孫志軍

（銅陵學(xué)院，安徽 銅陵 244000）

認(rèn)知負(fù)荷理論在教學(xué)設(shè)計中的應(yīng)用研究新進(jìn)展

孫志軍

（銅陵學(xué)院，安徽 銅陵 244000）

認(rèn)知負(fù)荷理論研究證明，樣例能夠減少無關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，能增加認(rèn)知活動中更多的工作記憶資源，以促進(jìn)學(xué)習(xí)和遷移成績的提高。近來，認(rèn)知負(fù)荷研究的重點開始轉(zhuǎn)向?qū)ふ液玫慕虒W(xué)設(shè)計的刺激工作記憶資源的分配來提高相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷。文章深化樣例設(shè)計和應(yīng)用來促進(jìn)學(xué)習(xí)和遷移的實驗研究進(jìn)行了評述，以期為認(rèn)知負(fù)荷與教學(xué)設(shè)計的研究提供新的參考框架。

認(rèn)知負(fù)荷理論；相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷；交互樣例特征；樣例內(nèi)特征；自我解釋

一、認(rèn)知負(fù)荷理論簡介

認(rèn)知負(fù)荷理論作為認(rèn)知與教學(xué)設(shè)計的理論，近10年來發(fā)展較快。[1]它的基本假設(shè)是：（1）人的工作記憶容量是有限的，只能同時處理很少的信息；（2）長時記憶是無限的，儲存了大量的信息，能克服工作記憶有限性；（3）長時記憶中的圖式能把信息中包含的較低級別的圖式組織為較高級別的圖式，使其減少工作記憶容量；（4）圖式的自動化能減少工作記憶容量。因此，認(rèn)知負(fù)荷理論的基本原理就是工作記憶與在學(xué)習(xí)中產(chǎn)生重要作用的長時記憶的相互作用。

教學(xué)的最初目標(biāo)是長時記憶中圖式的建構(gòu)和自動化，為了建構(gòu)這些圖式，在學(xué)習(xí)過程中，必須在工作記憶中存儲和處理這些信息[2]。但是，因為工作記憶在容量上是相當(dāng)有限的[3]，當(dāng)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)復(fù)雜材料或者采用某種教學(xué)方法時，工作記憶很容易超負(fù)荷。Sweller和Paas等認(rèn)知負(fù)荷理論研究者認(rèn)為，工作記憶的超負(fù)荷會抑制學(xué)習(xí)，因此，只有當(dāng)避免認(rèn)知超負(fù)荷，教學(xué)程序才會更有效[4]。

認(rèn)知負(fù)荷理論研究者已經(jīng)鑒別了在教學(xué)中，工作記憶負(fù)荷的三個來源[1][2]：內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷（intrinsic cognitive load）、無關(guān)認(rèn)知負(fù)荷（extraneous cognitive load）和相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷（germane cognitive load）。內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷與所學(xué)材料的內(nèi)在特征有關(guān)，被認(rèn)為是不可改變的。除了內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷，無關(guān)認(rèn)知負(fù)荷和相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷受教學(xué)設(shè)計影響：當(dāng)教學(xué)設(shè)計對學(xué)習(xí)無效時，稱為無關(guān)認(rèn)知負(fù)荷；當(dāng)它對學(xué)習(xí)產(chǎn)生良好效果時，稱為相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷。相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷與圖式的建構(gòu)和自動化有關(guān)，它是作為一個積極的因素而考慮的，它是把有限的工作記憶資源被投入到學(xué)習(xí)中，以促進(jìn)學(xué)習(xí)。

