認知架構(gòu)與教學設計20年(上)

約翰·斯維勒 杰倫·范梅里恩伯爾 弗雷德·帕斯/著 李爽 盛群力/譯

（1.新南威爾士大學 教育學院，澳大利亞 悉尼 0252；2.馬斯特里赫特大學 衛(wèi)生職業(yè)教育學院，荷蘭 馬斯特里赫特 6200；3. 伊拉斯謨大學 心理學、教育和兒童研究系，荷蘭 鹿特丹 3062；4.臥龍崗大學 教育/早期教育學院，澳大利亞 臥龍崗 2522；5.浙江大學 海洋學院，浙江 舟山 316021；6. 浙江大學 教育學院，浙江 杭州 310028）

引言

認知負荷理論旨在解釋由學習任務引起的信息處理負荷如何影響學生處理新信息，以及在長時記憶中構(gòu)建知識的能力。其基本前提是，人類的認知加工受到有限的工作記憶的嚴重制約，我們一次只能處理有限數(shù)量的信息元素。當對認知系統(tǒng)施加不必要的需求時，認知負荷會增加。如果認知負荷過高，就會阻礙學習和遷移。這些做法包括了對學生進行學科教育時教學方法不妥當以及不必要的環(huán)境干擾。認知負荷也可能因與學習相關(guān)的過程而增加，如教學內(nèi)容本身難度太大。為了促進學習和遷移，認知負荷的最佳調(diào)控方式是盡量減少與學習無關(guān)的認知加工，優(yōu)化與學習相關(guān)的認知加工，并始終使學生保持在合理的認知能力范圍內(nèi)。

認知負荷理論的根源可以追溯到1982年，但對該理論的第一個全面描述是1988年發(fā)表的文章《問題解決過程中的認知負荷：對學習的影響》。在接下來的10年里，位于新南威爾士大學和特文特大學的一組研究人員對許多認知負荷效應和相關(guān)的教學方法進行了研究。這種密切的合作導致了對認知負荷理論出現(xiàn)了很多新的闡述，并發(fā)表在1998年的《認知架構(gòu)與教學設計》一文中。1998年后，認知負荷理論迅速成為教育心理學和教學設計領域最受歡迎的理論之一，全球各地的研究人員都在為其進一步發(fā)展做出貢獻。1998年的文章《認知架構(gòu)與教學設計》成為教育領域中被引用次數(shù)最多的文章之一，目前在谷歌學術(shù)中的引用次數(shù)超過5000次。本文旨在反思認知負荷理論過去20年的演變，以1998年的文章為起點，以對未來方向的描述為終點。

一、認知負荷簡史

1998年的文章《認知架構(gòu)與教學設計》討論了人類認知架構(gòu)，包括認知負荷理論及其一般原則的概述、該理論產(chǎn)生的七種認知負荷效應的描述以及與測量認知負荷相關(guān)的問題。下面，我們將簡要回顧1998年文章中描述的人類認知架構(gòu)和原始認知負荷效應；測量問題將在“認知負荷測量”部分討論。

（一）認知負荷分類

在1998年，我們討論了三種類型的認知負荷：內(nèi)部認知負荷、外部認知負荷和相關(guān)認知負荷。

“內(nèi)部認知負荷”是指所加工信息的復雜性程度，與要素交互作用這一概念有關(guān)。由于人類認知結(jié)構(gòu)的特點，確定人類處理信息的復雜性程度是困難的。大多數(shù)信息復雜性程度的衡量標準純粹是指信息的特征。對人來說，被組織和存儲在長時記憶中的信息與存儲之前的相同信息有著截然不同的特征。對于本文的讀者來說，英語單詞“characteristics（特征）”和它的羅馬字母作為從長時記憶中檢索的單一元素，很容易被無意識地處理。對于學習閱讀英語的人來說，書面文字必須作為多個相互作用的元素在工作記憶中進行處理，因為書面文字還沒有作為單一元素存儲在長時記憶中。復雜性或元素的交互性取決于信息的性質(zhì)和處理信息的人的知識的結(jié)合。對于一個學習閱讀英語的人來說，解釋構(gòu)成“特征”這個詞的多個書寫可能構(gòu)成一個非常高的元素互動性任務，使工作記憶不堪重負。對于一個專家來說，同樣的書寫可能只構(gòu)成一個單一的元素，由于最小的元素互動性而帶來最小的認知負荷。因此，內(nèi)部認知負荷是由信息的復雜性和處理信息的人的知識決定的。考慮到人類認知系統(tǒng)的這些特點，在確定復雜性時忽略知識的措施基本上是無用的?；诖朔治觯瑑?nèi)部認知負荷只能通過改變需要學習的內(nèi)容或改變學習者的專業(yè)知識來改變。

