出“認知負荷理論”(CognitiveLoadTheory,簡稱CLT)。隨后認知負荷理論開始在實踐教學領域被廣泛研究,并取得了一定的研究成果。諸多研究證明,認知負荷理論為研究教學過程中的認知處理提供了一種新的理論框架,對教學實踐具有極其現(xiàn)實的指導意義。正如Alexander(1997)所論證,認知負荷被看作是教學活動設計的一個重要因素,教學活動是否有效取決于(或部分取決于)它能否減少不必要的認知負荷。
一、認知負荷理論的基本觀點
認知負荷理論是基于人腦工作記憶(workingmemory)的有限性發(fā)展起來的。在人的信息加工系統(tǒng)中,短時記憶(short-termMemory)是一種工作記憶,主要處理從感覺記憶(sensorymemory)和長時記憶(long-termmemory)中提取出來的信息,在整個信息加工系統(tǒng)中起著支配信息加工系統(tǒng)中信息流的作用,對認知活動的順利開展有著至關重要的作用。認知負荷理論十分關注學習過程中的工作記憶的作用,其基本觀點可概括為:(1)工作記憶的容量是極其有限的,長時記憶的容量在本質(zhì)上是無限的,所有的信息在進入長時記憶之前,必須在工作記憶中進行信息加工;(2)學習過程要求將工作記憶積極地用于理解(和處理)材料并對即將習得的信息進行編碼以儲存在長時記憶中;(3)如果學習者所要加工的信息容量超出了學習者的工作記憶所能加工的信息容量,那么學習將變得無效。在此基礎上,J.Sweller等人認為,問題解決和學習過程中的各種認知加工活動均需消耗認知資源,產(chǎn)生一定的認知負荷,若所有活動所需的資源總量超過了工作記憶的容量,就會引起資源分配的不足,從而影響個體學習或問題解決的效率,這種情況被稱為認知超載(cognitiveoverload)。
二、認知負荷的概念及其結(jié)構(gòu)
自20世紀80年代認知負荷理論問世以來,人們對認知負荷(cognitiveload)概念的理解一直是眾說紛紜。如Cooper(1990)認為認知負荷是指加工特定數(shù)量信息所要求的心理能量水平;J.Sweller等(1998)認為認知負荷就是將特定工作加之于學習者認知系統(tǒng)時所產(chǎn)生的負荷;辛自強等(2002)認為認知負荷可被視作是加工特定數(shù)量信息所要求的腦力勞動,隨著加工的信息數(shù)量的增加,認知負荷也增加;林崇德等(2005)認為認知負荷指的是一個事例中智力活動強加給工作記憶的數(shù)量;賴日生等(2005)認為認知負荷指的是在某種場合施加到工作記憶中的智力活動的總的數(shù)量;楊心德等(2007)認為認知負荷是完成某項任務而在工作記憶上所進行的心智活動所需的全部心智能量。結(jié)合以上不同解釋,筆者認為,認知負荷是人們?yōu)轫樌瓿商囟üぷ魅蝿眨瑢嶋H投入到工作記憶中去的認知資源的總和,包括必需的和不必需的。
從結(jié)構(gòu)上來看,認知負荷由內(nèi)在認知負荷(IntrinsicCognitiveLoad)、外在認知負荷(ExtraneousCognitiveLoad)和相關認知負荷(GermaneCognitiveLoad)組成:(1)內(nèi)在認知負荷由材料本身的固有特性(如難度和復雜度)和學習者原有的知識水平,以及這兩者的交互作用決定,一般認為內(nèi)在認知負荷是相對固定的,不能被教學設計(InstructionDesign)所改變,但近來也有學者認為內(nèi)在認知負荷是可以改變的(Pollocketal,2002;Peteretal,2004);(2)外在認知負荷來源于教學材料的呈現(xiàn)方式和教學設計,一般與教學內(nèi)容的不合理組織和設計有關,能通過教學內(nèi)容的重新組織和設計進行調(diào)整;(3)相關認知負荷是與學習者主觀領域相關的信息,指學習者在圖式(Schema)建構(gòu)和自動化過程中意欲投入的認知資源的數(shù)量[2],它與學生的認知努力有關,提高學生的相關認知負荷,可以引導學生利用剩余認知資源進行深層次的圖式建構(gòu),因此,Bannert(2002)將其看作圖式建構(gòu)和自動化的工具[3]。
