信息技術環境下認知負荷研究范文

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隨著20世紀90年代信息技術的深入發展，我國學者也開始關注將信息技術引入教育領域，從而研究信息技術環境下的教與學。由此，信息技術環境下的教學質量成為人們爭議的熱點話題。在分析影響信息技術環境下教與學效果的諸多因素中，越來越多的學者開始關注學習者內在因素對教學的影響，而學習者的認知負荷成為其中一個不可忽視的因素。認知負荷在學習過程中普遍存在，學習環境是影響認知負荷水平的重要因素之一，信息技術學習環境作為一種新型的學習環境，正在引起人們的廣泛關注。國內學者關于信息技術環境下學習者認知負荷的研究工作已經開展的如火如荼，并且取得了一定的成果，在很大程度上對信息技術環境下尤其是網絡環境下學習者認知負荷的后續研究工作提供了可借鑒和參考的地方。文章主要通過對CNKI數據庫中有關信息技術環境下認知負荷的國內學術論文進行分析，期望從不同側面客觀地對這些成果進行總結和分析，以便我們更好地進行以后的工作。

1認知負荷理論概述

從概念上對認知負荷進行界定，不同的學者有不同的定義。認知負荷理論是由澳大利亞新南威爾士大學的認知心理學家約翰•斯威勒于1988年首先提出的［1］。約翰•斯威勒認為該理論主要來源于心理學領域關于工作記憶的研究，將認知負荷定義為學習者在特定的任務執行中，個人認知系統所產生的負荷。其研究思路是：首先，提出認知負荷理論的基本觀點；其次，認為“剔除冗余信息、降低目標明確性、提供有解樣例”等是由認知負荷理論推導出的對教材設計的指導；然后，用這些條件下學習成績的提高來證明認知負荷理論的存在和正確性。而Pass［2］認為認知負荷的概念需要從多個維度來定義，可以認為是學習者的認知系統在執行一個任務時所承受的負荷，而學習者的心智努力程度和學習內容的難易程度都會影響認知負荷強度的大小。還有學者從作業執行的角度，認為工作記憶的負荷狀態取決于作業特性對認知資源的要求，要求較多的認知資源容易造成認知系統超負荷。所謂認知負荷理論是指同時被要求施加在工作記憶上的心智活動的全部數量，即施加到工作記憶中的待處理信息的總量。由于工作記憶的容量的有限性，當學習者要解決復雜的問題或被給予復雜的學習內容時，就會出現認知負荷的現象。認知負荷理論經過20多年的發展，已經成為繼建構主義理論之后又一個對教學設計起重要指導作用的心理學理論，研究方向正從以紙張為媒介的傳統學習領域轉向以Web為媒介的網絡學習領域［3］。因此，在信息技術環境下的教學中，我們可以將認知負荷界定為在教學過程中學生完成某項學習任務而在工作記憶上進行的心智活動所需要的全部心智能量。

2信息技術環境下學習者認知負荷的研究現狀

2．1研究方法與工具

2．1．1研究資料來源該研究以中國知網數據庫所檢索到的文獻期刊為主要資料來源，以檢索項為“篇名”，檢索詞為“信息技術”、“網絡”、“多媒體”、“計算機”、“認知負荷”；匹配為“精確”的檢索方式，共搜索到相關文獻89篇，剔除公告、通知、政策宣傳、會議文獻等不相關文獻，最終篩選得到77篇文獻為研究樣本。其中期刊論文64篇，學位論文13篇（檢索時間截止2014年12月）。

2．1．2研究方法該研究主要采用內容分析法，對檢索到的關于信息技術環境下認知負荷的文獻進行比較、分析、綜合，從而對信息技術環境下認知負荷的研究現狀進行梳理與總結。內容分析法是一種對傳播所顯示出來的內容進行客觀的、系統的、定量的描述的研究方法［4］。該研究在整個研究過程中，嚴格按照內容分析法的步驟進行科學嚴謹地分析。具體的操作方法參見李克東教授主編的《教育技術學研究方法》一書，此處不再贅述。該研究統計分析主要采用圖表結合的方法。在通讀77篇文獻摘要和瀏覽全文的基礎上，先進行研究內容與主題的分類，然后按照文章發表日期、載文量和主題建立數據庫，最后用圖表展示數據。

