江妍雪

(福建師范大學 心理學院， 福建 福州 350117)

認知負荷是影響教學效果和學生學習效果的一個重要因素。澳大利亞認知心理學家John Sweller最早提出了認知負荷理論(Cognitive Load Theory)[1]，該理論認為個體的認知資源是有限的，要合理分配認知資源，既要減少額外的認知負擔，又要保障必要的認知負荷。

教學的主要目的是學習知識，并形成對知識的長時記憶。因此，認知負荷理論提出主要有三種類型的認知負荷：內在認知負荷、外在認知負荷和相關認知負荷[1]。其中外在認知負荷是一種非必要的認知負荷，在教學中應盡量降低外在認知負荷;內在認知負荷與學習材料難度和學生的認知水平有關，應該進行合理控制;而相關認知負荷是對工作記憶的形成有所貢獻的負荷。教學工作者應該幫助學生對這三種認知負荷進行有效管理，總體認知負荷要在學習者所能承受的認知負荷的范圍之內[2]。教學工作者還要重視認知負荷影響學習效果時的一些調節(jié)變量的作用，例如當學習不同種類、難度各異的知識時，要適當調整管理學生認知負荷的方法。

本文依據(jù)不同的教學情境，列舉了教學實踐中經(jīng)過實證研究的檢驗能夠有效管理學生認知負荷的主要方法，同時梳理了管理認知負荷的方法所存在的一些邊界條件，能夠為教師的教學開展和學生的自主學習提供有依據(jù)的方法建議。通過對學習者認知負荷水平的有效管理，一方面有利于教師提高教學效率，另一方面能夠促進學生形成對知識的長時記憶，實現(xiàn)對知識的遷移和應用。

1 傳統(tǒng)課堂教學情境中管理學生認知負荷的方法

在傳統(tǒng)的課堂教學情境中，常常以教師講授知識、學生接受和理解知識為主要形式，其突出的特點是教師發(fā)揮對學生的引導作用、支持作用，幫助學生學習新知識，并在學習的過程中與學生進行互動，了解學生的學習進展。

支架理論提出教師在給學生講授新知識時，要給他們提供一定的支持、引導和幫助。學習支架的一個非常重要的作用就是能夠為學生的學習以及問題解決提供各種支持，降低學生的額外認知負荷，幫助學生完成學習任務。最近發(fā)展區(qū)理論認為在教師的支持下，學生能夠創(chuàng)造最鄰近發(fā)展區(qū)，實現(xiàn)認知水平的發(fā)展[3]。需要說明的是，一直通過支架減輕學生的認知負荷不是最有利于學生的學習方式，如果學生已經(jīng)能夠獨立學習和應用新知識，就應該適時拆除學習支架。下文列舉了傳統(tǒng)教學情境中管理學生認知負荷的常用方法。

1.1 教學前采用先行組織者策略

先行組織者策略是指在學生學習新知識前，先為學生引入與新知識有關的引導性概念或材料作為先行組織者，其主要特點是要在學習新知識之前先引入，并且要比新知識更具抽象性和包容性。在有先行組織者的條件下，只要新的有意義材料能夠被納入現(xiàn)有的先行組織者的范疇，就更有利于被納入認知結構，促進對新知識的有意義學習和記憶保持[4-5]。

先行組織者策略在傳統(tǒng)的課堂教學中得到了大量應用，它對于減輕學生的認知負荷、提高學生的學習效率等具有積極作用。但先行組織者策略更適用于具有低先驗知識的學生，如果學生對于新內容本身已經(jīng)具有較高的先驗知識，那么其認知結構中的知識會與外部提供的先行組織者材料發(fā)生重疊，學習者需要對內外兩種材料同時進行重復的加工，這反而會增加學習者的額外認知負荷，不利于提高學習成效，這在關于文本學習的研究中得到了證實。因此，對于低先驗知識水平者，可以通過先行組織策略幫助學生減輕學習新知識的認知負荷；對于具備高先驗知識的學生，則可以直接開展教學[6]。

1.2 教學過程中管理學生認知負荷的方法

1.2.1 向學生提供教學樣例

樣例教學是指將經(jīng)過加工處理的樣例呈現(xiàn)給學習者，讓學習者從樣例中進行學習，相較于讓學生直接解決問題的方式而言，樣例學習更有利于減輕學生的認知負荷[7-8]。樣例學習在程序性知識的學習中有很多應用，例如解決數(shù)學應用題或數(shù)學方程的教學中，為學生提供例題作為參考，這種方式相較于讓學生自己摸索，更有助于幫助學生掌握解決問題的方法。

