认知负荷理论在网络教育中的应用及启示

过去十年间,认知负荷理论（Cognitive Load Theory,以下简称CLT）已成为学习、教学领域中公认的指导理论之一。认知负荷理论以工作记忆理论和图式加工理论为基础,综合考虑学习材料的性质、学习者的知识水平及教学设计等多方面因素。本文在分析认知负荷理论的基础上,重点介绍了近期网络教育、教学中有关认知负荷研究的新成果,以期对当前网络教育的发展带来些许启示。     

认知负荷理论在教学设计中的应用及其启示

在教学设计中,认知负荷理论有助于激励学习者的学习活动、使之表现出良好的学习绩效。认知负荷理论主要依赖于以容量有限的工作记忆为核心的认知结构的支持。工作记忆包括相对独立的视觉、听觉信息加工单元,同时又与容量较大的长时记忆共同承担着对信息的贮存与理解。根据该理论,可以通过把多个信息单元编码成一个完整的认知图式,或通过自动化加工规则,或使用多媒介（多感觉通路）呈现形式等多种方法来设法规避工作记忆的有限性。此文总结了可通过样例学习增加适当的认知负荷的教育技巧,样例一精细化训练对于降低认知干扰及超负荷的影响,样例对学习者的认知负荷的影响,以认知负荷理论为基础的教学设计原则,以及基于认知负荷理论研发的教学设计在各方面业已取得的进展及其存在的问题与可能的发展趋势。     

认知负荷视角下的知识反转效应

知识反转效应研究始于20世纪90年代中期, 在认知负荷的框架下对学习者先备知识与教学方法有效性之间的交互作用进行研究, 其研究范式起源于能力倾向与教学处置交互作用模型。认知负荷理论认为知识反转效应的产生是由于高先备知识者接受冗余教学而产生了额外的认知负荷, 动机理论却认为, 高先备知识者由于冗余的认知加工而产生的负荷可能是一种动机资源负荷。在优化外在认知负荷与相关认知负荷的教学设计中发现了大量知识反转效应的实验证据, 其教学的启示意义在于需要随着学习者领域知识的不断变化适宜性地调整教学方法。未来需要在完善研究方法、拓展研究领域的基础上, 整合研究成果以建立效应发生与发展的理论模型。     

加工焦点性和任务负荷对不同认知方式大学生前瞻记忆的影响

采用双任务范式,探讨了加工焦点性和进行中任务负荷对不同认知方式大学生前瞻记忆的影响。包括两个实验:实验一探讨进行中任务与前瞻记忆任务加工的焦点性和加工类型的一致性对不同认知方式大学生前瞻记忆的影响;实验二探讨进行中任务负荷对不同认知方式大学生在在焦点加工和非焦点加工条件下前瞻记忆的影响。结果显示:焦点加工条件下的前瞻记忆成绩高于非焦点加工,且不受进行中任务负荷的影响;不管进行中任务与前瞻记忆任务的加工类型是否一致,在进行中任务负荷较高且非焦点加工条件下,场独立大学生的前瞻记忆成绩高于场依存大学生。本研究结果支持多重加工理论。     

图文横排促进低熟悉词汇再认:基于8岁儿童和成人证据

图文信息广泛存在于书面材料中,但是图文材料相对呈现位置和熟悉性如何交互影响信息加工效率,及其认知机制尚不清楚。本研究基于认知负荷理论框架,采用学习-再认范式,结合学习者的认知能力（注意、工作记忆、识字量等）,考察图文材料呈现位置（横排/竖排）和熟悉性（高/低）对32名儿童（7.89 ±0.30岁）和32名成人（22.67 ±3.48岁）词汇再认的影响。结果显示：（1）总体上,低熟悉性词汇在图文横排呈现时再认正确率较高,但高熟悉性词汇不受位置影响;（2）儿童对高熟悉性词汇的再认正确率较高,但成人对低熟悉性词汇的再认正确率较高;（3）儿童识字量越大,词汇再认速度越快;成人注意力、工作记忆广度、识字量成绩越高,再认正确率越高。结果表明,无论对儿童还是成人,外在负荷（呈现位置）和内在负荷（熟悉性）之间均存在交互作用,即外在负荷显著影响高内在负荷信息的加工,但对低内在负荷信息的加工影响较弱,验证了认知负荷理论。本研究成果为不同难度水平的教材排版设计和词汇识别学习提供了科学依据。     

