减轻认知负荷：理论解读及对策探究*

● 唐国华

减轻认知负荷：理论解读及对策探究*

● 唐国华

认知负荷理论是继建构主义理论后又一对教学起着重要影响的心理学理论。在教学设计中，采取有效策略减轻认知负荷有助于激励学习者的学习活动，使之表现出良好的学习绩效。本文从认知负荷内涵入手，综合阐述了认知负荷理论的研究内容及新进展，并提出了减轻认知负荷的有效途径，为教学设计提供了一种新的理论视角。

认知负荷；理论解读；路径选择

一、认知负荷的内涵

认知负荷理论(Cognitive Load Theory，简称CLT)是由澳大利亚教育心理学家J.Sweller及其同事于1988年提出的一种新的关注工作记忆负荷的教学设计理论，认知负荷是在某种场合下施加到工作记忆中的智力活动的总的数量，对认知负荷起主要作用的是工作记忆必须注意内容数量。从认知心理学的观点来说，认知是对信息的加工，是通过选择性注意、编码、贮存和提取等进行信息加工的过程。Sweller使用图式间元素的相互作用，将认知负荷分为外在认知负荷和内在认知负荷[1]。

认知负荷理论是继建构主义理论后又一对教学起着重要影响的心理学理论。认知负荷与教学设计、学习绩效有着重要关联。认知负荷过低，会造成时间浪费；认知负荷过高，又会阻碍学习者的信息加工活动。教学的理想模式是学习者可以满负荷工作。因此，认知负荷的高低直接影响着学习者的学习质量和效率。

二、认知负荷理论的研究内容及新进展

（一）认知负荷的研究内容多与有效教学相结合

相关研究文献主要集中在教学内容呈现方式、学生学习材料设计，以及个体学习差异等几个方面。

1.对教学内容呈现方式的研究分为图表、计算机模拟等方面。研究发现，对于难度较大的复杂教学内容，用图表减轻认知负荷方面的作用尤为明显(Robert Carlson， Paul Chandler&John Sweller,2003)。 图表能够有效激活和利用学生大脑中的认知图式，进而减少外部认知负荷，学习者只要在工作记忆中操作少数信息元素就可以进行有效的学习，获得相对较高的学习效率[2]。

T．Mikael Winberg， C．Anders&R．Berg 在研 究中发现，电脑模拟实验的呈现方式可以有效地改善实验课的教学效果，学生关注与实验相关的理论知识的程度更大，而不是疲于应付具体的操作细节[3]。计算机模拟有助于降低他们的内部认知负荷，从而使学习者有更多的认知空间去思考和关注实验中的理论问题。

2.对学生学习材料的设计的研究主要有实验手册的设计、教科书的设计及超文本学习材料的设计。Precharn Dechsri，Loretta L.Jones,Henry W.Heikkinen通过研究发现，在文本中整合图片和表格而设计出的实验手册可以通过降低工作记忆中的信息量来降低学生的外部认知负荷，从而有利于学习者的理解和改善实验教学的效果[4]。

Marie Iding等人曾对优秀的科学教材《HMSS》中一个有关海洋的教学单元（The Living Ocean）进行过内容分析，通过分析得出结论：图表、表格、文本和科学探究过程的整合可以为学习者提供认知支架，学习者通过这些经过整合的信息源获取知识可以降低学习过程中认知负荷，从而有利于他们的学习[5]。

Mnica Macedo-Rouet&Jean Francois Rouet等人曾对“超文本”的效果作过认知负荷角度的研究与分析，ErikWallen 和 Jan．L．Plass 等人则对注释作过专门研究。结果发现，三种类型的注释都有助于不同知识水平的学习。

3.对学生关于前知识、背景音乐的研究。Hyunjeong Lee&Jan L．Plass等人专门研究了前知识对于科学教学效果的影响。通过研究发现，当知识较为简易时，适当降低外部认知负荷，并增加相关认知负荷，仅仅对具有低水平的前科学知识的学生有效，而对于那些具有高水平前科学知识的学生却收效甚微甚至产生反作用。但当知识较复杂时，学习者高水平的前知识有利于图式的形成，这些图式可以帮助选择信息建立新的图式，从而降低学习者的内部认知负荷。由此可以给教学者以启发，有效的教学一定要根据学习者不同的前知识水平来采取具体的措施以调节他们的认知负荷。

Moreno R．&Mayer R．E．的研究发现，前知识水平较高的学习者，背景音乐会提高他们的学习效果，高水平的前知识可以降低教学内容本身所引起的内部认知负荷。该研究还通过试验发现，个人对音乐的兴趣也会对研究结果产生一定的影响，如果背景音乐与学生的欣赏取向和教学信息的特点相适应，它就可以极大地增加学习者的相关认知负荷，从而对学习者的学习效果的提高产生积极的影响。

（二）认知负荷理论研究的进展及应用

20世纪90年代以来，认知负荷的研究对教学设计产生了深远的影响。特定目标效应、样例效应、图表效应、注意分散效应、冗余效应、感觉道效应是这一领域最新的研究成果。

特定目标效应及样例效应：Sweller认为，“特定目标效应”和“样例效应”是教学者学习材料设计的指导原则，它可以有效地引导学习者对工作记忆资源进行正确分配；当学习者学习或解决问题时，运用特定目标问题，以及采用样例学习，可使学习者整合多种信息资源，剔除学习材料的冗余信息，提高学习效率[6]。

