認(rèn)知負(fù)荷理論下的數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)設(shè)計(jì)

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摘要：認(rèn)知負(fù)荷理論已經(jīng)成為教學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域最有影響力的理論框架之一。作為一種基于人類認(rèn)知結(jié)構(gòu)的教學(xué)設(shè)計(jì)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(xì)介紹了認(rèn)知負(fù)荷理論；最后從

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

關(guān)鍵詞：認(rèn)知負(fù)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(diǎn)[1]。針對(duì)中職學(xué)生文化知識(shí)欠缺、學(xué)習(xí)態(tài)度被動(dòng)、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(shí)點(diǎn)加工處理以適應(yīng)他們的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)有效學(xué)習(xí)就顯得尤為重要。傳統(tǒng)的oracle高級(jí)編程技術(shù)課程教學(xué)設(shè)計(jì)忽視了工作記憶的有限性，造成學(xué)生認(rèn)知負(fù)

荷超載。認(rèn)知負(fù)荷在教學(xué)設(shè)計(jì)中的運(yùn)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(jì)者如何在學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)中降低學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷提供強(qiáng)有力的指導(dǎo)。相比于傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式，基于認(rèn)知負(fù)荷的課堂設(shè)計(jì)不是將眾多復(fù)雜知識(shí)

點(diǎn)原生態(tài)的強(qiáng)加給學(xué)生，它具有切合學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、減輕信息負(fù)荷等特點(diǎn)。在實(shí)際學(xué)習(xí)中，認(rèn)知負(fù)荷的來源包括教學(xué)環(huán)境、手機(jī)游戲、知識(shí)點(diǎn)的呈現(xiàn)方式、學(xué)習(xí)應(yīng)用、學(xué)習(xí)活動(dòng)本身5種[2]

。如何在數(shù)據(jù)庫教學(xué)設(shè)計(jì)中降低中職學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，是教學(xué)設(shè)計(jì)的一個(gè)挑戰(zhàn)。

2理論基礎(chǔ)

認(rèn)知負(fù)荷是指人類信息加工過程中能夠加工的信息總量。認(rèn)知負(fù)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(rèn)為人的資源有限，如果同時(shí)從事幾

種活動(dòng)就會(huì)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(rèn)知負(fù)荷理論，學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中的認(rèn)知負(fù)荷有三種來源：內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷、外部認(rèn)知負(fù)荷和關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷[3]。其中，內(nèi)部認(rèn)

知負(fù)荷是由知識(shí)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(shí)存儲(chǔ)時(shí)，內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷增加；外部認(rèn)知負(fù)荷是由教學(xué)設(shè)計(jì)和方法帶來的，是指加工設(shè)計(jì)粗淺的教學(xué)材料時(shí)所做的努力，這種認(rèn)知負(fù)荷會(huì)占

用學(xué)習(xí)的工作記憶；關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)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(shí)所產(chǎn)生的認(rèn)知負(fù)荷，以及將工作記憶能量投入在對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)的監(jiān)控和對(duì)學(xué)習(xí)策略的關(guān)注時(shí)所產(chǎn)生的認(rèn)知負(fù)荷。認(rèn)知負(fù)荷理論心理學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)得

到這樣的結(jié)論：只有認(rèn)知負(fù)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(huì)發(fā)生。否則將造成認(rèn)知負(fù)荷超載，學(xué)習(xí)失敗。

3教學(xué)設(shè)計(jì)思維框架

數(shù)據(jù)庫是一門注重實(shí)際應(yīng)用的課程，其操作性強(qiáng)，同時(shí)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(shí)解決工作情境中的實(shí)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(jì)時(shí)，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(jì)算機(jī)類課程有其概念抽象、頻繁使用英語、邏輯性強(qiáng)等特點(diǎn)，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(dòng)，英語基礎(chǔ)薄弱等現(xiàn)象。

這些問題會(huì)導(dǎo)致學(xué)生抵觸數(shù)據(jù)庫知識(shí)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(diǎn)等多方面做出改進(jìn)?；谡J(rèn)知負(fù)荷理論從以下三部分進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的開發(fā)：

3.1減輕內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷

在oracle數(shù)據(jù)庫管理與應(yīng)用課程中，很多知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)任務(wù)對(duì)于中職學(xué)生本身所具有的知識(shí)儲(chǔ)備來說過于抽象，想要全面掌握對(duì)他們來說不太現(xiàn)實(shí)。那么在設(shè)計(jì)教學(xué)資源時(shí)可細(xì)分知識(shí)點(diǎn)，降低知識(shí)點(diǎn)難度

