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本文發(fā)表于《數(shù)字教育》2022年第6期（總第48期）域外觀察欄目，頁碼：85-92。轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

摘要：20世紀(jì)80年代，認(rèn)知負(fù)荷理論是作為一種教學(xué)設(shè)計(jì)理論引入的，它是基于人類認(rèn)知架構(gòu)中幾個(gè)無爭(zhēng)議方面。我們對(duì)工作記憶、長(zhǎng)時(shí)記憶以及它們之間關(guān)系的許多特征的認(rèn)識(shí)，在引入該理論之前的幾十年里已經(jīng)建立完備。奇怪的是，這些知識(shí)對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的影響有限，大多數(shù)教學(xué)設(shè)計(jì)建議的措施就好像工作記憶和長(zhǎng)時(shí)記憶不存在一樣。與此相反，認(rèn)知負(fù)荷理論強(qiáng)調(diào)，所有的新信息首先被容量和時(shí)間有限的工作記憶所處理，然后儲(chǔ)存在無限的長(zhǎng)時(shí)記憶中供以后使用。一旦信息被儲(chǔ)存在長(zhǎng)時(shí)記憶中，工作記憶的容量和持續(xù)時(shí)間限制就會(huì)消失，從而改變我們的認(rèn)知能力。到20世紀(jì)90年代末，使用該理論收集到的數(shù)據(jù)已經(jīng)足夠多，因此，斯維勒等人發(fā)表了一份擴(kuò)展分析報(bào)告。自那以后，人們進(jìn)行了大量的理論和實(shí)證研究，本文試圖總結(jié)過去20年的認(rèn)知負(fù)荷理論，并勾勒出未來研究的方向。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知負(fù)荷理論；理論發(fā)展；教學(xué)進(jìn)步

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引言

認(rèn)知負(fù)荷理論旨在解釋由學(xué)習(xí)任務(wù)引起的信息處理負(fù)荷如何影響學(xué)生處理新信息，以及在長(zhǎng)時(shí)記憶中構(gòu)建知識(shí)的能力。其基本前提是，人類的認(rèn)知加工受到有限的工作記憶的嚴(yán)重制約，我們一次只能處理有限數(shù)量的信息元素。當(dāng)對(duì)認(rèn)知系統(tǒng)施加不必要的需求時(shí)，認(rèn)知負(fù)荷會(huì)增加。如果認(rèn)知負(fù)荷過高，就會(huì)阻礙學(xué)習(xí)和遷移。這些做法包括了對(duì)學(xué)生進(jìn)行學(xué)科教育時(shí)教學(xué)方法不妥當(dāng)以及不必要的環(huán)境干擾。認(rèn)知負(fù)荷也可能因與學(xué)習(xí)相關(guān)的過程而增加，如教學(xué)內(nèi)容本身難度太大。為了促進(jìn)學(xué)習(xí)和遷移，認(rèn)知負(fù)荷的最佳調(diào)控方式是盡量減少與學(xué)習(xí)無關(guān)的認(rèn)知加工，優(yōu)化與學(xué)習(xí)相關(guān)的認(rèn)知加工，并始終使學(xué)生保持在合理的認(rèn)知能力范圍內(nèi)。

認(rèn)知負(fù)荷理論的根源可以追溯到1982年，但對(duì)該理論的第一個(gè)全面描述是1988年發(fā)表的文章《問題解決過程中的認(rèn)知負(fù)荷：對(duì)學(xué)習(xí)的影響》。在接下來的10年里，位于新南威爾士大學(xué)和特文特大學(xué)的一組研究人員對(duì)許多認(rèn)知負(fù)荷效應(yīng)和相關(guān)的教學(xué)方法進(jìn)行了研究。這種密切的合作導(dǎo)致了對(duì)認(rèn)知負(fù)荷理論出現(xiàn)了很多新的闡述，并發(fā)表在1998年的《認(rèn)知架構(gòu)與教學(xué)設(shè)計(jì)》一文中。1998年后，認(rèn)知負(fù)荷理論迅速成為教育心理學(xué)和教學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域最受歡迎的理論之一，全球各地的研究人員都在為其進(jìn)一步發(fā)展做出貢獻(xiàn)。1998年的文章《認(rèn)知架構(gòu)與教學(xué)設(shè)計(jì)》成為教育領(lǐng)域中被引用次數(shù)最多的文章之一，目前在谷歌學(xué)術(shù)中的引用次數(shù)超過5000次。本文旨在反思認(rèn)知負(fù)荷理論過去20年的演變，以1998年的文章為起點(diǎn)，以對(duì)未來方向的描述為終點(diǎn)。

一、認(rèn)知負(fù)荷簡(jiǎn)史

1998年的文章《認(rèn)知架構(gòu)與教學(xué)設(shè)計(jì)》討論了人類認(rèn)知架構(gòu)，包括認(rèn)知負(fù)荷理論及其一般原則的概述、該理論產(chǎn)生的七種認(rèn)知負(fù)荷效應(yīng)的描述以及與測(cè)量認(rèn)知負(fù)荷相關(guān)的問題。下面，我們將簡(jiǎn)要回顧1998年文章中描述的人類認(rèn)知架構(gòu)和原始認(rèn)知負(fù)荷效應(yīng)；測(cè)量問題將在“認(rèn)知負(fù)荷測(cè)量”部分討論。

（一）認(rèn)知負(fù)荷分類

在1998年，我們討論了三種類型的認(rèn)知負(fù)荷：內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷、外部認(rèn)知負(fù)荷和相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷。

