本文来自John Spencer最新博文“Designing PBL to Decrease Cognitive Load”，部分内容有删改。
现在是下午 4:25，我从今天早上 7:00 开始就一直在不停地工作。
实际上，这并不完全正确。
在三个不同的场合，我合上笔记本电脑，系上跑鞋，在秋天的轻快空气中散步。我吸收太阳光线（在俄勒冈州的十一月很少见），凝视着深紫色雷伍德灰烬前燃烧的红枫。我没有考虑我的项目或本周晚些时候将要教授的课程计划，或者我明天早上要领导的培训。
我故意没有生产力。
当然，我不是没有生产力。恰恰相反，当我的身体处于休息状态时，我的大脑正在想办法建立联系，解决问题，并开发新的神经通路。在下午 1:00 尤其如此，当我小睡而不是散步时。在每种情况下，我都会从这些休息室中回来，我的精神更加警觉，精力充沛，更有创造力。
这些“大脑休息”是围绕认知负荷概念规划我的创造性工作的一个小例子。项目需要大量的精神能量，如果我们不小心，我们可能会达到认知超负荷的状态；这可能导致压力、沮丧、愤怒和疲惫。
在本文中，我将分享我们如何设计基于项目的学习体验，来减少学生在学习中的认知负担。
减少PBL认知负荷的4种方法：改变个人处理和同伴互动的分组，使用指南量表将项目分成几个阶段，进行大脑休息，使用结构，脚手架和协议。
想象一下，将一个十磅重的哑铃举过头顶。对于许多人来说，这很容易。这就是你用肩部推举或头顶三头肌伸展所做的。
现在保持这个重量两分钟。这仍然是可能的，但更具挑战性。你的手臂可能会开始颤抖，因为你的肌肉在燃烧。
现在保持十五分钟、一个小时、两个小时。随着时间的流逝，即使是少量的重量也会变得难以忍受。我们的肌肉只能在需要休息和恢复之前承受如此长时间的重量。
同样，当我们学习时，我们的大脑在需要休息之前只能处理这么多信息。《休息》一书中有很多有趣的研究表明，当我们花时间休息时，我们会更有生产力和创造力。
有一篇很棒的文章，作者Thomas Oppong写道：
根据研究，如果刺激随着时间的推移保持不变，大脑会逐渐停止记录视觉、声音或感觉。你失去了注意力，你在任务上的表现下降。
当面临一个漫长的创造性问题时，最好给自己强加短暂的休息时间。短暂的心理休息实际上可以帮助您专注于任务并改进您的想法生成方法。结构化的停机时间可以帮助您出色地完成工作。
当我们不定期休息时，我们往往会产生多余的想法。如果你因为觉得自己在滚动而犹豫要不要挣脱，请注意这可能是一个错误的印象。您的大脑需要停机才能保持勤奋并产生更好的想法。
但它不仅仅只是需要休息的问题。就像举重运动员的手里只能握住一定数量的重量一样，人类的大脑也只能在当下处理一定数量的信息。John Sweller博士创造了“认知负荷”一词来描述工作记忆在当下可以容纳的信息量。
什么是认知负荷？你有没有发现自己在听一个讲座或者一个小时？这些信息可能很好，但您有时想按“暂停”并全部接受？也许记下一些笔记？也许可以考虑一下或与邻居交谈？
有没有注意到你在填鸭考试时往往会忘记大部分信息？也许你还记得那些大学时代，你猛灌几罐红牛，盯着你正在反复记忆的突出显示的文本（事实证明，这种策略在很大程度上是无效的）。第二天，当你盯着多项选择题考试时，你发现自己想知道它是否有任何不同。
你很累，烦躁，你的大脑感觉模糊。
或者您是否曾经为某些令人困惑的图表或冗长而复杂的口头指示而苦苦挣扎？你发现自己在重读那个奇怪的示意图，到处都是箭头，另一页上有文字，所有这些都希望你能弄清楚如何组装一个衣橱，我很确定这只是一个花哨的法语单词，意思是壁橱或橱柜。但话虽如此，狮子、女巫和衣橱对我来说听起来是一个不错的标题。
认知负荷理论建立在阿特金森和希弗林的信息处理理论模型之上。
我们都通过感官记忆来体验传入的信息。把它想象成我们当下看到、触摸、听到、闻到和尝到的任何东西。感官记忆是瞬时的，其中大部分被遗忘了。
但是有些信息会转移到工作记忆中。工作记忆是我们此刻的想法。在这里，信息要么被遗忘，要么通过称为编码的过程移动到长期记忆中，大脑对信息进行分类。
我们可以帮助确保信息通过排练过程从工作记忆转移到长期记忆。如果你曾经一遍又一遍地重复一个电话号码来记住它，或者你已经转述了信息或将事件按顺序排列，那么你已经参与了排练过程。
