陈笑芳 许智坚
摘 要
文章探讨基于多媒体学习认知理论的大脑工作机制，并以主流英语学习型词典《牛津高阶英汉双解词典》《麦克米伦高阶英汉双解词典》和《朗文当代英语辞典》中的图文为例，研究词典图文的5种认知超载类型，对每种超载类型提出了相应减少认知负荷的建议。
关键词 英语学习型词典 图文 认知负荷 方法
一、 引言
近年来，“插图”作为一种辅助形式已在教科书、词典和文学作品中日益得到广泛应用，图文间的相互关系和作用也引起了国内外广大学者的关注。很多学者主要从多模态理论角度探索图文关系，如田园等（2017）提出“尝试探究图像与文字在作品中的配置关系及其表达作用”；曾方本（2010）从理论角度“评述多模态语篇里的三种图文关系”；杨信彰（2012）也通过该理论分析学习型英汉双解词典中的图文关系，“说明图文互补作用”。截至目前，学者们都主要从多模态理论角度探讨教科书、文学作品中的图文关系，而鲜有人探讨词典中的图文关系。因此，本文拟从多媒体学习认知理论角度，探究人类大脑的认知工作机制，进而探讨英语学习型词典中的图文认知负荷问题，旨在发现： 英语学习型词典中存在哪些图文认知负荷的情境？应该如何避免和解决这些图文认知负荷问题？
产生性加工理论、双重码理论和认知负荷理论均为与多媒体学习相关的认知理论（斯蒂芬2008），是多媒体学习认知理论建立的基础。
产生性加工理论是美国心理学家维特罗克（Wittrock， 1974）在20世纪70年代始创的，即生成学习理论，认为生成性学习的过程就是学习者积极主动地将现学知识与长时记忆中的知识进行整合的过程。具体地讲，即英语学习型词典中的言语释义与插图的呈现可以帮助学习者理解、记忆并掌握词条，而且，不论言语释义还是插图都有可能激发学习者长时记忆中的知识储备，使得工作记忆中的知识与长时记忆中的知识进行深层次的加工、整合。因此，如果英语学习型词典中的图文搭配合理，符合学习者认知规律，词条的学习和掌握将会得到较好的提升。
双重码理论是加拿大心理学家佩维奥（A.Paivio， 1986）在20世纪60年代末、70年代初提出的，其认为人类认知系统中有两种加工体系： 言语系统和表象系统，这两种系统之间既相互作用又相互独立。前者主要处理言语信息，比如文本；后者主要处理非言语信息，如图像、物体和声音等。两个系统之间的相互作用主要表现在一个系统的信息可以激活另一个系统的信息表征。
认知负荷理论是由澳大利亚新南威尔士大学的认知心理学家约翰·斯威勒（John Sweller）于20世纪80年代提出的。认知负荷是表示处理具体任务时加在学习者认知系统上的负荷的多维结构。（Paas， Tuovinen， Tabbers et al. 2003）就信息加工理论而言，认知负荷是指工作记忆的负荷，即同时被要求施加在工作记忆上的智力活动的全部数量，（Cooper 2005）是一个表征学习特定材料或完成特定任务时需要的工作记忆资源的概念（Sehnotz， Ktirsehner 2007）。
根据学习过程的影响因素，认知负荷被划分为内部认知负荷、外部认知负荷和相关认知负荷。内部认知负荷与学习任务的固有本质有关，是由要学习的材料的性质与学习者的专业知识之间的交互决定的。（严莉，苗浩，王玉琴2013）外部认知负荷是由学习材料的設计和组织等非中心因素（如使学习者的注意力分散在多个信息来源的呈现方式或活动等）引起的不必要的负荷。（Kalyaga， Chandler， Sweller 1998）相关认知负荷是由引起图式获得和图式自动化的意向性努力引起的（严莉，苗浩，王玉琴2013），是有利于学习的认知负荷。认知负荷理论认为，内部认知负荷是人为无法改变的，是固定的，而外部认知负荷和相关认知负荷是可以通过优化学习材料组织和设计得到改变的。三种认知负荷相互叠加与交互，还有一个潜在的逻辑前提，即要使学习发生，三种认知负荷的总和不能超过工作记忆资源的总体容量（Paas， Tuovinen， Tabbers et al. 2003）。当认知负荷总量超过学习者的认知容量时，认知超载问题便会出现。减少认知负荷，就是要重新分配组织内部认知负荷，尽量减少外部认知负荷，积极促进相关认知负荷。