“外部認知負荷”不是由信息的內(nèi)在復雜性決定的，而是由信息的呈現(xiàn)方式和教學程序?qū)W習者的要求決定的。但與內(nèi)部認知負荷不同，它可以通過改變教學程序來改變。1998年，人們認為元素的交互性只與內(nèi)部認知負荷有關(guān)。后來，人們發(fā)現(xiàn)，它同樣決定了外部認知負荷。有效的教學程序會減少元素的交互性，而無效的教學程序會增加元素的交互性。下面報告的絕大部分教學效果都是由于外部認知負荷的變化所造成的。

“相關(guān)認知負荷”被定義為學習所需的認知負荷，是指專門用于處理內(nèi)部認知負荷而非外部認知負荷的工作記憶資源。用于處理外部認知負荷的資源越多，用于處理內(nèi)部認知負荷的資源就越少，學習的東西也就越少。從這個意義上說，內(nèi)部認知負荷和相關(guān)認知負荷是緊密交織在一起的。

相關(guān)認知負荷的這種特征與1998年的論文《認知架構(gòu)與教學設計》有所不同。在那篇論文中，我們假設，通過替代外部認知負荷，相關(guān)認知負荷對總認知負荷有貢獻。目前，我們假設，通過處理學習任務中固有的信息，相關(guān)認知負荷并沒有影響總認知負荷，而是將工作記憶資源從無關(guān)活動重新分配到與學習直接相關(guān)的活動。這種改變的必要性源于這樣一個問題，即如果在外部認知負荷減少時，相關(guān)認知負荷只是取代了外部認知負荷，那么在外部認知負荷減少后，總認知負荷不應發(fā)生變化。大量的實證研究表明，在外部認知負荷減少后，總認知負荷將減少。當前的公式通過假設相關(guān)認知負荷具有從任務的外部到內(nèi)部的再分配功能，而不是自行施加負荷，從而消除了這個問題。

（二）1998年報告的教學效應

在1998年的文章《認知架構(gòu)與教學設計》中，報告了七種認知負荷效應。除變異效應外，所有這些效應都是由于與外部認知負荷減少相關(guān)的元素交互作用減少所致。變異效應是由于內(nèi)部認知負荷的改變。這些效應是基于在全球多個研究中心使用各種材料和不同人群進行的多項重疊實驗。然而，許多實驗并沒有試圖直接測量比較認知負荷；相反，認知負荷理論被用來產(chǎn)生教學技術(shù)，如果這些技術(shù)對學習結(jié)果產(chǎn)生預期的影響，則假設它們會加強該理論。下面，我們將簡要描述每個原始效應，但我們不會試圖討論每個效應可用的研究主體；對于一些效應，廣泛的綜述研究已在其他地方發(fā)表。

1.自由目標效應

“自由目標效應”（goal-free effect）也被稱為“目標特異性降低效應”或“無目標效應”。它是在認知負荷理論背景下研究的最古老的效應。它始于觀察到的傳統(tǒng)問題（例如，汽車從靜止均勻加速1分鐘，它的最終速度為2公里/分。它行駛了多遠？）通常通過手段——目的分析來解決，這個過程特別耗費工作記憶的容量，因為學習者必須在工作記憶中保留和處理當前的問題狀態(tài)、目標狀態(tài)、彼此之間的關(guān)系、可以減少差異的問題解決運算符和任何子目標。當傳統(tǒng)問題被自由目標問題所取代時（例如，一輛汽車從靜止狀態(tài)勻速加速1分鐘，其最終速度為2公里/分。盡可能多地計算變量的值)，因為沒有提供目標狀態(tài)，學習者就不再能夠提取當前問題狀態(tài)和目標狀態(tài)之間的差異。他們現(xiàn)在將考慮遇到的每個問題的狀態(tài)，并找到任何可以應用的解決問題的運算；一旦應用了運算，就會生成新的問題狀態(tài)，并且可以重復該過程。手段——目的分析與知識構(gòu)建過程幾乎沒有關(guān)系，而自由目標問題解決則大大降低了認知負荷，并提供了知識構(gòu)建所需的低負荷和專注于解決方案的完美結(jié)合。