冗余效应：1993 年，Bobis，Sweller和 Cooper在对小学生作折纸教学的实验研究中发现，将折纸流程画在文字解释的旁边，只看图形的学习者所花的学习时间较短[7]。依据冗余效应，在教学媒体设计时应避免呈现无关的或带有重复教学信息的媒体，以减少学习者的认知负荷。

分散注意力效应；学习者在理解包含两个或两个以上相关信息源的材料时，由于这些信息源相互所指且分布在材料的不同地方，学习者必须综合各个不同的信息源，不断在材料中重复“寻找—匹配”的过程[8]。这种频繁“搜索”不但分散了学习者的注意力，而且给工作记忆增加了工作负荷。目前，这一理论已被广泛应用于教学设计中，依据这一理论，教学设计者在教学设计中尽可能地整合材料中相互所指的部分，以减轻认知负荷。

三、减轻认知负荷的有效途径

（一）确定相应的学习目标

教学设计者应有效区分学习者的的知识水平和能力层次。在问题解决初期，应给低水平学习者呈现与其水平相适应的学习目标，帮助学习者形成认知图式。将学习者的注意力引向与学习有关的部分，从而减轻学习者的认知负荷，提高学习效率。对高水平学习者，应提供给他们更多自由发挥的空间，让他们探究多样的问题解决方法。

现代课堂中广泛运用的多媒体教学是学习者喜闻乐见的一种崭新的教学模式，网络环境的超媒体信息结构有利于个别化学习，学习者可以根据自己的情况，自定步调进行学习，满足学生的个别化需求，合理利用有限的认知资源。

（二）创设生动活泼的学习情境

作为教学设计者，要努力创造出接近真实任务的情境，帮助学生进行意义建构，情境应具有生动性、丰富性。生动活泼的学习情境能够帮助学习者在较为真实的情境中解决问题，引起学生持续探索的兴趣，唤醒学生长时记忆中的有关图式或知识，多角度、多侧面地认识和解释问题，完成对知识的意义建构。

网络学习环境能够提供更多的视觉信息来源，比如适度图片、视频等的输入，有利于创设轻松活泼的教学情境[9]。有利于激发学生的求知欲，调动学生思维的积极性和主动性，引发学生的认知努力，降低认知负荷。

（三）多媒体运用要适可而止

教学材料配以丰富的画面及动听的音乐在一定程度上丰富了教学情境，但过度使用则会给学习者增加大量的冗余信息，造成信息迷航，带来认知负担。由此，多媒体在教学中运用的关键不在于技术，而是对于内容本质的把握。因此，媒体运用应始终坚持为内容本质服务的原则，任何可能加重认知负荷且与学习无联系的因素都应该尽可能被避免，做到有的放矢，尽可能减轻学习者的认知负荷，最大限度地提高学习者的学习效率。

在进行多媒体软件设计时，应该从工作记忆容量的有限性出发，充分考虑学习者在学习过程中产生的认知负荷，选择有效的设计理念和设计方法，以发挥多媒体学习软件在学习中的优势，指导学习者进行有意义的学习。

（四）分化复杂学习任务

复杂认知任务的学习和执行受到有限的心理容量限制。任务越复杂，它就可能包括更多的子任务，加工的要求就越高。因此在学习综合性较强的知识之前，教学设计者有必要对复杂的学习任务进行适当的分化。分步实施，循序渐进。在学习者对基本知识熟悉和掌握到一定程度后再呈现复杂的任务，促进学习者对知识的建构。实验表明，对复杂任务的分化可以减轻认知负荷，有效地提高学习者的学习效率[10]。

四、结语

认知负荷理论提供了对认知过程、认知局限性与教学设计相整合的理论框架，如何在发挥新型教学手段优势的同时，抑制其消极影响，使其更好地为教与学服务，是亟待教育工作者解决的问题。CLT为我们展示了一个积极的发展前景，它丰富了教学设计的研究，也为实际教学工作提供了理论参考。但认知负荷理论作为一个全新的研究领域，还有很多方面尚需深化、完善。相信认知负荷理论依托认知心理学的研究成果和丰富的教学实践，将会越来越成熟，将会为教学提供越来越多的启示和思考。

[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]胡庆华，唐国华．减轻网络学习认知负荷的策略研究[J].教育学术月刊，2009(12).

[9]章明．视觉认知心理学[M]．上海：华东师范大学出版社，1991：171-173.

[10]吴先强，韦斯林．国外认知负荷理论与有效教学的研究进展及启示[J].全球教育展望,2009(2).

*本文系2009年江西省教育“十一五”规划课题“基于Web的PBL中减轻认知负荷的理论分析及策略研究”（09YB107）之阶段成果及南昌市科技局规划课题阶段成果。

唐国华/华东交通大学人文社会科学学院讲师

（责任编辑：张 斌）