信息技术环境下认知负荷研究范文

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随着20世纪90年代信息技术的深入发展，我国学者也开始关注将信息技术引入教育领域，从而研究信息技术环境下的教与学。由此，信息技术环境下的教学质量成为人们争议的热点话题。在分析影响信息技术环境下教与学效果的诸多因素中，越来越多的学者开始关注学习者内在因素对教学的影响，而学习者的认知负荷成为其中一个不可忽视的因素。认知负荷在学习过程中普遍存在，学习环境是影响认知负荷水平的重要因素之一，信息技术学习环境作为一种新型的学习环境，正在引起人们的广泛关注。国内学者关于信息技术环境下学习者认知负荷的研究工作已经开展的如火如荼，并且取得了一定的成果，在很大程度上对信息技术环境下尤其是网络环境下学习者认知负荷的后续研究工作提供了可借鉴和参考的地方。文章主要通过对CNKI数据库中有关信息技术环境下认知负荷的国内学术论文进行分析，期望从不同侧面客观地对这些成果进行总结和分析，以便我们更好地进行以后的工作。

1认知负荷理论概述

从概念上对认知负荷进行界定，不同的学者有不同的定义。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年首先提出的［1］。约翰•斯威勒认为该理论主要来源于心理学领域关于工作记忆的研究，将认知负荷定义为学习者在特定的任务执行中，个人认知系统所产生的负荷。其研究思路是：首先，提出认知负荷理论的基本观点；其次，认为“剔除冗余信息、降低目标明确性、提供有解样例”等是由认知负荷理论推导出的对教材设计的指导；然后，用这些条件下学习成绩的提高来证明认知负荷理论的存在和正确性。而Pass［2］认为认知负荷的概念需要从多个维度来定义，可以认为是学习者的认知系统在执行一个任务时所承受的负荷，而学习者的心智努力程度和学习内容的难易程度都会影响认知负荷强度的大小。还有学者从作业执行的角度，认为工作记忆的负荷状态取决于作业特性对认知资源的要求，要求较多的认知资源容易造成认知系统超负荷。所谓认知负荷理论是指同时被要求施加在工作记忆上的心智活动的全部数量，即施加到工作记忆中的待处理信息的总量。由于工作记忆的容量的有限性，当学习者要解决复杂的问题或被给予复杂的学习内容时，就会出现认知负荷的现象。认知负荷理论经过20多年的发展，已经成为继建构主义理论之后又一个对教学设计起重要指导作用的心理学理论，研究方向正从以纸张为媒介的传统学习领域转向以Web为媒介的网络学习领域［3］。因此，在信息技术环境下的教学中，我们可以将认知负荷界定为在教学过程中学生完成某项学习任务而在工作记忆上进行的心智活动所需要的全部心智能量。

2信息技术环境下学习者认知负荷的研究现状

2．1研究方法与工具

2．1．1研究资料来源该研究以中国知网数据库所检索到的文献期刊为主要资料来源，以检索项为“篇名”，检索词为“信息技术”、“网络”、“多媒体”、“计算机”、“认知负荷”；匹配为“精确”的检索方式，共搜索到相关文献89篇，剔除公告、通知、政策宣传、会议文献等不相关文献，最终筛选得到77篇文献为研究样本。其中期刊论文64篇，学位论文13篇（检索时间截止2014年12月）。

2．1．2研究方法该研究主要采用内容分析法，对检索到的关于信息技术环境下认知负荷的文献进行比较、分析、综合，从而对信息技术环境下认知负荷的研究现状进行梳理与总结。内容分析法是一种对传播所显示出来的内容进行客观的、系统的、定量的描述的研究方法［4］。该研究在整个研究过程中，严格按照内容分析法的步骤进行科学严谨地分析。具体的操作方法参见李克东教授主编的《教育技术学研究方法》一书，此处不再赘述。该研究统计分析主要采用图表结合的方法。在通读77篇文献摘要和浏览全文的基础上，先进行研究内容与主题的分类，然后按照文章发表日期、载文量和主题建立数据库，最后用图表展示数据。

