基于认知负荷理论的中外学生麻醉学情境模拟教学设计

Teaching design of scenario-based simulation for a class of mixed Chinese and international medical students based on cognitive load theory

摘要

随着共建“一带一路”国家的学生来华接受医学教育的人数与日俱增，中外医学生同堂接受医学实践培训的现象也逐步增多。目前，中外学生在培养目标、人文社会背景、语言表达逻辑等诸多方面的差异导致了实践教学效果不佳以及学生满意度不高。近年来，以认知负荷理论为框架的课堂授课模式在医学教育领域的应用中取得了良好的教学效果。笔者将该理论应用于中外学生混合麻醉学情境模拟带教中，为优化和完善我国医学留学生课堂教学模式提供有力参考。

Abstract

With the increasing number of students from the "Belt and Road" countries to receive medical education in China, the phenomenon of Chinese and international medical students receiving medical practice training in the same classroom has gradually increased. At present, the differences between Chinese and international students in training objectives, humanistic and social backgrounds, language expression logic, and other aspects have led to poor practical teaching effectiveness and low student satisfaction. In recent years, the classroom teaching model based on cognitive load theory has achieved good teaching results in the field of medical education. The paper applies this theory to the scenario-based simulation class for Chinese and international students, providing a strong reference for optimizing and improving the classroom teaching mode for medical international students in China.

关键词

中外医学生同堂教学 / 医学模拟教学 / 情境模拟 / 认知负荷理论及其教学应用

Key words

classes with mixed Chinese and international students / medical simulation teaching / scenario-based simulation / cognitive load theory and its application in teaching

近年来，“一带一路”倡议已逐步从国家间以经济为主导的交流合作延伸至人文、科研、教育等各个领域^［1］。在教育领域，来华接受高等教育的留学生总体规模进一步扩大^［2］，因而中外留学生同堂的情况也屡见不鲜，该教学情境下的医学实践教学也出现了许多不同于以往的困境。这些困难使得教学者的教学自信和学生学习积极性受挫。因此，如何解决中外学生同堂授课中现有问题以不断优化教学及培训质量，是留学生医学教育模式和体系探索过程中亟待解决的关键问题。

1956年，Miller首次提出认知负荷理论（cognitive load theory，CLT）用以理解和描述人类执行学习任务时大脑认知系统接收和处理信息的有限性和时效性^［3］。而该理论于1988年后被逐步引入金融、软件、生物、医学等教育相关课程的框架设计中，其在骨科理论学习、麻醉临床实践训练、急救复苏培训、护理培训等医学教学领域的应用中均取得了很好的教学效果^［4-10］。

基于以上背景，本文首先对中外学生同堂教学现状及问题进行梳理和总结，并在此基础上结合四川大学华西医院中外学生混合麻醉学模拟带教中，基于认知负荷理论开展教学活动时所积累的经验进行分享，以期为优化和完善我国医学留学生课堂教学模式提供有力参考。

1 中外医学生混合教学中面临的问题

1.1 中外学生教育背景参差不齐

目前国内高校并未形成标准化、规范的留学生选拔考核制度。一项2021年对137所“双一流”高校进行留学生招生模式调查中发现，仅有14.6％的高校设置了专业和语言等入学考试，而39.4%的高校仍采用传统滞后的材料申请审核制^［11］。此外，“一带一路”沿线诸国经济、教育发展水平不一，留学生教育背景亦参差不齐，而“双一流”高校中方学生均经过全国统一招生考试筛选，具备一定层次的教育背景和学习、自我管理能力。当进行统一授课时，中外学生对课堂知识的理解、接受能力存在的差异性可能会影响教育培训的质量。

