馬功平
（浙江省慈溪市楊賢江中學，315300）
摘要：認知負荷理論是一種現代教育心理學理論，關注的是學生如何分配其認知能力以達到最佳的學習效果，它為「學困生」的教學研究提供了新視角。依託認知負荷理論，探討在技術教學中如何減少學習任務中不必要的認知負荷，從而提高「學困生」的學習效率。
關鍵詞 ：認知負荷理論 通用技術 「學困生」
隨著新課程改革的不斷深入，「學困生」的學習愈加成為橫亘在現代教學中的難題。對於技術「學困生」來說，一則學習時間緊，學業壓力重；二則學科基礎知識薄弱，沒有形成健全的知識結構或自動化的圖式。由此造成一個共同的顯著問題，就是難以將通用技術知識建立起內在的聯繫，在解決實際問題時對通用技術概念和原理缺乏遷移，以至總的認知負荷超出了其認知承載能力。認知負荷理論對於優化通用技術教學有著重要的啟示，教師在教學中應充分考慮認知負荷，最大限度地降低阻礙學習的外在認知負荷，優化內在認知負荷，增加相關認知負荷，使「學困生」合理地利用有限的認知資源，提高學習效率。
一、認知負荷理論及其對技術「學困生」轉化的啟示
（一）什麼是認知負荷理論
認知負荷理論是由澳大利亞著名教育心理學家John Sweller及同事於1988年首次提出的。人的記憶系統主要包括工作記憶與長時記憶，認知負荷意指針對某一特定的認知任務，工作記憶系統對其進行加工和保持信息過程中所承受的負荷總量。John Sweller等的認知負荷理論的主要觀點是：(1)工作記憶容量是有限的，使人們很難同時加工多種來源的信息。(2)長時記憶本身沒有限制，知識以圖式的形式存儲於長時記憶中。(3)圖式自動化是圖式建構的重要過程，圖式的構建能降低工作記憶的負荷。(4)當某種知識（或圖式）含有多種相互作用的元素時，這些知識將加重認知負荷。
研究發現，認知任務所引發的認知負荷量主要取決於該認知任務的組織、呈現方式，內在本質特性以及認知者的專長水平這三個因素，緣此也就產生了外在認知負荷、內在認知負荷以及相關認知負荷這三種類型的認知負荷。其中，外在認知負荷主要是由於認知任務的設計與呈現方式不科學所引起的，這些與實質性認知加工過程無關的活動會額外引發工作記憶的認知操作，從而擠占一定的認知資源。因此，外在認知負荷也常常被稱為無效認知負荷。內在認知負荷是工作記憶在加工處理認知任務本身所蘊含的信息內容時所產生的負荷，高低主要取決於認知任務本身及認知者固有的相關知識經驗背景。相關認知負荷是指在新的圖式建構或圖式自動化過程中所占用的認知資源。
（二）認知負荷理論對技術「學困生」轉化的啟示
認知負荷理論認為，外在認知負荷、內在認知負荷以及相關認知負荷這三種類型的認知負荷是相互疊加的。它們的總和如果超過了工作記憶的總體承載能力，就會使學習陷入困境。這從理論層面上回答了技術「學困生」為什麼會產生學習困難：在該生一定的原有認知結構下，要認知的技術信息總負荷超過了其工作記憶資源的總體承載能力。因此，有效的教學就是要充分考慮「學困生」有限的認知負荷，使「學困生」滿負荷而不是超負荷的心理資源獲取最多的知識。
外部認知負荷與相關認知負荷都受到教學設計的影響。但外部認知負荷對學習起干擾作用，而相關認知負荷能夠對學習起促進作用。教學設計的本質就是由外部認知負荷向相關認知負荷轉變，降低學生的外部認知負荷，增加學生的相關認知負荷，同時保證總的認知負荷在工作記憶承受負荷的「最近發展區」內。為此，筆者提煉了三種認知負荷的影響因素以及在課堂教學涉及的教學要素（如圖1），希望能夠提升教學設計的創造性，幫助「學困生」用相關認知負荷代替外部認知負荷，減少額外的認知加工活動，提高「學困生」的學習效率和自我效能感。
