不同认知负荷条件下儿童在拉丁方任务上的问题解决

陈雪梅 张丽

摘 要 本文探讨了时间限制和无时间限制两种认知负荷条件下儿童在难度不同的拉丁方任务上的问题解决成绩。结果表明：（1）认知负荷对儿童成绩的影响与任务难度有很大关系。（2）有些任务上年级和认知负荷存在一定的交互作用。

关键词 外在认知负荷 任务难度 拉丁方任务

中图分类号：G61 文献标识码：A

Children's Performance on Latin Square Task in Different Cognitive Load

CHEN Xuemei, ZHANG Li

( School of Psychology, Southwest University, Chongqing 400715)

Abstract This paper discusses the Latin Square tasks of different difficulty levels. We aimed to explore whether the influence of cognitive load on childrens performance related to the task difficulty. The cognitive load depended on whether the time to solve the tasks was restricted.

Key words extraneous cognitive load; task difficulty; Latin Square task.

1 问题提出

认知负荷概念主要来自Sweller①的认知负荷理论，指加工特定数量信息要求的“心理能量”的水平。Sweller认为，问题解决和学习过程中的各种认知加工活动均需消耗工作记忆资源，而我们的工作记忆资源是有限的，因此若所有活动所需的资源总量超过个体拥有的工作记忆资源总量，就会导致个体的问题解决与学习过程难以顺利完成。

根据认知负荷理论的观点，认知负荷有三种类型：即内在认知负荷、外在认知负荷和有效认知负荷。为了促进个体的学习和迁移，应该增加相关认知负荷，这可以通过让儿童进行多样化的练习、给予儿童有限的指导和反馈等方法实现。因为内在认知负荷不可改变，因此要促进认知活动的顺利进行，主要是降低外在认知负荷。降低外在认知负荷，能够提高有效认知负荷。那么哪些因素是外在认知负荷的来源呢？

以往有研究指出提供给个体的加工时间是认知负荷重要的参数，认知负荷与任务的加工时间呈反比，例如，Barrouillet等人②提出的基于时间的资源共享模型，就非常强调加工时间长短对认知负荷和工作记忆广度的影响。而其他人主张用加工时间来说明工作记忆广度的差异和年龄差异。Schweizer③的研究也表明，无时间限制条件下个体在推理任务上的成绩与在反应时任务上的成绩以及正确率有更大的相关。

需要思考的是，如果个体完成复杂性不同的任务，是否无时间限制总能降低认知负荷从而促进个体在任务上的成绩，这是本研究拟探讨的问题。我们将考察两种认知负荷条件下儿童在复杂性不同的拉丁方任务上的成绩是否存在差异。第一种条件下，强调儿童要既快又准确地完成任务，同时不给被试提供笔和纸，这时儿童的认知负荷较大，称为有时间限制条件。第二种条件下，指导语中明确指出强调正确率而不是强调反应时，同时给被试提供笔和纸，此条件下儿童的认知负荷较小，称为无时间限制条件。

2 研究对象与方法

2.1 被试

选取某普通小学2-5年级儿童共254名，其中二年级67人平均年龄8.07岁；三年级69人，平均年龄8.99岁；四年级57人，平均年龄10.00岁，五年级61人，平均年龄11.26岁。

2.2 测验任务

拉丁方任务指如何处理方格中的拉丁字母或数字排列方式，使每个字母或数字在每行每列都出现并且仅出现一次。本研究中，任务要求1，2，3，4四个数字在4?方格中的每行每列都要出现并且只能出现一次，让儿童根据已知方格中的数字推断某一未知方格中的数字是什么。我们设计了五种难度水平的任务。

2.3 研究程序

本研究是被试间设计，抽取的每个班级中一部分被试接受第一种认知负荷条件；另外一部分被试接受第一种认知负荷条件。具体施测时采取了小团体集体施测，每次施测15-20个儿童。正式施测前，进行练习。任务是在儿童的一次计算机课堂上施测的，两种认知负荷条件下儿童完成任务大约需要20-30分钟。

