智慧学习环境中学生的认知负荷 对学习投入的影响
董安美
摘 要：文章旨在探究智慧学习环境中，学生通过求助解决问题时，认知负荷影响学习投入的机制。作者通过研究收集的357份在智慧学习环境中学习的学生问卷，利用结构方程分析学业求助在认知负荷对学习投入的中介作用。研究发现：一是认知负荷对学习投入产生负向影响;二是三种类型的学业求助在认知负荷对学习投入的影响中起到不同程度的中介作用（工具性求助是部分中介作用、执行性求助没有中介作用、回避求助是完全中介作用）。研究建议在智慧学习环境中，教师应该让学生的认知负荷处于合适的水平，并指导学生的学业求助行为，促进学生的学习投入。
关键词：智慧学习环境;认知负荷;学习投入;学业求助
中图分类号：G421? ? ? ?文献标志码：B? ? ? ? ? 文章编号：1673-8454（2020）18-0001-05
一、问题的提出
随着信息技术在教育教学中的应用，学习环境也随之发生变化。以促进学习投入为目的，智慧学习环境为不同的学习情境提供支持[1]。在智慧学习环境中，利用云平台、平板电脑支持的混合式学习，学生得以有更多的机会在面对面的时间向教师和同伴求助;通过翻转教学法分解学习任务的难度，降低认知负荷[2]。从课程教学的角度来看，对资源、技术、评价、教学法进行设计，可以提高学生的学习投入[3]。从学生学习的角度来看，分解智慧学习环境中学生的认知负荷[4]，通过干预适应性策略与学习投入的关系，可以增加学生的学习投入[5]。但是每个学生感知到的认知负荷不同，在学业求助策略有充分条件发生的情况下，认知负荷如何影响学习投入是一个尚待探究的问题。本研究旨在剖析认知负荷和学业求助影响学习投入的机制，为提高学生学习投入提供实证依据。该问题的解决能够帮助教师通过干预学生的学业求助来改善认知负荷对学习投入的影响。
二、相关研究
1.学习投入
学生的投入在社会、学校、课堂的活动内容和角色不同，“投入”的内涵也各不相同。各个层次投入的指标不同，影响投入的因素也不尽相同。课堂中的学习投入是学生置身于学习活动中的动态过程，学生在投入中理解学习材料、参与到学习活动中，通过投入搭建课堂对话和课堂互动。学习投入从行为投入、认知投入和情感投入三个维度来描述学生在学习过程中的表现。以下将详细介绍课堂层次学习投入三个维度的具体内容。
行为投入是指学生在学业任务和学习过程中的表现，注意和努力是其描述指标。注意是指在教育情境下，学习活动或学习内容作为一个外界刺激物，学生分配了多少注意面对刺激物。努力是指学生在学习过程中总共花费了多少精力。
认知投入由认知策略和元认知策略组成[6]。认知策略包括记忆、阐述和组织。记忆是指通过背诵、重复文字帮助记忆。阐述是通过建立信息之间的内部联系，帮助学生将信息存储到长期记忆中。组织是指帮助学习者选择合适的信息，并且建立信息之间的联系，例如，列提纲、在阅读段落中选择主要观点等。元认知策略包括计划、监控和调节。计划包括目标设定和任务分析，用于激活相关的已有知识，更容易地组织和理解材料。监控包括自我测试、提问、追踪完成学习任务时的注意力。调节是指不断地调整认知活动，帮助学习者检查和纠正自己的行为。
情感投入包括興趣、焦虑和无聊，这三者是对不同对象的反应。兴趣是一种心理状态，影响注意、目标和学习程度，例如，学生对某一内容或讨论话题产生兴趣。焦虑是一种个人在面对未知或某种情境表现出紧张、担心、有压力的反应，例如，学生在考试前会感到焦虑。无聊是一种不愉快的情感，感觉时间变慢，想逃避无聊的情境，通过面部表情、声音或身体动作方面表现出无聊，例如，学生感到课堂活动无聊时会趴在课桌上。
学习投入不是学生的一种特质，而是受外界因素的影响。对于课堂层面的学习投入来说，学生的个体特征、教师、教学内容、同伴以及两两之间发生的联系是影响学习投入的因素，如学习内容的复杂程度、学习支持等。
