认知负荷理论

工作记忆 Working Memory
无限的长期记忆 Long-Term Memory
•长期记忆在人类认知结构中具有和遗传密码在生 物中同样的核心 核心作用 核心
几乎所有的人类认知活动由长期记忆 长期记忆保持的信息决定 长期记忆 学习是长期记忆中涉及信息积累的任何改变
•Байду номын сангаас期记忆的存储容量非常大（国际象棋游戏）
图式的获取是学习的主要形式但不是唯一形式
信息处理是有意识的还是自动化的， 信息处理是有意识的还是自动化的， 或者说是学习资源是理解了还是没有理解， 或者说是学习资源是理解了还是没有理解， 是什么意思呢？ 是什么意思呢？
工作记忆和与长期记忆的相互作用
有限的工作记忆 Working Memory
两大严重的限制 限制(Limitations) 限制
长期记忆的知识结构
误区：长期记忆知识的积累相当于机械学习 误区：
长 期
机械学习
(Rote learning) 导 致
记 忆 的
学习
( Learning with understanding)
Changes
实质？ 实质？……
图式结构(Schema)
图式：是一种认知结构，使人们能够根据信息将被 使用的方式对信息进行归类。 知识以图式的形式有系统的分类存储于长时记忆中 图式构建后，经过大量的实践能自动化。图式自 动化可为其它活动释放空间。自动化的图式存储 在长期记忆中可以是图表或文字的，口头的或书 面的。
认知负荷理论提出的三种认知负荷
• 外部认知负荷 外部认知负荷(Extraneous cognitive load)
由设计不当的教学引起的，忽视了工作记忆的有限性，没有重视工作 记忆资源的图式和自动化。
• 内部认知负荷(Intrinsic cognitive load) 内部认知负荷
由于元素间交互形成的负荷称为内部认知负荷，它取决于学习元素间 的交互程度(element interactivity)
2012.03.02
整合人类知识的认知 整合 结构和教学设计原则
认知负荷理论
人类的认知架构 认知架构
Human cognitive architecture
人
cognitive architecture cognitive architecture
类 的 认 知 架 构
长期记忆 Long-Term Memory
Baddeley模型认为工作记忆由一个协调中央执行系 统和两个附属子系统组成。这两个子系统是指处理 二维、三维对象的视觉空间模板和处理语音信息的 语音回路。
长期记忆与工作记忆的关系
概念分块 Concept of chunking (Miller 1956) 感觉（Sensory）记忆、工作记忆和长期记忆存储模型 (Atkinson&Shiffrin 1968) 长时工作记忆 Long-term working memory (Ericsson&Kintsch 1956)
把人类的认知与生物的自然选择进化过程相比拟： （1）教学的目的是在人类的长时忆中建立知识； （2）处理新信息时有限的工作是确保存储的大量信息发生微 小但总是增加的变化的机制； （3）因为不能获得已经组织好的信息，变化是随机的，大的 3 随机变化不可能生效； （4）鉴于没有确定变化本质的中央执行功能，随机而非预设 的变化是不可避免的。
控制元素的交互作用 (Element interactivity)
外部认知负荷
內部认知负荷
•增加相关认知负荷 增加相关认知负荷
将工作记忆资源用于图式的建 构以及图式的自动化
容量下限
教学效应
样例效应 用已经解决好的样例代替传统的问题， Worked example effect 这些样例必须认真学习。 注意分散效应 Split-attention effect 通道效应 Modality effect 多种视觉信息源之间会导致注意力分 散，用一个整合的信息源来代替多种 信息源（图片伴文字） 用口头的解释文本和视觉信息源（多 种形式）代替书面文本和图表等视觉 信息源（双通道的使用增加了有限工 作记忆的容量） 用一种信息源来代替多种能被独立理 解的信息，来减少冗余信息
• 相关认知负荷 相关认知负荷(Germane cognitive load)
被认为是一种“有效的(effective)”认知负荷。取决于图式建构和自动 “有效的 化过程的学习活动
认知负荷理论对教学设计的启示
容量上限
•降低外部认知负荷 降低外部认知负荷
避免与学习无关的活动
相关认知负荷
•管理内部认知负荷 管理内部认知负荷
工作记忆模型(Baddeley 1992) 工作记忆模型
It consists of a coordinating central executive (中央执 行系统)and two subsystems: a visuo/spatial sketchpad for dealing with two- and three-dimensional objects and a phonological lop for dealing with verbal material.
工作记忆为什么是有限的？ 工作记忆为什么是有限的？ 为什么是有限的
如：怎样浏览网页？
工作记忆在任何时候只能组合4种元素，按照 排列（ 排列（ permutation ）的逻辑：4!=24 假设工作记忆容量是10，那么10!=3,628,800 10 10!=3,628,800 假设
结论： 结论： 较小容量的工作记忆可能比大容量的更有效。 较小容量的工作记忆可能比大容量的更有效。
1.容量有限(Capacity) 只能保持信息的7个元素（Miller 1956） 7 不超过约2 通过组合、对比处理的信息不超过约2-4个元素 不超过约 2.持续时间有限(Duration) 在没有复述的情况下，工作记忆保持的内容 会在约20秒内消失(Peterson 1959) 20秒 20
处理新信息时出现的工作记忆的有限性并不 不 是偶然的，也是有相应的作用的。 是偶然
冗余效应 Redundancy effct 专业知识反效应 Expertise reversal effect
当对新学习者来说很有效的教学方法 在学习者获得更多的专业知识时无效 甚至产生相反的效果
The Cambridge Handbook of Multimedia Learning
CHAPTER 2
认知负荷理论对多媒体学习的启示
Implications of Cognitive Load Theory for Multimedia Learning _________________________ John Sweller 张 霞