二、近期研究的焦點

雖然當(dāng)學(xué)習(xí)材料的內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷低時，無關(guān)認(rèn)知負(fù)荷不阻礙學(xué)習(xí)，但是當(dāng)學(xué)習(xí)材料含有較高內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷時，無關(guān)認(rèn)知負(fù)荷就會阻礙學(xué)習(xí)。因此，減少無關(guān)認(rèn)知負(fù)荷是教學(xué)設(shè)計的當(dāng)務(wù)之急[5]。[2]研究表明，對于高內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷的任務(wù)，問題解決會造成新手無關(guān)認(rèn)知負(fù)荷的增加。通過比較問題解決與樣例學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)效果，發(fā)現(xiàn)樣例學(xué)習(xí)比問題解決有效[6]。

樣例學(xué)習(xí)是指從具有詳細(xì)解答步驟的事例中歸納出隱含的抽象知識來解決問題。讓學(xué)生學(xué)習(xí)樣例是一種減少無關(guān)認(rèn)知負(fù)荷的有效方式，因為學(xué)習(xí)者可以投入所有可用的工作記憶容量來分析樣例，并從長時記憶中建構(gòu)解決問題的圖式[7]。因此，近期認(rèn)知負(fù)荷研究開始專注成功的誘導(dǎo)相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷[8]。

1.交互樣例特征的研究

（1）樣例與問題結(jié)合的研究

Reisslein和Atkinson等人觀察了用電路材料，計算機(jī)教學(xué)環(huán)境下的三種教學(xué)程序：樣例—問題（樣例之后立即呈現(xiàn)一個相似的問題）、問題—樣例（問題之后立即呈現(xiàn)一個相似的樣例）、通過從后減少解答步驟使樣例改變成問題[9]。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在近遷移問題中，教學(xué)程序主效應(yīng)不顯著，學(xué)生先前知識水平主效應(yīng)顯著，教學(xué)程序和學(xué)生知識水平的交互效應(yīng)顯著，對于具有較低知識的學(xué)習(xí)者，樣例—問題序列比問題—樣例序列的成績要好，而對具有較高知識學(xué)習(xí)者，問題—樣例序列比樣例—問題序列的成績要好。根據(jù)Anderson的認(rèn)知技能獲得四階段模型，他們認(rèn)為低知識學(xué)習(xí)者是因為處在認(rèn)知技能獲得的最初階段或第二階段的開始階段，而高知識學(xué)習(xí)者處于認(rèn)知技能獲得的第三階段或第四階段的開始，不同階段的學(xué)生需要不同樣例設(shè)計模式，因此，樣例的設(shè)計要考慮到學(xué)習(xí)者的先前知識的水平。

（2）多樣解決方法的樣例研究

Groβe和Renkl研究了多樣問題解決方法的效應(yīng)[10]。在他們的第一個實驗中，發(fā)現(xiàn)給學(xué)習(xí)者提供多樣的問題解決方法比提供單個解決方法更能促進(jìn)學(xué)習(xí)。他們沒能在第二個實驗中重復(fù)這個效應(yīng)，可能因為使用的材料更復(fù)雜，使其具有較高的內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷。根據(jù)Groβe和Renkl的分析，這種內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷可能留下了不足的工作記憶容量而不能對多樣性的解決方法進(jìn)行足夠的分析處理，從而兩組之間沒有差異。雖然多樣解決方法能夠引發(fā)學(xué)習(xí)者的自我解釋，這種自我解釋能夠增加相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷。但是，內(nèi)在和無關(guān)的認(rèn)知負(fù)荷保持不變，這樣就需要額外的學(xué)習(xí)時間。多樣解決方法的使用使認(rèn)知負(fù)荷達(dá)到了工作記憶容量的限制。如果工作記憶被充分的處理全部三種形式的認(rèn)知負(fù)荷，增加一種形式的負(fù)荷大概只能通過增加學(xué)習(xí)時間或減少學(xué)習(xí)來調(diào)節(jié)。因此，研究中，學(xué)習(xí)者的自我解釋可能使認(rèn)知負(fù)荷超出了工作記憶容量，因此，降低了學(xué)習(xí)效果。