“內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷”是指所加工信息的復(fù)雜性程度，與要素交互作用這一概念有關(guān)。由于人類認(rèn)知結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，確定人類處理信息的復(fù)雜性程度是困難的。大多數(shù)信息復(fù)雜性程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)純粹是指信息的特征。對(duì)人來說，被組織和存儲(chǔ)在長(zhǎng)時(shí)記憶中的信息與存儲(chǔ)之前的相同信息有著截然不同的特征。對(duì)于本文的讀者來說，英語單詞“characteristics（特征）”和它的羅馬字母作為從長(zhǎng)時(shí)記憶中檢索的單一元素，很容易被無意識(shí)地處理。對(duì)于學(xué)習(xí)閱讀英語的人來說，書面文字必須作為多個(gè)相互作用的元素在工作記憶中進(jìn)行處理，因?yàn)闀嫖淖诌€沒有作為單一元素存儲(chǔ)在長(zhǎng)時(shí)記憶中。復(fù)雜性或元素的交互性取決于信息的性質(zhì)和處理信息的人的知識(shí)的結(jié)合。對(duì)于一個(gè)學(xué)習(xí)閱讀英語的人來說，解釋構(gòu)成“特征”這個(gè)詞的多個(gè)書寫可能構(gòu)成一個(gè)非常高的元素互動(dòng)性任務(wù)，使工作記憶不堪重負(fù)。對(duì)于一個(gè)專家來說，同樣的書寫可能只構(gòu)成一個(gè)單一的元素，由于最小的元素互動(dòng)性而帶來最小的認(rèn)知負(fù)荷。因此，內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷是由信息的復(fù)雜性和處理信息的人的知識(shí)決定的?？紤]到人類認(rèn)知系統(tǒng)的這些特點(diǎn)，在確定復(fù)雜性時(shí)忽略知識(shí)的措施基本上是無用的。基于此分析，內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷只能通過改變需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容或改變學(xué)習(xí)者的專業(yè)知識(shí)來改變。

“外部認(rèn)知負(fù)荷”不是由信息的內(nèi)在復(fù)雜性決定的，而是由信息的呈現(xiàn)方式和教學(xué)程序?qū)W(xué)習(xí)者的要求決定的。但與內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷不同，它可以通過改變教學(xué)程序來改變。1998年，人們認(rèn)為元素的交互性只與內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷有關(guān)。后來，人們發(fā)現(xiàn)，它同樣決定了外部認(rèn)知負(fù)荷。有效的教學(xué)程序會(huì)減少元素的交互性，而無效的教學(xué)程序會(huì)增加元素的交互性。下面報(bào)告的絕大部分教學(xué)效果都是由于外部認(rèn)知負(fù)荷的變化所造成的。

“相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷”被定義為學(xué)習(xí)所需的認(rèn)知負(fù)荷，是指專門用于處理內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷而非外部認(rèn)知負(fù)荷的工作記憶資源。用于處理外部認(rèn)知負(fù)荷的資源越多，用于處理內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷的資源就越少，學(xué)習(xí)的東西也就越少。從這個(gè)意義上說，內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷和相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷是緊密交織在一起的。

相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷的這種特征與1998年的論文《認(rèn)知架構(gòu)與教學(xué)設(shè)計(jì)》有所不同。在那篇論文中，我們假設(shè)，通過替代外部認(rèn)知負(fù)荷，相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷對(duì)總認(rèn)知負(fù)荷有貢獻(xiàn)。目前，我們假設(shè)，通過處理學(xué)習(xí)任務(wù)中固有的信息，相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷并沒有影響總認(rèn)知負(fù)荷，而是將工作記憶資源從無關(guān)活動(dòng)重新分配到與學(xué)習(xí)直接相關(guān)的活動(dòng)。這種改變的必要性源于這樣一個(gè)問題，即如果在外部認(rèn)知負(fù)荷減少時(shí)，相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷只是取代了外部認(rèn)知負(fù)荷，那么在外部認(rèn)知負(fù)荷減少后，總認(rèn)知負(fù)荷不應(yīng)發(fā)生變化。大量的實(shí)證研究表明，在外部認(rèn)知負(fù)荷減少后，總認(rèn)知負(fù)荷將減少。當(dāng)前的公式通過假設(shè)相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷具有從任務(wù)的外部到內(nèi)部的再分配功能，而不是自行施加負(fù)荷，從而消除了這個(gè)問題。

（二）1998年報(bào)告的教學(xué)效應(yīng)

在1998年的文章《認(rèn)知架構(gòu)與教學(xué)設(shè)計(jì)》中，報(bào)告了七種認(rèn)知負(fù)荷效應(yīng)。除變異效應(yīng)外，所有這些效應(yīng)都是由于與外部認(rèn)知負(fù)荷減少相關(guān)的元素交互作用減少所致。變異效應(yīng)是由于內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷的改變。這些效應(yīng)是基于在全球多個(gè)研究中心使用各種材料和不同人群進(jìn)行的多項(xiàng)重疊實(shí)驗(yàn)。然而，許多實(shí)驗(yàn)并沒有試圖直接測(cè)量比較認(rèn)知負(fù)荷；相反，認(rèn)知負(fù)荷理論被用來產(chǎn)生教學(xué)技術(shù)，如果這些技術(shù)對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果產(chǎn)生預(yù)期的影響，則假設(shè)它們會(huì)加強(qiáng)該理論。下面，我們將簡(jiǎn)要描述每個(gè)原始效應(yīng)，但我們不會(huì)試圖討論每個(gè)效應(yīng)可用的研究主體；對(duì)于一些效應(yīng)，廣泛的綜述研究已在其他地方發(fā)表。

