认知负荷理论与注意相关理论对教学的启示

时彦鹏 ，刘 妍 ，徐 铮 ，杨振宁

（1.山东中医药大学，山东 济南 250355；2.山东农业工程学院，山东 济南250100）

1 注意相关理论的基本观点

1.1 注意是一个容量有限的通道[1]

1958年，布罗德本特提出的过滤器理论，震惊了心理学界，他当时依据的是著名的双耳分听实验，该理论主要解释了注意具有选择的作用，同时这种选择的作用是在一定的前提下进行的的，他假定神经系统的容量是有限度的，所以加工的信息容量也是有限度的。特瑞斯曼在其影响之下，又加上自己对于日常生活的观察和思考，提出了衰减理论。该理论主张，有限的信息都可以通过过滤装置，为什么出现有些被注意而有些未被注意呢？是因为大脑对信息的激活阈限不同，对个体有重要意义，个体比较熟悉的信息显然激活阈限低，很小的刺激就可以被激活，而那些不易被注意、未被追随的信息也不是完全就消失了，只是强度上减弱了。先对信息进行选择，其后再对信息进行加工，是两种理论的共同假设。多伊奇提出的后期选择理论的假设则与之相反，他认为先对信息进行充分的加工分析，分析完才能进入过滤或者衰减装置，即先加工后选择，和前两种理论假设相反。

这些理论都假定注意是一个容量有限的通道，即人的信息加工系统容量有限。进入感觉器官的刺激经过的都是容量有限的通道。

1.2 注意是认知资源分配的过程

认知资源理论从认知的角度对注意进行阐释，把注意看成对刺激进行分组归类的认知资源，当然这些认知资源也是有限度的，也承认了注意的有限性。对刺激信息进行识别，其实就是认知资源即注意的分配，如果刺激信息极易识别，那么需要占用的认知资源就少，有限的认知资源就可以分配到更多的刺激信息上。所以最后就变成了刺激信息占用认知资源多少的较量上。刺激信息复杂，个体不熟悉，显然需要占用更多的认知资源，加工信息容易，个体熟悉，显然占用的认知资源少。当有些信息加工过程个体特别熟悉，以致于熟悉到潜意识状态下就可以进行，那么就不需要占用认知资源，即我们所说的自动化加工。所以，后来，谢夫林提出了双加工理论，即自动化加工和受意识控制的加工，受意识控制的加工在经过大量的训练后可以转变成自动化的加工。

2 认知负荷理论的基本观点

2.1 认知负荷总量是一定的

认知负荷理论是由澳大利亚Sweller等学者提出来的，自20世纪80年代以来，在认知心理学、教育心理学产生广泛的影响[2]。认知负荷是针对特定的认知任务，工作记忆系统对其进行加工和保持信息过程中所承受的负荷总量。[3][4]认知负荷包括内在认知负荷、外在认知负荷和有效认知负荷三个基本成分[5]。内在认知负荷与要进行的认知任务切实相关，认知任务本身包含的信息元素及信息元素之间的相互作用，工作记忆对此进行加工所产生的负荷即为内在认知负荷，即处理认知信息所消耗的认知负荷。认知任务本身包含的信息元素过多，或者元素之间的相互作用过强，那么工作记忆任务的进行就不会太容易，即所谓的任务难度过大。所以，内在认知负荷和认知内容本身的难度有直接的相关，任务难度大，则需要占用更多的内在认知负荷进行认知任务的加工，任务难度小，则占用的内在认知负荷相应减少。而认知任务的难易又与学习者本身的知识经验有很大关系，如果某一认知任务对于熟悉它的学习者来说可能是容易，对于不熟悉它的人来说可能是陌生的，自然产生的内在认知负荷量不同。像对于熟悉英雄联盟游戏的人来说，可能很容易获胜，而对于不熟悉该游戏的人来说，可能连怎么玩都不知道，所以同一认知任务，对于不同个体产生的内在认知是不同的。