二、用認知負荷理論轉化技術「學困生」的實踐
（一）分離關聯負荷，實行任務策略，降低內在認知負荷
內在認知負荷的高低主要取決於認知任務本身及認知者固有的相關知識經驗背景，但對具體的認知主體來說，內在認知負荷的高低主要取決於認知任務本身，即元素數量及各元素間的交互性。因此，在教學設計中要降低內在認知負荷，必須設法降低認知任務本身的元素數量及各元素間的交互性。鑒於此，我們可以採用任務「先分後整」逐步呈現策略與任務「先簡後繁」二次呈現策略的方法來降低內在認知負荷。「先分後整」逐步呈現策略是將複雜材料分為兩個階段呈現：第一階段，將複雜材料分解成若干個信息單元並依次呈現，每次只需加工一個單元；在完成每個獨立單元的學習之後進入第二階段，同時呈現全部信息，並關注信息單元之間的關聯。「先簡後繁」二次呈現策略是指首先從學生在真實情境中所能遇到的最簡單任務開始，逐漸增加任務難度，其本質就是「整體任務」，它從一開始就關注任務各個成分之間的協調和整合，強調讓學生快速形成對任務的初步整體印象。
【案例1】控制系統方框圖的複習。
通過設計並製作一個水溫控制系統，了解閉環控制系統的組成特點和工作過程。教師可以向學生提出以下問題：(1)說出該控制系統中的輸入量、輸出量、控制器、執行器、被控對象分別是什麼。(2)畫出控制系統的方框圖。(3)分析控制系統存在哪些干擾。(4)如果要提高控制系統的精確度應該對哪些部分進行改進。
控制系統的應用題就整體而言知識點比較零碎，各知識點的關聯度較低。當以畫出控制系統方框圖等形式從整體上考慮時，對於「學困生」來說信息負荷較大，解題時很容易因荷載大而無從下手，一般要採取一定的方式將其簡化。對於處於低水平的「學困生」來說，宜採取「先分後整」的方法，首先複習輸入量、輸出量和干擾因素等各個基本知識點並使其達到圖式自動化，然後再綜合起來複習該類型的題。而對於中等水平的學生而言，宜採取「先簡後繁」的方法，即從整體上把握，從相對簡單的開始然後逐步深入，讓其通過練習使這些建構的圖式進入長時記憶並較快地達到圖式自動化，由此可以降低解答控制系統應用題時的信息負荷，同時也為將來解題時提取相關知識提供線索。
（二）優化教學內容的組織和呈現方式，降低外在認知負荷
由於外在認知負荷主要是由學習材料的組織和呈現方式引起的，所以應重新組織信息和材料來降低外在認知負荷。下述方法和原則都能從不同角度降低學生的外在認知負荷：按鄰近原則呈現材料，避免注意力分散；清除多餘信息，避免冗餘效應發生；通過雙通道效應分離視聽信息，拓展工作記憶容量；信息呈現條理化，減少學生認知搜索；抽象信息形象化，降低學生認知難度；複雜信息簡單化（如使用圖表），簡化學生認知加工；分化複雜任務，防止學生認知負荷超載。
1．利用多媒體提升教學效果。
在技術教學中，教師要為學生搭建問題解決的腳手架，實行「小步走」的原則，把大問題逐層分解成多個對解決大問題起決定性作用的小問題，從而減輕外在認知負荷，讓學生把認知資源更多地用在本質知識的學習過程中。利用多媒體教學時，呈現的信息量大，但認知負荷也相應較大，若能依據技術學科的特點優化設計，藉助多媒體技術合理呈現教學內容便能更高效地傳遞信息，達到預期的效果。
【案例2】「橋樑結構承重測試」教學片段。