二、 大脑工作机制
基于对认知科学的实验和研究，多媒体学习认知理论提出了三个假设： 双通道假设、有限容量假设和主动加工假设。以下从这三大假设出发，阐述人类大脑工作模式。
第一，人类大脑认知系统有两个独立但又相互联系的通道，可以分别处理言语信息和图像信息。第二，每个通道中，信息加工的容量都是有限的。言语通道只能处理有限的文本信息，而图像通道也只能处理有限的图像信息。这个“有限容量假设”是基于英国心理学家Baddeley的工作记忆理论。第三，美国心理学教授Richard E.Mayer（2005）基于美国当代著名的教育心理学家Wittrock的生成学习理论提出了主动加工理论，认为在有意义学习的过程中，言语通道和图像通道要进行大量的信息加工。这些加工包括对学习材料的选择性注意，对学习材料进行有条理的组织，以及将工作记忆中的信息与长时记忆中的信息进行整合。
下文我们在多媒体学习认知理论指导下探讨这三个理论假设。在言语通道中，被呈现的文字材料进入感觉器官，然后被选择性地注意，于是，学习者对所注意的材料进行组织，进而形成言语模型；在另一通道——图像通道中，被呈现的图像材料进入人体感觉器官，被选择性地注意，学习者对所注意的图像材料进行组织，并形成图像模型。最后，在工作记忆中的言语模型和图像模型与存储于长时记忆的信息进行整合。多媒体学习认知理论认为，多媒体学习呈现材料在言语通道和图像通道被加工处理，工作记忆对文字、图像的保持和加工容量是有限的，大脑对呈现材料的选择性注意、组织并形成模块及最后的信息整合都是主动加工的过程，而这些过程都要占用认知系统的资源和容量。
工作记忆容量是有限的，加之三种认知负荷总量不能超过认知容量，因而，不同类型的认知加工必然会导致认知容量不足，并由此产生了词典设计必须思考和解决的问题。如词典图文本身的复杂程度问题；插图呈现方式的凌乱不合理问题；无法刺激学习者进行主动加工等问题。
因此，要想让插图在英语学习型词典中发挥良好的作用，词典编纂者必须考虑人类大脑工作记忆容量的有限性，英语学习者查阅词典的过程就是自我学习的过程，这一过程要求学习者进行大量的认知加工，因此，词典编纂者在进行插图设计时，应该尽量采取合理的措施，避免认知负荷超载。合理控制必要加工，尽量减少和避免外来加工，积极促进生成性加工，确保三种认知负荷加工总量低于认知容量。
下面以《牛津高阶英汉双解词典》（以下简称《牛津词典》），《麦克米伦高阶英汉双解词典》（以下简称《麦克米伦词典》）和《朗文当代英语辞典》（以下简称《朗文辞典》）为例，描述学习者在查阅英语学习型词典过程中认知超载的情境，并针对每种认知超载案例，从多媒体学习认知理论和认知负荷理论的角度，提出减少图文认知负荷的若干建议。
三、 案例分析
1. 超载类型1
当内部认知负荷在某一通道超载时，则应转移认知负荷。如《麦克米伦词典》中“put”一词及其词组的言语释义长达5页，学习者在学习和查阅过程中会造成言语通道的认知负荷超载，而图像通道却闲置未用，不利于学习效率的提高。
解决此问题的方法是卸载认知负荷，即将部分词组的释义以插图的形式呈现。这样，插图在视觉通道中被加工，而文字释义在言语通道中被加工。于是，言语通道的认知负荷减少了，学习者便能选择文字释义中重要的部分进行深度加工。由于视觉通道的加工要求也是适度的，所以学习者能够选择插图中的重要部分进行深度加工。总之，合理地设置插图出现位置是将言语通道的认知负荷卸载到视觉通道的一个较好的办法。
2. 超载类型2
当内部认知负荷在言语通道和视觉通道都超载时，可以采用分割和预先学习法。
当言语加工需求和图像加工需求在两个通道中都超载时，如《牛津词典》为“bicycle”设置的结构插图中共标注了26个零部件，以说明“bicycle”的构造（如图1所示）。插图中的图像和言语标注都较多，大脑认知资源无法满足认知加工需求，学习者无法在较短的时间内全部掌握并进行深层次的加工，这时可以采用两种方法。