樣例教學本身有助于減輕學生的外在認知負荷，但相關研究認為，在樣例教學中，教師應該增加樣例學習中學生的有效認知負荷，使學生投入更多的認知資源在其中，深化學生對問題的理解與遷移。增加樣例學習的有效認知負荷的方法有樣例變異設計和嵌入支架設計[7]，前者是指改變樣例的呈現(xiàn)形式或深層結構，要求學生進行辨認、遷移；后者是指在樣例中加入一些方法和學習策略的提示，引導學生在樣例學習中做相關思考[9]?？偠灾?，樣例教學是一種有助于減輕學生多余認知負荷，增強學習效果的教學方法。但在運用該方法時也要適當增加學生的必要認知負荷，實現(xiàn)樣例教學的優(yōu)勢最大化。

1.2.2 繪制思維導圖和概念圖

雙重編碼理論認為，對知識進行語言和視覺上的雙重加工，有助于減輕語言通道的認知負荷，增強記憶效果[10]，因此思維導圖和概念圖都是在教學中常用的兩種可減輕認知負荷的知識可視化方法。思維導圖是將知識通過類別和上下級關系進行組織，更直觀地展現(xiàn)知識之間的相互關系[11]。概念圖是指通過繪制節(jié)點和鏈接圖來創(chuàng)建的概念知識圖示，通常將一組材料中的概念表示為節(jié)點，概念之間的關系表示為連接節(jié)點的鏈接，而描述這些關系的標簽則寫在鏈接旁邊。概念圖有助于學生對知識的精細化學習[12]。在課堂教學中，教師可以借助思維導圖和概念圖的形式向學生呈現(xiàn)知識，也可以鼓勵學生發(fā)揮發(fā)散性思維和創(chuàng)造性思維，自己繪制思維導圖和概念圖，對知識進行精細加工，形成對知識的形象化記憶。

1.2.3 在教學材料中添加文本結構標記

依據(jù)國內學者的分類，文本標記包括宏觀標記和微觀標記[13]，前者是指標題、摘要等從總體布局上凸顯的標記；后者是指對文本中包含有重要信息的句子或關鍵詞以標紅、加下劃線、加粗等方式做標記，使文本中的重要內容在視覺上突顯。文本結構標記能夠突出文本的關鍵信息，幫助讀者抓住重點進行學習，將注意力資源集中到重要的信息上，以提升閱讀效率。相關研究顯示，在文本中添加結構標記能有效降低學習者的額外認知負荷，顯著提高學習者的閱讀成績，尤其適用于高閱讀水平的學習者[14]?？梢姡诮虒W中，教師應該給學生呈現(xiàn)有文本結構標記的學習材料，同時引導學生自己進行文本結構標記，在重要的內容上做標記或注釋，除了提高學習效率以外也能夠為后面的復習工作減輕認知負擔。

1.3 在教學后引導學生及時復習與分類歸納

艾賓浩斯關于遺忘曲線的研究揭示：遺忘的特點是先快后慢，先多后少[15]。因此在完成對新知識的學習以后，教師應該幫助學生及時復習，對知識進行精細復述和分類歸納。在復習中充分進行有意義學習，以理解知識的方式取代死記硬背式的無意義學習，有助于減少遺忘和降低后期回憶知識的認知負荷，使知識更容易在未來的測試中被成功提取和應用。

2 在多媒體教學情境中管理學生認知負荷的方法

多媒體教學在近10年來一直受到廣泛的關注。多媒體教學是指采用動畫、視頻等生動形象的多媒體技術來呈現(xiàn)學習材料的新教學形式。多媒體教學與傳統(tǒng)教學最大的不同是其具有更為形象生動、色彩豐富的視覺表征性，是對傳統(tǒng)教學形式的一種改進與創(chuàng)新。多媒體技術在視覺和空間上都具有較強表征及傳遞知識的優(yōu)勢，能夠提高學習者的學習興趣，在學校等多種教學領域中都得到了應用。如何更好地設計多媒體課程以提高學生的學習效率以及學習成績也日益受到關注。

除了傳統(tǒng)教學中常見的管理認知負荷的方式以外，梅耶從多媒體教學設計的實證研究成果出發(fā)提出了優(yōu)化多媒體教學設計，幫助學生提高學習成效的多個原則。這些原則更關注多媒體教學的特點，并且十分重視對認知負荷的有效管理。在多媒體教學設計中，以下的一些原則強調了如何依據(jù)學習者特征和學習內容來降低學習者在多媒體學習中的額外認知負荷。

