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本书具有以下特色。1 内容较新。一方面，在已有认知负荷理论的基础上增加了新的内容，如探讨了各种认知负荷类型与相关变量之间的关系，以及较新的实验证据；另一方面，增加了一些新的认知负荷理论内容，从而进一步拓展了已有的认知负荷理论，如探讨了个体的先前经验、认知方式、概括能力、自我调节等个性差异特征与认知负荷之间的关系，还分析了学习者学习过程中产生的各种认知负荷效应等。2 理论与实证相结合。本书除了概述认知负荷理论的*研究进展外，还介绍了作者*近完成的关于认知负荷理论在教学设计中运用的三项实证研究，从而使本书既有理论阐述，又有实证研究，两者相辅相成、相得益彰。3 对未来的认知负荷研究趋势做了较为科学而大胆的预测。一方面，对认知负荷的未来测量方法进行了一些有价值的探索；另一方面，对认知负荷的结构模型、可加性假设、方法论等几个开放性问题的未来研究趋势做了展望。本书是作者2015年开始承担的教育部人文社会科学研究规划基金项目"认知负荷视阈下的中小学生学业负担研究"15YJA880056的阶段成果之一，凝结了近年来作者对认知负荷理论与研究的一些思考、体会和心得。
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| 內容簡介： |
自从20世纪80年代认知负荷理论提出以后，迄今为止，国内外学者对其所做的研究方兴未艾，现已成为教育心理学和教学设计领域最有影响力的理论框架之一。
本书主要探讨了认知负荷理论的最新进展，包括基本类型、学习效应、测量方法及与个体特征的关系等；在此基础上，介绍了作者近年来所做的关于认知负荷与教学设计的关系的三项实证研究；最后，对认知负荷理论的未来发展趋势做了展望。
本书可供各级教育工作者、心理与教育专业的研究生以及科研机构的有关人士参考使用。
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| 目錄：
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目 录
第一章 认知负荷概述 1
第一节 认知负荷的相关概念辨析 2
第二节 与认知负荷相关的理论 6
第三节 认知负荷的重要特征 16
第四节 研究认知负荷的重要意义 18
第二章 认知负荷的类型 27
第一节 内在认知负荷 28
第二节 外在认知负荷 36
第三节 相关认知负荷 41
第四节 元认知负荷 44
第三章 教学中个体差异与认知负荷的关系 49
第一节 个体的先前经验与认知负荷 52
第二节 认知方式与认知负荷 56
第三节 概括能力与认知负荷 62
第四节 自我调节与认知负荷 66
第四章 教学中认知负荷的效应 75
第一节 自由目标效应 76
第二节 样例效应 81
第三节 注意分散效应 84
第四节 通道效应 87
第五节 冗余效应 92
第六节 熟悉逆转效应 95
第五章 教学中认知负荷的测量 101
第一节 间接的主观测量法 103
第二节 直接的主观测量法 107
第三节 间接的客观测量法 110
第四节 直接的客观测量法 116
第五节 认知负荷测量的未来趋势 121
第六章 认知负荷理论在教学设计中运用的实证研究 129
第一节 教学设计中的认知负荷评价量表比较 130
第二节 空间能力对认知负荷与学习成绩的影响 152
第三节 学习自我调节能力对认知负荷与英语学习的影响 164
第四节 实证研究的总讨论与总结论 178
第七章 认知负荷理论的未来研究展望 183
第一节 进一步完善认知负荷结构模型 184
第二节 认知负荷研究的几个开放性问题 188
附录 测验材料 195
参考文献 204
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| 內容試閱：
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前言
自20世纪80年代末澳大利亚认知心理学家Sweller较为系统地提出认知负荷理论以后，迄今为止，国内外学者对认知负荷的研究方兴未艾。毫无疑问，认知负荷理论在近年来已经成为教育心理学最有影响力的理论框架之一，一些教学设计领域已经广泛地使用认知负荷理论作为理论框架，如样例教学和多媒体学习。认知负荷理论避开了传统学习理论核心假设的许多束缚，通过概念化人类的信息处理系统与认知过程，提供了一种全新的促进学习与教学设计的理论框架。它专注于人类认知架构的许多方面，聚焦于特定的领域，即基于长时记忆与工作记忆功能相关的学习与教学设计，而不是一般意义上的学习。它对于教学设计有着较为清晰的理解，为创建高效率的教学方法奠定了理论基础。所以说，时至今日，认知负荷理论仍然具有强大的生命力，有着积极的发展前景。开展认知负荷的应用研究对于加强学习者的认知负荷管理和帮助教师完善教学设计具有重要的理论意义和实用价值。本书共分七章。第一章论述认知负荷理论的基本问题，包括认知负荷的相关概念、与认知负荷相关的理论、认知负荷的重要特征以及研究认知负荷的重要意义等。第二章较为全面而深刻地阐述认知负荷的各种类型，即内在认知负荷、外在认知负荷与相关认知负荷的含义及其与影响因素之间的关系，还专门针对近些年出现的颇有争议的元认知负荷进行分析。第三章探讨教学设计中个体差异与认知负荷的关系，包括先前经验、认知方式、概括能力、自我调节等个体差异特征对认知负荷的影响。第四章探讨教学中存在的各种认知负荷效应，包括自由目标效应、样例学习效应、注意分散效应、通道效应、冗余效应、熟悉逆转效应等。第五章介绍教学中认知负荷的测量方法，按客观性和因果关联两个维度划分，分别介绍认知负荷四大类测量方法的含义、评估指标、优缺点以及相关研究，最后还将预测认知负荷测量的未来发展趋势。