國內(nèi)認知負荷理論研究評述

馮天敏 朱艷艷 柳麗麗

[摘 要]認知負荷理論是對教育教學起著重要指導作用的理論，為了解近年來國內(nèi)關(guān)于認知負荷理論的研究進展，文章將采用內(nèi)容分析法，對2005～2018年間發(fā)表在教育技術(shù)八大核心期刊上關(guān)于認知負荷理論的文獻進行研究梳理，從年限、作者所在單位、研究主題等方面進行分析，且進行了細致類目的劃分，以梳理國內(nèi)認知負荷理論研究趨勢，最后結(jié)合當下的智能教育背景進行思考，提出建議，希望能對以后的研究提供參考。

[關(guān)鍵詞]認知負荷理論; 研究文獻; 評述

[中圖分類號]G652 [文獻標識碼]A [文章編號]1008-7656（2020）01-0038-06

認知負荷理論是由澳大利亞的認知心理學家Sweller于20世紀80年代提出，并應(yīng)用于教育領(lǐng)域，認知負荷指的是學習者在學習或者解決復雜的任務(wù)時進行信息加工所需要耗費的認知資源總量。該理論被提出后，受到了廣大學者的關(guān)注及研究，并且被廣泛應(yīng)用在教育領(lǐng)域中，尤其是在資源設(shè)計方面，成為影響廣泛的教育理論之一。認知負荷理論以資源有限論和圖式理論為基礎(chǔ)。分為外在認知負荷、內(nèi)在認知負荷和關(guān)聯(lián)認知負荷，三者相加若超過了工作記憶的承載量，便會造成認知負荷，就會對學習效果造成不利影響[1]。

國內(nèi)關(guān)于認知負荷理論的研究在2005年郭兆明等人發(fā)表《在多媒體學習中減少認知負荷的9 種方法》[2]后就陸續(xù)開始了，研究者們從理論發(fā)展、影響因素、應(yīng)用研究、教學資源設(shè)計與開發(fā)、負荷測量等多方面進行了研究，尤其是在基于認知負荷理論的應(yīng)用研究、教學資源設(shè)計與開發(fā)研究最多，解曉嬋對2005至2014年關(guān)于信息技術(shù)環(huán)境下認知負荷理論的研究進行了分析[3]，得出了認知負荷理論從我國研究開始后的10年的研究重心以及研究趨勢，并提出建議。

當前我們處于智能時代，大數(shù)據(jù)以及云計算等智能技術(shù)的發(fā)展正在改變著人們學習、工作的方方面面，對教育領(lǐng)域產(chǎn)生了重大影響，認知負荷理論的應(yīng)用也更加廣泛，比如，界面設(shè)計者們可以通過眼動儀等智能設(shè)備，對學習者的學習過程進行監(jiān)控，數(shù)據(jù)采集，分析產(chǎn)生認知負荷的因素，對界面進項改善，達到更好的學習效果。隨著技術(shù)的推進，認知負荷理論的研究情況是否在改變，趨勢又會有哪些變化，以此研究背景，文章以“認知負荷”為主題，以教育技術(shù)領(lǐng)域的核心期刊為數(shù)據(jù)來源，采用內(nèi)容分析法，對2005年以來的關(guān)于認知負荷的文獻進行分析、比較和整理，從而得出國內(nèi)認知負荷理論的研究現(xiàn)狀，希望能對以后的研究提供參考。

一、研究方法

（一）研究樣本

研究以中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫所檢索到的文獻期刊為主要資料來源，以“認知負荷”為主題的期刊論文為研究對象，以教育技術(shù)領(lǐng)域的核心期刊為數(shù)據(jù)來源，包括《電化教育研究》《中國電化教育》《開放教育研究》《中國遠程教育》《遠程教育雜志》《現(xiàn)代教育技術(shù)》《現(xiàn)代遠距離教育》及《現(xiàn)代遠程教育研究》。檢索時間為2005年1月1日到2018年12月31日，查找到文獻139篇，通過查看文章摘要，排除相關(guān)性不高的文章，共計98篇期刊論文，以此98篇文獻作為研究樣本。

（二）研究方法

采用內(nèi)容分析法，內(nèi)容分析法是一種對傳播所顯示出來的內(nèi)容進行客觀的、系統(tǒng)的、定量的描述的研究方法[4]，通過對檢索到的關(guān)于認知負荷的文獻進行分析、比較和整理，從而得出國內(nèi)關(guān)于認知負荷理論的研究現(xiàn)狀。

