認(rèn)知負(fù)荷理論

1、認(rèn)知負(fù)荷（cognitive load）的理論研究最初來(lái)源于腦力負(fù)荷或心理負(fù)荷（mental workload）的諸多研究成果。國(guó)際上對(duì)腦力負(fù)荷或心理負(fù)荷的研究最早美國(guó)心理學(xué)家 Miller，1956 年就開始了這方面的研究。真正被應(yīng)用于教育領(lǐng)域，是悉尼的新南威爾士大學(xué)教育學(xué)院的心理學(xué)家 John Sweller 于 1988 年，在研究“學(xué)習(xí)材料和教學(xué)方法對(duì)學(xué)習(xí)者概念掌握和認(rèn)知加工的影響”中提出來(lái)的，認(rèn)為“認(rèn)知負(fù)荷”是指人在信息加工過程中所用的心理認(rèn)知資源的總量,主要是從認(rèn)知資源的角度來(lái)考察學(xué)習(xí)，特別是復(fù)雜任務(wù)的學(xué)習(xí)。資源分配理論資源分配理論: 旨在解釋人是如何協(xié)調(diào)不停的認(rèn)知任務(wù)或者認(rèn)知活動(dòng)

2、。資源有限理論包括單資源理論和多資源理論,無(wú)論是單資源理論還是多資源理論,其核心觀點(diǎn)都是認(rèn)為人的資源(包括認(rèn)知資源和注意資源)是有限的,如果同時(shí)進(jìn)行不同的活動(dòng),資源就要在這些活動(dòng)之間進(jìn)行分配,資源的分配遵循此多彼少的原則。 圖式理論圖式理論： 圖式是個(gè)體對(duì)世界的知覺，理解和思考方式。圖式可以視為心理活動(dòng)的框架或者組織結(jié)構(gòu)。 圖式理論認(rèn)為,圖式的獲取和規(guī)則的自動(dòng)化可以彌補(bǔ)工作記憶容量不足的缺陷。長(zhǎng)時(shí)記憶中的圖式或規(guī)則可以根據(jù)所面臨的新問題進(jìn)行一種自動(dòng)化的加工過程,而這種加工是不需要有意識(shí)控制和資源消耗的,因而可以降低個(gè)體的認(rèn)知負(fù)荷。 工作記憶理論：工作記憶理論：感覺記憶，工作記憶（59個(gè)組塊）和

3、長(zhǎng)時(shí)記憶 研究者對(duì)認(rèn)知負(fù)荷的定義還沒有形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，不同的研究者從各自的角度提出對(duì)認(rèn)知負(fù)荷的理解，表達(dá)出不同的看法，尤其是操作性定義有較大的差別。國(guó)外：國(guó)外：Cooper將認(rèn)知負(fù)荷定義為一個(gè)特定的作業(yè)時(shí)間內(nèi)施加于個(gè)體的工作記憶的心理活動(dòng)總量；Paas 和 Van Merrienboer則認(rèn)為，認(rèn)知負(fù)荷由多維度構(gòu)成，是執(zhí)行一項(xiàng)具體任務(wù)時(shí)加于個(gè)體認(rèn)知系統(tǒng)的負(fù)荷；Quiroga 等人認(rèn)為，認(rèn)知負(fù)荷通常被界定為用來(lái)促進(jìn)學(xué)習(xí)活動(dòng)的認(rèn)知資源投入程度。國(guó)內(nèi)國(guó)內(nèi)：辛自強(qiáng)和林崇德認(rèn)為，認(rèn)知負(fù)荷可視為加工特定數(shù)量信息所要求的“心理能量”水平，隨著要加工的信息數(shù)量的增加，認(rèn)知負(fù)荷也增加；曹寶龍等認(rèn)為，認(rèn)知負(fù)荷指一