第六章主要介绍作者近年来所做的关于认知负荷理论在教学设计中运用的三项实证研究，包括教学中认知负荷的三种主观评价量表比较，学习者的空间能力、学习自我调节能力对认知负荷及学习成绩的影响。第七章对认知负荷理论的未来研究趋势做出展望，一是预测认知负荷结构模型的进一步完善的问题，二是讨论未来认知负荷研究的几个开放性问题。本书具有以下特色。1 内容较新。一方面，在已有认知负荷理论的基础上增加了新的内容，如探讨了各种认知负荷类型与相关变量之间的关系，以及较新的实验证据；另一方面，增加了一些新的认知负荷理论内容，从而进一步拓展了已有的认知负荷理论，如探讨了个体的先前经验、认知方式、概括能力、自我调节等个性差异特征与认知负荷之间的关系，还分析了学习者学习过程中产生的各种认知负荷效应等。2 理论与实证相结合。本书除了概述认知负荷理论的最新研究进展外，还介绍了作者最近完成的关于认知负荷理论在教学设计中运用的三项实证研究，从而使本书既有理论阐述，又有实证研究，两者相辅相成、相得益彰。3 对未来的认知负荷研究趋势做了较为科学而大胆的预测。一方面，对认知负荷的未来测量方法进行了一些有价值的探索；另一方面，对认知负荷的结构模型、可加性假设、方法论等几个开放性问题的未来研究趋势做了展望。本书是作者2015年开始承担的教育部人文社会科学研究规划基金项目"认知负荷视阈下的中小学生学业负担研究"15YJA880056的阶段成果之一，凝结了近年来作者对认知负荷理论与研究的一些思考、体会和心得。在本书的写作过程中，吸收了国内外学者同仁的研究成果，在此谨向这些作者表达诚挚的谢意；同时，也衷心感谢清华大学出版社相关工作人员的辛勤劳动，使本书早日付梓并增光添色。由于主客观条件所限，书中难免会有不足之处，甚至可能会存在一些错误，在此希望各位读者及同行专家批评指正。作 者2016年12月于吉林师范大学
第一章 认知负荷概述认知负荷理论Cognitive Load Theory，CLT可以说是目前有关认知负荷和多媒体学习的研究中最为科学的理论，已获得很多实证研究的支持。从20世纪90年代开始，认知负荷理论受到了国内外众多学者的广泛重视，得到了大力发展，并逐渐成为认知加工领域研究的热点问题，也成为现代教学设计与多媒体学习的主要框架理论。要全面、系统地理解认知负荷理论，首先需要理解认知负荷及其相关概念的含义。
第一节 认知负荷的相关概念辨析一、脑力心理负荷的含义负荷load最初是一个物理学概念，其本义是动力设备、机械设备以及生理组织等在单位时间内所担负的工作量，也指建筑构件承受的重量，又称为负载或载荷。认知负荷的理论研究，最初来源于脑力负荷或心理负荷mental workload or mental load的诸多研究成果。国际上对脑力负荷或心理负荷的研究发端较早，最早可以追溯到美国心理学家Miller，他从1956年就开始了这方面的研究。此后，国外一些心理学者对心理负荷的含义、结构和测评方法进行了大量的研究。20世纪60年代，有人使用次任务和主观度量法来研究人在脑力任务中的负荷。脑力负荷早期应用于人类工效学领域，用来评估任务需求与人类能力需求之间的差异Moray, 1979①。由于脑力负荷是一个多维的概念，内涵也较为复杂、抽象和深刻，因此，学者们对其所做的界定也未统一。Hart等人认为，脑力负荷是个体知觉到的心理加工能力或资源与任务需求量之间的关系②。国内学者廖建桥把脑力负荷定义为衡量人的信息处理系统工作时被使用情况的一个指标并与人的闲置未用的信息处理能力成反比③，照他看来，个体的信息处理能力就是脑力负荷与闲置未用的信息处理能力之和。肖元梅认为，脑力负荷一般涉及工作要求、时间要求、劳动者的能力及努力程度、行为表现和其他因素④。虽然研究者们对脑力负荷在认识上没有达成一致，但脑力负荷的概念对于人类功效学而言十分关键，它涉及到如何理解与技术系统、人类自然环境、人类组织器官相联系的人类认知与社会属性。如研究者们开始关注许多领域内脑力负荷与任务绩效之间的关系，这包括认知工效学、人际互动、航空航天、劳动卫生与环境卫生学等领域Hancock & Meshkati, 1988; Huey & Wickens, 1993⑤⑥。二、认知负荷的含义认知负荷这一术语早在20世纪70年代就有人使用，但把它作为一种理论并在此基础上进行实验研究的，则是澳大利亚的认知心理学家John Sweller。20世纪80年代末，Sweller对认知负荷进行了系统研究，并建立起理论假设。他认为，认知负荷是指在一个特定的作业时间内施加于个体认知系统的心理活动总量⑦。他以资源有限理论和图式理论为基础，从资源分配的角度来考察认知负荷，较为完整、系统地论述了认知负荷理论。Sweller等于是率先把人类工程学领域的脑力负荷或心理负荷研究移植到认知心理学领域，并更名为认知负荷研究。当然，认知负荷的研究受到重视得益于认知心理学成为主流心理学，与工作记忆理论、认知资源理论、认知过滤与衰减理论、建构主义理论等现代认知理论的发展是分不开的，是在大的认知心理学范畴下开展研究，才取得了大量的研究成果。正如脑力负荷心理负荷一样，研究者对认知负荷的定义也没有形成统一的认识，不同的研究者从各自的角度提出对认知负荷的理解，表达出不同的看法，尤其是操作性定义有较大的差别。Cooper将认知负荷定义为一个特定的作业时间内施加于个体的工作记忆的心理活动总量⑧；Paas和Van Merrienboer则认为，认知负荷由多维度构成，是执行一项具体任务时加于个体认知系统的负荷⑨。Quiroga等人认为，认知负荷通常被界定为用来促进学习活动的认知资源投入程度⑩。在国内，辛自强和林崇德2002认为，认知负荷可视为加工特定数量信息所要求的"心理能量"水平，随着要加工的信息数量的增加，认知负荷也增加11；曹宝龙等2005认为，认知负荷指一个事例中智力活动强加在工作记忆上的总数12；赖日生等2005认为，认知负荷指的是在某种场合下施加到工作记忆中的智力活动的总的数量13；苏月东认为，学生学习过程中的认知负荷是指学生对学习任务、责任以及时间压力的知觉和体验14。