中，很多知識點的學習任務對于中職學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實。那么在設計教學資源時可細分知識點，降低知識點難度

，符合學習者已有經驗水平。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“查詢學生表中所有學生的學號信息”。那么只需要用到“Select…from…”

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

復雜，內在認知負荷高。此時可將知識點分類、分模塊設計和學習，以減輕學生的內在認知負荷，詳見表1。根據認知負荷理論的基本觀點，內在認知負荷與學習任務難易密切相關。同等經驗水平，學習任

務難度越大，內在負荷就越大；反之，亦然[5]。oracle數據庫管理與應用課程教學資源的設計，應依據中職學生原有的經驗水平，將復雜的學習任務，分解成多層次、小模塊，以適應學生的認知特征，引導學生主

動、積極地參與到課堂中來，實現有效學習。

3.2控制外在認知負荷

教學資源的加工程度，呈現形式應當盡可能簡潔明了、生動形象。拙劣的教學資源設計會減少學生用于學習的時間，無法最大限度地將學生的注意力集中到知識點的學習上。在oracle數據庫管理與應用課程

中，部分抽象概念對學生來說很難理解，應根據他們的認知特征，改變教學材料的組織與呈現方式，化抽象為具體，才能有效提高教學效果。所以供給學生的學習資源盡可能是經過優化的，應整合圖片、聲音、動畫等多媒體資源，動靜結

合，能激發學生學習興趣，降低外在認知負荷總量。關于表的基本概念，“表是數據庫的對象，用于存儲實體集和實體間聯系的數據，數據表主要由列和行構成”。其中數據庫、數據庫的對象、實體、實體集、列、行等概

念較為抽象繁瑣，學生不容易理解。在教學設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系。同時教師也可以通過舉生活中的例子，如數據庫好似一個超市，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系。教學設計多樣，這也正體現出教學是一門充滿智慧的學問。

3.3增強關聯認知負荷

在教學中，外部認知負荷主要是由問題的內部認知負荷決定的。而關聯認知負荷的使用是在內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生[3]。以“使用SQL

語句創建表”為例來說明教學設計如何能讓學生在學習過程中有剩余的工作記憶來啟動關聯認知。由于中職學生基礎知識薄弱，對英語普遍存有抵觸情緒；且表結構的抽象性、邏輯性也會打擊他們學習的積極性。他們在學習前就

會用SQL語句創建表很難，因此在授新課時他們的內在認知負荷占據了大量的工作記憶，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，更無法啟用關聯認知負荷。針對此，教師可將表以及表中行、列等

抽象概念結合學生現實生活中的一些例子，呈現出有趣的課堂氛圍來導入新課，激發學生的內在學習動機，促進認知過程自動化。課堂教學設計如表2所示。在激發學習者興趣的基礎上，學習者的內外認知負荷都會相應的降低，

就能有一定量的工作記憶來使用關聯認知負荷。從而達到有效學習，為新知識的學習鋪好路。

4總結

認知負荷理論視角下的教學是根據中職學生的認知特點來進行設計的，確保他們所使用的學習資源最優的同時，力求學習狀態和課堂氛圍是輕松積極的。實踐證明，oracle數據庫管理與應用課程教學設計能

夠從最大化學生用于學習的工作記憶總量角度出發，充分利用視頻、動畫、形象圖等信息化手段降低內外在認知負荷；同時通過有趣形象的案例啟動其關聯認知負荷以激發學生的內在學習動力，培養中職學生的主動思考能力。課堂上學

生積極參與學習，取得較好了的教學成果。隨著信息技術和認知科學的發展，基于認知負荷的教學設計將邁上新臺階，也必將為中職數據庫教學和學習提供更多有針對性的指導原則。

參考文獻

[1]教育部等6部.現代職業教育體系建設規劃,

[3]張慧,張定文,黃榮懷.智能教育時代認知負荷理論發展、應用與展望——“第十一屆國際認知負荷理論大會”綜述.現代遠程教育研究,2018(06):37-44

[4]陳卉娥.基于移動信息化的《數據庫基礎與應用》教學資源建設探索與實踐.計算機產品與流通,2018(11):216

[5]陳倩倩.認知負荷理論視域下的中職微課設計——以Photoshop平面設計微課設計為例.職業,2018(35):103-104

作者：魏小娟 單位：天津職業技術師范大學信息技術工程學院