（发展与教育心理学专业论文）自由目标效应和有解样例效应对不同学绩水平学生各学科成绩的影响.pdf

t h e s i sf o rm a s t e rd e g r e e ( 2 0 1 0 )uni v e r s i t yc o d e ：1 0 2 6 9 r e g i s t e r e dc o d e ：51 0 7 0 1 0 3 0 2 3 e as tchinanormaluni v er s i t y t h ei n f l u e n c eo ff r e e g o a ie f f e c ta n d w o r k e d - - e x a m p l ee f f e c tt os t u d e n t s w i t h d i f f e r e n tl e a r n i n gl e v e l so nd i f f e r e n t s u b j e c t s f a c u l t y ： 墨垦b q q ! q ! 墨) b q ! q g y 坌q 鱼q g 旦i ! l y 金s i 皇凸垦皇 m a j o r - q 金y 金! q 巳幽皇d ! 坌! 坌旦鱼e 型垡生坌! l q 0 坌l y 垦b q ! q g y r e s e a r c hf o c u s = q ! d 墨金；i d gq d b q q ! 呈墨y 垦b q ! q g ) s u p e r v i s o r ：笪堕墨q 垦j 坌! 呈 q ! 皇墨墨q s b 金dl i 皇m i d c a n d i d a t e ：h a nj u a n f i n i s h e di nm a y ，2 0 1 0 华东师范大学学位论文原创性声明 i i ii i ii il uii l ui ii ii 17 4 17 31 郑重声明：本人呈交的学位论文自由目标效应和有解样例效应对不同学绩水平学 生各学科成绩的影响，是在华东师范大学攻读墨多石士( 请勾选) 学位期| 日j ，在导师 的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中作了明确说明并表示谢意。 储繇坳 同期：跏年s - 月x 多同 华东师范大学学位论文著作权使用声明 自由目标效应和有解样例 华东师范大学攻读学位期间在导 学科成绩的影响系本人在 ( 请勾选) 学位论文。本论 文的研究成果归华东师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此 学位论文，并向主管部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交学位论文的 印刷版和电子版；允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅；同意 学校将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的 标题和摘要汇编出版，采用影印、编印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) () 1 、经华东师范大学相关部门审查核定的“内部 或“涉密 学位论文， 于年月日解密，解密后适用上述授权。 ( ) 2 、不保密，适用上述授权。 导师签名：本人签名：麴 加户年岁月溺1 7 1 “涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定过的学位论文 ( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方为有效) ，未经上述部门审定 的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用上述授权。 l ，0 一一， 、义7 义 韭妲硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 袁军教授博导上海师范大学主席 李维教授博导上海社会科学院 邓赐平副教授华东师范大学 论文摘要 认知负荷理论主要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学 习和问题解决。其观点认为：认知结构中包含一个容量有限的工作记忆和一个容量无限 的长时记忆。长时记忆中存贮了大量的图式，图式的建构以及自动化对学习起着非常关 键的决定作用。自动化的图式能够在长时记忆中保存很长时间，并且降低工作记忆的负 荷，从而使学习和问题解决得以顺利发生。由认知负荷理论推导出的一系列教学设计原 则也在教学中发挥重大作用。自由目标效应和有解样例效应则是认知负荷理论中为解决 学习者的认知资源限制而提出的两个最为普遍且重要的教学设计原则。 