对认知负荷概念认识上的不统一，源于认知负荷的多维性、复杂性、内隐性等特点。根据当今认知负荷研究的视角，认知负荷还存在着理论与实践两个层面15。理论层面更多的是从认知负荷的内在本质去研究的，目前的绝大多数关于认知负荷的实验研究都是从理论层面进行的。从理论层面来看，认知负荷就是学生学习过程中完成所给认知任务而需要的心理资源的数量，也就是在一定时间内学生在完成任务的学习过程中实际投入的心理能力，或者说是实际分配给认知学习任务的心理加工能力。心理努力mental effort是认知负荷的重要指标，它是指对活动实际投入的认知资源的多少，反映实际的认知负荷水平。学习过程中，学生投入的认知资源越多，心理努力越大，认知负荷也就越重。目前，西方认知与教育心理学领域对认知负荷的界定多从理论层面进行。从实践层面来看，主要着眼于认知负荷与教育实践，特别是与教学改革密切地结合在一起，即认为认知负荷是指在单位时间内学生知觉到的认知加工任务的份量。该层面更多地是从认知负荷的行为层面进行研究的，更加注重学生学习的实际情况。同样的认知加工量，不同的学生对其感受不一样，那么，对不同学生构成的认知负荷也就不同。我们可以精确地计算出两个学生认知加工的数量，但很能判断出哪个学生更累，哪个学生知觉到的任务量更大。概括起来，学生学习过程中的认知负荷是指学生对学习的任务、责任以及时间压力的知觉与体验。当然，认知负荷这两个层面的含义实际上是相互联系的，我们不能把它们割裂开来。本研究中，认知负荷是一个认知心理学范畴，是指人在学习或任务完成中进行信息加工所耗费的认知资源总量。从这个定义出发，认知负荷的产生至少具有以下几个条件。1 认知负荷与某项具体的任务相联系，学习者没有具体的任务就不会产生认知负荷，就像汽车如不载物就不会产生物理负荷一样。2 这项任务的完成必须动用工作记忆中有限的资源，在工作记忆中进行操作。3 该任务各项操作的顺利进行，必须有相应心智能量的支持。三、认知负荷与脑力心理负荷的关系认知负荷与脑力心理负荷在一定程度上有相似性，因为两者都关注个体在完成某个任务时所施加在个体身上的资源需求。但是，从严格意义上说，脑力心理负荷与认知负荷是有一定区别的。认知负荷一般不会去考虑个体的信仰、期望与目标对负荷认知造成的心理效应Bannert, 2002；Moreno, 20061617。早期的心理理论已经注意到了心理负荷概念的多维属性，因此把它界定为由主观的个体特征与客观的任务特征交互作用所导致的心理体验。如Kantowitz1987认为，心理负荷就是由个体的动机、能力、期望、训练、时间认知、压力、疲劳、环境与所执行任务的数量、类型、难度以及付出的努力、对成功的需求等交互作用所产生的主观体验18。另外，心理负荷的范畴比认知负荷要大，因为认知负荷是心理负荷的一个组成部分，除了认知负荷外，心理负荷还包括情绪负荷、任务压力等。它们两者的关系有点类似于心理过程与认知过程的关系，是包含与被包含的关系。但在实际运用过程中，人们一般把认知负荷与心理负荷混合使用，没有严格的区分，甚至在Paas等人提出的认知负荷结构模型中，心理负荷还被看成是认知负荷评价维度的一个方面19。实际上，认知负荷与脑力负荷在本质上相差不大，都是关于人在不同的工作和任务中大脑信息处理能力与所消耗的心理资源之间的关系，只是脑力负荷的研究由来已久，应用领域也比较广，而Sweller的认知负荷理论提出较晚，主要是关于复杂任务学习中认知资源的优化和充分利用的问题，涉及的领域不如脑力负荷广，只局限于认知心理学、教育心理学等领域。不过，脑力负荷的研究成果，完全可以为认知负荷研究所借鉴，比如测量方法与技术。第二节 与认知负荷相关的理论根据认知心理学原理，我们所获得的系统性知识都是基于长时记忆，它代表了影响我们学习新信息方式的重要的关键性因素。所以，认知负荷理论是在现代认知心理学大的框架下诞生的，与现代的一些认知理论有着密不可分的联系，正是图式理论、资源有限理论、建构主义学习理论和测量学理论等，为认知负荷理论的发展奠定了理论基础。一、图式理论一 图式的含义与特征认知负荷的重要理论基础之一，就是图式理论。"图式"scheme一词，早在康德的哲学著作中就已出现。在近代心理学研究中，最早对图式给以理论上高度重视的学派是格式塔心理学。瑞士著名的心理学家、教育家皮亚杰也十分重视图式概念，他认为"图式是指动作的结构或组织"。图式是指围绕某个主题组织起来的知识表征和贮存方式。个体一生要学习和掌握大量知识，这些知识并不是杂乱无章地贮存在大脑中的，而是围绕某一主题相互联系起来，并形成一定的知识单元，这种单元就是图式。比如，当我们见到某种动物的图片时，很快就能联想起它的名称、性情、生活习性等很多有关该动物的知识。这说明该动物的外观特征是与它的名称、性情、生活习性等有关知识联系在一起贮存在人的大脑中的。再如，当我们看见一个单词时，我们马上就会联想到这个单词的发音、词性、前后缀、词义，以及用法，在什么情境下用过等。所以说，图式实际上是一种关于知识的认知模式，图式理论研究的，就是知识是怎样表征出来的，以及关于这种对于知识的表征如何以其特有的方式有利于知识应用的理论。概括起来，图式主要有以下特征。第一，图式描述的是具有一定概括程度的知识，而不是定义。图式所描述的知识一般由一部分或几部分按一定的方式组合起来，它既描述事物的必要特征，又包括其非必要特征，所以，图式描述的内容不能等同于定义，因为概括的是事物的本质特征，或区别于其他事物的特征。例如，我们人类这样"哺乳动物"的图式，包括有皮肤、能活动、吃食物、呼吸空气；而"鸟"的图式包括有翅膀、有羽毛、会飞等。总之，一个符号、一种物体等，均可以看成是一种图式。第二，图式有简单和复杂、抽象和具体、高级和低级之分。简单的图式可以只是一个字符，复杂的图式可以由几个子图式或简单图式构成。抽象的图式主要是指关于意识形态和文化观念方面的图式，如宪法，政治纲领等；具体的图式则包括生活经历和事物的特征，如三角形、四边形等。