● 唐國華

減輕認知負荷：理論解讀及對策探究*

● 唐國華

認知負荷理論是繼建構主義理論后又一對教學起著重要影響的心理學理論。在教學設計中，采取有效策略減輕認知負荷有助于激勵學習者的學習活動，使之表現(xiàn)出良好的學習績效。本文從認知負荷內涵入手，綜合闡述了認知負荷理論的研究內容及新進展，并提出了減輕認知負荷的有效途徑，為教學設計提供了一種新的理論視角。

認知負荷；理論解讀；路徑選擇

一、認知負荷的內涵

認知負荷理論(Cognitive Load Theory，簡稱CLT)是由澳大利亞教育心理學家J.Sweller及其同事于1988年提出的一種新的關注工作記憶負荷的教學設計理論，認知負荷是在某種場合下施加到工作記憶中的智力活動的總的數(shù)量，對認知負荷起主要作用的是工作記憶必須注意內容數(shù)量。從認知心理學的觀點來說，認知是對信息的加工，是通過選擇性注意、編碼、貯存和提取等進行信息加工的過程。Sweller使用圖式間元素的相互作用，將認知負荷分為外在認知負荷和內在認知負荷[1]。

認知負荷理論是繼建構主義理論后又一對教學起著重要影響的心理學理論。認知負荷與教學設計、學習績效有著重要關聯(lián)。認知負荷過低，會造成時間浪費；認知負荷過高，又會阻礙學習者的信息加工活動。教學的理想模式是學習者可以滿負荷工作。因此，認知負荷的高低直接影響著學習者的學習質量和效率。

二、認知負荷理論的研究內容及新進展

（一）認知負荷的研究內容多與有效教學相結合

相關研究文獻主要集中在教學內容呈現(xiàn)方式、學生學習材料設計，以及個體學習差異等幾個方面。

1.對教學內容呈現(xiàn)方式的研究分為圖表、計算機模擬等方面。研究發(fā)現(xiàn)，對于難度較大的復雜教學內容，用圖表減輕認知負荷方面的作用尤為明顯(Robert Carlson， Paul Chandler&John Sweller,2003)。 圖表能夠有效激活和利用學生大腦中的認知圖式，進而減少外部認知負荷，學習者只要在工作記憶中操作少數(shù)信息元素就可以進行有效的學習，獲得相對較高的學習效率[2]。

T．Mikael Winberg， C．Anders&R．Berg 在研 究中發(fā)現(xiàn)，電腦模擬實驗的呈現(xiàn)方式可以有效地改善實驗課的教學效果，學生關注與實驗相關的理論知識的程度更大，而不是疲于應付具體的操作細節(jié)[3]。計算機模擬有助于降低他們的內部認知負荷，從而使學習者有更多的認知空間去思考和關注實驗中的理論問題。

2.對學生學習材料的設計的研究主要有實驗手冊的設計、教科書的設計及超文本學習材料的設計。Precharn Dechsri，Loretta L.Jones,Henry W.Heikkinen通過研究發(fā)現(xiàn)，在文本中整合圖片和表格而設計出的實驗手冊可以通過降低工作記憶中的信息量來降低學生的外部認知負荷，從而有利于學習者的理解和改善實驗教學的效果[4]。

Marie Iding等人曾對優(yōu)秀的科學教材《HMSS》中一個有關海洋的教學單元（The Living Ocean）進行過內容分析，通過分析得出結論：圖表、表格、文本和科學探究過程的整合可以為學習者提供認知支架，學習者通過這些經(jīng)過整合的信息源獲取知識可以降低學習過程中認知負荷，從而有利于他們的學習[5]。

Mnica Macedo-Rouet&Jean Francois Rouet等人曾對“超文本”的效果作過認知負荷角度的研究與分析，ErikWallen 和 Jan．L．Plass 等人則對注釋作過專門研究。結果發(fā)現(xiàn)，三種類型的注釋都有助于不同知識水平的學習。

