基于认知负荷的教学设计对挺身式跳远学习影响的研究
姜 勇，张傅博，曾祥珵
(辽宁师范大学 体育学院，辽宁大连 116029)
摘 要： 基于认知负荷理论以学习田径运动中的挺身式跳远为实验任务，通过变换不同的教学设计和学习方法，研究对运动技能学习产生的影响。实验将两个班级40名同学，依据不同的教授方式和练习方案分为传统练习组和传统练习附自解组，传统练习组为对照组，传统练习附自我解组为实验组。实验结果表明：实验后即刻对挺身式跳远进行测试，测试中不同的教授方式和练习方式得到了不同的教学效果，实验组的挺身式跳远评分、技术动作评分、理论知识测试评分三项评分均优于对照组评分；成绩提高幅度测试中实验组成绩提高幅度优于对照组。结论：在学习挺身式跳远过程中，采用传统练习附自我解型教授方式和增加学习者课后对理论知识学习的方法，有利于促进挺身式跳远的学习和成绩，对技能学习绩效性能够带来积极影响，有助于提高挺身式跳远技术课的教学效果。
关键词： 挺身式跳远；认知负荷理论；教学实验
20世纪50、60年代，伴随现代科学技术和语言文学的快速发展，心理学在一定程度上获得了“推动性”的变革，从而摆脱了行为主义的束缚，并向认知心理学的新时期迈进。认知心理学研究主要是针对人的内部认知结构以及认知规律，对接触的外部信息和知识进行心理认知的过程。认知负荷这一术语在20世纪70年代被提出，其主要释义为：人在处理外部信息并进行信息加工过程中所投入的心理资源的总量。到了20世纪80年代，澳大利亚教育心理学家斯维勒(J.Sweller)在其团队的共同努力下，提出了一种新的关注工作记忆负荷的教学设计理论——认知负荷理论(Cognitive load Theory)[1]。
认知负荷理论主要借鉴和运用了现代认知心理学关于工作记忆和注意力的研究成果。其中，人完成外部认知活动的基础是工作记忆，这是人脑意识的关键所在。根据研究证明:工作记忆是有限的，当进入工作记忆的信息量超过人脑所能接受的范围，便会造成信息量超载，信息加工活动无法顺利完成，会导致学习者在学习中产生很多无法预知的额外认知，从而影响学习者注意力，进而增加认知负担。在研究中，斯维勒通过研究分析将认知负荷分为三种类型，即外部认知负荷、内部认知负荷、关联性认知负荷。上述研究表明，降低外部认知负荷和增加关联性认知负荷都能够有效提高教学效果，而学习过程中的自我解释和理论知识测试表两种教学手段，有效的提高了学习者关联性认知负荷，降低外部认知负荷。那么，在认知负荷理论下，在挺身式跳远的学习过程中，运用学习者对运动技能进行自我解释的教学策略，是否会对运动技能学习效果产生影响呢? 因此，本研究预期理论假设为: 运动技能学习过程中，增加学习者的自我解释和附以跳远理论知识测试表对运动技能学习绩效将产生积极影响，主效应显著。
1.研究对象、方法
1.1 研究对象
从身体健康、自愿参加实验研究的大学2018级选项课中随机选取两个班级40名男大学生作为研究对象，两个班级是按照学生高考成绩均衡分班的，学生的学习能力相当。所有受试者实验前均没参加过有关认知类的实验任务，并且实验期间除了按照实验要求进行挺身式跳远的训练外，不得进行与跳远相关的活动。
随机选取两个平行班的学生作为研究样本，两个班级是按照学生高考成绩均衡分班的，学生的学习能力相当。将两个班级随机分组，1班作为实验组，另一个班2班作为对照组。1班是传统练习附以自解型，2班是传统练习型。本文以基于认知负荷原理的前进式跳远教学设计和实验方案为研究对象。
1.2 研究方法
1.2.1 实验任务
根据长期一般教学计划，每周进行一次实验，每次实验时间为一个半小时，共20学时学习。所有受试者在实验前都没有掌握跳远技术。实验结束后受试者运动技能学习绩效由三部分构成:受试者挺身式跳远评分、受试者技术动作评分、跳远理论知识测试评分[3]。