(1)給每一個小組提供一座教學用橋樑結構，要求小組合作，設計製作桁架橋。提出問題：明確桁架橋採用什麼材料？桁架橋的結構如何？桁架橋採用何種連接方式？此階段主要是通過問題明確設計要求。根據鄰近原則和雙通道效應，把3個問題依次呈現在同一個螢幕上，並逐一用語言文字說明。
(2)根據提供的材料和工具，請各組完成桁架橋的設計方案和製作。
展示：請個別小組解說方案，展示構思草圖或示意圖及優秀的設計方案（如圖3）。
(3)桁架橋的測試、評估及優化。
把試驗過程分解成若干個子問題，通過導學案引導學生合作驗證。把問題分解後，可以使不同的元素分離呈現，從而減少單位時間內需要付出的認知。
John Sweller指出，利用多媒體教學時，要注意將文字、聲音和圖像整合起來。教師要積極使用現代教育技術手段來降低外在認知負荷，從而增大課堂容量，提高教學效率。
2．利用樣例效應幫助學生有效遷移。
在教學技術試驗時，可以採用解答樣例的辦法來降低認知負荷，構建解題圖式並形成解題技巧。
在處理複雜認知任務時，如果向「學困生」提供已經解答的問題樣例，則能有效地提升其問題解決水平，解答樣例能明確呈現解決問題所需的程序，凸顯出關於圖式特徵的清晰信息讓「學困生」只須注意與圖式獲得有關的信息，減少嘗試錯誤，從而降低其工作記憶負荷，促進圖式的獲得和規則自動化。
【案例3】技術試驗題解題樣例。
浙江省2011年9月通用技術高考試卷中的一道題：國家標準規定中學生使用的跨欄架支撐腳長度約≤700mm，當跨欄架高度調到最低(1060mm)，在欄板中央受到16～20N的水平方向的力時應翻倒。如圖4所示是某學校製作的跨欄架，請設計簡易試驗方案，檢驗該跨欄架是否符合要求，並回答問題（現提供跨欄架一個，滑輪、鈎碼若干，其餘輔助材料自定）。
(1)選擇合適的試驗場地______（從①草坪；②操場跑道；③大理石地面；④玻璃台面中選擇一項，將序號填在「______」處）。
(2)在給定的示意圖上表示試驗方法，並用文字說明主要步驟。
在教學這種類型的題時，可以藉助解題樣例建立這類題的解題模型並找出相應替換對象進行解答——
試驗名稱：研究對象的穩定性和強度的測試。
試驗目的：測試研究對象的穩定性和強度。
試驗準備：待測研究對象、不同重量的負載物及若干其他物理量。
試驗過程及記錄：(1)穩定性。將研究對象在平地上站立放穩，在研究對象的一側逐一懸掛不同質量的負載（或前後左右搖晃研究對象），觀察並記錄研究對象是否翻倒。(2)強度。將研究對象在平地上站立放穩，在研究對象的兩側逐一懸掛不同質量的負載，觀察並記錄研究對象結構是否遭到破壞，記錄破壞前的負載質量。
這種方法與常規教學方式相比，有效減輕了「學困生」的認知負荷，易化了認知技能的獲得，提高了解題效率，利於「學困生」對原理和規則進行正確歸納和分類，極大地調動了學生的積極性。
（三）深化變式教學，喚醒認知投入，增加相關認知負荷
相關認知負荷可以促使認知主體把剩餘的認知資源投入實質性認知加工活動中。學習的本質就是施加精確水平的認知，促使無關認知負荷向有效認知負荷轉化。在技術教學中用到的增加有效認知負荷的策略有任務變異設計和喚醒認知投入等策略。任務變異設計即在學習任務時，變換任務本身和呈現方式，通過改變設問角度和層次或改變題設的情境進行變式教學。喚醒認知投入指的是教學中對於一些複雜任務，外在認知負荷降低可以短暫提高「學困生」學習的效率，但有些情況下即便外在認知負荷降低到了很低水平，但短期內成績和問題解決並沒有得到明顯改善，這時就需要激發喚醒「學困生」投入認知和有效投入認知，增加相關認知負荷。