本研究以认知负荷理论为理论指导，采用团体测验量化研究的方法，通过对比自由 目标效应和有解样例效应对于不同学绩水平学生语文和数学两门学科成绩的影响，探讨 这两种效应在语文和数学这两门学科教学中的效果，并从这一角度提出有建设性的改变 方案，为这两种效应在不同学科教学中的广泛运用提供一些证据支撑和操作建议。 本研究的实验选取初中二年级( 1 2 9 名) 及预初年级( 1 5 4 名) 学生作为被试，分 别在语文和数学两个学科上以三种不同的实验处理来进行实验设计，考察自由目标效应 和有解样例效应对于不同学绩水平的学生在语文和数学两门学科上成绩的影响，同时， 还辅佐以认知负荷测量量表，给予数据解释上更加有力的支持。 研究结果表明： 不同学绩水平的学生在面对相同任务时，其认知负荷总量存在显著性差异。总 体来说，学困学生的认知负荷总量最高。 在三种实验处理下，学生的作文成绩和数学成绩及其相对应的认知负荷分数都 呈现出显著性的差异。 在语文( 作文) 学科上，虽然自由目标处理和有解样例处理都对学生的作文成 绩和认知负荷分数起到影响，但自由目标处理下的实验效果最好。同时，学优组和学中 组学生受到教学设计的影响更大，而学困组学生则不受影响。 在数学学科上，自由目标处理和有解样例处理也都对学生的数学成绩和认知负 荷分数起到影响，但有解样例处理下的实验效果最好。同时，学中组和学困组学生受到 教学设计的影响更大，而学优组学生则不受影响。 关键词：认知负荷理论、自由目标效应、有解样例效应、学绩 a b s t r a c t c o g n i t i v el o a dt h e o r yi sm a i n l yb a s e do nl i m i t e dr e s o u r c et h e o r ya n ds c h e m at h e o r y i te x a m i n e sl e a r n i n ga n dp r o b l e m s o l v i n gf r o mt h ep e r s p e c t i v eo fr e s o u r c ea l l o c a t i o n i t a s s u m e st h a t ：c o g n i t i v es t r u c t u r ec o n t a i n sal i m i t e dw o r k i n gm e m o r yc a p a c i t ya n da n u n l i m i t e dl o n g 。t e r mm e m o r yc a p a c i t yal a r g en u m b e ro fs c h e m ai ss t o r e di n l o n g - t e r m m e m o r y s c h e m ac o n s t r u c t i o na n da u t o m a t i o np l a yav e r yc r u c i a lr o l et ol e a r n i n g s c h e m a a u t o m a t i o nc a ns a v el o n g t e r mm e m o r yf o ral o n gt i m e ，a n dr e d u c et h el o a do nw o r k i n g m e m o r y , s ot h a tl e a r n i n ga n dp r o b l e m s o l v i n go c c u r se s a i l y t h es e r i e so fi n s t r u c t i o n a l d e s i g np r i n c i p l e sw h i c ha r ed e r i v e df r o mc o g n i t i v el o a dt h e o r ya l s op l a yam a j o rr o l ei n t e a c h i n g f r e e g o a le f f e c ta n dw o r k e de x a m p l ee f f e c ta r et h et w om o s tc o m m o na n d i m p o r t a n ti n s t r u c t i o n a ld e s i g np r i n c i p l e sa c c o r d i n gt oc o g n i t i v el o a dt h e o r yt oa d d r e s st h e l e a r n e r sc o g n i t i v er e s o u r c e sc o n s t r a i n t s i nt h i ss t u d y , g u i d e db yc o g n i t i v el o a dt h e o r