实验的任务是学习挺身式跳远，在20学时的学习过程中学会挺身式跳远。要求学习者在跳跃时腾空动作要正确，掌握好踏跳时机，降落时身体向前、舒展、轻盈。要求学习者基本上能掌握挺身式跳远的基本技术和动作要领。根据前进式跳远技术动作的特点，在教学过程中，挺身式跳远技术动作的实践一般分为起跑、跳跃、腾空、降落四个部分。正确学习掌握了四种分解技术后，当然可以进行完整动作的练习。然而，在教学中，主要解决的问题是：腾空部分的动作姿态、发力顺序、腿部收缩等几个方面[2]。
1.2.2 实验设计
由于认知负荷评估方法在学习材料之后，因此在教学过程中，应不考虑学习效果类型对认知负荷的影响，以学生学情和教学策略方法为首要考虑因素，要求学生在实验研究后立即进行评估[5]。
依据认知负荷理论采取改变运动技能学习方式，突破创新传统的教学方案，根据认知负荷理论教学设计原理中降低外部认知负荷的注意分离原则，将运动技能的学习方式分为传统练习型和传统练习附以自我解释型(练习结束后增加练习者对运动技能学习的自我解释，简称为传统练习附以自解型)。
根据教学任务的设计和安排，在认知负荷原理下降低学生的外部认知负荷和改善内部认知负荷和优化关联认知负荷，都可以有效的缓解学生学习压力提高学习效率。在每一个阶段性教学过程中，运用该理论原理和相应的教学手段，解决在挺身式跳远技术练习过程中存在的问题。使学生能够逐渐形成自身对动作技能的理解和感受，进一步对技术动作有所认知，进而深入了解动作环节组成部分，最后正确掌握完整的技术动作。
针对实验组，本研究采用学习过程中的自我解释的教授形式有效提高学习者关联性认知负荷和降低外部认知负荷，从而达到提高教学效果的目的。自我解释是认知负荷理论下教学设计的一种教学手段，受试者通过在学习过程中的感受和体会，在课后立即做出反馈好自我评价，找出学习中没有解决的问题和不足，从而提高运动技能学习的质量。而采取理论知识测试表也是对丰富自我解释的一种方式，学生通过理论知识测试要进行自主学习，这样才能对测试内容进行回答和掌握，另一方面对理解动作技术要点有所帮助，从而达到技能提高的目的。
1.2.3 实验步骤
时间很快地过去，蒙妮坦答应她的家人一个星期内回美国。她有很多缺点，但是守诺言不是其中之一，前后要飞两天，吃了五日。
在1933年发表了《岑嘉州系年考证》(1933年《清华学报》第8卷第2期)一文后，闻一多的唐诗研究开始着重“综合的工作”，撰写《唐诗杂论》，以诗论诗，相继发表了《类书与诗》《贾岛》《宫体诗的自赎》《四杰》和《孟浩然》五篇文章，依朱自清说:“那经济的字句，那完密而短小的篇幅，简直是诗。”［9］闻一多在清代朴学考据的基础上更进一步，运用近代科学方法条理唐代诗歌，他的《唐诗杂论》可谓是“顶峰上的顶峰”。
实验时间为2018年11月一2019年1月，每次实验前和实验结束后要求受试者均不能从事跳远相关运动的练习，每周进行1次实验，每次实验练习时间为2学时，共计进行20学时的实验。
前测:实验前，为了保证实验的真实性和可信度，对实验组和对照组分别进行100米、立定跳远、双手向前投掷实心球的运动成绩测试，将测试的数据结果进行统计分析，提取两个班学生的三项运动成绩作为前测，判断初始条件是否存在显著差异。
正测:以对照组和实验组的实验研究后挺身式跳远测试为正测，来验证两组学生在两种不同教学设计下的学习成绩是否有显著变化。在实验过程中，每次实验都是根据体育课的基本结构设计的，“从准备部分到基本部分到结束部分”。实验班的基本部分是75分钟，第一个实验的基本部分的时间分配是：在练习期间，介绍跳远10分钟，15分钟示范讲解和50分钟练习，在课程学习后，要求实验组同学针对课堂内容做一简要概括，并对自己在练习挺身式跳远过程中技术动作的成功与不足之处进行总结。