4、個(gè)事例中智力活動(dòng)強(qiáng)加在工作記憶上的總數(shù)；賴日生等認(rèn)為，認(rèn)知負(fù)荷指的是在某種場(chǎng)合下施加到工作記憶中的智力活動(dòng)的總的數(shù)量；趙俊峰認(rèn)為，認(rèn)知負(fù)荷存在著理論與實(shí)踐兩個(gè)層面：理論層面主要著眼于實(shí)驗(yàn)室研究，它是指學(xué)生學(xué)習(xí)過程中完成所給認(rèn)知任務(wù)而需要的心理資源數(shù)量；實(shí)踐層面主要著眼于實(shí)際應(yīng)用研究，與教育實(shí)踐緊密結(jié)合，它是指在單位時(shí)間內(nèi)學(xué)生知覺到的認(rèn)知加工任務(wù)的份量。蘇月東認(rèn)為，學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的認(rèn)知負(fù)荷是指學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)任務(wù)、責(zé)任以及時(shí)間壓力的知覺和體驗(yàn)。對(duì)該概念認(rèn)識(shí)上的不統(tǒng)一源于認(rèn)知負(fù)荷的多維性、復(fù)雜性、內(nèi)隱性等特點(diǎn)。(l)工作記憶容量是有限的,這使得人們很難同時(shí)加工多種來(lái)源的信息;(2) 圖式獲取和規(guī)則自動(dòng)化

5、是學(xué)習(xí)的兩大機(jī)制,它們的作用均是利用長(zhǎng)時(shí)記憶來(lái)彌補(bǔ)短時(shí)記憶容量不足的缺陷(3)當(dāng)某些信息存在交互作用時(shí),由于需要對(duì)這些信息進(jìn)行同時(shí)加工,這將加重認(rèn)知負(fù)荷.如果學(xué)習(xí)材料本身所需要的認(rèn)知負(fù)荷較低,那么材料外在的呈現(xiàn)方式所引起的認(rèn)知負(fù)荷對(duì)學(xué)習(xí)效果的影響較弱,如果材料本身所需要的認(rèn)知負(fù)荷較高,由教學(xué)設(shè)計(jì)引起的認(rèn)知負(fù)荷對(duì)于學(xué)習(xí)的影響較強(qiáng). 分類：分類：內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷（Intrinsic cognitive load）：與學(xué)習(xí)資料的性質(zhì)相關(guān)，在信息要素高度交互作用以及學(xué)習(xí)者還沒有掌握合適圖式時(shí)，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)在的認(rèn)知負(fù)荷。外在認(rèn)知負(fù)荷（extraneous cognitive load）：信息呈現(xiàn)的方式和學(xué)習(xí)者需

6、要的學(xué)習(xí)活動(dòng)所引起的。關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷（Germane cognitive load）：由學(xué)習(xí)過程中圖示的構(gòu)建與自動(dòng)化而引發(fā)的。 認(rèn)知負(fù)荷測(cè)量的認(rèn)知負(fù)荷測(cè)量的結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)模型 認(rèn)知負(fù)荷測(cè)量的類型認(rèn)知負(fù)荷測(cè)量的類型 因果性因果性間接的間接的直接的直接的主觀的主觀的自我報(bào)告心理努力的投入程度自我報(bào)告心理努力的投入程度自我報(bào)告緊張水平；自我報(bào)告緊張水平；自我報(bào)告材料難度自我報(bào)告材料難度客觀的客觀的生理指標(biāo)測(cè)量；生理指標(biāo)測(cè)量；行為指標(biāo)測(cè)量；行為指標(biāo)測(cè)量；學(xué)習(xí)結(jié)果測(cè)驗(yàn)；學(xué)習(xí)結(jié)果測(cè)驗(yàn)；大腦活動(dòng)測(cè)量；大腦活動(dòng)測(cè)量；雙任務(wù)成績(jī)雙任務(wù)成績(jī) 認(rèn)知負(fù)荷測(cè)量量表認(rèn)知負(fù)荷測(cè)量量表：主觀測(cè)量法：pass量表，CH量表，OW量

7、表，TLX量表，Wp量表生理測(cè)量法：生理測(cè)量對(duì)硬件和測(cè)試過程要求很高,比如大多用于生理測(cè)量的儀器，比較昂貴，笨重，測(cè)試過程和數(shù)據(jù)分析十分復(fù)雜,在實(shí)際研究中并不太常用任務(wù)績(jī)效測(cè)量法 認(rèn)知負(fù)荷理論研究的終極目標(biāo)是改善教學(xué)設(shè)計(jì)認(rèn)知負(fù)荷理論研究的終極目標(biāo)是改善教學(xué)設(shè)計(jì),提高現(xiàn)實(shí)教學(xué)和學(xué)習(xí)效益。提高現(xiàn)實(shí)教學(xué)和學(xué)習(xí)效益。 以Sweller等為代表的樣例(worked example)學(xué)習(xí)研究領(lǐng)域和以Mayer等為代表的多媒體學(xué)習(xí)研究領(lǐng)域。研究?jī)?nèi)容與目標(biāo)主要集中在三個(gè)方面:降低外在負(fù)荷、降低內(nèi)在負(fù)荷、增加有效負(fù)荷的教學(xué)設(shè)計(jì)研究。（1）外在認(rèn)知負(fù)荷：支架，減褪（降低學(xué)生對(duì)樣例的依賴），剔除（去掉樣例，避免樣例

