認(rèn)知負(fù)荷理論及其發(fā)展

【摘要】 認(rèn)知負(fù)荷理論是繼建構(gòu)主義理論后又一個對教學(xué)起著重要指導(dǎo)作用的心理學(xué)理論。本文對最新的認(rèn)知負(fù)荷理論作了介紹，并對其這些年的發(fā)展作了分析，以理清其發(fā)展的脈絡(luò)。

【關(guān)鍵詞】認(rèn)知負(fù)荷，認(rèn)知結(jié)構(gòu)，教學(xué)效應(yīng)

【中圖分類號】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【論文編號】1009—8097（2007）09—0016—04

認(rèn)知負(fù)荷理論是由澳大利亞新南威爾士大學(xué)的認(rèn)知心理學(xué)家約翰#8226;斯威勒(John Sweller)于1988年首先提出來的，它以Miller等人早期的研究為基礎(chǔ)。認(rèn)知負(fù)荷理論自被提出以來，得到了世界各地研究者的諸多研究。本文欲對最新的認(rèn)知負(fù)荷理論做一介紹，并總結(jié)分析其這些年來的發(fā)展情況。

一、認(rèn)知負(fù)荷理論

1．人類的認(rèn)知結(jié)構(gòu)

認(rèn)知負(fù)荷理論假設(shè)人類的認(rèn)知結(jié)構(gòu)由工作記憶和長時記憶組成。其中工作記憶也可稱為感覺記憶，它的容量有限，一次只能存儲5-9條基本信息或信息塊。當(dāng)要求處理信息時，工作記憶一次只能處理兩到三條信息，因為存儲在其中的元素之間的交互也需要工作記憶空間，這就減少了能同時處理的信息數(shù)。工作記憶可分為“視覺空間緩沖器）”及“語音圈”。長時記憶于1995年由Ericsson和 Kintsch等提出。長時記憶的容量幾乎是無限的。其中存儲的信息既可以是小的、零碎的一些事實，也可以是大的、復(fù)雜交互、序列化的信息。長時記憶是學(xué)習(xí)的中心。如果長時記憶中的內(nèi)容沒有發(fā)生變化，則不可能發(fā)生持久意義上的學(xué)習(xí)。

認(rèn)知負(fù)荷理論認(rèn)為教學(xué)的主要功能是在長時記憶中存儲信息。知識以圖式的形式存儲于長時記憶中。圖式根據(jù)信息元素的使用方式來組織信息，它提供知識組織和存儲的機(jī)制，可以減少工作記憶負(fù)荷。圖式可以是任何所學(xué)的內(nèi)容，不管大小，在記憶中都被當(dāng)作一個實體來看待。子元素或者低級圖式可以被整合到高一級的圖式，不再需要工作記憶空間。圖式的構(gòu)建，使得工作記憶盡管處理的元素數(shù)量有限，但是在處理的信息量上沒有明顯限制。因此，圖式構(gòu)建能降低工作記憶的負(fù)荷。圖式構(gòu)建后，經(jīng)過大量的實踐能進(jìn)一步將其自動化。圖式自動化可為其它活動釋放空間。因為有了自動化，熟悉的任務(wù)可以被準(zhǔn)確流利地操作，而不熟悉任務(wù)的學(xué)習(xí)因為獲得大限度的工作記憶空間可以達(dá)到高效率。

為了構(gòu)建圖式，信息必須在工作記憶中進(jìn)行處理。在信息以圖式形式存儲到長時記憶中之前，信息的相關(guān)部分必須在工作記憶中提取出來并進(jìn)行操作。工作記憶的負(fù)荷受來自材料的內(nèi)在本質(zhì)、材料的呈現(xiàn)形式及學(xué)生的活動的影響。

