论认知负荷理论及其对成人学习的启示

○周金凤 胡水星

认知负荷理论（Cognitive Load Theory，CLT）是对教学有重要指导作用的心理学理论，自20世纪90年代开始就受到了国内外众多学者的广泛关注。近些年来，认知负荷理论对当前的课程发展提供了一定的指导作用。其多数研究应用于认知负荷难度相对较大的理工科课程的教学设计中，如数学、物理；而少数研究则应用于认知负荷难度相对较小的社会科学的教学设计，如语文、历史。随着中国高等教育信息化2.0时代的来临，认知负荷理论的发展趋势、运用重点和发展方向也引起了更多研究者的重视。在第十一届全球认知负荷理论会议上，如何在智慧时代更好地利用认知负荷理论进行新的教学模式的教学设计就成了中外研究者们热切探讨的对象。认知负荷理论在智慧教育时代的运用重点主要体现在学生自主学习、游戏化学习、沉浸式学习、移动学习和基于计算机的模拟学习等方面［1］。除此以外，认知负荷理论也逐渐应用于非教育领域，如智慧健康领域，而在教育领域的成人学习方面论述较少。笔者认为一方面是由于成人学习群体复杂，另一方面是由于成人学习的知识庞杂。但成人学习群体具有丰富的先前学习经验、明显的自我概念和强烈的学习需求。将认知负荷理论应用于成人学习领域，有利于成人学习群体所面临的共同问题的改善，提高学习效益。

一、认知负荷理论的概述

“负荷”一词最初来源于物理领域，指的是动力装置、机械设备在特定情况下所承受的工作总量。“认知负荷”最先出现于心理学领域，也称“心理负荷”。认知负荷理论在1988年被澳大利亚认知心理学家Sweller首次提出，随后成为教育领域教学设计与学习观念转变的重要指导理论。认知负荷理论受早期学习理论的影响，科学解释了人类学习过程中知识整合以及内化的过程。

（一）认知负荷理论的内涵

Sweller从人的认知心理出发把认知负荷定义为：在一个特定的作业时间段内，外界或个人施加于个体认知系统的心理活动总量［2］。在教育心理学领域可以将认知负荷理解为学习者在学习时，外界或个人施加于学习者信息加工系统的心理活动总量。为了便于研究，Sweller以资源有限理论和图式理论为基础，从资源分配的角度出发考察认知负荷，把认知负荷划分成了三种类型，即内在认知负荷、外在认知负荷和相关认知负荷。

内在认知负荷指的是学习过程中由学习材料本身的难易程度引起的认知负荷。影响内在认知负荷的因素主要有两个，一是学习材料本身的性质，二是学习者自身的特点。内在认知负荷不仅具有客观性，也具有主体性。客观性指的是学习材料本身的难易程度，一般认为学习材料如果是由可以被单独理解的不同信息源组成的，那么就认为该材料具有低元素互动性，相应的能引起的内在认知负荷也较低；反之，如果学习材料不能被单独理解，而是需要建立在已有的知识基础之上，那么就认为该材料具有高元素互动性，相应的能引起的内在认知负荷也较高［3］。同样一份学习材料，对于经验基础不同的学习者来说，能引起的内在认知负荷也不一样，称其为内在认知负荷的主体性。例如，同样是学习python语言，有计算机基础并且善于将已有的知识经验与即将学习的材料之间建立起有意义联系的学习者学习新的语言就会比一般学习者（即没有先前知识经验的学习者）掌握这门语言更简单。学习材料本身对应于内在认知负荷的客观性，这一点对于教学设计者而言很难改变。学习者的特点对应于内在认知负荷的主体性，这一点教学设计者也无法在短时间内改变。但是通过将学习者已有的经验基础与学习材料之间建立起有利于学习者长时记忆信息储备量的有意义联系，学习者对学习内容的掌握程度就会达到比较高的状态［4］。