2．1．3研究維度與類目單元研究維度與類目單元結合搜索相關文獻內容，筆者對信息技術環境下學習者元認知策略研究現狀的梳理主要從研究年限、文獻來源、第一作者單位、研究方法和研究主題5個維度進行分析。各維度下又劃分了相應的類目單元，其中，研究內容角度是指文章作者研究主題的切入點。

2．1．4統計工具該研究定量數據的統計、分析和圖表生成均采用Excel2007軟件進行處理。

2．2研究結果及分析

2．2．1研究年限分析該文統計了從2005—2014年的文獻，根據圖1所示的曲線，我們可以看出，國內對信息技術環境下認知負荷的研究整體呈上升趨勢。從2005—2009年的變化還是相當穩定的，呈小波浪式前進；2005—2007年研究數量較少，主要集中在運用多媒體教學減少或降低學習者認知負荷以及一些相關理論研究；2008年和2009年呈穩定狀態，2009年相關的研究達到頂峰。2010年文章數量有所下降，說明研究者在追逐研究熱點一段時間之后開始進入反思階段。2011—2014年，文章數量整體趨勢是增加的，說明研究者開始進入更深層次的研究。從整體上來看，2008年是一個高峰期，2009年之前是逐年遞增的趨勢，2009年之后出現一些波動。從2011年開始研究數量急劇上升，究其原因可能是我國進入21世紀開始實行信息化改革，它的一個主要思想是利用信息技術進行學習，實施素質教育，這也在客觀上對認知負荷的研究起了推動作用。同時，這也說明隨著我國信息技術的不斷發展、互聯網的全面普及，我國實施信息技術教學的硬件條件日趨成熟，相關學習心理的研究當然就逐漸受到研究者的重視。

2．2．2文獻來源分析如圖2所示，從2005年第一篇關于信息技術環境下認知負荷的文章《在多媒體學習中減少認知負荷的9種方法》開始，直到2014年，共有77篇文章，博士論文2篇，碩士學位論文11篇，發表在重要以上期刊的文章24篇，其中教育技術學權威期刊《電化教育研究》上僅發表了1篇，大多數文章來源均是一般期刊。可見目前國內對信息技術環境下學習者認知負荷的研究仍處于較低水平，缺少對該領域較深入的研究與探索。

2．2．3第一作者單位分析從第一作者所在單位與所處地區可以分析出我國對信息技術環境下學習者認知負荷研究的地域差異。由表1可知，非師范類高校對于認知負荷的研究是最多的，比例達到53％。與此同時，師范類高校對該領域的研究也比較多，有23篇，占總的研究樣本的30％，這說明信息技術環境下的教與學已經成為高校里面一種重要的教學方式，而且各種類型的高校都意識到對認知負荷研究的重要性與必要性。中小學對信息技術學習環境下認知負荷的研究比較少，只有4篇文章。究其原因，可能有以下兩點：一是因為中小學教師注重教學，對于研究的渴望不夠，認為“搞研究、寫論文”不屬于自己的工作范疇；第二個原因是中小學雖然也應用信息技術教學，但大多數情況下仍然是師生面對面進行教學，把網絡、多媒體教學當作課堂的輔助工具與方法，所以中小學對信息技術環境下認知負荷的研究沒有給予相當的重視。同時我們還可以看出，東部與中部地區的文章發表數量明顯高于西部地區的發表數量，這一方面是由于東部的學校數量比西部多；另一方面也說明了信息技術環境下認知負荷的研究受當地經濟發展水平的影響。