三、認知負荷理論對教學工作的啟示
為避免教學中學生認知負荷總量超過其工作記憶容量,認知負荷理論的教學原理就是:盡可能降低學生的內(nèi)在認知負荷和外在認知負荷;并在確保工作記憶資源有所盈余的前提下,適當引導學生投入更多的心理努力(MentalEffort),提高其相關認知負荷,實現(xiàn)圖式的獲得與規(guī)則的自動化。如前所述,教學活動中學生內(nèi)在認知負荷與教學材料的特點和學生的認知水平有關,外在認知負荷與教學材料的呈現(xiàn)方式和教學設計水平有關,相關認知負荷與學生的認知努力(MentalEffort)有關。為此,我們可以從以下幾個方面來優(yōu)化教學活動中學生的認知負荷結(jié)構(gòu),提高教學效果。
(一)控制內(nèi)在認知負荷:充分考慮教材特點與學生認知水平及其交互作用
一般認為內(nèi)在認知負荷是由學習材料的本質(zhì)所決定的,不能通過教學設計的改變而改變,但Pollocketal(2002)和Peteretal(2004)的實驗提出了異議。[4]兩個實驗共同點在于利用材料的信息排序原理降低內(nèi)在認知負荷。Pollocketal首先向?qū)W生分批展示學習材料,然后一次性地全部展示,這種學習材料排序法,尤其是對初學者而言,能更好地促進對學習材料的深層次理解(引自Bannert,2002)。而Peteretal改變了傳統(tǒng)樣例教學(ExampleInstruction)方式,把樣例分解成幾個能單獨理解的成分,他的五個實驗最終結(jié)果一致表明,新的樣例呈現(xiàn)方式降低了材料給學生帶來的內(nèi)在認知負荷。
TracyClarke,PaulAyres與JohnSweller也在他們的“TheImpactofSequencingandPriorKnowledgeonLearningMathematics:ThroughSpreadsheetApplications”一書中研究了一種改變固有認知負荷的漸進方法。他們使用Spreadsheet軟件來形成學生的數(shù)學技能。學生被分為兩類。一類學生對Spreadsheet不怎么熟悉,另一類學生對Spreadsheet有較好的了解。每一類學生又一分為二,分別接受兩種先訓練:一種訓練是先使用Spreadsheet軟件,再訓練利用這種軟件發(fā)展數(shù)學技能;另一種訓練是練習Spreadsheet軟件技能與練習數(shù)學技能同時進行。結(jié)果顯示對于事先不熟悉Spreadsheet的學生來說,順序呈現(xiàn)優(yōu)于并發(fā)呈現(xiàn),測驗成績也更高;但對于事先已了解Spreadsheet的學生來說,情況正好相反。這說明,對于知識技能水平低的學生來說,采用“先學習技能后學習特定內(nèi)容領域的概念”這種策略能提升他們的學習;對他們來說,技術內(nèi)容很可能具有高元素交互性,如果同時學習技術技能和特定學科領域的概念,內(nèi)在認知負荷可能會增加[5]。而對技能水平低的學生來說,技術內(nèi)容不具備高元素交互性,同時學習技術技能和特定學科領域的概念,內(nèi)在認知負荷不會增加。在決定順序策略時,學生的技術技能水平以及內(nèi)容的元素交互性水平,是至為關鍵的變量(Kalyuga等,2003;VanMerrienboer,Kirschner&Kester,2003)。