你是否经常会觉得在同一时间内进行多项作业而感到心有余却力不足？Sweller[1]提出认知负荷理论来解释这一现象，其主要观点认为人类的认知结构由工作记忆和长时记忆组成。长时记忆的储存量很大，几乎所有人类认知互动和学习都是由长时记忆保持的信息决定的；而工作记忆的容量十分有限，一次只能储存大约7±2个组块。学习和问题解决过程需要消耗认知资源，当所需资源总量超过工作记忆资源总量时，学习将会变得低效甚至无效，这种情况被称为认知超载（cognitive overload）[2]。认知负荷理论包含三种认知负荷类型：（1）外部认知负荷：由设计不当的教学引起的，忽视了工作记忆容量的有限性，没有重视工作记忆资源的图式和自动化；（2）内部认知负荷：由元素间复杂程度引起的（学习材料的复杂度），越复杂，认知负荷越大；（3）相关认知负荷：被认为是一种有效的认知负荷，取决于图式建构和自动化过程的学习活动[3][4]。相关认知负荷非但不会阻滞认知加工，反而能促进有效的认知加工，因此相关认知负荷又称为有效认知负荷[5]。
认知负荷理论经过不断的发展，已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[6]。值得一提的是，受到2020年爆发的新冠疫情影响，教育部通知全国各级各类学校对学生实施全面开展网上教学的措施，这促使网上教学也成为了一种不可避免且较为便利的教学方式。目前网络技术发展迅猛，在教学过程中各种网络教学软件和学习软件也备受当代学生和家长们的青睐。因此，在考虑认知负荷对传统课堂教学影响的同时，也要关注其对网络教学产生的影响，及其如何使认知负荷对网络教学的负面影响降到最小，以实现网络教学优势的最大化。
一、认知负荷对教学的影响
（一）认知负荷对课堂教学的影响
课堂教学一直是教师的首选和能够熟练掌控的传统教学方式，但也不可避免地会受到认知负荷的影响。认知负荷的三种类型会对课堂教学产生不同的影响，接下来笔者将逐一进行介绍。
1. 外部认知负荷在课堂教学中的体现
在外部认知负荷上，主要体现在教师的教学展示方面，包括多媒体设计或传统的粉笔板书设计。例如，在课堂教学中，有些青年教师喜欢使用华丽的页面，制作动画效果繁多的PPT。但过度动感绚丽的音效和纷繁的图片会耗费学生大量的精力，增加其外部认知负荷量，分散了学生对重点知识的注意。这会导致学生外部认知负荷增加，学习注意力下降，学习效果不好，产生冗余效应（在认知负荷理论的框架内，任何不需要学习的信息都是冗余信息）[7]。其次，在课堂教学中，教学环境不良所带来的外部认知负荷也会对学生学习产生影响。教室附近的施工环境会带来很大的干扰，占用了学生听觉上的工作记忆资源。这会使学生用于听课的工作记忆容量减小，工作记忆负荷增加，降低教学的效果。
2. 内部认知负荷在课堂教学中的体现
内部认知负荷在课堂教学中主要表现在：（1）学习材料的复杂程度（元素交互性）。一般来说，在一节时长40分钟的课堂教学中，讲授的知识数量越多、难度越高，材料涵盖的信息要素及其内涵的交互关系就会越复杂。学生难以捋顺新旧知识间的联系，很难形成自己的知识图式。由此导致学生投入的心理资源增多，内部认知负荷变大。（2）呈现学习材料的顺序。教师讲授一堂课时，如果从头到尾全是重点和难点，不分先后顺序，那么学生在接收这么多重点知识时会感到认知超载，难以消化，当学习后呈现的知识时容易把前面的知识遗忘掉。（3）知识接受者的原有知识经验水平。每一个人的知识接受水平存在差异：有的学生知识水平较高，已有的知识经验相对较多；而有的学生基础较差，已有知识经验不足。因此，在实际的教学中如果没有充分考虑到这一点，会导致基础较差的学生的内部认知负荷过高，学习信心和动机下降。
3. 相关认知负荷在课堂教学中的体现