1.自由目標(biāo)效應(yīng)

“自由目標(biāo)效應(yīng)”（goal-free effect）也被稱為“目標(biāo)特異性降低效應(yīng)”或“無目標(biāo)效應(yīng)”。它是在認(rèn)知負(fù)荷理論背景下研究的最古老的效應(yīng)。它始于觀察到的傳統(tǒng)問題（例如，汽車從靜止均勻加速1分鐘，它的最終速度為2公里/分。它行駛了多遠(yuǎn)？）通常通過手段——目的分析來解決，這個(gè)過程特別耗費(fèi)工作記憶的容量，因?yàn)閷W(xué)習(xí)者必須在工作記憶中保留和處理當(dāng)前的問題狀態(tài)、目標(biāo)狀態(tài)、彼此之間的關(guān)系、可以減少差異的問題解決運(yùn)算符和任何子目標(biāo)。當(dāng)傳統(tǒng)問題被自由目標(biāo)問題所取代時(shí)（例如，一輛汽車從靜止?fàn)顟B(tài)勻速加速1分鐘，其最終速度為2公里/分。盡可能多地計(jì)算變量的值)，因?yàn)闆]有提供目標(biāo)狀態(tài)，學(xué)習(xí)者就不再能夠提取當(dāng)前問題狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)之間的差異。他們現(xiàn)在將考慮遇到的每個(gè)問題的狀態(tài)，并找到任何可以應(yīng)用的解決問題的運(yùn)算；一旦應(yīng)用了運(yùn)算，就會(huì)生成新的問題狀態(tài)，并且可以重復(fù)該過程。手段——目的分析與知識(shí)構(gòu)建過程幾乎沒有關(guān)系，而自由目標(biāo)問題解決則大大降低了認(rèn)知負(fù)荷，并提供了知識(shí)構(gòu)建所需的低負(fù)荷和專注于解決方案的完美結(jié)合。

2.工作樣例效應(yīng)

與自由目標(biāo)問題一樣，工作樣例的目的是減少傳統(tǒng)問題造成的認(rèn)知負(fù)荷，并促進(jìn)知識(shí)的構(gòu)建。工作樣例提供了一個(gè)完整的問題解決方案，學(xué)習(xí)者必須仔細(xì)研究。斯維勒（Sweller）和庫珀（Cooper）在代數(shù)領(lǐng)域首次報(bào)告了“工作樣例效應(yīng)”（worked examples effect）。與傳統(tǒng)的問題相比，工作樣例將學(xué)習(xí)者的注意力集中在問題狀態(tài)和相關(guān)運(yùn)算（即解決步驟）上，使他們能夠歸納出普遍的解決方案。因此，研究工作樣例可能比實(shí)際解決同等問題更有助于知識(shí)的構(gòu)建和遷移。后來的研究區(qū)分了以產(chǎn)品為導(dǎo)向的工作樣例（只提供某個(gè)問題的解決方案）、以過程為導(dǎo)向的樣例（顯示尋找解決方案的過程）和以模式為導(dǎo)向的樣例（顯示人類生成解決方案的模式）。雖然有非常強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)證據(jù)支持工作樣例效應(yīng)，但也有一些重要的限制條件：工作樣例對(duì)于高專業(yè)度的學(xué)習(xí)者來說效果較差，而且設(shè)計(jì)好的工作樣例是很困難的。例如，它們不應(yīng)該要求學(xué)習(xí)者在心理上整合不同的信息來源（見下文的“分散注意力效應(yīng)”）或結(jié)合多余的信息（見下文的“冗余效應(yīng)”）。倫克爾（Renkl)提供了一份關(guān)于樣例學(xué)習(xí)的研究綜述。

3.補(bǔ)全問題效應(yīng)

工作樣例的一個(gè)潛在的缺點(diǎn)是，它們不能迫使學(xué)習(xí)者仔細(xì)鉆研。因此，范梅里恩伯爾（van Merri?nboer）和克拉默爾（Krammer）建議在計(jì)算機(jī)編程入門領(lǐng)域使用“補(bǔ)全問題效應(yīng)”（completion problem effect）。這類問題提供了一個(gè)給定狀態(tài)、一個(gè)目標(biāo)狀態(tài)和一個(gè)必須由學(xué)習(xí)者補(bǔ)全的部分解決方案。在計(jì)算機(jī)編程領(lǐng)域，這意味著學(xué)習(xí)者收到的是不完整的計(jì)算機(jī)程序，是需要補(bǔ)全的。盡管完整的工作樣例并沒有明確地啟發(fā)學(xué)習(xí)者去如何鉆研，但學(xué)習(xí)者必須仔細(xì)研究和理解補(bǔ)全問題中提供的部分工作樣例，否則他們將無法正確地完成解決方案。補(bǔ)全問題也可以看作是工作樣例和常規(guī)問題之間的橋梁：工作樣例是具有完整解決方案的補(bǔ)全問題，常規(guī)問題是具有部分解決方案的補(bǔ)全問題。在設(shè)計(jì)課程時(shí)，這些不同的解決方案水平允許從提供幾乎完整解決方案的補(bǔ)全問題開始，并逐漸過渡到所有或大部分解決方案必須由學(xué)習(xí)者自己生成的補(bǔ)全問題。這種策略被稱為“補(bǔ)全策略”，可以被看作是下面要介紹的“指導(dǎo)消退效應(yīng)”的先驅(qū)。

