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在科学技术迅猛发展的当代社会， 人们不断面临着新
问题， 培养学生解决问题的能力越来越迫切。 2001年国家
教育部颁发的 《基础教育课程改革纲要 (试行)》 （以下简
称纲要） 提出要 “培养学生搜集和处理信息的能力、 获取
新知识的能力、 分析和解决问题的能力”。 问题解决的学习
方式 （Problem-Based Learning） 是培养问题解决能力的直
接途径， 如何采取各种措施来提高问题解决学习的效果和
效率是当前教育研究的热门话题。 在网络环境下采用问题
解决的学习方式， 有其便利的一面， 但在实践中也存在着
效率低下的现象， 学生常常淹没在繁杂的信息中， 不能很
好关注要解决的问题， 不能深入思考并提出自己的独立见
解。
本文认为， 从厘清网络下学习的认知负荷的来源及形
式入手， 提高问题解决的学习方式的效率， 是值得探索的
思路。
一、 基于Web的问题解决学习中的认知负荷及
其表现形式
认知负荷理论 （Cognitive Load Theory， CLT） 是澳大利
亚心理学家John Sweller于20世纪80年代末90年代初提出 ，
认为人的认知资源 （工作记忆） 容量是有限的， 主张在学
习过程中内在认知负荷、 外在认知负荷和相关认知负荷的
总量应该限制在工作记忆容量的范围之内， 否则学习就会
受到阻碍， 甚至无法继续进行下去。
基于Web的解决问题学习过程中， 工作记忆具有以下特
点： ①容纳多重信息， 同时考虑问题的多个变量， 容易导
致顾此失彼； ②不断的进行知识的加工与重组； ③不断地
从长时记忆中提取信息与解决问题的策略。 这就极易导致
的认知超负荷。 其具体表现形式综合起来主要有以下三种：
（一） 信息迷航
网络环境中信息的超链非线性结构， 容易加重认知负
荷。 当有关于学习路径的信息在工作记忆中减弱直至消失
时， 就类似于在大海中航行时迷失了方向， 称为信息迷航。
信息迷航使学习者在学习中产生挫折感， 无法建构完整的
知识体系， 影响问题解决。
（二） 学习注意力分散
网络信息的开放性和丰富性， 可能消耗学生有限的注
意力资源。 学生在页面跳转过程中， 如果注意力被无关信
息所吸引， 学习注意力会发生漂移， 忽视与学习有关的信
息。 甚至忘记自己的学习目标， 直至要经过刻意的思考后
才回想起来。
〔摘要〕 认知负荷是影响学习效果的重要因素之一， 存在于任何学习过程中。 问题解决学习方式作
为培养问题解决能力的直接途径， 符合新课程改革的精神， 网络环境下的问题解决学习是当前学界关
注的热点之一。 而网络学习环境同时包含能够减轻认知负荷的积极因素和加重认知负荷的消极因素。
与其他学习方式相比较， 问题解决学习中学生的认知负荷较重。 文章从避免无关信息加工、 激发学习
动机、 记忆活动转移、 一般认知活动转移、 元认知活动转移和降低问题元素的交互程度六个方面构建
减轻网络环境下PBL中认知负荷的策略体系。
〔关键词〕 认知负荷 网络环境 PBL 问题解决学习 策略
基于Web的问题解决的学习中
认知负荷减轻策略研究*
唐国华 林 刚
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（三） 迷茫
在解决问题的学习中， 运用已有知识表征问题、 构建
问题空间、 快速解决问题都与认知负荷有着密切的关系 。
不同种类的信息引发的认知超负荷， 有不同的表现： 如果
问题元素或元素的交互信息 “溢出” 工作记忆， 或者从长
时记忆中提取信息发生困难， 会使学生理解问题发生困难，