2.学业求助
学业求助是一种自我调节的学习策略，是学生在学习中遇到困难时，向教师或同伴寻求帮助，解决自己遇到的难题[7]。学生主动提问复杂的问题，表示学生的投入程度比较高，对课堂学习具有建设性的意义。学生在学业求助的过程中主动与外界互动，完成学习任务和掌握学习内容，既是学习投入发生的过程，也是学习投入的结果。
根据学生求助的目的，学业求助有三种类型，即工具性求助、执行性求助和回避求助[7]。工具性求助是指学生以理解学习内容为目的，希望他人给予提示或解释。执行性求助是指学生以完成当前学习任务为目的，一遇到问题不加思考就向他人求助。回避求助是指学生需要帮助时，受到一些因素的影响，不向他人求助。
在学业求助行为发生之前，学生通过几个步骤决定选择什么类型的学业求助，即意识到需要帮助、决定寻求帮助、选择从谁那里获得帮助、获得什么样的帮助。与此同时，还有三个因素影响学生选择学业求助的类型：一是自主性，学生希望在没有他人的帮助下独立完成任务;二是能力，学生向他人求助时，担心被认为没有能力;三是效果，学生向他人求助后得到的实际效果，例如，学生会考虑获得别人的帮助是否需要花费大量的时间。
有关学业求助的研究主要有两个方面：一是学业求助与学习者特征的关系，包括性别、年级、学业困难、数学学习困难、远程学习者、农村留守儿童、少数民族学生[8]。二是学业求助与成就目标、自我效能、自我概念、课堂环境（课堂氛围）、成绩、自我调节的关系[5][9]。虽然已有研究提出学习者特征的学业求助特点、影响因素与学业求助的关系，但是并没有指明这些变量之间的影响机制。通过三种学业求助类型的含义可以看到，工具性求助比执行性求助更有助于学生理解知识。但是不同特征的学习者使用不同类型的学业求助对学习投入产生的影响，需要在具体的学习情境下进行具体分析。
3.认知负荷与智慧学习环境
认知负荷理论是探讨学生的先前知识水平和当前学习任务之间的关系。根据认知负荷的来源分为三种类型：内在认知负荷、外在认知负荷和相关认知负荷[4]。内在认知负荷是指学生的工作记忆同时加工的学习内容，受当前加工学习内容的复杂性和先前知识水平的影响。外在认知负荷是由学习内容的呈现方式和组织结构带来的，可以利用教学设计和技术手段进行改善。相关认知负荷是指学习者通过构建认知图式减少学习内容的复杂性，研究者已经将这一类型的认知负荷归为内在认知负荷的类型中。
智慧学习环境以促进学习投入为目的，实现有效的学习[1]。智慧学习环境从多个方面降低不同类型的认知负荷，并为学生在面对面的学习时间提供学业求助的机会。在智慧学习环境支持的混合式学习方式下，重新组织学习内容和学习时间，减少学生的外在认知负荷，清除学习障碍，提高学生的学习投入[3]。智慧学习环境支持的翻转教学法将学习目标分解为小步骤目标，降低学生的内在认知负荷，将高阶的认知目标放在课堂中解决，让学生通过面对面的求助解决遇到的困难，从而促进学习投入[2]。
超负荷或低负荷都会影响学生的学习效率[10]。复杂知识对于前知识水平低的学生有较多的认知负荷，不利于学生理解学习内容。简单知识对于前知识水平高的学生亦有干扰，容易形成冗余信息，降低学习效率。一方面，智慧学习环境能够根据学习者认知负荷的差异，提供与学习者特征相匹配的学习任务，促进学生的学习投入。另一方面，在智慧学习环境中，当学生遇到问题时，可向同伴求助解决自己的问题，从而提高学习投入。但是学生具有的认知负荷、求助的作用与学习投入之间的关系却还没有实证研究，是一个值得探究的问题。
三、研究方法
1.研究对象
本研究的问卷来源于北方两个地级市所在的两所学校。由于学生在数学学习中经常遇到困难，不同学生感知到的认知负荷不同，求助行为较多，因此选择智慧学习环境中的数学课堂进行研究。为了保证学生的年龄、年级相近，分别在两所学校选择初一下和初二上的学生。发放问卷共计360份，回收有效问卷357份。学生平均年龄13岁，176名男生，181名女生。
