認知負荷理論：教學(xué)設(shè)計研究的新視角
南京師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院 張建波
認知負荷理論（Cognitive Load Theory，以下簡稱CLT）最早由澳大利亞教育心理學(xué)家J．Sweller于20世紀(jì)80年代提出。CLT理論從認知結(jié)構(gòu)入手考慮教學(xué)設(shè)計，為教學(xué)設(shè)計提供了一種新的理論視角。本文對認知負荷的內(nèi)涵、類型做了詳盡描述，并對20世紀(jì)90年代以來CLT的研究進行了系統(tǒng)回顧，以期對當(dāng)前的教學(xué)改革和實踐產(chǎn)生借鑒意義。
一、CLT簡介
?。ㄒ唬┱J知負荷的內(nèi)涵
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的內(nèi)容數(shù)量。認知負荷與教學(xué)設(shè)計、學(xué)習(xí)績效有重要關(guān)聯(lián)。教學(xué)過程中，認知負荷過低，會造成時間浪費；認知負荷過高，又會阻礙學(xué)習(xí)者的信息加工活動：教學(xué)的理想模式是學(xué)習(xí)者可以滿負荷工作。因此，教學(xué)設(shè)計的目的就是為了能夠幫助學(xué)習(xí)者順利開展學(xué)習(xí)活動，即用最少的心理資源獲取最多的知識。
?。ǘ?span lang="EN-US">CLT的理論基礎(chǔ)
CLT主要吸收和利用了現(xiàn)代認知心理學(xué)關(guān)于工作記憶和注意的研究成果。
工作記憶是完成認知活動的基本成分，是意識的焦點。外界信息只有進入到工作記憶中，才能被加工和認識。但工作記憶只能同時加工7個左右的信息組塊，而且其負有加工、組織、比較等任務(wù)，工作記憶只能同時記住2-3信息組塊。如果同時進入工作記憶的信息組塊超過數(shù)量限制，記憶容量就會超載，信息加工活動就會受阻或根本無從開展。
注意最基本的特征是選擇性。學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中，會出現(xiàn)許多無法預(yù)測的額外認知活動，這勢必會分散學(xué)習(xí)者的注意力，而注意大量信息無疑又會加重認知負荷。集中注意對某些信息進行深度、細致加工，工作記憶中的目標(biāo)信息會相應(yīng)地減少，而工作記憶中的信息超載問題實質(zhì)上就是注意資源分配不足問題。工作記憶容量的有限性和可同時利用心理資源的有限性，決定了存在著認知負荷問題的存在。
二、認知負荷的種類及其含義
（一）原生性認知負荷（intrinsic cogntive load）
學(xué)習(xí)者加工的信息類型和信息結(jié)構(gòu)會隨情境的不同而變化，但組成信息的元素之間交互性是學(xué)習(xí)材料的關(guān)鍵特征。低交互性的學(xué)習(xí)材料，在不考慮其他因素的情況下，就能被理解和學(xué)習(xí)；高交互性的學(xué)習(xí)材料只有學(xué)習(xí)某個元素并同時理解元素之間的相互關(guān)系，才會真正理解所學(xué)材料的意義。
原生性認知負荷是由學(xué)習(xí)材料的內(nèi)在特性即材料內(nèi)部元素的交互性水平?jīng)Q定的。因此，原生性認知負荷是教學(xué)設(shè)計所無法改變的。但需明確的一點是，原生性認知負荷與學(xué)習(xí)者未掌握適宜的圖式有關(guān)。圖式是根據(jù)信息的功能及其用途規(guī)范化或類別化的信息單元，圖式可以是學(xué)習(xí)過的任何知識結(jié)構(gòu)或所學(xué)信息組成的任何知識結(jié)。一個圖式可以儲存大量信息，并且圖式可以從長時記憶提取到工作記憶中，在工作記憶中作為一個信息組塊予以加工。顯然，圖式的自動化及其無意識加工能減少工作記憶負荷。尤其是在學(xué)習(xí)復(fù)雜材料時，要求更多認知資源的參與及對材料的構(gòu)成元素間不斷地相互鏈接，此時建構(gòu)充分且豐富的圖式更為重要。
?。ǘo關(guān)性認知負荷（extraneous cognitive load）
