《EDUCATIONAL PSYCHOLOGY REVIEW》：Variations in Repeated Measures of Cognitive Load and Interest During Complex Learning Tasks
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本文针对复杂学习任务中认知负荷与兴趣的测量难题，推荐一项研究。该研究通过重复测量中学生学习三个酸相关化学样例时的心理投入努力、感知任务难度、兴趣及自评理解度，发现这些变量在任务进程中并非恒定，其相互关系亦随任务要求波动。结果挑战了仅依赖单一终点测量的传统做法，强调了即时、重复测量对理解真实学习过程的重要性，为优化教学设计提供了新视角。
在化学课堂中，学生们常常需要理解像“酸”这样抽象的概念。传统的教学有时会让学生感到内容艰涩难懂，仿佛在迷雾中摸索。教育心理学家一直试图解开这个谜团：学习过程中，学生的大脑到底经历了什么？是轻松愉悦，还是负担沉重？这就是认知负荷理论关注的核心。该理论认为，学习时工作记忆的负荷是决定学习效果的关键。然而，一个长期存在的挑战是，我们如何准确捕捉到学习者在处理复杂知识时，认知负荷与学习动机（如兴趣）的动态变化？以往的研究大多像拍一张集体照，只在学习结束后进行一次测量，这可能会错过学习过程中许多重要的“表情”变化。更有甚者，不同的测量工具（如测量“心理投入努力”和“感知任务难度”的量表）是否在测量同一个东西，它们之间的关系又如何，这些基本问题仍悬而未决。发表在《Educational Psychology Review》上的这项研究，就像一部高清摄像机，试图记录下中学生学习化学工作样例时，每一刻的认知与情感波动。
研究人员采用了严谨的纵向研究设计。他们招募了360名九年级或十年级的中学生作为参与者，这些学生来自德国的文理中学或实科中学，并且在研究开始前尚未学习过“酸”的相关知识，确保了较低的初始知识水平。研究在正常的化学课上进行，为期数周。核心的学习材料是三个精心设计的概念性工作样例，每个样例都围绕一个与酸相关的日常生活情境（如可乐中的磷酸酸是否危险）展开，通过一个专家角色和 novice 角色的对话，逐步解释化学概念。这些材料严格遵循多媒体学习原则，使用了文字和图片（主要是分子图和化学方程式）。最关键的技术方法是，研究者在每个工作样例的七个关键节点（如引入故事、提出问题、讲解新知识、回顾问题、结尾部分）即时中断学习，让学习者使用7点李克特量表重复报告他们的心理投入努力、感知任务难度、兴趣和自评理解度。这种密集的重复测量设计使得能够捕捉变量在学习过程中的瞬时变化。此外，研究还采用了2x2的实验设计，考察了“分段呈现学习材料”和“提供预测性提示”两种教学干预措施的效果，并利用贝叶斯多层次模型等高级统计方法对数据进行了深入分析，以探究变量间随时间变化的动态关系。
研究结果
认知负荷、兴趣与自评理解在复杂学习任务中的动态轨迹
描述性统计和模型分析均清晰地表明，心理投入努力、感知任务难度、兴趣和自评理解这四个变量在21个测量时间点上的值存在显著差异，它们的平均值无法充分代表其在学习过程中的具体波动。总体而言，当学习材料处于介绍故事情节和提出问题的阶段时，学习者报告的感知任务难度和心理投入努力相对较低，而兴趣和自评理解则处于较高水平。然而，当学习进入核心的新知识讲解阶段时，感知任务难度和心理投入努力会显著上升，而兴趣和自评理解则相应下降。在任务临近结束时，随着认知要求的降低，这些指标又逐渐恢复。这种波浪式的变化模式在每个工作样例中重复出现，表明认知和情感体验与学习任务的具体要求紧密相关。
变量间关系的非稳定性
研究发现，变量两两之间的关系并非一成不变，而是随着学习任务的推进而波动。心理投入努力与感知任务难度之间总体上呈正相关，但这种关系在第二个工作样例的中间点（MP2.5）显著减弱甚至不显著，这可能暗示了部分学习者在该点出现了认知超载。心理投入努力与兴趣之间存在微弱的正相关，但超过一半的测量点显示二者关系不显著。心理投入努力与自评理解之间的关系则很弱且不一致，甚至在部分时间点呈现微弱的负相关。与之形成鲜明对比的是，感知任务难度与自评理解始终存在强烈的负相关，即学习者觉得任务越难，他们自认为的理解程度就越低。同时，兴趣与自评理解之间则表现出稳定的正相关关系，且这种关联在任务要求高时更为强烈。
干预措施和先验知识的影响
贝叶斯模型分析进一步揭示了不同干预条件对变量关系的影响。例如，在同时提供分段和提示的干预条件下，心理投入努力与感知任务难度之间的关联会减弱甚至解耦，这意味着学习者的努力投入不再仅仅是对任务难度的被动反应，可能变得更加主动和策略性。此外，先验知识被证明是一个重要因素：具有较高先验知识的学习者倾向于报告更低的心理投入努力、更低的感知任务难度和更高的自评理解。
研究结论与意义
这项研究通过精细的重复测量，有力地证实了在复杂的现实学习情境中，认知负荷（心理投入努力、感知任务难度）和动机变量（兴趣）以及元认知变量（自评理解）并非静态不变的，而是随着学习内容的展开呈现出动态演变的特征。研究结果挑战了将多次测量值简单平均化的传统做法，强调这种平均会掩盖学习过程中丰富的变化细节，特别是可能错过一些关键节点（如可能发生认知超载的时刻）。此外，变量之间关系的非稳定性表明，不能将不同的认知负荷测量工具（如心理投入努力量表和感知任务难度量表）视为可互换的，它们在测量不同的构念，且其关系受到任务情境的调节。
这项研究对教育实践具有重要意义。它提示教学设计和研究者，要更深入地理解学习过程，需要采用重复测量等能够捕捉动态变化的方法，而不是仅仅依赖学习结束后的单一测量。识别出学习材料中哪些部分会导致认知负荷过高、兴趣下降，可以帮助教师和教材编写者有针对性地优化教学设计，例如在复杂知识引入部分提供更多支架支持。研究也指出，将动机因素（如兴趣）更系统地整合到认知负荷的理论框架和测量中，是未来研究的一个重要方向。总之，该研究为在真实、复杂的学习环境中深入探索认知、动机和元认知的互动提供了宝贵的方法学启示和实证证据，推动着我们更接近学习的“黑箱”。
