认知负荷理论

,认 知 负 荷 理 论,认知负荷（,cognitive load,）的理论研究最初来源于,脑力负荷或心理负荷,（,mental workload,）的诸多研究成果。国际上对脑力负荷或心理负荷的研究最早美国心理学家,Miller,，,1956,年就开始了这方面的研究。,真正被应用于教育领域，是悉尼的新南威尔士大学教育学院的心理学家,John Sweller,于,1988,年，在研究“学习材料和教学方法对学习者概念掌握和认知加工的影响”中提出来的，认为“认知负荷”是指人在信息加工过程中所用的心理认知资源的总量,主要是从认知资源的角度来考察学习，特别是复杂任务的学习。,来源,-,提出,1,资源分配理论,:,旨在解释人是如何协调不停的认知任务或者认知活动。资源有限理论包括单资源理论和多资源理论,无论是单资源理论还是多资源理论,其核心观点都是认为人的资源,(,包括认知资源和注意资源,),是有限的,如果同时进行不同的活动,资源就要在这些活动之间进行分配,资源的分配遵循,此多彼少,的原则,。,来源,-,理论基础,1,图式理论,：,图式是个体对世界的知觉，理解和思考方式。图式可以视为,心理活动的框架或者组织结构,。,图式理论认为,图式的获取和规则的自动化,可以弥补工作记忆容量不足的缺陷。长时记忆中的图式或规则可以根据所面临的新问题进行一种自动化的加工过程,而这种加工是不需要有意识控制和资源消耗的,因而可以降低个体的认知负荷,。,来源,-,理论基础,1,来源,-,理论基础,1,工作记忆理论：,感觉记忆，工作记忆（,5,9,个组块）和长时记忆,来源,-,理论基础,1,研究者对认知负荷的定义还,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。,国外：,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；,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；,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。,是什么,-,定义,2,国内,：,辛自强和林崇德认为，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；曹宝龙等认为，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；赖日生等认为，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；赵俊峰认为，认知负荷存在着理论与实践两个层面：理论层面主要着眼于实验室研究，它是指学生学习过程中完成所给认知任务而需要的心理资源数量；实践层面主要着眼于实际应用研究，与教育实践紧密结合，它是指在单位时间内学生知觉到的认知加工任务的份量。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。对该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。,是什么,-,定义,2,(l),工作记忆容量是,有限,的,这使得人们很难同时加工多种来源的信息,;(2),图式获取和规则自动化,是学习的两大机制,它们的作用均是利用长时记忆来弥补短时记忆容量不足的缺陷,(3),当某些信息存在,交互作用,时,由于需要对这些信息进行同时加工,这将加重认知负荷,.,如果学习材料本身所需要的认知负荷较低,那么材料外在的呈现方式所引起的认知负荷对学习效果的影响较弱,如果材料本身所需要的认知负荷较高,由教学设计引起的认知负荷对于学习的影响较强,.,是什么,-,基本观点,2,分类：,内,在认知负荷（,Intrinsic cognitive load,）,：与学习资料的性质相关，在信息要素高度交互作用以及学习者还没有掌握合适图式时，会产生内在的认知负荷。,外在认知负荷（,extraneous cognitive load,）,：信息呈现的方式和学习者需要的学习活动所引起的。,关联认知负荷（,Germane cognitive load,）,：,由学习过程中图示的构建与自动化而引发的。,是什么,-,基本观点,2,是什么,-,基本观点,2,认知负荷测量的,结构模型,是什么,-,测量,2,认知负荷测量的类型,是什么,-,测量,2,因果性,间接的,直接的,主观的,自我报告心理努力的投入程度,自我报告紧张水平；,自我报告材料难度,客观的,生理指标测量；,行为指标测量；,学习结果测验；,大脑活动测量；,双任务成绩,认知负荷测量量表,：,主观测量法,：,pass,量表,，,CH,量表,，,OW,量表,，,TLX,量表,，,Wp,量表,生理测量法,：生理测量对硬件和测试过程要求很高,比如大多用于生理测量的仪器,，,比较昂贵,，,笨重,，,测试过程和数据分析十分复杂,在实际研究中并不太常用,任务绩效测量法,是什么,-,测量,2,认知负荷理论研究的终极目标是改善教学设计,提高现实教学和学习效益。,以,Sweller,等为代表的样例,(worked example),学习研究领域和以,Mayer,等为代表的多媒体学习研究领域。