無關(guān)性認知負荷是教學(xué)設(shè)計的缺損造成的額外的認知加工活動所致。許多傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計程序往往易導(dǎo)致無關(guān)性認知符合的產(chǎn)生，因為這些教學(xué)設(shè)計程序沒有考慮到學(xué)習(xí)材料的結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格。研究無關(guān)性認知負荷在原生性認知負荷較高的情況下具有較高的價值。原生性認知負荷較低，總的認知負荷一般不會超過工作記憶總的容量，學(xué)習(xí)活動可以順利進行；只有原生性負荷較高的前提下，試圖減少無關(guān)性認知負荷的教學(xué)設(shè)計才更為有效。
?。ㄈ┫嚓P(guān)性認知負荷（germane cognitive load）
與無關(guān)性認知負荷相似，相關(guān)性認知負荷同樣受到教學(xué)設(shè)計的影響。但無關(guān)性認知負荷對學(xué)習(xí)起干擾作用，而相關(guān)性認知負荷能夠?qū)W(xué)習(xí)起促進作用。教學(xué)設(shè)計的本質(zhì)就是由無關(guān)性認知負荷向相關(guān)性認知負荷轉(zhuǎn)變，控制好學(xué)習(xí)者的無關(guān)性認知負荷，增加學(xué)習(xí)者的相關(guān)陛認知負荷，同時保證總的認知負荷在工作記憶容量允許的范圍內(nèi)。從建構(gòu)主義關(guān)于學(xué)習(xí)的理論來看，相關(guān)性認知負荷與學(xué)習(xí)者能力的發(fā)展密切相關(guān)。一方面利用樣例的變化及提升創(chuàng)造力的教學(xué)設(shè)計，能夠幫助學(xué)習(xí)者用相關(guān)性認知負荷代替無關(guān)性認知負荷，減少額外的認知加工活動；同時更為重要的是對相關(guān)性認知負荷的關(guān)注，能夠多快、好省地提高學(xué)習(xí)的績效，提高學(xué)習(xí)者的自我效能感。
三、CLT研究的新進展
20世紀(jì)90年代以來，認知負荷的研究對教學(xué)設(shè)計產(chǎn)生了深遠的影響。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。CLT有以下四種主要研究趨勢：
?。ㄒ唬＜遗c新手差異比較對CLT教學(xué)設(shè)計的啟示
隨著教學(xué)設(shè)計對專家型學(xué)者的關(guān)注，認知負荷研究中更為活躍的領(lǐng)域開始出現(xiàn)。教學(xué)設(shè)計開始注重學(xué)習(xí)者專業(yè)水平的增加，幫助學(xué)習(xí)者實現(xiàn)從新手到專家的轉(zhuǎn)變。但這類教學(xué)設(shè)計可能存在反向效應(yīng)，即那些對于新手的教學(xué)技術(shù)、教學(xué)策略，當(dāng)用于有著更多學(xué)習(xí)經(jīng)驗的專家型學(xué)習(xí)者時，可能效果并不明顯甚至不會產(chǎn)生任何效果。大量的認知負荷研究開始反思，隨著學(xué)習(xí)者知識的增加，教學(xué)設(shè)計應(yīng)當(dāng)做哪些改變?
Kalyua、Ayres和Cnandler研究了不同水平學(xué)習(xí)者的認知負荷效應(yīng)。在他們看來，許多教學(xué)設(shè)計構(gòu)思時，并沒有考慮到學(xué)習(xí)者的實際知識水平。Kalyua等人通過觀察大量的教學(xué)技術(shù)和技能習(xí)得之間的關(guān)系，提出了“技能顛倒效應(yīng)”即適用于新手的教學(xué)設(shè)計對專家會起反作用，并在CLT的理論框架下對此效應(yīng)給出了合理解釋。
?。ǘ┠_手架和樣例在改變認知負荷中的作用
Merrienboer、Kirschner和Kester主張給學(xué)習(xí)者呈現(xiàn)現(xiàn)實型的學(xué)習(xí)任務(wù)，盡管這種任務(wù)處理起來比較復(fù)雜，會給只具備少量圖式信息的學(xué)習(xí)者施加過重的認知負荷。他們建議考慮兩種不同形式的腳手架在改變認知負荷中的作用。原生性認知負荷可以通過連續(xù)呈現(xiàn)簡單一復(fù)雜任務(wù)的腳手架減少；無關(guān)性認知負荷可以通過最初提供樣例，隨后接著呈現(xiàn)填空題，最后到整個題目的腳手架來減少。
