認(rèn)知負(fù)荷理論

1、認(rèn) 知 負(fù) 荷 理 論認(rèn)知負(fù)荷（cognitive load）的理論研究最初來源于腦力負(fù)荷或心理負(fù)荷（mental workload）的諸多研究成果。國際上對腦力負(fù)荷或心理負(fù)荷的研究最早美國心理學(xué)家 miller，1956 年就開始了這方面的研究。真正被應(yīng)用于教育領(lǐng)域，是悉尼的新南威爾士大學(xué)教育學(xué)院的心理學(xué)家 john sweller 于 1988 年，在研究“學(xué)習(xí)材料和教學(xué)方法對學(xué)習(xí)者概念掌握和認(rèn)知加工的影響”中提出來的，認(rèn)為“認(rèn)知負(fù)荷”是指人在信息加工過程中所用的心理認(rèn)知資源的總量,主要是從認(rèn)知資源的角度來考察學(xué)習(xí)，特別是復(fù)雜任務(wù)的學(xué)習(xí)。資源分配理論資源分配理論: 旨在解釋人是如何協(xié)調(diào)不停

2、的認(rèn)知任務(wù)或者認(rèn)知活動。資源有限理論包括單資源理論和多資源理論,無論是單資源理論還是多資源理論,其核心觀點都是認(rèn)為人的資源(包括認(rèn)知資源和注意資源)是有限的,如果同時進(jìn)行不同的活動,資源就要在這些活動之間進(jìn)行分配,資源的分配遵循此多彼少的原則。 圖式理論：圖式理論： 圖式是個體對世界的知覺，理解和思考方式。圖式可以視為心理活動的框架或者組織結(jié)構(gòu)。 圖式理論認(rèn)為,圖式的獲取和規(guī)則的自動化可以彌補工作記憶容量不足的缺陷。長時記憶中的圖式或規(guī)則可以根據(jù)所面臨的新問題進(jìn)行一種自動化的加工過程,而這種加工是不需要有意識控制和資源消耗的,因而可以降低個體的認(rèn)知負(fù)荷。 工作記憶理論：工作記憶理論：感覺記憶，

3、工作記憶（59個組塊）和長時記憶 研究者對認(rèn)知負(fù)荷的定義還沒有形成統(tǒng)一的認(rèn)識，不同的研究者從各自的角度提出對認(rèn)知負(fù)荷的理解，表達(dá)出不同的看法，尤其是操作性定義有較大的差別。國外：國外：cooper將認(rèn)知負(fù)荷定義為一個特定的作業(yè)時間內(nèi)施加于個體的工作記憶的心理活動總量；paas 和 van merrienboer則認(rèn)為，認(rèn)知負(fù)荷由多維度構(gòu)成，是執(zhí)行一項具體任務(wù)時加于個體認(rèn)知系統(tǒng)的負(fù)荷；quiroga 等人認(rèn)為，認(rèn)知負(fù)荷通常被界定為用來促進(jìn)學(xué)習(xí)活動的認(rèn)知資源投入程度。國內(nèi)：國內(nèi)：辛自強和林崇德認(rèn)為，認(rèn)知負(fù)荷可視為加工特定數(shù)量信息所要求的“心理能量”水平，隨著要加工的信息數(shù)量的增加，認(rèn)知負(fù)荷也增加；

4、曹寶龍等認(rèn)為，認(rèn)知負(fù)荷指一個事例中智力活動強加在工作記憶上的總數(shù)；賴日生等認(rèn)為，認(rèn)知負(fù)荷指的是在某種場合下施加到工作記憶中的智力活動的總的數(shù)量；趙俊峰認(rèn)為，認(rèn)知負(fù)荷存在著理論與實踐兩個層面：理論層面主要著眼于實驗室研究，它是指學(xué)生學(xué)習(xí)過程中完成所給認(rèn)知任務(wù)而需要的心理資源數(shù)量；實踐層面主要著眼于實際應(yīng)用研究，與教育實踐緊密結(jié)合，它是指在單位時間內(nèi)學(xué)生知覺到的認(rèn)知加工任務(wù)的份量。蘇月東認(rèn)為，學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的認(rèn)知負(fù)荷是指學(xué)生對學(xué)習(xí)任務(wù)、責(zé)任以及時間壓力的知覺和體驗。對該概念認(rèn)識上的不統(tǒng)一源于認(rèn)知負(fù)荷的多維性、復(fù)雜性、內(nèi)隱性等特點。(l)工作記憶容量是有限的,這使得人們很難同時加工多種來源的信息;(