第2到第10实验课的基本部分分配如下：25分钟讲解示范和50分钟练习。示范和练习仍然与第一次实验相同。在整个实验过程中，两组学生都是由同一位教师教授的，教学内容、目标、进度以及测量评价标准、器材、场地尽可能保持一致，教师应注意学生主观期望对实验的客观影响。
1.2.4 实验数据测定与收集
由图7可知，支架顶梁的最大位移为8.27 mm，最大应力为136.04 MPa。支架顶梁的变形是整个支架中变形最大的部分，但与顶梁的长度3 700 mm相比可以忽略，而其应力却远小于材料的屈服强度，故顶梁的结构符合要求。
项目中每个任务都着重展示一个基本的知识内容，由汽车电器、电控电路等典型应用导入课程，让学生知道“为什么学？学什么？”。比如电机部分可由雨刮器、车窗升降导入，交流电部分可由汽车交流发电机导入等。将理论知识有机地融入到项目中，让学生在操作项目的学习过程中主动地学习理解，分析解决问题，从而培养学生良好的学习习惯。
本实验前测采用三项身体素质指标测试，100米跑、立定跳远、投掷实心球，三项按照两组学生各项成绩相互比较[4]，通过成绩数据进行统计分析，进行独立样本T检验，得知跳远成绩独立样本的标准P值均>0.05表明实验组与对照组的学生在身体素质方面没有显著性差异。可以认为这两个班级具有实力相当的能力水平，基本符合实验初始前的要求。
实验开始后，实验组和对照组均按照相同的进度教学。实验组是由教师有计划地布置作业，下发挺身式跳远自我解释反馈表，学生作定期反馈，反馈方式主要为：学生在课堂学习结束后的阶段性的总结、自我学习的感悟与不足。上交后，教师给予评价和指导。对照组在课堂学习结束后，不留作业。每项教材结束后，进行测试并回收实验组作业反馈单，并对所得到的测试结果进行统计整理。
1.2.5 实验数据统计
实验的全部数据在SPSS23.0社会学软件统计包上进行，采用独立样本T检验分析(Independent sample T test)对数据进行统计处理，若数据存在显著性差异，则0.01<P值<0.05;若数据不存在显著性差异，则P值>0.05，显著性水平为p=0.05。
2.研究结果
2.1 实验组与对照组的前测成绩比较
实验结束后，主要测量三部分的实验数据，一部分是学习者挺身式跳远成绩和跳远提高幅度数据。第二部分为挺身式跳远的技术评分，技术评分满分为100分，由5位评委共同打分，去掉一个最高分和最低分，取3位评委的平均分。第三部分对学习者进行跳远相关理论知识测试。
表 1实验前 2组学生身体素质指标测试及统计检验结果
2.2 实验组与对照组正测成绩比较
所有实验结束后成绩比较，传统学习型与传统学习附以自我解释型进行比较，每组同学统一进行测试。从表2可以看到:通过挺身式跳远技术课的学习与练习，实验组学生跳远平均成绩为6.08m，对照组学生平均为5.85m,两组学生跳远成绩独立样本的标准P值<0.05，表明在挺身式跳远方面存在显著性差异;实验组学生技评成绩平均为87.36分，对照组学生平均为84.15分，两组学生技评得分独立样本的标准P值<0.05，表明在技评方面存在显著性差异。
表 2实验后 2组学生挺身式跳远成绩与技评统计检验结果
从表3可以看到，2组学生实验后的跳远成绩均较实验前有提高，说明不同的教学方法都能提高技术水平，但成绩提高的幅度不同，实验后2组成绩独立样本的标准P值<0.05，表明实验组和对照组在成绩提高的幅度上存在显著性差异。
表 3实验前、后 2组学生挺身式跳远成绩及统计检验结果
3.分析与讨论