3.對學生關于前知識、背景音樂的研究。Hyunjeong Lee&Jan L．Plass等人專門研究了前知識對于科學教學效果的影響。通過研究發(fā)現(xiàn)，當知識較為簡易時，適當降低外部認知負荷，并增加相關認知負荷，僅僅對具有低水平的前科學知識的學生有效，而對于那些具有高水平前科學知識的學生卻收效甚微甚至產(chǎn)生反作用。但當知識較復雜時，學習者高水平的前知識有利于圖式的形成，這些圖式可以幫助選擇信息建立新的圖式，從而降低學習者的內部認知負荷。由此可以給教學者以啟發(fā)，有效的教學一定要根據(jù)學習者不同的前知識水平來采取具體的措施以調節(jié)他們的認知負荷。

Moreno R．&Mayer R．E．的研究發(fā)現(xiàn)，前知識水平較高的學習者，背景音樂會提高他們的學習效果，高水平的前知識可以降低教學內容本身所引起的內部認知負荷。該研究還通過試驗發(fā)現(xiàn)，個人對音樂的興趣也會對研究結果產(chǎn)生一定的影響，如果背景音樂與學生的欣賞取向和教學信息的特點相適應，它就可以極大地增加學習者的相關認知負荷，從而對學習者的學習效果的提高產(chǎn)生積極的影響。

（二）認知負荷理論研究的進展及應用

20世紀90年代以來，認知負荷的研究對教學設計產(chǎn)生了深遠的影響。特定目標效應、樣例效應、圖表效應、注意分散效應、冗余效應、感覺道效應是這一領域最新的研究成果。

特定目標效應及樣例效應：Sweller認為，“特定目標效應”和“樣例效應”是教學者學習材料設計的指導原則，它可以有效地引導學習者對工作記憶資源進行正確分配；當學習者學習或解決問題時，運用特定目標問題，以及采用樣例學習，可使學習者整合多種信息資源，剔除學習材料的冗余信息，提高學習效率[6]。

冗余效應：1993 年，Bobis，Sweller和 Cooper在對小學生作折紙教學的實驗研究中發(fā)現(xiàn)，將折紙流程畫在文字解釋的旁邊，只看圖形的學習者所花的學習時間較短[7]。依據(jù)冗余效應，在教學媒體設計時應避免呈現(xiàn)無關的或帶有重復教學信息的媒體，以減少學習者的認知負荷。

分散注意力效應；學習者在理解包含兩個或兩個以上相關信息源的材料時，由于這些信息源相互所指且分布在材料的不同地方，學習者必須綜合各個不同的信息源，不斷在材料中重復“尋找—匹配”的過程[8]。這種頻繁“搜索”不但分散了學習者的注意力，而且給工作記憶增加了工作負荷。目前，這一理論已被廣泛應用于教學設計中，依據(jù)這一理論，教學設計者在教學設計中盡可能地整合材料中相互所指的部分，以減輕認知負荷。

三、減輕認知負荷的有效途徑

（一）確定相應的學習目標

教學設計者應有效區(qū)分學習者的的知識水平和能力層次。在問題解決初期，應給低水平學習者呈現(xiàn)與其水平相適應的學習目標，幫助學習者形成認知圖式。將學習者的注意力引向與學習有關的部分，從而減輕學習者的認知負荷，提高學習效率。對高水平學習者，應提供給他們更多自由發(fā)揮的空間，讓他們探究多樣的問題解決方法。

現(xiàn)代課堂中廣泛運用的多媒體教學是學習者喜聞樂見的一種嶄新的教學模式，網(wǎng)絡環(huán)境的超媒體信息結構有利于個別化學習，學習者可以根據(jù)自己的情況，自定步調進行學習，滿足學生的個別化需求，合理利用有限的認知資源。

（二）創(chuàng)設生動活潑的學習情境

作為教學設計者，要努力創(chuàng)造出接近真實任務的情境，幫助學生進行意義建構，情境應具有生動性、豐富性。生動活潑的學習情境能夠幫助學習者在較為真實的情境中解決問題，引起學生持續(xù)探索的興趣，喚醒學生長時記憶中的有關圖式或知識，多角度、多側面地認識和解釋問題，完成對知識的意義建構。

網(wǎng)絡學習環(huán)境能夠提供更多的視覺信息來源，比如適度圖片、視頻等的輸入，有利于創(chuàng)設輕松活潑的教學情境[9]。有利于激發(fā)學生的求知欲，調動學生思維的積極性和主動性，引發(fā)學生的認知努力，降低認知負荷。