所谓的高级图式和低级图式，是指图式之间的层次或隶属关系。比如上面提到的"鸟"的图式和"动物"的图式，后者相对来说，构成了一个较为复杂的图式。因为鸟属于动物，对于鸟来说，"动物"的图式是高级或上位图式，而"鸟"的图式则是低级或下位图式。第三，图式不是各个部分简单、机械的相加，而是按照一定规律由各个部分构成的有机整体。构成图式的各个部分，即变量variable，有恒定的，也有变化的；当一部分变量取一定值时，其他变量的取值也就受到了约束。图式的加工过程是通过对加工的信息进行拟合、优化、评价而进行的，对某些信息的加工甚至会有几个图式相互比拟、进行评估，最后才能做出决策。第四，图式是在以往经验的旧知识与新信息相互联系的基础上，通过"同化"和"顺应"而形成的。"同化"和"顺应"是皮亚杰图式理论的两个重要概念。"同化"就是把外界的信息纳入已有的图式，使图式不断扩大，如孩子看见鸟称为鸡。"顺应"则是当环境发生变化时，原有的图式不能再同化新信息，而必须通过调整改造，才能建立新的图式将麻雀、大雁、喜鹊等纳入鸟的图式中。可见，图式不是被动地接受信息，而是积极地把新信息与图式表征的旧知识加以联系。每个图式在发展过程中，受到同化作用和协调作用，而发生变化。低级的图式通过同化、协调、平衡而逐渐向层次越来越高的图式发展。同化是图式发生量变的过程；顺应是图式发生质变的过程。二 图式理论与认知负荷现代图式理论是在信息科学、计算机科学深入到心理学领域，使心理学中关于人的认知的研究发生了深刻变化之后，于20世纪70年代后期发展起来的。图式理论认为，图式是有空位的知识包，即可以用相关的、有联系的细节填充到空位上。从定义上说，图式是知识与信息储存的一种经济方式20。当图式变得自动化时，加工容量就被释放出来，这样，就可将更多的工作记忆用于理解文本或解决问题之类的任务了，从而就能达到降低认知负荷的目的。因此，来自信息加工理论和图式理论的概念的整合，也就成为认知负荷理论的基础2122。当学习者遇到一项任务，而他们又没有恰当的或自动化的图式时，他们就必须单独而又同时在心里记住任务的所有成分；或是学习者不能激活适当的图式，那么，用于解决问题的一般策略就会对工作记忆提出很高的要求，这样，就造成比较高的认知负荷。例如，读者在构建对文本的解释时，如果不能马上想到有助于文本理解的图式，那么，当读者构建图式时，就必须尽力记住段落中的每个句子，认知负荷比较高，就没有足够的资源用于文本的理解与解释。但当有合适的图式被激活并被用于阅读任务时，认知负荷得以降低，就有多余的资源用于理解，理解也就能顺利进行23。所以，教育者在教学过程中，适时地寻求一些能减少额外认知负荷、但能增加相关认知负荷的教学策略，就显得尤为必要。在个体学习新知识的时候，长时记忆中的图式可以根据所面临的情景进行快速而正确的归类，这种归类是一种自动化的加工过程，它不需要有意识控制和资源消耗，因而可以降低个体的认知负荷。知识信息以图式的方式储存在长时记忆中。一个图式可以包含大量的信息，却以单个单元的形式在工作记忆中被处理加工。图式可以整合信息元素、产生规则并使之自动化，这样，就只需要很少的储存空间。图式也可以减少工作记忆负荷。虽然工作记忆每次只能加工数量有限的元素，但元素的大小、难度和复杂性却不是这样的。总之，图式建构有利于信息在长时记忆中的储存和组织化，并且降低工作记忆负荷24。二、资源有限理论认知负荷理论还以资源有限理论为基础。该理论旨在解释个体是如何协调不停的认知任务或认知活动的。资源有限理论包括单资源理论和多资源理论，但无论是单资源理论还是多资源理论，其核心观点，都是认为人的认知资源总量是有限的，若同时从事几种活动，则存在资源分配的问题，资源分配遵循"此多彼少、总量不变"的原则。我们知道，学习过程中的各种认知活动均需消耗认知资源，若所有活动所需要的认知资源总量超过了个体所具有的认知资源总量，则存在认知资源分配不足的问题，会出现超负荷现象，从而影响学习效率和质量。可见，资源有限理论主要从资源分配的角度考察学习和问题解决，特别是复杂任务的学习。一 资源有限理论的提出资源有限理论最早是由美国心理学家卡尼曼Kahneman于1973年在《注意与努力》一书中提出的，又称为资源分配理论，或有限容量理论。这里的资源，主要指心理资源，包括认知资源和注意资源，其中，认知资源主要表现在工作记忆容量上。1956年，美国认知心理学家Miller在"神秘的7加减2：我们加工信息能力的某些限制"的著名报告中，总结了用实物、无意义音节、数字、单词和字母等一系列材料所做的大量实验，结果表明，短时记忆的容量有一定的限制，范围为5~9个信息单位，即7加减2，平均数量为7。短时记忆的容量为7，其单位为组块chunk。Atkinson和Shiffrin认为，短时记忆只是单纯、被动地作为信息的存储库，这忽视了短时记忆对信息积极、灵活加工方面的特征。Baddeley则认为，短时记忆并不像书橱或书架一样，只能放东西，而是在诸如推论、学习、理解等人类的认知活动中发挥着决定性的作用。他用一种进行操作的记忆取代短时记忆，这就是工作记忆working memory箱田裕司等，201325。同时，他还认为，工作记忆是在对短时记忆进行研究的基础上逐步发展起来的一个重要的研究领域，是一个允许同时储存和管理临时信息过程的有限容量系统26。Baddeley和Hitch提出了一个多成分模型的工作记忆系统2728。他们认为，工作记忆包含三个子系统：一是中央执行系统Central Executive，CE；二是负责视觉材料暂时存储和处理的语音环路Phonological Loop，PL；三是负责视觉材料暂时存储和处理的视觉空间画板Visuo-spatial Sketch Pad，VSSP或视觉空间工作记忆Visuo-spatial Working Memory，VSWM。