具身双加工观点：解析具身效应的边界条件

为了找出具身效应在认知加工上的边界条件,在综合分析具身理论中的双加工内涵和具身实验研究中的双加工证据基础上,提出了具身双加工观点：具身效应与直觉性的一型加工更为契合,会被反思性的二型加工所抑制。具体而言,抽象思维的发展程度、认知加工的无意识状态、认知负荷和心理冲突性均可能会导致两种加工类型之间的转换,从而调节具身效应。该观点对提高具身实验操控的有效性,解决具身效应的可重复性危机具有指导意义。     

认知负荷对疼痛共情的影响:来自ERP研究的证据

先前研究表明,对他人的疼痛共情受到多种因素的调节。认知负荷对疼痛共情的调节作用尚无研究。本研究使用事件相关电位技术探究高低认知负荷对疼痛共情神经加工过程的影响。实验通过不同长度的数字串记忆任务,形成高/低两种认知负荷,要求被试在不同认知负荷条件下观看他人处于疼痛/不疼痛情境下的图片,同时记录被试的在观看图片时的EEG数据。通过比较不同条件下观看图片诱发的ERP成分发现:早期成分P2和N2上认知负荷水平与图片类型出现了显著的交互作用,即在高认知负荷下疼痛图片诱发的波幅与非疼痛图片诱发的波幅差异显著,而低认知负荷下两种图片诱发的波幅差异不显著。这表明认知负荷主要影响疼痛共情加工的早期、自动化加工阶段。相比较于低认知负荷条件下,在高认知负荷下他人的疼痛获得了更好的加工。     

虚拟学习环境下图形加工的认知负荷研究

基于单探测变化觉察和双任务范式,采用项目数量（3）×呈现时间（2）×文字线索（2）混合实验设计,对沉浸式虚拟学习环境图形加工特征和认知负荷进行探讨,以任务绩效法与主观测量法评定认知负荷。44名大学生的实验结果显示：（1）项目数量对虚拟空间图形识记主任务绩效和主观认知负荷有显著影响,项目数量越多,主任务正确率越低,反应时越长,主观评定认知负荷越高,同时加工刺激数量以4个为宜;（2）呈现时间对虚拟空间图形识记次任务绩效有显著影响,呈现时间越长,次任务正确率越高,呈现时间超过0.5s有利于次任务加工;（3）文字线索对虚拟图形识记认知负荷有显著影响,重复性文字线索会增加认知负荷。结果表明,在沉浸式虚拟环境中,图形加工的认知负荷特点与平面和三维图形基本一致,项目数量多、呈现时间短以及有重复性文字线索时,认知负荷更高;任务绩效和主观测量评定指标在反映认知负荷强度上不完全一致。     

发散性思维与幽默的认知神经机制比较——基于双加工理论的视角

在双加工理论视角下对发散性思维与幽默的认知神经机制进行了系统整理。发现二者的认知加工过程具有相似性：前期都依赖于自动化加工;而后期随着认知负荷的增加,越来越依赖控制化加工。脑机制方面：控制化加工条件下,二者的神经机制重叠部分比自动化加工条件下多,其中负责控制化加工的前额皮层是二者共同的关键脑区。未来可从两类加工协同合作的角度深入揭示发散性思维与幽默的内在机制。     