y , q u a n t i t a t i v er e s e a r c hg r o u pt e s t i n g m e t h o di su s e dt oc o m p a r et h ei n f l u e n c eo ff r e e g o a le f f e c ta n dw o r k e de x a m p l ee f f e c tt o d i f f e r e n ts t u d e n t sw i t hd i f f e r e n tl e a r n i n gl e v e l si nl a n g u a g ea n dm a t h e m a t i c sa c h i e v e m e n t a n ds o m ee v i d e n c et os u p p o r tt h ee x t e n s i v eu s ea n do p e r a t i o nr e c o m m e n d a t i o n sw i l lb e p r o v i d e d e x p e r i m e n t si nt h i ss t u d ys e l e c t e d1 2 9s e c o n d y e a rj u n i o rs c h o o ls t u d e n t sa n d1 5 4 s i x - g r a d es t u d e n t sa ss u b j e c t s ，w h or e s p e c t i v e l yr e c e i v e dt h et e s tb o t hi nl a n g u a g ea n d m a t h e m a t i c si nt h r e ed i f f e r e n te x p e r i m e n t a lt r e a t m e n t s t h er e s u l t ss h o wt h a t ： t os t u d e n t so fd i f f e r e n tl e a r n i n gl e v e lw h oa r ef a c i n gt h es a m et a s k ，t h e i rc o g n i t i v e l o a dh a das i g n i f i c a n td i f f e r e n c e o v e r a l l ，t h ec o g n i t i v el o a d o fs t u d e n t sw i t h l e a r n i n g l o w - l e v e li st h eh i g h e s t i nt h et h r e ee x p e r i m e n t a lt r e a t m e n t s ，t h es t u d e n t sw r i t i n ga n dm a t hs c o r e sa n d c o r r e s p o n d i n gs c o r e so ft h ec o g n i t i v ei o a de m e r g e da ss i g n i f i c a n td i f f e r e n c e s i nl a n g u a g e ，f r e e g o a le f f e c ta n dw 6 r k e de x a m p l ee f f e c th a v ee f f e c t so nc o g n i t i v e l o a ds c o r e s ，b u tf r e e g o a le f f e c tu n d e rt h ee x p e r i m e n t a li sb e t t e r m e a n w h i l e ，t h eh i g h - l e v e l a n dt h em e d i u m - l e v e lg r o u pa r ee a s i l ya f f e c t e dc o m p a r e dt ol o w l e v e lg r o u p i nm a t h e m e t i c s ，f r e e g o a le f f e c ta n dw o r k e de x a m p l ee f f e c ta l s oh a v ee f f e c t so n c o g n i t i v el o a ds c o r e s ，b u tw o r k e de x a m p l ee f f e c tu n d e rt h ee x p e r i m e n t a li sb e t t e r m e a n w h i l e ，t h