8、干擾），分步（小步子教學(xué)）（2）內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷：先行組織者，提前訓(xùn)練（3）關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷和元認(rèn)知負(fù)荷：圖式和認(rèn)知結(jié)構(gòu)的建構(gòu)與自動(dòng)化。 某種教學(xué)策略并非與某種負(fù)荷一一對(duì)應(yīng)。一般而言,一種策略應(yīng)同時(shí)降低外在負(fù)荷和增加有效負(fù)荷,或一種策略應(yīng)同時(shí)降低內(nèi)在負(fù)荷和增加有效負(fù)荷,或一種策略應(yīng)同時(shí)降低外在負(fù)荷和內(nèi)在負(fù)荷。優(yōu)化三種負(fù)荷,使其處于學(xué)習(xí)者的最近發(fā)展區(qū)內(nèi)的教學(xué)設(shè)計(jì)的策略研究。 每種具體策略都有其適宜的條件或情境,系統(tǒng)考慮下面多個(gè)因素或變量,優(yōu)化負(fù)荷的研究。如：任務(wù)特征，學(xué)習(xí)者特征，教學(xué)方式特征，學(xué)習(xí)過程變量，學(xué)習(xí)結(jié)果變量。這不僅考察記憶保持、遷移成績(jī),同時(shí)還應(yīng)該考察認(rèn)知策略水平和元認(rèn)知水平等,因?yàn)檫@些變量

9、更能反映教學(xué)策略的價(jià)值。教學(xué)設(shè)計(jì)有效性的研究教學(xué)設(shè)計(jì)有效性的研究：認(rèn)知負(fù)荷的測(cè)量認(rèn)知負(fù)荷的測(cè)量：研究真實(shí)教學(xué)情境中認(rèn)知負(fù)荷的測(cè)量。以前的認(rèn)知負(fù)荷的研究主要發(fā)生在心理學(xué)實(shí)驗(yàn)室中,研究對(duì)象或樣本較少,因此運(yùn)用上述方法測(cè)量認(rèn)知負(fù)荷是可行的,但對(duì)大規(guī)模的教學(xué)實(shí)驗(yàn)或真實(shí)教學(xué)情境中認(rèn)知負(fù)荷的測(cè)量,上述方法顯然不可行。研究評(píng)估各類認(rèn)知負(fù)荷的方法。研究適應(yīng)性學(xué)習(xí)情境中認(rèn)知負(fù)荷的測(cè)量。過去評(píng)估認(rèn)知負(fù)荷,過于籠統(tǒng),沒有針對(duì)性,即使評(píng)估出來(lái)了,但難以區(qū)分是內(nèi)在負(fù)荷、外在負(fù)荷還是有效負(fù)荷,這樣對(duì)教學(xué)策略的有效性評(píng)估是模糊的,缺乏針對(duì)性。最近,Whelan從認(rèn)知神經(jīng)學(xué)角度,探討了在復(fù)雜認(rèn)知過程中直接、客觀測(cè)量認(rèn)知負(fù)荷的

10、認(rèn)知神經(jīng)學(xué)基礎(chǔ),揭開了運(yùn)用FMRI方法,精確測(cè)量外在、內(nèi)在和有效負(fù)荷的方法論。 研究方法的思考研究方法的思考：心理實(shí)驗(yàn)本身問題。心理實(shí)驗(yàn)研究是連接學(xué)習(xí)理論與教學(xué)應(yīng)用的橋梁。從研究結(jié)果中可看出,基于認(rèn)知負(fù)荷的樣例學(xué)習(xí)的研究主要發(fā)生在嚴(yán)格意義的心理實(shí)驗(yàn)情境或基于多媒體系統(tǒng)下的實(shí)驗(yàn)情境,被試樣本數(shù)較小,生態(tài)效度、外推效度與理論概括性受到威脅。因此,今后的研究需要增加外推生態(tài)效度,需要做類似日常教學(xué)情境或真實(shí)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)研究。這也許會(huì)獲得更豐富、更強(qiáng)的指導(dǎo)意義的教學(xué)策略,促進(jìn)基于認(rèn)知負(fù)荷的教學(xué)設(shè)計(jì)從實(shí)驗(yàn)室走進(jìn)實(shí)際課堂中的教學(xué)。研究方法多元問題。先前的研究 ,大多研究方法單一,很少采用多種研究方法進(jìn)行三角