其中，中央执行系统是工作记忆模型的核心成分，也是工作记忆中最为复杂的成分，它是一个注意控制系统，主要功能是协调和监督，负责策略的选择、控制和调节，并参与短时储存的各种加工过程；语音环路是一个包含各种语音形式信息的有限容量系统，负责操作和维持各种语言信息，包括各种语言储存和发音控制加工，主要功能是存储语音、言语复述和语音转换；视觉空间模板或视觉空间记忆也是一个容量有限的系统，主要负责存储视觉空间信息，产生、操作和保持视觉空间映像。工作记忆系统虽然成分比较复杂，但其容量与所占据的心理资源都是有限的。二 认知资源有限的理论解释关于工作记忆容量有限的性质，主要有以下三种解释29。1 贮存空间槽道说。即把工作记忆视为有限的贮存空间，此空间可以分为少数的几个槽道，信息就贮存在这些槽道里。2 复述说。即工作记忆的容量取决于人在2秒钟内能够复述的信息的数量，需要复述时间多的项目的容量小，反之则大。3 木匠工作台原理。即把工作记忆比作木工的工作台，木匠工作台既要放料，木匠还要在台上操作，二者必然存在一个权衡关系。所以，我们可以把工作记忆视为一个空间，它既要贮存，又要加工。也就是说，贮存空间与操作空间共同分享工作记忆的总空间，它们之间存在一定的权衡关系。认知资源理论则从另外一个角度理解心理资源的有限性30。该理论的基本假设是，对刺激的识别需要占用认知资源，刺激越复杂，或加工任务越复杂时，占用的认知资源越多，但不能超过认知资源总量。在具体学习过程中，学生每完成一项任务，都需要运用认知资源，操作几项任务可以共用认知资源，但是，学生的认知资源的总量是有限的。当认知资源完全被占用时，则新的刺激将得不到加工，也就是未被注意。该理论还假设，输入刺激本身并不能自动地占用资源，而是在认知系统内部有一个机制专门负责资源的分配。这些加工过程产生一定数量的输出，学生在操作几项任务时根据特定数量的资源和输出在质量上的变化，将资源量分配给这些任务的操作。只有同时进行的两项或多项任务所需要的资源总和不超过学生认知资源的总量时，同时操作这两项或多项任务才是可能的。如果加工这些任务所需要的认知资源超过了学生本身所具有的认知资源的总量，就会造成认知超负荷cognitive overload，从而影响学习的效果和效率。我们还可以对这个问题进行量化的理解，例如，假设学生总的认知资源为40个单位，操作某一任务用去了25个单位，剩下的15个单位可以分配给其他任务。如果其他任务的最佳操作所需的资源是15个单位以下，则学生能同时操作这些任务；如果其他任务的最佳操作所需的资源超过15个单位，则学生就不能很好地同时操作这些任务，因为这时学生已超负荷了。心理学家基于人的信息加工系统容量有限的假设，提出了过滤器理论与衰减理论31。两种理论都主张，外来信息都要进行过滤或使用衰减装置来调节，在对信息的调节充分加工之前，只有在对众多信息进行选择后，才能对有限的信息进行进一步的加工处理。其中，Broadbent提出的过滤理论filter theory认为，外界信息进入时，要经过三个关卡。一是过滤选择；二是有限通道；三是信息检测。感觉通道容量有限，信息要先经过一个过滤装置，一部分信息经过瓶颈接受进一步的加工，其他信息则被阻断在瓶外得不到加工而消失。Broadbent把这种过滤机制形象地比喻为一个狭长的瓶口，当往瓶内灌水时，一部分通过瓶颈进入瓶内，而另一部分水由于瓶颈狭小，通道容量有限，而被阻挡在瓶外。这种理论又叫瓶颈理论或单通道理论。Treisman提出的衰减理论attenuation theory是对过滤理论的修正与补充。他认为，信息的过滤不是一种全或无的过程，而是伴随有不同程度的衰减与保留的过滤。信息经过过滤装置被阻隔，并不会完全消失，只是在程度上减弱了。所谓没有被接受的信息，只是没有达到被注意的程度，进入的信息只有达到一定的阈限才能被接受。不同刺激的激活阈限是不同的，对人有重要意义的信息，其激活阈限低，容易被激活。根据资源有限理论，人的认知资源是有限的，而任何学习和问题解决活动都要消耗认知资源，就有可能造成认知上的超负荷。因此，认知负荷理论研究的主要目的，就是在教学过程中控制工作记忆负荷，即最大限度地降低阻碍学习的认知负荷、优化促进学习的认知负荷，使学习者合理地利用有限的认知资源，达到最好的学习效果32。三、建构主义学习理论建构主义思想constructivism的产生源于17世纪末意大利哲学家维柯Vico，心理学中的建构主义则可追溯到皮亚杰Piaget。建构主义学习理论与教学理论的真正兴起，是在20世纪80年代后期。皮亚杰、维果斯基Vygotsky是公认的建构主义学习理论的先驱，布鲁纳Bruner、奥苏贝尔Ausubel进一步发展了建构主义学习理论。一 建构主义学习理论的基本观点建构主义学习理论强调学习是主动的加工过程，学习者不是被动的刺激接受者，而是主动的知识建构者，即对信息进行主动的选择与加工，主动地建构信息的意义。其基本的观点主要包括下列内容。1. 学习者是学习的主体建构主义强调，学习者是学习的主体。学习者在长期的生活与学习中积累了自己独特的经验和命题网络结构，这对于他们建构新知识来说是至关重要的。在学习者的共同体中，因为经验和命题网络结构的差异，导致学习者对外部世界的理解不尽相同，所获得的新知识也就有差异。所以，知识对于学习者来说是相对的。2. 学习是学习者主动地建构内部表征的过程在建构主义者看来，学习，实际上是学习者运用自己已有的经验去主动而积极地建构对自己富有意义的内部心理表征的过程。学习者对外部世界的理解，是他通过自己主动而积极的选择、加工与建构的结果，而不是被动地接受别人呈现给他们的东西33。学习的建构过程，既包括对现有信息意义的建构，也包括对原有经验的改造与重组。3. 先前知识经验是影响学习的主要因素在诸多因素中，由于受到皮亚杰、维果斯基和奥苏贝尔等人思想的影响，建构主义者认为，先前知识经验是影响学习的主要因素。学习者都有着自己独特的知识经验和背景，他们都是以自己的方式建构对知识、信息的理解，所以，不同的人对知识、信息的理解可能有所不同。