Merrienboer等人主張信息的呈現(xiàn)時機同樣應(yīng)成為認知負荷重要的研究領(lǐng)域。學(xué)習(xí)材料呈現(xiàn)時機的不恰當(dāng)，無疑會增加學(xué)習(xí)者的認知負荷。他們認為普遍性、貫穿性和支持性信息要在一開始就呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者，這樣有助于學(xué)習(xí)者建立始終圍繞任務(wù)的圖式；對于特定性的程序性信息在需要的時候呈現(xiàn)即可。
樣例的運用是最早、也是最為人熟知的減少認知負荷的技術(shù)。Renkl和Atkinson特別關(guān)注樣例在解決特定問題中的作用以及這種作用隨著學(xué)習(xí)者知識增加會發(fā)生怎樣的改變。在學(xué)習(xí)的初期階段，只有少量的圖式信息適合材料的學(xué)習(xí)，原生性認知負荷比較高，學(xué)習(xí)者必須學(xué)習(xí)有關(guān)的指導(dǎo)和說明；學(xué)習(xí)的中期階段，學(xué)習(xí)者獲得了圖式信息，解放了一部分工作記憶容量，這時學(xué)習(xí)者可以通過樣例的學(xué)習(xí)及自我解析來增加相關(guān)性認知負荷；學(xué)習(xí)的后期階段，學(xué)習(xí)者就會有充足的工作記憶容量來解決更多的問題。
（三）學(xué)習(xí)者因素與認知負荷的產(chǎn)生
Geriets和Scheiter關(guān)注學(xué)習(xí)者在教學(xué)中的作用和學(xué)習(xí)者因素與認知負荷的產(chǎn)生。通常CLT假定學(xué)習(xí)什么內(nèi)容及學(xué)習(xí)方法是由指導(dǎo)者而非學(xué)習(xí)者做出決定的。已有研究表明，隨著學(xué)習(xí)者專業(yè)知識的增加，應(yīng)當(dāng)減少指導(dǎo)者的控制，加強學(xué)習(xí)者控制：將注意必要信息和加工處理信息的權(quán)力交給學(xué)生，最終使他們在沒有教師指導(dǎo)或提示的情況下完成學(xué)習(xí)任務(wù)。
傳統(tǒng)的CLT認為，教學(xué)設(shè)計及其帶來的無關(guān)性認知負荷、相關(guān)性認知負荷存著——對應(yīng)關(guān)系，并沒有考慮中介變量如學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格、學(xué)習(xí)目標(biāo)的作用。CLT擴展研究中開始考慮教學(xué)目標(biāo)、學(xué)習(xí)目標(biāo)及學(xué)習(xí)者的信息加工方式在認知負荷產(chǎn)生中的作用。Gerjets和Scheite所做的四個實驗，已經(jīng)證實了CLT研究學(xué)效果時必須要考慮這些因素。
（四）多媒體教學(xué)中的認知負荷問題
Mayer和Moreno建立了多媒體教學(xué)中的認知負荷理論。通常，學(xué)習(xí)者在多媒體學(xué)習(xí)環(huán)境下，圖像和文本信息同時呈現(xiàn)，這就極容易導(dǎo)致認知負荷的超載狀態(tài)。他們概括了五種認知超載情境，并對每種超載情境提出了一個或兩個基于理論的減少認知負荷的建議。他們同時強調(diào)認知負荷的測量的技術(shù)要成為CLT研究中的重要領(lǐng)域，因為CLT擔(dān)負著為教學(xué)設(shè)計提供強有力理論框架的重任。
Brunken、Plass和Leutner介紹雙重任務(wù)分析法在測量多媒體教學(xué)認知負荷中的應(yīng)用。他們的兩個實驗介紹了不同認知負荷狀態(tài)下兩種多媒體教學(xué)設(shè)計的差異，顯示了雙重任務(wù)分析法的可行性和合理性。雙重任務(wù)分析法也為傳統(tǒng)的主觀任務(wù)評定法提供了有力補充。
四、CLT的發(fā)展趨勢
CLT是在現(xiàn)代認知心理學(xué)的研究成果中提出的一種新近的教學(xué)設(shè)計理論，它豐富了教學(xué)設(shè)計的研究，也為實際教學(xué)工作提供了理論參考。但CLT作為年輕的研究領(lǐng)域，還有很多方面尚需深化、完善。例如：（1）認知負荷的測量技術(shù)和方法問題；（2）無關(guān)性認知負荷和相關(guān)性認知負荷的分離問題；（3）樣例與圖式建構(gòu)的關(guān)系；（4）較少認知負荷的具體操作方法問題。但不可否認，CLT已成為當(dāng)前教學(xué)設(shè)計研究中的熱點問題，相信CLT依托認知心理學(xué)的研究成果和豐富的教學(xué)實踐，一定能產(chǎn)生矚目的成效。
