認(rèn)知負(fù)荷理論及其在信息系統(tǒng)研究中的應(yīng)用與展望

譚旸 袁勤儉

摘要：[目的/意義]本文對認(rèn)知負(fù)荷理論在信息系統(tǒng)研究領(lǐng)域的相關(guān)重要研究文獻(xiàn)進(jìn)行梳理與總結(jié)，為研究者提供思路和方向。[方法/過程]通過對國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的梳理，總結(jié)該理論在信息系統(tǒng)研究中的應(yīng)用，并分別討論每個(gè)方面的研究成果，討論目前研究中存在的問題和未來的研究方向。[結(jié)果/結(jié)論]認(rèn)知負(fù)荷理論在信息系統(tǒng)研究中的應(yīng)用主要包括信息檢索研究、信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究、信息系統(tǒng)效能評估3個(gè)方面。目前的研究存在“應(yīng)用認(rèn)知負(fù)荷理論研究用戶的信息系統(tǒng)使用的研究范圍不夠廣泛”“缺少對內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷、外在認(rèn)知負(fù)荷和關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷的定量研究”的問題，未來的研究可以在拓展應(yīng)用認(rèn)知負(fù)荷理論進(jìn)行信息系統(tǒng)使用研究的研究情境、探究更多種類的信息檢索工具對用戶認(rèn)知負(fù)荷的影響、研究削減用戶的認(rèn)知負(fù)荷的輔助工具等方面進(jìn)行探索。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知負(fù)荷理論：認(rèn)知負(fù)荷：信息系統(tǒng)

DOl： 10.3969/j .issn .1008 -0821 .2019 .12 .018

[中圖分類號] G201 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1008-0821（ 2019） 12-0160-10

認(rèn)知負(fù)荷理論（Cognitive Load Theory.以下簡稱“CLT”）由澳大利亞心理學(xué)家John.Sweller于1988年提出。CLT的核心思想是：為了減少個(gè)人在完成任務(wù)時(shí)需要的精力并提高個(gè)人的任務(wù)完成效率，應(yīng)該優(yōu)化任務(wù)流程的設(shè)計(jì)和任務(wù)信息的呈現(xiàn)方式。

CLT自提出以來，為了提升學(xué)習(xí)效率和降低信息系統(tǒng)使用難度，已被教育學(xué)、信息系統(tǒng)等領(lǐng)域的許多學(xué)者用來研究如何改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)和優(yōu)化業(yè)務(wù)流程。為了把握CLT發(fā)展和應(yīng)用的現(xiàn)狀，一些學(xué)者對其進(jìn)行了述評。唐劍嵐等在概述了認(rèn)知負(fù)荷的基本內(nèi)容、演化發(fā)展和在目前該理論在教學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用的基礎(chǔ)上，指出了目前的研究存在“實(shí)驗(yàn)生態(tài)效度不足”、“研究方法單一”、“缺乏對各個(gè)階段的各類認(rèn)知負(fù)荷的研究”等問題[1]。陳光耀等對CLT在E-learning項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)，提出在設(shè)計(jì)E -leaming教學(xué)時(shí)，應(yīng)當(dāng)通過注意教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容和與學(xué)習(xí)者的知識水平的匹配程度來降低學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷，并強(qiáng)調(diào)了學(xué)者們應(yīng)當(dāng)考慮采用客觀測量認(rèn)知負(fù)荷的手段進(jìn)行一些應(yīng)用性研究[2]。Hollender N等綜述了CLT在交互式學(xué)習(xí)系統(tǒng)研究中的應(yīng)用，認(rèn)為在目前的研究中關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷目前沒有得到重視，并指出未來的研究方向應(yīng)當(dāng)關(guān)注復(fù)雜E -learninzg環(huán)境的設(shè)計(jì)[3]。

由前述可知，目前CLT的總結(jié)性研究主要存在以下幾點(diǎn)不足：1）前文的綜述研究都集中在2010年以前，缺少對最新應(yīng)用研究的評述。2）雖然CLT在信息系統(tǒng)等領(lǐng)域已涌現(xiàn)出不少應(yīng)用成果，但是CLT的綜述研究都集中在教育領(lǐng)域，未見信息系統(tǒng)等領(lǐng)域的研究述評。因此，為了幫助更多學(xué)者較為全面地了解CLT和其在信息系統(tǒng)研究領(lǐng)域應(yīng)用的最新進(jìn)展，本文擬在簡要介紹CLT的源起及其基本內(nèi)容的演變之后，評述CLT在信息系統(tǒng)研究領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀。

1 CLT的源起、演化和基本模型

1.1 CLT的源起

專家（即在特定領(lǐng)域具有專業(yè)知識的人）和新手在解決問題的能力上為何有差異、如何促進(jìn)新手的學(xué)習(xí)一直是研究的重點(diǎn)。學(xué)界通過大量研究，應(yīng)用圖式理論給出了解釋：專家與新手在解決問題的能力上本質(zhì)區(qū)別在于圖式的運(yùn)用。根據(jù)圖式理論，圖式是存在于個(gè)體記憶中的對外在事物的結(jié)構(gòu)性認(rèn)識，即專家能夠從以往的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)中獲得并存儲可重復(fù)利用的知識，當(dāng)面對新的問題時(shí)，將與之相關(guān)的知識進(jìn)行加工來解決問題。

隨著對于學(xué)習(xí)機(jī)制的認(rèn)識不斷深入，學(xué)者們逐漸發(fā)現(xiàn)，新手往往能夠順利解決問題，卻難以獲得圖式。Sweller J結(jié)合資源有限理論中“個(gè)體具有有限的腦力資源”的觀點(diǎn)，通過實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，新手無法獲得圖式的原因在于：大量有限的精力被用于解決問題而沒有給圖式獲取留出空間，即新手的問題解決方式所帶來的認(rèn)知負(fù)荷干擾了圖式的習(xí)得。據(jù)此，Sweller J提出，應(yīng)當(dāng)降低解決問題時(shí)的認(rèn)知負(fù)荷來使圖式獲取更容易發(fā)生，即CLT的雛形[4]。