之后，您的工作记忆可以将信息检索回工作记忆。
最近，《不寻常的教学》的合著者芭芭拉·奥克利博士介绍了一种基于认知科学的方法，就是通过检索练习来减少认知负荷。
坏消息？PBL会导致认知超负荷上周，我与一所专注于有学习差异的学生的独立学校合作。我们就基于项目的学习的挑战进行了公开对话。学生有时很难上手。当学生看到一个为期 3-4 周的项目时，可能会感到不知所措，从深入研究研究到更大的构思过程和一开始就感觉不可能完成的工作。对于面临执行功能挑战的学生来说尤其如此。PBL要求学生计划，集中注意力，在空间上思考时间，并在当下不断进行修改。如果你看一下元认知周期，你可以看到某些患有多动症的学生可能很难计划他们的方法，看看进展，并找到实现目标的新策略：
换句话说，与传统教学相比，PBL需要额外的认知负荷。学生不仅要考虑内容，还要考虑管理项目所需的系统。难怪这么多学生在项目开始时感到焦虑和不知所措。简而言之，需要考虑很多。
当内容也是新的时尤其如此。基于项目的学习与最终项目的不同之处在于，其核心思想是通过项目学习新内容，而不是在学习内容后再做项目。有关PBL的快速入门，请查看以下视频：
认知负荷理论的创始人Sweller博士指出，这种通过项目学习新内容的概念会导致认知过载。学生必须在学习新概念、练习新技能和计划项目之间分配注意力。事实上，Sweller博士在2016年的一次会议上与PBL专家Henk G. Schmidt进行了辩论。对于Sweller来说，PBL可能会产生额外的认知负荷，学生必须在学习新内容和尝试学习如何做项目之间分配注意力。换句话说，该项目分散了对实际学习目标的掌握。
换句话说，PBL的“最小指导”的问题在于它可能太小了。需要脚手架和支持的学生不会得到他们需要的帮助。缺乏背景知识的学生由于没有必备知识，无法在内容上足够深入。Gavin Hays写了一篇很棒的博客文章，讲述了结构良好的PBL在设计良好时如何真正减少认知负荷。
好消息？我们可以设计PBL单元来减少认知负荷基于项目的学习不一定会导致认知超载。如果我们使用正确的结构和支持来设计我们的项目，学生可以在更深层次上学习内容，同时还可以培养协作、解决问题和项目管理等关键技能。
正如马丁（2016 ,39）所描述的那样，“这些方法旨在促进学习者的独立性，同时根据学习者的新手/专家身份适当管理认知负荷......如果教师提供一些指导原则、先前信息、沿途的路标以及需要的脚手架和帮助，工作记忆的负担就会减轻。”
那么，这是什么样子的呢？以下是我在自己的课堂上实施的一些想法：
- 提前定下基调：约翰·哈蒂（John Hattie）指出，在进行基于项目的学习或基于探究的学习时，花一个课时，做一个概念达标课程并提前加载词汇会有所帮助。学生仍将通过项目学习内容，但提前准备工作有助于确保他们具备开始本单元所需的背景知识。
- 提供支撑和脚手架：我相信每个学生都应该有机会参加有意义的项目。但是，我们仍然需要提供脚手架和支撑。作为教育工作者，我们可以为所有学生创建教程和资源，然后允许他们确定何时需要使用它们。我们将在下面更深入地讨论这个想法。
- 使用项目蓝图或架构：虽然我不相信在项目中使用配方，但我认为有一个学生可以遵循的整体蓝图是有价值的。学生需要了解他们要去哪里以及他们一路上的位置。我们将在本文后面的第四点中探讨带有路标的地图概念。
- 必要时实施直接指令：我们可以通过直接指导建立先验知识。它可能涉及核心概念的大纲或词汇的前置。通常，它包括概念实现课程。这听起来很奇怪，但即使在一个高度参与的项目中，学生也经常需要从项目中的例行公事中休息一下。在从事创造性工作时，经常会感到项目疲劳。即使他们喜欢这个项目，学生们也经常会厌倦做研究、制作原型或修改他们的工作。高度参与的直接指导可以创造一种心理空间感，同时还可以建立背景知识或帮助技能发展。
- 对学生的声音和选择采取渐进释放的方法：今年早些时候，我写了一篇关于我们如何对学生选择采取渐进式释放方法的文章。在PBL单元中，您可能会在第一天进行研究指导练习。接下来，您将转到策展，学生可以从带有多篇文章链接的 Google 文档中进行选择。最后，他们开始做自己的研究。请注意这种方法如何从教师指导转变为学生指导，从而减少认知负荷。