4.分散注意效應(yīng)

“分散注意效應(yīng)”（split-attention effect）源于對(duì)工作樣例的研究，最早由塔爾米齊（Tarmizi）和斯維勒?qǐng)?bào)告。例如，在幾何學(xué)領(lǐng)域，一個(gè)工作樣例可能包括一個(gè)幾何圖形和相關(guān)的解決方案。單純的圖形并不能揭示問題的解決方案，反過來說，在與圖形結(jié)合之前，學(xué)習(xí)者也無法理解這些解決方案的陳述。學(xué)習(xí)者必須在心理上整合這兩種信息來源，以便理解解決方案，這個(gè)過程會(huì)產(chǎn)生很高的認(rèn)知負(fù)荷，阻礙學(xué)習(xí)。這種分散注意力效應(yīng)可以通過將圖形和解決方案的陳述進(jìn)行物理整合來防止，從而使心理整合變得多余，并恢復(fù)工作樣例的積極作用。分散注意力效應(yīng)不僅與信息源的空間組織有關(guān)，也與它們的時(shí)間組織有關(guān)。梅耶（Mayer）和安德森（Anderson）發(fā)現(xiàn)，動(dòng)畫和相關(guān)的敘述需要在時(shí)間上協(xié)調(diào)，以減少認(rèn)知負(fù)荷并促進(jìn)學(xué)習(xí)。艾瑞斯（Ayres）和斯維勒對(duì)分散注意力效應(yīng)進(jìn)行了最新的回顧。

5.信息冗余效應(yīng)

分散注意力效應(yīng)是由工作樣例效應(yīng)發(fā)展而來，而“信息冗余效應(yīng)”（redundancy effect）又是由分散注意力效應(yīng)發(fā)展而來。當(dāng)學(xué)習(xí)者面對(duì)兩個(gè)互補(bǔ)的信息源時(shí)，注意力就會(huì)分散，這兩個(gè)信息源不能獨(dú)立存在，必須在整合的基礎(chǔ)上落實(shí)理解。但是，如果這兩個(gè)信息源是自成一體的，不需要相互參照就可以理解，會(huì)發(fā)生什么情況呢？錢德勒（Chandler）和斯維勒用一張圖來展示血液在心臟、肺部和身體其他部位的流動(dòng)，同時(shí)用文字來描述這種血液流動(dòng)。因此，圖和陳述包含相同的信息，是完全多余的。研究發(fā)現(xiàn)，只展示圖比同時(shí)展示兩種信息來源要好。這種冗余效應(yīng)是由于學(xué)習(xí)者需要努力處理才能最終發(fā)現(xiàn)兩個(gè)來源的信息是相同的。這一發(fā)現(xiàn)很重要，而且是反直覺的，因?yàn)槿藗冋J(rèn)為兩次提供相同的信息不會(huì)有什么危害，甚至是有益的。對(duì)文獻(xiàn)的調(diào)查表明，幾十年來，冗余效應(yīng)已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)、遺忘和重新發(fā)現(xiàn)了。早在1937年，米勒（Miller）就報(bào)告說，如果單獨(dú)呈現(xiàn)單詞而不是與類似的圖片一起呈現(xiàn)，學(xué)習(xí)閱讀名詞的幼兒會(huì)取得更大的進(jìn)步。

6.感覺通道效應(yīng)

1998年文章《認(rèn)知架構(gòu)與教學(xué)設(shè)計(jì)》中討論的所有認(rèn)知負(fù)荷效應(yīng)都假定工作記憶的能力對(duì)一個(gè)特定的個(gè)體來說是固定的，即可以處理的元素的數(shù)量是不可改變的，而通道效應(yīng)是一個(gè)例外。“感覺通道效應(yīng)”（modality effect）是基于這樣的假設(shè)：工作記憶可以被細(xì)分為部分獨(dú)立的處理器，一個(gè)是基于聽覺工作記憶的處理語言材料，一個(gè)是基于視覺工作記憶的處理圖表/圖形信息。因此，有效的工作記憶能力可以通過同時(shí)使用視覺和聽覺工作記憶而不是單獨(dú)使用其中一個(gè)處理器來提高。穆沙維（Mousavi）等人是第一個(gè)測(cè)試幾何學(xué)習(xí)中通道效應(yīng)的人；他們將圖表與書面文字（即視覺）或聽力、口語文字結(jié)合在一起。他們假設(shè)，由于通道效應(yīng)，聽力與口語文字的結(jié)合將是最有效的。他們確實(shí)發(fā)現(xiàn)了通道效應(yīng)，并在其他許多實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證。通道效應(yīng)對(duì)于如何處理分散注意力效應(yīng)具有重要的意義：如果注意力分散，以聽覺模式呈現(xiàn)書面信息可能會(huì)比將其物理整合在圖表中同樣有效，甚至更有效。金恩斯（Ginns)提供了一個(gè)關(guān)于通道效應(yīng)的元分析，仍然值得一讀。

7.變異區(qū)分效應(yīng)