2.工作樣例效應

與自由目標問題一樣，工作樣例的目的是減少傳統(tǒng)問題造成的認知負荷，并促進知識的構(gòu)建。工作樣例提供了一個完整的問題解決方案，學習者必須仔細研究。斯維勒（Sweller）和庫珀（Cooper）在代數(shù)領域首次報告了“工作樣例效應”（worked examples effect） 。與傳統(tǒng)的問題相比，工作樣例將學習者的注意力集中在問題狀態(tài)和相關(guān)運算（即解決步驟）上，使他們能夠歸納出普遍的解決方案。因此，研究工作樣例可能比實際解決同等問題更有助于知識的構(gòu)建和遷移。后來的研究區(qū)分了以產(chǎn)品為導向的工作樣例（只提供某個問題的解決方案）、以過程為導向的樣例（顯示尋找解決方案的過程）和以模式為導向的樣例（顯示人類生成解決方案的模式）。雖然有非常強的經(jīng)驗證據(jù)支持工作樣例效應，但也有一些重要的限制條件：工作樣例對于高專業(yè)度的學習者來說效果較差，而且設計好的工作樣例是很困難的。例如，它們不應該要求學習者在心理上整合不同的信息來源（見下文的“分散注意力效應”）或結(jié)合多余的信息（見下文的“冗余效應”）。倫克爾（Renkl)提供了一份關(guān)于樣例學習的研究綜述。

3.補全問題效應

工作樣例的一個潛在的缺點是，它們不能迫使學習者仔細鉆研。因此，范梅里恩伯爾（van Merri?nboer）和克拉默爾（Krammer）建議在計算機編程入門領域使用“補全問題效應”（completion problem effect）。這類問題提供了一個給定狀態(tài)、一個目標狀態(tài)和一個必須由學習者補全的部分解決方案。在計算機編程領域，這意味著學習者收到的是不完整的計算機程序，是需要補全的。盡管完整的工作樣例并沒有明確地啟發(fā)學習者去如何鉆研，但學習者必須仔細研究和理解補全問題中提供的部分工作樣例，否則他們將無法正確地完成解決方案。補全問題也可以看作是工作樣例和常規(guī)問題之間的橋梁：工作樣例是具有完整解決方案的補全問題，常規(guī)問題是具有部分解決方案的補全問題。在設計課程時，這些不同的解決方案水平允許從提供幾乎完整解決方案的補全問題開始，并逐漸過渡到所有或大部分解決方案必須由學習者自己生成的補全問題。這種策略被稱為“補全策略”，可以被看作是下面要介紹的“指導消退效應”的先驅(qū)。

4.分散注意效應

“分散注意效應”（split-attention effect）源于對工作樣例的研究，最早由塔爾米齊（Tarmizi）和斯維勒報告。例如，在幾何學領域，一個工作樣例可能包括一個幾何圖形和相關(guān)的解決方案。單純的圖形并不能揭示問題的解決方案，反過來說，在與圖形結(jié)合之前，學習者也無法理解這些解決方案的陳述。學習者必須在心理上整合這兩種信息來源，以便理解解決方案，這個過程會產(chǎn)生很高的認知負荷，阻礙學習。這種分散注意力效應可以通過將圖形和解決方案的陳述進行物理整合來防止，從而使心理整合變得多余，并恢復工作樣例的積極作用。分散注意力效應不僅與信息源的空間組織有關(guān)，也與它們的時間組織有關(guān)。梅耶（Mayer）和安德森（Anderson）發(fā)現(xiàn)，動畫和相關(guān)的敘述需要在時間上協(xié)調(diào)，以減少認知負荷并促進學習。艾瑞斯（Ayres）和斯維勒對分散注意力效應進行了最新的回顧。