em e d i u m - l e v e la n dl o w - l e v e lg r o u pa r ee a s i l ya f f e c t e dc o m p a r e dt oh i g h l e v e l g r o u p k e yw o r d s ：c o g n i t i v el o a dt h e o r y , f r e e g o a le f f e c t ，w o r k e de x a m p l ee f f e c t ，l e a r n i n gl e v e l 目录 1 认知负荷理论概述1 1 1 认知负衙理论的发展过程1 1 2 认知负荷理论内容2 1 2 1 认知负荷理论的基本观点2 1 2 2 认知负荷理论提出的教学设计原则8 1 3 认知负荷测量1 1 1 3 1 主观评价法( s u b j e c t i v er a t i n g s ) 。1 2 1 3 2 生理测量法( p h y s i o l o g i c a lm e a s u r e s ) 一1 2 1 3 3 基于表现的测量法( p e r f o r m a n c e b a s e dm e a s u r e s ) 1 3 2 研究目的和假设。1 5 2 工研究目的1 5 2 2 研究假设1 5 3 实验程序1 7 3 1 实验对象1 7 3 2 实验步骤1 7 3 3 实验材料1 8 3 3 1 瑞文标准推理测验( r a v e n ss t a n d a r dp r o g r e s s i v em a t r i c e s ) 1 8 3 3 2 任务负荷指数量表( n a s a t l i ) 1 9 3 3 3 测验材料( 自备) 2 1 3 4 数据的收集和整理2 1 4 数据的统计分析2 2 4 1 语文组第一周数据分析2 2 4 1 1 不同学绩水平学生之间的差异显著性检验2 3 4 1 2 三种实验处理之间的差异显著性比较2 4 4 2 语文组第二周数据分析2 6 4 2 1 不同学绩水平学生之间的差异显著性检验2 7 4 2 2 三种实验处理之间的差异显著性比较2 8 4 3 数学组第一周数据分析3 0 4 3 1 不同学绩水平学生之间的差异显著性检验3 1 4 3 2 三种实验处理之间的差异显著性比较3 2 4 4 数学组第二周数据分析3 4 4 4 1 不同学绩水平学生之问的差异显著性检验3 5 4 4 2 三种实验处理之间的差异显著性比较3 6 4 5 关于成绩和认知负荷分数的配对分析3 8 4 5 1 语文组五个班级前后两周成绩的配对比较3 8 4 5 2 数学组六个班级前后两周成绩的配对比较3 9 5 结论与讨论4 0 5 1 语文组结论4 0 5 1 1 学绩水平对作文成绩和认知负荷分数的影响4 0 5 1 2 实验处理对作文成绩和认知负荷分数的影响4 0 5 1 3 总结4 0 5 2 数学组结论4 0 5 2 1 学绩水平对数学成绩和认知负荷分数的影响4 0 5 2 2 实验处理对数学成绩和认知负荷分数的影响4 1 5 2 3 总结4 1 5 3 讨论4 1 5 3 1 自由目标效应在语文( 写作) 教学中的作用4 2 5 3 2 有解样例效应在数学教学中的作用4 3 6 建议4 4 7 不足4 5 参考文献4 6 附 录4 9 后 记7 2 1 认知负荷理论概述 1 1 认知负荷理论的发展过程 认知负荷理论( c o g n i t i v el o a dt h e o w ，c l t ) 于2 0 世纪8 0 年代由j o h ns w e l l e r 等人 提出，在9 0 年代迅速发展，并同趋成熟和系统化( s w e l l e r ，1 9 8 8 ；s w e l l e re ta 1 ，1 9 9 8 ； m e r r i e n b o e r s w e l l e r ，2 0 0 5 ) 。该理论为后来许多有关认知信息加工和教学设计的研究 提供了一个基本的理论框架，奠定了理论研究的基础。 自认知负荷理论提出至今，其发展大致可分为三个阶段： 2 0 世纪8 0 年代 认知负荷理论最早起源于有关学生学习如何进行问题解决的研究( s w e l l e r ，1 9 7 6 ) 。 研究者普遍认为学生通过解决问题来学习如何进行问题解决，数学教学即为例证。代数 和几何的学习都是通过大量的练习来达到教学目的。 其后很多研究表明：问题解决对工作记忆容量这方面有额外的要求。在缺乏更多具 体的先前知识的情况下，问题解决者必须通过目的手段分析( m e a n s e n d sa n a l y s i s ) 来 寻求解决途径。这一策略的使用就要求问题解决者分别考虑到当前问题状态( p r o b l e m s t a t e ) 、目标状态( g o a ls t a t e ) 、所有亚目标状态( s u b g o a ls t a t e ) 、这些状态之间的联 系以及和这些状态紧密联系的、可能的操作。