好文荐读｜顾琦一、陈方：二语习得中的认知负荷研究述评

好文荐读（第四十九期）二语习得中的认知负荷研究述评

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二语习得中的认知负荷研究述评

顾琦一，陈方

江南大学外国语学院

文章简介

文章来源：顾琦一,陈方.二语习得中的认知负荷研究述评[J].解放军外国语学院学报,2020,43(02):85-92+160.

摘要：认知负荷是与工作记忆相关的概念,直接针对学习者端口发生的状态,因而在学习任务设计层面具有直接性、指导性和操作性。虽然近年出现了在认知负荷理论框架下对二语习得中的输入、输出环节的相关研究,但是对语言学习任务设计研究尚不透彻,由于概念上内在认知负荷、外在认知负荷和相关认知负荷相互关联,方法上缺少直接测量和分类测量,暂时造成了研究结果在解释和应用上的局限性。

关键词：二语习得；认知负荷；学习任务；测量方法基金项目:国家社会科学基金项目“中国学生英语学习中的认知加工模态效应研究”(12CYY020) 中央高校基本科研业务费专项资金资助(2020JDZD02)

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0.引言

认知负荷理论借用了物理学中的“负荷”概念,从认知资源分配的角度出发,将认知负荷定义为个体在认知活动中工作记忆承受的负荷,即特定的作业时间内、任务施加于个体认知系统的心理活动总量(Swelleret al. 1998)。Paaset al.(1994)将认知负荷定义为具体任务施加于个体认知系统的负荷,其构成包括多维度因素。我国学者辛自强、林崇德(2002)提出认知负荷是特定数量信息加工所需的心理能量要求,与需要加工的信息量成正比。这些定义虽然着眼的焦点有所不同,但是都关注任务要求和执行任务者认知容量之间的关系。认知负荷理论的基础包括认知资源有限理论和图式理论:首先,认知资源是有限的,同时加工多种任务或多种来源的信息会加重认知负荷并造成困难;其次,图式的自动化和规则的自动化能利用长时记忆来弥补工作记忆容量的有限性,因而是学习的两大机制。由于认知负荷概念“直击”学习者端口发生的状态,在学习任务设计层面有很强的操作性,因而近年来在二语习得研究领域颇受关注。

1.认知负荷的构成

根据学习任务对学习者认知资源分配影响的来源和性质,认知负荷可分为3类(Swelleret al. 1998)。第一类为内在认知负荷(intrinsic cognitive load)。人类知识和技能以图式的形式存储于长时记忆之中。由于图式的复杂程度不同,图式包含的元素之间紧密程度不同,因而施加于工作记忆的负荷也有所不同(Paas,Renkl & Sweller 2003)。Seufertet al.(2007)把内在认知负荷的来源分为内因(如学习者先前知识)和外因(如学习材料复杂性)。第二类为外在认知负荷(extraneous cognitive load),主要取决于教学设计,如学习材料的组织方式、呈现方式、对学习者的任务要求等。如果教学设计有利于图式的建构、促进自动化过程的形成,那么就有可能降解外在认知负荷、促进学习;而不恰当的教学设计有可能导致额外的认知负荷,对学习产生不利影响。第三类为相关认知负荷(germane cognitive load),即学习者将剩余可支配的认知资源用于与学习直接相关的搜寻、整合、建构图式和自动化加工等环节(Swelleret al. 1998)。

从Seufertet al.(2007)的认知负荷分类构想图可以看到,内在认知负荷、外在认知负荷和相关认知负荷叠加、并交互作用产生的负荷总量为总认知负荷(Total Amount of Cognitive Load)。但是,由于认知资源的有限性特点,任务引发的各类认知负荷总体上此消彼长,而非简单的叠加关系。如果教学设计不合理、总认知负荷造成对工作记忆容量的“溢出”,对学习并无益处(Paas & Tuovinenet al. 2003;Seufertet al. 2007;Swelleret al. 1998)。

2. 二语习得中的认知负荷

认知负荷理论从认知资源分配角度分析认知活动设计及其效果。现有研究大多尝试在认知负荷框架内通过教学手段变化来调节任务引发的认知负荷,有效地调用学习者有限的认知资源,从而优化学习任务、提高学习效益。近期研究多见于多媒体辅助教学领域。Mayeret al.(2001)从教学实际出发,尝试通过变化材料呈现的组织方式降低外在认知负荷、达到优化学习效果的目的,降低内在认知负荷和外在认知负荷都可能促进学习。对认知负荷的研究在二语习得领域起步不久,由于对教学设计可能产生具体的指导作用,因而成为新兴的研究话题,在语言学习的输入、输出环节都有相关的研究。

