學(xué)術(shù)交流 2009-03-07 20:04:28 閱讀50 評(píng)論0 字號(hào)：大中小
摘要：在闡述認(rèn)知負(fù)荷理論的基本觀點(diǎn)基礎(chǔ)上，分析了教學(xué)中學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷的結(jié)構(gòu)，從提高課堂教學(xué)效果的角度，對(duì)優(yōu)化教學(xué)中學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷結(jié)構(gòu)提出了具體的建議：控制內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷；降低外在認(rèn)知負(fù)荷；提高相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷。
關(guān)鍵詞：認(rèn)知負(fù)荷理論 認(rèn)知負(fù)荷結(jié)構(gòu) 課堂教學(xué)效果 教學(xué)設(shè)計(jì)
1988年，澳大利亞新南威爾士大學(xué)的心理學(xué)家J.Sweller在現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)研究成果的基礎(chǔ)上，從認(rèn)知資源分配的角度正式提出“認(rèn)知負(fù)荷理論”（Cognitive Load Theory，簡(jiǎn)稱CLT）。隨后認(rèn)知負(fù)荷理論開始在實(shí)踐教學(xué)領(lǐng)域被廣泛研究，并取得了一定的研究成果。諸多研究證明，認(rèn)知負(fù)荷理論為研究教學(xué)過程中的認(rèn)知處理提供了一種新的理論框架，對(duì)教學(xué)實(shí)踐具有極其現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。正如Alexander (1997)所論證,認(rèn)知負(fù)荷被看作是教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要因素,教學(xué)活動(dòng)是否有效取決于(或部分取決于)它能否減少不必要的認(rèn)知負(fù)荷。[1]
一、認(rèn)知負(fù)荷理論的基本觀點(diǎn)
認(rèn)知負(fù)荷理論是基于人腦工作記憶（working memory）的有限性發(fā)展起來的。在人的信息加工系統(tǒng)中，短時(shí)記憶(short-term Memory )是一種工作記憶，主要處理從感覺記憶(sensory memory)和長(zhǎng)時(shí)記憶(long-term memory)中提取出來的信息，在整個(gè)信息加工系統(tǒng)中起著支配信息加工系統(tǒng)中信息流的作用，對(duì)認(rèn)知活動(dòng)的順利開展有著至關(guān)重要的作用。認(rèn)知負(fù)荷理論十分關(guān)注學(xué)習(xí)過程中的工作記憶的作用，其基本觀點(diǎn)可概括為：（1）工作記憶的容量是極其有限的，長(zhǎng)時(shí)記憶的容量在本質(zhì)上是無限的，所有的信息在進(jìn)入長(zhǎng)時(shí)記憶之前，必須在工作記憶中進(jìn)行信息加工；（2）學(xué)習(xí)過程要求將工作記憶積極地用于理解(和處理)材料并對(duì)即將習(xí)得的信息進(jìn)行編碼以儲(chǔ)存在長(zhǎng)時(shí)記憶中；（3）如果學(xué)習(xí)者所要加工的信息容量超出了學(xué)習(xí)者的工作記憶所能加工的信息容量，那么學(xué)習(xí)將變得無效。在此基礎(chǔ)上，J.Sweller等人認(rèn)為，問題解決和學(xué)習(xí)過程中的各種認(rèn)知加工活動(dòng)均需消耗認(rèn)知資源，產(chǎn)生一定的認(rèn)知負(fù)荷，若所有活動(dòng)所需的資源總量超過了工作記憶的容量，就會(huì)引起資源分配的不足，從而影響個(gè)體學(xué)習(xí)或問題解決的效率，這種情況被稱為認(rèn)知超載(cognitive overload)。
二、認(rèn)知負(fù)荷的概念及其結(jié)構(gòu)
自20世紀(jì)80年代認(rèn)知負(fù)荷理論問世以來,人們對(duì)認(rèn)知負(fù)荷(cognitive load)概念的理解一直是眾說紛紜。如Cooper(1990)認(rèn)為認(rèn)知負(fù)荷是指加工特定數(shù)量信息所要求的心理能量水平；J.Sweller等（1998）認(rèn)為認(rèn)知負(fù)荷就是將特定工作加之于學(xué)習(xí)者認(rèn)知系統(tǒng)時(shí)所產(chǎn)生的負(fù)荷；辛自強(qiáng)等（2002)認(rèn)為認(rèn)知負(fù)荷可被視作是加工特定數(shù)量信息所要求的腦力勞動(dòng),隨著加工的信息數(shù)量的增加,認(rèn)知負(fù)荷也增加；林崇德等(2005)認(rèn)為認(rèn)知負(fù)荷指的是一個(gè)事例中智力活動(dòng)強(qiáng)加給工作記憶的數(shù)量；賴日生等(2005)認(rèn)為認(rèn)知負(fù)荷指的是在某種場(chǎng)合施加到工作記憶中的智力活動(dòng)的總的數(shù)量；楊心德等（2007）認(rèn)為認(rèn)知負(fù)荷是完成某項(xiàng)任務(wù)而在工作記憶上所進(jìn)行的心智活動(dòng)所需的全部心智能量。結(jié)合以上不同解釋，筆者認(rèn)為，認(rèn)知負(fù)荷是人們?yōu)轫樌瓿商囟üぷ魅蝿?wù)，實(shí)際投入到工作記憶中去的認(rèn)知資源的總和，包括必需的和不必需的。