2.研究工具
（1）学习投入
学习投入的问卷由行为投入、认知投入和情感投入三部分组成。行为投入维度使用Kong编制的问卷[11]，包括注意（6个题）、努力（6个题），信度为0.91。认知投入维度使用Pintrich编制的问卷[6]，包括学习策略（记忆5个题、组织3个题）①和元认知策略（计划、监控、调节各3个题），信度分别为0.82、0.86。情感投入中兴趣（6个题）和焦虑（4个题）使用Kong编制的题目[11]，无聊（4个题）使用Pekrun编制的题目[12]，信度为0.84。学习投入问卷CFA的拟合指数为：χ2/df =2.996，TLI= 0.961，CFI = 0.974，RMSEA =0.075，均符合要求。
（2）认知负荷
认知负荷采用Hwang编制的问卷[13]，两个维度分别是心理负荷（5个题）和心智努力（3个题）。由于心智努力与行为投入中努力的题目相似，会产生多重共线性问题。因此，通过心理负荷一个维度来测量认知负荷，其信度为0.82。
（3）学业求助
学业求助问卷使用李晓东等编制的学业求助行为量表[7]，三个维度分别是工具性求助（5个题）、执行性求助（4个题）和回避求助（4个题），信度分别是0.86、0.68、0.73。以上所有问卷均采用六点量表，1表示非常不像我，6表示非常像我。
3.数据处理与分析
本研究的变量均为潜变量，是无法直接测量的抽象概念，需要由多个观察变量测得数据来反映这些抽象的概念。因此本研究使用Amos 20.0进行问卷的验证性因子分析、潜变量之间的中介模型分析，使用非参数百分位 Bootstrap 检验中介效应的显著性。
四、研究结果
工具性求助、执行性求助、回避求助分别与认知负荷、学习投入在Amos中形成了三个结构方程模型，它们的模型适配指标如表1所示。除了显著性水平以外，其他拟合指标均满足推荐值。由于本研究的样本大于200，会导致显著性水平不是一个稳定的评价指标，应当参考其他指标[14]。
1.认知负荷对学习投入的影响：工具性求助的部分中介作用
工具性求助、认知负荷与学习投入的结构方程的标准化回归系数，如图1所示。非参数百分位 Bootstrap分析检验变量之间的总效应、直接效应和间接效应的显著性如表2所示。认知负荷对工具性求助的直接效应显著（β=-0.25，p<0.001）。工具性求助对学习投入的直接效应显著（β=-0.45，p<0.001）。认知负荷对学习投入的总效应由两部分组成，一部分是认知负荷对学习投入的直接效应显著（β=-0.54，p<0.001），另一部分是认知负荷通过工具性求助影响学习投入的间接效应显著（β=-0.11，p<0.001）。由于認知负荷对学习投入的直接效应显著，所以工具性求助起到了部分中介作用，中介效应占总效应的 17%。
如表2所示，因为工具性求助起到了部分中介作用，所以学习投入的总效应等于直接效应加上间接效应，即-0.54×认知负荷+0.45×工具性求助。也就是说认知负荷增加一个标准差，学习投入下降0.54个标准差;工具性求助增加一个标准差，学习投入提高0.45个标准差。
2.认知负荷对学习投入的影响：执行性求助无中介作用
执行性求助、认知负荷与学习投入的结构方程的标准化路径系数如图2所示。变量之间的总效应、直接效应和间接效应的值及其显著性如表3所示。认知负荷对执行性求助的直接效应显著（β=0.80，p0.05）。认知负荷对学习投入的总效应包括直接效应和间接效应。认知负荷对学习投入的直接效应显著（β=-0.39，p0.05），即执行性求助没有起到中介作用。
如表3所示，因为执行性求助没有起到中介作用，所以学习投入的总效应等于直接效应，即-0.39×认知负荷。也就是说，认知负荷增加一个标准差，学习投入下降0.39个标准差。
3.认知负荷对学习投入的影响：回避求助的完全中介作用