2.1 输入环节中的认知负荷

与母语相比,第二语言加工方式对认知资源的要求更高(Wenet al. 2016)。Junget al.(2016)结合了主观评价和脑电图评测测量认知负荷,比较了本族语者和外语学习者阅读韩语文本时的认知负荷,发现本族语者的认知负荷低于外语学习者,外语学习者的认知负荷随着文本难度的增加而增加。现有二语习得领域相关话题的探讨大多延续了认知负荷教学研究传统,探索图式导入、生词标注、听力过程中的视觉辅助等方式对外语学习者理解文本的作用。从本质而言,这些辅助方式旨在通过降低二语学习者文本加工中的认知负荷、提升对文本的理解。

第一个研究焦点为图式导入问题。Ruhe(1996)在二语学习者听力任务中通过图表导入图式,从而起到降低认知负荷的作用,促进了学习者理解。同样,李晓媛、俞明理(2009)也为学习者提供背景知识图式,减轻了工作记忆负担,从而削弱了工作记忆容量的作用、有效提高了听力理解。但是,李晓媛(2013)在引入图式教学的同时,调查了不同理解测试任务对阅读理解的认知负荷产生的作用,发现削减学习任务中的认知负荷并不一定都产生积极作用。这项研究不仅仅关注内在认知负荷,还关注了由任务引起的相关认知负荷。由此推断,虽然理论上降低认知负荷可能促进学习过程,但是不同类型的认知负荷对语篇理解的作用不尽相同。李晓媛(2012)比较了引入图式对听力、阅读理解的作用,发现在图式引入、输入材料、理解任务都相同的情况下,学习者听力和阅读理解中的认知负荷并不相同,阅读理解引发的认知负荷低于听力理解。同时,引入图式对工作记忆容量较低的学习者效果显著,对中、高工作记忆容量学习者的阅读理解作用不显著。

第二个研究焦点为文本理解中的生词注释问题。Marefatet al.(2016)比较了注释出现的位置(文中标注和页边标注)对阅读理解及认知负荷的影响,发现页边标注分散了学习者的注意力,导致认知负荷水平较高,因而给予阅读理解的帮助不如文中标注。崔凤娟、于翠红(2015)对超媒体文本注释方式效果的调查发现,语言水平高的学习者利用注释所需的认知负荷更小,所以阅读理解更好。但是对于语言水平低的学习者,有些注释方式由于引发了过高的认知负荷反而阻碍了阅读效率。由此可见,同样的材料和任务施加于不同语言能力的学习者可能导致不同的认知负荷,表现在各个类型认知负荷的具体情况尚需深入探讨。

    第三个研究焦点为听力文本理解中的视觉辅助问题。傅晓玲(2014)在认知负荷理论框架下探讨了学术会议和课堂教学中的多模态表达方式,发现信息的准确传递受到多模态话语组合方式的影响,而多模态话语信息的加工效果则受到认知负荷的影响。夏宁满(2014)梳理了纯音频听力输入和组合型听力输入引发的认知负荷,提出组合型音频信息可能降低学习者的认知负荷。但是顾琦一、殷娜(2017)对二语学习者听力、阅读以及同时听读3种输入方式引发的认知负荷进行了直接测量,发现输入方式的不同造成了几类认知负荷的差异,听力输入引发的外在认知负荷相对较低、内在认知负荷相对较高、相关认知负荷较低,理解相对也较弱。学习者对听读同步的输入方式并没有进行很好的整合,主要依靠阅读途径获取信息、完成理解任务。虽然关于听读理解本质的异同尚未有统一观点(Lund 1991),但是输入模态对人们信息加工过程的影响不容忽视。信息的组合方式必须考虑学习者的语言加工能力、认知能力、认知习惯和信息本身的复杂性(夏宁满 2014)。对于听读能力发展不平衡的二语学习者来说,视觉辅助表面上可能促进了听力理解,而实际发生的信息加工过程值得进一步深究。

2.2 输出环节的认知负荷

口语和书面产出中的认知负荷研究相比输入环节研究数量较少,虽然现有研究主要针对输出任务设计,但是关注点相对分散,包括如何通过时间调节降解认知负荷以提高输出质量以及任务设计引发的认知需求研究。虽然输出环节的认知负荷研究处于起步阶段,但是与二语习得领域任务型教学的经典话题息息相关。