找不到头绪， 称为 “问题表征迷茫”； 如果关于问题解决的
元认知信息 “溢出”， 学生会感到不知所措， 无从下手， 称
为 “策略性迷茫”； 如果问题操作过于复杂， 所需要的操作
空间超出工作记忆的限度， 大脑几乎处于停滞状态， 学习
者会表现出束手无策的现象， 称为 “故障性迷茫”。 认知超
负荷可能导致学习效率低下。
二、 基于Web的问题解决学习中认知负荷的减
轻策略
虽然网络学习环境的某些特性可能加重认知负荷， 但
是根据分布式认知理论， 合理利用网络可以减轻认知负荷，
利用计算机来分担部分非生产性的、 基础性的、 序列化的
认知活动， 使个体有更多的认知资源来进行策略性的、 非
线性的、 非序列化的认知活动， 有助于有效解决问题。
图1 网络环境下减轻认知负荷的策略
（一） 避免无关信息加工
减少不必要的信息加工是减轻认知负荷的最直接的措
施。 首先应该保证学生掌握基本的信息技术操作技能， 使
计算机操作成为自动化动作。 这样， 在学习中学生的工作
记忆就可以无意识或较少意识地提取这方面信息， 把更多
的精力用于解决问题。 如果信息技术操作以及新的学习内
容被同时学习， 那么认知负荷会被加重。
（二） 记忆活动转移
记忆信息是处理信息的基础， 工作记忆在处理信息的
同时必须保持一些必要信息。 将记忆活动进行转移， 一方
面可以扩展短时记忆的有限容量， 另一方面可能增强长时
记忆的功能。 借助计算机强大的搜索功能， 能够减轻工作
记忆从长时记忆中提取信息的负担。
1．短时记忆转移： 问题解决就是通过一系列中间操作，
缩小问题初始状态与目标状态之间差距的过程。 所以， 在
问题解决过程中， 学生必须记住问题的初始状态与目标状
态。 为了实现精确的问题表征， 并且减轻在寻求问题解决
途径过程中短时记忆的负担， 可以在问题表征过程中， 以
表格的形式让学生将问题解决的目标和问题的已知条件以
及两者之间的关系罗列出来， 释放学生短时记忆的空间 ，
使学生能有更多的精力探索问题解决途径， 而不必不断去
记住问题的已知条件和目标。 在寻求解决问题途径过程中，
工作记忆作为信息加工的 “车间”， 需要容纳多重临时信
息。 在专题学习网站中提供电子笔记本， 使学习者可以随
时记录自己的灵感和想法， 并保存解决问题过程中心算的
中间结果。 既扩展了工作记忆的空间， 减轻短时记忆的压
力， 又把存储在记忆系统中的无形知识可视化， 方便信息
的提取。
2.长时记忆转移： 虽然长时记忆容量无限， 但是不能保
证其中包含所有解决问题所需要的知识。 即使长时记忆中
含有所需知识， 如果没有进行有效的 “编目”， 知识的提取
可能也需要耗费一定的认知资源。 所以， 利用计算机提供
丰富的学习资源， 一方面弥补长时记忆中信息不全的缺陷；
另一方面利用计算机强大的检索功能， 节省提取信息所必
须的认知资源。 如地图、 字典等工具， 能增强长时记忆的
功能， 减轻工作记忆提取信息的负担。
（三） 一般认知活动转移
一般认知活动是指对客体的认知， 是对信息的加工与
处理。 不同水平的一般认知活动， 需要个体付出的努力不
同。 有些认知活动属于简单的认知活动， 有的是复杂的认
知活动。 对简单认知活动转移以及复杂认知活动转移的策
略分析如下：
1． 简单的认知活动转移： 简单的、 非生产性的认知活
动虽然对问题解决不起关键作用， 但也同样是不可缺少的，
同样需要消耗认知资源。 把部分简单认知活动转移到计算
机上进行， 学生可以有更多精力完成复杂认知活动。 比如，
在网站中嵌入计算器和电子表格等工具负担计算活动， 可
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以节省计算活动所必须的部分认知资源， 可能减轻认知负