2.1 線索原則

多媒體教學設計中線索的呈現(xiàn)形式包括言語線索和視覺線索兩種類型[16]。語言線索主要包括標題、大綱等學習支架；視覺線索則體現(xiàn)為一些標記上的提示，例如將學習重點以下劃線、不同的顏色、高亮等形式標出。多媒體的線索類似于前文提到的傳統(tǒng)學習教材上的文本結構標記，只是這些線索標記是在更具有視覺豐富性和動態(tài)性的多媒體教學材料中呈現(xiàn)的。線索能夠幫助學生調整有限的認知資源，實現(xiàn)對知識的選擇、組織和整合三個功能[17]，能夠減輕學習者的外在認知負荷。國內學者進行了一項關于線索對多媒體學習的作用的元分析，結果顯示：從總體而言，線索能夠促進學生在多媒體學習中的保持和遷移測試成績。在保持測驗和遷移測驗上，相較于動態(tài)性知識和程序性知識，線索在學習靜態(tài)性知識和陳述性知識上所發(fā)揮的作用更為突出[18]。因此，在多媒體學習中，為學習者提供一些線索式的學習支架具有積極作用，特別是當學習材料為靜態(tài)性或陳述性知識時。

2.2 空間鄰近性原則

在多媒體教學設計中，通常會給相應的文字提供一些配圖或解說圖示以幫助學習者更好地理解并掌握知識內容。因此在多媒體教學設計中，研究者在實證研究的基礎上提出了空間臨近效應，認為不管是在書本還是在視頻、動畫等多媒體教材上，為學習內容搭配相關的配圖或解說圖示等支架時，要將其放置在臨近其所對應的文字上，減少學習者用于視覺搜索所需付出的認知努力，更好地實現(xiàn)圖文整合[19-20]。因此，教師在設計多媒體課件或制作教學PPT時，要盡可能將配圖與知識點放置在同一頁的臨近位置?？臻g鄰近性原則有其邊界條件，該原則對于低先驗知識學習者、非冗余性的文本和圖片、復雜的課程以及交互呈現(xiàn)的模式而言是最強的。

2.3 聲音解說的同步性原則

多媒體教學的一個優(yōu)勢是可以實現(xiàn)視聽同步的雙通道加工，在呈現(xiàn)學習內容的同時，配以對應的聲音解說，作為一種學習支架更有利于幫助學生掌握和理解知識，且不會導致過高的外在認知負荷。關于聲音解說優(yōu)勢的研究也證實，在多媒體教學中，為畫面加入聲音解說要比給畫面加入文字解說更能夠幫助學習者識記和理解學習材料[21]?？梢?，學習支架雖然有其優(yōu)勢，但也要根據(jù)學習內容和情境去選擇合適的支架類型。

3 基于提取練習的教學情境中管理學生認知負荷的方法

基于提取練習的教學策略是依據(jù)提取練習效應提出的。提取練習效應發(fā)現(xiàn)在學習完知識后，相較于繼續(xù)重學，在同等的時間里采用重復測試的方式進行學習更有利于鞏固對知識的長時記憶[22]。這一教學策略與基于編碼的教學策略的最大不同是，將測試作為一種學習策略向學生推廣并采用測試的方式幫助學生掌握知識。

依據(jù)提取練習的必要難度理論和提取努力假說，在引導學生使用提取練習策略時，適當提高提取難度，例如以自由回憶的方式代替線索回憶，更能夠提高學生的學習成績[23]。這是因為在提取練習的過程中，提取難度較大時，學生會投入更多的認知資源用于回憶知識，能夠增加提取練習時的相關認知負荷，在提取過程中不斷更新關于信息的情境背景信息，依靠自身的提取加工為后來的回憶提供了豐富的提取線索，形成了長時記憶。

在小學生的提取練習教學中，則應該適當?shù)貫閷W生提供一些提取支持和引導[24]。這是因為小學生的認知發(fā)展尚未成熟，提取難度過大容易導致小學生提取失敗，因此在小學生的提取練習中則不能過度強調增加提取難度和相關認知負荷。

4 總結與展望

通過對不同教學情境和不同學習方式下管理學生認知負荷的方法以及需要注意的邊界條件的梳理，能夠發(fā)現(xiàn)無論是在傳統(tǒng)教學、多媒體教學還是基于提取練習的教學中，認知負荷與學生的學習效率、長時記憶和學習成績都有十分密切的關系。教師在教學中應該因材施教，在不同的教學情境中利用能夠有效管理認知負荷的教學方法，重視學習者特征、材料難度等的影響因素在其中的作用，對教學方式進行調整，幫助學生管理認知負荷，在減輕學生的外在認知負荷的同時，也要合理利用好學生的必要認知負荷的作用。

未來研究應該進一步厘清與認知負荷有關的調節(jié)變量，例如應該進一步明確不同認知階段的學習者、不同類型的知識、不同的教學背景等因素對學生的認知負荷有哪些具體要求。也可以利用實證研究和元分析來進一步檢驗相關邊界條件與不同的認知負荷水平如何共同影響學生的學習成績。