從結(jié)構(gòu)上來看，認(rèn)知負(fù)荷由內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷(Intrinsic Cognitive Load)、外在認(rèn)知負(fù)荷(Extraneous Cognitive Load)和相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷(Germane Cognitive Load)組成：（1）內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷由材料本身的固有特性（如難度和復(fù)雜度)和學(xué)習(xí)者原有的知識(shí)水平，以及這兩者的交互作用決定，一般認(rèn)為內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷是相對(duì)固定的，不能被教學(xué)設(shè)計(jì)(Instruction Design)所改變，但近來也有學(xué)者認(rèn)為內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷是可以改變的（Pollock et al，2002；Peter et al,2004)；（2）外在認(rèn)知負(fù)荷來源于教學(xué)材料的呈現(xiàn)方式和教學(xué)設(shè)計(jì)，一般與教學(xué)內(nèi)容的不合理組織和設(shè)計(jì)有關(guān)，能通過教學(xué)內(nèi)容的重新組織和設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整；（3）相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷是與學(xué)習(xí)者主觀領(lǐng)域相關(guān)的信息,指學(xué)習(xí)者在圖式(Schema)建構(gòu)和自動(dòng)化過程中意欲投入的認(rèn)知資源的數(shù)量[2]，它與學(xué)生的認(rèn)知努力有關(guān)，提高學(xué)生的相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，可以引導(dǎo)學(xué)生利用剩余認(rèn)知資源進(jìn)行深層次的圖式建構(gòu)，因此，Bannert(2002)將其看作圖式建構(gòu)和自動(dòng)化的工具[3]。
三、認(rèn)知負(fù)荷理論對(duì)教學(xué)工作的啟示
為避免教學(xué)中學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷總量超過其工作記憶容量，認(rèn)知負(fù)荷理論的教學(xué)原理就是：盡可能降低學(xué)生的內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷和外在認(rèn)知負(fù)荷；并在確保工作記憶資源有所盈余的前提下，適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生投入更多的心理努力（Mental Effort），提高其相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)圖式的獲得與規(guī)則的自動(dòng)化。如前所述，教學(xué)活動(dòng)中學(xué)生內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷與教學(xué)材料的特點(diǎn)和學(xué)生的認(rèn)知水平有關(guān)，外在認(rèn)知負(fù)荷與教學(xué)材料的呈現(xiàn)方式和教學(xué)設(shè)計(jì)水平有關(guān)，相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷與學(xué)生的認(rèn)知努力（Mental Effort）有關(guān)。為此，我們可以從以下幾個(gè)方面來優(yōu)化教學(xué)活動(dòng)中學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷結(jié)構(gòu)，提高教學(xué)效果。
（一）控制內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷：充分考慮教材特點(diǎn)與學(xué)生認(rèn)知水平及其交互作用
