认知负荷理论

认知负荷理论：教学设计研究的新视角认知负荷理论（CognitiveLoadTheory，以下简称CLT）最早由澳大利亚教育心理学家J．Sweller于20世纪80年代提出。

CLT理论从认知结构入手考虑教学设计，为教学设计提供了一种新的理论视角。

本文对认知负荷的内涵、类型做了详尽描述，并对20世纪90年代以来CLT的研究进行了系统回顾，以期对当前的教学改革和实践产生借鉴意义。

一、CLT简介（一）认知负荷的内涵认知负荷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，对认知负荷起主要作用的是工作记忆必须注意的内容数量。

认知负荷与教学设计、学习绩效有重要关联。

教学过程中，认知负荷过低，会造成时间浪费；认知负荷过高，又会阻碍学习者的信息加工活动：教学的理想模式是学习者可以满负荷工作。

因此，教学设计的目的就是为了能够帮助学习者顺利开展学习活动，即用最少的心理资源获取最多的知识。

（二）CLT的理论基础CLT主要吸收和利用了现代认知心理学关于工作记忆和注意的研究成果。

工作记忆是完成认知活动的基本成分，是意识的焦点。

外界信息只有进入到工作记忆中，才能被加工和认识。

但工作记忆只能同时加工7个左右的信息组块，而且其负有加工、组织、比较等任务，工作记忆只能同时记住2-3信息组块。

如果同时进入工作记忆的信息组块超过数量限制，记忆容量就会超载，信息加工活动就会受阻或根本无从开展。

注意最基本的特征是选择性。

学习者在学习过程中，会出现许多无法预测的额外认知活动，这势必会分散学习者的注意力，而注意大量信息无疑又会加重认知负荷。

集中注意对某些信息进行深度、细致加工，工作记忆中的目标信息会相应地减少，而工作记忆中的信息超载问题实质上就是注意资源分配不足问题。

工作记忆容量的有限性和可同时利用心理资源的有限性，决定了存在着认知负荷问题的存在。

二、认知负荷的种类及其含义（一）原生性认知负荷（intrinsiccogntiveload）学习者加工的信息类型和信息结构会随情境的不同而变化，但组成信息的元素之间交互性是学习材料的关键特征。

认知负荷理论没有人类认知过程的知识，教学设计是盲目的。

在缺乏适当框架指导教学技术的情况下，我们可能难以解释为什么教学程序有用或者没用。

缺乏人类认知的知识，我们将没有连接不同的教学过程和指导程序的总体结构。

除非我们能够认识人类认知结构的构成方式，也就是所谓的人类认知结构，否则很难解释为何推荐一个教学过程而不是另一个的。

最好的情况是，我们只能使用狭窄的经验性理由，表明特定的程序似乎有效。

我们可以说教学过程A似乎比过程B更好，但是为什么好，它的工作条件或我们如何能使它工作更好，将是无法回答的和神秘的。

相反，我们如何学习，思考和解决问题的知识- 人类认知体系结构- 可以为我们提供一个连贯的，统一的基础，可以用于形成教学假设和数据。

这个基础可以解释为什么一些教学程序能够行得通，而其他的不行。

看似不同的，甚至矛盾的数据可以解释和调和。

最重要的是，人类认知体系结构可以用来形成我们在其他方面会有相当大的困难构思的教学过程。

构成人类认知体系结构的框架结构为研究人员和专业教育者的教学设计提供了必要的先决条件。

这些结构使我们能够理解教学设计问题。

此外，我们可以使用我们的人类认知体系结构的知识来设计教学理论。

一种这样的理论是认知负荷理论，其被明确地开发为基于我们对人类认知体系结构的知识的教学设计理论。

认知负荷理论包括与指导相关的人类认知体系结构的各个方面以及从架构流出的教学后果。

本书在第一部分中首先讨论知识类别，第二部分讨论人类认知体系结构，第三部分讨论认知负荷类别，第四部分讨论这些理论对教学设计的影响，第五部分讨论造成的教学效果。

近年来，认知负荷理论使用的认知架构已经被扩展和固定在生物进化结构内。

自然选择的演变在认知负荷理论中具有双重作用。

首先，如第一部分第1章所示，我们可以将信息分为两类。

第一类称为生物学初级知识，由我们专门进化获得的信息组成，而第二类称为生物学次级知识，是我们出于文化原因而需要的信息，但没有专门进化获得。

认知负荷理论在教育实践中的应用认知负荷理论（Cognitive Load Theory, CLT）是由心理学家约翰·斯维勒（John Sweller）在20世纪80年代提出的一种教育心理学理论。