2．1．3研究维度与类目单元研究维度与类目单元结合搜索相关文献内容，笔者对信息技术环境下学习者元认知策略研究现状的梳理主要从研究年限、文献来源、第一作者单位、研究方法和研究主题5个维度进行分析。各维度下又划分了相应的类目单元，其中，研究内容角度是指文章作者研究主题的切入点。

2．1．4统计工具该研究定量数据的统计、分析和图表生成均采用Excel2007软件进行处理。

2．2研究结果及分析

2．2．1研究年限分析该文统计了从2005—2014年的文献，根据图1所示的曲线，我们可以看出，国内对信息技术环境下认知负荷的研究整体呈上升趋势。从2005—2009年的变化还是相当稳定的，呈小波浪式前进；2005—2007年研究数量较少，主要集中在运用多媒体教学减少或降低学习者认知负荷以及一些相关理论研究；2008年和2009年呈稳定状态，2009年相关的研究达到顶峰。2010年文章数量有所下降，说明研究者在追逐研究热点一段时间之后开始进入反思阶段。2011—2014年，文章数量整体趋势是增加的，说明研究者开始进入更深层次的研究。从整体上来看，2008年是一个高峰期，2009年之前是逐年递增的趋势，2009年之后出现一些波动。从2011年开始研究数量急剧上升，究其原因可能是我国进入21世纪开始实行信息化改革，它的一个主要思想是利用信息技术进行学习，实施素质教育，这也在客观上对认知负荷的研究起了推动作用。同时，这也说明随着我国信息技术的不断发展、互联网的全面普及，我国实施信息技术教学的硬件条件日趋成熟，相关学习心理的研究当然就逐渐受到研究者的重视。

2．2．2文献来源分析如图2所示，从2005年第一篇关于信息技术环境下认知负荷的文章《在多媒体学习中减少认知负荷的9种方法》开始，直到2014年，共有77篇文章，博士论文2篇，硕士学位论文11篇，发表在重要以上期刊的文章24篇，其中教育技术学权威期刊《电化教育研究》上仅发表了1篇，大多数文章来源均是一般期刊。可见目前国内对信息技术环境下学习者认知负荷的研究仍处于较低水平，缺少对该领域较深入的研究与探索。

2．2．3第一作者单位分析从第一作者所在单位与所处地区可以分析出我国对信息技术环境下学习者认知负荷研究的地域差异。由表1可知，非师范类高校对于认知负荷的研究是最多的，比例达到53％。与此同时，师范类高校对该领域的研究也比较多，有23篇，占总的研究样本的30％，这说明信息技术环境下的教与学已经成为高校里面一种重要的教学方式，而且各种类型的高校都意识到对认知负荷研究的重要性与必要性。中小学对信息技术学习环境下认知负荷的研究比较少，只有4篇文章。究其原因，可能有以下两点：一是因为中小学教师注重教学，对于研究的渴望不够，认为“搞研究、写论文”不属于自己的工作范畴；第二个原因是中小学虽然也应用信息技术教学，但大多数情况下仍然是师生面对面进行教学，把网络、多媒体教学当作课堂的辅助工具与方法，所以中小学对信息技术环境下认知负荷的研究没有给予相当的重视。同时我们还可以看出，东部与中部地区的文章发表数量明显高于西部地区的发表数量，这一方面是由于东部的学校数量比西部多；另一方面也说明了信息技术环境下认知负荷的研究受当地经济发展水平的影响。