一般來說，問題情境的可變性會(huì)鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者構(gòu)建更多的一般性知識(shí)，因?yàn)樗黾恿祟愃铺卣鞅蛔R(shí)別的可能性，以及相關(guān)特征與不相關(guān)特征被區(qū)分的可能性。換句話說，變異性提高加大了內(nèi)在的認(rèn)知負(fù)荷，如果有足夠的工作記憶資源來處理這種增加，就可以學(xué)習(xí)更多的東西。一些研究表明，變異性不僅增加了練習(xí)中的認(rèn)知負(fù)荷，而且還增加了學(xué)習(xí)的遷移。起初，“變異區(qū)分效應(yīng)”（variability effect）似乎與所有先前報(bào)道的認(rèn)知負(fù)荷效應(yīng)相矛盾，因?yàn)樗Y(jié)合了更高的學(xué)習(xí)結(jié)果，認(rèn)知負(fù)荷增加而不是減少了。在幾何問題解決領(lǐng)域，帕斯（Paas）和范梅里恩伯爾是第一個(gè)在認(rèn)知負(fù)荷理論的背景下描述變異效應(yīng)的。他們假設(shè)，在認(rèn)知負(fù)荷較低的情況下（即從工作樣例中學(xué)習(xí)），高變異性會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)和遷移產(chǎn)生積極的影響，因?yàn)樵谶@種情況下，總的認(rèn)知負(fù)荷會(huì)保持在一定范圍內(nèi)，而不考慮變異性增加的內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷。相反，他們預(yù)測(cè)，在認(rèn)知負(fù)荷已經(jīng)很高的情況下（即通過解決常規(guī)問題來學(xué)習(xí)），高變異性會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)和知識(shí)的遷移產(chǎn)生負(fù)面影響，因?yàn)榭偟恼J(rèn)知負(fù)荷會(huì)使學(xué)習(xí)者的工作記憶負(fù)擔(dān)過重。事實(shí)上，在問題形式（工作樣例、常規(guī)問題）和可變性（低、高）之間發(fā)現(xiàn)了預(yù)期相互作用。基于此，我們引入了一種區(qū)分，即由對(duì)學(xué)習(xí)無益的“外在”過程引起的負(fù)荷和由對(duì)學(xué)習(xí)有益的“相關(guān)”過程引起的負(fù)荷的區(qū)別。在設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)，首先應(yīng)該減少外部認(rèn)知負(fù)荷，但是作為一種新的啟示，如果教學(xué)設(shè)計(jì)能夠有效地減少外部認(rèn)知負(fù)荷，并增加相關(guān)的認(rèn)知負(fù)荷，那么它可能會(huì)變得更加有效，只要總的認(rèn)知負(fù)荷保持在一定范圍內(nèi)。正如“1998—2018認(rèn)知負(fù)荷理論發(fā)展”部分所描述的那樣，這為測(cè)量不同類型的認(rèn)知負(fù)荷和識(shí)別明確旨在增加相關(guān)處理的新效應(yīng)開辟了道路。

二、1998—2018認(rèn)知負(fù)荷理論發(fā)展

在過去的20年里，認(rèn)知負(fù)荷理論有了重大發(fā)展。第一，通過在進(jìn)化心理學(xué)中為人的認(rèn)知結(jié)構(gòu)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，其理論基礎(chǔ)得到了加強(qiáng)。第二，四元教學(xué)設(shè)計(jì)（4C/ID）作為一種孿生理論得以開發(fā)出來，專注于較長(zhǎng)時(shí)期的教育項(xiàng)目（科目或完整課程）的設(shè)計(jì)。第三，研究產(chǎn)生了一系列新的認(rèn)知負(fù)荷效應(yīng)，包括所謂的復(fù)合效應(yīng)，即改變其他簡(jiǎn)單認(rèn)知負(fù)荷效應(yīng)特征的效應(yīng)。第四，也是最后一點(diǎn)，開發(fā)了新的工具來測(cè)量不同類型的認(rèn)知負(fù)荷。我們將首先考慮基于進(jìn)化心理學(xué)的理論發(fā)展。

（一）進(jìn)化心理學(xué)視角下的人類認(rèn)知架構(gòu)

雖然1998年版的人類認(rèn)知架構(gòu)強(qiáng)調(diào)工作記憶和長(zhǎng)時(shí)記憶之間的復(fù)雜關(guān)系，為我們?nèi)绾螌W(xué)習(xí)、思考和解決問題提供了一個(gè)關(guān)鍵參考方向，但人類認(rèn)知知識(shí)的不斷進(jìn)步表明，有必要擴(kuò)展早期的概念。這種擴(kuò)展主要圍繞進(jìn)化心理學(xué)展開，進(jìn)化心理學(xué)為這項(xiàng)工作提供了動(dòng)力。

基于吉爾里（Geary）對(duì)生物上的原發(fā)信息和次生信息的區(qū)分，進(jìn)化教育心理學(xué)允許我們以有教學(xué)意義的方式對(duì)信息進(jìn)行分類?，F(xiàn)在，這已經(jīng)成為認(rèn)知負(fù)荷理論的核心。生物學(xué)上原發(fā)信息是我們經(jīng)過無數(shù)代的進(jìn)化而獲得的知識(shí)。這類知識(shí)往往對(duì)人類至關(guān)重要，舉例來說，這些信息使我們能夠聽和說，識(shí)別人臉，參與基本的社會(huì)功能，解決不熟悉的問題，將以前獲得的知識(shí)轉(zhuǎn)移到新的情況，為未來可能發(fā)生或可能不會(huì)發(fā)生的事件做計(jì)劃，或調(diào)節(jié)思維過程以對(duì)應(yīng)當(dāng)前的環(huán)境。人必須學(xué)會(huì)從事這些非常復(fù)雜的認(rèn)知活動(dòng)，但由于其重要性，我們已經(jīng)進(jìn)化到毫不費(fèi)力地自動(dòng)獲得必要的技能。因此，它們無法被教給大多數(shù)人。

