陸琦

象棋大師在下第一步棋時(shí)已在腦中布下了“天羅地網(wǎng)”，鋼琴八級(jí)在擊第一個(gè)音時(shí)也已在心中譜演了“蕩氣回腸”。專家與新手在操作經(jīng)驗(yàn)上的這種差異是如何形成的呢？澳大利亞新南威爾士大學(xué)教授、國(guó)際著名學(xué)習(xí)科學(xué)家約翰·斯維勒（John Sweller）在認(rèn)知負(fù)荷方面的研究，給出了一些重要的答案。

認(rèn)知系統(tǒng)加工的知識(shí)形態(tài)

學(xué)者吉爾里將進(jìn)入認(rèn)知系統(tǒng)加工的知識(shí)可以分為生物初級(jí)知識(shí)與生物高級(jí)知識(shí)兩種類型。前者如傾聽(tīng)、說(shuō)話等，是人們自然而然就能掌握的，由于不涉及意識(shí)的主動(dòng)參與，因而并不需要刻意學(xué)習(xí);后者則需要人們有意識(shí)地、付出相當(dāng)程度的努力去學(xué)習(xí)，并且往往還需要接受明確具體的教學(xué)指導(dǎo)。這兩種知識(shí)在作用上也存在重要的區(qū)別。一般來(lái)說(shuō)，初級(jí)知識(shí)往往由通用類的認(rèn)知技能所組成，這類技能可適用于各種不相關(guān)的領(lǐng)域，既是各種情境下現(xiàn)成的“萬(wàn)金油”，也是解決特定的或復(fù)雜問(wèn)題的基石;高級(jí)知識(shí)則通常指向特定領(lǐng)域的專業(yè)技能，如前面提到的象棋大師、鋼琴八級(jí)，這些專家擁有的“未雨綢繆”的能力便是來(lái)自他們所掌握的關(guān)于特定領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)。這種知識(shí)并不能輕易掌握，它需要人們主動(dòng)參與學(xué)習(xí)，主動(dòng)進(jìn)行認(rèn)知加工，因而大腦在處理這類知識(shí)時(shí)存在著一套獨(dú)特的認(rèn)知系統(tǒng)加工模式。不過(guò)，雖然高級(jí)知識(shí)與專業(yè)技能在性質(zhì)上并不屬于通用認(rèn)知類，但其中的部分知識(shí)與技能也具有相當(dāng)?shù)钠毡樾?。閱讀就是這樣的一種具有通用領(lǐng)域性質(zhì)的高級(jí)技能。人們?cè)趯W(xué)齡前就已經(jīng)能說(shuō)話和傾聽(tīng)，但只有到了學(xué)校，接受了教育，才能學(xué)會(huì)如何閱文、如何讀書(shū)。換句話說(shuō)，這類技能雖然具有普遍性（通用性），但要掌握這項(xiàng)技能依舊需要付出主動(dòng)學(xué)習(xí)，也即必然會(huì)經(jīng)歷認(rèn)知系統(tǒng)的信息加工流程。由此可見(jiàn)，某項(xiàng)知識(shí)或技能的習(xí)得是否需要認(rèn)知參與，不是由該知識(shí)或技能的作用（通用、特殊）決定的，而是由其本身的性質(zhì)（初級(jí)、高級(jí)）所決定的。

認(rèn)知系統(tǒng)加工的工作特征

斯維勒等學(xué)者認(rèn)為，人類認(rèn)知與物競(jìng)天擇的自然選擇過(guò)程有些類似，既不是所有的信息都會(huì)被大腦選中，也不是所有的信息都會(huì)被大腦保存。那么，學(xué)習(xí)到底是怎樣發(fā)生的呢？根據(jù)梅耶等學(xué)者的觀點(diǎn)，學(xué)習(xí)發(fā)生于學(xué)習(xí)者對(duì)新信息進(jìn)行適當(dāng)認(rèn)知加工的過(guò)程。學(xué)習(xí)的發(fā)生包含了三種記憶存貯類型。感覺(jué)記憶能在短時(shí)間內(nèi)記錄大量的信息，但維持時(shí)間很短，如若不主動(dòng)引導(dǎo)信息進(jìn)入下一步加工，非常容易遺漏;工作記憶是意識(shí)加工信息的主戰(zhàn)場(chǎng)，但其加工容量與維持時(shí)間也比較有限，即一次性只能主動(dòng)加工少量（2?3條）從感覺(jué)記憶中登記下來(lái)的信息;長(zhǎng)時(shí)記憶是信息的永久入駐地，只要工作記憶中加工的信息能得到長(zhǎng)時(shí)記憶的整合，便能永久存貯在長(zhǎng)時(shí)記憶中，其容量也不受限制。