所有这些策略都有助于减少认知负荷，同时仍然赋予学生发言权和选择权。我们也可以有意将认知负荷理论的关键要素纳入我们的PBL单元。
在基于项目的学习中减少认知负荷的 4 种方法以下是我们在设计PBL单元时可以减少认知负荷的四种方法。
1. 改变个人处理和对等交互的分组
在传统课程中，教师可以分解任务以减少认知负荷。教师可以采用思考-配对-分享，学生总结他们学到的东西或回答批判性思维问题。学生也可能记下任何问题或写下他们感到困惑的地方，然后再求助于合作伙伴分享他们的见解。他们可能会在直接指示期间暂停以填写图形组织者，如表格或流程图。
教师可以将直接教学分成几个块，让学生练习他们所学内容的一个元素，以便将信息转移到长期记忆中，而不是教授更长的直接教学块。在学习新概念时，学生可以添加到概念图中，在一分钟的摘要中总结关键思想，完成维恩图或集思广益示例。在学习新技能时，学生可以将任务分解为多个部分。在这里，学生查看过程中的一个步骤并单独练习。之后，您进入下一步并练习该步骤。然后继续执行其余步骤。
那么，这在基于项目的学习中是什么样的呢？它可能涉及将这些个人和同伴处理策略纳入直接指令。因此，如果您要引导学生了解纪录片项目中的特定技术技能或 STEM 项目的 3D 建模技能，您可以将这些任务分解为具有多个快速练习和同行反馈机会的步骤。但是，您也可以设计包含单个和对等处理任务的 PBL 协议。考虑以下头脑风暴协议。
学生首先独自集思广益。这是一个私人的、无判断的区域。接下来，他们将自己的想法组合成一个小组。从那里，他们缩小想法，混搭想法，最终找到最终的解决方案。通过将过程分成几个阶段，学生可以避免认知过载。通过包括个人和小组处理，内向者和外向者都有机会以适合他们身份的方式进行处理。
这些阶段是参与编码和检索的机会。在设计思维过程中，学生将从事研究，然后进行构思。在这里，学生有机会将他们在研究中学到的先验知识应用到他们自己开发的解决方案中。这个应用过程有助于信息通过主动学习的过程坚持下去。请注意，主动学习并不意味着学生必须一直四处走动。关键是保持精神活跃。正如Freeman（2014）所说，“主动学习通过课堂上的活动和/或讨论让学生参与学习过程，而不是被动地听取专家的意见。换句话说，项目本身是一种主动学习的形式，因为它超越了被动地听讲座，鼓励学生将知识应用于潜在的解决方案。
通过分解任务并包括额外的个人和同伴处理机会，学生有机会参与排练、编码和解码。但是，它也有助于将较大的项目分解为多个阶段。
2. 使用评价量表将项目分成几个阶段
你有没有布置过一个为期三周的项目，并注意到学生在前三天都在搞砸？告诉一群学生他们将拍摄一部纪录片，他们可能会说，“我甚至不知道从哪里开始。给他们一个月的时间写一本小说，他们可能会说，“这太过分了。我不确定我能不能。
学生经常在项目开始时遇到认知超负荷，因为项目的结构和范围提供了太多无关的认知负荷。这就是为什么它有助于为学生提供路线图，并在此过程中提供路标。当我们把项目分成几个阶段时，感觉更易于管理。考虑PBL和设计思维的重叠。以设计为中心的项目的每个阶段都遵循设计思维过程的各个阶段或阶段：
随着阶段接近尾声，学生也会更加努力地工作，老师可以在此过程中庆祝学生的进步。根据帕金森定律，一项任务将填满您给它的分配时间。如果你有两周的时间去做一件需要两天的事情，你将花整整两周的时间。通过将项目分成几个阶段，您可以避免帕金森定律并防止拖延。
当学生处理较长的任务时，我们可以帮助学生将较大的任务分解为子任务，并使用待办事项列表进行跟踪。您还可以合并进度条、数字或地图，以显示从一个点到另一个点的进展感。在自我启动和自我管理方面遇到困难的学生可以使用他们的待办事项列表作为帮助他们完成任务的工具。
虽然它有助于在学生完成项目的各个阶段时提供指导帖子，但您可以通过授权学生拥有项目管理过程来帮助学生管理认知负荷。每个组可以有一名项目经理，负责帮助分解任务并跟踪组的进度：
下面是一个来自中学项目的项目管理电子表格示例，其中学生拍摄了一部纪录片。使用电子表格时，他们可以轻松地按日期、负责人、材料等对任务进行排序。此选项比其他选项更不直观。但是，它允许进行更深入的分析。
如果你看一下这个电子表格，你可以看到学生必须协商角色，明确任务，并积极监控和调整他们的纪录片项目进度。