一般認(rèn)為內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷是由學(xué)習(xí)材料的本質(zhì)所決定的，不能通過教學(xué)設(shè)計(jì)的改變而改變，但Pollock et al(2002)和Peter et al(2004)的實(shí)驗(yàn)提出了異議。[4]兩個(gè)實(shí)驗(yàn)共同點(diǎn)在于利用材料的信息排序原理降低內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷。Pollock et al首先向?qū)W生分批展示學(xué)習(xí)材料,然后一次性地全部展示，這種學(xué)習(xí)材料排序法,尤其是對(duì)初學(xué)者而言,能更好地促進(jìn)對(duì)學(xué)習(xí)材料的深層次理解(引自Bannert,2002)。而Peter et al改變了傳統(tǒng)樣例教學(xué)(Example Instruction)方式,把樣例分解成幾個(gè)能單獨(dú)理解的成分，他的五個(gè)實(shí)驗(yàn)最終結(jié)果一致表明，新的樣例呈現(xiàn)方式降低了材料給學(xué)生帶來的內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷。
Tracy Clarke,Paul Ayres與John Sweller也在他們的“The Impact of Sequencing and Prior Knowledge on Learning Mathematics ：Through Spreadsheet Applications”一書中研究了一種改變固有認(rèn)知負(fù)荷的漸進(jìn)方法。他們使用Spreadsheet 軟件來形成學(xué)生的數(shù)學(xué)技能。學(xué)生被分為兩類。一類學(xué)生對(duì) Spreadsheet不怎么熟悉，另一類學(xué)生對(duì)Spreadsheet有較好的了解。每一類學(xué)生又一分為二，分別接受兩種先訓(xùn)練：一種訓(xùn)練是先使用 Spreadsheet 軟件，再訓(xùn)練利用這種軟件發(fā)展數(shù)學(xué)技能；另一種訓(xùn)練是練習(xí) Spreadsheet 軟件技能與練習(xí)數(shù)學(xué)技能同時(shí)進(jìn)行。結(jié)果顯示對(duì)于事先不熟悉 Spreadsheet的學(xué)生來說,順序呈現(xiàn)優(yōu)于并發(fā)呈現(xiàn),測(cè)驗(yàn)成績(jī)也更高；但對(duì)于事先已了解Spreadsheet的學(xué)生來說，情況正好相反。這說明，對(duì)于知識(shí)技能水平低的學(xué)生來說，采用“先學(xué)習(xí)技能后學(xué)習(xí)特定內(nèi)容領(lǐng)域的概念”這種策略能提升他們的學(xué)習(xí)；對(duì)他們來說，技術(shù)內(nèi)容很可能具有高元素交互性，如果同時(shí)學(xué)習(xí)技術(shù)技能和特定學(xué)科領(lǐng)域的概念，內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷可能會(huì)增加[5]。而對(duì)技能水平低的學(xué)生來說，技術(shù)內(nèi)容不具備高元素交互性，同時(shí)學(xué)習(xí)技術(shù)技能和特定學(xué)科領(lǐng)域的概念，內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷不會(huì)增加。在決定順序策略時(shí)，學(xué)生的技術(shù)技能水平以及內(nèi)容的元素交互性水平,是至為關(guān)鍵的變量（Kalyuga 等,2003；Van Merrienboer, Kirschner & Kester,2003）。
（二）降低外在認(rèn)知負(fù)荷：優(yōu)化教學(xué)材料呈現(xiàn)方式，提高教學(xué)設(shè)計(jì)水平
降低外在認(rèn)知負(fù)荷是“教學(xué)的認(rèn)知負(fù)荷理論研究”重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。對(duì)降低教學(xué)中學(xué)生外在認(rèn)知負(fù)荷的途徑，眾多的研究者紛紛從不同的角度提出了自己的看法。筆者在參閱眾多文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，認(rèn)為可以總結(jié)為一句話，即優(yōu)化教學(xué)材料呈現(xiàn)方式，提高教學(xué)設(shè)計(jì)水平。下面試舉幾例，以資說明。