目前认知负荷理论在体育教学中的应用尚未得到真正意义上的重视，本论文采用对比实验的方法，将基于认知负荷理论的前瞻性跳远设计与传统的前瞻性跳远教学设计进行比较，分析实验组与对照组在初始状态相同的前提下学生的心理、身体在、技能掌握和学习成绩可能发生的变化，并依次来评价基于认知负荷理论的挺身式跳远教学应用的效果。
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两个班级均在高等师范学校体育教育专业接受教育，都按普通高中体育与健康课程标准(2017年版)实施教学。传统练习附以自解型是实验组，传统练习型是对照组，两个班级的教学计划、授课内容、教学进度都要相同；不同的是，实验组使用基于认知负荷理论的教学设计进行授课，而对照组使用传统教学模式的教学设计进行授课。
综上所述，实验前对实验组和对照组学生进行100米、立定跳远、双手向前投掷实心球的运动成绩测试为前测，三项测试包括跑、跳、投是比较全面的身体素质能力，通过得到的结果进行数据分析，可知实验组和对照组学生在基本身体素质能力方面无显著性差异，确保其他无关变量基本相同的情况下可以进行本实验。
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大学士的官衔通常分为两部分：学士衔和尚书、侍郎衔。这两个官衔的连接用“兼”字。例如仁宗即位那年的8月，杨士奇为礼部左侍郎兼华盖殿大学士，似乎他兼有两职。实际上，大学士兼领的尚书、侍郎是虚职。如果要处理部务，应加“掌”“判”等差遣用词。
首先，起点公平。这是实现社会公平正义整体目标的基础。邓小平关于起点公平的思想，来源于马克思的社会公平观。邓小平认为，始终坚持生产资料公有制是起点公平的制度保证。社会主义根本制度与社会主义公有制“是不能动摇的”。当有人担忧发展个体经济和外资经济会影响整个社会性质时，邓小平指出，个体经济的发展、中外合资经营企业与外资独营企业的发展，要“始终以社会主义公有制为主体”［1］110。邓小平在强调起点公平的同时，也注意到其他经济形式的发展对提高生产效率的重要性，强调社会管理中要做到公平与效率并重，坚持“效率优先，兼顾公平”，从而为起点公平夯实了基础。
实验结束后对实验组和对照组的学生再次对挺身式跳远进行测试，同时对所得到的数据进行统计分析，再对两组同学进行跳远相关理论知识测试。通过对实验组和对照组实验前后的运动成绩以及理论知识测试成绩进行组间、组内分析，以检测在认知负荷理论下学生自我解释对体育学习效果的影响。
技能学习完成后，两个班级的学生在挺身式跳远成绩方面存在显著性差异，实验组优于对照组，两组学生都是同一年级同一专业的学生，而区别是一个组为传统学习型(对照组)，另一个是传统学习附以自我解释型(实验组)，自我解释型是每次实验课结束后立即让实验组同学对其自身进行自我解释，了解其自身不足，自主查阅相关理论知识和实践方法进行反思，这就是降低外部认知负荷的一种手段，在认知负荷理论下，降低外部认知负荷是有效的教学策略，在实验中对实验组学生的学习效能产生积极影响，从而促进了学生跳远成绩的提高，技评优于对照组也来源自我解释的教学手段，学生通过自我总结分析，进行自主学习相关知识用于实践。这些都证明了，基于认知负荷理论的教学设计对运动技能学习影响具有积极的促进作用。
实验组学生成绩提高幅度优于对照组学生成绩，表明在认知负荷理论的指导下，降低外部认知负荷的管理策略能够有效提高学生的学习效率和跳远成绩。但是，学生学习成绩的提高也不排除其他方面的影响，例如学生的用功努力与练习的时间投入、与同伴的合作、教师的鼓励、社会的影响等等。这些都证明了基于认知负荷理论下的挺身式跳远教学已取得一定的效果。
在跳远理论知识测试中，实验组学生成绩高于对照组学生成绩，也表明了在认知负荷影响下的教学手段是行之有效的，实验组的学生通过课后自我解释的学习，大大提高了对跳远相关理论知识的掌握，对学习过程中遇到的难点或问题得以解决具有重要意义。