【案例4】設計應用題的教學。
在浙江省高考試卷中常採用設計應用題的形式考查學生的技術設計能力、創新能力和分析問題、解決問題的能力。由於「學困生」的知識儲備相對匱乏，生活經驗少，對結構設計所需的材料、連接方式、製作工藝等知之甚少，設計能力較弱，即使對題型進行了梯度設計，降低了外在認知負荷，「學困生」還是不願或不能將多餘的認知資源投入設計題的學習中。
認知心理學認為，如果相鄰任務的解決依賴相同的技能，則干擾程度較低。所以，有效地增加相關認知負荷，必須引導「學困生」科學地建構知識網絡結構，學會對典型例題進行變式運用，做到舉一反三，熟能生巧。例如，根據草圖設計的基本組成圖形，歸納出一般的設計草圖有三種零部件（箱子、輪子、架子）和三種「連接方式」（套接、合頁、螺絲螺栓）（如圖5）。讓「學困生」採用模塊化的「打包」方式去理解記憶基本圖式，可以促進或增強圖式發展和遷移，將這些連接方式與零部件應用到作品製作中（如圖6）。
John Sweller等人認為，提供樣例的變式是增加相關認知負荷的一個有效途徑。他們認為，問題情境的變式可以鼓勵學生髮展圖式，因為它能使學生把相似特徵、相關特徵與無關特徵區分開來，從而有利於問題圖式的建構。另一方面，為學生提供辨認相似特徵的機會，擴展樣例適用範圍，從而促進或增強圖式發展和遷移。因此，提供變式可以更好地促進「學困生」學習的遷移，有利於在變化的條件下把握原問題所要體現的知識點和思想方法，從而促進「學困生」的有意義學習。
（浙江省慈溪市楊賢江中學，315300）
摘要：認知負荷理論是一種現代教育心理學理論，關注的是學生如何分配其認知能力以達到最佳的學習效果，它為「學困生」的教學研究提供了新視角。依託認知負荷理論，探討在技術教學中如何減少學習任務中不必要的認知負荷，從而提高「學困生」的學習效率。
關鍵詞 ：認知負荷理論 通用技術 「學困生」
隨著新課程改革的不斷深入，「學困生」的學習愈加成為橫亘在現代教學中的難題。對於技術「學困生」來說，一則學習時間緊，學業壓力重；二則學科基礎知識薄弱，沒有形成健全的知識結構或自動化的圖式。由此造成一個共同的顯著問題，就是難以將通用技術知識建立起內在的聯繫，在解決實際問題時對通用技術概念和原理缺乏遷移，以至總的認知負荷超出了其認知承載能力。認知負荷理論對於優化通用技術教學有著重要的啟示，教師在教學中應充分考慮認知負荷，最大限度地降低阻礙學習的外在認知負荷，優化內在認知負荷，增加相關認知負荷，使「學困生」合理地利用有限的認知資源，提高學習效率。
一、認知負荷理論及其對技術「學困生」轉化的啟示
（一）什麼是認知負荷理論
認知負荷理論是由澳大利亞著名教育心理學家John Sweller及同事於1988年首次提出的。人的記憶系統主要包括工作記憶與長時記憶，認知負荷意指針對某一特定的認知任務，工作記憶系統對其進行加工和保持信息過程中所承受的負荷總量。John Sweller等的認知負荷理論的主要觀點是：(1)工作記憶容量是有限的，使人們很難同時加工多種來源的信息。(2)長時記憶本身沒有限制，知識以圖式的形式存儲於長時記憶中。(3)圖式自動化是圖式建構的重要過程，圖式的構建能降低工作記憶的負荷。(4)當某種知識（或圖式）含有多種相互作用的元素時，這些知識將加重認知負荷。