荷。
2． 复杂的认知活动转移： 复杂的认知活动与问题解决
直接相关， 需要消耗大量的认知资源。 比如， 在解决问题
过程中计算问题变量之间的交互关系、 操作问题变量验证
假设等等， 要求工作记忆频繁地进行问题变量的重组与修
改， 加重了认知负荷。 借助计算机提供的问题操作模型 ，
可以减轻工作记忆进行复杂认知活动的压力。 问题操作模
型中整合所有的问题变量以及它们之间的关系， 它的功能
如下：
第一， 把抽象的问题变具体， 为学生提供直观的操作
模型。 学生通过改变或重组问题变量， 观察结果， 测试不
同问题元素之间的交互关系。
第二， 问题变量操纵结果即时获得。 通过问题操作模
型， 学生可以按照自己的想法改变问题变量， 即时观测操
纵结果， 检验假设， 省去了繁琐的计算过程。
（四） 元认知活动转移
元认知是个体对自己的认知活动的认知。 对元认知负
荷的减轻策略， 同样可以采取转移、 分担的方式进行。 分
担者可以是计算机和同伴协作：
1、 元认知的计算机分担： 在解决问题过程中， 学习指
南可以给学生提供解决问题的思路， 让学生仔细思考自己
的行为， 知道自己拥有哪些知识， 还缺少哪些知识和能力，
或者唤起学生对问题某个方面的注意， 帮助学生监控自己
的思考过程。 学习指南可以分为静态学习指南和动态学习
指南两种。 静态的学习指南是指在学习网站中出示对整个
学习过程的建议， 为学生的学习过程提供思路。 动态学习
指南是指在不同学习阶段， 通过计算机向学生提问他们应
当自己问自己的问题， 帮助学生集中注意力并监控他们的
学习。 根据问题解决的不同阶段， “问题” 对学生的辅助
功能可以分为如下三类： 计划、 监控和评价。 如： 要解决
的问题的本质是什么， 当前知道什么信息， 还需要知道哪
些信息， 什么信息重要， 首先要做的事情是什么， 需要使
用哪些公式与策略， 我的思路正确吗等等。 具体地， 可以
在专题学习网站中， 根据当前所访问的页面内容来判断学
生解决问题的阶段， 然后以对话框的形式出示相应的问题，
帮助学生进行自我监控。
2、 元认知的同伴协作分担： 元认知的同伴协作转移主
要是指通过构建学习共同体， 使学生在互相交流中获得启
发和灵感， 并从获得的反馈中修正他们的思考， 以此来分
担个体的元认知负荷。 学习共同体包括学生、 教师、 专家
等， 他们借助网络进行沟通、 交流， 分享各种学习资源 ，
并参与解决问题， 建构一个动态结构。 学生可以从共同体
的交流中来获得思考问题的不同视角， 扩展解决问题的思
路； 学生也可以以团队内的其他成员为参照物， 观察并检
验自己的学习方法和思路等方面存在的问题， 及时做出反
思与调整。
（五） 降低问题元素的交互程度
如果要解决的问题对学生来说比较陌生， 而且长时记
忆中不具备现成的图式用于解决问题， 那么要解决问题中
元素的交互程度， 对解决问题过程中认知负荷的高低产生
很大的影响。 如果问题元素交互程度低， 意味着每个元素
跟其他元素联系不紧密， 解决问题的时候不需要同时考虑
很多元素， 那么对工作记忆的容量要求不会很高。 如果问
题元素交互程度高， 而且学习者在该领域的专业知识较为
欠缺， 那么就必须同时注意许多不同的元素， 这些元素同
时在工作记忆中进行加工， 会增加工作记忆的负担。 由学
习任务复杂性而带来的认知负荷属于内在认知负荷。 传统
的认知负荷理论认为， 教学干预无法改变内在认知负荷 ，
因为它是由任务本身所决定的。 但是我们可以通过改变问
题的呈现方式， 相对地降低问题元素的交互性， 减轻学生
在表征问题、 解决问题中的认知负荷。 具体措施如下：
