MOOC学习：认知负荷理论及其应用

认知负荷理论

（Cognitive LoadTheory）

“人是如何记忆的？”这个问题总能够引起我们的好奇和探索，研究人员为此一直不 懈探究，试图破解记忆的密码，从而实现学习能力上的突破。沿着记忆这条线索，多种记忆的模型与理论被提出，虽未取得一致的见解，但都能对我们有所启发。这里，我们将介绍一种基于记忆阶段模型的认知负荷理论，该理论在记忆能力与信息数量关系上提出了独到的见解，能够被运用到教学设计当中，以辅助设计内容材料和促进学习策略。

在了解认知负荷理论之前，我们需要了解两个概念“工作记忆”与“图式”。工作记忆是 对信息进行暂时贮存和加工的具有有限容量的记忆系统。工作记忆在人类处理各类认知活

动的过程中具有重要作用。比如我们在解决一道计算题时，就是利用工作记忆对接收来的信息进行处理和加工，最终得出结果，工作记忆是暂时性的，也是有限的，这也是为什么 我们不能同时处理太多的任务信息。图式则是指（Sweller，1988）用以识别问题类型及其特定解决方式的知识与经验结构。专家和新手就存在图式上的差异，比如让力学的专家和新手在总结力学的基本概念和知识点时，专家和新手画出来的结构图在组织方式上会有很大的差别，这也会引起他们问题解决策略上的差异。

在对工作记忆和认知负荷有所了解的基础上，我们再来看看什么是认知负荷。认知负 荷是指所呈现信息的数量与工作记忆大小的匹配程度。认知负荷理论的核心假设是工作记忆只能处理有限的信息，如果学习任务过于复杂，就可能超负荷（Lohr, Gall,2007）。如 对于一个一年级的学生来说，让他阅读大量的文本显然是超出其认知负荷的。认知负荷可以分为三种，内在负荷、外在负荷与关联负荷（Paas, Renkl, & Sweller,2003）。内在负荷

是指内容的本质和它的复杂程度。这里的复杂程度可以从内容要素之间的关系与互动来理解，如果系统内部之间的要素存在着复杂的关系，那么要素的互动性就高，即内在负荷就高，反之则互动性就越低，内在负荷就低，关于一个鱼缸内的生态循环的内在负荷显然要比关于地球的生态循环的内在负荷要低，因为内部的关系相比而言没有那么复杂。内在负荷主要是由信息本身的复杂程度决定的，教学人员很难直接降低内在负荷。外在负荷则是指传递过程中的多余元素，它与学习者的内容理解无关，但会吸引学习者的注意力，由此增加了记忆负荷而成为学习障碍，可以被视作信息传递过程中的噪音，需要予以消除。如在页面中使用了多种字体会增加阅读难度，学习者需要花一部分精力来识别这些字体，而这对于其内容的理解来说是不必要的。所以，教学设计人员在设计呈现材料时需要考虑降低外在负荷，以免造成不必要的负担。关联负荷是指能够用以优化负荷的一些事情，与此前提到的图式的激活有关。一些类比，排序，组块等策略可以帮助学习者通过关联来理解信息，降低激活图式所需要的努力，比如按照分段或是谐音的方式来记住电话号码。

从学习者自身的角度来说，学习者能够适应的负荷量与其记忆方式与知识水平相关。 就记忆方式来看，人们在记忆要素的个数上没有特别的差异，在工作记忆不超过负荷的情况下，人能够同时处理7±2个信息要素（Miller,1956）。有研究(DeGroot,1966)在观察象 棋专家和新手之间的下棋策略差别时发现，在正常的下棋情况下，专家对棋子位置的记忆比新手更加准确，但当棋子随意摆放时，专家和新手的表现没有差别。不过，在记忆的策略上，专家和新手有着明显的不同。专家和新手在对弈时，都会按照将内容组块的方式来记忆棋子的位置和移动顺序（Chase，Simon,1973）。虽然专家和新手在组块的个数上并 没有不同，但是在“块”的大小上，专家记忆的“块”明显大于新手。

就知识水平来看，由于新手和专家的知识与经验结构不同，存在着图式上的差别，这种差别突出表现在问题解决策略的差别上。新手通常采用的方式是手段-目的分析（means-ends analysis），将问题逐步分解，以简单的线性程序来处理信息；专家则跳出这样的简单线性逻辑序列，能够迅速识别关键概念和建立相关联系，找出问题的解决方法。比如专家和新手在编写实现同样功能的代码时会采取不同的路径，而专家由于自身的知识与经验，编写出的代码更加的简洁和高效。认知负荷理论强调这种专家和新手在知识水平和问题策 略上的差别，专家较新手而言更能处理复杂的信息负荷。教学的目的就是要让新手学会专家思维。(www.xing528.com)

以上就是认知负荷理论及相关的记忆理论。我们关注的焦点在于认知负荷强调工作记 忆的有限性，所以需要通过优化负荷以适应学习者的学习水平。我们提到了内在负荷，外在负荷以及关联负荷。内在负荷与信息本身的复杂程度有关，外在负荷则是在传递过程中与内容本身无关，需要消除的噪音。关联负荷则是一些可以优化负荷的策略性事件。在 此，我们也探讨了学习者自身的认知负荷水平与记忆方式及知识结构之间的关联。在此基础上，教学人员可以对学习者的认知负荷有一个较为清晰的认识，在设计过程中予以关 注，并采取一些降低冗余负荷的方式，以及优化负荷的策略来帮助学习者更好的学习。

参考文献：

[1].Lohr, L. L., & Gall, J. E.(2007). Representation strategies. Handbook of researchon educational communications and technology,85-96.

[2].Miller, G. A. (1956). The magical number seven, plus or minus two: some limitsonour capacity for processinginformation. Psychological review,63(2),81.

[3]. Chase, W. G., & Simon, H. A. (1973).Perception in chess. Cognitive psychology,4(1),55- 81.

[4].De Groot, A. (1966). Perception and memory versus thought: Some old ideas andrecent findings. In B. Rleinmuntz(Ed.),Problem solving. NY:Wiley.

[5].Paas, F., Renkl, A., & Sweller, J. (2003). Cognitive load theory andinstructionaldesign: Recentdevelopments. Educational psychologist, 38(1),1-4.

[6].Sweller, J. (1988). Cognitive load during problem solving: Effects on learning.Cognitivescience, 12(2),257-285.