浅谈认知负荷理论对于样例学习的指导性作用

班宇威

摘 要：认知负荷理论多年来对教学起着重要的指导作用，它为样例学习提供了认知方面的理论支撑，也对样例的设计提出了一定要求。根据其内部成分的互动性，即联系的紧密程度，学习材料也被进行了新的划分，深入探讨了教学中的学习者、学习材料和教学手段之间的联系。作者在此对认知负荷理论及其近年的发展做了介绍，并对该理论做了简要评述。

关键词：样例学习；样例设计；认知负荷；成分互动

【中图分类号】G 【文献标识码】B 【文章编号】1008-1216（2017）12B-0051-02

认知负荷，就是指人在加工信息时，学习材料本身对学习者工作记忆资源的占用量。该理论认为，能够使信息在长时记忆中存储是教学的主要功能。为了使学习者在学习过程中学习产生较低的认知负荷，达到更好的学习效果，教学材料与学习的制作必须要遵循一定的规则。样例学习也就是通过带有解题过程和结果的例子进行学习。

一、学习材料的类型

认知负荷理论认为，学习材料的类型直接影响着学习时所需的认知资源，有效的学习材料会将学习者的认知资源指向学习活动，从而促进学习。据此，认知心理学家斯威勒根据学习材料的复杂性将其划分为“低成分互动”材料和“高成分互动”材料。“成分互动”是指加工学习材料的每一个元素时是否需要其他元素的参与。对于不同组成成分的材料，学习者的加工方式和产生的认知负荷也不同。

（一）低成分互动材料

所谓低成分互动的学习材料，就是指那些在学习时可以单独进行加工，而不需要其他的相关知识参与的材料。这种材料在学习时产生的认知负荷相对较小。例如，英文单词、日语的假名以及独立的几何图形，都属于低成分互动材料。在学习某一个英文单词时，只需要掌握这个单词的拼写与意义，并不需要考虑其他单词。所以，这种材料只要求学习者进行即时性加工。从单一的成分来看，这种材料是学生较容易掌握的类型，然而这种材料往往属于一个较大的群体，学生很难掌握该群体中的大量元素。在学习日语时，掌握单一的平假名“あ”很容易，而学习全部的平假名和片假名则经常容易混淆。这种对于某种低成分互动材料群体的学习，涉及的是工作记忆以外的长时记忆，它需要长期、大量的练习才能够稳定地保持在长时记忆中。

（二）高成分互动材料

高成分互动材料中包含了较多的元素，且元素之间相互联系。学生在学习时必须掌握该材料的所有元素才能够达到学习目的。例如，学习一个物理公式，学生必须了解公式左边和公式右边各个符号或字母的意义，一旦哪个符号或字母没有理解，就会导致公式学习效果不佳甚至失败。学习者只有同时加工高成分互动材料的所有元素才能够达到学习效果，故其与低成分互动的材料相比会对工作记忆产生较高的认知负荷。所以，初学者在学习高成分互动材料时较为困难，而对于那些熟悉该知识的学生来说，他们的长时记忆中存储着大量的图式，即使同时加工学习材料也不会产生过高的认知负荷。就像学生掌握了物理公式中每一个字母所代表的意义，就只需要理解这些字母之间的关系就能够达到学习目的，这种熟悉相关知识的人对该知识的学习并不会占用大量的认知资源。也就是说，熟悉的高成分互动材料并不会使学习者产生过高的认知负荷。

二、认知负荷的类型

认知负荷可以分为外在认知负荷、内在认知负荷和相关认知负荷。不同的认知负荷有着不同的来源和影响。研究学生学习时的各类认知负荷情况，可以促使教师设计并使用更加有效的教学手段、教学程序及教学材料。