影响相关认知负荷的因素主要是对学生的外在评价和个体的内在特征。外在评价包括家长、教师以及同学的评价。一般来讲，教师在课堂教学过程中给学生的负性评价会使其相关认知负荷降低。学生的个体特征则主要表现为学习品质和习惯、注意力、心理承受能力、认知风格，学习动机以及学习策略等。另外，学生学习的投入度是影响相关认知负荷的重要因素，而学习的投入度和学生的心流体验是密切相关的。心流指个体完全投入到活动中，以致不关心外界对自己的看法但同时仍对活动有极强的控制感[8]。在学习过程中，心流可以使得学生将自身的认知资源投入于理解和加工学习材料，注意力十分集中，感觉时间过得很快[9]。当学生经历了心流体验后，为了再次感受到这种美好的感觉，会主动卷入相似的学习活动中，即学习的内部动机提升[10]。简言之，心流是促进学生学习动机的一个十分重要的情感体验，如果教师在教学设计过程中难以激发学生的学习投入度，无法产生心流体验，也会使得学生的相关认知负荷降低，导致学生无法启动学习动机，学习效率低下。
（二）认知负荷对网络教学的影响
随着网络的快速发展，线上的网络授课也成为了常见的学校教学方式。2020年初的一场疫情使得网络教学成为唯一适合居家教学的方式。网络教学和现场教学同为教师教学的方式，但有着相同和不同之处。只有准确把握二者的异同点，才可以更具有针对性地把认知负荷理论应用到实际教学中。
1.网络教学和课堂教学的异同
首先，网络教学和课堂教学存在相似之处。第一，不管哪种教学方式，多媒体的设计都是必不可少的，因此由PPT设计不良所带来的外部认知负荷对两种教学的影响是类似的。第二，材料间的元素交互性导致的内部认知负荷也会对网络教学产生影响；第三，在网络教学中，学生个体因素和外界评价也会影响相关认知负荷。
其次，两种教学方式的区别主要表现在四个方面。第一，课堂教学可以和学生实时互动，教学氛围比较容易调动；而网络教学无法很好地与学生实时互动，经常出现教师“自言自语”和“扔颗石子溅不出任何水花”的现象。第二，课堂教学可以随时观察学生的听课状态，根据学生的听讲情况来随时灵活地改变讲课方式。而网络教学中，教师与学生不是面对面地状态，因此教师无法实时掌握学生的听课动态。第三，课堂教学不会受到网络信号质量差的影响，教师可以流畅地和学生进行同步的交流。而网络教学对网络设备的要求比较高，一旦网络中断，学生和教师无法交谈，因而造成课堂时间不够用，降低教学效率。第四，课堂教学没有直播模式，学生必须在有限的时间内认真仔细地听讲，这也造成了可能有些知识图式不完善的学生无法跟上老师的进度，课下也无法重复听。而网上直播教学是一种常用的教学渠道，这可以使学生课下重复观看学习，不断巩固新的知识，随时都能共享学习资源。
2.网络教学中影响认知负荷的因素
影响网络教学认知负荷的因素主要有：其一，外部认知负荷：首先，网络信号差、在不同的网络教学平台间的转换所造成的学习疲乏均会导致外部认知负荷较高。由于网络教学具有不限教学地点的特点，学生可以自主选择上课环境。如果书桌上与学习无关的物品过多，或躺在床上听课都会十分影响学习的注意力和投入度。其次，一些很少接触网络教学和年龄过大的教师很难再短期内掌握网络教学的正确方法，缺乏熟练性和把控性，易产生“焦虑感”和“失控感”[11]。这使得教学过程可能会出现失误和难以解决的困难，导致在网络教学中没有很好地把知识传达给学生，使其外部认知负荷增加。
其二，内部认知负荷：网络教学中教师通过电脑屏幕共享课堂教学，以“言传”加多媒体呈现的方式来讲授。由于缺乏“身教”，再加上如果教学材料的呈现缺乏系统性和结构性，学生需要花费更多精力用于新知识的组织，这必然会增加学生的内部认知负荷。