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

簡(jiǎn)單的語句即可。其構(gòu)成的元素少，關(guān)系也簡(jiǎn)單，認(rèn)知負(fù)荷低。但要查詢諸如“每個(gè)學(xué)生的選課門數(shù)并按選課門數(shù)的多少進(jìn)行排序”，就涉及到多張表，同時(shí)涉及集合函數(shù)中的分組、排序等多個(gè)知識(shí)點(diǎn)。這樣一來，構(gòu)成的元素多，知識(shí)點(diǎn)

復(fù)雜，內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷高。此時(shí)可將知識(shí)點(diǎn)分類、分模塊設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)，以減輕學(xué)生的內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷，詳見表1。根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷理論的基本觀點(diǎn)，內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷與學(xué)習(xí)任務(wù)難易密切相關(guān)。同等經(jīng)驗(yàn)水平，學(xué)習(xí)任

務(wù)難度越大，內(nèi)在負(fù)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(jì)，應(yīng)依據(jù)中職學(xué)生原有的經(jīng)驗(yàn)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(rèn)知特征，引導(dǎo)學(xué)生主

動(dòng)、積極地參與到課堂中來，實(shí)現(xiàn)有效學(xué)習(xí)。

3.2控制外在認(rèn)知負(fù)荷

教學(xué)資源的加工程度，呈現(xiàn)形式應(yīng)當(dāng)盡可能簡(jiǎn)潔明了、生動(dòng)形象。拙劣的教學(xué)資源設(shè)計(jì)會(huì)減少學(xué)生用于學(xué)習(xí)的時(shí)間，無法最大限度地將學(xué)生的注意力集中到知識(shí)點(diǎn)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(duì)學(xué)生來說很難理解，應(yīng)根據(jù)他們的認(rèn)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(dòng)畫等多媒體資源，動(dòng)靜結(jié)

合，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，降低外在認(rèn)知負(fù)荷總量。關(guān)于表的基本概念，“表是數(shù)據(jù)庫的對(duì)象，用于存儲(chǔ)實(shí)體集和實(shí)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(duì)象、實(shí)體、實(shí)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(jì)時(shí)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(shí)教師也可以通過舉生活中的例子，如數(shù)據(jù)庫好似一個(gè)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(dòng)畫的形式來展示各個(gè)抽象概念之間的聯(lián)系。教學(xué)設(shè)計(jì)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(qiáng)關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷

在教學(xué)中，外部認(rèn)知負(fù)荷主要是由問題的內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷決定的。而關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷的使用是在內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷和外部認(rèn)知負(fù)荷的綜合還沒有超過工作記憶的處理能力的情況下才會(huì)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(jì)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(dòng)關(guān)聯(lián)認(rèn)知。由于中職學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)薄弱，對(duì)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(huì)打擊他們學(xué)習(xí)的積極性。他們?cè)趯W(xué)習(xí)前就

會(huì)用SQL語句創(chuàng)建表很難，因此在授新課時(shí)他們的內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷占據(jù)了大量的工作記憶，沒有精力去注意新知識(shí)點(diǎn)的有用性，也無法做到知識(shí)點(diǎn)遷移，更無法啟用關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷。針對(duì)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(shí)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(dòng)機(jī)，促進(jìn)認(rèn)知過程自動(dòng)化。課堂教學(xué)設(shè)計(jì)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(rèn)知負(fù)荷都會(huì)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(rèn)知負(fù)荷。從而達(dá)到有效學(xué)習(xí)，為新知識(shí)的學(xué)習(xí)鋪好路。

4總結(jié)

認(rèn)知負(fù)荷理論視角下的教學(xué)是根據(jù)中職學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，確保他們所使用的學(xué)習(xí)資源最優(yōu)的同時(shí)，力求學(xué)習(xí)狀態(tài)和課堂氛圍是輕松積極的。實(shí)踐證明，oracle數(shù)據(jù)庫管理與應(yīng)用課程教學(xué)設(shè)計(jì)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(dòng)畫、形象圖等信息化手段降低內(nèi)外在認(rèn)知負(fù)荷；同時(shí)通過有趣形象的案例啟動(dòng)其關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷以激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)力，培養(yǎng)中職學(xué)生的主動(dòng)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(rèn)知科學(xué)的發(fā)展，基于認(rèn)知負(fù)荷的教學(xué)設(shè)計(jì)將邁上新臺(tái)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(duì)性的指導(dǎo)原則。

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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