長時記憶中的圖式是一種知識框架，在學(xué)習(xí)新的材料時，具有中央執(zhí)行官能。在學(xué)習(xí)新材料時，如果能從長時記憶中獲取這類知識框架，材料就可以通過知識框架所提供的方法來進(jìn)行學(xué)習(xí)；如果不能獲得關(guān)于這些材料該如何組織的知識框架，則得采取隨機(jī)學(xué)習(xí)的方式。除了個體本身存于長時記憶中的圖式以外，其他人所習(xí)得的知識在個體的學(xué)習(xí)過程中可也充當(dāng)中央執(zhí)行者。

2．認(rèn)知負(fù)荷理論

認(rèn)知負(fù)荷是表示處理具體任務(wù)時加在學(xué)習(xí)者認(rèn)知系統(tǒng)上的負(fù)荷的多維結(jié)構(gòu)。這個結(jié)構(gòu)由反映任務(wù)與學(xué)習(xí)者特征之間交互的原因維度和反映心理負(fù)荷、心理努力和績效等可測性概念的評估維度所組成。CLT*中鑒定的任務(wù)特征為任務(wù)形式、任務(wù)復(fù)雜度、多媒體的使用、時間壓力及教學(xué)步驟。相關(guān)的學(xué)習(xí)者特征由專業(yè)知識水平、年齡、空間能力組成。心理負(fù)荷是認(rèn)知負(fù)荷中源于任務(wù)和主體特征交互的方面，它由我們當(dāng)前關(guān)于任務(wù)的知識和主體特征來決定，它是預(yù)期的認(rèn)知空間需求指標(biāo)，被看作是認(rèn)知負(fù)荷的先驗估計。心理努力是知認(rèn)知負(fù)荷中實際分配的用于容納任務(wù)所加需求的認(rèn)知容量方面。心理努力在學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)時測量。績效可通過學(xué)習(xí)者的成績來說明，如測試中答對題的數(shù)量、答錯題的數(shù)量及所用的時間等。學(xué)習(xí)者所支付的努力的強(qiáng)度是獲得可靠認(rèn)知負(fù)荷估計的要素。

CLT認(rèn)為有三種類型的認(rèn)知負(fù)荷：內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷，外部認(rèn)知負(fù)荷和關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷。由于元素間交互形成的負(fù)荷稱為內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷，它取決于所要學(xué)習(xí)的材料的本質(zhì)與學(xué)習(xí)者的專業(yè)知識之間的交互，教學(xué)設(shè)計者不能對它產(chǎn)生直接的影響。外部認(rèn)知負(fù)荷是超越內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷的額外負(fù)荷，它主要是由設(shè)計不當(dāng)?shù)慕虒W(xué)引起的。關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷于1998年提出，是指與促進(jìn)圖式構(gòu)建和圖式自動化過程相關(guān)的負(fù)荷。外部認(rèn)知負(fù)荷和關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷都直接受控于教學(xué)設(shè)計者。三種類型的認(rèn)知負(fù)荷是相互疊加的。為了促進(jìn)有效學(xué)習(xí)的發(fā)生，在教學(xué)過程中應(yīng)盡可能減少外部認(rèn)知負(fù)荷，增加關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷，并且使總的認(rèn)知負(fù)荷不超出學(xué)習(xí)者個體能承受的認(rèn)知負(fù)荷。

認(rèn)知負(fù)荷理論把人類的認(rèn)知與生物的自然選擇進(jìn)化過程相比擬，作了如下假設(shè)：（1）教學(xué)的目的是在人類的長時記憶中建立知識；（2）處理新信息時有限的工作記憶是確保存儲的大量信息發(fā)生微小但總是增加的變化的機(jī)制；（3）因為不能獲得已經(jīng)組織好的信息，變化是隨機(jī)的，大的隨機(jī)變化不可能生效；（4）鑒于沒有確定變化本質(zhì)的中央執(zhí)行官能，隨機(jī)而非預(yù)設(shè)的變化是不可避免的。認(rèn)知負(fù)荷理論認(rèn)為適當(dāng)結(jié)構(gòu)的教學(xué)應(yīng)把這些內(nèi)容都考慮在內(nèi)，提供中央執(zhí)行官能，刪除不必要的隨機(jī)變化，從而促進(jìn)長時記憶的改變。教學(xué)允許其他人的長時記憶取代隨機(jī)發(fā)生的變化和有效性測試，即執(zhí)行中央執(zhí)行官能。