2．2．4研究方法分析通过对研究方法的统计分析可以看出：我国对于信息技术环境下学习者认知负荷的研究大多数使用的是文献分析法，占总量的49％；实验研究法有18篇，占总量的21％；案例分析法占样本总数的16％；混合研究占8％；调查研究占6％（如图3所示）。通过对比研究发现，关于信息技术环境下认知负荷方面的研究，大部分研究者采用的是思辨研究，他们大多数是基于个人的思考和见解提出相关的策略。实验研究法排在了第二位，研究者采用实验研究法大多是在实验中设计各种干预对实验过程进行控制，然后通过问卷、访谈、测试等研究工具进行数据的收集统计分析，得出对比结果，来说明信息技术环境中认知负荷的重要性。排在第三位的是案例分析法，采用此方法的研究者多数是根据某一案例来说明认知负荷理论在某类课程的设计原则中的作用或者是某一类设计在具体案例中的应用分析。另外，调查研究法和混合研究法也被应用到本领域的相关研究中。但是通过分析可以发现，国内学者也逐渐意识到定量研究的重要性。如调查研究、实验研究、混合研究，等，虽然和文献研究法相比还是较少，但从其数量上可见，国内研究者也开始重视定量研究。定量研究的基础是实证主义，区别于国内的思辨研究，我国研究者已经开始重视知识的客观性。只有将思辨研究与实证研究合理运用，我们的研究才更科学可信。

