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学习任务认知负荷与测量方法研究

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蔡艳玲

摘要：由于缺乏对影响复杂学习的中介变量——认知负荷的有力测量，因而认知负荷测量成为认知负荷理论研究的新动向。本文论述认知心理学界在语言学习、数学统计、多媒体教学等领域对认知负荷所进行的测量研究，评价各种测量方法的适用性。

关键词：工作记忆；认知负荷；主观测量法

：H310

：A

：1001-8204(2009)01-0128-03

传统的学习理论如行为主义、建构主义是从促进学习的角度出发，说明如何帮助学习，提高学习效率。然而认知负荷理论是从学习的抑制机制着手，解释学习为什么会受到阻碍，区别了专家和新手的差异，提出学习中应该避免的问题，进而达到有效学习的目的。该理论建立于认知心理学研究中的主导范式——信息加工方法基础上，从认知资源分配的角度，对复杂学习深入研究，认为信息加工涉及人的认知体系，即容量有限的工作记忆和无限的长期记忆，两者相互作用，为教学和学习材料设计提供心理学的理论依据。

认知负荷即指工作记忆负荷过大引起认知超载，进而阻碍学习，因而为了促进学习，认知负荷应该保持在学习者可以掌控的水平。教学设计者要充分考虑人的认知结构和工作记忆特点，在教学时施加适当水平的认知负荷，促进学习者进行图式建构与自动化，即有效学习两大机制的发展。因此，评估和预测学习任务的认知负荷水平是教学设计的重要环节，也是认知负荷理论研究的一个难点。而对认知负荷理论早期的批评也来自于没有对特定的材料设计原则与学习成绩变化间的中介变量——认知负荷做客观的定量分析。

顺应这一发展要求，探索有效的认知负荷测量方法成为近年来认知负荷理论发展的最新动态。本文论述认知心理学界在语言学习、数学统计、多媒体教学等领域对认知负荷所进行的测量研究，以揭示其在复杂学习中的重要作用。

一、认知负荷概念与构成

认知负荷与信息处理过程中的信息处理量相关，人们对其定义有所不同，有的是基于任务需求与学习者的认知资源相互作用之上，也有的把任务需求看做学习者必须有效应对的一个外部独立变量。但更多的是相同点，认为认知负荷主要来自于任务，即任务对学习者的认知需求，它反映了(完成)任务对学习者认知资源多方面的需求特点。这些定义都是在信息处理框架下解释认知负荷的，综合了心理过程(包括认知、动机和情感)、知识陈述和状态(如意识状态、激活状态等)。因此，认知负荷是一个多维概念，是信息处理时学习者所感受到的施加在其认知体系——工作记忆中的载荷，也称工作记忆负荷，两者可以互用。同时认知负荷也会带来多方面的影响，它会影响学习者的行为策略和表现结果，可以导致学习者生理及心理过程的变化。

根据Paas＆vanMerrienboer提出的认知负荷结构模型，决定认知负荷水平的有原因和评价因素。原因因素来自学习任务、学习者个人特性及环境干扰，反映它们之间的交互作用。任务是主要因素，任务特点有任务形式、任务复杂度、时间压力、教学节奏等，学习者特性包括学习者的专业知识水平、年龄等。评价因素反映了可以测量的因素，包括心理负荷和心理努力两部分，它们最终通过学习者任务完成的情况即学习行为表现出来。心理负荷是由任务和环境方面的要求所造成的认知负荷，心理努力是指学习者分配给任务的认知容量／认知资源。学习者的心理努力反映了认知负荷的实际水平，所以可作为认知负荷测量的指标。

二、认知负荷与个体差异

复杂学习都含有较多相互交织作用的新信息元素。在进行数学解题、多媒体学习、写作等复杂学习时，要达到学习目的，学习者的工作记忆不得不同时处理各个相关因素。由于工作记忆加工与储存容量有限，对工作记忆施加适当的认知负荷成了决定有效学习的关键，学习者会评估他们所要处理的认知需求，从而在信息处理中进行自我调节。但每个学习者对同样的教学设计，可能存在着个体差异。如果学习者先前知识丰富，很多占用工作记忆容量、相互关联的信息元融合成一个图式，作为一个处理单位储存和加工，那么就会克服工作记忆容量的限制，提高信息处理能力。一个人长期记忆中图式习得越多、规模越大、自动化程度越高，学习任务对他来说产生的认知负荷就越低。通过使用自动化了的图式来学习、组合新信息，可以投入较少的心理努力达到最佳学习结果。所以有的学生考试成绩一样，但他们在平时学习或考试中投入的心理努力可能并不相同。Sweller强调了调整认知负荷水平的重要性，即教学设计应考虑学习者的个体差异，使之与学习者的知识水平相适应。Kalyuga、Ayres、Chan-dler和Sweller观察到很多对新手有效的学习任务，对水平较高的学习者则变得不那么有效，甚至增加了不必要的认知负荷，这就是技能反向效应，体现了学习者水平和任务形式间的交互作用。材料设计中的冗余信息，由不连续的信息资源引起的分散注意效应，以及视觉－听觉的双重感观效应等对低水平学习者所产