5、2) 圖式獲取和規(guī)則自動化是學(xué)習(xí)的兩大機(jī)制,它們的作用均是利用長時記憶來彌補短時記憶容量不足的缺陷(3)當(dāng)某些信息存在交互作用時,由于需要對這些信息進(jìn)行同時加工,這將加重認(rèn)知負(fù)荷.如果學(xué)習(xí)材料本身所需要的認(rèn)知負(fù)荷較低,那么材料外在的呈現(xiàn)方式所引起的認(rèn)知負(fù)荷對學(xué)習(xí)效果的影響較弱,如果材料本身所需要的認(rèn)知負(fù)荷較高,由教學(xué)設(shè)計引起的認(rèn)知負(fù)荷對于學(xué)習(xí)的影響較強. 分類：分類：內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷（intrinsic cognitive load）：與學(xué)習(xí)資料的性質(zhì)相關(guān)，在信息要素高度交互作用以及學(xué)習(xí)者還沒有掌握合適圖式時，會產(chǎn)生內(nèi)在的認(rèn)知負(fù)荷。外在認(rèn)知負(fù)荷（extraneous cognitive load）

6、：信息呈現(xiàn)的方式和學(xué)習(xí)者需要的學(xué)習(xí)活動所引起的。關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷（germane cognitive load）：由學(xué)習(xí)過程中圖示的構(gòu)建與自動化而引發(fā)的。 認(rèn)知負(fù)荷測量的結(jié)構(gòu)模型認(rèn)知負(fù)荷測量的結(jié)構(gòu)模型 認(rèn)知負(fù)荷測量的類型認(rèn)知負(fù)荷測量的類型 因果性因果性間接的間接的直接的直接的主觀的主觀的自我報告心理努力的投入程度自我報告心理努力的投入程度自我報告緊張水平；自我報告緊張水平；自我報告材料難度自我報告材料難度客觀的客觀的生理指標(biāo)測量；生理指標(biāo)測量；行為指標(biāo)測量；行為指標(biāo)測量；學(xué)習(xí)結(jié)果測驗；學(xué)習(xí)結(jié)果測驗；大腦活動測量；大腦活動測量；雙任務(wù)成績雙任務(wù)成績 認(rèn)知負(fù)荷測量量表：認(rèn)知負(fù)荷測量量表：主觀測量法：p

7、ass量表，ch量表，ow量表，tlx量表，wp量表生理測量法：生理測量對硬件和測試過程要求很高,比如大多用于生理測量的儀器，比較昂貴，笨重，測試過程和數(shù)據(jù)分析十分復(fù)雜,在實際研究中并不太常用任務(wù)績效測量法 認(rèn)知負(fù)荷理論研究的終極目標(biāo)是改善教學(xué)設(shè)計認(rèn)知負(fù)荷理論研究的終極目標(biāo)是改善教學(xué)設(shè)計,提高現(xiàn)實教學(xué)和學(xué)習(xí)效益。提高現(xiàn)實教學(xué)和學(xué)習(xí)效益。 以sweller等為代表的樣例(worked example)學(xué)習(xí)研究領(lǐng)域和以mayer等為代表的多媒體學(xué)習(xí)研究領(lǐng)域。研究內(nèi)容與目標(biāo)主要集中在三個方面:降低外在負(fù)荷、降低內(nèi)在負(fù)荷、增加有效負(fù)荷的教學(xué)設(shè)計研究。（1）外在認(rèn)知負(fù)荷：支架，減褪（降低學(xué)生對樣例的依賴

8、），剔除（去掉樣例，避免樣例干擾），分步（小步子教學(xué)）（2）內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷：先行組織者，提前訓(xùn)練（3）關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷和元認(rèn)知負(fù)荷：圖式和認(rèn)知結(jié)構(gòu)的建構(gòu)與自動化。 某種教學(xué)策略并非與某種負(fù)荷一一對應(yīng)。一般而言,一種策略應(yīng)同時降低外在負(fù)荷和增加有效負(fù)荷,或一種策略應(yīng)同時降低內(nèi)在負(fù)荷和增加有效負(fù)荷,或一種策略應(yīng)同時降低外在負(fù)荷和內(nèi)在負(fù)荷。優(yōu)化三種負(fù)荷,使其處于學(xué)習(xí)者的最近發(fā)展區(qū)內(nèi)的教學(xué)設(shè)計的策略研究。 每種具體策略都有其適宜的條件或情境,系統(tǒng)考慮下面多個因素或變量,優(yōu)化負(fù)荷的研究。如：任務(wù)特征，學(xué)習(xí)者特征，教學(xué)方式特征，學(xué)習(xí)過程變量，學(xué)習(xí)結(jié)果變量。這不僅考察記憶保持、遷移成績,同時還應(yīng)該考察認(rèn)知策略水平