因此，这一技巧不能导致学习的发生 ( s w e l l e r ，1 9 8 0 ：s w e l l e re ta 1 ，1 9 8 2 ) 。于是研究者提出所谓的“自由目标的问题” ( g o a l f r e ep r o b l e m s ) 。在解决自由目标问题时，只要求学生尽可能去计算出他们能够得 到的一切变量值。相对于目的一手段分析，这一策略仅仅要求学生考虑所遇到的每一个 问题状态并且找出能够应用于这一状态的操作即可。结果是学生能够很快的学会解决问 题，并且能够很快的从自由问题的解决上迁移至普通问题的解决上( s w e l l e r l e v i n e ， 1 9 8 2 ) 。随后一些研究表明：相对于传统“教与学 的问题解决方式，自由目标的问题 在某些方面上确实具有有效性。 在整个8 0 年代，认知负荷理论的发展都局限在试图寻找或是证明基于该理论而提 出的一系列基本的教学设计原则上。 2 0 世纪9 0 年代 认知负荷理论在随后的十年里得到空前发展，理论不断得到补充和完善。研究者的 视角扩展到学习和问题解决的每一个方面。研究者在研究中设置了不同的教学背景，使 用了大量不同领域( 包括几何、代数、生物等方面) 的材料，以此来研究认知负荷理论 所提出的假设。 同时，在业已提出的理论假设上，这一时期的研究者也提出了更多的改进意见，并 通过实验来证明，不断丰富认知负荷理论的内容。 此外，在同时考虑到信息结构以及学习者加工信息时所运用的认知结构这两方面因 素的前提下，认知负荷理论学家们已经提出一系列独到的、同时也是非常有建设性的教 学设计理论与原则。该理论也即刻成为继建构主义以后提出的对教学设计有直接影响的 心理学理论。 2 0 0 0 年以后 认知负荷理论讵式成为教学设计领域中最有影响力的理论之一。但与此同时，越来 越多的研究者对认知负荷理论的科学价值提出质疑，并试图论证。 认知负荷理论的理论中心是由一系列关于不同认知加工需求的假设所组成。研究证 明，检验这些假设对认知负荷理论来说是一项巨大的科学挑战( b r u n k e ne ta 1 ，2 0 0 3 ； s c h o n t z k u r s c h n e r ，2 0 0 7 ) 。现在主要有两种观点来看待该理论的科学价值：一为p o p p e r 的传统理性主义，另一为s n e e d 的理论建构观点。前者认为一种理论的基本假设应该能 够得到实证检验，后者则认为应该将一种理论的基本假设看作是不需要经过实证检验的 公理。而认知负荷理论也在非议中继续发展。 研究者开始将认知负荷理论放入一个更广阔的理论框架下进行研究一一进化论 ( e v o l u t i o n a r y t h e o w ) 。结合生物学、心理学和人类学等领域的研究成果，s w e l l e r 提出： 人类认知的过程和结构可以类比于在自然选择下与进化紧密相联系的过程和结构。如： 人类的长时记忆可以类比于生物学上的遗传密码( g e n e t i cc o d e ) 。遗传密码具有对个体 生活环境的生物适应性；而长时记忆具有对个体环境的认知适应性。遗传上的必要改进 可以促进生物进化，而长时记忆也可以做出必要的改进来提高工作记忆的有限容量 ( s w e l l e r ，2 0 0 3 ，2 0 0 4 ) 。而对认知负荷理论进行进化论水平上的重新建构，给予该理 论研究范围更加清晰的界定。 总体来说，认知负荷理论的研究早期主要停留于研究专家与新手之间的差异。但后 来随着研究的不断深入，研究者逐渐将研究中心转移至如何促进新手向专家转化这一问 题上，研究重点转向了如何促进学习者的学习和问题解决。进入2 1 世纪以来，研究者 仍在不断发展认知负荷理论，继续为学习和教学提供最新的理论研究。 1 2 认知负荷理论内容 1 2 1 认知负荷理论的基本观点 认知负荷理论主要是以资源有限理论( l i m i t e dr e s o u r c et h e o r y ) 和图式理论( s c h e m a t h e o r y ) 为基础，从资源分配的角度来考察学习和问题解决。资源有限理论认为：人的 认知资源总量是一个不变的定值。如果个体同时从事几种活动，就存在认知资源如何分 配的问题，其分配原则是“总量不变，此消彼长”。因而认知负荷理论认为问题解决以 及学习过程中的各种认知活动同样遵循着这样的原则进行资源分配。如果所有活动的所 需资源总量超过这一定值，则存在资源不足的问题，从而影响问题解决或学习的效率。 2 第二个理论基础是图式理论。图式理论在现代记忆理论中占据了中心地位。图式理论认 为图式是一种认知结构，使学习者能够根据信息将被使用的方式对信息进行归类 ( b a r t l e t t ，f 1 9 3 2 ；k o e d i n g e r ，k a n d e r s o n ，j 1 9 9 0 ；l o w ，r o v e r ，r 1 9 9 0 ) 。