其三，相关认知负荷：在网络教学过程中，学生自身因素的影响比课堂教学中更大。自律性低的学生在没有老师的实时监控情况下，无法全身心投入到网络教学学习中。注意力容易分散，相关认知负荷降低。此外，大部分学生都是在个体的基础上进行网络听课，缺少与同伴的交流与学习。来自同伴的鼓励和正向评价减小，易使相关认知负荷降低，学习效果不佳（见图1）。
二、认知负荷理论视角下对课堂和网络教学设计的启示
认知负荷的总量是三种认知负荷的相加，故想要在教学过程中有效地运用认知负荷理论来提升教学效果，应尽可能降低学习者的内外认知负荷。但是，由学习材料和内容结构的认知难度带来的内部认知负荷，很难仅通过组织和呈现方式的设计而得以改善，除非改变学习材料或者任务本身。因此，只能通过降低外部认知负荷的方式来减轻总的认知负荷[12]。此外，还需要在有效范围内合理有效地管理内部认知负荷，并不断增加相关认知负荷。
（一）针对课堂教学采用认知负荷的相关措施
1. 降低外部认知负荷。首先，教师在设计多媒体教学时要主次分明，把重点放在对知识讲解的过程上，而非PPT的精美制作上，可以呈现少量简洁的精美设计。合理的教学设计与呈现可以降低外部认知负荷与内部认知负荷，并增加相关认知负荷，优化提升学习效果的路径，使多媒体教学设计达到较好的效果[13]。其次，教师在给学生呈现学习材料时，需将相关的学习信息预先整合，形成物理整合替代心理整合的方式[14]。它不仅可以帮助学生从宏观上把握学习内容，理清新旧知识的交互关系；更能将学生的注意资源集中于关键部位，着力解决重、难点问题。此外，教师要根据自身特长和教学风格，结合教学内容特征与学生自身特点等因素，综合考虑和仔细衡量，选取最佳的教学方式进行优化组合，以达到最优教学效果。但也不可为追求教学模式新颖，而忽略放弃传统讲授法等最基本的方法。最后，采用注意集中原则，减少学生视觉搜索的时间。由于在视觉元素信息的组织上，要遵循一定的视觉搜索原则。因此，通过利用这一原则可使学习者以最短的视觉搜索线路找到所需知识，减少注意力分散的时间[15]。这样既可使得学生在有效的课堂时间内获得完整的知识，还可以缩减其余的时间，减少外部认知负荷，实现课堂教学获取知识的最大化。
2. 有效管理内部认知负荷。首先，管理和优化空间工作记忆的认知次序，精选学习材料，避免冗余信息。通过视觉空间信息的次序规整化，给学生提供容易匹配记忆图式的空间结构[16]。在内部认知负荷较高时可有效避免随机排布带来的杂乱感和冗余性，内部认知负荷过低时可丰富视觉空间结构。在教学重点内容较多的情况下，教师要精选重点内容，减少知识的拓展和补充，删除冗余信息，为学生减负。其次，教师需要兼顾学生个体差异，因材施教。教师要根据班级学生的元认知水平来制定针对性的差异化引导策略，为他们提供符合各自认知发展程度的个性化教学内容。根据首因效应和近因效应，教师在教学时最好把重点和关键的知识放在一堂课的最开始或结束时。而且要遵循由易到难、由简入繁、层层递进的原则加以处理，以适应学生的认知发展能力，从而最大限度地减少外部认知负荷的干扰[17]。
3. 增加相关认知负荷。最重要的是要激发学生的学习动机和热情，增加心流体验。其一，激发学生的内在学习动机，促使其提高自我效能感，这对增加其相关认知负荷非常重要。要想有效激发学生的内部动机，教师可以运用幽默欢快的讲课方式，设置贴近实际生活的课堂情景，创设和谐民主、积极主动的课堂氛围，使学生发自肺腑地转变对传统课堂的态度。这使学生学习的过程不再枯燥乏味，而是提升知识、发展能力和趣味横生的体验过程。学生无需教师的外部督促，便能自愿主动地去积极努力。此外，教师也要对于学生的进步给予及时的鼓励和认可，以促进其自身成就感的获得。另外，进一步增强学生心理与情感的投入度，促进相关认知负荷需求的增加，并抵消内、外部认知负荷产生的困扰，成为学习效果的倍增器[18]。