该理论主要关注学习过程中人类认知资源的限制，以及如何通过合理设计教学活动来优化学习效果。

随着教育技术的发展和心理学研究的深入，认知负荷理论在教育实践中得到了广泛的应用，其核心目的是帮助教师和教育设计者更有效地构建学习环境，从而提高学生的学习效率和知识掌握水平。

认知负荷理论的核心概念是“负荷”（Load）。

认知负荷可以分为三种类型：内在负荷（Intrinsic Cognitive Load）、外在负荷（Extraneous Cognitive Load）和固有负荷（Germane Cognitive Load）。

内在负荷指的是学习任务本身的复杂性以及学习者已有知识水平的关系。

外在负荷则是由于不恰当的教学材料、资源布局或教学策略造成的认知负担，固有负荷与学习者如何将新信息整合进已有知识结构的努力和认知资源相关。

教育者需要尽量降低外在负荷，并适当调节内在负荷，以促进学生的有效学习。

在教育实践中，认知负荷理论的应用可以从多个方面进行探讨。

首先，在课程设计阶段，教师可以依据认知负荷理论的原则来选择和组织教学内容。

对学习材料进行精简，将重要知识点提炼出来，可以降低学生在学习过程中面临的非必要信息的干扰。

通过使用模块化的教学设计，教师可以逐步增加内在负荷，使学生能够循序渐进地理解复杂概念。

其次，在教学方法的选择上，教师可以采用多种策略来降低外在负荷。

例如，使用图示、示意图或者概念图来辅助讲解，可以帮助学生更直观地理解抽象概念。

同时，教师可利用分组讨论、小组合作等方式，让学生在互动中吸收知识，通过同伴学习来减轻个体认知负荷。

此外，采用多媒体教学，将文本、音频和视频等多种形式结合起来，有助于更好地吸引学生注意力，同时利用多种感官共同参与学习，从而提高学习效果。

认知负荷：认知负荷是表示处理具体任务时加在学习者认知系统上的负荷的多维结构。

这个结构由反映任务与学习者特征之间交互的原因维度和反映心理负荷、心理努力和绩效等可测性概念的评估维度所组成。

cu 中鉴定的任务特征为任务形式、任务复杂度、多媒体的使用、时间压力及教学步骤。

相关的学习者特征由专业知识水平、年龄、空间能力组成。

心理负荷是认知负荷中源于任务和主体特征交互的方面，它由我们当前关于任务的知识和主体特征来决定，它是预期的认知空间需求指标，被看作是认知负荷的先验估计。

心理努力是指认知负荷中实际分配的用于容纳任务所加需求的认知容量方面。

心理努力在学习者学习时测量。

绩效可通过学习者的成绩来说明，如测试中答对题的数量、答错题的数量及所用的时间等。

认知负荷理论：认知负荷理论是由澳大利亚新南威尔士大学的认知心理学家约翰·斯威勒于1988年首先提出来的，它以Miller等人早期的研究为基础。

认知负荷理论自被提出以来，得到了世界各地研究者的诸多研究。

理论介绍人类的认知结构认知负荷理论假设人类的认知结构由工作记忆和长时记忆组成。

其中工作记忆也可称为短时记忆，它的容量有限，一次只能存储5—9条基本信息或信息块。

当要求处理信息时，工作记忆一次只能处理两到三条信息，因为存储在其中的元素之间的交互也需要工作记忆空间，这就减少了能同时处理的信息数。

工作记忆可分为“视觉空间缓冲器”及“语音圈”。

长时记忆于1995年由Ericsson和Kintsch 等提出。

长时记忆的容量几乎是无限的。

其中存储的信息既可以是小的、零碎的一些事实，也可以是大的、复杂交互、序列化的信息。

长时记忆是学习的中心。

如果长时记忆中的内容没有发生变化，则不可能发生持久意义上的学习。