1.2 CLT的演化

1.2.1 CLT的概念演化

最初，人們認(rèn)知負(fù)荷作為整體進(jìn)行研究。后來，隨著研究的深入，學(xué)界又將認(rèn)知負(fù)荷進(jìn)一步細(xì)分為內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷（ Intrinsic Cognitive Load）、外在認(rèn)知負(fù)荷（ Extraneous Cognitive Load）和關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷（ Germane Cognitive Load）。

1994年，Sweller J在研究為什么一些教學(xué)材料難以學(xué)習(xí)時(shí)拓展了CLT，提出了內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷和外在認(rèn)知負(fù)荷的概念。他指出，總的認(rèn)知負(fù)荷是至少兩個(gè)相當(dāng)獨(dú)立的元素的組合：一個(gè)是由教學(xué)設(shè)計(jì)強(qiáng)加的外在認(rèn)知負(fù)荷：另一個(gè)是教師無法控制的內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷[5]。

內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷是在具體任務(wù)中，由必須理解的任務(wù)信息、學(xué)習(xí)材料的復(fù)雜性與個(gè)人的知識水平的交互作用所引起的難度[5-6]。對于個(gè)人來說，給定的任務(wù)的性質(zhì)是內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷的來源，在任務(wù)中，需要處理的互相聯(lián)系、相互作用的元素越多，會導(dǎo)致更高水平的內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷[7]。外在認(rèn)知負(fù)荷是由任務(wù)信息呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者的方式產(chǎn)生的，用戶將投入多余的信息或與學(xué)習(xí)目標(biāo)無關(guān)的過程中的精力是外在認(rèn)知負(fù)荷的來源。因此，當(dāng)教學(xué)設(shè)計(jì)提高了精力使用的效率時(shí)，外在認(rèn)知負(fù)荷就會減少[5]。結(jié)合過往的研究，Sweller J進(jìn)一步提出，外在認(rèn)知負(fù)荷的效果可能在很大程度上由內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷決定，當(dāng)內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷較低時(shí)，外在認(rèn)知負(fù)荷可能會產(chǎn)生較小的影響，因?yàn)榭偟恼J(rèn)知負(fù)荷可能相對較低[5，8]。

在提出內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷和外在認(rèn)知負(fù)荷的概念后，降低外在認(rèn)知負(fù)荷一直是CLT的核心，早期研究幾乎都是專門研究教學(xué)設(shè)計(jì)如何減少外在認(rèn)知負(fù)荷。然而在某些情況下，研究者們發(fā)現(xiàn)認(rèn)知負(fù)荷能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)，以往“降低認(rèn)知負(fù)荷以促進(jìn)學(xué)習(xí)”的結(jié)論似乎不成立。因此，一些學(xué)者開始研究與圖式構(gòu)建直接相關(guān)的第三種認(rèn)知負(fù)荷，即關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷。

1998年.Sweller J等在驗(yàn)證一系列由CLT產(chǎn)生的教學(xué)設(shè)計(jì)原則時(shí)，對個(gè)人的認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述，并提出了關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷的概念。關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷是指學(xué)習(xí)者致力于構(gòu)建圖式而投入的精力，它有助于而不是妨礙學(xué)習(xí)[9]。不同于內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷和外在認(rèn)知負(fù)荷，關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷不構(gòu)成認(rèn)知負(fù)荷的獨(dú)立來源，而是與個(gè)體投入學(xué)習(xí)的精力分配相關(guān)。關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷的降低意味著學(xué)習(xí)者投入更多精力處理與學(xué)習(xí)無關(guān)的因素而不是學(xué)習(xí)材料，即更多的精力被用于與外部認(rèn)知負(fù)荷相關(guān)的活動，因此學(xué)習(xí)效率會降低。適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)減少外在認(rèn)知負(fù)荷，增加關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷。

1.2.2 CLT的模型演化

Paas F G W C等在比較4種問題求解訓(xùn)練策略時(shí)，提出了以因果維度（影響認(rèn)知負(fù)荷的因素）和評價(jià)維度（受認(rèn)知負(fù)荷影響的因素）構(gòu)成的認(rèn)知負(fù)荷二維結(jié)構(gòu)測量模型（見圖1），用于代表執(zhí)行特定任務(wù)對特定學(xué)習(xí)者的施加的認(rèn)知負(fù)荷[IO]。

因果維度包括：學(xué)習(xí)者特征、任務(wù)（環(huán)境）特征、學(xué)習(xí)者與任務(wù)（環(huán)境）之間的交互作用;其中，學(xué)習(xí)者特征是相對穩(wěn)定的因素，如受試者的認(rèn)知能力、認(rèn)知風(fēng)格、知識經(jīng)驗(yàn)等;任務(wù)特征包括任務(wù)結(jié)構(gòu)、任務(wù)新穎性、獎勵機(jī)制類型、時(shí)間壓力等因素;環(huán)境特征包括噪聲、溫度等;而學(xué)習(xí)者與任務(wù)（環(huán)境）之間的交互作用可以通過相對不穩(wěn)定的因素影響認(rèn)知負(fù)荷，如最佳表現(xiàn)的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)等。評價(jià)維度則包括心理負(fù)荷和心理努力，并通過學(xué)習(xí)行為表現(xiàn)出來;其中，心理負(fù)荷由任務(wù)（環(huán)境）需求所施加，對于給定的任務(wù)是不變的;心理努力指實(shí)際分配到滿足任務(wù)需求的精力;績效指的是學(xué)習(xí)任務(wù)完成的效果。