图1 《牛津词典》中“bicycle”插图
解决方法一： 分割。此方法是指词典中插图信息以片段的形式分批次呈现，而非一次性完整呈现时，学习效果更佳。此方法可以在每个重要的小系统之间留出一定的时间和空间。比如可对图1的“bicycle”进行分割，“bicycle”的完整结构插图可以分成“轮子”“动力传导系统”“刹车系统”和“车头”等部分，最后呈现完整的“bicycle”插图。这样分批系统呈现学习材料，学习者有充分的时间理解掌握各个部分之间的结构关系、因果关系等，可以对言语信息和图像信息进行组织和整合等深层次加工。
解决方法二： 预先学习。当分割法操作性不强或是结构插图的目的侧重于原理解释时，可以采用预先学习法，该方法就是将部分认知加工提前到主要学习内容前的训练阶段，以帮助学习者更好地理解某一系统中关键部分的建构和系统各部分之间的因果关系，即学习者提前学习即将呈现的系统知识中的部分重要内容。还是以上文的“bicycle”为例，对“bicycle”结构插图的知识系统预建设可分成两步： 成分建设（单车由哪些重要部分组成）和因果关系建设（即关于某一零件的运动或变化可以引起另一部件的变化的描述）。在学习自行车“动力传导系统”和“刹车系统”插图时，学习者必须进行成分建设和因果关系建设。通过预先学习，学习者对“bicycle”各个零部件的组成和作用等机械知识有预先的了解，可以将有限的认知资源用于更难的因果关系建设，有效加工插图。如果没有预先学习，学习者在掌握每个成分和作用的同时还要进行成分间的因果关系建设，此时，往往会造成认知负荷超载。
3. 超载类型3
使用无关材料，认知系统被外部认知负荷超载时，可采用各种方法强调突出内部认知负荷或删除外部认知负荷。
如果内部认知负荷和外部认知负荷在一个或两个认知通道中都超载，无关的学习材料占用工作记忆中有限的认知资源时，学习者注意力会分散，无法集中精力对重要材料进行组织和加工，甚至会对非主题材料进行组织加工，浪费认知资源。例如《牛津词典》中为“golf”设置的场景插图呈现并标示了包括“golf club”等12个人或物体名词（如图2所示）。其中，“golfer”（高尔夫球运动员）是高尔夫球运动参与者，“golf club”（高尔夫球杆）和“tee”（球座）是运动设备，“hole”（球洞）是运动目标，均属内部认知负荷；而“trolley”（高尔夫球手推车）、“bag”（球杆包）及“bunker”（沙坑）与图题“golf”（高尔夫球运动）关系不紧密，属外部认知负荷。按照多媒体学习的认知负荷理论，添加与学习中心任务无关的材料，在一定程度上使外部認知负荷占用有限的认知资源。结果造成学习者无法进行“golf”（高尔夫运动）这一有意义的学习认知加工，此时我们也可采用两种方法。
解决方法1： 删除。不必要的学习材料会造成图像通道超载，导致Sweller所谓的注意力分散效应。（严莉，苗浩，王玉琴2013）删除该插图中无关紧要或关系不大的图像和标示语，如“trolley（高尔夫球手推车）”“bag（球杆包）”和“green（果岭）”等，使整幅场景插图显得简洁明快，这样，学习者可以将所有的认知资源用于内部认知负荷，促进有意义学习的发生。
图2 《牛津词典》中“golf”插图
解决方法2： 提示。有时无法在一幅插图中删除所有的无关信息，此时，可以用“提示”的方法突出重要材料，将学习者的注意力引向必要学习，避免无关材料的干扰，帮助学习者有效选择和组织学习材料，以减少认知负荷。例如，《牛津词典》中“golf”这一场景插图中，包含了好几项与图题无关或关系不大的物体的图像，学习者会将注意力消耗在这些无关的图像上，进行大量的外部认知负荷加工。此时，可以通过“提示”的方法引导学习者进行内部认知负荷的加工： （1） 以黑体字和更大的字号强调凸显图题“golf”。（2） 在黑白场景插图中用红色或绿色来强调凸显与图题关系密切的图像，如“golfer”“golf club”“tee”和“hole”等。（3） 在插图中使用红色或绿色的箭头展示“高尔夫球运动”过程中重要的各个环节。研究显示“提示”可以帮助学习者选择和组织相关信息。（Richard 2005）