9、和元認(rèn)知水平等,因為這些變量更能反映教學(xué)策略的價值。教學(xué)設(shè)計有效性的研究：教學(xué)設(shè)計有效性的研究：認(rèn)知負(fù)荷的測量：認(rèn)知負(fù)荷的測量：研究真實教學(xué)情境中認(rèn)知負(fù)荷的測量。以前的認(rèn)知負(fù)荷的研究主要發(fā)生在心理學(xué)實驗室中,研究對象或樣本較少,因此運用上述方法測量認(rèn)知負(fù)荷是可行的,但對大規(guī)模的教學(xué)實驗或真實教學(xué)情境中認(rèn)知負(fù)荷的測量,上述方法顯然不可行。研究評估各類認(rèn)知負(fù)荷的方法。研究適應(yīng)性學(xué)習(xí)情境中認(rèn)知負(fù)荷的測量。過去評估認(rèn)知負(fù)荷,過于籠統(tǒng),沒有針對性,即使評估出來了,但難以區(qū)分是內(nèi)在負(fù)荷、外在負(fù)荷還是有效負(fù)荷,這樣對教學(xué)策略的有效性評估是模糊的,缺乏針對性。最近,whelan從認(rèn)知神經(jīng)學(xué)角度,探討了在復(fù)雜認(rèn)

10、知過程中直接、客觀測量認(rèn)知負(fù)荷的認(rèn)知神經(jīng)學(xué)基礎(chǔ),揭開了運用fmri方法,精確測量外在、內(nèi)在和有效負(fù)荷的方法論。 研究方法的思考：研究方法的思考：心理實驗本身問題。心理實驗研究是連接學(xué)習(xí)理論與教學(xué)應(yīng)用的橋梁。從研究結(jié)果中可看出,基于認(rèn)知負(fù)荷的樣例學(xué)習(xí)的研究主要發(fā)生在嚴(yán)格意義的心理實驗情境或基于多媒體系統(tǒng)下的實驗情境,被試樣本數(shù)較小,生態(tài)效度、外推效度與理論概括性受到威脅。因此,今后的研究需要增加外推生態(tài)效度,需要做類似日常教學(xué)情境或真實的教學(xué)實驗研究。這也許會獲得更豐富、更強的指導(dǎo)意義的教學(xué)策略,促進(jìn)基于認(rèn)知負(fù)荷的教學(xué)設(shè)計從實驗室走進(jìn)實際課堂中的教學(xué)。研究方法多元問題。先前的研究 ,大多研究方法

11、單一,很少采用多種研究方法進(jìn)行三角驗證教學(xué)策略的有效性。事實上,定性分析在確認(rèn)學(xué)習(xí)者心理負(fù)荷大小時,發(fā)揮著重要作用。既注重實驗實證方法,也重視定性分析和個案分析,將多種研究方法結(jié)合起來,進(jìn)一步確認(rèn)基于認(rèn)知負(fù)荷理論的教學(xué)設(shè)計的價值,將是重要的方法論取向。mayer等人(2002)以認(rèn)知負(fù)荷理論，雙重編碼理論和建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ),提出并驗證了多媒體教學(xué)設(shè)計的五個原則:多樣化的呈現(xiàn)原則多樣化的呈現(xiàn)原則認(rèn)為用文字和圖畫來呈現(xiàn)解釋信息比單純用文字呈現(xiàn)效果好;接近原則接近原則認(rèn)為在呈現(xiàn)多媒體解釋信息時應(yīng)當(dāng)同時呈現(xiàn)相應(yīng)文字和圖畫,而不應(yīng)分離呈現(xiàn);一致性原則一致性原則認(rèn)為呈現(xiàn)多媒體解釋時應(yīng)當(dāng)包含較少的無關(guān)

12、的詞和聲音,這樣更有利于理解;通道原則通道原則認(rèn)為在呈現(xiàn)圖畫的同時用聽覺通道呈現(xiàn)的敘述比用視覺通道呈現(xiàn)文本效果好;冗余原則冗余原則認(rèn)為動畫和聽覺敘述兩種方式同時呈現(xiàn)比動畫!聽覺敘述和屏幕顯示文本三種方式同時呈現(xiàn)效果好,因為這樣減少了學(xué)習(xí)內(nèi)容的冗余理論基礎(chǔ)：理論基礎(chǔ)： 雙通道理論 接近原則接近原則理論基礎(chǔ)：雙通道理論 接近原則接近原則認(rèn)為在呈現(xiàn)多媒體解釋信息時應(yīng)當(dāng)同時呈現(xiàn)相應(yīng)文字和圖畫,而不應(yīng)分離呈現(xiàn);實驗假設(shè)：實驗假設(shè)：whether the contiguity effect is strong for high-spatial ability learners but not for lo

13、w-spatial ability learners.接近原則是否對高空間能力的學(xué)習(xí)者具有加強作用，而對低空間能力的學(xué)習(xí)者沒有加強作用。實驗對象實驗對象:86位大學(xué)生說明：相繼組中，分為a-n 組和n-a組，大概一半和一半實驗材料：實驗材料：調(diào)查問卷(how to fix house- hold appliances and machines),目的是測量學(xué)生關(guān)于機(jī)械設(shè)備的先前知識，篩選被試）心里旋轉(zhuǎn)測試疊紙測試解決問題測試實驗程序：實驗程序：step 1: 完成調(diào)查問卷，篩選被試，選擇先前知識比較低的學(xué)生。 step 2: 3min時間做心里旋轉(zhuǎn)測試，3min時間做疊紙測試，進(jìn)行分組，總 分加起