认知负荷理论终极指南

努力学习新技能或新概念几乎是每个人都经历过的事情。对于某些人来说，这种斗争加剧了，尤其是当信息以压倒他们的思想的方式呈现时。如果这听起来像你的一个学生，你可能需要研究认知负荷理论（CLT）。

CLT是一个框架，它解释了我们的大脑如何处理信息，并提供了有关如何设计学习计划的有用提示。一旦你了解了认知负荷如何影响学习，你就可以使教育实践更加有效和高效。

继续阅读以了解有关认知负荷理论的所有知识。

什么是认知负荷理论？

认知负荷理论（CLT）由澳大利亚教育心理学家约翰·斯韦勒在20世纪80年代后期提出。它建立在先前对认知架构的研究基础上，指出我们的工作记忆能力有限。实际上，它一次只能处理 7—9 个信息块。

另一方面，长期记忆具有巨大的容量。它存储了称为架构的有组织的信息结构。CLT 的主要目标是帮助设计能减轻学生工作记忆负担的课程，使他们能够有效地将信息传递到长期记忆中并构建架构。

要理解 CLT，我们必须首先了解信息处理模型，该模型描述了信息如何通过我们的认知系统流动。该模型有三个主要阶段：

• 感官记忆： 在传递之前，可以短暂保存 3—7 个单位的感官信息（如景象和声音）。
• 工作记忆： 这是有意识的处理发生的地方。新信息暂时留在这里，也是我们从长期记忆中检索相关信息的地方，以了解我们正在学习的内容。
• 长期记忆： 这是我们无限和永久的知识、事实和经验存储系统。

由于我们的工作记忆一次只能处理有限数量的信息，因此超出其容量将导致认知过载。结果，学生难以学习新的技能或概念。

该理论基于认知负荷的三个核心原理：内在负荷、外部负荷和相关负荷。

根据CLT的说法，教师必须优化教学设计中的所有三个原则，以实现有效的学习。内在负荷应与学习者的专业知识相匹配，外部负荷应最小，相关负荷应最大化，以促进架构构建和自动化。

认知负荷的组成部分

以下是认知负荷理论中涉及的三种类型的认知负荷。

内在认知负荷

内在认知负荷是所学材料的复杂性。它取决于学生必须同时处理的元素数量才能解决问题，以及这些元素相互作用的方式。

但是，内在负荷是不可避免的，因为它取决于任务本身。这就是为什么应将具有高内在负荷的任务分解成较小的、可管理的部分，以匹配学习者的专业水平。

例如，求解微积分问题可能具有更高的内在负荷，因为它具有复杂的方程和多个相互作用的变量。同时，求解像 4+4 这样的简单加法问题具有较低的内在负荷，因为它的元素较少。任何方程都可以变得更简单，以使内在负荷与学生的能力相匹配。

外在认知负荷

这种负荷是由设计不当的学习材料或干扰造成的。它无助于学习，可以通过更好的设计来避免。学习材料应清晰地呈现信息，使用视觉效果并消除干扰。

例如，学生在处理背景噪音的同时尝试从大量文本的幻灯片中学习几何将面临很高的外来负担。结果，它们将没有足够的内存容量来处理固有和相关负载。

Germane 认知负荷

Germane 负荷是指在长期记忆中构建和自动化架构所花费的精力。这实际上是增强学习能力的 “生产力” 负担。

教师可以通过告诉学生将光合作用等新概念与先前的植物生物学知识联系起来来培养相关负担。诸如 “这与我们上周研究的内容有何关系？” 之类的提示让学员更有效地记住信息。

与固有和外部负荷不同，相关负荷不必受到限制。实际上，应将其最大化以提高架构构建的效率，尤其是在减少外来干扰的同时。

不同认知负荷之间的相互作用

要正确实现认知负荷理论，你必须了解这三种类型的认知负荷在我们的工作记忆中是如何相互作用的。简而言之，它们是添加剂。这意味着在任何给定时间工作内存上的总负载都是所有三个负载的总和。

为了使教学设计有效，你需要平衡这些负荷。由于固有负荷取决于材料的复杂性，因此我们无法直接对其进行更改。但是，我们可以通过使用正确的教学策略来管理它（我们将在后面讨论）。