专 家和新手的差异在于专家能够在图式的帮助下，将当前所面临的问题或问题状态快速正 确的归入某一范畴，而新手在面对问题时会因为缺乏必要的图式不得不采用比较弱的问 题解决方法，导致两者在问题解决上的巨大差异。因此认知负荷理论认为图式获取和规 则自动化是学习的两大机制。它们的作用都是利用长时记忆中的图式来弥补短时记忆容 量不足的缺陷( s w e l l e r ，1 9 9 3 ) 。 在学习和问题解决的过程中，学习者j 下是利用长时记忆中的已有图式对新信息进行 加工、整合，使长时记忆中的图式数量不断增多、质量不断提高、规模不断扩大，促进 学习和问题解决的发生，提高两者的效率。 在这两种理论的基础上，认知负荷理论在教学中从引导认知资源合理分配的角度为 学习材料的设计提供了心理学的理论依据。它认为最有效的学习应该是发生在信息结构 和学习者认知结构最佳匹配的情况下。以此为中心，认知负荷理论提出了以下有关学习 和问题解决的理论假设： 多维记忆贮存( m u l t i p l em e m o r ys t o r e s ) 认知负荷理论假设人的认知结构中包括多个记忆贮存，其中包括一个容量非常有限 的工作记忆( m i l l e r ，1 9 5 6 ) 。它的容量受制于处理文字信息以及包含在文字信息中一部 分重要的亚信息，诸如视听材料和视觉的二维或三维信息等。工作记忆一次最多只能组 合四个信息元素( m i l l e r ，1 9 5 6 ) 。如果没有复述，工作记忆中的信息将在2 0 秒内消退 ( p e t e r s o n ，l p e t e r s o n ，m ，1 9 5 9 ) 。如果工作记忆处理的是来自长时记忆中的信息， 那么工作记忆的容量限制将会降低，这是因为来自长时记忆的信息已经得到更高一级的 组织，称之为“认知图式”( c o g n i t i v es c h e m a t a ，e r i c s s o n k i n t s c h ，1 9 9 5 ) 。然而，由 于教学中经常提供的是文字信息，这使得工作记忆很难同时消化多重信息元素( s w e l l e r ， 2 0 0 5 ) 。在认知负荷理论最新的、从进化角度探讨这一问题的研究中，认知负荷理论假 设工作记忆的容量并不是偶然发生的，它是人类认知结构的一个重要组成部分。有时候 一个小一点的工作记忆容量甚至比大一点的工作记忆容量更加能够有效率的工作 ( s w e l l e r ，2 0 0 5 ) 。 此外，认知结构中还包括一个容量无限的长时记忆( s i m o n g i l m a r t i n ，1 9 7 3 ) ，里 面贮存有大量的图式( c h i ，g l a s e r & r e e s ，1 9 8 2 ) ，这些图式在自动化程度上差异很大 ( k o t o v s k y ，h a y e s s i m o n ，1 9 8 5 ) 。这一认知结构能以不同的方式和学习材料发生交互 作用。 同时，认知负荷理论的假设也涉及到b a d d e l e y ( 1 9 8 6 ) 有关工作记忆的研究。后者 3 ， 认为工作记忆包含有多种不同的通道，用来接收视觉和听觉信息。因此，若要提高记忆 的活跃性，同时以视觉和听觉两种方式展现的材料激发的程度要比仅用一种方式展现的 材料效果好很多( m o u s a v ie ta 1 ，1 9 9 5 ) 。但与b a d d e l e y 的工作记忆理论不同的是，认 知负荷理论不认为存在一个区域未定的中央执行机构( ad o m a i n u n s p e c i f i cc e n t r a l e x e c u t i v e ) 。认知负荷理论认为贮存在长时记忆中的图式的功能就相当于这一中央执行 机构，因为图式能够指导个体做什么，何时做以及如何做( s w e l l e r ，2 0 0 5 ) 。 认知负荷理论认为有容量限制的工作记忆在学习者处理熟悉的、尤其是先前已经学 过、以图式形式贮存在长时记忆系统中的材料时，能够不受容量的限制。图式能够按照 信息将要得到使用的方式将信息归类成不同的信息元素( c h i ，g l a s e r & r e e s ，1 9 8 2 ) 。 图式自动化让这些经过分类的信息得到无意识的加工。这样就使得学习者将信息的多重 元素分解成单个部分，以减轻工作记忆的负担。 认知图式( c o g n i t i v es c h e m a t a ) 认知负荷理论也假设在长时记忆中，信息是以认知图式的形式来进行组织的。图式 是能够帮助减少工作记忆负担的认知结构。相应的，由图式提供的这些知识的元素，和 工作记忆之间发生交互作用( s w e l l e r & c h a n d l e r ，1 9 9 4 ；s w e l l e re ta 1 ，1 9 9 8 ) 。