2．2．4研究方法分析通過對研究方法的統計分析可以看出：我國對于信息技術環境下學習者認知負荷的研究大多數使用的是文獻分析法，占總量的49％；實驗研究法有18篇，占總量的21％；案例分析法占樣本總數的16％；混合研究占8％；調查研究占6％（如圖3所示）。通過對比研究發現，關于信息技術環境下認知負荷方面的研究，大部分研究者采用的是思辨研究，他們大多數是基于個人的思考和見解提出相關的策略。實驗研究法排在了第二位，研究者采用實驗研究法大多是在實驗中設計各種干預對實驗過程進行控制，然后通過問卷、訪談、測試等研究工具進行數據的收集統計分析，得出對比結果，來說明信息技術環境中認知負荷的重要性。排在第三位的是案例分析法，采用此方法的研究者多數是根據某一案例來說明認知負荷理論在某類課程的設計原則中的作用或者是某一類設計在具體案例中的應用分析。另外，調查研究法和混合研究法也被應用到本領域的相關研究中。但是通過分析可以發現，國內學者也逐漸意識到定量研究的重要性。如調查研究、實驗研究、混合研究，等，雖然和文獻研究法相比還是較少，但從其數量上可見，國內研究者也開始重視定量研究。定量研究的基礎是實證主義，區別于國內的思辨研究，我國研究者已經開始重視知識的客觀性。只有將思辨研究與實證研究合理運用，我們的研究才更科學可信。

