认知负荷理论：教学设计研究的新视角

管季超0712

认知负荷理论：教学设计研究的新视角

　

南京师范大学教育科学学院 张建波

　

　　认知负荷理论（Cognitive Load Theory，以下简称CLT）最早由澳大利亚教育心理学家J．Sweller于20世纪80年代提出。CLT理论从认知结构入手考虑教学设计，为教学设计提供了一种新的理论视角。本文对认知负荷的内涵、类型做了详尽描述，并对20世纪90年代以来CLT的研究进行了系统回顾，以期对当前的教学改革和实践产生借鉴意义。

　

　　一、CLT简介

　

　　（一）认知负荷的内涵

　　认知负荷是在某种场合下施加到工作记忆中的智力活动的总的数量，对认知负荷起主要作用的是工作记忆必须注意的内容数量。认知负荷与教学设计、学习绩效有重要关联。教学过程中，认知负荷过低，会造成时间浪费；认知负荷过高，又会阻碍学习者的信息加工活动：教学的理想模式是学习者可以满负荷工作。因此，教学设计的目的就是为了能够帮助学习者顺利开展学习活动，即用最少的心理资源获取最多的知识。  

　　（二）CLT的理论基础

　　CLT主要吸收和利用了现代认知心理学关于工作记忆和注意的研究成果。

　　工作记忆是完成认知活动的基本成分，是意识的焦点。外界信息只有进入到工作记忆中，才能被加工和认识。但工作记忆只能同时加工7个左右的信息组块，而且其负有加工、组织、比较等任务，工作记忆只能同时记住2-3信息组块。如果同时进入工作记忆的信息组块超过数量限制，记忆容量就会超载，信息加工活动就会受阻或根本无从开展。

　　注意最基本的特征是选择性。学习者在学习过程中，会出现许多无法预测的额外认知活动，这势必会分散学习者的注意力，而注意大量信息无疑又会加重认知负荷。集中注意对某些信息进行深度、细致加工，工作记忆中的目标信息会相应地减少，而工作记忆中的信息超载问题实质上就是注意资源分配不足问题。工作记忆容量的有限性和可同时利用心理资源的有限性，决定了存在着认知负荷问题的存在。

　

　　二、认知负荷的种类及其含义

　

　　（一）原生性认知负荷（intrinsic cogntive load）

　　学习者加工的信息类型和信息结构会随情境的不同而变化，但组成信息的元素之间交互性是学习材料的关键特征。低交互性的学习材料，在不考虑其他因素的情况下，就能被理解和学习；高交互性的学习材料只有学习某个元素并同时理解元素之间的相互关系，才会真正理解所学材料的意义。

　　原生性认知负荷是由学习材料的内在特性即材料内部元素的交互性水平决定的。因此，原生性认知负荷是教学设计所无法改变的。但需明确的一点是，原生性认知负荷与学习者未掌握适宜的图式有关。图式是根据信息的功能及其用途规范化或类别化的信息单元，图式可以是学习过的任何知识结构或所学信息组成的任何知识结。一个图式可以储存大量信息，并且图式可以从长时记忆提取到工作记忆中，在工作记忆中作为一个信息组块予以加工。显然，图式的自动化及其无意识加工能减少工作记忆负荷。尤其是在学习复杂材料时，要求更多认知资源的参与及对材料的构成元素间不断地相互链接，此时建构充分且丰富的图式更为重要。

　　（二）无关性认知负荷（extraneous cognitive load）

　　无关性认知负荷是教学设计的缺损造成的额外的认知加工活动所致。许多传统的教学设计程序往往易导致无关性认知符合的产生，因为这些教学设计程序没有考虑到学习材料的结构和学习者的学习风格。研究无关性认知负荷在原生性认知负荷较高的情况下具有较高的价值。原生性认知负荷较低，总的认知负荷一般不会超过工作记忆总的容量，学习活动可以顺利进行；只有原生性负荷较高的前提下，试图减少无关性认知负荷的教学设计才更为有效。

　　（三）相关性认知负荷（germane cognitive load）

　　与无关性认知负荷相似，相关性认知负荷同样受到教学设计的影响。但无关性认知负荷对学习起干扰作用，而相关性认知负荷能够对学习起促进作用。教学设计的本质就是由无关性认知负荷向相关性认知负荷转变，控制好学习者的无关性认知负荷，增加学习者的相关陛认知负荷，同时保证总的认知负荷在工作记忆容量允许的范围内。从建构主义关于学习的理论来看，相关性认知负荷与学习者能力的发展密切相关。一方面利用样例的变化及提升创造力的教学设计，能够帮助学习者用相关性认知负荷代替无关性认知负荷，减少额外的认知加工活动；同时更为重要的是对相关性认知负荷的关注，能够多快、好省地提高学习的绩效，提高学习者的自我效能感。

　

　　三、CLT研究的新进展

　

　　20世纪90年代以来，认知负荷的研究对教学设计产生了深远的影响。特定目标效应、样例效应、图表效应、注意分散效应、冗余效应、感觉道效应是这一领域最新的研究成果。CLT有以下四种主要研究趋势：

　　（一）专家与新手差异比较对CLT教学设计的启示

　　随着教学设计对专家型学者的关注，认知负荷研究中更为活跃的领域开始出现。教学设计开始注重学习者专业水平的增加，帮助学习者实现从新手到专家的转变。但这类教学设计可能存在反向效应，即那些对于新手的教学技术、教学策略，当用于有着更多学习经验的专家型学习者时，可能效果并不明显甚至不会产生任何效果。大量的认知负荷研究开始反思，随着学习者知识的增加，教学设计应当做哪些改变?