其二，若增加相关认知负荷，需要确保学习者愿意并能有效投入认知。在教学设计时要主动唤醒、引发学生的认知投入，获得心流体验，提高学习表现。值得注意的是，专家反向效应表明，认知负荷效应是否有效很大程度上取决于学习者的知识经验水平。同一认知负荷效应对于低知识经验学习者行之有效，对于高知识经验的学习者可能不是那么有效甚至会得到相反的结果[19]。因此，在组织教学设计时，要充分考虑到学习者的认知水平。教师可使用变异任务策略来增加相关认知负荷，即在设计学习任务时，对学习任务本身及其呈现方式予以变异。在采用这种策略时，要根据学生的认知水平而慎用。如果学生的认知水平较高，那么使用变异任务策略可以有效唤醒、激发认知主体，引发其投入更多的心理努力，从而增加相关认知负荷；但倘若学生的认知水平较低，使用这种策略非但不能增加相关认知负荷，反而极可能会额外增加外部认知负荷，进而阻碍认知活动的发展[20]。
总之，在学校教学中，教师不仅要以教学任务为重，同时也要多方位考虑学生的认知负荷情况。运用认知负荷理论，制定合适的教学设计和教学计划，合理安排学习材料容量与时间，科学有序呈现学习知识。只有做到以学生为中心的教学，充分考虑和了解学生的认知水平和实际学习情况，才会使学生的学习效果达到更高的水平（见图2）。
（二）认知负荷理论对实施网络教学的启示
正如前文提到的，网络教学中也会有一些因素影响到认知负荷。只有很好地将这些不良因素的影响降到最小，才会使网络教学成为一种有效的教学方式。因此，针对有效促进网络教学的策略，笔者认为通过四个层面来改善网络教学过程中产生的认知负荷，具体如下：
1. 社会层面：加强教学软件研发及教师教学技能培训。网络教学缺乏现场感，如何与学生互动交流，对每位教师来说都是一个挑战，是对教师教学技能和教学经验的双重考验。可通过开展网络教学技能比赛、设立网络教学专项基金项目等方法，激发教师网络教学积极性和效能感，充分发挥网络信息化资源的优势[21]。此外，软件开发团队需要不断改进教学软件的不足。例如一些软件的直播功能有时会出现黑屏、反应迟钝的现象，甚至有时无法准确记录学生观看直播的时长，使老师误以为学生没有认真地在线看直播。
2. 学校层面：提供多样化教学平台，帮助教师合理选择教学平台。教师需要针对自己的课程属性选择合适的教学软件，其前提是学校要给教师配备多样化、且功能适合教学的教学软件。部分学校为了更好统一掌管教学平台，防止教学平台过多而导致管理不便。但这样会导致有的科目教师无法选择最适宜本学科的教学平台，被迫接受学校提供的平台，进而导致教学效果大打折扣。比如今年疫情情况下，学校给教师提供一些教学平台，如大学生慕课（电脑版和手机版）、智慧树平台、钉钉、腾讯课堂或会议等。有的学校统一选择某一教学平台进行大学生公共课的教学，但这个软件其实存在着一些不足。例如学生课上有问题时无法和老师进行双向对话，只能在群上的对话框里提问，但到对话框提问时需要退出直播间从而错过老师的授课内容。这个软件的教学过程使得教师和学生均感到不便和麻烦，从而使外部认知负荷增加，教学效果骤减。因此，学校应该让教师自主选择适合自己教学习惯的平台，优化教学组织形式，实现教师和学生实时双向互动。
3. 教师层面：（1）灵活适宜地选择网络教学平台。网络教学平台的选择应根据所教课程的特点来选择最合适开展学科教学的平台，最多不超过两个教学平台，来减少学生上课时由于平台间的来回转换所带来的外部认知负荷。
（2）优化课程内容。教师在网络课程设计时，要充分考虑学生的内部认知负荷，注重课件呈现方式的复杂程度。由于网络教学中学生只能看到PPT页面的呈现，而无法看到其他更多的东西。如果呈现方式过于复杂，可能会使本就难以掌控的网络课堂变得更加失控。教师可以通过将知识呈现进行层次规划，依据时间进程依次传递给大脑，能够避免信息冲撞导致的无效资源消耗。只有以有序且具有结构性地呈现教学知识时才能很好地在有限的时间内赋予学生高效的知识。