（三）研究維度與類目單元

根據(jù)對所選文獻內(nèi)容的閱讀，從研究年限、作者單位分析和研究主題三個維度對所選的文章進行梳理，每一個主題下又分為若干類目單元。

二、研究結(jié)果分析

（一）描述性統(tǒng)計

1.研究年限分析

對于認知負荷理論的研究年限進行分析，有利于了解認知負荷理論的發(fā)展趨勢。2005年，郭兆明等人在《中國電化教育》中發(fā)表題為《在多媒體學習中減少認知負荷的 9 種方法》[2]一文，研究了認知負荷的5個案例，并提出了減少認知負荷的9種方法，此后，中國學者開始了對認知負荷理論的廣泛研究，通過對2005年到2018年八大核心期刊關(guān)于認負荷的文獻進行了統(tǒng)計，得到如圖1所示的發(fā)展趨勢，可以看到，2005～2008年間關(guān)于認知負荷理論的研究比較少，主要集中在理論研究，以及減少認知負荷的相關(guān)策略研究，在2009年界內(nèi)關(guān)于認知負荷的研究達到頂峰，占13.8%，主要集中在學習資源設(shè)計研究以及影響因素研究，可見學者們對認知負荷理論的研究更加深了一步，開始向設(shè)計與開發(fā)方面轉(zhuǎn)移。2009年之后，學者們對于認知負荷理論的研究開始減少，處于曲折發(fā)展的狀態(tài)，相關(guān)研究主要集中在應(yīng)用研究，包括課件的設(shè)計原則、模式分析等方面?？傮w來看，2009年是一個分水嶺，2009年前和2009年后均處于波動中，但是，學者們對于認知負荷的研究方向有所側(cè)重，從理論層面的研究逐步轉(zhuǎn)向應(yīng)用層面，是一個逐步加深的過程。

2.作者所在單位分析

對國內(nèi)98篇關(guān)于認知負荷文獻的作者所在單位進行分析，有利于了解國內(nèi)關(guān)于認知負荷理論研究的地區(qū)差異，通過對作者的單位地區(qū)以及單位類型兩個維度進行分析，得到如下頁表1所示的結(jié)果。從單位類型來看，非師范院校對于認知負荷理論的研究最多，有51篇，占總篇數(shù)的52.0%;其次是師范院校，有40篇文獻的作者來自師范院校，占40.8%;此外，遼寧省農(nóng)村教育區(qū)域統(tǒng)籌與均衡發(fā)展研究基地與浙江省教育考試院的學者們也進行了在認知負荷理論的指導下的教研活動設(shè)計研究和認知負荷理論的影響因素研究。綜上可見，認知負荷理論的研究已經(jīng)引起眾多高校的重視。從地區(qū)分布來看，東部地區(qū)對于認知負荷理論的研究遠遠超過了中部地區(qū)和西部地區(qū)，筆者猜測可能是與東部地區(qū)的學校較多有關(guān)，或者東部地區(qū)的經(jīng)濟水平較高，教育工作者們除了關(guān)注基本的教育教學工作外，也非常重視理論和教育教學的結(jié)合研究。

（二）研究主題分析

對于認知負荷理論的研究主題進行分析，有利于了解十幾年來學者們對于認知負荷理論的研究主要集中在哪些方面，以及各研究主題下的進展情況如何，并發(fā)現(xiàn)當下研究所存在的不足之處，為今后的研究提供線索。筆者根據(jù)所研究文獻的具體情況，將98篇關(guān)于認知負荷的文獻進行分類，主題的詳細說明如表2所示。

根據(jù)表2的關(guān)于認知負荷理論的研究主題分類，對98篇文獻進行數(shù)量統(tǒng)計，得到研究主題分布情況（如表3所示）。

1.認知負荷理論研究

從表3中數(shù)據(jù)可以看到，在98篇研究樣本中，關(guān)于認知負荷的理論研究文獻數(shù)量并不多，有13篇，占13.3%。主要是關(guān)于認知負荷理論的概述與體系研究，以及對于未來認知負荷理論展望。