2.樣例內(nèi)特征研究

（1）Molar樣例與Modular樣例的比較研究

Gerjets等人研究兩種不同的樣例（Molar、Modular）與提供不同詳細(xì)的指導(dǎo)性解釋相結(jié)合對學(xué)習(xí)的效果[11][12]。Molar樣例是提供一個主要是以公式、規(guī)則為基礎(chǔ)的解決方法，學(xué)生需要學(xué)習(xí)如何和何時使用這個公式。Modular樣例是指提供口頭的或合乎邏輯的解決方法，包括一系列能夠單獨考慮的步驟。Molar樣例著眼于問題所屬的范疇及其所對應(yīng)的解答程序；Modular樣例通過將復(fù)雜的解答程序分解成較小的有意義的部分，以此來減少其內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷。運(yùn)用指導(dǎo)性的解釋旨在引發(fā)學(xué)生自我解釋，增強(qiáng)相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷。結(jié)果表明Modular樣例的學(xué)習(xí)者具有優(yōu)勢，他們使用了較少的學(xué)習(xí)時間、回翻更少的樣例、正確解答更多的問題、報告了更少的認(rèn)知負(fù)荷、更高的成功體驗。但是提供指導(dǎo)性解釋和引發(fā)自我解釋這兩種處理都沒有起作用。自我解釋削弱Modular方式樣例的學(xué)習(xí)，自我解釋強(qiáng)迫學(xué)習(xí)者處理多余的信息，產(chǎn)生了“冗余效應(yīng)”。

（2）“條件—反應(yīng)”對的研究

Catrambone和Yuasa考察只關(guān)注問題中的“條件”與同時關(guān)注“條件”和“反應(yīng)”的比較，并結(jié)合問題解決與樣例學(xué)習(xí)，其中與其他研究不同的是，每一課只提供一個樣例，并且樣例之后沒有相似的問題[13]。結(jié)果表明，解決問題比學(xué)習(xí)樣例花費時間長，但是，解決測驗問題的時間短。把學(xué)習(xí)時間和測驗時間加起來進(jìn)行比較，兩種方法沒有顯著差異。在解決問題組和樣例學(xué)習(xí)組，條件和反應(yīng)都關(guān)注的比只關(guān)注條件的促進(jìn)了學(xué)習(xí)。

（3）樣例中額外信息的研究

Van Gog,Paas和Van Merrie¨nboer研究了在樣例中加上問題解決步驟的信息（對解題步驟進(jìn)行原理的解釋）和問題解決的系統(tǒng)方法等額外的處理信息與傳統(tǒng)的樣例效應(yīng)進(jìn)行比較[14]。有趣的是，傳統(tǒng)的樣例效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)，但是額外的處理信息卻沒有優(yōu)勢。

學(xué)習(xí)者對額外信息處理的表征在教育設(shè)計中是一個極其重要的問題，當(dāng)添加額外的信息時，“分散注意問題”和“冗余問題”都需要考慮。在分散注意模式中呈現(xiàn)的信息不會有效果，分散注意效應(yīng)是最大的、最易獲得的認(rèn)知負(fù)荷效應(yīng)之一，信息應(yīng)該永遠(yuǎn)不要呈現(xiàn)在分散注意模式下直至它不可避免。冗余問題更難進(jìn)行處理，當(dāng)額外的信息呈現(xiàn)在現(xiàn)在的實驗中，它的目標(biāo)是通過減少學(xué)習(xí)者所參與的需要大量的工作記憶的推理而減少認(rèn)知負(fù)荷。相反，如果額外的信息取代了學(xué)習(xí)者能很容易且自動化的推論，它將是多余的，導(dǎo)致“冗余效應(yīng)”。