外在认知负荷指的是学习过程中由不良的学习方式、教学设计带来的学习干扰所引起的认知负荷。影响外在认知负荷的因素主要有学习材料的组织与呈现形式，包括学习过程中使用的信息传递渠道不畅通、采用的教学设计不恰当，学习的知识呈现结构逻辑不清晰等［5］。外在认知负荷也称无关认知负荷，是在学习过程中可以避免的一种认知负荷。学习者依据自身的认知风格和学习材料的类型等因素，选择知识组织与呈现的合理形式，有利于学习者在学习过程中外在认知负荷的降低。

相关认知负荷指的是学习过程中由优化的学习策略引起的认知负荷。该负荷的影响因素与外在认知负荷类似，但该负荷的存在与外在认知负荷的作用刚好相反。相关认知负荷的存在有利于学习者学习效率的提升，可以帮助学习者构建长时记忆外部关联要素，是知识内化与迁移的必要途径，也是通常说的学习过程。提高相关认知负荷的方法有很多，比如学习方式的创新、学习动机的提升、元认知策略的学习等。相关认知负荷的存在可以更好地促进学习者认知活动的顺利进行和材料的有效学习。

（二）认知负荷理论的学习观

以资源有限理论为基础，认知负荷理论认为，学习者在学习过程中的认知资源是有限的，因而在学习过程中能承受的认知负荷也是恒定的。以图式理论为基础，认知负荷理论认为，学习者的认知系统是由一张张图式构成的，新的知识只有被纳入原有的图式中，才能称其为有意义的学习，学习的过程就是图式不断同化顺应与平衡的过程。以建构主义为基础，认知负荷理论认为，学习是学习者头脑中经验的再改造，学习的过程是动态变化的过程，学习过程中所承受的认知负荷也在不断地变化。学习的初期阶段，对于一份简单的学习资料，学习者也存在较大的认知负荷；在学习的后期，对于一份结构复杂的学习资料，学习者也能比较轻松地掌握。这就是为什么古人常说“万事开头难”。根据认知负荷理论的学习观，可以较好地解释为什么有的学习无效，即当所学知识超过了学习者能承受的最大认知负荷，此时的学习就属于无效学习；同时也可以在一定程度上解释，为什么专家对其所在领域的学习比普通学习者的学习要高效与深入，即专家在该领域已具备丰富的图式基础，在基础知识的学习过程中就会使用比普通人较少的认知资源，因而产生的认知负荷也会较小，专家会将更多的认知资源投入更深层面的学习中，因此专家的学习会更加高效与深入。基于上述分析，根据认知负荷理论，可以归纳认知负荷理论倡导的学习观为：（1）总的认知资源是有限的，通过减少外部认知负荷，提高相关认知负荷有利于学习者的学习；（2）在学习者已有知识经验基础上的学习会更加高效；（3）学习是动态变化的过程，学习过程中利用元认知及时调整资源分配有利于学习者学习；（4）相关认知负荷的提高，有利于学习者长时记忆的构建，有利于实现有意义的学习。