從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，既然感覺(jué)記憶與長(zhǎng)時(shí)記憶都能“無(wú)限”收納信息，那么真正讓“術(shù)業(yè)有專攻”的原因在于工作記憶上的能力差異，而工作記憶上的差異又是由長(zhǎng)時(shí)記憶中存貯的知識(shí)量的不同所引起的。相較于新手，專家在長(zhǎng)時(shí)記憶中已存貯了大量關(guān)于特定領(lǐng)域的高級(jí)知識(shí)，因而同樣在工作記憶加工能力受限的情況下，專家能更快地拆解、重組信息，并高效地將之與長(zhǎng)時(shí)記憶中的已有知識(shí)進(jìn)行匹配整合，所以所謂的專家與新手之間的經(jīng)驗(yàn)差，一方面指的是長(zhǎng)時(shí)記憶中存貯信息量的差，另一方面則指的是工作記憶處理信息的能力效率差。既然工作記憶的加工能力是有限的，專家與新手在工作記憶處理信息時(shí)在效率上有顯著的差異，那么兩者在工作記憶工作時(shí)所感受到的負(fù)擔(dān)程度也是不一樣的。斯維勒等學(xué)者將工作記憶所產(chǎn)生的認(rèn)知負(fù)荷區(qū)分成了三種類型：內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷、相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷與外在認(rèn)知負(fù)荷。內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷與學(xué)習(xí)任務(wù)的復(fù)雜性和學(xué)習(xí)者自身的學(xué)習(xí)水平有關(guān);相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷指的是促進(jìn)學(xué)習(xí)者從長(zhǎng)時(shí)記憶中提取信息與從外部接收到的新信息進(jìn)行整合、建構(gòu)圖式時(shí)所產(chǎn)生的負(fù)荷;而外在認(rèn)知負(fù)荷則是超越內(nèi)在負(fù)荷的額外負(fù)荷，主要由設(shè)計(jì)不良的、與學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成無(wú)關(guān)的教學(xué)程序所引起。這三種類型的認(rèn)知負(fù)荷是相互疊加的，即要想讓學(xué)習(xí)者進(jìn)行有效學(xué)習(xí)，就應(yīng)盡可能地讓總的認(rèn)知負(fù)荷水平不超出學(xué)習(xí)者個(gè)體所能承受的負(fù)荷量，而教學(xué)設(shè)計(jì)的用武之地也正在于此。

認(rèn)知負(fù)荷與教學(xué)設(shè)計(jì)

既然工作記憶的加工能力很有限，那么短時(shí)間內(nèi)大量呈現(xiàn)信息就很有可能使學(xué)習(xí)者的工作記憶超負(fù)荷。因?yàn)橄胍獙⑼獠凯h(huán)境中的信息存貯到長(zhǎng)時(shí)記憶中必然要受到工作記憶容量和維持時(shí)間的限制，而從長(zhǎng)時(shí)記憶中提取已存貯的信息時(shí)卻并不會(huì)受到工作記憶的限制。因此，基于工作記憶的加工過(guò)程與產(chǎn)生的負(fù)荷類型，在設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮如何妥善調(diào)控不同類型的認(rèn)知負(fù)荷，并使總負(fù)荷水平實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，即既要避免超負(fù)荷，也要避免負(fù)荷過(guò)輕。