（一）外在认知负荷

外在认知负荷对学习产生阻碍作用。如果在教学设计中，教学内容的组织和呈现方式使外在认知负荷超过学生的认知资源总量，便会影响学生对知识的学习。

已有研究证明，样例学习可以有效地降低外在认知负荷，是良好的教学方式。学习过程中的指导信息最初会增加有效认知负荷，学习效果较好，不过随着学习的不断深入，这些指导信息会变成冗余信息，将增加无效的认知负荷，阻碍学习效率。初学者在学习初期需要更多的指导性信息来提高学习效果，而在他们掌握了较多的相关知识、成为该知识的“专家”后，较多的指导信息则会降低学习效果。这使得具有较多相关知识的学习者产生了一种“专长逆转效应”。这是由于在教学过程中没有考虑学生自身的相关知识水平，而采取了过多的指导使其产生了较高的外在认知负荷。外在认知负荷的升高，增加了学生工作记忆的负担，降低了学习效果。

（二）内在认知负荷

内在认知负荷是学习材料本身和学习者相关知识的交互作用所引起的认知负荷。教学方法和程序不能对它产生影响。也就是说，相比于有着丰富的相关知识的“专家”来说，“新手”学习同样复杂程度的材料会产生较多的内在认知负荷。

以往的研究发现，通过样例学习材料学习知识，新手也能够产生良好的学习效果。这证明样例学习可以有效降低新手学习新知识时的认知负荷。而对于那些有着较多的相关知识的“专家”来说，这种方法的有效性可能会降低，甚至产生负面的学习效果。这就对样例的设计提出了“因材施教”的要求，教师应该对于相关知识不丰富的学生提供相对丰富的指导信息，而对那些相关知识丰富的学生应减少信息指导来避免超过其内在认知负荷。

（三）相关认知负荷

相关认知负荷不同于内在认知负荷。它是指在学习过程中，由学习材料的组织和呈现方式引起的有利于学习的认知负荷。如果说外在认知负荷会阻碍学习，那么相关认知负荷则会促进学习。外在认知负荷使工作记忆资源参与了知识的识别与匹配，不利于图式，即关于新知识的认知结构的建构和自动化，而相关认知负荷有助于使更多的认知资源投入到图式的获取和自动化中。

外在认知负荷和相关认知负荷都取决于设计教学程序的人，那么，为了促进学习，必须使用恰当的教学材料，应用合适的呈现方式，达到在降低外在认知负荷，增加相关认知负荷的同时，又不超过学习者本身能够承受的认知负荷。

样例学习材料通过“解释”和“标记”等方法促进了学习者对学习材料的注意和加工，从而提高了学习者的相关认知负荷，有效达到了学习目的。

三、结束语

认知负荷理论的提出，对样例的设计提出了要求，也为样例学习提供了与认知相关的理论支撑。它要求设计样例时最大限度地降低阻碍学习的外在认知负荷，优化促进学习的相关认知负荷，使学习者有效地利用有限的认知资源。

认知负荷理论解释了样例学习的基本条件，学习者自身内在条件：具体表现在认知资源总量和知识基础水平；样例学习的外在条件：具体表现在学习材料的复杂程度、材料的组织与呈现等。任何一个理论衍生的应用往往都会验证原理论，但认知资源理论不仅仅验证了原理论，还验证了许多认知心理学的观点。例如，图式的获得，工作记忆和长时记忆的区别等。认知负荷理论指导我们运用认知心理学的原理来设计更合理高效的教学材料和教学手段。

认知负荷理论虽然以认知心理学的知识为基础，但它并没有回答样例学习的认知过程问题，所以它是一个条件性理论。值得注意的是，虽然学习的确会产生认知負荷，但是这种负荷在研究之处难以直接测量，只能用一些指标去描述它，如工作记忆中需要处理的元素数量，即学习材料的复杂程度，以及解决方案的数量等。但这些指标并不能够准确地说明在学习过程中具体产生了多少负荷。而最近几年提出的利用脑电技术来测量认知负荷的手段，则较为直观可靠。相信随着心理学技术手段的发展，各类型的认知负荷都能够得以直接测量。从而可以真正直观地研究学习时产生的真实负荷。这将对学习研究、样例学习研究等有着极大的促进。

参考文献：

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[2]庞维国.认知负荷理论及其教学涵义[J].当代教育科学，2011，（12）.

[3]程志，周铁.基于认知负荷理论的教学媒体设计[J].现代教育技术，2008，（11）.