（三）认知负荷理论在教育中的应用

近年来，认知负荷理论逐渐成为教学设计中的主导理论之一。越来越多的研究者开始从不同的角度出发研究认知负荷理论对教学与学习的影响，并基于认知负荷理论提出能提高教育教学效果与学习效率的相应策略。学者樊卫宾等人从学科教学角度出发探讨认知负荷理论的影响因素，指出只有在深入分析影响学生三类认知负荷的基础上进行相关教学设计，才有助于达成教师期待的教学效果、学生满意的学习结果，并在此基础上提出了9条教学设计策略［6］。翻转课堂作为一种全新的教学模式的出现，打破了传统教学步骤，颠倒了传统学习顺序，为研究者们带来了许多新的机遇与挑战，如何基于翻转课堂进行有效的教学设计成为研究者们探讨的焦点。学者赵东华在深入分析青年学习者的认知负荷特性、来源及其工作原理的基础上，从创新翻转课堂教学模式设计角度出发，提出了三条认知负荷理论对教学顺序颠倒的翻转课堂教学设计的效应启示及发展战略［4］。也有研究者从硬件出发，探讨认知负荷理论带来的相关设计启示。信息系统作为教育教学的硬件辅助工具，探讨其设计模式对于教育教学领域具有一定的进步意义。学者谭旸等人详细梳理了认知负荷理论在新时代信息系统研究领域中的文献，概括出目前认知负荷理论在信息系统研究领域中的应用主要有信息系统设计研究、信息检索研究和信息系统效能评估3个方面。并且指出目前在这方面的研究存在“研究范围不够广泛”“缺少对三类认知负荷的分别定量研究”的问题，将来的研究范围可以在拓展到应用认知负荷理论进行各类信息系统研究情景的设计、探索更多种类的信息检索工具与用户的认知负荷的关系以及研究用来降低用户的认知负荷的辅助工具等［7］。物理学习环境是硬件设施的另一方面，同样是教学有效性的影响因素。研究者焕彩熙等人从物理学习环境角度出发，研究了其对认知负荷的影响，认为它是教学是否具有有效性的决定性因素，同时对帕斯和范梅里恩伯尔20年前提出的“认知负荷模型”进行了发展，提出将物理学习环境因素独立出来看成是与学习任务特征、学习者特征以及将两者结合后产生互动并列为影响学习者认知负荷的第四大影响因素，并提出通过管理学习者的物理学习环境，管理学习者的认知负荷，从而提高教育教学效果［8］。随着教育信息化2.0时代的到来，微课逐渐盛行。学者张晓军等人从认知负荷理论视角出发，分析了微课学习过程中学习者产生的认知负荷情况，并结合大量实例分析，同时在实践中检验了降低内在认知负荷、外在认知负荷，以及提高相关认知负荷的策略和方法，提出在微课设计中关于认知负荷的研究有助于促进微课设计模式的更迭与创新［9］。

综上所述，认知负荷理论为学者们在教学设计过程中如何合理有效地设计教学策略、善用技术工具、提高学习者学习效果、促进最高教学目标的实现提供了良好的思路。本文从认知负荷理论出发，结合成人学习特点，提出针对成人学习者的学习方法，以期最大程度提高成人学生的学习成果。

二、成人学习的特点

1968年，MalcolmKnowle教授提出了用来区别传统学校面向青少年儿童的成人教育学。认为不同于传统校园中青少年儿童的学习，成人学习者的先前经验更加丰富、自我概念意识更加明显、对学习需求的意识更加强烈。对成人学习者特点的研究有利于促进成人学习者的学习，落实终身教育理念，构建学习型社会。

（一）学习者的先前经验更加丰富

经验是活的教科书，是学习的重要基础。建构主义的学习观认为只有建立在已有知识经验基础上的学习才是有意义的学习，新知识的生长应该以学习者的先前知识经验为重要基础与必要前提。与传统学校的青少年儿童学习者相比，由于年龄、经历、经验的增长，成人学习者的先前学习经验更加丰富。成人学习者的先前经验不仅是对其先前生活、学习经历的总结，也是后续学习的重要铺垫。成人学习者的先前经验为其在大脑中构建了丰富的学习图式，后续的学习就是图式的不断顺应与同化，就是连续不断的经验构建与再构建的过程，经验是成人学习过程中不可或缺的先决条件［6］。

（二）学习者的自我概念意识明显

自我概念指的是学习者对自身状态的感知。它包括学习者通过自身经验、反思以及他人提供的反馈，逐步加深对自身各种情况的了解。学习者的自我概念意识明显指的是，相较于传统学校的青少年儿童学习者而言，成人学习者会更加关注自己的学习状态。它体现在成人学习者会主动地分析自身的学习需求、设定合理的学习目标、选择科学的学习方法、制订严密的学习计划并有效评估学习结果及时做出调整［10］。相对于青少年儿童学习者，成人学习者无论是否能够得到教师或其他学习者的支持，对于自身所需要学习的内容都有一定判断，能针对自身的学习情况，及时做出科学合理的评估，发现自身在学习中存在的不足，从而主动寻求相应的调整策略，更好地完成学习任务。