另一方面，可以而且应该尽可能减少外来负荷。那是因为它妨碍了有效的学习。

最后，我们希望最大限度地提高相关负荷——这是真正有助于学习和专业知识发展的负担。

对学习和教学设计的影响

通过了解我们的大脑如何处理不同类型的认知负荷，教师和设计师可以使用某些技巧来提高学习效率。以下是如何在学习和教学设计中考虑认知负荷理论的方法。

管理固有负荷

在根据学生的能力调整内在负荷时，要记住以下一些核心原则。

• 效果示例： 为问题提供分步解决方案可以帮助学员了解如何自己解决类似的问题。
• 完成问题效果: 教师还可以通过渐进的方法提高学生解决问题的能力。从已经解决了一些步骤的问题开始，然后让学生填补空白。然后，随着学生能力的提高，删除更多步骤。
• 分段：将复杂的信息分解成更小的、可管理的部分，以减少认知负荷并使其更易于理解。
• 预训练： 在介绍复杂的材料之前，请确保您的学生对某个主题有基本的了解。

减少外来负荷

以下是减少外来负载时要记住的一些核心原则。

• 注意力分散效应： 当学习者必须将注意力分散在多个信息来源（例如，图表和单独的解释性文本）之间时，就会产生这种影响。最好将文本集成到图表中，而不是单独呈现它们。
• 冗余效应： 不必要的重复信息，例如相同的文字和旁白，可能会使学生的工作记忆超负荷，而不会增加价值。
• 连贯性原则： 你可以去掉那些会分散核心主题注意力的无关的图像、声音或细节，让你的课程更加连贯。
• 信号原理： 使用视觉或听觉信号（粗体文本、箭头或突出显示）将学生的注意力集中在关键点上。 最近的研究 已经表明，信号可以极大地提高学生的理解能力。
• 空间和时间连续性原则： 根据这些原则，相关信息应在太空中近距离呈现 和 时间。
• 模态原理： 与单独依赖一个通道相比，同时使用视觉和听觉通道（双模式）可以减少认知负担。

增加Germane负荷

以下是一些在最大化相关负荷时要记住的提示。

• 自我解释： 鼓励学员用自己的话总结所学内容。您还可以使用提示要求学员解释不同信息之间的关系。
• 主动召回和检索： 主动召回和检索意味着主动记住内存中的信息，而不是简单地重新读取信息。你可以通过测验和间隔重复来鼓励这一点。一个 最近的荟萃分析 发现检索练习提高了学习成果，平均效果大小为0.70。
• 提问技巧： 您可以通过提出开放式问题和鼓励同行讨论来鼓励学员对材料进行批判性思考。

将课盒与 CLT 集成

真正的问题是，我们如何在现实世界的教学场景中实际使用认知负荷理论？使用诸如此类的工具 课程箱，您可以轻松地在不同的学习环境中应用 CLT。

首先，Coursebox 可以有效地简化内容交付以减少外来负荷。由于它具有用户友好的界面，因此几乎没有干扰。这意味着学习者可以专注于学习材料，而不是浏览复杂的布局。

另外，Coursebox 允许教师 创建结构化和分段的课程。它允许教师将复杂的主题分解成更小的、可管理的部分，这是一种提高理解力和记忆力的CLT方法。

课盒支持 多媒体集成。这意味着教师可以通过整合视觉和叙事来遵循模态原则，从而更有效地使用学生的工作记忆。

最后，Coursebox 有许多交互式元素，例如 测验、讨论区和游戏化活动。教师可以利用它来提高相关负荷并鼓励学员积极参与教材。

结论

如果说我们可以从认知负荷理论中学到什么，那就是：在学习新技能和概念时，我们的大脑带宽有限。这就是为什么智能教学设计对有效学习如此重要的原因。

对于那些希望应用这些原则并创造有效的学习体验的人，Coursebox 有一整套工具可以简化流程。Coursebox 具有旨在减少外来负荷、管理固有负荷和最大化相关负荷的功能，可以帮助您创建引人入胜的、对大脑友好的课程。现在就开始吧！