外在认知负荷是指和本身的认知过程没有关系，而额外损耗掉的认知负荷。一般是由于呈现认知信息的方式不恰当，或者本身的教学设计过程中有太多的无用认知过程，这些过程所需要消耗的认知负荷的统称。即额外损耗的工作记忆加工过程所失去的认知负荷。

有效认知负荷是指工作记忆对需要加工的认知任务所产生的实质性的认知负荷。有效的认知负荷指个体构建图式及图式自动化的过程，将认知任务内化为自己知识的过程，外在表现就是学习知识的认知及结果[3][4]。

认知负荷本身的总量是一定的，内在认知负荷、外在认知负荷及有效认知负荷三者之间具有可加性[5]。总量守恒性的原理告诉我们，如果在一个因子上投入的量过多，其余的因子上得到的认知负荷量必然减少。所以我们要尽量减少外在认知负荷量和内在认知负荷量，使得有效负荷量达到最大。

2.2 工作记忆同时加工新信息的能力有限，而处理图式的能力是无限的[6]。

Baddeley早期的工作记忆模型假设观点认为工作记忆系统加工信息的容量也是有限度的，正好贴合了认知负荷总量也是一定的，而不是无限度的，同时工作记忆对信息的保持时间是非常短暂的。相比于工作记忆系统，人类的长时记忆系统负责对工作记忆系统加工过的信息进行储存编码，绝大多数心理学家认为长时记忆系统具有无限的储存容量，能够长时间保存工作记忆加工过的信息[7]。

工作记忆对新信息进行加工时，需要提取长时记忆系统中已有的相关信息，而长时记忆系统中的信息以各种各样的编码形式存储。研究发现如果编码以图式的形式储存，则工作记忆需要占用的有效认知负荷是最少的。图式是由许多信息元素编码而成的组块，该组块是具有内在系统性，逻辑性，将知识进行了系统化的丰富意义的信息单元。工作记忆加工信息的方式也类似于注意认知资源的两种过程，一种是自动化进行，一种是受意识控制。无论是哪种加工方式，图式作为信息组块极易被提取，占用工作记忆很少的认知负荷，如果反复提取多次，类似于注意信息多次训练后的熟悉化，则由受意识控制的加工变成了自动化的加工。图式的自动化提取更利于工作记忆的加工，几乎不占用认知负荷，所以工作记忆处理图式的能力是无限的。这也是专家与新手在知识组织方式上的差异，专家的知识是按照层次结构以图式组块的方式进行，而新手的知识储存比较散乱，这也是专家长期知识积累经验的结果。

3 两种理论的相同点

3.1 总容量是有限的

无论是注意通道还是工作记忆所承受的负荷总量，都假定这个总量是有限的，在某种程度上承认了心理机能的有限性。心理机能不是无限度处理加工信息，对信息处理的容量是有一定限度的。

3.2 熟悉性知识或者编码组块的图式易被提取

在注意选择信息时，如果信息通过了有限的装置时，那些对个体有重要意义，熟悉性的信息易被注意，主要就是熟悉性降低了激活阈限。在工作记忆处理新信息时，如果新信息与头脑中已有的知识关联性强，熟悉度高，则内在认知负荷总量减少，而工作记忆提取熟悉性知识图式结构容易，甚至自动化，几乎不占用认知负荷量，所以工作记忆处理信息的有效认知负荷就会增加，提高工作效率。

3.3 自动化加工不占用资源

无论是注意认知资源理论提出的加工过程自动化，还是工作记忆加工认知信息的过程，都假定自动化的过程不占用任何资源。像我们平常可以同时干好几件事，如一边骑自行车一边欣赏路边的风景，在同时进行的活动中，其中一项或者几项已经变成自动化的过程，像该例子当中的维持自行车的平衡已经自动化了，不占用任何认知资源，所以个体可以将注意集中在其他的认知过程上。

在工作记忆系统处理认知信息时，如果个体长时记忆有相关的信息图式，工作记忆可以非常容易的提取相关信息组块即图示，甚至图示的提取达到自动化过程，根本不需要占用任何认知负荷，同时由于熟悉性图式信息的存在，会使新信息加工处理变得容易，减少内在认知负荷总量，从而相对增加有效认知负荷总量，增加工作记忆处理信息的效率。