4. 超载类型4
大脑认知系统超载还可由学习材料不当的呈现方式引起，造成外部认知负荷过载，则可以合理有序地排列插图中的图像或消除冗余信息。
当外部认知负荷过载是由学习材料组织方式不当或呈现方式不当引起时，可适当调整呈现方式。如《牛津词典》为“hair”（发型）一词所设计的列举组合插图，该幅组合插图是由18幅单图组成，将发型分成男式发型和女士发型（如图3所示）。然而，随意甚至杂乱的单图呈现方式还有待进一步改进，比如，可以将“bald”（秃头）和“shaved head”（剃光的头），“crew cut”（平头）和“flattop”（平顶头），以及“French braid”（法式辫子）和“braid”（辫子）等单图以成对的方式呈现，这有利于学习者对各种相似发型的异同点进行对比、分析和归纳，促进知识的整合消化和吸收，减少外部认知负荷的产生。
图3 《牛津词典》中“hair”插图
再如，《牛津词典》为“chair”一词设置的列举组合插图中，列举了14种不同种类的椅子。其中，“armchair”呈现了两种扶手椅，而“sofa”也列举了三座沙发和两座沙发。其实，任意一款扶手椅和沙发都已具备该类椅子的特点，那么，多余的列举就是重复建设。此时，学习者需要调用有限的认知资源加工用两种形式呈现的同一内容（Richard 2005）。研究证明，同一材料或内容用一种呈现方式比同时用两种呈现方式的学习效果更好。此时，可以用“消除冗余法”将扶手椅和沙发中的两幅单图之一删除，删除学习内容中不必要的复本，节省认知资源。
5. 超载类型5
当信息在短时记忆中的存储造成认知系统超载时，宜采用整合呈现、同步呈现或个性化处理。
当遇到一个或两个通道都因内部认知负荷和相关认知负荷超载时，如《朗文词典》中，“take down”的文字释义在1691页，而该词组的插图（如图4所示）在1689页。Hegary曾在眼动研究中指出： 学习者往往是一边阅读文字释义，一边寻找图像中的对应部分。（Richard 2005）“Take down”的文字释义与插图离得较远，要求学习者在理解该词组的文字释义“to write down information”的同时将其存储在短时记忆的言语通道中，找到1689页的插图后，在插图中寻找相应的部位或搜索相应的信息。同理，当学习者捕捉到1689页插图中有关“take down”的某些动作信息时，将这些图像信息存储在短时记忆的图像通道中，然后寻找与之相匹配的文字释义。这种插图与文字释义的编排方式大大增加了学习者的外部认知负荷。
图4
图5
再如《麦克米伦词典》中“burn”词条表“烫伤”的文字释义在267页，而相应的插图在268頁。首先，学习者在267页学习了“burn”的文字释义，了解了“烫伤”是由于烫的东西伤及人体或人体的一部分，并将言语释义暂时存储在短时记忆的言语通道中。其次，学习者学习了268页“burn”（烫伤）发生的插图。按照多媒体学习认知理论，言语与图像的分开呈现可能会增加外部认知负荷。学习者在查阅言语释义时，必须将插图存储于认知系统的图像通道中，而查阅插图时又必须将言语释义存储于言语通道中，无法在理解词条释义的同时查阅插图中的相应部位。因此，学习者的认知资源必须用于对某种信息的记忆表征，而无法集中对认知资源进行组织和整合等认知加工。
解决方法一： 整合呈现。当文字释义篇幅有限时，可将文字释义放在插图中（如图5所示），这种呈现方式被称为整合呈现。这样，学习者可以将有限的认知资源运用于内部认知负荷加工。
解决方法二： 同步呈现。让言语释义与插图同时呈现。当言语释义与相应的插图同步呈现时，学习者能够在工作记忆中保持言语心理表征的同时保持图像心理表征，并在二者间构建认知关系，避免学习查阅其中某一材料时，还要在工作记忆中存储另一材料，可以使认知负荷最小化，此现象称作“空间临近效应”。