2．2．5研究主題分析研究主題分析，結果如表2所示。①認知負荷理論述評。在所有的研究樣本中，與認知負荷理論述評相關的文獻僅有兩篇，占2．3％，且均屬于綜述類文獻，雖在一定程度上涵蓋了國內所有研究狀況，但研究還不夠細化和全面，且缺乏有效的數據支持，不能明確地反映當前研究狀況和研究方向。如：2009年張建波的《認知負荷理論在網絡教育中的應用及啟示》［5］在對過去十年認知負荷理論介紹的基礎上，對當前網絡教育、教學中有關認知負荷研究的新成果進行歸類分析，但劃分的類型還不夠細致和全面；2014年方中玉的《網絡學習環境下學習者認知負荷的研究進展及啟示》［6］則通過對已有研究成果的梳理，提出相關的啟示建議，并無量化的數據佐證。整體而言，筆者認為研究者須重視該領域的理論述評，有必要對國內關于信息技術環境下學習者認知負荷的研究進行重新梳理，并分類統計，得出量化的統計結果，弄清當前國內的具體研究狀況和趨勢，以便為后續的研究提供借鑒和指導。②學習資源的設計研究。該分類領域所占比例居于首位，比例高達31．2％。說明研究者對資源設計這一領域的相關研究還是比較重視的。筆者在對相關文獻研讀分析的基礎上，認為信息技術環境下該領域的研究主要分為網絡課程、多媒體軟件兩大方面。代表性的文章有：2009年羅群英等的《基于認知負荷理論的網絡課程設計》［7］和祁玉娟等的《認知負荷理論在多媒體軟件設計中的應用分析》［8］，這兩篇文獻都是以認知負荷理論為基礎，從內在認知負荷、外在認知負荷和關聯認知負荷三方面出發，分析學習者在網絡課程、多媒體軟件中產生認知負荷的內在原因，說明網絡課程和多媒體軟件的設計均要以學習者的認知特性為基礎，并從學習者、信息內容和媒體類型三個方面探討了基于認知負荷理論指導下的信息技術環境下學習資源設計的基本規律。還有2014年張曉君等的《認知負荷理論視角下的微課程多媒體課件設計》［9］，從認知負荷理論視角，分析了學習過程中的認知負荷情況，并結合大量實例，實踐了降低原生性認知負荷、無關性認知負荷，以及提高相關性認知負荷的策略和方法，實現了認知負荷在微課程課件設計中的導向性作用。③具體學科中的應用研究。通過對研究文獻的統計分析，可以看出有26．2％的文獻是研究信息技術環境下具體學科的認知負荷，僅次于學習資源設計研究。其中所涉及的方向有英語，數學、生物、信息技術、多媒體，等。例如：2014年岑偉的《認知負荷理論下信息技術與高中數學的整合基點》［10］，借助于認知負荷理論的基本原理，以認知負荷為基點，將信息技術融合于數學課堂教學，以建構高效課堂。2013年黃文韜的《從認知負荷理論談提高多媒體在英語語法教學的實效性》［11］，從認知負荷理論出發，結合認知理論和認知超載現象，探討如何在多媒體教學過程中合理分配基本加工，降低認知負荷，以提高多媒體在教學中的實效性。雖然在這一領域的研究涉及很廣，但很多研究比較淺顯，不夠深入系統，而且大多數文獻都發表在一般期刊上。同時也應注意到信息技術環境下學習的局限性，恰當應用是關鍵。④影響因素研究。目前我國關于認知負荷影響因素的研究已取得相當成果。通過研讀文獻，筆者認為大多數研究者以認知負荷理論為基礎，以網絡環境和多媒體環境為媒介，圍繞教學設計、學習過程等領域中的認知負荷影響因素，分別從認知負荷的三種類型和認知負荷的結構模型這兩個角度開展了大量的實驗。代表性文章有：2009年李金波的《網絡學習環境中影響學習者認知負荷的因素》［12］和2010年李金波的《網絡學習者狀態元認知對認知負荷影響的實驗研究》［13］，通過模擬網絡化學習實驗和網絡環境下的雙任務實驗，探討網絡學習環境中影響認知負荷的主要因素、人機交互過程中以及網絡學習過程中狀態元認知對學習者認知負荷的影響。研究發現任務特征中的任務復雜性、時間壓力和個體特征中的作業自我效能、狀態元認知對認知負荷均有顯著影響。還有關于信息呈現方式以及與經驗水平、認知風格、元認知監控活動等的交互作用對學習者認知負荷影響等的相關研究。例如：2009年王文智的《基于認知負荷理論的多媒體教學呈現原則探討》［14］，主要以認知負荷理論與多媒體學習的認知理論為基礎，從人類的認知學習機制出發，通過實驗研究提出了多媒體信息設計的原則，并對每一條設計原則梳理了相應的實驗依據和應用建議，為以后的研究應用提供借鑒和指導。⑤減輕認知負荷的相關策略研究。通過研究主題分析可以看出，有關這一領域的研究并不多，比例為18．2％。在信息技術環境中，根據認知負荷理論的觀點，不僅要考慮降低外在、內在認知負荷，還要增加相關認知負荷，同時在保持信息技術環境的獨特優勢情況下，通過認知負荷的適當控制達到學習結果的最優化。通過文獻研讀，筆者發現大部分研究者側重從單一地降低外在認知負荷角度研究信息技術環境下減輕學習者認知負荷的策略，部分研究者分別從3個或其中兩個認知負荷的角度進行理論或實證研究。2005年郭兆明等的《在多媒體學習中減少認知負荷的9種方法》［15］，2009年胡慶華等的《減輕網絡學習認知負荷的策略研究》［16］，2011年李卓昆的《探究學習中降低認知負荷的策略研究—以高中信息技術課為例》［17］。這幾篇文獻分別闡述了信息技術環境下減輕認知負荷的幾種策略：減少與學習目標無關的冗余信息材料；設計學習資源導航、提供學習者選擇和組織的線索；學習材料的多種組織和呈現方式以降低信息技術環境下學習者外部的認知負荷；了解學習者的先前知識水平，提供準確豐富的“先行組織者”；提供清晰的知識結構圖，將重點內容進行標記等方式降低信息技術環境下學習者內部的認知負荷。努力讓學習者將更多的認知資源、工作記憶容量投入到更深層次的圖式構建、加工和存儲上，以提高信息技術環境下學習者相關的認知負荷。

3當前研究中存在的問題

3．1研究方法單一，缺乏實證主義研究理念通過對文獻的研讀和對研究方法的統計結果表明，近年來我國研究者對信息技術環境下認知負荷的研究大多采用文獻研究法，偏重文獻分析、理論思辨，對于思辨出來的相關模式方法還缺乏進一步的實證主義研究。而定量研究的數量較少。雖然實驗研究法也占了相當大的比重，但多數是以小范圍的樣本進行研究，因為實驗的樣本基本選自一個地區的某一所學校的某一個院系或班級，樣本缺乏普遍代表性。且其研究結果的普遍性與推廣度也有待進一步商榷。

