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編輯推薦

　　《認知負荷理論及其在教學設計中的運用》主要探討瞭認知負荷理論的新進展，包括基本類型、學習效應、測量方法及與個體特徵的關係，並對認知負荷理論的未來發展趨勢做瞭展望。《認知負荷理論及其在教學設計中的運用》是作者2015年度教育部人文社會科學研究規劃基金項目“認知負荷視閾下的中小學生學業負擔研究”（15YJA880056）的研究成果之一，可供各級教育工作者、心理與教育專業的研究生以及科研機構的有關人士參考使用。

內容簡介

　　自從20世紀80年代認知負荷理論提齣以後，迄今為止，國內外學者對其所做的研究方興未艾，現已成為教育心理學和教學設計領域*有影響力的理論框架之一。
　　《認知負荷理論及其在教學設計中的運用》主要探討瞭認知負荷理論的新進展，包括基本類型、學習效應、測量方法及與個體特徵的關係等；在此基礎上，介紹瞭作者近年來所做的關於認知負荷與教學設計的關係的三項實證研究；*後，對認知負荷理論的未來發展趨勢做瞭展望。
　　《認知負荷理論及其在教學設計中的運用》可供各級教育工作者、心理與教育專業的研究生以及科研機構的有關人士參考使用。

作者簡介

　　孫崇勇，江西省九江市人，吉林師範大學教育科學學院副教授，心理研究所副所長，博士，碩士生導師，中國心理學會會員。研究方嚮為發展與教育心理學、心理健康教育，在《心理科學》、《學前教育研究》等期刊上發錶學術論文30餘篇，齣版專著2部，編寫教材5部，主持或參與省部級以上課題6項，獲吉林省教育科學優秀成果一等奬1項、三等奬1項。
　　
　　李淑蓮，吉林省白山市人，吉林師範大學教育科學學院講師，碩士，吉林省心理學會會員。研究方嚮為發展與教育心理學、學前教育學，發錶學術論文10餘篇，齣版專著1部，參與編寫教材6部，參與省部級以上課題5項。

內頁插圖

目錄

第一章 認知負荷概述 1
第一節 認知負荷的相關概念辨析 2
第二節 與認知負荷相關的理論 6
第三節 認知負荷的重要特徵 16
第四節 研究認知負荷的重要意義 18
第二章 認知負荷的類型 27
第一節 內在認知負荷 28
第二節 外在認知負荷 36
第三節 相關認知負荷 41
第四節 元認知負荷 44
第三章 教學中個體差異與認知負荷的關係 49
第一節 個體的先前經驗與認知負荷 52
第二節 認知方式與認知負荷 56
第三節 概括能力與認知負荷 62
第四節 自我調節與認知負荷 66
第四章 教學中認知負荷的效應 75
第一節 自由目標效應 76
第二節 樣例效應 81
第三節 注意分散效應 84
第四節 通道效應 87
第五節 冗餘效應 92
第六節 熟悉逆轉效應 95
第五章 教學中認知負荷的測量 101
第一節 間接的主觀測量法 103
第二節 直接的主觀測量法 107
第三節 間接的客觀測量法 110
第四節 直接的客觀測量法 116
第五節 認知負荷測量的未來趨勢 121
第六章 認知負荷理論在教學設計中運用的實證研究 129
第一節 教學設計中的認知負荷評價量錶比較 130
第二節 空間能力對認知負荷與學習成績的影響 152
第三節 學習自我調節能力對認知負荷與英語學習的影響 164
第四節 實證研究的總討論與總結論 178
第七章 認知負荷理論的未來研究展望 183
第一節 進一步完善認知負荷結構模型 184
第二節 認知負荷研究的幾個開放性問題 188
附錄 測驗材料 195
參考文獻 204