認(rèn)知負(fù)荷理論提供了促進(jìn)教學(xué)中央執(zhí)行官能使用的結(jié)構(gòu)化教學(xué)效應(yīng)。世界各地的研究者提出了大量的這類效應(yīng)，這些效應(yīng)可歸納如下：

其中，專業(yè)知識反效應(yīng)、冗余效應(yīng)、想象效應(yīng)是針對具有一定專業(yè)知識的學(xué)習(xí)者而言的；樣例效應(yīng)、分散注意力效應(yīng)、形式效應(yīng)則是針對新手而言的。

二、認(rèn)知負(fù)荷理論的發(fā)展

認(rèn)知負(fù)荷理論自1988年提出來以后得到了諸多發(fā)展。從相關(guān)文獻(xiàn)來看，其發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1．認(rèn)知結(jié)構(gòu)

認(rèn)知負(fù)荷理論以人類的認(rèn)知結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。開始時，主要是以工作記憶的有限性為基礎(chǔ)進(jìn)行討論。隨著研究的進(jìn)展，提出了一些新的假設(shè)： 1992年 Baddeley， A.提出工作記憶可分為“視覺空間緩沖器”及“語音圈”，并由一個中央控制器進(jìn)行控制；1995年由Ericsson 和 Kintsch等提出一個獨立的結(jié)構(gòu)——長時記憶。2004年，John Sweller假定人類認(rèn)知進(jìn)化的方式與其他生物特征的一樣，把人類的認(rèn)知過程與生物的自然進(jìn)化過程相比擬，試圖從生物進(jìn)化角度對一些教學(xué)效應(yīng)進(jìn)行解釋。他們一部分效應(yīng)的解釋如下。

2．教學(xué)效應(yīng)

認(rèn)知負(fù)荷理論的最大特點就是直接對教學(xué)提供一些原則。自提出以后，認(rèn)知負(fù)荷理論的教學(xué)效應(yīng)研究不斷。對教學(xué)效應(yīng)的研究表現(xiàn)在兩方面：一方面是從實驗研究中得出新的教學(xué)效應(yīng)，如變式效應(yīng)、指導(dǎo)隱退效應(yīng)；另一方面是對已提出的教學(xué)效應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步研究——從短期的實驗室試驗研究轉(zhuǎn)向長期的培訓(xùn)項目——以確定其適用性。

對已提出的教學(xué)效應(yīng)研究最多的要屬樣例效應(yīng)。1985年，Sweller 和 Cooper通過幾何領(lǐng)域的實驗研究得出樣例的教學(xué)效果比傳統(tǒng)的教學(xué)效果要好。隨后，Carroll(1994)， Miller、 Lehman 和Koedinger (1999)， Cooper 和 Sweller (1987)， Miller、Lehman 和 Koedinger (1999)，Paas (1992)， Paas 和 Van Merrieuml;nboer (1994)， Pillay (1994)，Quilici 和 Mayer (1996)， Trafton 和 Reiser (1993)等人的研究進(jìn)一步確證了該效應(yīng)，并把該效應(yīng)的適用范圍擴(kuò)大到數(shù)學(xué)、物理、計算機(jī)、生物等其它一些學(xué)科領(lǐng)域。除了對樣例效應(yīng)進(jìn)行驗證以外，人們還對樣例的設(shè)計進(jìn)行研究。1990年Mark Ward 和John Sweller的研究得出，當(dāng)所給的樣例要求學(xué)生心理整合多種信息源時，樣例的效果就差。1994年Mitchell J.Nathan 指出在樣例學(xué)習(xí)時要求學(xué)生進(jìn)行自我解釋，這樣才能提高教學(xué)的效果。2004年P(guān)ETER GERJETS等提出在使用樣例教學(xué)時可以采用Molar法而非傳統(tǒng)的Mular法，以減少材料的內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷。針對學(xué)習(xí)者的不同專業(yè)知識水平，Abbas Darabi提出了面向過程和面向產(chǎn)品的學(xué)習(xí)樣例。對初學(xué)者采用面向過程的樣例而對有經(jīng)驗的學(xué)習(xí)者采用面向產(chǎn)品的樣例。鑒于專業(yè)知識反效應(yīng)，一些研究者又提出在教學(xué)過程中要將樣例與傳統(tǒng)的問題或問題解決教學(xué)相結(jié)合，并采取諸如指導(dǎo)隱退策略使得樣例向問題解決平滑過渡。此外，還有研究者對樣例學(xué)習(xí)在邏輯性不太強(qiáng)的學(xué)科、不限定時間情況下的教學(xué)效果進(jìn)行研究。