如果相 互影响的元素数量超过了工作记忆容量，那么一些元素就必须组织成更高一级的图式， 否则就很难理解材料内容( m a r c u se ta 1 ，1 9 9 6 ) 。 认知负荷和心理努力( c o g n i t i v el o a da n dm e n t a le f f o r t ) 2 0 世纪8 0 年代术期，认知负荷理论定义了所谓的认知负荷( s w e l l e r ，1 9 8 8 ；s w e l l e r e ta 1 ，1 9 9 0 ) ：即同一时间内施加于学习者工作记忆( 包括贮存和信息加工) 上的认知 活动( 或智力活动) 的全部数量。每一个需要有意识控制的认知加工都对工作记忆造成 一定的负担。认知负荷就被视为学习特定材料( s w e l l e r c h a n d l e r ，1 9 9 4 ) 或者是完成 特定任务( s w e l l e re ta 1 ，1 9 9 8 ) 时代表工作记忆资源的一个结构。被学习者分配到学习 过程中去的工作记忆资源量称之为“心理努力”( m e n t a le f f o r t ) 。学习者在一项任务中 的表现取决于任务的认知负荷和学习者投入的心理努力。 认知负荷理论关注的是用来控制工作记忆负荷的技巧，这样才能促进长时记忆中图 式的建构及其自动化。因此，认知负荷理论区分了三种不同的认知负荷：内部认知负荷 ( i n t r i n s i cc o g n i t i v el o a d ，国内亦有人译作“原生认知负荷 ) 、无关认知负荷( e x t r a n e o u s c o g n i t i v el o a d ，国内亦有人译作“外部认知负荷”) 和相关认知负荷( g e r m a n ec o g n i t i v e l o a d ) 。具体内容见下面： a 内部负荷( i n t r i n s i cl o a d ) 受任务内在方面因素影响的认知负荷称之为内部负荷，这些元素交互作用而产生的 对于工作记忆的需求对于正在学习的材料来说是内部的。也即：内部负荷来源于需要加 4 工的信息的内在复杂性。它完全由元素交互作用所决定，也即由工作记忆中同时加工的 认知元素数量决定( s w e l l e r c h a n d l e r ，1 9 9 4 ) 。 虽然学习者必须加工的信息在很多维度上都差异很大，但是相关元素之问互相影响 程度j j 是一个关键点。信息在元素交互作用这个连续体上的分布是从低到高的。每一个 低元素交互作用材料中的元素，在不考虑其他元素的情况下，都能够得到学习者很好的 理解和学习。 元素交互作用低，是因为每个部分都能在不提及其他部分的情况下得到很好的理解 和学习，每一元素都不需要同时在工作记忆中得到加工。相反，学习如何在电脑上编辑 一帧图片就是一个很好的高元素交互作用的例子。改变图片颜色的饱和度、亮度以及对 比度，这些之间具有很强的交互作用。所以高元素交互作用的材料学习，能够在学习者 身上体现，但前提是所有的元素及其之问的交互作用都能被学习者很好的理解。因此， 元素间交互作用越高的材料，学习者越难以理解。 不同的学习材料在元素交互作用的水平上是不同的。因此内部认知负荷也是不同的。 元素交互作用不仅仅取决于所要分析的任务或正在学习中的材料，因为大量发生交互作 用的元素对一个新手来说可能是数量众多的，但对于具备更多专门知识的学习者来说， 这些元素可以被视为一个独立的元素。专门知识水平高低决定多少数量的元素可以被看 作是一个元素。所以内部负荷仅仅取决于学习者的专门知识水平，它不能因教学设计而 改变。只有一些比较简单的、不需要有交互作用的元素的学习任务，可能降低内部认知 负荷。而遗漏这些重要的有交互作用的元素将会降低对于复杂材料的理解，并且在复杂 且高元素交互作用的任务中是不可能做到这一点的。这也暗示着对一个有着专门知识的 学习者来说，一项特定任务的内部负荷是无法改变的( s w e l l w e re ta 1 ，1 9 9 8 ；s w e l l e r ， 2 0 0 5 ) 。 b 无关负荷( e x t r a n e o u sl o a d ) 内部负荷由学习任务的内部属性所导致，而无关负荷则完全由教学设计所引起 ( s w e l l e r ，2 0 0 5 ；s w e l l e re ta 1 ，1 9 9 8 ) 。无关负荷是由学习材料的设计和组织所导致的 不必要负荷( k a l g u y ae ta 1 ，1 9 9 8 ) 。由于这种不合适的教学设计，无关负荷就必须要求 额外的努力。 认知负荷理论以不同的方式来定义无关负荷，但定义的内涵不尽相同。一种定义认 为无关负荷来源于因教学设计不当而引起的工作记忆中高的元素交互作用。另一种定义 认为无关负荷来源于认知活动之间的不相关。