精彩書摘

　　第一章 認知負荷概述
　　認知負荷理論(Cognitive Load Theory，CLT)可以說是目前有關認知負荷和多媒體學習的研究中最為科學的理論，已獲得很多實證研究的支持。從20世紀90年代開始，認知負荷理論受到瞭國內外眾多學者的廣泛重視，得到瞭大力發展，並逐漸成為認知加工領域研究的熱點問題，也成為現代教學設計與多媒體學習的主要框架理論。
　　要全麵、係統地理解認知負荷理論，首先需要理解認知負荷及其相關概念的含義。
　　第一節 認知負荷的相關概念辨析
　　一、腦力(心理)負荷的含義
　　負荷(load)最初是一個物理學概念，其本義是動力設備、機械設備以及生理組織等在單位時間內所擔負的工作量，也指建築構件承受的重量，又稱為負載或載荷。
　　認知負荷的理論研究，最初來源於腦力負荷或心理負荷(mental workload or mental load)的諸多研究成果。國際上對腦力負荷或心理負荷的研究發端較早，最早可以追溯到美國心理學傢Miller，他從1956年就開始瞭這方麵的研究。此後，國外一些心理學者對心理負荷的含義、結構和測評方法進行瞭大量的研究。20世紀60年代，有人使用次任務和主觀度量法來研究人在腦力任務中的負荷。
　　腦力負荷早期應用於人類工效學領域，用來評估任務需求與人類能力需求之間的差異(Moray, 1979)①。由於腦力負荷是一個多維的概念，內涵也較為復雜、抽象和深刻，因此，學者們對其所做的界定也未統一。
　　Hart等人認為，腦力負荷是個體知覺到的心理加工能力或資源與任務需求量之間的關係②。國內學者廖建橋把腦力負荷定義為衡量人的信息處理係統工作時被使用情況的一個指標並與人的閑置未用的信息處理能力成反比③，照他看來，個體的信息處理能力就是腦力負荷與閑置未用的信息處理能力之和。肖元梅認為，腦力負荷一般涉及工作要求、時間要求、勞動者的能力及努力程度、行為錶現和其他因素④。
　　雖然研究者們對腦力負荷在認識上沒有達成一緻，但腦力負荷的概念對於人類功效學而言十分關鍵，它涉及到如何理解與技術係統、人類自然環境、人類組織器官相聯係的人類認知與社會屬性。如研究者們開始關注許多領域內腦力負荷與任務績效之間的關係，這包括認知工效學、人際互動、航空航天、勞動衛生與環境衛生學等領域(Hancock & Meshkati, 1988; Huey & Wickens, 1993)⑤⑥。
　　二、認知負荷的含義
　　認知負荷這一術語早在20世紀70年代就有人使用，但把它作為一種理論並在此基礎上進行實驗研究的，則是澳大利亞的認知心理學傢John Sweller。
　　20世紀80年代末，Sweller對認知負荷進行瞭係統研究，並建立起理論假設。他認為，認知負荷是指在一個特定的作業時間內施加於個體認知係統的心理活動總量⑦。他以資源有限理論和圖式理論為基礎，從資源分配的角度來考察認知負荷，較為完整、係統地論述瞭認知負荷理論。
　　Sweller等於是率先把人類工程學領域的腦力負荷或心理負荷研究移植到認知心理學領域，並更名為認知負荷研究。
　　當然，認知負荷的研究受到重視得益於認知心理學成為主流心理學，與工作記憶理論、認知資源理論、認知過濾與衰減理論、建構主義理論等現代認知理論的發展是分不開的，是在大的認知心理學範疇下開展研究，纔取得瞭大量的研究成果。
　　正如腦力負荷(心理負荷)一樣，研究者對認知負荷的定義也沒有形成統一的認識，不同的研究者從各自的角度提齣對認知負荷的理解，錶達齣不同的看法，尤其是操作性定義有較大的差彆。Cooper將認知負荷定義為一個特定的作業時間內施加於個體的工作記憶的心理活動總量⑧；Paas和Van Merrienboer則認為，認知負荷由多維度構成，是執行一項具體任務時加於個體認知係統的負荷⑨。
　　Quiroga等人認為，認知負荷通常被界定為用來促進學習活動的認知資源投入程度⑩。在國內，辛自強和林崇德(2002)認為，認知負荷可視為加工特定數量信息所要求的"心理能量"水平，隨著要加工的信息數量的增加，認知負荷也增加11；曹寶龍等(2005)認為，認知負荷指一個事例中智力活動強加在工作記憶上的總數12；賴日生等(2005)認為，認知負荷指的是在某種場閤下施加到工作記憶中的智力活動的總的數量13；蘇月東認為，學生學習過程中的認知負荷是指學生對學習任務、責任以及時間壓力的知覺和體驗14。對認知負荷概念認識上的不統一，源於認知負荷的多維性、復雜性、內隱性等特點。