在实验中，我们发现实验组的学生在思维上表现的都很活跃，积极参与互动交流，形成了一个良好的课堂氛围。同时，也存在一些不好的现象：少数学生游离于课堂教学，有时小组交流与讨论局限于部分学生;有的学生入学成绩还不错，通过实验却没有什么明显的提高效果等。针对这些现象，说明实验还存在问题，对学情掌握的不够清楚，教学情节不够细致等，这些都是我们需要加强和改正的。认知负荷理论在田径教学中的设计和方法应该继续创新。同时，结合实践，不断摸索，进行更深层次的研究[6]。
上述基于砂粒含量和砂质黄土相关方面的研究虽然已经取得了一定的研究成果，但要想得出合理的且能够直接服务于工程防灾的砂质黄土力学特性规律[16-18]，还需做更为详细的试验和计算工作。目前，砂质黄土地区主要分布于榆林、延安西北部地区及甘肃庆阳地区，因砂质黄土的不良工程地质特性而引发的滑塌地质灾害非常普遍。因此，研究砂粒含量对砂质黄土力学性质的影响，就显得尤为迫切，而且具有重要的工程实际意义。
4.结论
本研究选择认知负荷理论的视角，以挺身式跳远为例，通过不同分组进行教学实验，实验中实验组通过运用“学习者自我解释”的教学手段，来降低学生外部认知负荷增加关联性认知负荷，对运动技能学习的主效应和交互作用显著,有助于运动技能的学习,从而达到提高学生成绩的教学目标[7]。实验从跳远成绩、技术动作评分、理论知识测试三方面进行论证，结果都为实验组高于对照组，存在显著性差异，所以证明研究效果显著，对认知负荷理论结合挺身式跳远教学具有创新和促进意义。
参考文献：
[1] 梁 波,商 伟,姜 勇.基于认知负荷理论的教学设计对运动技能学习影响的研究[J].北京体育大学学报,2012,35(12):94-98.
[2] 刘 雷.基于认知负荷原理的排球扣球技术优化教学策略的设计与实验研究[D].武汉:武汉体育学院.2014.
[3] 王 芹.快速伸缩复合练习对挺身式跳远教学效果的实验研究[D].北京:北京体育大学.2017.
[4] 雷 雨,谭小春,鲁娜娜.普通高校体育教育专业普修挺身式跳远的教学实验研究[J].铜仁学院学报,2016,18(01): 185-188.
[5] 范晶晶.认知负荷理论在高中生物教学中的应用[D].南京:南京师范大学.2018.
[6] 虎 攀.挺身式跳远的传统与现代技术教学方法比较研究.虎攀[D].成都:成都体育学院.2015.
[7] 姜 勇.中小学体育与健康课程运动技能学习评价研究[M].大连:辽宁师范大学出版社,2016:108-153.
基金项目： 辽宁省普通高等教育本科教学改革研究项目“普通高校公共体育课程学习评价的研究与实践”(201670)；国家社会科学基金“十三五”规划2017年度教育学一般课题“基于核心素养的中小学运动技能评价研究”(BLA170222)
作者简介：
姜 勇(1979—)，男，山东潍坊人，辽宁师范大学体育学院副教授。研究方向：体育人文社会学；
张傅博(1993—)，男，辽宁朝阳人，辽宁师范大学体育学院硕士研究生。研究方向：体育人文社会学。
3.3 动物行为的生理基础 提问： 哪种动物的学习能力更强？学生易想到人类自己，引发学生思考： 说话是不是人类一生都在学习和使用的技能？让学生感受学习说话是一项复杂的学习行为。同时，以视频“一只说中文的猫”(猫发出类似中文“我要鱼”，“我要牛肉面”的声音)引导学生判断： 动物(非人类)能学会说话吗？请学生以举手的形式初步选择立场。
10.16730/j.cnki.61-1019/g8.2019.06.087
【责任编辑 田泽鑫】
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