（三）学习者对学习需求的意识强烈

学习需求指的是学习者的学习动机。相对于青少年儿童学习者，成人学习者的学习动机更加强烈。成人学习通常是围绕问题的学习，而非围绕学科的学习。问题是成人学习的核心，在学习过程中，成人学习者既丰富了自身的学科理论与解决问题的能力，也满足了其解决实际问题的需求［11］。这表明成人学习通常是任务驱动式的学习，与学习者自身的社会背景和面临的工作任务有很大联系，对于学习结果的期望也更具体。明确的学习目标、具体的学习结果、强烈的学习需求，促使成人学习者具备更强烈的学习动机，从而更好地掌握学习内容。

三、认知负荷理论对成人学习的启示

认知负荷理论强调资源的合理分配与图式的有效构建。资源的合理分配具体指的是减少外部认知负荷，提高相关认知负荷，从而促进学习者长时记忆的构建；图式指的就是学习者的已有知识经验基础，图式的有效构建具体指的是学习者在已有基础与新的学习材料之间架起一座桥梁。成人学习者不同于一般意义上的学习者，相对于一般意义上的学习者，成人学习者具有更丰富的社会与生活经验——图式丰富，同时也面临更多的学习干扰因素——外部认知负荷，因此认知负荷理论不仅适用于K12教学中教师的学科教学改革，同样也可以为成人学习者提供更多的学习指导意见。

（一）基于强烈的学习需求，科学判断认知水平，降低内在认知负荷

内在认知负荷指的是由材料本身的难度引起的认知负荷，它无法消除，是学习者学习过程中必须克服的挑战。成人学习者与传统学习者相比，自我概念意识更加明显，可以根据自己的学习需求和个人学习能力选择更切合自己学习习惯的学习方式和学习内容，因此科学认识成人学习者的认知水平，选择难度适中的学习材料，是学习事半功倍的关键。一般认为，一份考试试题如果答卷者只能答对百分之五十，那么这份试卷难度就过高；如果能答对百分之九十，那么这份试卷难度就过低，一般认为，答卷者能答对百分之八十的题目的试卷最为科学，此次评价也最能发挥诊断、激励和导向的作用。同样，学习任务的制定也是如此。正如维果斯基所说：教学应走在学生最低发展水平与最高发展水平之间，即落在最近发展区之内。成人学习者只有科学判断自身的认知水平，才能选择合适的学习内容，继而在学习时运用适当的心理努力，承担刚好能接受的内在认知负荷材料，达到最大的学习绩效水平。

学习者在学习时的认知资源总量是有限的，因此通过降低内在认知负荷，有利于学习者把更多的认知资源用来对抗相关认知负荷，从而有利于长时记忆的构建和有意义学习的发生。对于成人学习者来说，他们已经具备强烈的学习需求，因此，为成人学习者设计教学资源的教师就要尽可能减少学习动机的设计，应将设计重点放在帮助成人学习者科学判断自己的认知水平上，帮助其选择适合自己的学习资料。例如，对于学习经验丰富的成人学习者，应该推荐元素互动性较高的学习材料，这有利于学习者进行深度学习；对于某方面知识欠缺的成人学习者，学习材料所包含的元素互动性较低更有利于学习者的学习，有利于拓宽学习者的视野、夯实学习者的学习基础。