在模型中，因果維度的3個(gè)元素構(gòu)成認(rèn)知負(fù)荷的來源，評價(jià)維度的心理負(fù)荷、心智努力和績效構(gòu)成認(rèn)知負(fù)荷的結(jié)果。其中，心理負(fù)荷一部分通過自動化過程來處理學(xué)習(xí)者熟悉的方面：另一部分通過受控的認(rèn)知過程作用于圖式的獲取并影響學(xué)習(xí)者的心智努力，心智努力和自動化過程最終共同影響學(xué)習(xí)者的績效。因此，認(rèn)知負(fù)荷二維模型將任務(wù)和學(xué)習(xí)者作為認(rèn)知負(fù)荷的根本來源，將心理負(fù)荷和績效作為認(rèn)知負(fù)荷的最終結(jié)果。

認(rèn)知負(fù)荷二維結(jié)構(gòu)測量模型明確指出了認(rèn)知負(fù)荷的來源和結(jié)果，優(yōu)點(diǎn)是模型中的元素易于量化，然而該模型僅僅能夠通過個(gè)體和任務(wù)的特征測量某個(gè)時(shí)間段內(nèi)個(gè)體的靜態(tài)認(rèn)知負(fù)荷水平，而在一個(gè)連續(xù)的任務(wù)中，由于任務(wù)時(shí)間、任務(wù)難度變化等一系列不斷變化的因素影響，個(gè)體的認(rèn)知負(fù)荷往往不是固定的，而是動態(tài)變化的。

因此.Neerincx M A以一段時(shí)間內(nèi)的用戶進(jìn)行任務(wù)的狀態(tài)為研究對象，開發(fā)了認(rèn)知任務(wù)負(fù)荷三維結(jié)構(gòu)模型[11]。該模型中包括了3種決定認(rèn)知任務(wù)負(fù)荷的因素：占用時(shí)間、信息加工的水平和任務(wù)設(shè)置轉(zhuǎn)換（ Task - set Switching），3種決定因素值越高，認(rèn)知負(fù)荷越大。其中，占用時(shí)間指的是工作時(shí)間在總可用時(shí)間中的占比，用于評估單位時(shí)間內(nèi)人承受的工作量。信息加工的水平基于Rasmussen J的“技能一規(guī)則一知識框架”[12]分為3個(gè)級別：基本技能、基本規(guī)則、基本知識，在基本技能級別，信息被自動處理，幾乎不需要投入精力;在基本規(guī)則級別，輸入信息觸發(fā)基于規(guī)則的結(jié)果即可解決問題;在基本知識級別，基于輸入信息對問題進(jìn)行分析并制定解決方案，這種類型的信息處理可能涉及對有限的工作的高認(rèn)知負(fù)荷。復(fù)雜的任務(wù)情境由幾個(gè)具有不同目標(biāo)的不同任務(wù)組成，這些任務(wù)涉及不同的知識、能力和環(huán)境，因此，“任務(wù)設(shè)置”表示具有瞬時(shí)狀態(tài)的任務(wù)狀態(tài)，切換需要在操作和環(huán)境級別更改適用的任務(wù)知識。

模型根據(jù)任務(wù)持續(xù)時(shí)間和3個(gè)決定維度把認(rèn)知負(fù)荷狀態(tài)分為最優(yōu)工作負(fù)荷、負(fù)荷超載（ Over-load，任務(wù)超過個(gè)體能承擔(dān)的精力上限）、負(fù)荷不足（Underload，個(gè)體投入的精力低于要求）、警戒（Vigilance，個(gè)體持續(xù)關(guān)注一項(xiàng)任務(wù)的狀態(tài)時(shí)，隨著時(shí)間的推移，效率會下降）和認(rèn)知鎖定（ Cogni-tive Lockup，個(gè)體專注于執(zhí)行一項(xiàng)任務(wù)而不愿意切換任務(wù)）5種狀態(tài)。表1展示了任務(wù)需求對某一任務(wù)周期不同階段的負(fù)面影響。圖2展示了一個(gè)三維的“負(fù)荷”空間，在這個(gè)空間中的區(qū)域指示了任務(wù)對操作者施加的認(rèn)知負(fù)荷需求。

2 CLT在信息系統(tǒng)研究中的應(yīng)用

2.1 CLT在信息檢索研究中的應(yīng)用

信息檢索的過程是用戶與檢索系統(tǒng)不斷交互的過程，信息檢索的結(jié)果與系統(tǒng)設(shè)計(jì)、用戶經(jīng)驗(yàn)和任務(wù)特性息息相關(guān)，CLT在信息檢索研究中的應(yīng)用能夠加深對信息檢索的過程及結(jié)果的理解，對改善信息檢索任務(wù)的設(shè)計(jì)、信息檢索系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。因此，部分學(xué)者將CLT用于研究信息檢索相關(guān)問題。

2.1.1 信息檢索中的認(rèn)知負(fù)荷分布研究

從信息檢索系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度，Dennis S等將認(rèn)知負(fù)荷引入信息檢索的研究中，用于更為精準(zhǔn)地描述用戶的信息檢索過程，研究發(fā)現(xiàn)在使用全文檢索工具時(shí)，當(dāng)用戶查看的候選查詢被從統(tǒng)計(jì)上、語言上或排序上細(xì)化時(shí)，用戶的認(rèn)知負(fù)荷要比查看網(wǎng)頁摘要時(shí)低[13-14]。在此基礎(chǔ)上，Dennis S等從用戶經(jīng)驗(yàn)的角度比較了使用基于全文的搜索、基于目錄的搜索和基于短語的查詢重構(gòu)輔助搜索時(shí)的搜索效率，發(fā)現(xiàn)對搜索工具的不熟悉會增加查詢過程中的認(rèn)知負(fù)荷[15]。

