減輕認(rèn)知負(fù)荷：理論解讀及對(duì)策探究*

● 唐國(guó)華

減輕認(rèn)知負(fù)荷：理論解讀及對(duì)策探究*

● 唐國(guó)華

認(rèn)知負(fù)荷理論是繼建構(gòu)主義理論后又一對(duì)教學(xué)起著重要影響的心理學(xué)理論。在教學(xué)設(shè)計(jì)中，采取有效策略減輕認(rèn)知負(fù)荷有助于激勵(lì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動(dòng)，使之表現(xiàn)出良好的學(xué)習(xí)績(jī)效。本文從認(rèn)知負(fù)荷內(nèi)涵入手，綜合闡述了認(rèn)知負(fù)荷理論的研究?jī)?nèi)容及新進(jìn)展，并提出了減輕認(rèn)知負(fù)荷的有效途徑，為教學(xué)設(shè)計(jì)提供了一種新的理論視角。

認(rèn)知負(fù)荷；理論解讀；路徑選擇

一、認(rèn)知負(fù)荷的內(nèi)涵

認(rèn)知負(fù)荷理論(Cognitive Load Theory，簡(jiǎn)稱CLT)是由澳大利亞教育心理學(xué)家J.Sweller及其同事于1988年提出的一種新的關(guān)注工作記憶負(fù)荷的教學(xué)設(shè)計(jì)理論，認(rèn)知負(fù)荷是在某種場(chǎng)合下施加到工作記憶中的智力活動(dòng)的總的數(shù)量，對(duì)認(rèn)知負(fù)荷起主要作用的是工作記憶必須注意內(nèi)容數(shù)量。從認(rèn)知心理學(xué)的觀點(diǎn)來說，認(rèn)知是對(duì)信息的加工，是通過選擇性注意、編碼、貯存和提取等進(jìn)行信息加工的過程。Sweller使用圖式間元素的相互作用，將認(rèn)知負(fù)荷分為外在認(rèn)知負(fù)荷和內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷[1]。

認(rèn)知負(fù)荷理論是繼建構(gòu)主義理論后又一對(duì)教學(xué)起著重要影響的心理學(xué)理論。認(rèn)知負(fù)荷與教學(xué)設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)績(jī)效有著重要關(guān)聯(lián)。認(rèn)知負(fù)荷過低，會(huì)造成時(shí)間浪費(fèi)；認(rèn)知負(fù)荷過高，又會(huì)阻礙學(xué)習(xí)者的信息加工活動(dòng)。教學(xué)的理想模式是學(xué)習(xí)者可以滿負(fù)荷工作。因此，認(rèn)知負(fù)荷的高低直接影響著學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)質(zhì)量和效率。

二、認(rèn)知負(fù)荷理論的研究?jī)?nèi)容及新進(jìn)展

（一）認(rèn)知負(fù)荷的研究?jī)?nèi)容多與有效教學(xué)相結(jié)合

相關(guān)研究文獻(xiàn)主要集中在教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)方式、學(xué)生學(xué)習(xí)材料設(shè)計(jì)，以及個(gè)體學(xué)習(xí)差異等幾個(gè)方面。

1.對(duì)教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)方式的研究分為圖表、計(jì)算機(jī)模擬等方面。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于難度較大的復(fù)雜教學(xué)內(nèi)容，用圖表減輕認(rèn)知負(fù)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(xué)生大腦中的認(rèn)知圖式，進(jìn)而減少外部認(rèn)知負(fù)荷，學(xué)習(xí)者只要在工作記憶中操作少數(shù)信息元素就可以進(jìn)行有效的學(xué)習(xí)，獲得相對(duì)較高的學(xué)習(xí)效率[2]。

T．Mikael Winberg， C．Anders&R．Berg 在研 究中發(fā)現(xiàn)，電腦模擬實(shí)驗(yàn)的呈現(xiàn)方式可以有效地改善實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果，學(xué)生關(guān)注與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的理論知識(shí)的程度更大，而不是疲于應(yīng)付具體的操作細(xì)節(jié)[3]。計(jì)算機(jī)模擬有助于降低他們的內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷，從而使學(xué)習(xí)者有更多的認(rèn)知空間去思考和關(guān)注實(shí)驗(yàn)中的理論問題。

2.對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)材料的設(shè)計(jì)的研究主要有實(shí)驗(yàn)手冊(cè)的設(shè)計(jì)、教科書的設(shè)計(jì)及超文本學(xué)習(xí)材料的設(shè)計(jì)。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(shè)計(jì)出的實(shí)驗(yàn)手冊(cè)可以通過降低工作記憶中的信息量來降低學(xué)生的外部認(rèn)知負(fù)荷，從而有利于學(xué)習(xí)者的理解和改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果[4]。