3．認(rèn)知負(fù)荷測量方法的研究

在教學(xué)設(shè)計時應(yīng)該考慮學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)任務(wù)過程中所承受的認(rèn)知負(fù)荷，要保證“學(xué)習(xí)者承受的認(rèn)知負(fù)荷總量不超過其個體所能承受的認(rèn)知負(fù)荷總量”是認(rèn)知負(fù)荷理論的主導(dǎo)思想。因此，如何保證認(rèn)知負(fù)荷不超出學(xué)習(xí)者所能承受的認(rèn)知負(fù)荷范圍，從而讓有意義的學(xué)習(xí)能夠順利發(fā)生是認(rèn)知負(fù)荷理論關(guān)注的焦點。鑒于認(rèn)知負(fù)荷是看不見的東西，因此，如何確定學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程所承受的認(rèn)知負(fù)荷——認(rèn)知負(fù)荷的測量——就成為認(rèn)知負(fù)荷理論研究的一個方向之一。

關(guān)于認(rèn)知負(fù)荷的測量，相關(guān)研究者提出了許多方法。目前可用的認(rèn)知負(fù)荷測量方法可以從兩個維度來進(jìn)行歸類：客觀現(xiàn)實性（主觀或客觀）和因果關(guān)系性（直接或間接）。客觀現(xiàn)實性維度描述這種方法是使用了主觀的自我匯報的數(shù)據(jù)還是客觀的對行為、心理條件或績效的觀察。因果關(guān)系性維度是依據(jù)這種方法觀測到的現(xiàn)象和所關(guān)心的對象的實際特征的關(guān)系類型來將方法進(jìn)行歸類。根據(jù)這兩個維度進(jìn)行歸類，現(xiàn)有認(rèn)知負(fù)荷測量方法可見下表：

每一種方法都有自己的優(yōu)缺點，如生理學(xué)測量法，比較直接，但目前其所需的設(shè)備很昂貴。目前更合適的認(rèn)知負(fù)荷測量法還在研究中。

除了以上幾個方面以外，一些文獻(xiàn)的研究表明CLT也在不斷增加實用性，其設(shè)計水平、媒體和目標(biāo)群體的數(shù)量不斷增加。在設(shè)計水平方面，CLT緩慢地從一個強(qiáng)烈關(guān)注呈現(xiàn)形式的教學(xué)信息設(shè)計理論演化到一個成熟的教學(xué)設(shè)計模式；在媒體方面，CLT不再局限于簡單地教學(xué)呈現(xiàn)或線性的媒體，在多媒體設(shè)計系統(tǒng)中有諸多應(yīng)用；在目標(biāo)人群方面，CLT應(yīng)用的目標(biāo)人群從中小學(xué)擴(kuò)展到成人學(xué)習(xí)者，包括老年人。

三 、結(jié)語

CLT理論是繼建構(gòu)主義以后提出的對教學(xué)設(shè)計有直接影響的心理學(xué)理論。本文對最新的CLT理論進(jìn)行了介紹，并對其這些年來的演化作了粗略的分析。CLT理論是一個正在發(fā)展的理論，隨著研究的開展，將會越來越成熟，也會為教學(xué)提供越來越多的啟示。

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