　　Kalyua、Ayres和Cnandler研究了不同水平学习者的认知负荷效应。在他们看来，许多教学设计构思时，并没有考虑到学习者的实际知识水平。Kalyua等人通过观察大量的教学技术和技能习得之间的关系，提出了“技能颠倒效应”即适用于新手的教学设计对专家会起反作用，并在CLT的理论框架下对此效应给出了合理解释。

　　（二）脚手架和样例在改变认知负荷中的作用

　　Merrienboer、Kirschner和Kester主张给学习者呈现现实型的学习任务，尽管这种任务处理起来比较复杂，会给只具备少量图式信息的学习者施加过重的认知负荷。他们建议考虑两种不同形式的脚手架在改变认知负荷中的作用。原生性认知负荷可以通过连续呈现简单一复杂任务的脚手架减少；无关性认知负荷可以通过最初提供样例，随后接着呈现填空题，最后到整个题目的脚手架来减少。

　　Merrienboer等人主张信息的呈现时机同样应成为认知负荷重要的研究领域。学习材料呈现时机的不恰当，无疑会增加学习者的认知负荷。他们认为普遍性、贯穿性和支持性信息要在一开始就呈现给学习者，这样有助于学习者建立始终围绕任务的图式；对于特定性的程序性信息在需要的时候呈现即可。

　　样例的运用是最早、也是最为人熟知的减少认知负荷的技术。Renkl和Atkinson特别关注样例在解决特定问题中的作用以及这种作用随着学习者知识增加会发生怎样的改变。在学习的初期阶段，只有少量的图式信息适合材料的学习，原生性认知负荷比较高，学习者必须学习有关的指导和说明；学习的中期阶段，学习者获得了图式信息，解放了一部分工作记忆容量，这时学习者可以通过样例的学习及自我解析来增加相关性认知负荷；学习的后期阶段，学习者就会有充足的工作记忆容量来解决更多的问题。

　　（三）学习者因素与认知负荷的产生

　　Geriets和Scheiter关注学习者在教学中的作用和学习者因素与认知负荷的产生。通常CLT假定学习什么内容及学习方法是由指导者而非学习者做出决定的。已有研究表明，随着学习者专业知识的增加，应当减少指导者的控制，加强学习者控制：将注意必要信息和加工处理信息的权力交给学生，最终使他们在没有教师指导或提示的情况下完成学习任务。

　　传统的CLT认为，教学设计及其带来的无关性认知负荷、相关性认知负荷存着——对应关系，并没有考虑中介变量如学习者的学习风格、学习目标的作用。CLT扩展研究中开始考虑教学目标、学习目标及学习者的信息加工方式在认知负荷产生中的作用。Gerjets和Scheite所做的四个实验，已经证实了CLT研究学效果时必须要考虑这些因素。

　　（四）多媒体教学中的认知负荷问题

　　Mayer和Moreno建立了多媒体教学中的认知负荷理论。通常，学习者在多媒体学习环境下，图像和文本信息同时呈现，这就极容易导致认知负荷的超载状态。他们概括了五种认知超载情境，并对每种超载情境提出了一个或两个基于理论的减少认知负荷的建议。他们同时强调认知负荷的测量的技术要成为CLT研究中的重要领域，因为CLT担负着为教学设计提供强有力理论框架的重任。

　　Brunken、Plass和Leutner介绍双重任务分析法在测量多媒体教学认知负荷中的应用。他们的两个实验介绍了不同认知负荷状态下两种多媒体教学设计的差异，显示了双重任务分析法的可行性和合理性。双重任务分析法也为传统的主观任务评定法提供了有力补充。

　

　　四、CLT的发展趋势

　

　　CLT是在现代认知心理学的研究成果中提出的一种新近的教学设计理论，它丰富了教学设计的研究，也为实际教学工作提供了理论参考。但CLT作为年轻的研究领域，还有很多方面尚需深化、完善。例如：（1）认知负荷的测量技术和方法问题；（2）无关性认知负荷和相关性认知负荷的分离问题；（3）样例与图式建构的关系；（4）较少认知负荷的具体操作方法问题。但不可否认，CLT已成为当前教学设计研究中的热点问题，相信CLT依托认知心理学的研究成果和丰富的教学实践，一定能产生瞩目的成效。