回避求助、认知负荷与学习投入的结构方程及其标准化回归路径系数如图3所示。变量之间的总效应、直接效应和间接效应的值及其显著性如表4所示。认知负荷对回避求助的直接效应显著（β=0.81，p<0.001）。回避求助对学习投入的直接效应显著（β=-0.52，p0.05）。认知负荷通过回避求助对学习投入的间接效应显著（β=-0.42，p<0.001）。由于认知负荷对学习投入的直接效应不显著，间接效应显著，回避求助起到了完全中介作用，中介效应占总效应的65%。
如表4所示，因为回避求助起到完全中介作用，所以学习投入的总效应等于直接效应加上间接效应，即-0.23×认知负荷-0.52×回避求助。也就是说，当认知负荷增加一个标准差时，学习投入下降0.23个标准差;当回避求助增加一个标准差时，学习投入下降0.52个标准差。
五、讨论与建议
1.认知负荷对学习投入的影响
本研究旨在探究智慧学习环境下，认知负荷对学习投入的影响以及学业求助在二者之间的中介作用。研究结果表明，认知负荷与学习投入之间存在显著负相关，这意味着学生感受的认知负荷越高，学习投入越低。这一研究结果填补了认知负荷影响学习投入实证研究的空白[4]。同时，研究结果表明不同类型的学业求助在认知负荷对学习投入的作用不同，工具性求助对学习投入产生正向影响，执行性求助和回避求助对学习投入产生负向影响，需要引起教师对学生学习求助类型的关注。
2.学业求助的中介作用
學生在学习过程中不可避免地会遇到自己无法解决的问题，向外界求助是一种适应性学习的策略，然而不同类型的学业求助在认知负荷对学习投入的中介作用不同。与陈英敏等关于人格特质对学业适应影响的研究结果相似[9]，学业求助起到不同的中介作用。通过本文的研究结果可知，工具性求助在认知负荷对学习投入的影响中起到部分中介作用，执行性求助没有中介作用，回避求助起到完全中介作用。具体表现为，学生的认知负荷越高，学习投入越低;使用工具性求助会促进学习投入，减少认知负荷对学习投入的负向影响。学生的认知负荷越高，越倾向使用回避求助，更加降低学习投入。学生的认知负荷越高，越多使用执行性求助，对认知负荷影响学习投入的方向没有改善。因而，教师需要对回避求助的学生更多关注，消除他们向他人求助时的顾虑。教师应该引导执行性求助的学生转变为工具性求助，提高学生的学习投入。
3.智慧学习环境下提高学习投入的建议
在智慧学习环境下，大多数研究都通过教学设计、多媒体的应用减少外在负荷[4]。宋艳玲等人提出翻转课堂教学法是从内在认知负荷的角度减少认知负荷[2]。智慧学习环境下，学生在课堂中比传统课堂有更多的交流时间，为学生之间的学业求助提供了可能性。在这种情况下，教育者要注意不同学生求助类型对学习投入产生的不同影响。可以从以下两个方面提高学习投入，一方面是设计小步骤的学习任务。借鉴翻转教学法，考虑减少内在认知负荷的可能性，让学生感受到适当的认知负荷，从而促进学习投入。另一方面，当认知负荷存在时，要指导学生选择学业求助方式。鼓励学生采用工具性求助，引导学生从执行性求助转向工具性求助。当学生有困难的时候，减少学生由于各种原因而出现的回避求助行为。
六、结论
本研究探讨了学业求助在认知负荷和学习投入关系中的中介作用。在智慧学习环境下，工具性求助减少了认知负荷对学习投入的消极影响，回避求助加剧恶化了认知负荷对学习投入的负向影响，执行求助无助于认知负荷对学习投入的消极影响。因此，在今后的教学实践中，当学生有面对面交流的机会时，要关注学生的学业求助类型，调节认知负荷对学习投入的影响。本文的研究结果可以为研究者进一步探究学习任务设计与学习投入之间的关系提供参考。同时，也为教育实践者在教学过程中促进学生的学习投入提供了实证依据。
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