成人学习者常采用的学习方式包括函授学习、培训学习和视频在线学习等。函授学习更多的是为了学历提升的需要，培训学习更多的是为了工作的需要，视频在线学习更具个性化，它可能是出于兴趣拓展，也可能是出于能力的提升。无论哪一种，成人学习者的目的都是确定的，尽管不尽相同。因此，这就启示成人教师无需再对课程内容的重要性进行强调，以节省成人学习者的认知资源。成人学习者尽管已具备强烈的学习需求，但是不一定每一个成人学习者都能找到适合自己的学习材料。因此无论是函授教学、培训教学还是视频在线教学，教学设计者们都应该考虑到一点：教给学习者判断自我认知水平的方法。只有基于对自我认知水平的科学判断，学习者才能选择适合自己的学习材料，让自己的已有经验与学习材料之间建立更多的有意义的联系，从而降低内在认知负荷，使更多的认知资源投入到相关认知负荷。这一点在成人学习者群体中更为突出，因为成人学习群体相比于青少年学习群体，无论是生理还是心理都表现出更大的学习障碍。这也是为什么古人常说“学习要趁早”。教学设计者通过有效的教学设计，呈现丰富多彩的教学材料，提供成人学习者科学判断自我认知水平的方法，从而使成人学习者选择适合自身学习的材料，有利于降低成人学习时产生的内在认知负荷，促进成人学习者的有效学习，落实终身学习理念。

（二）基于丰富的学习经验，合理组织学习资源，减少外在认知负荷

外在认知负荷也称无关认知负荷，是学习材料组织不当或学习者采用不当的学习方式产生的额外的认知负荷，是学习者在学习过程中需要尽力减少的认知负荷。根据斯威勒的认知负荷理论，学习者在认知过程中能承担的总的认知负荷量是不变的，因此只有减少外在认知负荷，才能承担更多的内在认知负荷和相关认知负荷，继而最大限度地提高学习者的学习绩效。成人学习者与传统的学校学习者相比，学习具备更大的自由度，可以自行选择学习时间、学习地点、学习内容、学习方式，因此成人学习者也更能根据自身的认知水平和学习偏好方式，把学习资源整合成更适合自己的形式。然而，当今时代，快节奏的生活方式伴随着快节奏的学习方式，很多成人学习者利用网络资源，直接开展学习，并未考虑到学习资源的有效整合，学习效果也常常不如传统学习好。因此，面对泛在学习时代的到来，成人学习者更要意识到根据自身的认知风格和学习偏好合理组织收集到的学习资源，才能有效减少外在认知负荷，增加内在认知负荷和相关认知负荷承担水平，提高学习绩效。

教学设计者在这一方面除了是学习资源的提供者以外，也承担着学习促进者的角色。基于成人学习者丰富的学习经验、多样的认知风格、独特的认知偏好，教学设计者们应设计更为丰富的教学资源。只有教学资源足够丰富，成人学习者才能选择对于自己更有针对性的学习资源。例如，要分别考虑程序性知识和陈述性知识的相关教学设计。对于同一个知识点，要考虑基于先前知识经验的教学设计和提供先前概念的教学设计。这样设计的教学资源才更具有大众化的特点，既符合已有知识经验基础的专家学习者的学习，又符合没有先前概念的新手学习者学习。

总之，成人学习者相比于青少年学习者而言，尽管随着年龄的增加，流体智力在逐步下降，但是晶体智力在逐步上升。丰富的学习经验使得成人学习者大脑中已存在丰富的图式，尽管大部分图式可能与当前所学知识没有直接联系。但是根据建构主义的学习观点，学习就是学习者头脑中经验的再改造，也就是说，同样的一份学习资料对于成人学习者来说，具有比青年学习者更大的学习区别，从而产生更大的学习结果差距。因此，教学设计者要更加注重学习资源的多元化设计，成人学习者也要基于自身丰富的学习经验，合理有效地组织学习资源，从而最大限度地避免外在认知负荷的产生，将更多的认知资源分配给内在认知负荷和相关认知负荷——内在认知负荷有利于学习者间接经验的学习，相关认知负荷有利于学习者直接经验的掌握。