生物學(xué)上的原發(fā)信息是模塊化的，與一種技能相關(guān)的認(rèn)知過程和另一種技能之間幾乎沒有關(guān)系。每種技能都可能是在不同的進(jìn)化時(shí)代演變出來的，需要非常不同的認(rèn)知過程。我們調(diào)節(jié)思維過程以適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境的能力可能在我們成為現(xiàn)代人之前就已經(jīng)得到了進(jìn)化，就像我們使用手勢(shì)交流的傾向一樣，而我們組織嘴唇、舌頭、呼吸和聲音來說話的能力的進(jìn)化時(shí)間要晚得多。

非常多的生物學(xué)上的基本技能在本質(zhì)上屬于通用認(rèn)知，比如一般的問題解決技能，甚至是我們構(gòu)建知識(shí)的能力。通用認(rèn)知技能是一種基本的認(rèn)知技能，我們已經(jīng)進(jìn)化到本能地獲得這種技能，因?yàn)樗鼘?duì)非常廣泛的認(rèn)知功能是不可或缺的。通用認(rèn)知技能往往更關(guān)注我們?nèi)绾螌W(xué)習(xí)、思考和解決問題，而不是具體學(xué)科本身。在過去的幾十年里，許多教育學(xué)家正確地意識(shí)到了這種技能的重要性，并主張教授這種技能。這類活動(dòng)往往會(huì)失敗，不是因?yàn)檫@些技能不重要，而是因?yàn)樗鼈儗?duì)人類如此重要，以至于我們已經(jīng)進(jìn)化到無須指導(dǎo)就能自動(dòng)獲得它們。20世紀(jì)對(duì)教授通用問題技能的高度重視就是一個(gè)例子。要證明教授通用認(rèn)知技能的有效性，需要使用遠(yuǎn)遷移測(cè)試進(jìn)行隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)。需要遠(yuǎn)遷移是因?yàn)橥ㄓ谜J(rèn)知技能的基本原理是其能提高廣泛領(lǐng)域的績(jī)效，當(dāng)然，必須確保任何績(jī)效改進(jìn)都不是由于特定領(lǐng)域的知識(shí)所致。

應(yīng)該注意的是，雖然生物上的原發(fā)技能的獲得往往是自動(dòng)和無意識(shí)地發(fā)生的，不需要直接教授，但并不意味著在每一種情況下技能使用都是無意識(shí)的。例如，我們不需要直接努力就能無意識(shí)地學(xué)會(huì)說母語，但在任何特定的情況下，我們可能需要付出相當(dāng)大的努力才能找到具有適當(dāng)含義的適當(dāng)詞語。我們需要學(xué)習(xí)如何在特定領(lǐng)域使用生物學(xué)上的原發(fā)信息，這導(dǎo)致了生物學(xué)上次生信息。

生物學(xué)上次生信息是我們需要的知識(shí)，因?yàn)槲覀兊奈幕呀?jīng)確定它是重要的。在教育和培訓(xùn)背景下的幾乎所有主題中都可以找到生物學(xué)上次生信息的例子。教育機(jī)構(gòu)之所以被發(fā)明，是因?yàn)槲覀冃枰藗儷@得生物學(xué)上次生信息。

我們已經(jīng)進(jìn)化到可以獲得次生信息，但它的獲得方式與原發(fā)信息非常不同。除了與原發(fā)信息有關(guān)的部分，次生信息不是模塊化的，而是一個(gè)單一的、統(tǒng)一的、系統(tǒng)的一部分。因?yàn)樗且粋€(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)，所以無論在哪個(gè)領(lǐng)域，在獲取生物學(xué)上次生信息方面都有相當(dāng)多的相似之處。次生信息往往需要學(xué)習(xí)者有意識(shí)的努力和教師直接教學(xué)，它很少是自動(dòng)獲得的。這兩個(gè)過程之間的區(qū)別可以用學(xué)習(xí)聽和讀之間的區(qū)別來說明。如上所述，我們自動(dòng)學(xué)會(huì)了聽，不需要學(xué)。大多數(shù)人不會(huì)自動(dòng)學(xué)會(huì)閱讀。盡管閱讀和寫作在幾千年前就已經(jīng)被發(fā)明了，但在現(xiàn)代教育出現(xiàn)之前，很少有人學(xué)會(huì)閱讀和寫作。

與大多數(shù)生物學(xué)上原發(fā)信息相關(guān)的通用認(rèn)知技能相比，生物學(xué)上次生信息在很大程度上是特定領(lǐng)域的。我們已經(jīng)進(jìn)化到學(xué)會(huì)如何使用通用認(rèn)知技能來解決各種問題。我們并沒有專門進(jìn)化到學(xué)習(xí)如何讀寫英文或中文中的某個(gè)特定單詞，或者在解決諸如（a b）/c=d，求a這樣的問題時(shí)，第一步最好將式子兩邊同乘左邊式子中的分母。這些特定領(lǐng)域的、生物學(xué)上的次生技能需要直接教學(xué)，并主動(dòng)學(xué)習(xí)。