2．2．5研究主题分析研究主题分析，结果如表2所示。①认知负荷理论述评。在所有的研究样本中，与认知负荷理论述评相关的文献仅有两篇，占2．3％，且均属于综述类文献，虽在一定程度上涵盖了国内所有研究状况，但研究还不够细化和全面，且缺乏有效的数据支持，不能明确地反映当前研究状况和研究方向。如：2009年张建波的《认知负荷理论在网络教育中的应用及启示》［5］在对过去十年认知负荷理论介绍的基础上，对当前网络教育、教学中有关认知负荷研究的新成果进行归类分析，但划分的类型还不够细致和全面；2014年方中玉的《网络学习环境下学习者认知负荷的研究进展及启示》［6］则通过对已有研究成果的梳理，提出相关的启示建议，并无量化的数据佐证。整体而言，笔者认为研究者须重视该领域的理论述评，有必要对国内关于信息技术环境下学习者认知负荷的研究进行重新梳理，并分类统计，得出量化的统计结果，弄清当前国内的具体研究状况和趋势，以便为后续的研究提供借鉴和指导。②学习资源的设计研究。该分类领域所占比例居于首位，比例高达31．2％。说明研究者对资源设计这一领域的相关研究还是比较重视的。笔者在对相关文献研读分析的基础上，认为信息技术环境下该领域的研究主要分为网络课程、多媒体软件两大方面。代表性的文章有：2009年罗群英等的《基于认知负荷理论的网络课程设计》［7］和祁玉娟等的《认知负荷理论在多媒体软件设计中的应用分析》［8］，这两篇文献都是以认知负荷理论为基础，从内在认知负荷、外在认知负荷和关联认知负荷三方面出发，分析学习者在网络课程、多媒体软件中产生认知负荷的内在原因，说明网络课程和多媒体软件的设计均要以学习者的认知特性为基础，并从学习者、信息内容和媒体类型三个方面探讨了基于认知负荷理论指导下的信息技术环境下学习资源设计的基本规律。还有2014年张晓君等的《认知负荷理论视角下的微课程多媒体课件设计》［9］，从认知负荷理论视角，分析了学习过程中的认知负荷情况，并结合大量实例，实践了降低原生性认知负荷、无关性认知负荷，以及提高相关性认知负荷的策略和方法，实现了认知负荷在微课程课件设计中的导向性作用。③具体学科中的应用研究。通过对研究文献的统计分析，可以看出有26．2％的文献是研究信息技术环境下具体学科的认知负荷，仅次于学习资源设计研究。其中所涉及的方向有英语，数学、生物、信息技术、多媒体，等。例如：2014年岑伟的《认知负荷理论下信息技术与高中数学的整合基点》［10］，借助于认知负荷理论的基本原理，以认知负荷为基点，将信息技术融合于数学课堂教学，以建构高效课堂。2013年黄文韬的《从认知负荷理论谈提高多媒体在英语语法教学的实效性》［11］，从认知负荷理论出发，结合认知理论和认知超载现象，探讨如何在多媒体教学过程中合理分配基本加工，降低认知负荷，以提高多媒体在教学中的实效性。虽然在这一领域的研究涉及很广，但很多研究比较浅显，不够深入系统，而且大多数文献都发表在一般期刊上。同时也应注意到信息技术环境下学习的局限性，恰当应用是关键。④影响因素研究。目前我国关于认知负荷影响因素的研究已取得相当成果。通过研读文献，笔者认为大多数研究者以认知负荷理论为基础，以网络环境和多媒体环境为媒介，围绕教学设计、学习过程等领域中的认知负荷影响因素，分别从认知负荷的三种类型和认知负荷的结构模型这两个角度开展了大量的实验。代表性文章有：2009年李金波的《网络学习环境中影响学习者认知负荷的因素》［12］和2010年李金波的《网络学习者状态元认知对认知负荷影响的实验研究》［13］，通过模拟网络化学习实验和网络环境下的双任务实验，探讨网络学习环境中影响认知负荷的主要因素、人机交互过程中以及网络学习过程中状态元认知对学习者认知负荷的影响。研究发现任务特征中的任务复杂性、时间压力和个体特征中的作业自我效能、状态元认知对认知负荷均有显著影响。还有关于信息呈现方式以及与经验水平、认知风格、元认知监控活动等的交互作用对学习者认知负荷影响等的相关研究。例如：2009年王文智的《基于认知负荷理论的多媒体教学呈现原则探讨》［14］，主要以认知负荷理论与多媒体学习的认知理论为基础，从人类的认知学习机制出发，通过实验研究提出了多媒体信息设计的原则，并对每一条设计原则梳理了相应的实验依据和应用建议，为以后的研究应用提供借鉴和指导。⑤减轻认知负荷的相关策略研究。通过研究主题分析可以看出，有关这一领域的研究并不多，比例为18．2％。在信息技术环境中，根据认知负荷理论的观点，不仅要考虑降低外在、内在认知负荷，还要增加相关认知负荷，同时在保持信息技术环境的独特优势情况下，通过认知负荷的适当控制达到学习结果的最优化。通过文献研读，笔者发现大部分研究者侧重从单一地降低外在认知负荷角度研究信息技术环境下减轻学习者认知负荷的策略，部分研究者分别从3个或其中两个认知负荷的角度进行理论或实证研究。2005年郭兆明等的《在多媒体学习中减少认知负荷的9种方法》［15］，2009年胡庆华等的《减轻网络学习认知负荷的策略研究》［16］，2011年李卓昆的《探究学习中降低认知负荷的策略研究—以高中信息技术课为例》［17］。这几篇文献分别阐述了信息技术环境下减轻认知负荷的几种策略：减少与学习目标无关的冗余信息材料；设计学习资源导航、提供学习者选择和组织的线索；学习材料的多种组织和呈现方式以降低信息技术环境下学习者外部的认知负荷；了解学习者的先前知识水平，提供准确丰富的“先行组织者”；提供清晰的知识结构图，将重点内容进行标记等方式降低信息技术环境下学习者内部的认知负荷。努力让学习者将更多的认知资源、工作记忆容量投入到更深层次的图式构建、加工和存储上，以提高信息技术环境下学习者相关的认知负荷。

3当前研究中存在的问题

3．1研究方法单一，缺乏实证主义研究理念通过对文献的研读和对研究方法的统计结果表明，近年来我国研究者对信息技术环境下认知负荷的研究大多采用文献研究法，偏重文献分析、理论思辨，对于思辨出来的相关模式方法还缺乏进一步的实证主义研究。而定量研究的数量较少。虽然实验研究法也占了相当大的比重，但多数是以小范围的样本进行研究，因为实验的样本基本选自一个地区的某一所学校的某一个院系或班级，样本缺乏普遍代表性。且其研究结果的普遍性与推广度也有待进一步商榷。