11、驗(yàn)證教學(xué)策略的有效性。事實(shí)上,定性分析在確認(rèn)學(xué)習(xí)者心理負(fù)荷大小時(shí),發(fā)揮著重要作用。既注重實(shí)驗(yàn)實(shí)證方法,也重視定性分析和個(gè)案分析,將多種研究方法結(jié)合起來(lái),進(jìn)一步確認(rèn)基于認(rèn)知負(fù)荷理論的教學(xué)設(shè)計(jì)的價(jià)值,將是重要的方法論取向。Mayer等人(2002)以認(rèn)知負(fù)荷理論，雙重編碼理論和建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ),提出并驗(yàn)證了多媒體教學(xué)設(shè)計(jì)的五個(gè)原則:多樣化的呈現(xiàn)原則多樣化的呈現(xiàn)原則認(rèn)為用文字和圖畫來(lái)呈現(xiàn)解釋信息比單純用文字呈現(xiàn)效果好;接近原則接近原則認(rèn)為在呈現(xiàn)多媒體解釋信息時(shí)應(yīng)當(dāng)同時(shí)呈現(xiàn)相應(yīng)文字和圖畫,而不應(yīng)分離呈現(xiàn);一致性原則一致性原則認(rèn)為呈現(xiàn)多媒體解釋時(shí)應(yīng)當(dāng)包含較少的無(wú)關(guān)的詞和聲音,這樣更有利于理解;通道

12、原則通道原則認(rèn)為在呈現(xiàn)圖畫的同時(shí)用聽覺通道呈現(xiàn)的敘述比用視覺通道呈現(xiàn)文本效果好;冗余原則冗余原則認(rèn)為動(dòng)畫和聽覺敘述兩種方式同時(shí)呈現(xiàn)比動(dòng)畫!聽覺敘述和屏幕顯示文本三種方式同時(shí)呈現(xiàn)效果好,因?yàn)檫@樣減少了學(xué)習(xí)內(nèi)容的冗余理論基礎(chǔ)：理論基礎(chǔ)： 雙通道理論 接近原則接近原則理論基礎(chǔ)：雙通道理論 接近原則接近原則認(rèn)為在呈現(xiàn)多媒體解釋信息時(shí)應(yīng)當(dāng)同時(shí)呈現(xiàn)相應(yīng)文字和圖畫,而不應(yīng)分離呈現(xiàn);實(shí)驗(yàn)假設(shè)：實(shí)驗(yàn)假設(shè)：Whether the contiguity effect is strong for high-spatial ability learners but not for low-spatial ability learners.接近原則是否對(duì)高空間能力的學(xué)習(xí)者具有加強(qiáng)作用，而對(duì)低空間能力的學(xué)習(xí)者沒有加強(qiáng)作用。實(shí)驗(yàn)對(duì)象實(shí)驗(yàn)對(duì)象:86位大學(xué)生說(shuō)明：相繼組中，分為a-n 組和n-a組，大概一半和一半實(shí)驗(yàn)材料：實(shí)驗(yàn)材料：調(diào)查問卷(how to fix house- hold appliances and machines),目的是測(cè)量學(xué)生關(guān)于機(jī)械設(shè)備的先前知識(shí)，篩選被試）心里旋轉(zhuǎn)測(cè)試疊紙測(cè)試解決問題測(cè)試實(shí)驗(yàn)程序：實(shí)驗(yàn)程序：Step 1: 完成調(diào)查問卷，篩選被試，選擇先前知識(shí)比較低的學(xué)生。 Step 2: 3min時(shí)間做心里旋轉(zhuǎn)測(cè)試，3min時(shí)間做疊紙測(cè)試，進(jìn)行分組，總