從任務(wù)特性的角度，Peter S等從用戶完成信息檢索任務(wù)的整體過程出發(fā)，測量了被試者在使用網(wǎng)絡(luò)購物網(wǎng)站的檢索工具時(shí)的認(rèn)知負(fù)荷和用戶滿意度，發(fā)現(xiàn)較高的認(rèn)知負(fù)荷與任務(wù)完成時(shí)間較長、二次監(jiān)測任務(wù)失敗較多、檢索偏好較高、對各自店鋪的總體滿意度較低有關(guān)，并據(jù)此提出了將瀏覽/搜索偏好作為一種啟發(fā)式認(rèn)知負(fù)荷評估方法[16]。Gwizdka J等針對信息檢索任務(wù)的過程和階段，從主要和次要任務(wù)績效的角度討論認(rèn)知負(fù)荷的評估，通過一個(gè)受控的信息檢索實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)認(rèn)知負(fù)荷強(qiáng)度的測量可能對任務(wù)需求的動態(tài)變化敏感，而對任務(wù)之間的差異不敏感[17]。Cwizdka J進(jìn)一步探究了使用全文檢索工具時(shí)信息檢索任務(wù)各階段的認(rèn)知負(fù)荷水平的差異，研究發(fā)現(xiàn)：搜索任務(wù)各階段的認(rèn)知負(fù)荷存在差異，與檢查搜索結(jié)果和查看單個(gè)文檔相比，在相關(guān)文檔的查詢制定和用戶描述過程中，認(rèn)知負(fù)荷更高[18]。李建華等在研究用戶使用中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫檢索時(shí)得出了相似的結(jié)論，即信息檢索過程中用戶平均認(rèn)知負(fù)荷是動態(tài)變化的，在形成查詢和標(biāo)記文獻(xiàn)內(nèi)容時(shí)，用戶的認(rèn)知負(fù)荷水平更高[19]。劉萍等則進(jìn)一步將數(shù)據(jù)庫檢索中的查詢行為細(xì)化為構(gòu)建查詢和查詢重構(gòu)，并驗(yàn)證了查詢重構(gòu)的認(rèn)知負(fù)荷更高[20]。

從信息檢索的認(rèn)知過程的角度，劉佳等通過整合認(rèn)知負(fù)荷三維模型理論和信息檢索的認(rèn)知理論，以學(xué)術(shù)數(shù)據(jù)庫檢索為例，建立了信息檢索認(rèn)知過程中認(rèn)知負(fù)荷結(jié)構(gòu)模型（見圖3），描述了信息檢索過程中認(rèn)知負(fù)荷的產(chǎn)生與結(jié)果，并提出了信息檢索認(rèn)知負(fù)荷的評價(jià)框架，包括瞬時(shí)負(fù)荷（某個(gè)特定時(shí)刻的認(rèn)知負(fù)荷）、頂峰負(fù)荷（在一個(gè)特定的時(shí)間內(nèi)，瞬時(shí)負(fù)荷的最高值）、平均負(fù)荷（單位時(shí)間內(nèi)測量的負(fù)荷）、累計(jì)負(fù)荷（整個(gè)檢索過程中經(jīng)歷的負(fù)荷總量）和整體負(fù)荷（個(gè)體頭腦中的累積負(fù)荷）[21]。

除了從個(gè)人進(jìn)行信息檢索行為的角度，也有學(xué)者從協(xié)作信息檢索行為研究認(rèn)知負(fù)荷的分布。一種觀點(diǎn)認(rèn)為，協(xié)作信息檢索中用戶的總認(rèn)知負(fù)荷與個(gè)人的認(rèn)知負(fù)荷沒有差異。Shah C在對使用帶有交流功能的檢索工具的檢索過程中協(xié)作團(tuán)隊(duì)成員的認(rèn)知負(fù)荷進(jìn)行了測量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)認(rèn)知負(fù)荷并不比個(gè)人的認(rèn)知負(fù)荷多[22]。使用相同的檢索工具，BrennanAA等探討了基于場景的任務(wù)中協(xié)作信息檢索和個(gè)體信息檢索之間的差異，發(fā)現(xiàn)除了NASA任務(wù)負(fù)荷指數(shù)中表現(xiàn)的部分外，參與者的認(rèn)知負(fù)荷在合作檢索和個(gè)人檢索中沒有區(qū)別，即查詢行為與總認(rèn)知負(fù)荷之間沒有顯著關(guān)系[23]。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，協(xié)作信息檢索相比個(gè)人信息檢索表現(xiàn)出更復(fù)雜的認(rèn)知負(fù)荷成因和更高的認(rèn)知負(fù)荷水平。Conzalez-Ibanez R等以帶有交流功能的檢索工具為例，在研究等積極情感在協(xié)作信息搜索行為中的作用時(shí)，發(fā)現(xiàn)個(gè)人的認(rèn)知負(fù)荷更低，并推測團(tuán)隊(duì)用戶較高的認(rèn)知負(fù)荷是由于溝通、協(xié)調(diào)、沖突解決等協(xié)作活動中涉及的額外因素造成的[24]。Yue Z等電子郵件搜索工具進(jìn)行研究，通過對協(xié)作信息檢索的觀察和實(shí)驗(yàn)后的訪談，發(fā)現(xiàn)在整個(gè)檢索過程中，合作者的認(rèn)知負(fù)荷水平不僅表現(xiàn)為對系統(tǒng)的適應(yīng)，包括搜索工具和協(xié)作工具，還表現(xiàn)為對其他合作者的熟悉，包括相互信任和貢獻(xiàn)[25]?？偨Y(jié)以上研究，個(gè)人信息檢索與協(xié)作信息檢索之間是否存在差異，研究尚未得出較統(tǒng)一的結(jié)論。