設(shè)計(jì)優(yōu)良教學(xué)，減少外在負(fù)荷。根據(jù)近年來(lái)學(xué)界對(duì)認(rèn)知負(fù)荷做出的各項(xiàng)實(shí)證研究，不良的教學(xué)程序可能會(huì)包含冗雜且不相關(guān)的信息，由于學(xué)習(xí)者需要在工作記憶中同時(shí)加工這些信息，這些冗雜且不相關(guān)的信息就會(huì)加重學(xué)習(xí)者承擔(dān)外在的認(rèn)知負(fù)荷，因而縮減教學(xué)程序中的信息數(shù)量是減少外在認(rèn)知負(fù)荷的有效手段之一?！皹永?yīng)”便是這種認(rèn)知負(fù)荷效應(yīng)的典型應(yīng)用，即相較于自己解決同等程度的問(wèn)題，從樣例中學(xué)習(xí)能取得更好的學(xué)習(xí)效果。未知的問(wèn)題可能會(huì)包含大量未知的信息，由于不能預(yù)估工作記憶需要處理的信息量，因而對(duì)工作記憶帶來(lái)的負(fù)擔(dān)也無(wú)法估量。與之相反，成熟的樣例會(huì)提供現(xiàn)成的問(wèn)題解決信息與策略，工作記憶就不需要同時(shí)處理大量新信息，從而減少了認(rèn)知負(fù)荷量。

增加元素互動(dòng)，調(diào)控內(nèi)在（相關(guān)）負(fù)荷。除了盡可能地想辦法減少外在認(rèn)知負(fù)荷，內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷的作用也是教學(xué)設(shè)計(jì)中不容忽視的。內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷的產(chǎn)生主要取決于學(xué)習(xí)材料的性質(zhì)與學(xué)習(xí)者的專業(yè)知識(shí)之間的交互影響。教學(xué)設(shè)計(jì)雖不能直接對(duì)其產(chǎn)生影響，但依舊存在一些效應(yīng)可以增加學(xué)習(xí)者的內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷，從而促進(jìn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)，如“變式度效應(yīng)”。這一效應(yīng)指的是如果學(xué)習(xí)材料（樣例）的變式度（信息交互性高）提升，學(xué)習(xí)者不僅能學(xué)習(xí)解決某一類的問(wèn)題，還能學(xué)習(xí)如何拓展應(yīng)用至其他的問(wèn)題類型。這里其實(shí)涉及兩種負(fù)荷類型——內(nèi)在負(fù)荷與相關(guān)負(fù)荷。相關(guān)負(fù)荷是在促進(jìn)圖式建構(gòu)的過(guò)程中產(chǎn)生的，它會(huì)通過(guò)對(duì)工作記憶增加元素互動(dòng)性而增加內(nèi)在負(fù)荷。當(dāng)學(xué)習(xí)者的內(nèi)在負(fù)荷水平提高，那么學(xué)習(xí)者便會(huì)有充分的工作記憶資源來(lái)處理新增的信息元素;反過(guò)來(lái)說(shuō)，這一效應(yīng)能發(fā)揮作用的前提也在于學(xué)習(xí)材料沒(méi)有信息的冗余，能為學(xué)習(xí)者騰出充分的記憶資源。如果對(duì)學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)，信息已經(jīng)帶來(lái)了認(rèn)知加工上的負(fù)荷，那就有必要在工作記憶處理這些信息前就剔除部分信息元素以提升學(xué)習(xí)效率。