4 两种理论对教学的启示

4.1 集中于重要知识的学习

无论是注意通道还是认知负荷总量都是一定的，这就说明在一定时间内，个体心理机能不能无限度加工新的信息，对信息的注意或是加工是有一定限度的。在学习中，知识是浩渺无穷的，我们也不可能在一定时间内加工处理太多的信息，我们需要有重点的学习知识，对重点知识进行注意及加工处理。有选择有重点的对知识进行学习，像一节课的有限时间内，学生对信息的注意，工作记忆对信息的处理加工也是有限度的，老师讲解也并不是越多越好，讲解的太多可能超过了学生处理信息的能力限度，给学生造成了心理负担，反而效果适得其反。教师要学会把握传授知识的数量，同时也要注重知识讲解的质量。

4.2 新知识的讲解要和学生头脑中已有的知识产生关联

根据特瑞斯曼的过滤器理论，不同刺激的激活阈限是不同的，对个体有意义的刺激激活阈限一般是相对较低的。认知负荷理论认为，如果本身的认知信息与头脑中已有的图式信息关联性强，则相应的内在认知负荷量就会降低。所以对于新知识的讲解，一定要尽量使新知识以学生熟悉的相关知识引领呈现，学生在已有的熟悉的知识下，对该知识的激活阈限就低，比较容易引起学生对呈现的知识进行注意，自然而然引起对新知识的注意。一般在教学中，对于新知识的讲解列举的实例应该是学生日常非常熟悉的，或者由某个学生非常熟悉的话题进行引导，即我们所说的课堂导入，但是这个话题最好和学生日常生活非常贴近，学生非常感兴趣，而不是引入一个看似非常逻辑清晰，富有生动力的话题，而学生本身丝毫不感兴趣的话题。

4.3 注意知识的呈现方式，减少外在认知负荷量

外在认知负荷量是由于知识的呈现方式，设计不当等，而额外产生的认知负荷量，即损耗掉的认知负荷量[8]。在知识的呈现当中，一定要注意避免额外的认知损耗。像对数学题的讲解当中，呈现题目算式是比较直观的，如果对题目的呈现非要以文字叙述的方式，学生需要对文字叙述再转化为题目算式，这样就会增加不必要的外在认知负荷量。所以对于知识的呈现方式要合理，找到适合知识本身的呈现方式。

4.4 知识构建注重图式化、加工过程有选择性的自动化

对于信息加工的多元素组块，图式化，将大大减少工作记忆加工提取所需要承受的认知负荷。专家与新手在处理问题上的区别就是图式化信息不同的原因。对于学生来说，要学会将学过的信息进行图式组块编码，教师要学会引导学生对相关信息进行归纳总结，对相关的信息进行图式化，易于储存，便于提取，甚至图式自动化基本不占用认知负荷，将大大增加工作记忆的效率。

注意的双加工理论中提到的自动化加工，顾名思义自动进行，不需要消耗占用认知资源，当然也就不受认知资源的限制。这些刺激之所以不受认知资源的控制，无需注意，是因为这些刺激对个体自身来说已经内化成一套自动化进行的过程，是由于太过于熟悉，实践练习的太多，对个体来说毫无任何压力即可启动该过程。例如骑自行车十分熟练的个体，像参加自行车骑行比赛的选手，对于怎样骑本身已经不需要占用认知资源，而将更多的注意力放在怎样骑得姿势优美，花样百出，维持自行车的平衡已经是自动化的过程，而对于初学自行车的人来说，需要全神贯注才能维持好自行车的平衡，甚至还会摔倒，根本无暇关注路边的风景。对于学生来说，知识要多实践多练习，尤其是程序性知识，实践锻炼内化为自己的一种自动化进行的过程，将会有更多的认知资源注意分配到其他相关的认知注意上。这就是为什么有些歌手可以一边谈钢琴一边唱歌，两个同时进行，两个都完成的不错。程序性知识易于自动化，引导学生对此加以区分侧重。