,研究内容与目标主要集中在三个方面,:,降低外在负荷、降低内在负荷、增加有效负荷的教学设计研究。,（,1,）外在认知负荷：支架，减褪（降低学生对样例的依赖），剔除（去掉样例，避免样例干扰），分步（小步子教学）（,2,）内在认知负荷：先行组织者，提前训练（,3,）关联认知负荷和元认知负荷：图式和认知结构的建构与自动化。,能做什么,-,教育价值,3,某种教学策略并非与某种负荷一一对应。,一般而言,一种策略应同时降低外在负荷和增加有效负荷,或一种策略应同时降低内在负荷和增加有效负荷,或一种策略应同时降低外在负荷和内在负荷。优化三种负荷,使其处于学习者的最近发展区内的教学设计的策略研究。,每种具体策略都有其适宜的条件或情境,系统考虑下面多个因素或变量,优化负荷的研究。,如：,任务特征,，,学习者特征,，,教学方式特征,，,学习过程变量,，,学习结果变量。这不仅考察记忆保持、迁移成绩,同时还应该考察认知策略水平和元认知水平等,因为这些变量更能反映教学策略的价值。,发展,3,教学设计有效性的研究,：,认知负荷的测量,：,研究真实教学情境中认知负荷的测量。以前的认知负荷的研究主要发生在心理学实验室中,研究对象或样本较少,因此运用上述方法测量认知负荷是可行的,但对大规模的教学实验或真实教学情境中认知负荷的测量,上述方法显然不可行。,研究评估各类认知负荷的方法。研究适应性学习情境中认知负荷的测量。过去评估认知负荷,过于笼统,没有针对性,即使评估出来了,但难以区分是内在负荷、外在负荷还是有效负荷,这样对教学策略的有效性评估是模糊的,缺乏针对性。最近,Whelan,从认知神经学角度,探讨了在复杂认知过程中直接、客观测量认知负荷的认知神经学基础,揭开了运用,FMRI,方法,精确测量外在、内在和有效负荷的方法论。,发展,3,研究方法的思考,：,心理实验本身问题。心理实验研究是连接学习理论与教学应用的桥梁。从研究结果中可看出,基于认知负荷的样例学习的研究主要发生在严格意义的心理实验情境或基于多媒体系统下的实验情境,被试样本数较小,生态效度、外推效度与理论概括性受到威胁。因此,今后的研究需要增加外推生态效度,需要做类似日常教学情境或真实的教学实验研究。这也许会获得更丰富、更强的指导意义的教学策略,促进基于认知负荷的教学设计从实验室走进实际课堂中的教学。,发展,3,研究方法多元问题。先前的研究,大多研究方法单一,很少采用多种研究方法进行三角验证教学策略的有效性。事实上,定性分析在确认学习者心理负荷大小时,发挥着重要作用。既注重实验实证方法,也重视定性分析和个案分析,将多种研究方法结合起来,进一步确认基于认知负荷理论的教学设计的价值,将是重要的方法论取向。,发展,3,Mayer,等人,(2002),以认知负荷理论，双重编码理论和建构主义学习理论为基础,提出并验证了多媒体教学设计的五个原则,:,多样化的呈现原则,认为用文字和图画来呈现解释信息比单纯用文字呈现效果好,;,接近原则,认为在呈现多媒体解释信息时应当同时呈现相应文字和图画,而不应分离呈现,;,一致性原则,认为呈现多媒体解释时应当包含较少的无关的词和声音,这样更有利于理解,;,通道原则,认为在呈现图画的同时用听觉通道呈现的叙述比用视觉通道呈现文本效果好,;,冗余原则,认为动画和听觉叙述两种方式同时呈现比动画,!,听觉叙述和屏幕显示文本三种方式同时呈现效果好,因为这样减少了学习内容的冗余,梅耶实验,4,理论基础：,双通道理论,梅耶实验,-,接近原则,4,接近原则,理论基础：双通道理论,4,梅耶实验,-,接近原则,接近原则,认为在呈现多媒体解释信息时应当,同时,呈现相应文字和图画,而不应分离呈现,;,4,梅耶实验,-,接近原则,实验假设：,Whether the contiguity effect is strong for high-spatial ability learners but not for low-spatial ability learners.,接近原则是否对高空间能力的学习者具有加强作用，而对低空间能力的学习者没有加强作用。,实验对象,:,86,位大学生说明：相继组中，分为,a-n,组和,n-a,组，大概一半和一半,4,梅耶实验,-,接近原则,4,梅耶实验,-,接近原则,实验材料：,调查问卷,(how to fix house- hold appliances and machines),目的是测量学生关于机械设备的先前知识，筛选被试）心里旋转测试叠纸测试解决问题测试,4,梅耶实验,-,接近原则,实验程序：,Step 1:,完成调查问卷，筛选被试，选择先前知识比较低的学生。,Step 2: 3min,时间做心里旋转测试，,3min,时间做叠纸测试，进行分组，总 分加起来大于等于中位数的是高空间能力者，反正是低空间能力者。,Step 3:Concurrent(,同时,) group-,看,30s,动画和,30s,讲述；,Successive,（相继）,group,：,a-n,和,n-a,Step 4:,做解决问题测试,4,梅耶实验,-,接近原则,实验数据：,4,梅耶实验,-,接近原则,结果分析：,第一：证明接近原则,同时呈现，效果高。,第二：接近原则对高空间能力的学习者和对低空间能力的学习者的影响情况,接近原则对高空间能力的学习者影响大,4,梅耶实验,-,接近原则,谢 谢！,