2.1.2 認(rèn)知負(fù)荷對信息檢索的影響研究

Kyoungsik以54名大學(xué)生為研究對象，探討了認(rèn)知負(fù)荷對使用網(wǎng)頁全文檢索工具時(shí)的查詢重構(gòu)行為的影響，發(fā)現(xiàn)那些被賦予任務(wù)需求、時(shí)間控制和挫敗感的被試者，即將認(rèn)知負(fù)荷保持在較高水平下的被試者，他們的搜索請求比一般的被試搜索請求更少，即認(rèn)知負(fù)荷會影響用戶的查詢重構(gòu)行為[26]。

由前述可知，CLT在信息檢索研究中的應(yīng)用主要在信息檢索中認(rèn)知負(fù)荷的分布研究和認(rèn)知負(fù)荷對信息檢索的影響研究兩部分。其中，信息檢索中認(rèn)知負(fù)荷的分布研究集中于使用網(wǎng)頁全文檢索工具和學(xué)術(shù)數(shù)據(jù)庫檢索工具進(jìn)行檢索，通過對用戶在信息檢索不同階段的認(rèn)知負(fù)荷水平的測量，探索了用戶的認(rèn)知負(fù)荷水平的影響因素和認(rèn)知負(fù)荷水平對檢索結(jié)果的影響，并且協(xié)作信息檢索與個(gè)人信息檢索中認(rèn)知負(fù)荷的水平是否存在差異還存在分歧;對認(rèn)知負(fù)荷對信息檢索的影響研究的成果僅見1篇，研究了認(rèn)知負(fù)荷對用戶的查詢重構(gòu)行為的影響。在CLT在信息系統(tǒng)檢索中的研究存在以下問題：1）了解認(rèn)知負(fù)荷對信息檢索的影響，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)用戶是否處于困境并提供幫助，而大部分研究集中于信息檢索中認(rèn)知負(fù)荷的分布研究，對認(rèn)知負(fù)荷對信息檢索的影響研究較少，僅見1篇。2）不同種類的認(rèn)知負(fù)荷對用戶進(jìn)行信息檢索有不同的影響，如外在認(rèn)知負(fù)荷會降低用戶的檢索效率，關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷會促進(jìn)用戶檢索行為，而上述研究都對用戶的整體認(rèn)知負(fù)荷水平進(jìn)行研究，未見對不同種類認(rèn)知負(fù)荷的細(xì)化研究。3）新型檢索工具（如圖片檢索工具等）和移動端的檢索工具在使用步驟、界面設(shè)計(jì)、結(jié)果顯示等方面都與傳統(tǒng)PC端檢索工具有所差異，而上述大部分研究都以傳統(tǒng)的PC端檢索工具為研究對象，如網(wǎng)頁全文檢索工具、數(shù)據(jù)庫檢索工具和郵件檢索工具等，未見對新型檢索工具和移動端檢索工具中認(rèn)知負(fù)荷的分布和結(jié)果的研究。

2.2 CLT在信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究中的應(yīng)用

在用戶與信息系統(tǒng)的交互中，信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對于用戶能否正確理解信息系統(tǒng)的功能并高效地完成任務(wù)具有十分重要的影響。在與信息系統(tǒng)的交互過程中，認(rèn)知負(fù)荷水平能夠反映用戶當(dāng)前的工作狀態(tài)，在信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用CLT，對于深入了解用戶與信息系統(tǒng)交互的過程中的動態(tài)認(rèn)知變化、把握信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對用戶理解和操作的影響具有重要的意義。

2.2.1 信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)中影響認(rèn)知負(fù)荷的因素研究

部分學(xué)者從系統(tǒng)復(fù)雜度的角度出發(fā)，研究系統(tǒng)復(fù)雜度和用戶認(rèn)知負(fù)荷的關(guān)系。王求真等通過眼動研究探討了網(wǎng)站復(fù)雜度和任務(wù)復(fù)雜度對用戶認(rèn)知負(fù)荷的影響，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站復(fù)雜度和任務(wù)復(fù)雜度會影響用戶的認(rèn)知負(fù)荷，并且任務(wù)復(fù)雜度會調(diào)節(jié)網(wǎng)站復(fù)雜度對用戶認(rèn)知負(fù)荷的影響[27]。在此后的進(jìn)一步研究中，王求真等又以在線購物網(wǎng)站為研究對象研究了由于認(rèn)知負(fù)荷的不同，網(wǎng)站復(fù)雜度和任務(wù)復(fù)雜度如何共同影響用戶的視覺注意力和行為，研究表明：當(dāng)用戶在中等復(fù)雜度的網(wǎng)站上進(jìn)行復(fù)雜任務(wù)時(shí)，由于網(wǎng)站很好地匹配了用戶當(dāng)前可付出的認(rèn)知資源，用戶的任務(wù)完成時(shí)間和注意力都處于最優(yōu)的水平[28]。張中奎根據(jù)CLT和認(rèn)知負(fù)荷二維結(jié)構(gòu)模型，探究并驗(yàn)證了認(rèn)知負(fù)荷在網(wǎng)站復(fù)雜度和購買意愿之間的中介效應(yīng)，以及認(rèn)知需求在網(wǎng)站復(fù)雜度與認(rèn)知負(fù)荷之間的負(fù)向調(diào)節(jié)作用[29]。