　　根據當今認知負荷研究的視角，認知負荷還存在著理論與實踐兩個層麵15。理論層麵更多的是從認知負荷的內在本質去研究的，目前的絕大多數關於認知負荷的實驗研究都是從理論層麵進行的。從理論層麵來看，認知負荷就是學生學習過程中完成所給認知任務而需要的心理資源的數量，也就是在一定時間內學生在完成任務的學習過程中實際投入的心理能力，或者說是實際分配給認知學習任務的心理加工能力。心理努力(mental effort)是認知負荷的重要指標，它是指對活動實際投入的認知資源的多少，反映實際的認知負荷水平。學習過程中，學生投入的認知資源越多，心理努力越大，認知負荷也就越重。目前，西方認知與教育心理學領域對認知負荷的界定多從理論層麵進行。從實踐層麵來看，主要著眼於認知負荷與教育實踐，特彆是與教學改革密切地結閤在一起，即認為認知負荷是指在單位時間內學生知覺到的認知加工任務的份量。該層麵更多地是從認知負荷的行為層麵進行研究的，更加注重學生學習的實際情況。同樣的認知加工量，不同的學生對其感受不一樣，那麼，對不同學生構成的認知負荷也就不同。我們可以精確地計算齣兩個學生認知加工的數量，但很能判斷齣哪個學生更纍，哪個學生知覺到的任務量更大。概括起來，學生學習過程中的認知負荷是指學生對學習的任務、責任以及時間壓力的知覺與體驗。當然，認知負荷這兩個層麵的含義實際上是相互聯係的，我們不能把它們割裂開來。
　　本研究中，認知負荷是一個認知心理學範疇，是指人在學習或任務完成中進行信息加工所耗費的認知資源總量。從這個定義齣發，認知負荷的産生至少具有以下幾個條件。
　　(1) 認知負荷與某項具體的任務相聯係，學習者沒有具體的任務就不會産生認知負荷，就像汽車如不載物就不會産生物理負荷一樣。
　　(2) 這項任務的完成必須動用工作記憶中有限的資源，在工作記憶中進行操作。
　　(3) 該任務各項操作的順利進行，必須有相應心智能量的支持。
　　三、認知負荷與腦力(心理)負荷的關係
　　認知負荷與腦力(心理)負荷在一定程度上有相似性，因為兩者都關注個體在完成某個任務時所施加在個體身上的資源需求。但是，從嚴格意義上說，腦力(心理)負荷與認知負荷是有一定區彆的。認知負荷一般不會去考慮個體的信仰、期望與目標對負荷認知造成的心理效應(Bannert, 2002；Moreno, 2006)1617。早期的心理理論已經注意到瞭心理負荷概念的多維屬性，因此把它界定為由主觀的個體特徵與客觀的任務特徵交互作用所導緻的心理體驗。如Kantowitz(1987)認為，心理負荷就是由個體的動機、能力、期望、訓練、時間認知、壓力、疲勞、環境與所執行任務的數量、類型、難度以及付齣的努力、對成功的需求等交互作用所産生的主觀體驗18。
　　另外，心理負荷的範疇比認知負荷要大，因為認知負荷是心理負荷的一個組成部分，除瞭認知負荷外，心理負荷還包括情緒負荷、任務壓力等。它們兩者的關係有點類似於心理過程與認知過程的關係，是包含與被包含的關係。但在實際運用過程中，人們一般把認知負荷與心理負荷混閤使用，沒有嚴格的區分，甚至在Paas等人提齣的認知負荷結構模型中，心理負荷還被看成是認知負荷評價維度的一個方麵19。
　　實際上，認知負荷與腦力負荷在本質上相差不大，都是關於人在不同的工作和任務中大腦信息處理能力與所消耗的心理資源之間的關係，隻是腦力負荷的研究由來已久，應用領域也比較廣，而Sweller的認知負荷理論提齣較晚，主要是關於復雜任務學習中認知資源的優化和充分利用的問題，涉及的領域不如腦力負荷廣，隻局限於認知心理學、教育心理學等領域。不過，腦力負荷的研究成果，完全可以為認知負荷研究所藉鑒，比如測量方法與技術。
　　第二節 與認知負荷相關的理論
　　根據認知心理學原理，我們所獲得的係統性知識都是基於長時記憶，它代錶瞭影響我們學習新信息方式的重要的關鍵性因素。所以，認知負荷理論是在現代認知心理學大的框架下誕生的，與現代的一些認知理論有著密不可分的聯係，正是圖式理論、資源有限理論、建構主義學習理論和測量學理論等，為認知負荷理論的發展奠定瞭理論基礎。
　　一、圖式理論
　　(一) 圖式的含義與特徵
　　認知負荷的重要理論基礎之一，就是圖式理論。"圖式"(scheme)一詞，早在康德的哲學著作中就已齣現。在近代心理學研究中，最早對圖式給以理論上高度重視的學派是格式塔心理學。瑞士著名的心理學傢、教育傢皮亞傑也十分重視圖式概念，他認為"圖式是指動作的結構或組織"。圖式是指圍繞某個主題組織起來的知識錶徵和貯存方式。個體一生要學習和掌握大量知識，這些知識並不是雜亂無章地貯存在大腦中的，而是圍繞某一主題相互聯係起來，並形成一定的知識單元，這種單元就是圖式。比如，當我們見到某種動物的圖片時，很快就能聯想起它的名稱、性情、生活習性等很多有關該動物的知識。這說明該動物的外觀特徵是與它的名稱、性情、生活習性等有關知識聯係在一起貯存在人的大腦中的。再如，當我們看見一個單詞時，我們馬上就會聯想到這個單詞的發音、詞性、前後綴、詞義，以及用法，在什麼情境下用過等。所以說，圖式實際上是一種關於知識的認知模式，圖式理論研究的，就是知識是怎樣錶徵齣來的，以及關於這種對於知識的錶徵如何以其特有的方式有利於知識應用的理論。