3．2研究水平不高，缺乏持久深入的實際研究雖然做了大量的信息技術環境下對于認知負荷的研究，但是在研究內容上，研究水平普遍偏低，文章內容大同小異，缺少創新，過分偏重理論策略原則的研究，嚴重缺乏開發與應用方面的研究。理論研究只有通過實際應用才能看到效果，才能進一步促進理論策略的發展完善。同時，對于很重要的效果評價研究不夠深入，對信息技術支持下的學習研究缺乏長時間深入的后續效果評價與改進研究。沒有評價研究，就沒有相應的改進，就不會形成一個良好的循環體，研究的本身就不夠完善，缺乏可信性。

3．3具體學科遷移應用研究不夠深入、系統信息技術環境下具體學科的研究整體質量不高，研究不夠深入系統。研究不僅僅是介紹學習中技術的優勢，更重要的是找到信息技術與課程、學生最恰當的使用點，做好系統的設計。尤其是在中小學里，中小學的學習者有著思維符號性，缺少抽象思維能力，學習易受周圍環境的影響，內部與外部的認知負荷不知如何調控，這就要求我們要更加注重對中小學信息技術環境中學習者認知負荷的相關研究。

4思考與建議

4．1注重思辨研究與實證研究相結合目前，我國重理論、輕應用的現象普遍存在，這就要求研究者提高覺悟，端正研究態度，敢于創新，理論策略與實踐應用并重。在今后的研究過程中，在研究方法上應該更注重理論聯系實際，使用大樣本進行多層次研究。定量研究的基礎是實證主義，區別于我國的思辨研究，其更加重視知識的客觀性與系統性。因此，只有將思辨研究與實證研究合理運用，我們的研究才更科學可信。大多數研究者已經注意到了實證研究的重要意義，鑒于中國的國情文化，將思辨研究與實證研究相結合將是較好的研究方式。同時，也要注重信息技術環境下減輕學習者認知負荷相關策略的應用效果評價。沒有一個持續的過程評價，也就不能較好地找到研究中存在的問題，并進行及時有效的改進，提出良好的方案。只有進行持續的效果評價才能更好地促進認知負荷的研究。

4．2加強具體學科的微觀應用該領域的研究針對具體學科應用研究不夠深入系統，應注重使研究更為微觀細化，切實解決學習者學習中出現的問題。教學中運用信息技術，要有系統化的觀念，充分考慮到學生和課程在運用信息技術時能否有助于學生的學習。可運用敘事研究進行長時間深入的應用研究，這樣的研究才會有很強的實踐意義，能夠為一線教師提供具體的指導。同時專家、一線教師要共同努力，互通資源與信息資料，使信息技術環境下的學習者的外部認知負荷能夠有所提高并長期維持在一個較高水平，實現更好的學習效果。

4．3利用信息技術環境下多媒體的優勢，有效調控學習者認知負荷多媒體呈現具有形象、生動、豐富等特點，更能吸引學習者的注意力，激發他們的學習動機和興趣。因此在教與學過程中，教師應依據教學目標、教學內容以及課件的設計等相關手段來降低學習者的外部負荷；或者是通過有效利用多媒體本身的特殊性和相關的網絡學習平臺，增加學習者的相關認知負荷。對認知負荷的適當調控可以有效提高學習者的學習成績，但是對認知負荷的有效控制并不是要一味降低認知負荷，而對相關認知負荷的增加則對學習結果有利。另外，由于媒體學習本身的特殊性，外在認知負荷不能降到最低，而要保持在一定限度內，以保持其特有的豐富性、趣味性和直觀性。

4．4信息技術環境下學習資源的設計與開發應符合學習者的認知負荷學習資源是教育的基礎，是信息技術環境下學習者學習的主要內容。因此，在信息技術環境中，學習資源的設計與開發要充分考慮學習者的認知負荷，只有符合學習者的認知負荷和信息加工特點，并基于認知負荷理論，整合多種信息技術手段、良好的媒體環境及豐富的資源支持，才能夠降低學習者的外部與內部認知負荷，提高相關認知負荷。

作者：解曉嬋 單位：陜西師范大學教育學院