3 结果分析

分析了两种认知负荷条件下不同年级儿童在拉丁方任务上的成绩是否存在差异。以年级和认知负荷为自变量，儿童在拉丁方任务上的反应时为协变量，儿童在五类拉丁方任务上的成绩为因变量，进行多元方差分析。结果表明：

第一类任务上反应时对儿童的成绩有显著预测作用，F（1，245）=4.07，p＜0.05，认知负荷主效应、年级主效应和交互作用均不显著。

第二类任务上反应时对儿童的成绩没有显著预测作用，工作认知负荷主效应显著，F（1，245） = 4.26，p＜0.05，没有时间限制且给儿童提供纸笔的情况下儿童的成绩要差于有时间限制且不能用纸笔的情况下的成绩，年级主效应和交互作用均不显著。

第三类任务上反应时对儿童的成绩有显著预测作用，F（1，245） = 17.95，p＜0.001，年级主效应显著，F（3，245） = 2.93，p＜0.05，年级和认知负荷交互作用显著，F（3，245） = 2.89，p＜0.05。

第四类任务上反应时对儿童的成绩没有显著预测作用。认知负荷主效应显著，F（1，245） = 14.64，p＜0.001，年级和认知负荷交互作用显著，F（3，245） = 3.78，p＜0.01。

第五类任务上反应时对儿童的成绩没有显著预测作用，认知负荷主效应显著，F（1，245） = 5.38，p ＜0.05。没有时间限制且给儿童提供纸笔的情况下儿童的成绩要优于有时间限制且不能用纸笔的情况下的成绩。年级主效应也显著，F（3，245） = 6.36，p＜0.001。

4 讨论

本研究说明认知负荷对儿童成绩的影响和任务难度有很大关系。（1）认知负荷较小时有利于对较难任务的解决。（2）对于中等难度的任务，降低认知负荷未必有利于任务的解决。（3）对难度很小的任务，认知负荷的大小不影响其问题解决。认知负荷理论最关注的就是如何降低认知负荷，以促进对复杂性较大的任务的解决。然而，对于中等复杂性的任务，降低认知负荷，成绩反而降低。其原因可能是对于中等难度的任务，通过给儿童提供无时间限制和提供纸笔的条件来降低认知负荷，可能增加了所谓的外在认知负荷，因而干扰了儿童对问题的解决。年级和认知负荷条件的交互作用，也与任务难度有关。因为随着年级的增长，儿童的工作记忆能力不断提高，原先复杂的任务对儿童来讲就不再复杂，因此儿童年龄较小时降低认知负荷可能其成绩有很大提高，但随着儿童年龄的增长，认知负荷的大小对儿童的成绩将不会有影响。

概括来讲，本研究的启示在于，认知负荷的影响与任务的复杂性有很大关系。复杂性较大的任务，内在认知负荷比较高，这时降低外在认知负荷十分重要，而如果复杂性较小的任务，内在认知负荷很低，即使外在负荷较高，个体也有足够的工作记忆资源，因此这时降低外在认知负荷的重要性并不是很大。不过有趣的是，对于中等难度的任务，认知负荷的大小对其影响如何呢？本研究中中等难度的任务在认知负荷较小时成绩反而出现下降，原因可能是降低时间带来的认知负荷时反而增加了其他的外在认知负荷。这意味着什么是需要降低的外在认知负荷，什么是需要增加的有效认知负荷并不是固定不变的，与任务特点也有关系，而且也可能与具体的情境有关，将来的研究可以对此进行探讨。

注释

① Sweller, J. Cognitive load during problem solving: Effects on learning [J]. Cognitive Science, 1988, 12: 257-285.

② Barrouillet, P., & Camos, V. Developmental increase in working memory span: Resource sharing or temporal decay? [J]. Journal of Memory and Language,2001.45(1):1-20.

[3] Schweizer, K. The speed-accuracy transition due to task complexity. Intelligence,1996.22:115- 128.