5.信息冗余效應

分散注意力效應是由工作樣例效應發(fā)展而來，而“信息冗余效應”（redundancy effect）又是由分散注意力效應發(fā)展而來。當學習者面對兩個互補的信息源時，注意力就會分散，這兩個信息源不能獨立存在，必須在整合的基礎上落實理解。但是，如果這兩個信息源是自成一體的，不需要相互參照就可以理解，會發(fā)生什么情況呢？錢德勒（Chandler）和斯維勒用一張圖來展示血液在心臟、肺部和身體其他部位的流動，同時用文字來描述這種血液流動。因此，圖和陳述包含相同的信息，是完全多余的。研究發(fā)現(xiàn)，只展示圖比同時展示兩種信息來源要好。這種冗余效應是由于學習者需要努力處理才能最終發(fā)現(xiàn)兩個來源的信息是相同的。這一發(fā)現(xiàn)很重要，而且是反直覺的，因為人們認為兩次提供相同的信息不會有什么危害，甚至是有益的。對文獻的調(diào)查表明，幾十年來，冗余效應已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)、遺忘和重新發(fā)現(xiàn)了。早在1937年，米勒（Miller）就報告說，如果單獨呈現(xiàn)單詞而不是與類似的圖片一起呈現(xiàn)，學習閱讀名詞的幼兒會取得更大的進步。

6.感覺通道效應

1998年文章《認知架構(gòu)與教學設計》中討論的所有認知負荷效應都假定工作記憶的能力對一個特定的個體來說是固定的，即可以處理的元素的數(shù)量是不可改變的，而通道效應是一個例外。“感覺通道效應”（modality effect）是基于這樣的假設：工作記憶可以被細分為部分獨立的處理器，一個是基于聽覺工作記憶的處理語言材料，一個是基于視覺工作記憶的處理圖表/圖形信息。因此，有效的工作記憶能力可以通過同時使用視覺和聽覺工作記憶而不是單獨使用其中一個處理器來提高。穆沙維（Mousavi）等人是第一個測試幾何學習中通道效應的人；他們將圖表與書面文字（即視覺）或聽力、口語文字結(jié)合在一起。他們假設，由于通道效應，聽力與口語文字的結(jié)合將是最有效的。他們確實發(fā)現(xiàn)了通道效應，并在其他許多實驗中得到了驗證。通道效應對于如何處理分散注意力效應具有重要的意義：如果注意力分散，以聽覺模式呈現(xiàn)書面信息可能會比將其物理整合在圖表中同樣有效，甚至更有效。金恩斯（Ginns)提供了一個關(guān)于通道效應的元分析，仍然值得一讀。

7.變異區(qū)分效應

一般來說，問題情境的可變性會鼓勵學習者構(gòu)建更多的一般性知識，因為它增加了類似特征被識別的可能性，以及相關(guān)特征與不相關(guān)特征被區(qū)分的可能性。換句話說，變異性提高加大了內(nèi)在的認知負荷，如果有足夠的工作記憶資源來處理這種增加，就可以學習更多的東西。一些研究表明，變異性不僅增加了練習中的認知負荷，而且還增加了學習的遷移。起初，“變異區(qū)分效應”（variability effect）似乎與所有先前報道的認知負荷效應相矛盾，因為它結(jié)合了更高的學習結(jié)果，認知負荷增加而不是減少了。在幾何問題解決領域，帕斯（Paas）和范梅里恩伯爾是第一個在認知負荷理論的背景下描述變異效應的。他們假設，在認知負荷較低的情況下（即從工作樣例中學習），高變異性會對學習和遷移產(chǎn)生積極的影響，因為在這種情況下，總的認知負荷會保持在一定范圍內(nèi)，而不考慮變異性增加的內(nèi)部認知負荷。相反，他們預測，在認知負荷已經(jīng)很高的情況下（即通過解決常規(guī)問題來學習），高變異性會對學習和知識的遷移產(chǎn)生負面影響，因為總的認知負荷會使學習者的工作記憶負擔過重。事實上，在問題形式（工作樣例、常規(guī)問題）和可變性（低、高）之間發(fā)現(xiàn)了預期相互作用?；诖?，我們引入了一種區(qū)分，即由對學習無益的“外在”過程引起的負荷和由對學習有益的“相關(guān)”過程引起的負荷的區(qū)別。在設計教學時，首先應該減少外部認知負荷，但是作為一種新的啟示，如果教學設計能夠有效地減少外部認知負荷，并增加相關(guān)的認知負荷，那么它可能會變得更加有效，只要總的認知負荷保持在一定范圍內(nèi)。正如“1998—2018認知負荷理論發(fā)展”部分所描述的那樣，這為測量不同類型的認知負荷和識別明確旨在增加相關(guān)處理的新效應開辟了道路。