二 建构主义学习理论与认知负荷建构主义学习理论对认知负荷理论及其发展具有同样重要的意义。认知负荷与多媒体的研究，也要考察学习者的个人特征，就是鼓励学习者发挥自己的主观能动性，或针对其不同的个人特征，设计有特色的教学模式，以便使学习者能很好地建构自己的知识结构，最大程度地降低无效负荷，增加有效负荷，提升学习者的学习效率。另外，建构主义心理学汲取并发展了皮亚杰的图式概念。图式是指个体对世界的知觉、理解和思考方式。图式可被视为心理活动的框架或组织结构。在皮亚杰看来，图式是认知结构的起点和核心，也是人类认识事物的基础。建构主义发展了图式理论，认为学习过程中图式的获得与自动化是学习的重要目标，它可以扩大认知能力，提高学习效率，降低认知负荷。在建构主义思想影响下发展的教学模式，如认知学徒、支架、样例等，都是影响认知负荷的重要因素。认知学徒模式是指通过允许学生获取、开发和利用真实领域内的活动工具的方法，来支持学习者在某一领域的学习；强调学习活动的认知和元认知作用，将注意力放在问题解决的关键环节上，用扩展的技术来培养学习者的自我校正和自我监控技能。所以，该模式有利于学习者优化自己的认知资源，达到降低无效认知负荷、提升有效认知负荷的功效。支架式教学模式来源于维果斯基的"最近发展区"理论，就是为学习者建构对知识的理解提供一种概念框架，其实质，是利用基础知识概念框架作为学习过程中的"脚手架"。这种框架中的概念帮助学习者对复杂的学习任务加以分解，以便把学习者的理解逐步引向深入34。Van Merrienboer等通过实验研究表明，样例对初学者来说，起支架scaffolding的作用，可以降低认知负荷，促进学习35。Kalyuga等人的研究进一步表明，这种样例的支架作用到了学习后期会发生逆转，对于有经验的学习者来说，样例worked example反倒干扰了学习36。可见，样例的支架作用会受到学习者的知识经验的影响，或者与其产生交互作用，这些因素都是教学者在进行设计时需要考虑的问题。四、测量学理论既然是认知负荷的测量研究，我们还需要借助于心理测量学的基本理论。根据心理测量学理论，作为一个好的测验，它的结果必须可靠，即多次测量的结果保持一致，这种测量结果的一致性或可靠性程度即测量的信度。一个好的测量工具，对同一事物反复多次测量，其结果应该始终保持不变。此外，高效度也是一个良好测验的最重要的特性。效度指的是测量的有效性，即一个测验对它所要测量的特质准确测量的程度。如果能正确地测量出所要测的东西，这就是高效度的测量。认知负荷的测量与其他的心理测量一样，必须做到尽可能准确地估计认知负荷，严格控制测量的误差，使之具有较高的信度与效度。此外，认知负荷往往是与某项具体的任务相联系的，所以，对认知负荷的测量还需要满足敏感性与诊断性的要求，即能够测量出任务难度或认知需求的细微变化，并能判断出认知负荷变化的原因等。Eggemeier等人1991提出，评价某种认知负荷的测量工具是否有效、使用是否恰当，需要满足以下几项标准37。1 敏感性。能够测量出任务难度或认知需求的变化。2 诊断性。不仅能鉴别出认知负荷的变化，还要能判断出认知负荷变化的原因。3 效度。测量指标只对测量认知需求的变化敏感，而不能对其他与认知负荷不太相关的变量敏感如情感压力。4 干扰性。测量法不能干扰主要任务，因为任务产生的认知负荷是评价的真正对象；5 信度。测量法对认知负荷的测量必须具有一致性。6 实施的便利性要求。包括实施的时间、工具和收集分析数据的软件等都要求便利。7 测量对象的可接受性。即测量对象对测量程序的信度、有用性的主观理解性。Eggemeier等人提出的测量认知负荷标准，为我们研究认知负荷，特别是对认知负荷的测量，提供了较为科学的依据。近些年来，随着认知负荷理论及心理学研究的不断发展，其理论基础的可信度和应用性受到质疑38。认知负荷理论根源于信息加工理论，但信息加工理论的固有局限已经成为认知负荷理论发展的瓶颈。近20年来，心理学研究不再局限于信息加工层次上，而是扩展到包括神经系统、认知脑科学、分子机制和并行分布式加工等。例如，20世纪90年代出现的分布式认知理论，不再将认知活动仅仅看作个体头脑内部的认知过程，而强调认知现象在认知主体和环境之间分布的本质，强调认知既分布于个体内与个体间，也分布于媒介、环境、文化、社会和时间中。传统的符号加工系统是以局域性的、内容寻址的方式来对知识进行表征。这种表征方式虽然容易理解和实现，但并不表明它们就是表征知识的最自然方式。新联结主义模型则认为，知识并不储存于特定的单元中，而是以交互作用的激活模式扩散在整个网络中，或者说，知识存在于神经网络的联结权重中，与此相对应的是，采用分布式表征的方式来加工知识。分布式表征强调神经网络的并行分布加工，注重网络加工的数学基础，它既能同时克服多重约束的影响，又可节约大量的单元，而且加工速度又快39。认知理论的不断发展，无疑给认知负荷的研究提出了新的挑战，认知负荷理论本身也有待于进一步的变革与发展。第三节 认知负荷的重要特征从以上认知负荷的含义、理论基础和分类来看，我们认为，认知负荷具有主观性、内隐性、变化性、相对性四大特点。一、主观性我们知道，认知负荷是个体在学习或任务完成中进行信息加工所耗费的认知资源总量。可见，学习过程或客观任务是认知负荷的重要来源。但认知负荷的大小，总是受到学习者主观特征的影响与制约。如有研究者认为，认知负荷就是由个体特征与任务特征交互影响而导致的主观体验40。不同的学习者由于动机、期望、心理压力、知识基础、时间认知、个性特征等因素的差异，即使对于相同数量、性质或难度的任务所投入的心理努力也是有所不同的，从而使认知负荷的高低水平表现出较大的个体差异性。另外，个体内在的元认知能力、大脑所储存的图式内容和水平也是有差异的，这也使认知负荷表现出主观性特点。我们甚至可以说，主观性特点是认知负荷的内在本质特征。正是因为认知负荷具有主观性的特点，我们才有可能采用主观自我评定的方法测量到学习者较为真实的认知负荷，这也是以往的研究者青睐认知负荷主观测量法，以及在实际测量认知负荷研究中该法运用最多的重要原因。