3.挤出时间让大脑休息
在健身方面，运动员经常进行间歇训练，他们进行激烈、专注的锻炼，然后短暂休息一段时间，然后再次集中锻炼。同样，如果学生有专注的学习，然后进行短暂的休息，称为大脑休息，大脑可以在休息时巩固信息，他们将保留更多信息。大脑休息可能包括短途散步、有趣的游戏、协调的身体运动或快速发散思维挑战
在项目中，这意味着利用战略休息来防止项目疲劳。与更传统的课堂活动不同，大脑休息更加个性化。如果学生“处于区域”并达到心流状态，他们可能不想放弃他们的项目工作来做游戏或协调活动。然而，他们经常会说，“我现在精神上已经完蛋了”或“我正在遇到作家的障碍，我不知道该怎么办”。在这些时刻，学生可能会短暂的大脑休息并离开他们的小组。他们可以去散步，做一些深呼吸练习，或者站起来伸展身体。我见过老师们用拼图、涂色书或全班艺术项目创建站，学生可以在项目期间休息一下，在回到项目之前休息一下。
如果你在一个项目期间感觉到整个班级的集体能量水平停滞不前，你可能会休息五分钟，做一个发散思维挑战，跳舞，或者其他一些大脑休息，让全班同学有机会休息他们的思想和移动他们的身体。浪费的时间根本不浪费。学生将从大脑休息中走出来，更加精力充沛和准备好工作，休息时间将帮助他们在回到项目时产生更具创造性的解决方案。
4. 使用结构、支架和协议
协议可以减少学生的认知负荷，同时仍然确保他们在学习中拥有发言权、选择权和能动性。学生不必开发自己的结构，而是可以遵循协议中规定的分步过程，同时在学习中仍然有发言权和选择权。考虑20分钟的同伴反馈协议：
学生确切地知道在过程的每个阶段该做什么，但他们也参与以学生为中心的同伴评估。作为教师，您可以在项目的每个阶段从一个或两个协议开始，然后在第二个项目中添加新协议。在第三个项目中，学生可以选择他们想要使用的协议。例如，在进行研究时，学生可以从图形组织者的选项中进行选择，或者他们可以做草图笔记，在电子表格中组织研究或使用笔记卡。
我们还可以通过提供任何学生都可以访问的脚手架和支持来减少认知负荷。通过向所有学生提供句干、锚图和其他资源等内容，您可以在教学生如何自我管理和自我倡导的同时减少耻辱感。我的朋友Mike Kaechele向我介绍了研讨会而不是小组的想法。在这里，学生注册以获得关键技能方面的有针对性的帮助，或作为复习关键概念（研究、内容创建、内容审查等）的机会。
所有这些支持都可以普遍提供给所有学生。
学生自行选择他们需要的脚手架。
参考文献[1]Atkinson, R. C., & Shiffrin, R. M. (1968). Human memory: A proposed system and its control processes. In Psychology of learning and motivation (Vol. 2, pp. 89-195). Academic Press.
[2]Freeman, S., Eddy, S. L., McDonough, M., Smith, M. K., Okoroafor, N., Jordt, H., & Wenderoth, M. P. (2014). Active learning increases student performance in science, engineering, and mathematics. Proceedings of the national academy of sciences, 111(23), 8410-8415.
[3]Martin, A. J. (2016). Using Load Reduction Instruction (LRI) to boost motivation and engagement. Leicester: British Psychological Society.
[4]Oakley, B., & Sejnowski, T. J. (2021). Uncommon sense teaching: Practical insights in brain science to help students learn. Penguin.