针对时间压力,Maad & Ridha(2010)对突尼斯英语学习者的口语产出进行了调查,他们发现在进行叙述任务的初始阶段,学习者激活的是基于规则的分析模式,但在后续的加工过程中,由于时间压力和任务缺乏规划造成认知负荷增长,他们便回归基于词汇的整体加工模式。时间压力造成的认知负荷影响到学习者口语产出中的心理加工模式。Sasayama(2016)采用了认知心理学的多种方法来独立测量认知任务的复杂性,包括主次双重任务、时间估计和自我评价。二语学习者在执行故事叙述主任务过程中,同时完成对颜色变化做出反应的次要任务。在每次讲完故事后,需要评估自己所用的时间,并评估自己对任务难度和心理努力的感知。研究结果显示,语言熟练程度、任务设计和认知负荷测量之间有潜在的交互作用,并且预设的任务复杂度和学习者感受之间有偏差。这一发现提醒我们,预设的任务复杂度和学习者端口发生的状态并不一定吻合,因此直接测量任务引发的认知负荷对任务设计是否能真正推动学习过程至关重要。写作中的时间压力也会导致认知负荷的变化。Kellogg(1996)提出书面语产出由形成(formulation)、执行(execution)和监察(monitoring)3个体系组成,这3个体系可以同时激活,因而可能竞争有限的认知资源。Kellogg(1987)发现写作前的书面大纲或粗略草稿这些认知策略可以减轻作者的工作量和认知负荷,提高写作质量。此类研究与任务型教学设计中的准备时间因素有相通之处(Ellis 2009)。从认知负荷角度看,任务准备时间部分解决了形成执行和监察体系的任务,因而释放了部分认知资源分配到执行和监察体系中。

任务设计引发的认知需求是任务型教学设计多年以来的重要话题,其中最有影响力的是有限资源模型(Skehan 1998)的多元资源模型(Robinson 2003)。Skehan认为学习者的注意力资源是有限的,因此同时关注产出的复杂度、准确度和流利度会有困难。而Robinson认为学习者有多元的注意资源,可以同时关注准确度和复杂度,无需取舍。这两个模型都认为资源分散的任务特征(比如较少的准备时间、有限的先前知识和双任务)可能降解学习者对语言形式的注意力。但是对于资源指向的任务(比如当时当地的任务、诸多要素集合和推理需求)是否会降低对语言形式的注意力分配,两个模型预测有所不同。根据Skehan的有限资源模型推测,资源指向任务会降低注意力分配;而Robinson的多元资源模型推论则恰恰相反。Fukuta & Yamashita(2015)探讨了这两个重要的模型假设,是近年在输出环节上针对认知负荷所做的一项重要研究。Fukuta & Yamashita通过资源指向和资源分散变量调节认知需求,考察任务对二语口语输出中的注意导向作用。在常规呈现条件下,他们要求学习者按顺序描述卡通图片。在推理需求较高的条件下,学习者或者需要推理图片排序再描述,或者进行双重任务(边叙述故事边做手指敲击)。从学习者口头输出结果看,推理任务和双重任务都降低了输出的流利度指标,复杂度指标未受影响,但是推理需求同时提高了准确度。任务需求制约了学习者对语法编码的注意力分配,研究结果总体上证实了Skehan的有限资源模型。如果从认知负荷的角度重新分析任务设计,可以发现研究者在推理需求条件设计中,通过隐藏图片顺序、施加图式推理压力而增加了内在认识负荷。双重任务条件下,学习者需要在完成相应的口头表述任务的同时完成额外的手指敲击任务,因而提升了外在认知负荷。该项研究中的4张图片逻辑关系脉络清晰,学习者通过自己的推理能使图式建立更加紧密、清晰。如果认知资源是有限的,那么内在认知负荷的这种提升有利于提高语言输出的准确度,当然可能同时牺牲流利度指标。而双重任务中的手指敲击任务与语言产出任务无关,无关外在认知负荷的增加可能成为一种无益于语言任务的干扰,因而对语言产出的质量有不利影响。

蔡艳玲(2009)从写作体裁和材料的呈现方式探究学习者任务对认知负荷的影响,发现议论文和图片型任务引发的认知负荷较高,并且对注意力分配的干预对认知负荷也会产生影响。蔡艳玲(2012)根据认知负荷理论,探讨图式建构中的认知投入(有效负荷)对二语写作的影响。结果显示,任务完成方式对二语写作成绩、流利度指标有显著影响,但对语言复杂度和准确度指标影响不明显。研究发现注意力分配影响二语写作质量,而增加写作有效负荷有利于二语写作质量的提升。同样,Salimi & Dadashpour(2012)对29名英语学习者的书面数据从复杂度、流利度和准确度进行了分析,揭示了任务复杂度和语言产出指标之间的取舍效应,说明任务引发的认知负荷是影响任务结果的重要因素。