（三）多媒體運用要適可而止

教學材料配以豐富的畫面及動聽的音樂在一定程度上豐富了教學情境，但過度使用則會給學習者增加大量的冗余信息，造成信息迷航，帶來認知負擔。由此，多媒體在教學中運用的關鍵不在于技術，而是對于內容本質的把握。因此，媒體運用應始終堅持為內容本質服務的原則，任何可能加重認知負荷且與學習無聯(lián)系的因素都應該盡可能被避免，做到有的放矢，盡可能減輕學習者的認知負荷，最大限度地提高學習者的學習效率。

在進行多媒體軟件設計時，應該從工作記憶容量的有限性出發(fā)，充分考慮學習者在學習過程中產(chǎn)生的認知負荷，選擇有效的設計理念和設計方法，以發(fā)揮多媒體學習軟件在學習中的優(yōu)勢，指導學習者進行有意義的學習。

（四）分化復雜學習任務

復雜認知任務的學習和執(zhí)行受到有限的心理容量限制。任務越復雜，它就可能包括更多的子任務，加工的要求就越高。因此在學習綜合性較強的知識之前，教學設計者有必要對復雜的學習任務進行適當?shù)姆只?。分步實施，循序漸進。在學習者對基本知識熟悉和掌握到一定程度后再呈現(xiàn)復雜的任務，促進學習者對知識的建構。實驗表明，對復雜任務的分化可以減輕認知負荷，有效地提高學習者的學習效率[10]。

四、結語

認知負荷理論提供了對認知過程、認知局限性與教學設計相整合的理論框架，如何在發(fā)揮新型教學手段優(yōu)勢的同時，抑制其消極影響，使其更好地為教與學服務，是亟待教育工作者解決的問題。CLT為我們展示了一個積極的發(fā)展前景，它豐富了教學設計的研究，也為實際教學工作提供了理論參考。但認知負荷理論作為一個全新的研究領域，還有很多方面尚需深化、完善。相信認知負荷理論依托認知心理學的研究成果和豐富的教學實踐，將會越來越成熟，將會為教學提供越來越多的啟示和思考。

[1]John Swller,Cognitive Load During Problem Solving:Effects on Learning[J],Cognitive Science,1988(12)：257-285.

[2]Robert Carlson， Paul Chandler&John Sweller．Learning and Understanding Science lnstructional Material[J]，Joural of Educational Psychology,2003，95(3)：629-640．

[3]T．Mikael Winberg， &C．Anders R．Berg．Students Cognitive Focus During a Chemistry Laboratory Exercise：Effects of a Computer-Simulated Prelab [J]，JournalofResearch in ScienceTeaching，2007，44(8)：1108-1133.

[4]Precham Dechsri，Loretta L.Jones,&Henry W.Heikkinen.Effect of Laboratory Mannul Design lncorperating Visual lnformation-Processing Aids on Students Learning and Attitudes[J]，Journal of Research in Science Teaching，1997,34(9)：891-904.

[5]Zeynel Kablan， Munire Erden．Instructional efficiency of integrated and separated text with animated presentations in computerbased science instruction[EB/OL].

[6]Fred Paas， Alexander Renkl&John Sweller．Cognitive Load Theoryand lnstructional Design： Recent Developments[J]，Educational Psychologist，2003，38(1)：1-4.

[7]Michelle Patrick Cook，Visual representations in science education：The influence of prior knowledge and cognitive load theory on instructional design principles[J]，Science Education,2006，90(6)：1073-1091．

[8]胡慶華，唐國華．減輕網(wǎng)絡學習認知負荷的策略研究[J].教育學術月刊，2009(12).

[9]章明．視覺認知心理學[M]．上海：華東師范大學出版社，1991：171-173.

[10]吳先強，韋斯林．國外認知負荷理論與有效教學的研究進展及啟示[J].全球教育展望,2009(2).

*本文系2009年江西省教育“十一五”規(guī)劃課題“基于Web的PBL中減輕認知負荷的理論分析及策略研究”（09YB107）之階段成果及南昌市科技局規(guī)劃課題階段成果。

唐國華/華東交通大學人文社會科學學院講師

（責任編輯：張 斌）