部分學(xué)者從信息系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)出發(fā).探究影響用戶認(rèn)知負(fù)荷的因素。Hu J H等評估和比較了6種不同的界面設(shè)計(jì)的有效性，發(fā)現(xiàn)基于列表的界面的個(gè)人信息系統(tǒng)用戶的總體認(rèn)知負(fù)荷與基于圖表的界面相當(dāng)[30]。相似的，Raafat Ceorge Saade等通過對比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在缺乏訓(xùn)練的條件下，盡管用戶對基于圖標(biāo)的界面的感知易用性更高，但基于菜單的界面和基于圖標(biāo)的界面對于個(gè)人信息系統(tǒng)用戶具有相同水平的認(rèn)知負(fù)荷[31]。Chevalier A等研究了具有不同的經(jīng)驗(yàn)水平的個(gè)人信息系統(tǒng)用戶在具有不同的人體工程學(xué)質(zhì)量的網(wǎng)站上搜索信息時(shí)的認(rèn)知資源，研究發(fā)現(xiàn)，對于新手和有經(jīng)驗(yàn)的用戶，在人體工程學(xué)網(wǎng)站進(jìn)行信息搜索需要投入更多的認(rèn)知資源，但對于專業(yè)設(shè)計(jì)師來說，兩種網(wǎng)站沒有區(qū)別，即專業(yè)設(shè)計(jì)師無法預(yù)測用戶的行為和策略[32]。Reis H M等討論了與完整的界面相比，簡化的界面是否對個(gè)人信息系統(tǒng)用戶的心智努力需求較少，他們發(fā)現(xiàn)，相比完整的界面，隱藏高級和無關(guān)特性的界面有助于新手用戶表現(xiàn)更好，具有更低的認(rèn)知負(fù)荷，然而，經(jīng)過適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)后，完整的界面比簡化的界面更能提高個(gè)人信息系統(tǒng)用戶的工作效率[33]。

也有部分學(xué)者從微觀角度討論了信息系統(tǒng)界面元素設(shè)計(jì)對個(gè)人信息系統(tǒng)用戶的認(rèn)知負(fù)荷的影響。MadridR I等探究了超鏈接對用戶閱讀網(wǎng)頁文本時(shí)的認(rèn)知負(fù)荷的影響，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)頁鏈接的數(shù)量對認(rèn)知負(fù)荷沒有影響，而認(rèn)知負(fù)荷直接受到閱讀方式的影響[34]。Rose J M等研究了在計(jì)算機(jī)稅務(wù)決策輔助系統(tǒng)中放置解釋對個(gè)人信息系統(tǒng)用戶的圖式習(xí)得產(chǎn)生的影響，他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將決策輔助系統(tǒng)中的解釋融入到?jīng)Q策輔助系統(tǒng)的問題解決步驟中時(shí)，認(rèn)知負(fù)荷會降低，用戶會從輔助的使用中獲得更多的知識[35]。

在以上兩種研究角度的基礎(chǔ)上，汪海波等綜合考慮了信息系統(tǒng)復(fù)雜性和信息系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)，結(jié)合數(shù)字界面信息加工、認(rèn)知理論、視覺搜索機(jī)制和眼動生理評估探討了數(shù)字界面認(rèn)知負(fù)荷的生成機(jī)制和來源途徑，從3種認(rèn)知負(fù)荷的角度提出了認(rèn)知負(fù)荷來源途徑模型（見圖4）[36]。

2.2.2 利用CLT優(yōu)化信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究

部分學(xué)者從信息系統(tǒng)的整體特征出發(fā)，認(rèn)為信息系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)更易于交互。Harper S等通過對視覺復(fù)雜性和一般認(rèn)知復(fù)雜性之間的關(guān)系的研究，提出了視覺復(fù)雜性和認(rèn)知復(fù)雜性之間的隱含聯(lián)系，并將視覺復(fù)雜性定義為認(rèn)知負(fù)荷的一種隱式度量，通過分析Web頁面哪些部分應(yīng)當(dāng)在視覺上進(jìn)行簡化，設(shè)計(jì)更易于個(gè)人用戶交互的Web頁面[37]。

在此基礎(chǔ)上，另一部分學(xué)者將用戶的任務(wù)特征考慮在內(nèi)，認(rèn)為信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)與用戶的認(rèn)知負(fù)荷程度、任務(wù)復(fù)雜度相匹配。Wang Q等在發(fā)現(xiàn)中等復(fù)雜度的網(wǎng)站與用戶的認(rèn)知負(fù)荷水平匹配能夠提高用戶任務(wù)完成的水平的基礎(chǔ)上提出，設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)能夠很好地匹配用戶認(rèn)知負(fù)荷的中等復(fù)雜度的網(wǎng)站，使用戶的視覺注意力最大化[38]。MaschaMF等研究了任務(wù)復(fù)雜度和任務(wù)體驗(yàn)兩個(gè)因素對輔助決策系統(tǒng)的質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)決策輔助工具和使用者之間的不匹配可能導(dǎo)致對工具的依賴性不足，認(rèn)知負(fù)荷領(lǐng)域的研究可以最小化這些有害影響，當(dāng)決策任務(wù)不復(fù)雜時(shí)，反饋內(nèi)容增加，當(dāng)決策任務(wù)更復(fù)雜時(shí)，反饋內(nèi)容減少，可以緩解依賴不足[39]。

值得一提的是，與上述結(jié)論不同，當(dāng)用戶與信息系統(tǒng)交互的目的從工作轉(zhuǎn)向娛樂時(shí)，保留一定程度的認(rèn)知負(fù)荷水平被認(rèn)為對用戶是有益的。Ang CS等以大型多人在線角色扮演游戲?yàn)槔?，發(fā)現(xiàn)盡管游戲要求越來越高，但參與者似乎會制定策略來克服這些問題，在克服困難后認(rèn)知負(fù)荷也不再成為游戲的障礙，而如果沒有認(rèn)知負(fù)荷，參與者會認(rèn)為游戲沒有挑戰(zhàn)而失去意義[40]。