早在2007年，陳巧芬就對認知負荷理論的類型、教學效應(yīng)以及發(fā)展進行了分析和展望，并對已有的認知負荷的測量方法進行了簡要介紹[5]。但該文獻在認知負荷理論發(fā)展部分，只對認知負荷以往的理論研究成果進行了概述，缺少具體的數(shù)據(jù)支撐。此外，張慧等人結(jié)合當下的智慧教育背景，提出了認知負荷理論在智能教育領(lǐng)域上認知負荷理論的應(yīng)用，主要為自主學習、移動學習、游戲化學習、沉浸式學習、基于計算機的模擬學習等方面，并且提到未來認知負荷理論模型要進一步完善，理論對新興教學方式的指導也更加重要[6]。這篇文章為今后的認知負荷理論的研究提供了很重要的線索，希望這一領(lǐng)域的研究者根據(jù)智慧教育發(fā)展實際，對認知負荷理論進行更加深入的探討，但相關(guān)的綜述研究要通過對文獻進行分類統(tǒng)計，由具體數(shù)據(jù)得出發(fā)展趨勢等。

2.教學資源設(shè)計開發(fā)研究

該主題的研究比例最重，占29.6%，可以看出，研究者對基于認知負荷理論的教學資源、多媒體學習軟件的設(shè)計開發(fā)還是很重視的。該主題的研究也比較早，從2006年就開始了，該主題中基于認知負荷理論的網(wǎng)絡(luò)課程和移動學習資源設(shè)計占了相當大的比重，多媒體軟件設(shè)計次之。

網(wǎng)絡(luò)課程和移動學習資源都是信息化教學資源的重要組成部分，都可以通過計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將教學內(nèi)容以某種形式傳遞給學習者。代表性的文章有司國東等人的《認知負荷理論基礎(chǔ)上的移動學習資源設(shè)計策略研究》[7]和楊哲等人的《基于認知負荷理論的網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計研究》[8]。這兩篇文章均以認知負荷理論為基礎(chǔ)，分析小屏幕移動學習和網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計中容易產(chǎn)生認知負荷的來源，進而從學習內(nèi)容選擇、界面設(shè)計、學習對象設(shè)計等方面提出降低學習者認知負荷的方法和策略，探索出了基于認知負荷理論的教學資源設(shè)計的基本規(guī)律。

在多媒體學習軟件設(shè)計方面，華南師范大學的樊建華等人早在2006年就對多媒體信息加工的認知過程進行了詳細的介紹[9]，并基于以往研究成果總結(jié)了多媒體教學軟件的制作原則，認為多媒體學習軟件的制作應(yīng)充分體現(xiàn)現(xiàn)代教育技術(shù)的特點，該文在認知負荷理論對多媒體學習軟件設(shè)計方面指明了方向。

3.認知負荷測量研究

通過表3中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，該主題的研究文獻數(shù)量最少，僅有5篇，占5.1%。代表性的文章是白成杰的《e- Learning 環(huán)境中學習者認知負荷的測量》[10]，文章先提出已有的單一測量方法的不足之處，并提出了綜合性測量認知負荷的方法—“成績測量+主觀評定”，通過初測、復測、綜評三個階段進行認知負荷的測量，計算相關(guān)系數(shù)，得出可靠結(jié)論。這篇文章所提出的綜合性測量方法可以說為以后的研究提供良好的借鑒，是一種新理念與新思想。總的來說，該主題的研究較少，可能與我國關(guān)于認知負荷測量研究起步較晚有關(guān)，而且在實施過程中操作難度較大，指標的獲得較為困難，這都有可能影響學者們對于認知負荷的測量研究。筆者希望在以后的測量研究中，學者們要加強測量技術(shù)研究以及評估模型、評價指標的研究。

4.認知負荷理論的應(yīng)用研究

由表3可以看到，關(guān)于認知負荷理論的應(yīng)用研究文獻數(shù)量也較多，占21.4%該主題下又分為基于認知負荷理論的教學設(shè)計、模式分析、課件設(shè)計原則研究三個二級主題，其中認知負荷理論在教學設(shè)計以及模型設(shè)計上的應(yīng)用較多。

在基于認知負荷理論的教學設(shè)計研究上，代表性的文章是汪明等人的《基于認知負荷理論的有效教學設(shè)計研究》[11]，他提出教學設(shè)計是否發(fā)揮效用主要取決于學習者的認知，有效的教學設(shè)計要做到對三種認知負荷的科學管理，并提出了各種降低內(nèi)在認知負荷和外在認知負荷以及提高關(guān)聯(lián)認知負荷的諸多策略。通過對該二級主題相關(guān)文獻的閱讀，筆者認為在基于認知負荷理論的教學設(shè)計研究上，今后可以進行更加深入的研究探討，比如，當前的教學設(shè)計引起學習者認知負荷的原因探討，或者可以通過教學設(shè)計案例來說明。