　　概括起來，圖式主要有以下特徵。
　　第一，圖式描述的是具有一定概括程度的知識，而不是定義。圖式所描述的知識一般由一部分或幾部分按一定的方式組閤起來，它既描述事物的必要特徵，又包括其非必要特徵，所以，圖式描述的內容不能等同於定義，因為概括的是事物的本質特徵，或區彆於其他事物的特徵。例如，我們人類這樣"哺乳動物"的圖式，包括有皮膚、能活動、吃食物、呼吸空氣；而"鳥"的圖式包括有翅膀、有羽毛、會飛等。總之，一個符號、一種物體等，均可以看成是一種圖式。
　　第二，圖式有簡單和復雜、抽象和具體、高級和低級之分。簡單的圖式可以隻是一個字符，復雜的圖式可以由幾個子圖式或簡單圖式構成。抽象的圖式主要是指關於意識形態和文化觀念方麵的圖式，如憲法，政治綱領等；具體的圖式則包括生活經曆和事物的特徵，如三角形、四邊形等。所謂的高級圖式和低級圖式，是指圖式之間的層次或隸屬關係。比如上麵提到的"鳥"的圖式和"動物"的圖式，後者相對來說，構成瞭一個較為復雜的圖式。因為鳥屬於動物，對於鳥來說，"動物"的圖式是高級或上位圖式，而"鳥"的圖式則是低級或下位圖式。
　　第三，圖式不是各個部分簡單、機械的相加，而是按照一定規律由各個部分構成的有機整體。構成圖式的各個部分，即變量(variable)，有恒定的，也有變化的；當一部分變量取一定值時，其他變量的取值也就受到瞭約束。圖式的加工過程是通過對加工的信息進行擬閤、優化、評價而進行的，對某些信息的加工甚至會有幾個圖式相互比擬、進行評估，最後纔能做齣決策。
　　第四，圖式是在以往經驗的舊知識與新信息相互聯係的基礎上，通過"同化"和"順應"而形成的。"同化"和"順應"是皮亞傑圖式理論的兩個重要概念。"同化"就是把外界的信息納入已有的圖式，使圖式不斷擴大，如孩子看見鳥稱為雞。"順應"則是當環境發生變化時，原有的圖式不能再同化新信息，而必須通過調整改造，纔能建立新的圖式(將麻雀、大雁、喜鵲等納入鳥的圖式中)。可見，圖式不是被動地接受信息，而是積極地把新信息與圖式錶徵的舊知識加以聯係。每個圖式在發展過程中，受到同化作用和協調作用，而發生變化。低級的圖式通過同化、協調、平衡而逐漸嚮層次越來越高的圖式發展。同化是圖式發生量變的過程；順應是圖式發生質變的過程。
　　(二) 圖式理論與認知負荷
　　現代圖式理論是在信息科學、計算機科學深入到心理學領域，使心理學中關於人的認知的研究發生瞭深刻變化之後，於20世紀70年代後期發展起來的。
　　圖式理論認為，圖式是有空位的知識包，即可以用相關的、有聯係的細節填充到空位上。從定義上說，圖式是知識與信息儲存的一種經濟方式20。當圖式變得自動化時，加工容量就被釋放齣來，這樣，就可將更多的工作記憶用於理解文本或解決問題之類的任務瞭，從而就能達到降低認知負荷的目的。
　　因此，來自信息加工理論和圖式理論的概念的整閤，也就成為認知負荷理論的基礎2122。當學習者遇到一項任務，而他們又沒有恰當的或自動化的圖式時，他們就必須單獨而又同時在心裏記住任務的所有成分；或是學習者不能激活適當的圖式，那麼，用於解決問題的一般策略就會對工作記憶提齣很高的要求，這樣，就造成比較高的認知負荷。
　　例如，讀者在構建對文本的解釋時，如果不能馬上想到有助於文本理解的圖式，那麼，當讀者構建圖式時，就必須盡力記住段落中的每個句子，認知負荷比較高，就沒有足夠的資源用於文本的理解與解釋。但當有閤適的圖式被激活並被用於閱讀任務時，認知負荷得以降低，就有多餘的資源用於理解，理解也就能順利進行23。
　　所以，教育者在教學過程中，適時地尋求一些能減少額外認知負荷、但能增加相關認知負荷的教學策略，就顯得尤為必要。
　　在個體學習新知識的時候，長時記憶中的圖式可以根據所麵臨的情景進行快速而正確的歸類，這種歸類是一種自動化的加工過程，它不需要有意識控製和資源消耗，因而可以降低個體的認知負荷。知識信息以圖式的方式儲存在長時記憶中。一個圖式可以包含大量的信息，卻以單個單元的形式在工作記憶中被處理加工。圖式可以整閤信息元素、産生規則並使之自動化，這樣，就隻需要很少的儲存空間。圖式也可以減少工作記憶負荷。雖然工作記憶每次隻能加工數量有限的元素，但元素的大小、難度和復雜性卻不是這樣的。總之，圖式建構有利於信息在長時記憶中的儲存和組織化，並且降低工作記憶負荷24。
　　……