（3）合理调动学生积极性。教师需要不时地“cue”学生进行回答问题或者和老师互动，以使学生时刻保持较高的听课注意力，提高听课效果。在课件准备时，可以考虑把一些新异的刺激材料和教学知识恰当地联系起来，以此引起学生的好奇心和注意力。而网络教学具有跨越空间的属性，这要求教师需要在无法面对面地讲解情况下，始终能够保持激昂生动的语调来调动课堂氛围，提升学生听课效率。简言之，只有教师灵活掌握网上教学的方式，才可以减轻学生的外部认知负荷和内部认知负荷，灵活教授给学生有效的学习信息。
（4）灵活利用双重通道效应（The modality effect）。Tindall-Ford指出，与只利用视觉通道相比，学习者同时利用视觉和听觉通道，可以提高学习绩效，因为同时使用两个通道增加了工作记忆的可用容量[22]。网络教学中更加重视视觉和听觉呈现材料的协调互补性。比如，图表要加上文本说明给予辅助，并同时加以口头说明。因为在这种教学中，学生无法随时与老师进行视觉上的互动，注意力极易分散。为了避免学生看不懂单独的图表，以及由于网络的卡顿而造成的视觉和听觉解释的不同步，所以要通过必要的口头解释加上视觉呈现的完整信息来进行补充。
4. 学生层面：（1）灵活应对网络教学过程中可能出现的问题，摆平心态。当教学中出现网络卡顿的情况，学会调适心态，从容面对。（2）激发学习动机，提高心流体验，增加相关认知负荷。在网络教学中，更加需要学生主动地参与学习认知活动中。只有学生在学习动机较高、兴趣高昂的情况下才能自动地将剩余的认知资源用于与学习直接相关的认知加工，从而支持新旧知识的图式建构。但对于本身学习内在动力就不强的学生是很难自我提升的，还是需要教师外在地激发其学习内驱力，促进心流体验的产生（见图2）
结语
总之，在实际的学校教学中，跨越空间的网络教学模式目前还是一个比较新兴的教学方式，这启示教育者们需要不断思考如何找到最适合自己课程特点的教学平台，尽可能考虑到认知负荷相关知识来进行学科教学的设计。当然，这还需要他们不断地去尝试和探索，进行新的教学模式改革和创新。此外，课堂教学和网络教学均存在自己的优势和不足，教师需要做的是因时、因地、因事以及因人来选择最佳的教学方式，放大两种教学方式的闪光之处，避免各自的不足，实现传统教学模式和新型教学模式的良好融合。
参考文献：
[1] Sweller, J. Cognitive load during problem solving: Effects on learning[J]. John Sweller, 1988, 12(2).
[2][12]查先进, 黄程松, 严亚兰, 郭佳. 国外认知负荷理论应用研究进展[J]. 情报学报, 2020, 39(05):547-556.
[3] Leahy, W. & Sweller, J. Cognitive load theory and the effects of transient information on the modality effect[J]. Instructional Science, 2016, 44(1).
[4] Seufert, T. The interplay between self-regulation in learning and cognitive load[J]. Educational Research Review, 2018, 24.
[5][20] 汪明, 曹道平. 基于认知负荷理论的有效教学设计研究[J]. 现代教育技术, 2013, 23(05):16-19.
[6]司国东, 赵玉, 宋鸿陟. 基于认知负荷理论的网络学习资源多层次模型[J]. 中国电化教育, 2013, (02):79-82.