认知负荷理论认为教学的主要功能是在长时记忆中存储信息。

知识以图式的形式存储于长时记忆中。

图式根据信息元素的使用方式来组织信息，它提供知识组织和存储的机制，可以减少工作记忆负荷。

认知负荷的理论研究最初来源于脑力负荷或心理负荷的诸多研究成果。

国际上对脑力负荷或心理负荷的研究最早的是美国心理学家米勒(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约翰·斯威勒(John Sweller) 于1988 年，在研究“学习材料和教学方法对学习中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。

内在认知负荷第一种认知负荷来源于学习材料本身的性质。

如果学习材料所包含的元素间的关联度较低，给学习者带来的认知负荷就较低；反之，如果学习材料包含的元素之间的关联度较高，给学习者带来的认知负荷就较高。

这种负荷我们称其为内在认知负荷（Intrinsic cognitive load），是指由学习材料的难度水平带来的负荷。

内在认知负荷是由相对于学习者经验水平的学习材料的复杂性所带来的负荷。

外在认知负荷第二种认知负荷来源于学习材料的呈现方式。

学习材料的呈现方式及其所要求的学习活动，也会带来认知负荷。

当这种负荷是不必要的因而干扰图式的获得和自动化时，就是外在认知负荷（Extraneous cognitive load）。

外在认知负荷是由与学习过程无关的活动引起的，不是学习者建构图式所必须的，因而又称无效认知负荷（Ineffective cognitive load）。

关联认知负荷第三种负荷来源于学习者的已有经验。

如果学习者头脑中拥有足够的与学习内容相关的图式且这些图式达到高度自动化，就会迅速把当前所面对的信息整合进已有图式中，从而减少信息加工单元的数量，降低学习过程中的认知负荷。

如果认知任务要求较低（带来的内在认知负荷较低），使得学习者还有充分的认知资源可用，这时他就可以投入额外一些认知资源来促进图式的建构。

这种在建构图式时不是必须但投入后又有利于图式建构的认知负荷，就是关联认知负荷。

基于认知负荷理论的高中生物教学评价与策略高中生物教学一直是教育领域的重点和难点之一，针对这一问题，认知负荷理论被引入到高中生物教学中，以改善学生的学习质量和效果。

本文将从认知负荷理论的角度出发，对高中生物教学进行评价，并提出相应的教学策略。

一、认知负荷理论的概念认知负荷理论是由约翰·施密特（John Sweller）提出的，是指人脑在学习和处理信息时承受的认知负荷。

认知负荷理论分为三种负荷：内在负荷，外在负荷和混合负荷。

内在负荷是指个体通过学习和思考处理信息时所产生的认知负荷，外在负荷是指个体在学习过程中受到的外部干扰和干扰，混合负荷是指内在负荷和外在负荷的综合效应。

认知负荷理论指出，学习者在学习过程中应减少外在负荷，以提高学习效果。

二、高中生物教学的认知负荷分析1.内在负荷：高中生物教学内容繁杂，抽象概念多，学生需要花费大量的认知负荷来理解和记忆。

生物的细胞结构与功能、生物遗传与变异、生物的生长发育等内容都是学生难以理解的抽象内容，需要通过大量的学习和记忆才能掌握。

2.外在负荷：传统的生物教学方式往往让学生承受着较大的外在负荷，例如课堂教学内容单一，学生 passively接受信息，缺乏互动和参与，学习效果不佳；教师讲解内容过多，学生难以集中注意力，产生认知过载；教学资源不足，学生难以获取更多的学习资料，难以进行自主学习。