二、1998—2018認知負荷理論發(fā)展

在過去的20年里，認知負荷理論有了重大發(fā)展。第一，通過在進化心理學中為人的認知結(jié)構(gòu)打下堅實的基礎，其理論基礎得到了加強。第二，四元教學設計（4C/ID）作為一種孿生理論得以開發(fā)出來，專注于較長時期的教育項目（科目或完整課程）的設計。第三，研究產(chǎn)生了一系列新的認知負荷效應，包括所謂的復合效應，即改變其他簡單認知負荷效應特征的效應。第四，也是最后一點，開發(fā)了新的工具來測量不同類型的認知負荷。我們將首先考慮基于進化心理學的理論發(fā)展。

（一）進化心理學視角下的人類認知架構(gòu)

雖然1998年版的人類認知架構(gòu)強調(diào)工作記憶和長時記憶之間的復雜關(guān)系，為我們?nèi)绾螌W習、思考和解決問題提供了一個關(guān)鍵參考方向，但人類認知知識的不斷進步表明，有必要擴展早期的概念。這種擴展主要圍繞進化心理學展開，進化心理學為這項工作提供了動力。

基于吉爾里（Geary）對生物上的原發(fā)信息和次生信息的區(qū)分，進化教育心理學允許我們以有教學意義的方式對信息進行分類?，F(xiàn)在，這已經(jīng)成為認知負荷理論的核心。生物學上原發(fā)信息是我們經(jīng)過無數(shù)代的進化而獲得的知識。這類知識往往對人類至關(guān)重要，舉例來說，這些信息使我們能夠聽和說，識別人臉，參與基本的社會功能，解決不熟悉的問題，將以前獲得的知識轉(zhuǎn)移到新的情況，為未來可能發(fā)生或可能不會發(fā)生的事件做計劃，或調(diào)節(jié)思維過程以對應當前的環(huán)境。人必須學會從事這些非常復雜的認知活動，但由于其重要性，我們已經(jīng)進化到毫不費力地自動獲得必要的技能。因此，它們無法被教給大多數(shù)人。

生物學上的原發(fā)信息是模塊化的，與一種技能相關(guān)的認知過程和另一種技能之間幾乎沒有關(guān)系。每種技能都可能是在不同的進化時代演變出來的，需要非常不同的認知過程。我們調(diào)節(jié)思維過程以適應當前環(huán)境的能力可能在我們成為現(xiàn)代人之前就已經(jīng)得到了進化，就像我們使用手勢交流的傾向一樣，而我們組織嘴唇、舌頭、呼吸和聲音來說話的能力的進化時間要晚得多。

非常多的生物學上的基本技能在本質(zhì)上屬于通用認知，比如一般的問題解決技能，甚至是我們構(gòu)建知識的能力。通用認知技能是一種基本的認知技能，我們已經(jīng)進化到本能地獲得這種技能，因為它對非常廣泛的認知功能是不可或缺的。通用認知技能往往更關(guān)注我們?nèi)绾螌W習、思考和解決問題，而不是具體學科本身。在過去的幾十年里，許多教育學家正確地意識到了這種技能的重要性，并主張教授這種技能。這類活動往往會失敗，不是因為這些技能不重要，而是因為它們對人類如此重要，以至于我們已經(jīng)進化到無須指導就能自動獲得它們。20世紀對教授通用問題技能的高度重視就是一個例子。要證明教授通用認知技能的有效性，需要使用遠遷移測試進行隨機對照試驗。需要遠遷移是因為通用認知技能的基本原理是其能提高廣泛領域的績效，當然，必須確保任何績效改進都不是由于特定領域的知識所致。

應該注意的是，雖然生物上的原發(fā)技能的獲得往往是自動和無意識地發(fā)生的，不需要直接教授，但并不意味著在每一種情況下技能使用都是無意識的。例如，我們不需要直接努力就能無意識地學會說母語，但在任何特定的情況下，我們可能需要付出相當大的努力才能找到具有適當含義的適當詞語。我們需要學習如何在特定領域使用生物學上的原發(fā)信息，這導致了生物學上次生信息。