二、内隐性学习者的认知加工过程是发生在其头脑内部的。而学习者的大脑像个黑箱，是看不见、摸不着的，因此，这个过程所承载的加工任务量也是隐藏在学习者内部的认知系统中的。它不像汽车承载的重物可以直接称量，也不像人的言语和外部行为可以直接观察到。虽然我们可以借助于现代先进的仪器，如眼动仪，测量到认知负荷的生理指标，或利用脑成像技术来描述不同任务条件下的大脑活动状态，但这些结果并非认知负荷本身，只不过是认知负荷的间接反映。所以，认知负荷具有较为明显的内隐性特点。三、变化性学习者在学习或完成任务过程中的认知负荷并不是固定不变的，而是随着时间段、学习材料、任务性质等因素的不同，不断发生变化，在不同学习阶段，其知识水平、学习表现与认知负荷是有所不同的。人的心理过程在形式上和效率上都有着自己内在的节律性与周期性，在不同的时间段内，学习者的注意力、记忆力、思维力是有差异的，如人的注意力水平就有一种自然的起伏；有的人白天工作效率不太高，但一到晚上就很有效率，有的人则相反。在不同的时间段，学习者的心情、兴趣以及投入的心理努力可能有着很大的差异。每个人都存在着自己的最佳时间段，在该时间段内，个体的认知监控与调节、图式的自动化水平较高。因此，与低效率时间段相比，针对同等难度的学习任务，个体在高效率时间段内所感受到的认知负荷水平较低。另外，认知负荷有着明显的指向性，指向的学习材料与任务性质不一样，学习者所投入的心理努力程度也不一样。由此可见，学习者的认知负荷有具有动态变化的特点。四、相对性从水平上看，认知负荷是一种相对的水平。认知负荷的高低是相对于不同个体、个体的不同时期、个体加工不同的任务材料来讲的，它不是一成不变的，任何学生不可能以同一水平的认知负荷来加工不同的任务材料。我们说某学生的认知负荷较高或较低，是相对于其他学生而言的，也是与自己以前学习中的认知加工分量相比较而得出的。只有比较才能显示出高或低。认知负荷的自我评定恰恰是建立在自我比较的基础上得出的相对性比较。没有参照的标准，也就无法衡量其在认知加工中所投入的心理努力水平。第四节 研究认知负荷的重要意义认知负荷理论是在现代认知心理学理论的基础上发展起来的，教育与教学实践注定是推动其拥有强大生命力的源泉。认知负荷理论与相关领域的研究对教育、教学以及学生的高效学习具有重要的理论价值和实践意义；同时，认知负荷理论也为我们探讨学习负担的内在本质及学生的心理健康提供了新的视角，其应用研究对于加强学生的认知负荷管理与提高学生心理健康水平具有重要的应用及实践价值。一、认知负荷对于现代教学的重要意义认知负荷理论是在现代认知心理学研究成果的基础上提出的一种促进学习与教学设计的理论，具有广泛的应用能力与操作价值，有着积极的发展前景。我们研究认知负荷的主要目的，就是要考虑如何控制学生的认知负荷。不仅要采用适当的教学设计来支持学生，降低学生的外在认知负荷与内在认知负荷，而且要使学生学会如何利用有效的相关认知负荷与元认知负荷，以便应付较高的认知负荷，甚至是超负荷。所以，我们开展认知负荷的应用研究，对于加强学生的认知负荷管理与高效率教学具有重要的理论与应用价值。如今，认知负荷理论逐渐成为我们教育教学的重要理论依据，已有大量研究揭示了教学过程中学生会产生大量的认知负荷，这些认知负荷往往会干扰学生的学习。所以，在教育教学中，主要考虑的是如何降低认知负荷，让学生把有限的认知资源真正用到学习上。主要表现在以下几个方面。一 通过优化教学语言降低学生的认知负荷教学过程中，学生对教师讲课的语言要进行认知加工，因此，教师的语言表达直接影响学生的认知加工，也自然会影响学生听课过程中认知负荷的高低。比如，数学教育教学中，涉及大量的数字。数字本身是抽象的，在听课过程中，学生如果一直使用抽象思维来进行认知加工，是非常消耗认知资源的，学生也会感到很累。所以，数学教师要对自己的课堂语言进行设计，语言表达要清晰准确、简明扼要、逻辑性强，以便减轻学生对语言认知加工的负担。特别是，要做到生动形象，把枯燥、抽象的数字化为活泼、生动、形象的学习内容，这样的教学语言，不仅能提升课堂教学的活跃气氛，而且能调动学生的形象思维来进行认知加工。这方面也有实验证据，如龚德英和刘电芝等人2008的研究发现，教学中的概述可以降低学生的内在认知负荷，释放更多的认知资源，用于相关的认知加工，从而促进学习成绩的提高41。另外，在课堂教学中，教师的表情、动作、手势及语音、语调等非语言系统也能传递信息内容，学生也需要进行认知加工，从而形成外在认知负荷。因此，数学教师还要注意恰当地运用非语言系统作为辅助信息的表述与传递。二 通过样例教学降低认知负荷样例教学是一种不错的教学模式。这种教学模式有助于降低认知负荷，让学生更多注意到问题的一般结构特征，以及在什么情况下使用哪些原理、规则、算法等，因而，可以促进学生图式及其自动化的获得。例如，在人教版小学六年级《统计》上册内容的教学中，精心选择学生熟悉的生活样例，包括学生每天的作息时间安排结构、家庭生活费支出计划等涉及项目人数统计的样例。这些样例与学生的生活、学习息息相关，也与学生头脑中长时记忆储存的图式及相关的知识经验相联系，学生十分熟悉，这就大大降低了学习的认知负荷。因此，在教学中选用学生司空见惯的熟悉事例作为题材或者学习样例，可大大减小学生的学习难度。三 课件设计与认知负荷理论的运用如今，有很多教师已在运用多媒体设备及技术进行教学。根据认知负荷理论，外在认知负荷跟材料的组织与呈现方式有关。为此，在课件的设计过程中，为了降低认知负荷的强度，须对数学的有关学习材料进行合理组织，不要把有趣但与教学关联不大的动画、声音、图片或文字放在课件中。这些材料容易吸引学生的无意注意，消耗学生的心理资源，会提高学生的认知负荷水平。实际上，数学课件对声音、图片及文字的美观性要求不是很高，重点是强调其科学性与准确性。另外，在呈现教学材料时，要更多运用表格、图片的形式，容易混淆的内容用红、绿线等加以区分，以便降低学生的外在认知负荷。