認知負荷理論
自1960 年代開始，認知心理學家在探究人類如何處理訊息的研究歷程中，提出許多不同觀點
的理論，但這些不同理論卻有一個共同的研究結論，即人類處理訊息的認知資源是非常有限的。
從教育研究的立場，如何教導學習者善用有限的認知資源，以獲得最佳的學習成果，是一件很重
要的研究主題。
在協助學習者善用有限認知資源的研究議題上，Sweller（1988）根據與同事所從事的一系列
有關如何善用認知資源的研究後，提出了結合認知心理學研究成果與教學設計觀點的認知負荷理
論。近年來，隨著認知負荷理論相關研究成果的增多，認知負荷理論越來越受到心理與教育學者
的重視，國際知名的心理與教育期刊，Cognition and Instruction 在1991 年的第8 卷、Learning and
Instruciton 在2002 年的第12 卷、Educaitonal Psychologist 在2003 年的第38 卷、Instructional Science
在2004 年的32 卷、Applied Cognitive Psychology 在2007 年的第21 卷、Computers in Human Behavior
在2009 年的第25 卷、Educational Psychology Review 在2009 年的第21 卷、Learning and Instruciton
在2009 年的第19 卷，皆以「認知負荷理論」的專輯形式，刊出認知負荷理論的相關研究與研究
趨勢。
認知負荷是心理學的一種構念（construct），它是指個體從事特定工作時，加諸於個體認知系
統的一種負荷（Sweller, van Merrienboer, & Paas, 1998）。個體從事特定工作所產生的認知負荷量的
多寡，受到工作的難易程度與個體本身所具備的專門知能兩方面的影響。例如，工作性質越簡單，
個體的認知負荷量越少；個體具有較豐富的專門知識，個體的認知負荷量也較少。
個體在處理訊息時，所遭遇的認知負荷，主要包含內在認知負荷（intrinsic cognitive load）、外
在認知負荷（extraneous cognitive load），以及增生認知負荷（germane cognitive load）等三類（Sweller
et al., 1998）。有關上述的三種認知負荷類型與認知歷程，以及對學習結果的影響，Gerjets, Scheiter,
& Cierniak（2009）歸納如表1。
茲就這三類不同認知負荷類型，分析如下：
（一）內在認知負荷：
要素（element）是指教學活動中，學習者所必須學習的知識單位。當學習教材的要素可以被
單獨學習，不需要與其他要素進行連結時，則會產生較低的要素互動性（low element interactivity）。
此時，因工作記憶區只需處理單獨的要素，所以其內在認知負荷較低。例如，對於英文單字的背
誦，學習者欲學習英文單字「build」，只需在工作記憶區處理其中文意義為「建造」即可，並不需
要處理與其他要素的關連性。
當所學習的教材，其要素是無法單獨學習的，必須藉由與其他要素的互動，才能獲得有意義
的學習成果時，則學習活動會產生較高的要素互動性（high element interactivity）。此時，工作記憶
區必須同時處理數個要素，所以將導致較高的內在認知負荷。Sweller（1994）曾舉例說明一位正
在學習解決數學等式a/b = c 的初學者，其計算出a = cb 的要素互動歷程，需要下列五種要素的互
動歷程。
1. 將等式左邊a/b 乘以b 得到ab/b
2. 等號左邊a/b 乘以b，等號右邊c 也要乘以b，才能維持等式的相等
3. 獲得新的等式ab/b = cb
4. 等號左邊的分母與分子同時消去b
5. 獲得新的等式a = cb
上述的五種要素若是單獨學習時，是無法產生有意義的學習，必須同時處理才能獲得最後的
解答。因此對於初學者而言，上述的學習活動會產生較高的內在認知負荷。
學習者所產生的內在認知負荷，同時受到教材內要素之間的關連性，以及學習者本身所具備
的專門智能的影響。相同的教材對於不同專門知能和經驗的學習者來說，將會造成不同程度的內
在認知負荷。對於具有豐富知識與經驗的學習者而言，相同的學習內容，使其產生的內在認知負
荷較低；相對地，對於知識與經驗較不豐富的學習者而言，同樣的學習內容，容易導致較高的內
在認知負荷。例如上述a/b = c 的例子，精熟學習者可以用很少的認知資源算出a = cb，初學者則會
花較多的認知資源，同時處理五種要素的互動。
（二）外在認知負荷：
外在認知負荷又被稱為無效認知負荷（ineffective cognitive load），主要是因為學習者耗費認知
資源從事學習活動，但此種認知資源的投入，並無助於基模的建構。例如有些老師設計電腦超連
結的教材呈現方式，對於不熟悉電腦的學習者而言，必須消耗一些認知資源，去學習使用電腦的
操作程序。如此，所耗費的認知資源是花在學習電腦的使用，並無法協助學習者對於教材本身的
理解。
（三）增生認知負荷：
增生認知負荷與外在認知負荷，同樣是發生在學習者消耗認知資源從事學習活動，兩者不同
之處在於，增生認知負荷的產生，有助於學習者建構適切的基模，而外在認知負荷則是無助於基
模的建構。例如透過適當的教材呈現，引導學習者對於學習材料，進行複誦、組織、比較、推論
等方式，即會產生增生認知負荷。然而此種認知負荷的產生，確有助於學習成效的提升。
有關此三種認知負荷對於學習成果的影響，如圖1 所示（Gerjets & Scheiter, 2003）。由圖1 可
知，內在認知負荷是受教材本身難易程度的影響，所以無法藉由教學設計所改變；相對地，外在
認知負荷與增生認知負荷，則會因教學設計而改變。外在認知負荷是因為不適當的教學活動設計
所導致，學習者的學習歷程，常因外在認知負荷而降低其學習成效。增生認知負荷則是因適切的
教學活動設計所產生，增生認知負荷的產生有利於學習者建構有組織的基模，因而能提升學習者
的學習成效。所以，適切的教學活動設計應該要能降低外在認知負荷，但卻要促進增生認知負荷
的產生。
資料來源： 國立高雄師範大學凃金堂師資培育中心
運用「範例(worked-out example)」在國小數學問題解決的教學實驗研究報告
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