在基于認知負荷理論的模型設(shè)計研究上，代表性文章是司國東等人的《基于認知負荷理論的網(wǎng)絡(luò)學習資源多層次模型》[12]，分析了以往的網(wǎng)絡(luò)學習資源設(shè)計的不足之處，如對學習者先前經(jīng)驗的考慮少、缺少豐富的學習案例等，以此提出了網(wǎng)絡(luò)學習資源多層次模型，學習者可以根據(jù)自己的需求在多個學習內(nèi)容層面之間進行轉(zhuǎn)換。

應(yīng)用研究是學習理論和教學實踐相結(jié)合的研究，對于教育教學有很大的意義。在筆者看來該主題的文獻雖然數(shù)量較多，但是研究層次和深度較淺，希望學者們可以結(jié)合相關(guān)的教學展開更加深入的探索。

5.認知負荷的影響因素研究

該主題的相關(guān)研究已經(jīng)較為成熟，筆者將該主題下的研究分為單因素研究和多因素研究。在單個影響因素研究中，以實驗研究為主，李金波進行了網(wǎng)絡(luò)學習者狀態(tài)元認知對認知負荷影響的實驗研究[13]，通過狀態(tài)元認知對普遍應(yīng)用的評估指標的影響，分析了狀態(tài)元認知與認知負荷之間的關(guān)系。在多個影響因素研究中，同樣以實驗研究居多，但研究更為復雜，因為涉及到多個影響因素、多種評估指標以及大量數(shù)據(jù)，研究任務(wù)較重、難度較大。

6.認知負荷的相關(guān)策略研究

在所有研究樣本中，關(guān)于減輕認知負荷的相關(guān)策略研究還是比較多的，在該主題下，筆者將研究文獻分為多媒體環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下減輕認知負荷的策略研究兩大類。代表性文章是《在多媒體學習中減少認知負荷的9 種方法》[2]和《利用概念圖減輕遠程學習者認知負荷的策略探析》[14]，前者通過對5 個多媒體學習中認知超載的情境，并針對每個情境提出具體方法以減輕認知負荷，如刪除無關(guān)材料、分割知識等。后者則對于遠程網(wǎng)絡(luò)學習的認知負荷進行分析，探討出用概念圖來減輕學習者認知負荷的方法。總的來看，該主題的文章基本上是先分析認知負荷來源，進而從外在認知負荷、內(nèi)在認知負荷及相關(guān)認知負荷三個方面對學習者在多媒體環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的認知負荷策略進行研究。

三、思考與展望

通過對所選文獻進行梳理，可以看出，關(guān)于認知負荷理論的研究從2005年開始后，一直處于動態(tài)發(fā)展中，各主題的研究也日趨成熟，研究主要集中在基于認知負荷理論的教學資源設(shè)計與開發(fā)研究和在教學設(shè)計等方面的應(yīng)用研究上，但在研究方法以及理論研究深度上還存在不足，筆者結(jié)合具體的研究現(xiàn)狀和當前的時代背景，提出以下思考與建議。

（一）加強理論在具體學科中的應(yīng)用研究

在認知負荷理論的應(yīng)用研究中，研究主要是在較大的層面上探討基于認知負荷理論的教學設(shè)計、模式分析等，但是深度不夠，缺乏對具體學科的具體研究，要考慮到不同的學科有其獨特的的教學模式、教學策略等，如何結(jié)合具體的學科特點分析學習者的認知負荷情況尤為重要，在具體的學科教學中，可以通過不同的教學設(shè)計測量學習者的認知負荷，從而得到學習者的認知負荷來源，對教學設(shè)計進行優(yōu)化，達到減少學習者認知負荷的目的，達到更好的學習效果。尤其要加強中小學階段學科的認知負荷研究，若因為不適合的教學設(shè)計、教學模式導致學習者產(chǎn)生較高的認知負荷，進而降低其學習動機與學習興趣，會對其更深層次的學習產(chǎn)生不利影響。

