不同認知負荷條件下兒童在拉丁方任務上的問題解決

陳雪梅 張麗

摘 要 本文探討了時間限制和無時間限制兩種認知負荷條件下兒童在難度不同的拉丁方任務上的問題解決成績。結果表明：（1）認知負荷對兒童成績的影響與任務難度有很大關系。（2）有些任務上年級和認知負荷存在一定的交互作用。

關鍵詞 外在認知負荷 任務難度 拉丁方任務

中圖分類號：G61 文獻標識碼：A

Children's Performance on Latin Square Task in Different Cognitive Load

CHEN Xuemei, ZHANG Li

( School of Psychology, Southwest University, Chongqing 400715)

Abstract This paper discusses the Latin Square tasks of different difficulty levels. We aimed to explore whether the influence of cognitive load on childrens performance related to the task difficulty. The cognitive load depended on whether the time to solve the tasks was restricted.

Key words extraneous cognitive load; task difficulty; Latin Square task.

1 問題提出

認知負荷概念主要來自Sweller①的認知負荷理論，指加工特定數量信息要求的“心理能量”的水平。Sweller認為，問題解決和學習過程中的各種認知加工活動均需消耗工作記憶資源，而我們的工作記憶資源是有限的，因此若所有活動所需的資源總量超過個體擁有的工作記憶資源總量，就會導致個體的問題解決與學習過程難以順利完成。

根據認知負荷理論的觀點，認知負荷有三種類型：即內在認知負荷、外在認知負荷和有效認知負荷。為了促進個體的學習和遷移，應該增加相關認知負荷，這可以通過讓兒童進行多樣化的練習、給予兒童有限的指導和反饋等方法實現。因為內在認知負荷不可改變，因此要促進認知活動的順利進行，主要是降低外在認知負荷。降低外在認知負荷，能夠提高有效認知負荷。那么哪些因素是外在認知負荷的來源呢？

以往有研究指出提供給個體的加工時間是認知負荷重要的參數，認知負荷與任務的加工時間呈反比，例如，Barrouillet等人②提出的基于時間的資源共享模型，就非常強調加工時間長短對認知負荷和工作記憶廣度的影響。而其他人主張用加工時間來說明工作記憶廣度的差異和年齡差異。Schweizer③的研究也表明，無時間限制條件下個體在推理任務上的成績與在反應時任務上的成績以及正確率有更大的相關。

需要思考的是，如果個體完成復雜性不同的任務，是否無時間限制總能降低認知負荷從而促進個體在任務上的成績，這是本研究擬探討的問題。我們將考察兩種認知負荷條件下兒童在復雜性不同的拉丁方任務上的成績是否存在差異。第一種條件下，強調兒童要既快又準確地完成任務，同時不給被試提供筆和紙，這時兒童的認知負荷較大，稱為有時間限制條件。第二種條件下，指導語中明確指出強調正確率而不是強調反應時，同時給被試提供筆和紙，此條件下兒童的認知負荷較小，稱為無時間限制條件。

2 研究對象與方法

2.1 被試

選取某普通小學2-5年級兒童共254名，其中二年級67人平均年齡8.07歲；三年級69人，平均年齡8.99歲；四年級57人，平均年齡10.00歲，五年級61人，平均年齡11.26歲。

2.2 測驗任務

拉丁方任務指如何處理方格中的拉丁字母或數字排列方式，使每個字母或數字在每行每列都出現并且僅出現一次。本研究中，任務要求1，2，3，4四個數字在4?方格中的每行每列都要出現并且只能出現一次，讓兒童根據已知方格中的數字推斷某一未知方格中的數字是什么。我們設計了五種難度水平的任務。

2.3 研究程序

本研究是被試間設計，抽取的每個班級中一部分被試接受第一種認知負荷條件；另外一部分被試接受第一種認知負荷條件。具體施測時采取了小團體集體施測，每次施測15-20個兒童。正式施測前，進行練習。任務是在兒童的一次計算機課堂上施測的，兩種認知負荷條件下兒童完成任務大約需要20-30分鐘。