由前述研究可知，CLT在信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究中的應(yīng)用主要在信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)中影響認(rèn)知負(fù)荷的因素研究和利用CLT優(yōu)化信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究兩部分。其中，影響認(rèn)知負(fù)荷的因素研究從信息系統(tǒng)復(fù)雜度、信息系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)和部分信息系統(tǒng)微觀功能展開，而優(yōu)化信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要研究方向是通過控制認(rèn)知負(fù)荷水平，提高用戶的信息系統(tǒng)使用效率。然而CLT在信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究中還存在一些問題：1）單用戶信息系統(tǒng)與協(xié)同信息系統(tǒng)在面向的用戶和功能上具有差異，用戶在使用面向團(tuán)隊(duì)合作的協(xié)同信息系統(tǒng)是可能面對更多需要關(guān)注的內(nèi)容，而上述多數(shù)研究僅考慮了單用戶信息系統(tǒng)，適用于單用戶信息系統(tǒng)中的結(jié)論是否也適用于協(xié)同信息系統(tǒng)沒有驗(yàn)證，對于目前逐漸應(yīng)用的云協(xié)作、云辦公等涉及協(xié)同信息系統(tǒng)也缺乏研究。2）在面對具體的任務(wù)時(shí)，除了任務(wù)本身具有的難度，個(gè)體的知識水平也是認(rèn)知負(fù)荷的重要影響因素之一，但上述僅有一個(gè)研究對實(shí)驗(yàn)參與者的知識水平和系統(tǒng)操作水平進(jìn)行了控制。

2.3 CLT在信息系統(tǒng)效能評估研究中的應(yīng)用

信息系統(tǒng)能否幫助用戶完成任務(wù)是評價(jià)一個(gè)信息系統(tǒng)是否成功的重要因素。用戶在與信息系統(tǒng)進(jìn)行交互時(shí)，用戶的認(rèn)知負(fù)荷水平反映了用戶付出的精力，一旦用戶的認(rèn)知負(fù)荷水平過高，就會影響用戶的工作效率。應(yīng)用CLT對信息系統(tǒng)的效能進(jìn)行評估，有助于優(yōu)化發(fā)現(xiàn)信息系統(tǒng)中存在的問題，優(yōu)化信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

學(xué)者普遍從信息系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)出發(fā)，評估信息系統(tǒng)各種功能設(shè)計(jì)的效能。Huang W等使用認(rèn)知負(fù)荷來測量圖形可視化的有效性，并引入了一種稱為心理努力的認(rèn)知負(fù)荷測量方法，并將其與傳統(tǒng)的績效測量方法進(jìn)一步結(jié)合，形成了一種多維度測量方法，稱為可視化效率[41]。Niculescu A I等在過往的研究發(fā)現(xiàn)壓力與認(rèn)知負(fù)荷的相關(guān)性的基礎(chǔ)上，以24 - 30歲的4名男性為實(shí)驗(yàn)對象，從壓力和認(rèn)知負(fù)荷的角度評價(jià)多模態(tài)會話接口的質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，壓力和認(rèn)知負(fù)荷盡管是相關(guān)的，但能夠獨(dú)立影響會話的質(zhì)量，并受不同的任務(wù)難度、信息表達(dá)和時(shí)間壓力的影響[42]。Seufert T等分析了依賴于內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷的超鏈接的有效性，研究結(jié)果顯示超鏈接只對不太復(fù)雜的、低內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷的任務(wù)有效，并且內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷的程度隨專業(yè)水平的不同而不同，當(dāng)專業(yè)水平越高，內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷水平越低，超鏈接對學(xué)習(xí)越有幫助[43]。汪海波等在探討了數(shù)字界面認(rèn)知負(fù)荷的生成機(jī)制和來源途徑的基礎(chǔ)上，提出了基于搜索深度一搜索廣度、內(nèi)斂度一發(fā)散度的數(shù)字界面眼動評價(jià)模型[36]。

由前述可知，在應(yīng)用CLT進(jìn)行信息系統(tǒng)效能評估研究時(shí)，大部分學(xué)者以用戶在與信息系統(tǒng)交互過程中的行為和心理狀態(tài)所反映的認(rèn)知負(fù)荷為測量對象，對信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如圖形可視化、會話接口、超鏈接等進(jìn)行評價(jià)，現(xiàn)有的研究存在以下不足：1）用戶在使用信息系統(tǒng)時(shí)，對信息系統(tǒng)的熟練度隨時(shí)間推移而增加，因此影響用戶認(rèn)知負(fù)荷的因素在使用信息系統(tǒng)的不同階段可能是動態(tài)的，而目前還未見對用戶的認(rèn)知負(fù)荷是否隨用戶使用信息系統(tǒng)的時(shí)長而變化的研究。2）盡管不同的信息系統(tǒng)可能有眾多相異的功能設(shè)計(jì)，但相比測試特定信息系統(tǒng)的每個(gè)功能，一個(gè)對信息系統(tǒng)整體效能進(jìn)行評估的標(biāo)準(zhǔn)能在一定程度上節(jié)省評估成本，而上述研究成果都是對信息系統(tǒng)的某個(gè)組成部分的效能評估，缺乏應(yīng)用CLT建立信息系統(tǒng)整體效能評估標(biāo)準(zhǔn)的研究。

3 總結(jié)與展望

用戶的認(rèn)知負(fù)荷水平是影響用戶完成工作效率的重要因素之一。在應(yīng)用信息系統(tǒng)進(jìn)行工作的早期，組織內(nèi)部的培訓(xùn)學(xué)習(xí)能夠降低用戶理解并掌握信息系統(tǒng)的功能的難度，從而削減不易理解或操作的信息系統(tǒng)為用戶帶來的高認(rèn)知負(fù)荷，使組織內(nèi)的用戶能夠順利工作。然而，隨著信息系統(tǒng)在各行各業(yè)的應(yīng)用，一方面，信息系統(tǒng)服務(wù)的對象從組織內(nèi)部員工逐漸擴(kuò)展到開放互聯(lián)網(wǎng)中的用戶：另一方面，信息系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)的細(xì)分程度和個(gè)性化程度越來越高，因此，統(tǒng)一培訓(xùn)的方式不再適用于所有的信息系統(tǒng)用戶，優(yōu)化信息系統(tǒng)的功能和界面設(shè)計(jì)、調(diào)節(jié)用戶使用時(shí)認(rèn)知負(fù)荷水平變得越來越重要。在信息系統(tǒng)研究中應(yīng)用認(rèn)知負(fù)荷理論，提升信息系統(tǒng)的用戶友好度，優(yōu)化用戶在與信息系統(tǒng)交互時(shí)的所需要投入的精力水平，對于降低用戶學(xué)習(xí)信息系統(tǒng)使用的成本并提高用戶工作效率具有重要的意義。