1、按鄰近原則呈現(xiàn)教學(xué)材料，減少注意分散和表征保存。即教學(xué)中的教學(xué)材料呈現(xiàn)應(yīng)盡可能在時(shí)空上保持鄰近。凡涉及多來源的信息應(yīng)該在物理上被整合,以降低對(duì)有限的工作記憶的壓力，并釋放出認(rèn)知容量進(jìn)行其他的信息處理。[6]以圖像和解釋性文本的呈現(xiàn)為例。在空間上，解釋性文本應(yīng)盡可能被整合到圖像中去；在時(shí)間上則應(yīng)該同時(shí)而非連續(xù)呈現(xiàn)，形成一個(gè)整體。這樣，學(xué)習(xí)者就可以以最短的視覺搜索找到相應(yīng)的視覺與語詞信息,容易在它們之間建立聯(lián)系而促進(jìn)信息整合。否則，圖像和解釋性文本分離呈現(xiàn) ，“學(xué)習(xí)者傾向于先看文字部分,接著看對(duì)應(yīng)的圖表”(Hegart&Judt,1989)，在看完文本后，一方面需要一部分認(rèn)知資源來保存文本表征，形成表征保存；另一方面還要耗費(fèi)一定認(rèn)知資源來搜尋對(duì)應(yīng)的圖像信息，形成注意分散，從而帶來額外的認(rèn)知負(fù)荷。因此，“文字和圖像的完整呈現(xiàn)比文字和圖像分離呈現(xiàn)更有利于學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)(Moreno&Mayer,1999;Mayer,2001)”。
2、清除多余信息，避免冗余效應(yīng)(Redundancy Effects)發(fā)生。多余信息，就是對(duì)教學(xué)目標(biāo)達(dá)成來說是沒有必要的那些信息，也稱為冗余信息。Paul Chandler 和 John Swe11er用實(shí)驗(yàn)證明：冗余的信息并非中性的,它們會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)和理解造成消極的效應(yīng)。[7]冗余信息的存在往往迫使學(xué)生不得不去關(guān)注一些本可以不去關(guān)注的信息，從而浪費(fèi)寶貴的工作記憶資源。因此，它會(huì)給工作記憶帶來額外的負(fù)擔(dān)，從而增加學(xué)生的外在認(rèn)知負(fù)荷。Moreno和 Mayer也認(rèn)為“當(dāng)文字以敘述方式單獨(dú)呈現(xiàn)時(shí),學(xué)習(xí)者對(duì)呈現(xiàn)材料的理解要比同時(shí)以敘述和屏幕文本方式呈現(xiàn)要好” [8]，這里以屏幕方式呈現(xiàn)的文本信息就是多余的，應(yīng)該被清除掉。
3、運(yùn)用先行組織者(Advance Organizer)策略，改變學(xué)生的認(rèn)知準(zhǔn)備狀態(tài)。人們對(duì)新知識(shí)的理解總是建立在自身原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)(Cognitive Construction)的基礎(chǔ)上的，當(dāng)原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)對(duì)新知識(shí)有支撐作用時(shí)，人們就相對(duì)容易理解新知識(shí)；相反，如果原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中缺乏支撐新知識(shí)的內(nèi)容或原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的相關(guān)知識(shí)未被激活，人們對(duì)新知識(shí)的理解將變得相對(duì)困難。教師應(yīng)該通過先行組織者策略，在新的學(xué)習(xí)任務(wù)開始之前，呈現(xiàn)給學(xué)生比當(dāng)前學(xué)習(xí)任務(wù)更高一層的抽象性和包攝性的引導(dǎo)性材料，從而激活其認(rèn)知結(jié)構(gòu)中與新知識(shí)相關(guān)的知識(shí)內(nèi)容，為學(xué)習(xí)新知識(shí)做好認(rèn)知準(zhǔn)備，這樣就避免了在學(xué)習(xí)新知識(shí)的同時(shí)，還要到長(zhǎng)時(shí)記憶中去搜索相關(guān)知識(shí)的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，從而減輕外在認(rèn)知負(fù)荷。
此外，通過分離視聽信息，拓展工作記憶容量；信息呈現(xiàn)條理化，減少學(xué)生認(rèn)知搜索；抽象信息形象化，降低學(xué)生認(rèn)知難度；復(fù)雜信息簡(jiǎn)單化（如使用圖表），簡(jiǎn)化學(xué)生認(rèn)知加工；控制教學(xué)材料呈現(xiàn)速度，留給學(xué)生足夠的認(rèn)知加工時(shí)間；教給學(xué)生認(rèn)知策略(cognitive strategies)，提高學(xué)生認(rèn)知效率；分化復(fù)雜任務(wù)，防止學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷超載；采用樣例（worked-example）教學(xué)，簡(jiǎn)化認(rèn)知技能獲取過程等都能從不同角度減輕學(xué)生的外在認(rèn)知負(fù)荷。
（三）提高相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷：激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，引導(dǎo)其加大認(rèn)知努力