3.混合负荷：在高中生物教学中，内在负荷和外在负荷的综合效应导致学生学习效果不佳。

学生需要消耗大量的认知负荷来应对课堂教学和自主学习中的各种挑战。

1.教学目标评价：传统的生物教学方式存在教师讲解内容过多，学生 passively接受信息的问题，导致学生无法真正理解和掌握知识。

应充分利用认知负荷理论，调整教学目标，减少教学内容，提高教学效果。

2.教学内容评价：高中生物教学内容繁杂，学生需要花费大量的认知负荷来理解和记忆。

应通过调整教学内容，引导学生集中精力，减少认知负荷。

认知负荷理论
认知负荷理论（Cognitive Load Theory，缩写为CLT）是一个影响人们学习效率和学习结果的教学模式，科学家马里奥·施皮尤利（Marios S. Pissurlen）于1988年提出，主要是研究教学中不同负荷水平状态，让学习者有效地获取新的知识。

由于不同的学习过程中会出现复杂的知识与问题，认知负荷理论可以更好的帮助教师分析并管理学习者的学习负荷。

它认为学习者在学习中可能出现以下三种内容负荷：结构负荷、表示负荷和交互负荷。

首先，结构负荷是指它把学习过程中知识和技能的连接以及它们之间的关系结构分解成小和简单的单元，以便学习者能够更好地完成学习中出现的问题。

结构负荷可以通过适当的结构设计、合理的表示方法和恰当的问题设计来管理。

其次，表示负荷是通过提供一个适当的表示例如图形和文字等，能够明确地减少学习者的学习负荷，并使复杂的结构更易懂。

表示负荷通常可以通过制作表格和图形来清晰地表达学习课程的内容，提高学习者的学习效率。

最后，交互负荷是指把知识元素和学习内容呈现给学习者的方式，使学习者能够方便的接收信息。

比如在学习的过程中，给学生一些明确的练习有助于他们排忧解难，改变自身的思维模式，从而帮助学生增加知识学习的效率。

认知负荷理论的主要功能是提供一个科学的分析框架，用于从宏观和微观两个层次来分析学习者在学习中会出现的各种困难，从而为教师提供更合理、有效的学习方法，更好地帮助学习者取得更多的成果。

如果有效地利用认知负荷理论，可以更有效地设计课程，优化学习的效果，从而更好地帮助学习者实现自身的目标。

认知负荷理论认知负荷理论是一种基于认知心理学的理论模型，它强调在信息处理过程中，认知负荷对学习质量产生重要影响。

认知负荷理论认为，学习过程中的信息处理的重点在于认知负荷的控制，而不是增加认知负荷，从而有效提升学习效果。

认知负荷是一种加载量，指的是学习者在学习和信息处理过程中，所需要考虑和处理的信息量，以及由此产生的注意维持需求。

认知负荷理论认为，如果认知负荷过大，学习效果就不会得到改善；反之，如果认知负荷能够得到适当控制，学习过程中的信息处理效率就会得到优化，从而提升学习效果。

认知负荷的研究从20世纪80年代开始，由于不同的研究方法，认知负荷理论有三个分支：分层认知负荷理论（LAC）、工作记忆负荷理论（WML）和数字负荷理论（NCL）。

分层认知负荷理论是由John Sweller于1988年提出的。

该理论认为，学习过程中的认知负荷可以分为三个层次，分别是物理层面、概念层面和情感层面。

物理层面在于学习过程中对物体本身的理解和学习；概念层面指的是在学习中，加深对概念的理解；情感层面负责学习者的情绪调节。

工作记忆负荷理论是由Baddeley和Hitch于1974年提出的，该理论指出，控制记忆负荷有助于提高学习效率，它强调通过将工作记忆中的信息量降低，使学习者可以高效地处理信息。

最后，数字负荷理论由John Sweller于1996年提出，该理论重点在于认知活动如何进行数字处理，它认为，通过降低数字处理中涉及的内容数量，可以提高学习者的学习效率。

综上，认知负荷理论强调信息处理过程中，认知负荷的控制，而不是增加认知负荷，是提升学习效果的关键。

认知负荷理论的核心思想是将认知负荷从宏观上加以拆分和控制，以降低信息量，有效提升学习效率。

由于认知负荷理论关于信息处理过程中认知负荷的控制，它在教育、培训和技术领域得到广泛应用。

认知负荷理论让学习者可以有效地控制学习的节奏，从而更好地掌握学习内容，它可以更有效地结合学习材料和教学方法，实现学习效果的提升。