如果进行中的认知活动不能促进图式获得 和图式自动化，那么这些活动就被视为无关活动( s w e l l e r c h a n d l e r ，1 9 9 4 ；s w e l l e r ， 2 0 0 5 ) 。可见两种定义的差异很大。学习中的无关认知活动并不必然包括较高的元素交 互作用。从内容这一范围上去考虑，第二种定义要比第一种定义宽泛许多。 s 动化( s c h e m aa u t o m a t i o n ) 。图式获得改变个体对待元素的方式。因此，学习可以降低 认知负荷。如果学习者获得一个图式，那么先前组织在一起的一组元素就可以被视为一 个单独的元素。图式获得以这样的方式来降低工作记忆中有交互作用的元素数量。在认 知负荷理论的早期论述中，研究者假设图式的获得对内部负荷有贡献，因为相关的元素 必须为了有意义的同化而相互作用( s w e l l e r c h a n d l e r ，1 9 9 4 ) ，但是在最近的理论论述 6 中，图式获得更多贡献于相关负荷( s w e l l e re ta 1 ，1 9 9 8 ；s w e l l e r ，2 0 0 5 ) 。信息既能得 到有意识的加工，也能得到无意识( 自动化) 的加工( s c h n e i d e r & s h i f f r i n ，1 9 7 7 ；s h i f f r i n s c h n e i d e r ，1 9 7 7 ) 。一旦获得图式，那么更多的练习就能够让它得到自动化加工。这 一过程就是“图式自动化”( s c h e m aa u t o m a t i o n ) 。这就使认知加工自动化，并且使工作 记忆有能力去进行别的加工( s w e l l e r ，2 0 0 5 ) 。 基于上述假设，研究者提出以下几个方面需要在学习的过程中注意： 首先，不同的学习者加工材料的方式是不同的。如果要求加工的材料元素已经包含 于一个自动化的图式中，那么工作记忆负荷( 或者说认知负荷) 就会很低。图式将许多 元素融合成工作记忆中的一个单一元素，而相对于受控的、有意识的加工过程来说，自 动化的过程能够降低工作记忆的需求( s c h n e i d e r & s h i f f r i n ，1 9 7 7 ；s h i 仟r i n s c h n e i d e r ， 1 9 7 7 ) 。因此，如果一位学习者已经获得自动化后的图式，那么认知负荷就会很低，大 量的工作记忆资源就得到释放。反之，如果需要得到加工的材料中的元素，由于没有合 适的图式和它进行匹配，必须以工作记忆中一个具体的元素身份加以考虑，那么认知负 荷就会很高。工作记忆将会全部使用在加工这些互相独立的元素上。 其次，学习材料的特性是非常重要的。一些材料可以通过元素的逐个学习来进行加 工，而不需要将这些元素联系起来。比如说学单词。每一个单词都可以单独学习，和其 他单词没有联系。这类材料在元素交互作用上得分很低，内部认知负荷就会很低。因为 它对工作记忆的要求最小。但还是要考虑到那些称之为高元素交互作用的任务。例如学 习一组单词的顺序。这组单词顺序将不能不同时考虑同组中每一个单词。在这类情况下， 由于高元素交互作用，内部认知负荷将会很高。通常来说，这类情况经常发生在数学、 计算机编程、设计发展等活动中。在这些活动中，没有单独存在的元素可供单独考虑。 在给定情况下，任何的活动都会对任务结果产生复杂的、深远的影响。 最后一点，学习者的特性和材料之间也存在交互作用。那些能够对某些人施加高认 知负荷的材料，可能对另外一些人的认知负荷将减少一点，因为对前者来说他们必须处 理大量有交互作用的元素，而后者由于已经获得自动化的、包含有独立元素的图式而省 却了这一步骤。小学代数的专家将方程( a + b ) c = d 看作是一个整体，这样自动化的图 式就不会需要占用大量的工作记忆资源。而一个刚刚学习代数的新手就需要将方程中每 一个符号和符号之间的关系进行单独考虑，然后再联系起来，这样就增加了工作记忆的 负担。 理解( u n d e r s t a n d i n g ) 根据认知负荷理论，理解发生在信息的所有相关因素都同时在工作记忆中得到加工 的情况下( m a r c u se ta 1 ，1 9 9 6 ) 。如果材料中含有太多难以同时在工作记忆中进行加工 的元素，那么材料就很难得到理解( s w e l l e re ta 1 ，1 9 9 8 ) 。只有在图式建构和自动化都 7 完成并且工作记忆能够加工所有重要元素的情况下，理解才能发生。因此认知负荷理论 进一步假设，理解除了需要在工作记忆中加工以外，还需要长时记忆的改变。s w e l l e r ( 2 0 0 5 ) 认为长时记忆若没有改变，就没有理解。从此意义上来说，认知负荷理论中的 理解和学习之间并没有很严格且清楚的界限。 教学影响( i n s t r u c t i o n a lc o n s e q u e n c e s ) 认知负荷理论假设在没有