听觉警报失聪的认知因素

无意失聪是指当人们集中精神做事时,会忽略非预期的听觉刺激。这种现象在现实生活中普遍存在,它对航空和交通安全构成巨大威胁。研究者们发现高知觉和高认知负荷条件下因认知资源有限导致无意失聪。且随着负荷增加,被忽略的听觉刺激诱发的早期（N100）和晚期（P300）神经活动有所减弱。这表明非预期听觉刺激可以进入晚期加工阶段,但其能否被感知可能取决于与工作记忆相关的额顶网络的抑制控制程度。而工作记忆容量及其负荷与无意失聪关系的现有研究结果之间还存在不一致性。未来研究可以将其范式和理论拓展到其他安全生产领域,并运用认知训练等方式规避无意失聪,从而减少人因失误。     

从知觉负载理论来理解选择性注意

知觉负载理论被认为解决了选择性注意研究的早选择和晚选择观点之争。当前任务对注意资源的耗用程度决定了与任务无关的干扰刺激得到多少加工,从而导致在低知觉负载下,注意资源自动溢出去加工干扰刺激（晚选择）,而在高知觉负载下,注意资源被当前任务耗尽而无法加工干扰刺激（早选择）。知觉负载理论提出后,研究者进行了一系列研究。一部分工作专注于知觉负载对选择性注意的调节作用;另外一些工作则关注其他认知过程如何影响注意资源的分配,其中知觉负载与工作记忆负载的关系是当前关注重点。     

Processing capacity under perceptual and cognitive load: a closer look at load theory

Variations in perceptual and cognitive demands (load) play a major role in determining the efficiency of selective attention. According to load theory (Lavie, Hirst, Fockert, & Viding, 2004) these factors (a) improve or hamper selectivity by altering the way resources (e.g., processing capacity) are allocated, and (b) tap resources rather than data limitations (Norman & Bobrow, 1975). Here we provide an extensive and rigorous set of tests of these assumptions. Predictions regarding changes in processing capacity are tested using the hazard function of the response time (RT) distribution (Townsend & Ashby, 1978; Wenger & Gibson, 2004). The assumption that load taps resource rather than data limitations is examined using measures of sensitivity and bias drawn from signal detection theory (Swets, 1964). All analyses were performed at two levels: the individual and the aggregate. Hypotheses regarding changes in processing capacity were confirmed at the level of the aggregate. Hypotheses regarding resource and data limitations were not completely supported at either level of analysis. And in all of the analyses, we observed substantial individual differences. In sum, the results suggest a need to expand the theoretical vocabulary of load theory, rather than a need to discard it.     

工作记忆负荷、形状干扰对聋人与听力正常人注意捕获影响的眼动研究

通过记录和分析被试的行为和眼动指标,本研究试图探讨不同工作记忆负荷下,形状干扰对聋人与听力正常人不同视野位置上刺激信息捕获注意的异同。研究结果表明：（1）形状干扰刺激虽然没有影响被试视觉加工的认知绩效,但被试的眼动模式会由于工作记忆负荷的改变而改变,高工作记忆负荷时,有形状干扰的注视次数高于无形状干扰。（2）工作记忆负荷、视野位置影响被试视觉加工任务的完成,被试在不同视野位置的加工过程表现出不一致的眼动模式。（3）聋人视觉加工在高工作记忆负荷时存在一定的劣势,但其对不同视野位置的信息加工及形状干扰所产生的注意捕获效应与听力正常人一致。     

杏仁核对感觉刺激的情绪性加工:自动化过程和注意调控过程的整合

利用有限的认知资源应对多变的环境刺激,选择性注意和情绪加工一个重要的共同机制是优先化关键信息的加工。尽管情绪性刺激(特别是威胁刺激)能够影响注意资源的分配,但一些关键脑区(如杏仁核)的对情绪性刺激的加工是自动化过程还是受到注意调节一直是个有争议的问题。最新的结合高时间分辨率和高空间分辨率的神经生理记录研究表明,情绪加工的重要核团,杏仁核,对情绪性刺激的加工包含早期快速的不依赖于注意资源和认知加工负荷的自动化加工成分和晚期受到额-顶叶皮层自上而下的注意调控成分,这种功能整合证实杏仁核情绪性加工存在并行的皮层下和皮层通路。     