3.未来研究方向

学习活动的主体是学习者,其核心是学习者的认知加工。认知负荷超载和认知资源“闲置”都不是理想的学习状态。因此,任务设计一直都是二语教学的核心问题之一。二语习得领域现有的多数研究或者尝试通过任务设计调节认知负荷,或者通过工作记忆这一相关认知资源概念间接推导认知负荷。但研究者预设的任务复杂度和难度未必就是学习者认知负荷的真实状态。随着研究推进,直接、准确、分类测量3类认知负荷变得尤为重要。虽然3类认知负荷彼此相关联、很难完全区分开,但是研究者们通过长期的努力还是开发出具有操作性和敏感性的分类测量方式。借助这些较为成熟的测量工具针对语言学习特点进行整合、改良,完全可能应用于语言学习研究,从而获得新的突破。

3.1 语言学习人物设计

关于非语言学习,现有丰富的文献探讨如何通过任务设计降低内在认知负荷和外在认知负荷、提高相关认知负荷促进学习效果。这类研究成果可供语言教学任务设计借鉴。但同时,我们也必须尊重语言学习的独特性,比如语言既是学习目标又是内容载体,学习者语言加工自动化程度不完善等。因此,语言学习任务设计必须考虑到语言学习规律。

Mayer(2001)区分了学习过程中的3种认知加工:必要的加工,即学习者试图理解呈现材料意义的认知加工,例如对文字的组织和选择、对图片的组织和选择并将所有信息整合;附带加工,即由于学习任务预先设计导致的对于理解学习材料并不必需的认知加工;表征保持,即认知加工后在工作记忆中保持心理表征。这3种认知加工同样适用于语言学习。语言学习者面临的加工总量是这3种认知加工引发的负荷总和,语言学习任务的设计旨在促成必要加工和表征保持。如果任务造成的认知负荷总和超过学习者的认知容量,就会导致认知负荷超载。因此,有效的任务设计可以通过视觉和听觉信息输入的有机组合、通过输出任务设计的有效引导,合理分配必要加工、附带加工和表征保持所需的认知资源,使认知负荷分布符合学习者的认知规律,促进主动学习。

现有输入环节的相关研究更多关注辅助手段对提高理解的作用,对语言学习任务本身的研究不足。输出环节的研究虽然数量较少,但是对任务设计的关注切中要害。不同的任务设计对学习者认知资源分配起到不同的引导作用。Alderson(2000)从测试的角度提醒我们不同的阅读任务给学习者带来的影响。比如简短回答不仅要求读者理解原文,还需要根据问题整合信息、提炼要点并做出准确的表述。大众熟悉的多项选择题能有效训练阅读者的思维能力,阅读者必须运用语言和思维能力排除干扰项,其中包括理解字面意义、修辞意义、观点之间的关系、做出正确推断等(Munby 1968)。Kirschner(2002)认为,学习者、任务与学习者的关系以及任务复杂度是引起认知负荷3个主要因素,其中任务复杂度是最为关键的因素。在我们设计不同的语言学习任务时,应仔细权衡任务设计目标和认知资源引导。学习任务不可能面面俱到,但是可以通过任务复杂度设计做到指向明确、尽量减少附带加工。当然,同样的学习任务不会适用于所有的学习者,比如随着语言水平的提高,语言加工运行的自动性逐步提高,学习者工作记忆容量可能发生变化(刘会霞、燕浩 2017),因而认知资源分配可能也会有变化。认知负荷视角的分析有可能帮助我们对语言学习任务设计做出更为精准的判断和评估。

3.2 认知负荷的分类测量

现有二语习得领域针对认知负荷的测量一般通过工作记忆的“转接”或者从任务设计对学习者提出的要求进行推导,而很少对认知负荷进行直接测量。只有解决认知负荷的分类测量问题,才能更加客观地考察任务复杂度对语言产出的真正效应(李玖、王建华 2017)。事实上,在心理学领域,认知负荷的准确测量问题备受关注(Paaset al. 1994)。认知负荷的测量难度来源于其主观性、内隐性和变化性特征(孙崇勇 2012)。学习者在完成任务的过程中,认知负荷随着时间段、学习材料、任务性质等因素变化而变化,因而认知负荷呈现动态变化的特征。这些因素都造成了认知负荷测量的难度。