解决方法三： 个性化处理。当言语释义与插图无法同时呈现时，则可以充分利用学习者处理相关认知负荷的个体差异性。学习者在保持心理表征方面的能力具有较大的差异性，这种差异性并不是要求从设计方法上减少词典图文认知负荷，但却是一个能够受益于词典图文学习的较好的学习方法。
四、 结语
本文以多媒体学习认知理论为指导，探讨了大脑学习工作过程和机制，并以《牛津词典》《麦克米伦词典》和《朗文辞典》的图文为例，探讨了英语主流学习型词典图文设计方面存在的5种认知超载类型，提出了相应的解决方案： （1） 当内部认知负荷在某一通道超载时，应转移认知负荷或是卸载认知负荷；（2） 当内部认知负荷在言语通道和视觉通道都超载时，可以采用提前训练和分割办法；（3） 使用无关材料，外部认知负荷使认知系统超载时，采用各种方法强调突出内部认知负荷或删除外部认知负荷；（4） 大脑认知系统超载由学习材料不当的呈现方式引起，造成外部认知负荷过载，则可以合理有序地排列插图中的图像或消除冗余信息；（5） 当信息在短时记忆中的存储造成认知系统超载时，宜采用整合呈现、同步呈现或个性化处理。
期望针对5种图文认知超载类型提出的若干解决方案能对国内外的学习型词典编纂者有较好的借鉴意义，可以避免图文设计方面的一些认知弊端，从而设计出更加符合认知规律的学习型词典，帮助广大学习者更快更好地掌握词典释义。
参考文献
1. 斯蒂芬.K.里德.多媒体学习的认知体系.开放教育研究，2008（3）： 28.
2. 田园，刘世生.多模态小说中的图文关系及意义建构研究.外语教学，2017（2）： 39.
3. 严莉，苗浩，王玉琴.梅耶多媒体教学设计原理的生成与架构.现代远程教育研究，2013（4）： 4043.
4. 杨信彰.学习型英汉双解词典中的图文关系.北京科技大学学报，2012（4）： 45.
5. 曾方本.多模态语篇里图文关系的解构及其模式研究——关于图文关系的三种理论评述.外国语文，2010（4）： 60.
6. Cooper G. Research into Cognitive Load Theory and Instructional Design at UNSW [EB/OL]. http：∥dwb4.un1.edu/Diss/Cooper/UNSW.htm， 20050808.
7. Kalyaga S， Chandler P， Sweller J. Levels of Expertise and Instructional Design. Human Factors： The Journal of the Human Factors and Ergonomics Society， 1998，40（1）： 117.
8. Paas F， Tuovinen J E， Tabbers H. et al. Cognitive Load Measurement as a Means to Advance Cognitive Load Theory. Educational Psychologist， 2003，38（1）： 6371.
9. Paivio A. Mental Representations： A Dual Coding Approach. Oxford： Oxford University Press， 1986.
10. Richard E M.在多媒體学习中减少认知负荷的9种方法.中国电化教育，2005（4）： 93.
11. Sehnotz W， Ktirsehner C. A Reconsideration of Cognitive Load Theory. Educational Psychology Review， 2007，19（4）： 469508.
12. Wittrock M C. A Generative Process. Educational Psychologist， 1974（11）： 87.
（龙岩学院外国语学院 福建 364012）
（责任编辑 李潇潇）