1.2 中外同堂语言交流存在障碍

语言沟通的障碍是留学生授课中面临的最大的问题之一^［12］。一方面，由于长期缺乏英语日常应用的语言环境，大部分教师尽管具有相应的英语水平资质也无法在留学生课堂流畅地交流和授课^［13-14］；另一方面，大多数留学生来自印度、尼泊尔、斯里兰卡等南亚非英语母语国家，其具备的英语和中文的表达能力均较为有限，而中国学生日常同样缺乏英语环境的授课与交流。因此，中外混合课堂往往会因语言沟通障碍导致缺乏师生、生生间的互动和交流而导致教学效果大打折扣，教师无法保证知识传达的准确性也难以及时获得教学反馈，学生的问题无法及时得到解答，学习积极性也会因此受挫。

1.3 文化背景差异

“一带一路”沿途国家众多造成了来华留学生文化背景复杂多样。课堂上中外学生在宗教信仰、文化习俗、思维模式和价值观念等诸多方面存在的差异性不可避免地会引发矛盾^［15］。一方面，传统的中外留学生区别化管理模式让留学生无法对中华文化产生认同感进而无法及时适应和融入课堂和生活；另一方面，由于国内高校目前尚缺乏跨文化交流和授课的教师培训，教师在课堂交流发生文化冲突时并没有足够的经验和意识去处理和疏导。

2 认知负荷理论及其麻醉模拟教学课堂应用

2.1 认知负荷理论

CLT是从进化心理学衍生出的对人类认知结构进行阐述和理解的教育学理论^［16］。该理论将人的认知结构分为长时记忆和工作记忆两部分，工作记忆负责接收新知识或调取储存知识进行交互进而储存至容量无限的长时记忆。而人脑在进行工作记忆时可被视为由一个个容量有限的短时存储单元组成的认知系统，当同时需要处理的信息或任务超过了认知系统储存单位的容量限度便产生了认知负荷，此时人脑处理信息的能力会随着认知负荷增加而下降。认知负荷的产生源于3个方面：内部负荷、外部负荷和关联负荷。内部认知负荷包括课堂教授知识的难度水平与学员自身具备接受知识能力间的差距及学员进行工作记忆时的状态（如情绪、压力等）；外部认知负荷指新的知识、信息呈现给学员的方式，即教学者的课程设计和教学方式；关联认知负荷指有利于新的知识被接收、理解和记忆的额外负荷^［17］。

根据优化认知负荷的原则，教师通过减少外部认知负荷、优化关联认知负荷、选择合适的内部认知负荷，能够极大提升授课质量，提高学生满意度。

2.2 基于认知负荷理论的中外学生临床麻醉模拟教学课堂设计

笔者所在教学团队首次尝试在麻醉学模拟教学中以认知负荷理论为框架进行教学设计。本次教学改革试点课程为华西医院麻醉科开设的面向实习医生的危机资源管理（crisis recourse management，CRM）课程。该课程为临床实践模拟教学中一门新兴的教学形式，在上课过程中学生将处于各种临床模拟情境。随着“剧情”的发展，学生需要对“患者”进行相关临床诊疗，以训练其临床思维^［18］。与传统的任务训练式模拟教学相比，CRM更侧重于通过学员与模拟情境中的人或事件的互动来训练学员的临床逻辑思考、领导力、团队沟通、资源管理等非技术性技能。因此，当中外学生混合进入同一场景下进行情境模拟互动时，学生在知识储备层次、语言、文化背景等多方面的差异性将给教师授课带来巨大挑战。

笔者课前按照认知负荷理论将中外学生同堂场景中涵盖的外部、内部负荷进行解构梳理。内部认知负荷包含：不同文化背景学员教学需求的差异性；教学语言是否由母语表达；学生在陌生环境下的抵触情绪以及在演练中担心被指责而背负的心理压力。外部认知负荷则包含：师生之间因语言不同而造成的反馈障碍；因文化冲突导致的情境案例无法推进；教师语言匮乏；授课内容巨大的信息量导致产生额外的工作记忆负荷、冗余效应及注意力分散效应。针对上述两种认知负荷，教学团队进行了以下改进。