研究發現，認知任務所引發的認知負荷量主要取決於該認知任務的組織、呈現方式，內在本質特性以及認知者的專長水平這三個因素，緣此也就產生了外在認知負荷、內在認知負荷以及相關認知負荷這三種類型的認知負荷。其中，外在認知負荷主要是由於認知任務的設計與呈現方式不科學所引起的，這些與實質性認知加工過程無關的活動會額外引發工作記憶的認知操作，從而擠占一定的認知資源。因此，外在認知負荷也常常被稱為無效認知負荷。內在認知負荷是工作記憶在加工處理認知任務本身所蘊含的信息內容時所產生的負荷，高低主要取決於認知任務本身及認知者固有的相關知識經驗背景。相關認知負荷是指在新的圖式建構或圖式自動化過程中所占用的認知資源。
（二）認知負荷理論對技術「學困生」轉化的啟示
認知負荷理論認為，外在認知負荷、內在認知負荷以及相關認知負荷這三種類型的認知負荷是相互疊加的。它們的總和如果超過了工作記憶的總體承載能力，就會使學習陷入困境。這從理論層面上回答了技術「學困生」為什麼會產生學習困難：在該生一定的原有認知結構下，要認知的技術信息總負荷超過了其工作記憶資源的總體承載能力。因此，有效的教學就是要充分考慮「學困生」有限的認知負荷，使「學困生」滿負荷而不是超負荷的心理資源獲取最多的知識。
外部認知負荷與相關認知負荷都受到教學設計的影響。但外部認知負荷對學習起干擾作用，而相關認知負荷能夠對學習起促進作用。教學設計的本質就是由外部認知負荷向相關認知負荷轉變，降低學生的外部認知負荷，增加學生的相關認知負荷，同時保證總的認知負荷在工作記憶承受負荷的「最近發展區」內。為此，筆者提煉了三種認知負荷的影響因素以及在課堂教學涉及的教學要素（如圖1），希望能夠提升教學設計的創造性，幫助「學困生」用相關認知負荷代替外部認知負荷，減少額外的認知加工活動，提高「學困生」的學習效率和自我效能感。
二、用認知負荷理論轉化技術「學困生」的實踐
（一）分離關聯負荷，實行任務策略，降低內在認知負荷
內在認知負荷的高低主要取決於認知任務本身及認知者固有的相關知識經驗背景，但對具體的認知主體來說，內在認知負荷的高低主要取決於認知任務本身，即元素數量及各元素間的交互性。因此，在教學設計中要降低內在認知負荷，必須設法降低認知任務本身的元素數量及各元素間的交互性。鑒於此，我們可以採用任務「先分後整」逐步呈現策略與任務「先簡後繁」二次呈現策略的方法來降低內在認知負荷。「先分後整」逐步呈現策略是將複雜材料分為兩個階段呈現：第一階段，將複雜材料分解成若干個信息單元並依次呈現，每次只需加工一個單元；在完成每個獨立單元的學習之後進入第二階段，同時呈現全部信息，並關注信息單元之間的關聯。「先簡後繁」二次呈現策略是指首先從學生在真實情境中所能遇到的最簡單任務開始，逐漸增加任務難度，其本質就是「整體任務」，它從一開始就關注任務各個成分之間的協調和整合，強調讓學生快速形成對任務的初步整體印象。
【案例1】控制系統方框圖的複習。
通過設計並製作一個水溫控制系統，了解閉環控制系統的組成特點和工作過程。教師可以向學生提出以下問題：(1)說出該控制系統中的輸入量、輸出量、控制器、執行器、被控對象分別是什麼。(2)畫出控制系統的方框圖。(3)分析控制系統存在哪些干擾。(4)如果要提高控制系統的精確度應該對哪些部分進行改進。
