認知負荷理論：ワーキングメモリの限界の中で学ぶ

ワーキングメモリの限界、3種類の認知負荷、そしてその中でどう学び教えるか

認知負荷理論はどのように学習を改善するのか？

ジョン・スウェラーが開発した認知負荷理論は、学習がワーキングメモリによってボトルネック化されると説明する。ワーキングメモリは同時に約4〜7個の項目しか保持できない。この理論は、教材に内在する負荷、提示の悪さによって生じる外在的負荷、スキーマ構築による本質的負荷を区別する。効果的な学習と指導は外在的負荷を最小化し、解放された容量を真の理解へと向ける。

ワーキングメモリはあらゆる意識的学習のボトルネックであり、それは驚くほど小さい。スウェラーの認知負荷理論は、その限られたリソースを奪い合う3つの異なる種類の精神的負荷を地図化する：内在的負荷（教材固有の複雑さ）、外在的負荷（教材の提示のされ方によって生じる要求）、本質的負荷（スキーマを構築する生産的な努力）である。実践的な含意は、ほぼすべての指導は外在的負荷を減らし、解放された容量を実際の理解のために使うことで改善できるということだ。以下の実践は、それを学習者と指導者の両方にとって具体的なものにする。

実践法

IX Coach でこれを実践する

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Frequently asked questions

認知負荷理論はどのように学習を改善するのか？

「順序立てて教える前に関連する要素をチャンク化する」はどのように機能するのか

ワーキングメモリは個々の要素ではなくチャンクを処理する。2つ以上の要素が常に一緒に現れ、一緒に理解される必要がある場合、それらを1つのチャンクとして扱うことは、2つ以上ではなく1つのワーキングメモリの枠しか消費しない。これが、熟達者が自分の領域の新しい教材をより速く学べる理由の背後にあるメカニズムである。彼らはあらかじめ形成されたスキーマ（チャンク）を持っており、多くの要素を単一の高レベルのユニットに圧縮し、新しいつながりのためのより多くの容量を残している。

「分割注意効果を排除する」はどのように機能するのか

分割注意効果は、精神的に統合されなければならない2つ以上の情報源が別々の場所や様式で提示され、学習者が片方を探している間もう片方をワーキングメモリに保持しなければならなくなるときに起こる。この統合の記憶コストは外在的なものである――理解を築くものではない――ため、それを排除することは学習に利用できる容量を直接増やす。これが、学習目的においてインラインの注釈が脚注を上回る理由である。

「要素間相互作用の低いものから高いものへ順序づける」はどのように機能するのか

内在的認知負荷は「要素間相互作用」――互いに相互作用するためにワーキングメモリに同時に保持されなければならない要素の数――によって決まる。相互作用の低いものから高いものへと順序づけることで、教師や学習者はスキーマを段階的に形成させることができ、各レベルが次のレベルにおける実効的な負荷を減らす。この順序に違反すること――初心者に高相互作用の教材を教えること――は「それぞれの部分は理解できるが、それらがどうつながるかが見えない」というよくある原因である。

「概念が理解されれば推測できる情報を取り除く」はどのように機能するのか

冗長性効果は反直感的なCLTの知見である：関連するスキーマをすでに持っている学習者にとって、同じ情報を2つのフォーマット（テキスト＋同じ言葉のナレーション）で提示することは、1度提示するよりも多くの負荷を課す。なぜなら学習者は冗長な情報源を調整または抑制するために容量を割かなければならないからだ。初心者を助ける足場は、より上級の学習者にとってはノイズとなり、それを取り除くことはより深い処理のための容量を解放する。

「似た問題を解こうとする前に例題を学ぶ」はどのように機能するのか

初心者がスキーマなしで問題を解こうとすると、ワーキングメモリの大部分は理解ではなく手段目標分析（後戻り、手の試行錯誤）に費やされる。例題は解法の道筋を視野に保つため、学習者は次に何をすべきかを計算する代わりに、各ステップがなぜ前のステップから続くのかを理解すること――スキーマ構築の作業――に容量を割り当てることができる。例題効果（支援のない問題解決に比べて例からの方が優れたスキーマ形成を生む）はCLTのもっとも再現性の高い知見のひとつである。

「視覚的な図に合わせて説明には音声を使う」はどのように機能するのか

ワーキングメモリには、視空間情報と音韻情報のための、別々の部分的に独立した処理経路がある（バドリーのモデル）。図が画面上のテキストではなく音声ナレーションによって説明されるとき、2つの流れは同じ視覚チャンネルを奪い合うのではなく並列に処理される――実質的にスループットを倍にする。モダリティ効果とは、図とナレーションの組み合わせが、同じ図とテキストのキャプションの組み合わせよりも、特に高負荷の条件下で、学習において確実に優れているということを意味する。