2.2.1 减少外部认知负荷

减少外部认知负荷既要选择契合中外学生的方式呈现教学内容，也需要考虑教学环境、语言沟通、文化背景等客观因素对学生模拟训练时的心理影响。

教学团队首先确立出2个教学目标：（1）危急重者患者接诊的“OMI”原则，（2）“from-head-to-toe”的筛查方法。模拟病例患者常采用单一病种，以防止教师在教学过程中过多增加教学内容而导致学员额外的工作记忆负荷。本次教学案例：男性患者，50岁，因创伤后意识障碍8 h就诊。既往体健，无高血压、糖尿病等慢性病史，无家族病史，无手术史。模拟过程中的剧情发展则会兼顾教学目标和中外学生文化背景来进行设计以充分训练学员临床应急处理、团队合作和人文素养等各方面能力。

一方面，带教的医学模拟课程设置在华西临床医学院的情境模拟中心，模拟教室在真实还原了诸如病房、急救室、手术室等医疗场景的同时，也极大避免了传统病房带教真实患者和嘈杂病房环境带来的压力和紧张感，使学员更专注投入模拟剧情和教学中。而为了缓解课堂紧张氛围使学员更好地融入模拟剧情团队，课前会设置破冰小游戏环节，中外学生将被打乱互动以增进学生间的熟悉感和默契度。

另一方面，本课程配备的Siman3G高仿真模拟人能根据病例和剧情需要实时呈现如口唇发绀、双肺哮鸣音、上睑下垂等临床患者的各类生命体征及症状表现来代替原本需要文字或语言描述推动的剧情。而场景模拟的道具如：呼吸机、麻醉机及使用的药品等均配备双语标注和简洁明了的使用及疗效说明。以上措施保证了中外学生同堂时剧情进展的流畅度及病例症状呈现的准确性，也避免了情境模拟时大量无关信息造成的冗余效应和注意力分散效应。

此外，为了进一步提升中外同堂模拟教学授课质量，笔者及教学团队其他成员会在模拟过程中扮演剧情引导者^［19］角色协助中外学生沟通以顺利推动剧情，也会录制学员表现视频在模拟结束后的复盘讨论环节帮助学员进行自我评价和总结。同时，在课后通过调查问卷或者访谈的形式进行教学反馈收集并根据意见及行课时的突发情况进行复盘和总结，以对于情境模拟中诸多因素导致的剧情无法推进的环节进行优化和完善。

2.2.2 选择合适的内部认知负荷

由于中外学生间教育背景和学习能力存在差异性，针对不同层次的学生选择和制定合适的教学目标以调控内在认知负荷有利于提升模拟教学课堂效果。因此，在课前对学生的医学理论知识、临床技能掌握程度、学习情感与态度等进行全方位的学情调查是很有必要的^［20］。在完成学情调查和分析后，笔者会在课前布置少量关键前置知识的预习帮助学生更好地接受理解课堂及时信息。随后笔者会根据中外不同层次的学生设置不同的教学要求：即中外学生最低掌握的内容会在前两节课进行模拟训练和讲解，而需要更高层次临床知识或技能的具有挑战性的临床模拟案例将会设置在第三节课由学生自愿参与。而在授课过程中讲到关键知识点时，笔者会用中文再次强调复述以保证中外学生在课堂接受到对等的知识信息。

近年来，认知负荷理论相关衍生理论研究认为学生在进行学习任务时的情绪和临场压力也是产生内在负荷的重要原因^［21-22］。而中外学生混合课堂中这样的内在负荷源自学员对不熟悉语种授课的抵触情绪和情境模拟时害怕犯错的心理压力。基于以上问题，笔者会在课前与学生进行充分沟通并达成必要的上课“规则”，即在情境模拟或授课过程中提倡降低语速交流，语言表述以说清意图即可，必要时可求助老师或网上资料查询。与此同时，为了缓解学生模拟实践时的心理负担并充分保护其隐私，学生在课前会被告知课堂表现不涉及考核成绩且课后只对自身表现进行复盘和总结，不得在上课过程中及课后对他人的表现进行评论。这样的措施极大地缓解了学生的上课压力及紧张情绪，上课积极性得到了极大的提高。