三、分析與展望

在樣例學(xué)習(xí)中提高相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷的大部分方式都是有效的，因為它們增強(qiáng)了對解答步驟的理解。即它們促進(jìn)理解步驟為什么有效（對原理的自我解釋或教育解釋）、何時運(yùn)用（可變性、情境干擾）。學(xué)習(xí)者“不僅要理解這些問題解決任務(wù)的步驟，而且要理解何時應(yīng)用、為何會有效”[15]。

但是，我們認(rèn)為當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷理論研究還有許多尚待考慮的地方。

1.不同認(rèn)知負(fù)荷的測量研究

認(rèn)知負(fù)荷理論理論家提出了許多減少內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷、無關(guān)認(rèn)知負(fù)荷和提高相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷的研究，這為教學(xué)設(shè)計提供了豐富的指導(dǎo)，但是研究中認(rèn)知負(fù)荷的變化都是總的認(rèn)知負(fù)荷的變化，沒有獨立的測量內(nèi)在、無關(guān)和相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷的變化。

而且，我們認(rèn)為大多數(shù)的認(rèn)知負(fù)荷效應(yīng)并不是直接改變了相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，而是間接的減少了無關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，因此釋放了工作記憶容量并增加了相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷。如果沒有可用的工作記憶容量來增加相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，學(xué)習(xí)很可能被干擾而不是促進(jìn)。因此，對于不同認(rèn)知負(fù)荷的分別測量將是認(rèn)知負(fù)荷研究下一步更重要的任務(wù)。

2.學(xué)習(xí)者個體特征的研究

倘若學(xué)習(xí)者能夠提供足夠的自我解釋，或者激勵學(xué)習(xí)者對問題解決步驟后面的基本原理進(jìn)行自我解釋，這能夠增加相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷[16]。但是學(xué)習(xí)者可能缺少必要的先前知識，如果這樣的話，要求學(xué)習(xí)者進(jìn)行自我解釋可能引起無關(guān)認(rèn)知負(fù)荷而不是相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷。既然這樣，學(xué)習(xí)者可能受益于讓解題步驟后的基本原理在樣例中解釋出來[17]。對于具有較多先前知識的學(xué)習(xí)者，想象解答步驟可以引起相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，而新手則不行[18]。因此，考慮學(xué)習(xí)者先前知識是重要的，它能影響特定教學(xué)策略增加相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷的效果。學(xué)習(xí)活動只有符合學(xué)習(xí)者適當(dāng)難度水平時，才能引起相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，而且學(xué)習(xí)者也樂意對其投入努力，當(dāng)學(xué)習(xí)者能夠進(jìn)行自我解釋時，指導(dǎo)性解釋就是多余的，并且還可能會引起無關(guān)認(rèn)知負(fù)荷[19]。

四、結(jié)語

本論文介紹的這些研究已經(jīng)超越了比較樣例學(xué)習(xí)與問題解決的效果的研究，重點從提高相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷的角度來研究樣例教學(xué)設(shè)計，雖然這些方式的效果有待于進(jìn)一步驗證，但是至少為我們提供了進(jìn)一步研究的新的理論框架。

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The New Development of the Application of Cognitive Load Theory in Instruction Designs

Sun Zhi-jun
（Tongling University，Tongling Anhui 244000，China）

It has been argued in CLTthat worked examples d ecrease extraneous load,enabling more Working Memory(WM)resources to be directed to activities that facilitate learning and transfer performance.Recently,cognitive load research has started to shift its focus towards finding instructional techniques that impose a germane cognitive load by stimulating the allocation of WM resources to such activities.This special issue provides an overview of recent experimental research on ways to further optimise the design and delivery of worked examples in order to foster learning and transfer and describes the new reference framework for future research about cognitive load and instruction design.

Cognitive load theory；Germane cognitive load；Inter-example features；Intra-example features；Self-explanation

G441

A

1672-0547（2011）04-0119-03

2011－07-12

孫志軍（1982-），男，山東沂水人，銅陵學(xué)院教師，碩士，研究方向：發(fā)展與教育心理學(xué)。