大多數(shù)教育學(xué)家憑直覺理解，通用認(rèn)知技能對(duì)人類功能的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過特定領(lǐng)域的技能，這種理解導(dǎo)致了對(duì)通用認(rèn)知技能的極大重視。然而，人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到，雖然特定領(lǐng)域的技能是直接可教的，但純粹的通用認(rèn)知技能是不可教的，而且試圖教授它們會(huì)走入死胡同。以前對(duì)通用認(rèn)知技能的強(qiáng)調(diào)是由于沒有意識(shí)到生物學(xué)上原發(fā)信息和次生信息之間的區(qū)別。當(dāng)然，對(duì)通用認(rèn)知技能教學(xué)的重視在1998年就出現(xiàn)了，當(dāng)時(shí)流行教授通用問題解決技能。1998年的論文部分是對(duì)這種認(rèn)識(shí)的反映。這一階段已經(jīng)過去，但其他通用認(rèn)知技能已經(jīng)取代了這一重點(diǎn)，正如薩拉（Sala）和戈貝（Gobet）所指出的，沒有取得更大的成功。此外，盡管有大約一個(gè)世紀(jì)的努力，但從遠(yuǎn)遷移研究來看，幾乎沒有證據(jù)表明超越特定領(lǐng)域的通用認(rèn)知技能可以被教授。用于獲得生物學(xué)上原發(fā)通用認(rèn)知技能的“自然”、最低限度的指導(dǎo)程序不適合于獲得生物學(xué)上次生特定領(lǐng)域技能，這些技能往往難以無意識(shí)地自動(dòng)獲得。

薩拉和戈貝總結(jié)的數(shù)據(jù)為1998年后將進(jìn)化心理學(xué)納入認(rèn)知負(fù)荷理論提供了重要依據(jù)。當(dāng)然，上述情況都沒有消除新數(shù)據(jù)出現(xiàn)的可能性，這些數(shù)據(jù)是指純粹的通用認(rèn)知技能的教學(xué)有可能導(dǎo)致遠(yuǎn)遷移效應(yīng)。如果有大量這樣的數(shù)據(jù)出現(xiàn)，就需要對(duì)認(rèn)知負(fù)荷理論做進(jìn)一步的修改。

我們不應(yīng)該從上述論點(diǎn)中得出結(jié)論，生物學(xué)上原發(fā)信息和通用認(rèn)知技能與教學(xué)問題無關(guān)。雖然我們懷疑教授生物學(xué)上原發(fā)信息、通用認(rèn)知技能的嘗試會(huì)成功，但它們可以被用來協(xié)助教授生物學(xué)上次生、特定領(lǐng)域的技能。例如，學(xué)生可能知道如何隨機(jī)產(chǎn)生解決問題的動(dòng)作，并沒有刻意經(jīng)過程序指導(dǎo)，但可能沒有意識(shí)到該技術(shù)可能有效的特定領(lǐng)域條件。向?qū)W生指出一種通用的認(rèn)知技能應(yīng)該用在某一類特定的問題上，這在教學(xué)上是有效的。此外，需要注意的是，任何教學(xué)都涉及原發(fā)和次生技能的結(jié)合，次生技能是唯一要學(xué)習(xí)的部分。例如，要求醫(yī)生使用SBAR方法在應(yīng)急小組中進(jìn)行有效溝通，總是報(bào)告情況、背景、評(píng)估和建議。很明顯，SBAR方法是可以教授的，因?yàn)獒t(yī)生之間都能相互交流。但是，盡管教醫(yī)生如何在一般意義上相互交流是沒有意義的，因?yàn)檫@是原發(fā)信息，但教他們具體的SBAR方法是次生知識(shí)，可能對(duì)緊急情況下的團(tuán)隊(duì)溝通有非常積極的作用。

處理生物學(xué)上次生信息所需的認(rèn)知結(jié)構(gòu)包括生物學(xué)上的原發(fā)程序，這些程序?yàn)檎J(rèn)知負(fù)荷理論提供了基礎(chǔ)。這些過程共同模仿了生物進(jìn)化的信息處理程序，可以被描述為構(gòu)成了一個(gè)自然的信息處理系統(tǒng)。它們可以用五個(gè)基本的、生物學(xué)上的主要原則來描述。這些原則提供了認(rèn)知架構(gòu)，是認(rèn)知負(fù)荷理論的教學(xué)程序的基礎(chǔ)。

1.信息存儲(chǔ)原則

像人類認(rèn)知這樣的自然信息處理系統(tǒng)需要大量的信息存儲(chǔ)，以便在我們復(fù)雜的自然世界中發(fā)揮作用。長(zhǎng)時(shí)記憶在人類認(rèn)知中提供了這種結(jié)構(gòu)。我們不需要教人們?nèi)绾卧陂L(zhǎng)時(shí)記憶中儲(chǔ)存或組織信息，這表明其在生物學(xué)上有一些主要功能。長(zhǎng)時(shí)記憶在1998年的論文中得到了明確的闡述。

2.借用重組原則

存儲(chǔ)在長(zhǎng)時(shí)記憶中的絕大部分信息都來自于其他人。人類具有強(qiáng)烈的社會(huì)性，具有從他人那里獲得信息和向他人提供信息的強(qiáng)大進(jìn)化程序。因?yàn)檫@是一種生物學(xué)上的主要技能，所以我們會(huì)自動(dòng)假設(shè)自己在一生中會(huì)從別人那里提供和接收信息。在1998年的論文中，借用重組原則在某種程度上得以假定了，盡管它沒有被明確指出。認(rèn)知負(fù)荷理論強(qiáng)調(diào)直接教學(xué)，將這一原則放在了突出的位置。