3．2研究水平不高，缺乏持久深入的实际研究虽然做了大量的信息技术环境下对于认知负荷的研究，但是在研究内容上，研究水平普遍偏低，文章内容大同小异，缺少创新，过分偏重理论策略原则的研究，严重缺乏开发与应用方面的研究。理论研究只有通过实际应用才能看到效果，才能进一步促进理论策略的发展完善。同时，对于很重要的效果评价研究不够深入，对信息技术支持下的学习研究缺乏长时间深入的后续效果评价与改进研究。没有评价研究，就没有相应的改进，就不会形成一个良好的循环体，研究的本身就不够完善，缺乏可信性。

3．3具体学科迁移应用研究不够深入、系统信息技术环境下具体学科的研究整体质量不高，研究不够深入系统。研究不仅仅是介绍学习中技术的优势，更重要的是找到信息技术与课程、学生最恰当的使用点，做好系统的设计。尤其是在中小学里，中小学的学习者有着思维符号性，缺少抽象思维能力，学习易受周围环境的影响，内部与外部的认知负荷不知如何调控，这就要求我们要更加注重对中小学信息技术环境中学习者认知负荷的相关研究。

4思考与建议

4．1注重思辨研究与实证研究相结合目前，我国重理论、轻应用的现象普遍存在，这就要求研究者提高觉悟，端正研究态度，敢于创新，理论策略与实践应用并重。在今后的研究过程中，在研究方法上应该更注重理论联系实际，使用大样本进行多层次研究。定量研究的基础是实证主义，区别于我国的思辨研究，其更加重视知识的客观性与系统性。因此，只有将思辨研究与实证研究合理运用，我们的研究才更科学可信。大多数研究者已经注意到了实证研究的重要意义，鉴于中国的国情文化，将思辨研究与实证研究相结合将是较好的研究方式。同时，也要注重信息技术环境下减轻学习者认知负荷相关策略的应用效果评价。没有一个持续的过程评价，也就不能较好地找到研究中存在的问题，并进行及时有效的改进，提出良好的方案。只有进行持续的效果评价才能更好地促进认知负荷的研究。

4．2加强具体学科的微观应用该领域的研究针对具体学科应用研究不够深入系统，应注重使研究更为微观细化，切实解决学习者学习中出现的问题。教学中运用信息技术，要有系统化的观念，充分考虑到学生和课程在运用信息技术时能否有助于学生的学习。可运用叙事研究进行长时间深入的应用研究，这样的研究才会有很强的实践意义，能够为一线教师提供具体的指导。同时专家、一线教师要共同努力，互通资源与信息资料，使信息技术环境下的学习者的外部认知负荷能够有所提高并长期维持在一个较高水平，实现更好的学习效果。

4．3利用信息技术环境下多媒体的优势，有效调控学习者认知负荷多媒体呈现具有形象、生动、丰富等特点，更能吸引学习者的注意力，激发他们的学习动机和兴趣。因此在教与学过程中，教师应依据教学目标、教学内容以及课件的设计等相关手段来降低学习者的外部负荷；或者是通过有效利用多媒体本身的特殊性和相关的网络学习平台，增加学习者的相关认知负荷。对认知负荷的适当调控可以有效提高学习者的学习成绩，但是对认知负荷的有效控制并不是要一味降低认知负荷，而对相关认知负荷的增加则对学习结果有利。另外，由于媒体学习本身的特殊性，外在认知负荷不能降到最低，而要保持在一定限度内，以保持其特有的丰富性、趣味性和直观性。

4．4信息技术环境下学习资源的设计与开发应符合学习者的认知负荷学习资源是教育的基础，是信息技术环境下学习者学习的主要内容。因此，在信息技术环境中，学习资源的设计与开发要充分考虑学习者的认知负荷，只有符合学习者的认知负荷和信息加工特点，并基于认知负荷理论，整合多种信息技术手段、良好的媒体环境及丰富的资源支持，才能够降低学习者的外部与内部认知负荷，提高相关认知负荷。

作者：解晓婵 单位：陕西师范大学教育学院