1． 解析问题元素之间的交互关系： 含有多种交互元素
的问题在被表征阶段和被解决阶段， 需要工作记忆中同时
容纳多重信息， 而且理清问题元素之间的交互关系， 更需
要多种认知活动， 这都加重了认知负荷。 通过提供问题结
构图， 可以用直观的方式表达问题元素之间的交互关系 ，
帮助学生理解问题。 学生可以在进行问题表征过程中利用
概念图、 思维导图等工具， 自己绘制问题结构图， 对于难
以解决的问题， 也可直接呈现问题结构图， 减轻学生信息
加工的压力。
2． 分离问题元素： 对于复杂的、 交互性强的问题， 为
避免造成解决问题过程中的认知超负荷， 可以人为地减少
问题中各个要素的关联， 降低问题难度。 把问题进行横向
切割， 将其分解成若干个子问题。 把问题进行分解后， 可
以使不同的元素内容能够分离性呈现。 这样， 学生通过解
决子问题而最终解决复杂问题， 减少单位时间内需要付出
的认知资源 （如图2所示）。
3． 逐步呈现问题元素： 降低问题元素的交互程度， 还
可以把问题进行纵向分解。 如： 首先呈现问题的最基本结
构， 称为梗概性问题， 在学生理解问题的基本框架后， 逐
步增加问题元素， 问题变得越来越复杂， 最后呈现给学生
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的是需要解决的完整问题。 我们把这种元素逐渐增多的多
个相关问题称为梯度式问题 （如图3所示）。 根据认知负荷
理论， 图式在工作记忆中， 可以被作为单个元素进行处理，
能够降低认知负荷。 梯度式问题中的简单问题可以作为学
生理解复杂问题的图式， 帮助学生表征问题， 降低问题难
度。
图3 梯度式问题示意图
（六） 激发学习动机
网络信息的开放性和丰富性， 可能消耗学生有限的注
意力资源， 导致不必要的付出， 加重认知负荷。 但是， 如
果借助网络来激发学生的学习动机， 使之把有限的注意力
资源集中到需要解决的学习问题上， 减少不必要的付出 ，
并增强认知动力， 加快工作记忆运转的速度， 增加相关性
认知负荷， 也可以降低认知负荷。 我们可以采取如下措施：
1．提高问题的挑战性和有意义性。 问题与学生已有知
识、 经验有一定的联系， 能使学生理解问题的一些元素 ，
有利于激发自信心和探究欲。
2．问题尽可能与学生的真实生活有关。 把要解决的学术
问题融入学生的实际生活， 充分发掘适合学生年龄特点和
能力水平的探究题材， 激发学生的学习兴趣， 引发更多的
认知努力。
3．以多样化的形式呈现学习材料。 根据认知规律， 变化
的事物更容易引起个体的无意注意。 可以通过改变学习材
料的版式、 字体、 形式等因素， 充分调动学生的学习注意
力。
近年来， 随着教学改革的推进， 新的教学手段越来越
引起人们的关注。 但是， 目前教育界人士比较关注新教学
手段的正面作用， 对其在实施过程中带来的问题则关注不
够、 研究不多， 这不利于课程改革的推进。 本文在借鉴分
布式认知思想的基础上提出的减轻认知负荷的策略， 还需
要在实践中进一步检验。
〔*本文系2009年江西省教育 “十一五” 规划课题 “基
于Web的 PBL中减轻认知负荷的理论分析及策略研究 ”
（09YB097） 研究成果。〕
参考文献：
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（唐国华： 华东交通大学人文社会科学学院 %江西南昌
330013； 林 刚 ： 青岛大学师范学院 %山东青岛 266017
责任编辑： 洪淑媛）
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