2.2.3 增加关联认知负荷

增加关联认知负荷是指通过投入一定的额外认知负荷以帮助学生能更好地吸收和理解新的知识。在设计这部分额外认知负荷时既要考虑总认知负荷在学生可承受范围内，又要保证该负荷的作用是正向的且避免冗余效应和注意力分散效应^［23］。基于该原则，笔者在课前会布置学生复习和回顾一定量的与本节课相关的基础知识，并在模拟教学中引导学生对该部分知识进行整合后结合模拟案例与新知识产生关联性最终完成理解和记忆。如临床最常见的低血压情况如何处理问题，由于对既往的知识建立完善的知识脉络框架，大多数学生的反应是一味地“补液”。而在模拟教学中“患者”出现血压波动时，笔者会在一旁首先引导学生根据已具备的生理、病理学知识回忆和梳理血压形成的要素。随后，学生结合“患者”的病史和症状体征对这些“要素”是否造成患者出现的低血压情况进行鉴别和筛选，而在确定了关键的要素后，再引导学生根据各类情况下的低血压处理原则制定对应的治疗措施。为了进一步巩固模拟过程中低血压的处理思路，笔者在模拟结束后会组织学生进行小组讨论和总结，帮助其画出“低血压”判断和处理流程的思维导图，并将此流程延伸至“高血压”的判断和处理。通过这堂模拟教学课，学生在对已有的知识进行了系统复习和梳理的同时也完成了临床血压波动的判断及处理新知识点的理解和学习。

2.2.4 满意度调查

该研究纳入2021年7月－2023年6月期间共计148名进入麻醉科轮转的实习生进行研究。其中，2021年7月－2022年6月采用传统教学模式即传统组，2022年7月－2023年6月采用基于认知负荷理论的教学方法即教改组。课后即刻对中国学生进行满意度评价。满意度问卷采用李科特5级量表，即非常不满意、比较不满意、中立、比较满意、非常满意进行评分。作者将选择“比较满意”和“非常满意”的选项认定为满意度达标。并且问卷中还设置了推广这种教学模式的意义，涉及问题同样采取5级量表，作者将“比较值得”和“非常值得”认定为推广潜力（表1）。不难看出，经过教学方法的改变，该课堂满意度由60.6%大幅提升至98.8%。并且相较于以前只有一半的学生觉得中外混合的危机资源管理课堂值得推广，而现在获得了绝大多数学生的认可。除此以外，笔者在课后对学生代表进行访谈。改革前的学生反馈到模拟课堂这种教学形式很有吸引力，但是老师只采用英文，或者英文夹杂中文的方式进行授课，并且讲解内容多涉及学生不熟悉的专业词汇，因此学生在上课时很难持续集中注意力。而改革后的学生表示，虽然混合课堂时他们会有胆怯和紧张，但是因为有了一定的知识储备，因此整个课堂中能很好地跟上教学进度，并且愿意同留学生主动进行交流互动。

3 结 语

本文总结了中外医学生混合课堂面临的主要问题，并以笔者所在教学团队带教的麻醉学模拟课程为例，分享了以认知负荷理论为框架的中外混合课堂设计。笔者认为以认知负荷理论为基础的课程设计不仅能通过细化授课环节，优化教学方法提升了教学效果，也能聚焦以人为学习任务执行主体的情绪、心理变化对学习效率的影响，极大地改善和缓解中外学生混合课堂面临的因文化背景、宗教信仰和教育层次差异性带来的诸多教学难题。与此同时，在回顾国内外认知负荷理论指导课堂教学领域的研究后，笔者认为目前尚缺乏有效的评估工具对认知负荷进行标准化的定量分析，此外，如何建立一套通用的认知负荷“评估-应用”体系以便其能推广至更多、认知复杂程度更高的临床实践教学场景中，这些问题未来仍需要更多实验性的教学研究进行探索和解答。

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基金资助

四川大学华西临床医学院/华西医院师德师风建设特色活动(SDJ2023006)

华西临床医学院2023—2024年本科教学改革研究与实践项目(HXBK-B2023053)