相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷是指學(xué)習(xí)者在圖式建構(gòu)和自動(dòng)化過程中意欲投入的認(rèn)知資源的數(shù)量，它有利于圖式的獲得和規(guī)則的自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，把大量復(fù)雜無序的信息組合成簡(jiǎn)單有序的知識(shí)體系，有效降低了工作記憶的認(rèn)知負(fù)荷，從而節(jié)省有限的工作記憶資源；規(guī)則的自動(dòng)化還允許我們以最少的工作記憶容量去處理信息，降低工作記憶負(fù)擔(dān)。不僅如此，相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷的增加還有利于意義的建構(gòu)，幫助學(xué)生更好的理解和掌握所學(xué)知識(shí)。由此可見，在確?？偟恼J(rèn)知負(fù)荷不超載的情況下，適當(dāng)增加學(xué)生的相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷對(duì)教學(xué)是有益的。
提高學(xué)生的相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，關(guān)鍵是要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)（尤其是內(nèi)部動(dòng)機(jī)），使學(xué)生加大自身的認(rèn)知努力。為此，教育者要通過多種途徑和手段，把社會(huì)和教育者向?qū)W生提出的學(xué)習(xí)要求轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)者內(nèi)在的學(xué)習(xí)需要。比如：培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；進(jìn)行學(xué)習(xí)目的性教育；采用啟發(fā)式教學(xué)；建立合理的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制等等。
參考文獻(xiàn)：
[1]．Alexander.Seeshing & Yeung et a1.Cognitive Load and Learner Expertise：Split--Attention and Redundancy Effects in Reading with Explanatory Notes [J]. Contemporary Educational Psychology,1998,23(1):1--21.
[2]．Jeroen,J. G. ,Van. Merrienboer. & Paul Ayres.Research on Cognitive Load Theory and Its Design Implications for E--Learning[J]. Educational Technology Research and Development, 2005,53(3):6--8.
[3]．Bannert,M. Managing cognitive load: Recent trends in cognitive load theory[J]. Learning and Instruction, 2002, 12(1): 139--146.
[4]．高俊霞，吳劍麗．認(rèn)知負(fù)荷理論在英語教學(xué)中的管理途徑[J]．廈門教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，9(1)：55-57．
[5]．陳光耀，汪義風(fēng)．認(rèn)知負(fù)荷理論及其在E- learning中的應(yīng)用[J]．教育技術(shù)導(dǎo)刊，2007，（2）：4—6．
[6]．賴日生，曾曉青，陳美榮．從認(rèn)知負(fù)荷理論看教學(xué)設(shè)計(jì)[J]．江西教育學(xué)院學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué))，2005，26（1）： 52—55，63．
[7]．Chandler, P. & Sweller, J. Cognitive load theory and the format of introduction[J]. Cognition and Instruction, 1991,8(4):293--332.
[8]．Moreno,R.& Mayer,R.E.Verbal redundancy in multimedia learning: When reading helps listening[J]. Journal of Educational Psychology,2002,94(1):156-163.
------摘自:煤炭高等教育,2009年第1
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