Failure to loose fear: The impact of cognitive load and trait anxiety on extinction

Exposure therapy is an effective technique for fear reduction. However, whether effective exposure requires attentional allocation to the feared situation remains a debated clinical issue. In the present study, the impact of attention allocation in extinction was investigated in an experimental conditioning study. Through a between-subjects manipulation of cognitive load, we created a condition in which participants could allocate their attention to the feared stimulus during extinction (low load condition), and a condition in which attentional allocation was impaired (high load condition). The influence of cognitive load on extinction was examined by comparing electrodermal responses and verbal ratings for the conditioned stimuli in the two extinction load conditions. The results show less successful extinction in the high load condition than in the low load condition. However, this effect was found only in low anxious participants, and it was prominent only on the skin conductance responses. The present results suggest that extinction is not automatic but requires cognitive resources.     

老年人情绪注意积极效应的发生机制

20世纪, 许多心理学家从“厄运与苦难”视角研究人晚年遭遇的身体、认知和情绪衰老, 但是近年的理论与实证研究从“老化悖论”——老年人情绪加工的积极效应——视角挑战这一“定论”。积极效应指老年人认知加工过程中比年轻人更偏好正性而非负性材料的现象。第二代社会情绪选择理论包括积极效应理论、认知控制假说和强弱整合模型3个关于认知和情绪功能年龄差异的理论模型, 特别强调了认知控制在老年人积极情绪加工中的潜在作用, 而自动化加工与控制性加工的区分则取决于注意资源配置。因此, 认知控制在老年人对积极情绪的注意加工中起重要作用。此外, 注意偏向的时间进程也是影响老年人情绪注意中积极效应的关键因素。最后, 综合以往研究构建出认知控制对老年人积极效应发生作用的注意阶段模型。未来研究可从中国老年人情绪注意加工模式、不同认知控制子成分的作用机制、提高研究生态学效度和注意的治疗品质几个方面继续探索。     

Approach motivation and cognitive resources combine to influence memory for positive emotional stimuli

Inspired by the elaborated intrusion theory of desire, the current research tested the hypothesis that persons higher in trait approach motivation process positive stimuli deeply, which enhances memory for them. Ninety-four undergraduates completed a measure of trait approach motivation, viewed positive or negative image slideshows in the presence or absence of a cognitive load, and one week later completed an image memory test. Higher trait approach motivation predicted better memory for the positive slideshow, but this memory boost disappeared under cognitive load. Approach motivation did not influence memory for the negative slideshow. The current findings support the idea that individuals higher in approach motivation spontaneously devote limited resources to processing positive stimuli.     

Neuroticism and vigilance revisited: A transcranial doppler investigation

Selecting for vigilance assignments remains an important factor in human performance research. The current study revisits the potential relationship between vigilance performance and trait neuroticism, in light of two possible theories. The first theory suggests that neuroticism impairs vigilance performance by competing for available resources. The second theory, attentional control theory, posits that high neuroticism can result in similar or superior performance levels due to the allocation of compensatory effort. In the present study, Transcranial Doppler Sonography was used to investigate the neurophysiological underpinnings of neuroticism during a 12-min abbreviated vigilance task. Performance results were not modified by level of neuroticism, but high neuroticism was associated with higher initial CBFV levels and a greater CBFV decrement over time. These findings indicate that participants higher in neuroticism recruited additional cognitive resources in order to achieve similar performance, suggesting that there is more of an effect on processing efficiency than effectiveness.     

选项框架和认知负载对风险决策的影响

本研究采用实验法探讨了选项框架和认知负载对风险决策的影响。结果发现:(1)不同的认知负载条件下,被试在正向框架下表现出风险回避,负向框架下表现出风险寻求,出现了框架效应现象;(2)相对于认知负载条件下,被试在无认知负载的负向框架下更偏好于风险选项,而正向框架下的风险偏好没有显著变化,即无认知负载条件下框架效应较强。这表明,框架效应不仅仅是启发式系统作用的结果,分析式系统也在其中发挥着重要的作用。