3 結果分析

分析了兩種認知負荷條件下不同年級兒童在拉丁方任務上的成績是否存在差異。以年級和認知負荷為自變量，兒童在拉丁方任務上的反應時為協變量，兒童在五類拉丁方任務上的成績為因變量，進行多元方差分析。結果表明：

第一類任務上反應時對兒童的成績有顯著預測作用，F（1，245）=4.07，p＜0.05，認知負荷主效應、年級主效應和交互作用均不顯著。

第二類任務上反應時對兒童的成績沒有顯著預測作用，工作認知負荷主效應顯著，F（1，245） = 4.26，p＜0.05，沒有時間限制且給兒童提供紙筆的情況下兒童的成績要差于有時間限制且不能用紙筆的情況下的成績，年級主效應和交互作用均不顯著。

第三類任務上反應時對兒童的成績有顯著預測作用，F（1，245） = 17.95，p＜0.001，年級主效應顯著，F（3，245） = 2.93，p＜0.05，年級和認知負荷交互作用顯著，F（3，245） = 2.89，p＜0.05。

第四類任務上反應時對兒童的成績沒有顯著預測作用。認知負荷主效應顯著，F（1，245） = 14.64，p＜0.001，年級和認知負荷交互作用顯著，F（3，245） = 3.78，p＜0.01。

第五類任務上反應時對兒童的成績沒有顯著預測作用，認知負荷主效應顯著，F（1，245） = 5.38，p ＜0.05。沒有時間限制且給兒童提供紙筆的情況下兒童的成績要優于有時間限制且不能用紙筆的情況下的成績。年級主效應也顯著，F（3，245） = 6.36，p＜0.001。

4 討論

本研究說明認知負荷對兒童成績的影響和任務難度有很大關系。（1）認知負荷較小時有利于對較難任務的解決。（2）對于中等難度的任務，降低認知負荷未必有利于任務的解決。（3）對難度很小的任務，認知負荷的大小不影響其問題解決。認知負荷理論最關注的就是如何降低認知負荷，以促進對復雜性較大的任務的解決。然而，對于中等復雜性的任務，降低認知負荷，成績反而降低。其原因可能是對于中等難度的任務，通過給兒童提供無時間限制和提供紙筆的條件來降低認知負荷，可能增加了所謂的外在認知負荷，因而干擾了兒童對問題的解決。年級和認知負荷條件的交互作用，也與任務難度有關。因為隨著年級的增長，兒童的工作記憶能力不斷提高，原先復雜的任務對兒童來講就不再復雜，因此兒童年齡較小時降低認知負荷可能其成績有很大提高，但隨著兒童年齡的增長，認知負荷的大小對兒童的成績將不會有影響。

概括來講，本研究的啟示在于，認知負荷的影響與任務的復雜性有很大關系。復雜性較大的任務，內在認知負荷比較高，這時降低外在認知負荷十分重要，而如果復雜性較小的任務，內在認知負荷很低，即使外在負荷較高，個體也有足夠的工作記憶資源，因此這時降低外在認知負荷的重要性并不是很大。不過有趣的是，對于中等難度的任務，認知負荷的大小對其影響如何呢？本研究中中等難度的任務在認知負荷較小時成績反而出現下降，原因可能是降低時間帶來的認知負荷時反而增加了其他的外在認知負荷。這意味著什么是需要降低的外在認知負荷，什么是需要增加的有效認知負荷并不是固定不變的，與任務特點也有關系，而且也可能與具體的情境有關，將來的研究可以對此進行探討。

注釋

① Sweller, J. Cognitive load during problem solving: Effects on learning [J]. Cognitive Science, 1988, 12: 257-285.

② Barrouillet, P., & Camos, V. Developmental increase in working memory span: Resource sharing or temporal decay? [J]. Journal of Memory and Language,2001.45(1):1-20.

[3] Schweizer, K. The speed-accuracy transition due to task complexity. Intelligence,1996.22:115- 128.