生物學上次生信息是我們需要的知識，因為我們的文化已經(jīng)確定它是重要的。在教育和培訓背景下的幾乎所有主題中都可以找到生物學上次生信息的例子。教育機構(gòu)之所以被發(fā)明，是因為我們需要人們獲得生物學上次生信息。

我們已經(jīng)進化到可以獲得次生信息，但它的獲得方式與原發(fā)信息非常不同。除了與原發(fā)信息有關(guān)的部分，次生信息不是模塊化的，而是一個單一的、統(tǒng)一的、系統(tǒng)的一部分。因為它是一個統(tǒng)一的系統(tǒng)，所以無論在哪個領域，在獲取生物學上次生信息方面都有相當多的相似之處。次生信息往往需要學習者有意識的努力和教師直接教學，它很少是自動獲得的。這兩個過程之間的區(qū)別可以用學習聽和讀之間的區(qū)別來說明。如上所述，我們自動學會了聽，不需要學。大多數(shù)人不會自動學會閱讀。盡管閱讀和寫作在幾千年前就已經(jīng)被發(fā)明了，但在現(xiàn)代教育出現(xiàn)之前，很少有人學會閱讀和寫作。

與大多數(shù)生物學上原發(fā)信息相關(guān)的通用認知技能相比，生物學上次生信息在很大程度上是特定領域的。我們已經(jīng)進化到學會如何使用通用認知技能來解決各種問題。我們并沒有專門進化到學習如何讀寫英文或中文中的某個特定單詞，或者在解決諸如（a+b）/c=d，求a這樣的問題時，第一步最好將式子兩邊同乘左邊式子中的分母。這些特定領域的、生物學上的次生技能需要直接教學，并主動學習。

大多數(shù)教育學家憑直覺理解，通用認知技能對人類功能的重要性遠遠超過特定領域的技能，這種理解導致了對通用認知技能的極大重視。然而，人們越來越認識到，雖然特定領域的技能是直接可教的，但純粹的通用認知技能是不可教的，而且試圖教授它們會走入死胡同。以前對通用認知技能的強調(diào)是由于沒有意識到生物學上原發(fā)信息和次生信息之間的區(qū)別。當然，對通用認知技能教學的重視在1998年就出現(xiàn)了，當時流行教授通用問題解決技能。1998年的論文部分是對這種認識的反映。這一階段已經(jīng)過去，但其他通用認知技能已經(jīng)取代了這一重點，正如薩拉（Sala）和戈貝（Gobet）所指出的，沒有取得更大的成功。此外，盡管有大約一個世紀的努力，但從遠遷移研究來看，幾乎沒有證據(jù)表明超越特定領域的通用認知技能可以被教授。用于獲得生物學上原發(fā)通用認知技能的“自然”、最低限度的指導程序不適合于獲得生物學上次生特定領域技能，這些技能往往難以無意識地自動獲得。

薩拉和戈貝總結(jié)的數(shù)據(jù)為1998年后將進化心理學納入認知負荷理論提供了重要依據(jù)。當然，上述情況都沒有消除新數(shù)據(jù)出現(xiàn)的可能性，這些數(shù)據(jù)是指純粹的通用認知技能的教學有可能導致遠遷移效應。如果有大量這樣的數(shù)據(jù)出現(xiàn)，就需要對認知負荷理論做進一步的修改。

我們不應該從上述論點中得出結(jié)論，生物學上原發(fā)信息和通用認知技能與教學問題無關(guān)。雖然我們懷疑教授生物學上原發(fā)信息、通用認知技能的嘗試會成功，但它們可以被用來協(xié)助教授生物學上次生、特定領域的技能。例如，學生可能知道如何隨機產(chǎn)生解決問題的動作，并沒有刻意經(jīng)過程序指導，但可能沒有意識到該技術(shù)可能有效的特定領域條件。向?qū)W生指出一種通用的認知技能應該用在某一類特定的問題上，這在教學上是有效的。此外，需要注意的是，任何教學都涉及原發(fā)和次生技能的結(jié)合，次生技能是唯一要學習的部分。例如，要求醫(yī)生使用SBAR方法在應急小組中進行有效溝通，總是報告情況、背景、評估和建議。很明顯，SBAR方法是可以教授的，因為醫(yī)生之間都能相互交流。但是，盡管教醫(yī)生如何在一般意義上相互交流是沒有意義的，因為這是原發(fā)信息，但教他們具體的SBAR方法是次生知識，可能對緊急情況下的團隊溝通有非常積極的作用。