Marie Iding等人曾對(duì)優(yōu)秀的科學(xué)教材《HMSS》中一個(gè)有關(guān)海洋的教學(xué)單元（The Living Ocean）進(jìn)行過內(nèi)容分析，通過分析得出結(jié)論：圖表、表格、文本和科學(xué)探究過程的整合可以為學(xué)習(xí)者提供認(rèn)知支架，學(xué)習(xí)者通過這些經(jīng)過整合的信息源獲取知識(shí)可以降低學(xué)習(xí)過程中認(rèn)知負(fù)荷，從而有利于他們的學(xué)習(xí)[5]。

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

3.對(duì)學(xué)生關(guān)于前知識(shí)、背景音樂的研究。Hyunjeong Lee&Jan L．Plass等人專門研究了前知識(shí)對(duì)于科學(xué)教學(xué)效果的影響。通過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)知識(shí)較為簡(jiǎn)易時(shí)，適當(dāng)降低外部認(rèn)知負(fù)荷，并增加相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，僅僅對(duì)具有低水平的前科學(xué)知識(shí)的學(xué)生有效，而對(duì)于那些具有高水平前科學(xué)知識(shí)的學(xué)生卻收效甚微甚至產(chǎn)生反作用。但當(dāng)知識(shí)較復(fù)雜時(shí)，學(xué)習(xí)者高水平的前知識(shí)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(xué)習(xí)者的內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷。由此可以給教學(xué)者以啟發(fā)，有效的教學(xué)一定要根據(jù)學(xué)習(xí)者不同的前知識(shí)水平來采取具體的措施以調(diào)節(jié)他們的認(rèn)知負(fù)荷。

Moreno R．&Mayer R．E．的研究發(fā)現(xiàn)，前知識(shí)水平較高的學(xué)習(xí)者，背景音樂會(huì)提高他們的學(xué)習(xí)效果，高水平的前知識(shí)可以降低教學(xué)內(nèi)容本身所引起的內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷。該研究還通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，個(gè)人對(duì)音樂的興趣也會(huì)對(duì)研究結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，如果背景音樂與學(xué)生的欣賞取向和教學(xué)信息的特點(diǎn)相適應(yīng)，它就可以極大地增加學(xué)習(xí)者的相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，從而對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果的提高產(chǎn)生積極的影響。

（二）認(rèn)知負(fù)荷理論研究的進(jìn)展及應(yīng)用

20世紀(jì)90年代以來，認(rèn)知負(fù)荷的研究對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。特定目標(biāo)效應(yīng)、樣例效應(yīng)、圖表效應(yīng)、注意分散效應(yīng)、冗余效應(yīng)、感覺道效應(yīng)是這一領(lǐng)域最新的研究成果。

特定目標(biāo)效應(yīng)及樣例效應(yīng)：Sweller認(rèn)為，“特定目標(biāo)效應(yīng)”和“樣例效應(yīng)”是教學(xué)者學(xué)習(xí)材料設(shè)計(jì)的指導(dǎo)原則，它可以有效地引導(dǎo)學(xué)習(xí)者對(duì)工作記憶資源進(jìn)行正確分配；當(dāng)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)或解決問題時(shí)，運(yùn)用特定目標(biāo)問題，以及采用樣例學(xué)習(xí)，可使學(xué)習(xí)者整合多種信息資源，剔除學(xué)習(xí)材料的冗余信息，提高學(xué)習(xí)效率[6]。

冗余效應(yīng)：1993 年，Bobis，Sweller和 Cooper在對(duì)小學(xué)生作折紙教學(xué)的實(shí)驗(yàn)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(xué)習(xí)者所花的學(xué)習(xí)時(shí)間較短[7]。依據(jù)冗余效應(yīng)，在教學(xué)媒體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免呈現(xiàn)無關(guān)的或帶有重復(fù)教學(xué)信息的媒體，以減少學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷。

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

三、減輕認(rèn)知負(fù)荷的有效途徑

（一）確定相應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)

教學(xué)設(shè)計(jì)者應(yīng)有效區(qū)分學(xué)習(xí)者的的知識(shí)水平和能力層次。在問題解決初期，應(yīng)給低水平學(xué)習(xí)者呈現(xiàn)與其水平相適應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)，幫助學(xué)習(xí)者形成認(rèn)知圖式。將學(xué)習(xí)者的注意力引向與學(xué)習(xí)有關(guān)的部分，從而減輕學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷，提高學(xué)習(xí)效率。對(duì)高水平學(xué)習(xí)者，應(yīng)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(yùn)用的多媒體教學(xué)是學(xué)習(xí)者喜聞樂見的一種嶄新的教學(xué)模式，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的超媒體信息結(jié)構(gòu)有利于個(gè)別化學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者可以根據(jù)自己的情況，自定步調(diào)進(jìn)行學(xué)習(xí)，滿足學(xué)生的個(gè)別化需求，合理利用有限的認(rèn)知資源。

