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编辑推荐

　　《认知负荷理论及其在教学设计中的运用》主要探讨了认知负荷理论的新进展，包括基本类型、学习效应、测量方法及与个体特征的关系，并对认知负荷理论的未来发展趋势做了展望。《认知负荷理论及其在教学设计中的运用》是作者2015年度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）的研究成果之一，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。

内容简介

　　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*有影响力的理论框架之一。
　　《认知负荷理论及其在教学设计中的运用》主要探讨了认知负荷理论的新进展，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；*后，对认知负荷理论的未来发展趋势做了展望。
　　《认知负荷理论及其在教学设计中的运用》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。

作者简介

　　孙崇勇，江西省九江市人，吉林师范大学教育科学学院副教授，心理研究所副所长，博士，硕士生导师，中国心理学会会员。研究方向为发展与教育心理学、心理健康教育，在《心理科学》、《学前教育研究》等期刊上发表学术论文30余篇，出版专著2部，编写教材5部，主持或参与省部级以上课题6项，获吉林省教育科学优秀成果一等奖1项、三等奖1项。
　　
　　李淑莲，吉林省白山市人，吉林师范大学教育科学学院讲师，硕士，吉林省心理学会会员。研究方向为发展与教育心理学、学前教育学，发表学术论文10余篇，出版专著1部，参与编写教材6部，参与省部级以上课题5项。

内页插图

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

精彩书摘

　　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, 1979)①。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, 1993)⑤⑥。
　　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, 2006)1617。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Kantowitz(1987)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。
　　……

前言/序言

　　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*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，*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

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