丰繁复杂的认知负荷测量手段包括心理生理学测量、基于任务/学习结果的测量和主观测量。心理生理学测量方式包括心理指标、瞳孔直径指标、心跳变化、事件相关电位(ERP)等,其前提假设是这些生理变化可能反映认知运行中的变化。虽然客观任务和学习过程是认知负荷的重要来源,但是认知负荷是学习者在解决任务过程中的主观体验,负荷的大小受到学习者主观特征的影响与制约。认知加工过程发生在大脑黑匣子中,无法被直接观察获得,即便通过心理生理学测量获得的也只是认知负荷的间接反应,并不是认知负荷本身。

基于任务/学习结果的测量方法则采用客观任务特征或学习结果来获得关于心理努力的信息(Paaset al. 1994)。比如DeLeeuw & Mayer(2008)以句子复杂度调节内在认知负荷、以冗余信息调节外在认知负荷、以学习结果(知识迁移)探测相关认知负荷,通过对比各类认知负荷高低组在次任务反应时间、心理努力评价、难度评价等方面的差异,得出如下结论:心理努力评价对内在认知负荷比较敏感;难度评价对相关任务比较敏感;而次任务反应时间则可用于测量外在认知负荷。但是信息冗余组与非冗余组在次任务反应时上的差异并未具有显著性,这项研究也没有报告内在认知负荷(即句子复杂度)不同组别对难度评价是否有差异,因此无法考证难度评价对内在认知负荷的敏感度,而以学习结果作为相关认知负荷的指标也有循环论证之嫌。

主观测量方式一般为报告心理努力程度的主观判断量表,其前提假设是被试有能力内省其认知过程并报告所付出的心理努力。主观测量一般在任务完成后要求学习者进行反思评价,对完成任务本身没有干扰;通过量表完成,因而操作简便;经过反复使用和完善后具有较高的表面效度(face validity),因而被广泛使用(龚德英 2009;孙崇勇 2012)。认知负荷主观测量方式非常多样,大多采用Likert量表形式。孙崇勇(2012)提出了有说服力的解决方案。一般接受的测量方式主要包括3个维度:材料难度、时间压力和心理努力,而这3个维度恰好可以对应3类认知负荷。

尽管有众多的测量手段,但研究者们针对3类认知负荷分别进行准确测量的方式往往是慎之又慎。鉴于心理生理学测量和主观测量各自的优势和缺陷,并规避基于任务/学习结果测量的循环论证缺陷,未来可结合主观测量和心理生理学测量方式更为准确地捕捉学习者端口认知负荷发生的状态。

4. 结语

中国拥有世界上为数最多的外语学习人群,在教学的系统思考和学习任务的精心设计方面有着悠久历史和现实需求。由于学习者认知资源的有限性,通过任务调节各类型的认知负荷,可增加促进语言学习的相关认知负荷,提前引入图式调动学习者先前知识、调整材料复杂度、改变学习材料的组织方式和呈现方式等,腾出有限的认知资源以分配到与语言学习直接相关的加工中。从这个意义上说,认知负荷视角是学习者潜在的认知资源和可见的教学设计之间的一个接口,因而将成为二语习得领域的活跃话题。

作者简介

        顾琦一，女，汉族，教授，博士，入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”、江苏省“青蓝工程”优秀青年骨干教师培养对象、江南大学首届青年至善学者支持计划（A类）、至善教学奖、江南大学2011-2012师德标兵、江南大学科技攻关优秀标兵，研究方向为应用语言学（主攻二语习得、外语教学）。近年来主持并完成国家社科基金青年项目《中国学生英语学习中的认知加工模态效应研究》、教育部人文社会科学研究项目《多媒体语境下的二语习得研究》、教育部留学回国人员科研启动基金项目《中国英语学习者语法知识测量工具研究》等多项科研项目，在《外语教学与研究》、《现代外语》、《外语教学》、《外语学刊》、《解放军外国语学院学报》等CSSCI/外语类核心期刊发表论文多篇，发表学术专著1部、参编教材多部。教学科研成果获得江苏省哲学第十二届社会科学优秀成果三等奖、江苏省高等教育教学成果二等奖、江苏省第十届高等教育科学研究成果三等奖、江南大学教学成果一等奖等。

       陈方，女，1973年生，江苏扬州人。获南京大学应用语言学方向博士学位，导师为丁言仁教授。现为江南大学外国语学院副教授，为硕士研究生和高年级英语专业本科生讲授课程若干门。发表的部分论文包括：“以形式为中心的二语教学研究述评”、“注意假设研究述评”、“教师自主论断之我见”等。担任《表达英语》综合教程（第四册）以及教师用书主编。完成江苏省教育厅项目“任务影响下的英语写作过程认知模式”等。

本文来源：《解放军外国语学院学报》

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