这种方式的教学材料呈现概括性强，又形象直观，不仅能减小外在认知负荷，还能引起学生的注意和兴趣。例如，在讲授人教版八年级数学下册的"四边形"内容时，涉及到一般四边形、梯形、平行四边形、矩形、菱形、正方形等各种四边形的联系与区别时，数学教师可以设计可视化的四边形综合图，形象直观地描述各种四边形之间的逻辑关系，在教学过程中将图片和文本一起呈现。这样，既可以节省学生认知加工的资源，降低内在认知负荷，也有利于学生在言语和图像模型之间建立联系，从而促进有意义的学习。一般来说，对于有的学科知识，本身比较复杂，抽象性较高，在教学过程中容易产生较高的认知负荷。所以，教师要根据认知负荷理论，进行合理的教学设计，找到最佳的认知负荷控制方法，以便最终降低学生的认知负荷，提高教学的效率和效果。二、认知负荷对于现代学习的重要意义开展认知负荷的应用研究，对于加强学习者的认知负荷管理与高效学习具有重要的应用和实践价值。21世纪是信息化时代，要从浩瀚的信息海洋中吸取必要的知识，必须快速高效地学习，这是现代学习的基本特征。因此，学会学习是时代的要求，也是学习者必须追求的目标。学会学习意味着学习者要学会不断构建学习所需要的认知图式，大力促进图式的自动化水平，对认知过程进行良好的监控与调节。认知负荷理论为研究高效率学习提供了一个全新的视角。对于学习者的学习来说，认知负荷并非越小越好，也并非越高越好，学习过程中，认知负荷过低或超高都不利于学习，这就存在认知负荷的管理问题。我们研究认知负荷的主要目的，就是要考虑如何使学习者应对认知负荷，不仅要采用适当的教学设计来支持学习者，降低学习者的外在认知负荷和内在认知负荷，而且要使学习者学会如何应付较高的认知负荷，甚至是超负荷。对于认知负荷的管理来说，发挥学习者学习的主观能动性，增加相关认知负荷与元认知负荷，是一种大有前途的方法，这是高效率学习的基础。在学习材料的内容与呈现方式确定后，多数情况下，学习者的内在认知负荷与外在认知负荷就已确定，因为学习者很难有权力改变学习材料的内容多少与难度，也就是说，很难改变内在认知负荷与外在认知负荷。学习者能做的，就是要提升促进学习的相关认知负荷与元认知负荷。学习者可以通过利用思维训练构建良好的图式，促进图式自动化，对学习材料进行精加工，加强元认知监控等手段，使有限的认知资源合理地分配给这些认知负荷，达到优化学习、提升效率的目的。基础教育阶段的学生学业负担已成为中国社会的一大焦点问题，是中国教育实践中一个客观存在的问题。中小学生学业负担过重，不仅干扰着学生的学习效率，还影响其身心健康水平。认知负荷理论为我们探讨中小学生学习负担的内在本质提供了新的视角，有助于揭示学业负担的核心与实质，找到"减负"的关键点，从而在此基础上提出可行的"减负"策略，以便提高学生的学习效率，实现健康、高效的学习，这对于最终切实有效地解决"减负"问题，有着重要的现实意义和实际应用价值。应该承认，中小学生学业负担过重，是应试教育存在的典型弊端，受到教育学者及社会的广泛关注，当前，推行素质教育的突破口，主要在于减轻学生的学业负担。近些年来，关于"减负"的呼声一直很高，"减负"也成为新课改的目标之一。但是，"减负"不能以降低教学质量和学生的学习成绩为代价，"减负"也并非减少作业量与学习时间、降低教材难度这么简单，"减负"的真谛，应该在于增效，即提高学生的学习效率，减掉那些真正干扰学生学习的负担，实现健康、高效的学习。这里就涉及到一个很关键的问题，那就是对于学业负担实质的理解，如理解不到位，就有可能使"减负"流于形式，或者做做表面文章，造成"减负"的呼声高而成效低。近些年来，国内学者对学业负担进行了卓有成效的研究，并对其做了一些界定。如施铁如2002认为，学业负担是学生完成一定学习任务需要的学习时间所引起的学生生理和心理上的负担42；阴国恩和李勇2004认为，学习负担指的是与在校学习活动有关的各种负担，其中既包括学生以外的客观环境因素构成的学习负担，也包括学生本身心理因素构成的学习负担43。刘合荣2012从教育哲学的角度审视学生的学业负担，认为学业负担是指当代中小学生在学校里承担的学习任务、履行的学生职责和由于学业、生存及发展竞争所带来的生理和心理的压力，同时，也包括其所付出的身心发展代价44；杜立娟2013认为，学业负担是指受教育者接受教育时，在学业方面应履行的责任、承担的任务和因此承受的生理、心理等方面的压力45。以上这些界定，大致是从社会学、教育学的角度对学业负担进行的探讨，从某个侧面揭示了学业负担。但要正确认识学业负担的本质与核心，还需要更多地从心理学等多个角度去考察。我们知道，中小学生在学习过程中要承担大量的认知加工任务，有大量的材料需要阅读和理解，有大量的练习需要动手和动脑操作，有大量的内容需要记忆、思维与推理。从这个角度看，认知负荷是学生学习中学业负担的核心与本质，学业负担其实就是学生在学习过程中进行认知加工时所投入的心理资源总量，即学生知觉到的要在学习中承载的认知加工任务量，认知负荷的大小，是反映学生学业负担轻重与否的核心指标。学生在学习过程中的认知加工，如果超过主体的认知资源总量，则后续的认知加工就无法进行，这时，就会产生认知超负荷。综观2010年以前的研究，大多关注形成学业负担的外在因素，如教育评价、高考制度、教师期望、家长期望、家庭环境、学校管理、社会就业形势的原因，而忽视学生自身的主观因素，特别是忽视学生对待学业负担的主观感受与态度，"减负"的策略自然也是基本上围绕着这些外在因素而提出的。另一方面，有的以往研究还停留在经验总结和一般议论的层面上，或只对其进行了性质探讨，而缺乏一些实证调查与分析，没有从更深的层面探讨学业负担的核心、本质及关键点，没有全面揭示学习负担的内在本质和现状。认知负荷理论的提出，将为我们研究学业负担提供一个全新的视角。
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