（二）創(chuàng)設(shè)生動(dòng)活潑的學(xué)習(xí)情境

作為教學(xué)設(shè)計(jì)者，要努力創(chuàng)造出接近真實(shí)任務(wù)的情境，幫助學(xué)生進(jìn)行意義建構(gòu)，情境應(yīng)具有生動(dòng)性、豐富性。生動(dòng)活潑的學(xué)習(xí)情境能夠幫助學(xué)習(xí)者在較為真實(shí)的情境中解決問題，引起學(xué)生持續(xù)探索的興趣，喚醒學(xué)生長(zhǎng)時(shí)記憶中的有關(guān)圖式或知識(shí)，多角度、多側(cè)面地認(rèn)識(shí)和解釋問題，完成對(duì)知識(shí)的意義建構(gòu)。

網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)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(shè)輕松活潑的教學(xué)情境[9]。有利于激發(fā)學(xué)生的求知欲，調(diào)動(dòng)學(xué)生思維的積極性和主動(dòng)性，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知努力，降低認(rèn)知負(fù)荷。

（三）多媒體運(yùn)用要適可而止

教學(xué)材料配以豐富的畫面及動(dòng)聽的音樂在一定程度上豐富了教學(xué)情境，但過度使用則會(huì)給學(xué)習(xí)者增加大量的冗余信息，造成信息迷航，帶來認(rèn)知負(fù)擔(dān)。由此，多媒體在教學(xué)中運(yùn)用的關(guān)鍵不在于技術(shù)，而是對(duì)于內(nèi)容本質(zhì)的把握。因此，媒體運(yùn)用應(yīng)始終堅(jiān)持為內(nèi)容本質(zhì)服務(wù)的原則，任何可能加重認(rèn)知負(fù)荷且與學(xué)習(xí)無聯(lián)系的因素都應(yīng)該盡可能被避免，做到有的放矢，盡可能減輕學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷，最大限度地提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率。

在進(jìn)行多媒體軟件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該從工作記憶容量的有限性出發(fā)，充分考慮學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的認(rèn)知負(fù)荷，選擇有效的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法，以發(fā)揮多媒體學(xué)習(xí)軟件在學(xué)習(xí)中的優(yōu)勢(shì)，指導(dǎo)學(xué)習(xí)者進(jìn)行有意義的學(xué)習(xí)。

（四）分化復(fù)雜學(xué)習(xí)任務(wù)

復(fù)雜認(rèn)知任務(wù)的學(xué)習(xí)和執(zhí)行受到有限的心理容量限制。任務(wù)越復(fù)雜，它就可能包括更多的子任務(wù)，加工的要求就越高。因此在學(xué)習(xí)綜合性較強(qiáng)的知識(shí)之前，教學(xué)設(shè)計(jì)者有必要對(duì)復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆只?。分步?shí)施，循序漸進(jìn)。在學(xué)習(xí)者對(duì)基本知識(shí)熟悉和掌握到一定程度后再呈現(xiàn)復(fù)雜的任務(wù)，促進(jìn)學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的建構(gòu)。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)復(fù)雜任務(wù)的分化可以減輕認(rèn)知負(fù)荷，有效地提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率[10]。

四、結(jié)語(yǔ)

認(rèn)知負(fù)荷理論提供了對(duì)認(rèn)知過程、認(rèn)知局限性與教學(xué)設(shè)計(jì)相整合的理論框架，如何在發(fā)揮新型教學(xué)手段優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，抑制其消極影響，使其更好地為教與學(xué)服務(wù)，是亟待教育工作者解決的問題。CLT為我們展示了一個(gè)積極的發(fā)展前景，它豐富了教學(xué)設(shè)計(jì)的研究，也為實(shí)際教學(xué)工作提供了理論參考。但認(rèn)知負(fù)荷理論作為一個(gè)全新的研究領(lǐng)域，還有很多方面尚需深化、完善。相信認(rèn)知負(fù)荷理論依托認(rèn)知心理學(xué)的研究成果和豐富的教學(xué)實(shí)踐，將會(huì)越來越成熟，將會(huì)為教學(xué)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(guó)華．減輕網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)認(rèn)知負(fù)荷的策略研究[J].教育學(xué)術(shù)月刊，2009(12).

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

[10]吳先強(qiáng)，韋斯林．國(guó)外認(rèn)知負(fù)荷理論與有效教學(xué)的研究進(jìn)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(rèn)知負(fù)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(guó)華/華東交通大學(xué)人文社會(huì)科學(xué)學(xué)院講師

（責(zé)任編輯：張 斌）