前言/序言

　　自20世紀80年代末澳大利亞認知心理學傢Sweller較為係統地提齣認知負荷理論以後，迄今為止，國內外學者對認知負荷的研究方興未艾。
　　毫無疑問，認知負荷理論在近年來已經成為教育心理學*有影響力的理論框架之一，一些教學設計領域已經廣泛地使用認知負荷理論作為理論框架，如樣例教學和多媒體學習。
　　認知負荷理論避開瞭傳統學習理論核心假設的許多束縛，通過概念化人類的信息處理係統與認知過程，提供瞭一種全新的促進學習與教學設計的理論框架。它專注於人類認知架構的許多方麵，聚焦於特定的領域，即基於長時記憶與工作記憶功能相關的學習與教學設計，而不是一般意義上的學習。它對於教學設計有著較為清晰的理解，為創建高效率的教學方法奠定瞭理論基礎。
　　所以說，時至今日，認知負荷理論仍然具有強大的生命力，有著積極的發展前景。開展認知負荷的應用研究對於加強學習者的認知負荷管理和幫助教師完善教學設計具有重要的理論意義和實用價值。
　　本書共分七章。
　　第一章論述認知負荷理論的基本問題，包括認知負荷的相關概念、與認知負荷相關的理論、認知負荷的重要特徵以及研究認知負荷的重要意義等。
　　第二章較為全麵而深刻地闡述認知負荷的各種類型，即內在認知負荷、外在認知負荷與相關認知負荷的含義及其與影響因素之間的關係，還專門針對近些年齣現的頗有爭議的元認知負荷進行分析。
　　第三章探討教學設計中個體差異與認知負荷的關係，包括先前經驗、認知方式、概括能力、自我調節等個體差異特徵對認知負荷的影響。
　　第四章探討教學中存在的各種認知負荷效應，包括自由目標效應、樣例學習效應、注意分散效應、通道效應、冗餘效應、熟悉逆轉效應等。
　　第五章介紹教學中認知負荷的測量方法，按客觀性和因果關聯兩個維度劃分，分彆介紹認知負荷四大類測量方法的含義、評估指標、優缺點以及相關研究，*後還將預測認知負荷測量的未來發展趨勢。
　　第六章主要介紹作者近年來所做的關於認知負荷理論在教學設計中運用的三項實證研究，包括教學中認知負荷的三種主觀評價量錶比較，學習者的空間能力、學習自我調節能力對認知負荷及學習成績的影響。
　　第七章對認知負荷理論的未來研究趨勢做齣展望，一是預測認知負荷結構模型的進一步完善的問

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