關(guān)注學(xué)習(xí)成長(zhǎng)，調(diào)節(jié)從扶到放。值得注意的是，認(rèn)知負(fù)荷效應(yīng)的效果還與學(xué)習(xí)者本身的知識(shí)水平有關(guān)。如上所述的“樣例效應(yīng)”就只對(duì)新手學(xué)習(xí)者有顯著效果，隨著學(xué)習(xí)者逐步積累知識(shí)，成長(zhǎng)為專家學(xué)習(xí)者時(shí)，再繼續(xù)使用樣例就可能會(huì)阻礙他們的學(xué)習(xí)，這便是“專長(zhǎng)翻轉(zhuǎn)效應(yīng)”。它指的是當(dāng)學(xué)習(xí)者自身的專業(yè)知識(shí)增加時(shí)，教學(xué)程序的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)就不再顯要。對(duì)于新手學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)，大量的信息涌入認(rèn)知系統(tǒng)之所以會(huì)讓他們覺(jué)得吃力，是因?yàn)樗麄儠?huì)傾向于將信息視為一個(gè)個(gè)獨(dú)立的元素，因而會(huì)給工作記憶帶來(lái)過(guò)重的負(fù)荷;而對(duì)專家學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)，他們對(duì)信息的判斷更為理性，且長(zhǎng)時(shí)記憶中的已有積累也能為信息的組織提供更多有理有據(jù)的方法或模式，因而信息的整合并不會(huì)給工作記憶帶來(lái)太大的負(fù)荷。由此可見(jiàn)，對(duì)于新手來(lái)說(shuō)，如果教學(xué)程序本身是設(shè)計(jì)得當(dāng)?shù)?，那么一開(kāi)始有可能會(huì)給他們帶來(lái)工作負(fù)荷的便是內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷，給新手學(xué)習(xí)者呈現(xiàn)的學(xué)習(xí)材料越是復(fù)雜，他們?cè)诫y以厘清材料中交互的信息元素，就越會(huì)加重這一負(fù)荷，那么即使外在負(fù)荷被調(diào)控在一個(gè)很低的水平，總負(fù)荷也可能會(huì)超出學(xué)習(xí)者自身所能承受的范圍。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，在學(xué)習(xí)者進(jìn)行學(xué)習(xí)的整個(gè)過(guò)程中要注意教學(xué)指導(dǎo)的提供方式。在學(xué)習(xí)者剛開(kāi)始學(xué)習(xí)時(shí)，為學(xué)習(xí)者提供部分教學(xué)指導(dǎo)（樣例學(xué)習(xí)、模擬問(wèn)題、補(bǔ)全問(wèn)題）等，有助于降低學(xué)習(xí)者對(duì)不熟的信息進(jìn)行加工的認(rèn)知負(fù)荷（內(nèi)在負(fù)荷），這便是為學(xué)習(xí)者搭建“腳手架”的過(guò)程。但是，不可避免的，這種支持也常常會(huì)使得學(xué)習(xí)任務(wù)缺乏真實(shí)性。所以，隨著學(xué)習(xí)者專業(yè)知識(shí)的增加就應(yīng)該逐步減少輔助量，撤除“腳手架”。對(duì)于逐漸成長(zhǎng)起來(lái)的學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)，他們對(duì)復(fù)雜學(xué)習(xí)材料的處理不再像新手那樣“手忙腳亂”，即對(duì)學(xué)習(xí)材料中元素交互性的感知水平已經(jīng)下降，所以這時(shí)候?qū)W習(xí)者的內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷便不會(huì)過(guò)度拔高。從一個(gè)完整且有序的教學(xué)過(guò)程來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)者就有可能從示范樣例開(kāi)始，中間加入情境模擬（問(wèn)題），最后則以解決新問(wèn)題結(jié)束?！澳_手架”從扶到放的這一過(guò)程也是學(xué)習(xí)者逐步豐富圖式建構(gòu)，隨之?dāng)[脫外界幫助而最終完成學(xué)習(xí)任務(wù)的過(guò)程，這對(duì)于學(xué)習(xí)者掌握特定領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)與技能具有重要意義。

總的來(lái)說(shuō)，認(rèn)知負(fù)荷理論的相關(guān)研究為教學(xué)設(shè)計(jì)開(kāi)啟了新的思路，通過(guò)教學(xué)設(shè)計(jì)來(lái)減少外在認(rèn)知負(fù)荷或調(diào)控內(nèi)在（相關(guān)）認(rèn)知負(fù)荷，同時(shí)關(guān)注教學(xué)過(guò)程中學(xué)習(xí)者自身的成長(zhǎng)。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，更好地認(rèn)識(shí)人類認(rèn)知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尤其是工作記憶的作用與局限性，可幫助我們更深地理解學(xué)習(xí)的發(fā)生過(guò)程，明了認(rèn)知負(fù)荷與教學(xué)設(shè)計(jì)之間的重要聯(lián)系。