由前述可知，目前對于CLT在信息系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用主要集中于信息系統(tǒng)檢索、信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)和信息系統(tǒng)效能評估3個(gè)方面。然而，現(xiàn)有的研究還存在以下問題：首先，用戶的信息系統(tǒng)使用包括信息檢索、數(shù)據(jù)處理、業(yè)務(wù)管理等，但在上述對用戶的信息系統(tǒng)使用行為研究中，CLT的應(yīng)用僅局限于用戶的信息檢索行為，對其他信息系統(tǒng)使用缺乏研究;其次，上述的研究絕大部分都以個(gè)體的總體認(rèn)知負(fù)荷水平為測量對象，對于CLT中的3類認(rèn)知負(fù)荷少有更深入細(xì)化的研究;再次，研究樣本一般規(guī)模較小，對更大規(guī)模和更多樣化的群體的研究較少，年齡、職業(yè)和知識水平等因素是否存在對認(rèn)知負(fù)荷的影響仍需要驗(yàn)證。

為了完善和豐富CLT在信息系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)的研究和應(yīng)用，未來可以從以下方面進(jìn)行拓展：

1）研究更豐富的信息系統(tǒng)使用場景中CLT的應(yīng)用。以往對認(rèn)知負(fù)荷在信息系統(tǒng)中的應(yīng)用研究大多探究個(gè)人與信息系統(tǒng)的交互中的認(rèn)知負(fù)荷以及單任務(wù)條件下用戶的認(rèn)知負(fù)荷。然而，在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，一方面，用戶與信息系統(tǒng)往往不是單獨(dú)進(jìn)行交互，而是用戶、信息系統(tǒng)與環(huán)境進(jìn)行三者的交互;另一方面，用戶往往同時(shí)有多個(gè)任務(wù)處于待完成狀態(tài)，且任務(wù)之間常常是并行的。例如，學(xué)生使用的E -learning系統(tǒng)，學(xué)生既可以在完全獨(dú)立的環(huán)境下使用學(xué)習(xí)，也能夠在課堂上跟隨教師的講解，與其他學(xué)生一同使用系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，并往往有多個(gè)并列或非并列的學(xué)習(xí)任務(wù)待完成。多角度全方位考慮用戶在各種場景下的認(rèn)知負(fù)荷水平以及其對用戶在操作信息系統(tǒng)時(shí)產(chǎn)生的影響，能夠?qū)ΜF(xiàn)實(shí)生活中用戶的不同工作狀態(tài)進(jìn)行更準(zhǔn)確地模擬和探究，對優(yōu)化信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有現(xiàn)實(shí)意義。

2）探究不同類型、不同平臺的檢索工具對于用戶的認(rèn)知負(fù)荷是否具有不同的影響。當(dāng)前的研究對象集中于網(wǎng)頁全文檢索工具和數(shù)據(jù)庫檢索工具，而各種功能不同、檢索方式不同的檢索工具正逐步進(jìn)入人們的生活，從學(xué)術(shù)檢索工具到日常的信息檢索，從以文字構(gòu)建檢索式到以圖像、聲音為檢索對象進(jìn)行檢索，從電腦端搜索工具到移動端檢索工具，都在不同的應(yīng)用場合為不同需求的用戶提供幫助，如“百度識圖”圖片檢索工具，“拍立淘”商品檢索工具等。研究用戶使用不同的檢索工具時(shí)認(rèn)知負(fù)荷的差異，能夠進(jìn)一步了解用戶在使用工具的過程和潛在的操作需求，為優(yōu)化檢索工具的設(shè)計(jì)，尤其是日常生活中使用的檢索工具的設(shè)計(jì)，以及增強(qiáng)系統(tǒng)的用戶友好度提供幫助。

3）研究削減用戶的認(rèn)知負(fù)荷的輔助工具。系統(tǒng)的迭代是一個(gè)較長并且需要付出一定成本的過程，因此，當(dāng)系統(tǒng)造成認(rèn)知負(fù)荷過載，而新系統(tǒng)無法立即代替舊系統(tǒng)投入使用時(shí)，通過輔助工具削減用戶過高的認(rèn)知負(fù)荷、提高用戶的相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，對于系統(tǒng)提供商來說，能夠節(jié)省時(shí)間和開發(fā)成本，同時(shí)在一定程度上避免系統(tǒng)倉促更換而失去一部分用戶;對于用戶來說，能夠避免立即學(xué)習(xí)新的系統(tǒng)操作，減少了學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。因此，針對如何削減用戶過高認(rèn)知負(fù)荷，弱化認(rèn)知負(fù)荷對用戶帶來的負(fù)面影響進(jìn)行研究，對系統(tǒng)的開發(fā)和迭代過程十分重要。

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收稿日期：2019-08-21

基金項(xiàng)目：江蘇省社會科學(xué)基金項(xiàng)目“學(xué)術(shù)虛擬社區(qū)知識交流的效果評價(jià)研究”（項(xiàng)目編號：17TQB003）。

作者簡介：譚腸（1995 -），女，碩士研究生，研究方向：信息管理。

通訊作者：袁勤儉（1969-），男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向：電子商務(wù)。