（三）基于明显的自我概念，善于利用学习策略，提升相关认知负荷

相关认知负荷指的是学习过程中由优化的学习策略引起的认知负荷，是学习过程中需要大力提升的认知负荷，相关认知负荷的提升有利于学习者学习绩效的提升。通常认为内在认知负荷和学习内容相关，相关认知负荷和学习策略相关。增加内在认知负荷，有利于学习结果的提升；增加相关认知负荷，有利于学习迁移水平的提升。成人所学内容是基于自身的学习需要，因此学习迁移水平的提升比学习结果的提升更加重要。换言之，成人的学习应该更加灵活。另一方面，成人学习时间远不如传统学校学习者学习时间充裕，因此通过利用学习策略学习，进而提升成人学习者的外在认知负荷，有利于成人学习迁移水平的提升，从而更加适应成人学习的需求。

已有研究曾经针对学习者的学习特点提出了大量的学习策略。例如，选取合适的样例学习比基于问题学习的手段更有利于学习者对新知识点的掌握，但是样例学习这一学习策略只在学习的初期阶段有效，当学习者成为某一领域的专家时，样例效应又会带来熟悉逆转效应；利用多通道的学习比利用单通道的学习更有利于学习者学习绩效的提高，已有的通道研究包括视觉通道、听觉通道，近些年来随着虚拟学习技术的发展又提出了触觉通道，多通道学习的原理假设的是学习者进行认知加工的通道是分离的，每个通道占有的认知资源也是独立的，通过多通道进行认知加工，有利于认知资源的最大化使用；减少冗余信息也是一种较好的学习策略，它的原理是降低外在认知负荷；另外还有一些学习策略是通过对知识的加工，例如利用图表呈现学习材料比利用文字呈现学习材料更有利于大部分学习者的学习，理解性记忆知识比刻板记忆知识更有利于知识的长时储存。

青少年学习者在学习之初，教师就会教授相关的学习策略，以便学习者开启更好的学习体验之旅，到达更高的学习目的地。但是，青少年学习者的自我概念不强，很少有学生会关注到自己的学习状态，例如选择的学习材料是否适合，调用的学习策略是否恰当。因此，他们对于相关认知负荷的提高仅停留在教师输出的层面，即教师教什么，他们就会学什么。成人学习者则不同。他们具有明显的自我概念，能通过自身以及外界的反馈及时察觉到自身学习状态的细微变化。相比于青少年学习者，他们在自己以往的学习历程中就已经掌握了大量的具有普适性的学习策略。针对当下的学习，成人学习者更应该关注到的是针对特定知识的学习策略以及更切合当下自身学习状态的学习策略的掌握。因此，教学设计者们在设计课程的时候，也应该因地制宜、量体裁衣，推出适合成人学习者学习特点的学习策略。例如，成人学习者的学习地点分散、学习时间不集中，那么针对成人的学习材料就要更加凝练，学习方式就要更加多元，学习地点就要更加灵活，学习时间就要更加机动。例如，可以采用短视频学习、微信推文学习、社群学习等。总而言之，成人学习者面临比青少年儿童更大的学习压力，基于明显的自我概念，善于利用学习策略，提升相关认知负荷，才能最大化地提升学习者的学习效率，达到“低投入，高回报”的学习效果。

成人学习者相比于传统的学校学习者具备更加丰富的先前经验，即学习基础强大或者学习干扰更大；更明显的自我概念，即更强大的元认知能力或更凸显的学习压力；更强烈的学习需求，即更强的学习动机。这些特点一方面有利于成人的学习，一方面也会阻碍成人的学习。只有科学地认识这些特点所伴随的认知负荷，妥当处理好内在认知负荷、外在认知负荷、相关认知负荷之间的关系，通过科学判断认知水平、合理组织学习资源、善于利用学习策略，成人学习者才能化劣势为优势，最大限度地提升学习绩效水平和学习迁移水平，适应终身学习社会。