（二）研究方法單一，實證研究有待加強

通過對文獻的閱讀，近些年來對于認知負荷理論的研究大多是采用“文獻分析法”，通過對以往認知負荷理論研究文獻的分析，結(jié)合研究者的經(jīng)驗及認識，進行系統(tǒng)的梳理，主要還是停留在認知負荷“講的是什么”的研究上，在影響因素研究以及相關(guān)策略研究中涉及了一些實驗研究法，但也存在一些問題，有的研究對象是篩選出來的，缺乏普遍性，還存在著樣本小等問題，影響了研究結(jié)果的可靠性。其他主題的研究方法比較單一，缺乏定量研究，應(yīng)加強對認知負荷理論指導下的應(yīng)用模式、教學原則等的實證研究，通過具體量化研究數(shù)據(jù)，得出可靠結(jié)論。

（三）結(jié)合智能教育背景展開深層次研究

當前我們處于智能時代，大數(shù)據(jù)以及云計算等智能技術(shù)的發(fā)展正在改變著人們學習工作的方方面面，已對教育領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響，2018年9月第十一屆國際認知負荷理論大會召開，為今后智慧教育環(huán)境下優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用、提升學習資源設(shè)計、提升教學設(shè)計策略的目標提供了良好的線索。

在現(xiàn)有的文獻中，基于智能教育背景的研究較少，且主要是關(guān)于智能環(huán)境下會出現(xiàn)的認知負荷問題研究，層次較淺。在智能教育背景下，技術(shù)發(fā)展了，但微課設(shè)計、智慧學習環(huán)境建設(shè)以及虛擬資源建設(shè)時更容易使學習者產(chǎn)生認知負荷，這時加強相關(guān)研究也顯得愈加重要。

可以利用智能學習環(huán)境下的先進技術(shù)、豐富的學習資源進行深層次研究，筆者在基于H5的孤獨癥兒童情緒認知交互式軟件研發(fā)過程中，結(jié)合孤獨癥兒童的情緒特點，以及孤獨癥兒童在情緒認知方面可能產(chǎn)生的認知負荷，在軟件的界面設(shè)計、色彩搭配、動畫人物的選擇以及表情的細微表現(xiàn)等方面進行了細致的設(shè)計，這是認知負荷理論與教育資源設(shè)計的一個較好的結(jié)合。在智能教育背景下，還可以進行更深層次的研究，比如研究者可以以智能手機、平板、電腦等設(shè)備為載體，以課本、教學視頻、電子課本為中介，以眼動儀等設(shè)備為監(jiān)測工具，進行認知負荷的研究，從學習者的眼部運動軌跡、注視時間等方面，對學習者學習過程進行記錄，通過對相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)合問卷調(diào)查、訪談等方式，找到負荷來源，從而提升教學設(shè)計、優(yōu)化教學資源界面設(shè)計，達到提升教學效果的目的。

綜上所述，智能教育背景下的認知負荷研究非常重要，在未來網(wǎng)課設(shè)計、微課設(shè)計以及虛擬資源建設(shè)時更應(yīng)該注重認知負荷理論對其的指導作用，希望研究者們加強相關(guān)研究。

四、結(jié)語

認知負荷理論作為影響廣泛的教育理論之一，從多個維度對認知負荷理論的研究狀況進行分析，有利于梳理認知負荷理論的發(fā)展脈絡(luò)，整理近年來的研究熱點，發(fā)現(xiàn)近些年在基于認知負荷理論的教學資源設(shè)計與開發(fā)和在教學設(shè)計等方面的應(yīng)用研究較多，研究成果較為突出。但在認知負荷測量以及影響因素方面的研究較少，且具體學科的具體應(yīng)用研究應(yīng)該加強，這是以后研究者們可以加深研究的方向。

基于現(xiàn)在的智能教育背景，豐富的學習資源，多樣的教學方式，學習者們的學習方式也發(fā)生了很大轉(zhuǎn)變，更自由、更便捷，但不可否認的是，這些學習資源可能會給學習者產(chǎn)生更大的認知負荷，所以專家、學者、教師們還需加強研究，根據(jù)學習者的認知特點，將認知負荷理論與教學實際相結(jié)合，整合學習資源、學習環(huán)境，降低學習者的內(nèi)外部認知負荷，提高學習效果。

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[作者簡介]馮天敏（1970-），女，山東聊城人，聊城大學傳媒技術(shù)學院副教授，研究方向：教學資源設(shè)計與開發(fā);朱艷艷（1995-），女，山東聊城人，聊城大學傳媒技術(shù)學院研究生，研究方向：教學資源設(shè)計與開發(fā);柳麗麗（1998-），女，山東聊城人，聊城大學傳媒技術(shù)學院本科生。

[責任編輯 孔文靜]