處理生物學上次生信息所需的認知結(jié)構(gòu)包括生物學上的原發(fā)程序，這些程序為認知負荷理論提供了基礎。這些過程共同模仿了生物進化的信息處理程序，可以被描述為構(gòu)成了一個自然的信息處理系統(tǒng)。它們可以用五個基本的、生物學上的主要原則來描述。這些原則提供了認知架構(gòu)，是認知負荷理論的教學程序的基礎。

1.信息存儲原則

像人類認知這樣的自然信息處理系統(tǒng)需要大量的信息存儲，以便在我們復雜的自然世界中發(fā)揮作用。長時記憶在人類認知中提供了這種結(jié)構(gòu)。我們不需要教人們?nèi)绾卧陂L時記憶中儲存或組織信息，這表明其在生物學上有一些主要功能。長時記憶在1998年的論文中得到了明確的闡述。

2.借用重組原則

存儲在長時記憶中的絕大部分信息都來自于其他人。人類具有強烈的社會性，具有從他人那里獲得信息和向他人提供信息的強大進化程序。因為這是一種生物學上的主要技能，所以我們會自動假設自己在一生中會從別人那里提供和接收信息。在1998年的論文中，借用重組原則在某種程度上得以假定了，盡管它沒有被明確指出。認知負荷理論強調(diào)直接教學，將這一原則放在了突出的位置。

3.隨機生成原則

雖然儲存在長時記憶中的大部分信息是從別人那里獲得的，但如果無法從別人那里借用信息，就需要自己生成信息。在問題求解過程中，利用隨機生成和測試過程生成新的信息。只有當個人或他人的長時記憶無法獲取信息時，才會使用這個程序。當問題解決者沒有信息表明在給定點應該采取哪些行動時，他們別無選擇，只能隨機生成一個行動，并測試其有效性，保留有效行動，丟棄無效行動。同樣，這個過程不需要指導，因為它是生物學原發(fā)程序。

4.變化狹窄原則

當涉及人類的認知時，這一原則指的是在處理新信息時工作記憶的嚴重局限性。這一原則一直是認知負荷理論的核心，并在1998年被明確指出。該原則的一個基本假設是，對于任何特定的個體，一般的工作記憶能力是固定的。最近有證據(jù)表明，工作記憶的消耗發(fā)生在認知努力之后，并在休息后恢復，該假設必須被修改，以允許這種能力的變化（這個問題將在“未來方向”部分進一步討論）。

5.環(huán)境賦能原則

雖然在處理新信息時工作記憶是有限的，但在處理來自長時記憶的熟悉、有組織的信息時，沒有已知的限制。一旦信息儲存在長時記憶中，環(huán)境線索就可以用來產(chǎn)生適合該環(huán)境的行動。通過這種方式，可以使用前面的原則在長時記憶中構(gòu)建知識，這些知識可以用來管理適合環(huán)境的行動。以這種方式使用以前組織和存儲的信息的動力在生物學上是原發(fā)的，不需要學費。這一原則在1998年版的認知負荷理論中得到了高度強調(diào)。

這種認知架構(gòu)，在處理生物次生的、領域特定的內(nèi)容時強調(diào)直接教學的重要性，這是大多數(shù)教育項目的特點，它為認知負荷理論提供了基礎，并解釋了它在生成新的教學程序方面的成功。教學應該是明確的，因為我們已經(jīng)進化到可以通過借用重組原則直接向他人學習。根據(jù)變化狹窄原則，它需要以減少工作記憶負荷的方式進行組織，因為工作記憶負荷主要發(fā)生在處理新穎的、領域特定的信息時。使用借用重組原則從別人那里獲取信息比使用隨機生成原則作為起始原則自己生成信息，減少了工作記憶負荷。一旦信息通過信息存儲原則被獲取并儲存在長時記憶中，工作記憶的限制就消失了，信息可以通過環(huán)境賦能原則返回到工作記憶中，從而產(chǎn)生適當?shù)男袆?。通過設計符合這種認知結(jié)構(gòu)的教學，我們可以期望學習得到加強。當然，最終的檢驗是經(jīng)驗性的，由認知負荷效應提供。