3.隨機(jī)生成原則

雖然儲(chǔ)存在長(zhǎng)時(shí)記憶中的大部分信息是從別人那里獲得的，但如果無法從別人那里借用信息，就需要自己生成信息。在問題求解過程中，利用隨機(jī)生成和測(cè)試過程生成新的信息。只有當(dāng)個(gè)人或他人的長(zhǎng)時(shí)記憶無法獲取信息時(shí)，才會(huì)使用這個(gè)程序。當(dāng)問題解決者沒有信息表明在給定點(diǎn)應(yīng)該采取哪些行動(dòng)時(shí)，他們別無選擇，只能隨機(jī)生成一個(gè)行動(dòng)，并測(cè)試其有效性，保留有效行動(dòng)，丟棄無效行動(dòng)。同樣，這個(gè)過程不需要指導(dǎo)，因?yàn)樗巧飳W(xué)原發(fā)程序。

4.變化狹窄原則

當(dāng)涉及人類的認(rèn)知時(shí)，這一原則指的是在處理新信息時(shí)工作記憶的嚴(yán)重局限性。這一原則一直是認(rèn)知負(fù)荷理論的核心，并在1998年被明確指出。該原則的一個(gè)基本假設(shè)是，對(duì)于任何特定的個(gè)體，一般的工作記憶能力是固定的。最近有證據(jù)表明，工作記憶的消耗發(fā)生在認(rèn)知努力之后，并在休息后恢復(fù)，該假設(shè)必須被修改，以允許這種能力的變化（這個(gè)問題將在“未來方向”部分進(jìn)一步討論）。

5.環(huán)境賦能原則

雖然在處理新信息時(shí)工作記憶是有限的，但在處理來自長(zhǎng)時(shí)記憶的熟悉、有組織的信息時(shí)，沒有已知的限制。一旦信息儲(chǔ)存在長(zhǎng)時(shí)記憶中，環(huán)境線索就可以用來產(chǎn)生適合該環(huán)境的行動(dòng)。通過這種方式，可以使用前面的原則在長(zhǎng)時(shí)記憶中構(gòu)建知識(shí)，這些知識(shí)可以用來管理適合環(huán)境的行動(dòng)。以這種方式使用以前組織和存儲(chǔ)的信息的動(dòng)力在生物學(xué)上是原發(fā)的，不需要學(xué)費(fèi)。這一原則在1998年版的認(rèn)知負(fù)荷理論中得到了高度強(qiáng)調(diào)。

這種認(rèn)知架構(gòu)，在處理生物次生的、領(lǐng)域特定的內(nèi)容時(shí)強(qiáng)調(diào)直接教學(xué)的重要性，這是大多數(shù)教育項(xiàng)目的特點(diǎn)，它為認(rèn)知負(fù)荷理論提供了基礎(chǔ)，并解釋了它在生成新的教學(xué)程序方面的成功。教學(xué)應(yīng)該是明確的，因?yàn)槲覀円呀?jīng)進(jìn)化到可以通過借用重組原則直接向他人學(xué)習(xí)。根據(jù)變化狹窄原則，它需要以減少工作記憶負(fù)荷的方式進(jìn)行組織，因?yàn)楣ぷ饔洃涁?fù)荷主要發(fā)生在處理新穎的、領(lǐng)域特定的信息時(shí)。使用借用重組原則從別人那里獲取信息比使用隨機(jī)生成原則作為起始原則自己生成信息，減少了工作記憶負(fù)荷。一旦信息通過信息存儲(chǔ)原則被獲取并儲(chǔ)存在長(zhǎng)時(shí)記憶中，工作記憶的限制就消失了，信息可以通過環(huán)境賦能原則返回到工作記憶中，從而產(chǎn)生適當(dāng)?shù)男袆?dòng)。通過設(shè)計(jì)符合這種認(rèn)知結(jié)構(gòu)的教學(xué)，我們可以期望學(xué)習(xí)得到加強(qiáng)。當(dāng)然，最終的檢驗(yàn)是經(jīng)驗(yàn)性的，由認(rèn)知負(fù)荷效應(yīng)提供。

資料來源：

Sweller,J.,van Merri?nboer,J.J.G.& Paas,F.(2019) Cognitive Architecture and Instructional Design:20 Years Later.Educational Psychology Review,31,261–292.https://doi.org/10.1007/s10648-019-09465-5.

作者/譯者簡(jiǎn)介：

約翰·斯維勒（John Sweller），男，新南威爾士大學(xué)教育學(xué)院教授，他以提出認(rèn)知負(fù)荷理論而聞名，該理論利用進(jìn)化心理學(xué)和人類認(rèn)知體系結(jié)構(gòu)的知識(shí)作為教學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是被引用最多的教育心理學(xué)理論之一；

杰倫·范梅里恩伯爾（Jeroen J.G.van Merri?nboer），男，馬斯特里赫特大學(xué)衛(wèi)生職業(yè)教育學(xué)院學(xué)習(xí)和教學(xué)方向主席、衛(wèi)生健康教育研究生院研究項(xiàng)目主任；

弗雷德·帕斯（Fred Paas），男，荷蘭鹿特丹伊拉斯謨大學(xué)心理學(xué)、教育和兒童研究系教育與發(fā)展心理學(xué)研究小組教授、主席，研究應(yīng)用當(dāng)代多學(xué)科的人類認(rèn)知系統(tǒng)科學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)高效的學(xué)習(xí)環(huán)境；

李爽（1982—?），女，遼寧興城人，副教授、博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)槲锢砗Ｑ蟆⒔逃O(shè)計(jì)；

盛群力（1957—?），男，上海人，浙江大學(xué)教育學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)檎n程和教學(xué)論。

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