控制系統的應用題就整體而言知識點比較零碎，各知識點的關聯度較低。當以畫出控制系統方框圖等形式從整體上考慮時，對於「學困生」來說信息負荷較大，解題時很容易因荷載大而無從下手，一般要採取一定的方式將其簡化。對於處於低水平的「學困生」來說，宜採取「先分後整」的方法，首先複習輸入量、輸出量和干擾因素等各個基本知識點並使其達到圖式自動化，然後再綜合起來複習該類型的題。而對於中等水平的學生而言，宜採取「先簡後繁」的方法，即從整體上把握，從相對簡單的開始然後逐步深入，讓其通過練習使這些建構的圖式進入長時記憶並較快地達到圖式自動化，由此可以降低解答控制系統應用題時的信息負荷，同時也為將來解題時提取相關知識提供線索。
（二）優化教學內容的組織和呈現方式，降低外在認知負荷
由於外在認知負荷主要是由學習材料的組織和呈現方式引起的，所以應重新組織信息和材料來降低外在認知負荷。下述方法和原則都能從不同角度降低學生的外在認知負荷：按鄰近原則呈現材料，避免注意力分散；清除多餘信息，避免冗餘效應發生；通過雙通道效應分離視聽信息，拓展工作記憶容量；信息呈現條理化，減少學生認知搜索；抽象信息形象化，降低學生認知難度；複雜信息簡單化（如使用圖表），簡化學生認知加工；分化複雜任務，防止學生認知負荷超載。
1．利用多媒體提升教學效果。
在技術教學中，教師要為學生搭建問題解決的腳手架，實行「小步走」的原則，把大問題逐層分解成多個對解決大問題起決定性作用的小問題，從而減輕外在認知負荷，讓學生把認知資源更多地用在本質知識的學習過程中。利用多媒體教學時，呈現的信息量大，但認知負荷也相應較大，若能依據技術學科的特點優化設計，藉助多媒體技術合理呈現教學內容便能更高效地傳遞信息，達到預期的效果。
【案例2】「橋樑結構承重測試」教學片段。
(1)給每一個小組提供一座教學用橋樑結構，要求小組合作，設計製作桁架橋。提出問題：明確桁架橋採用什麼材料？桁架橋的結構如何？桁架橋採用何種連接方式？此階段主要是通過問題明確設計要求。根據鄰近原則和雙通道效應，把3個問題依次呈現在同一個螢幕上，並逐一用語言文字說明。
(2)根據提供的材料和工具，請各組完成桁架橋的設計方案和製作。
展示：請個別小組解說方案，展示構思草圖或示意圖及優秀的設計方案（如圖3）。
(3)桁架橋的測試、評估及優化。
把試驗過程分解成若干個子問題，通過導學案引導學生合作驗證。把問題分解後，可以使不同的元素分離呈現，從而減少單位時間內需要付出的認知。
John Sweller指出，利用多媒體教學時，要注意將文字、聲音和圖像整合起來。教師要積極使用現代教育技術手段來降低外在認知負荷，從而增大課堂容量，提高教學效率。
2．利用樣例效應幫助學生有效遷移。
在教學技術試驗時，可以採用解答樣例的辦法來降低認知負荷，構建解題圖式並形成解題技巧。
在處理複雜認知任務時，如果向「學困生」提供已經解答的問題樣例，則能有效地提升其問題解決水平，解答樣例能明確呈現解決問題所需的程序，凸顯出關於圖式特徵的清晰信息讓「學困生」只須注意與圖式獲得有關的信息，減少嘗試錯誤，從而降低其工作記憶負荷，促進圖式的獲得和規則自動化。
【案例3】技術試驗題解題樣例。
浙江省2011年9月通用技術高考試卷中的一道題：國家標準規定中學生使用的跨欄架支撐腳長度約≤700mm，當跨欄架高度調到最低(1060mm)，在欄板中央受到16～20N的水平方向的力時應翻倒。如圖4所示是某學校製作的跨欄架，請設計簡易試驗方案，檢驗該跨欄架是否符合要求，並回答問題（現提供跨欄架一個，滑輪、鈎碼若干，其餘輔助材料自定）。
(1)選擇合適的試驗場地______（從①草坪；②操場跑道；③大理石地面；④玻璃台面中選擇一項，將序號填在「______」處）。
(2)在給定的示意圖上表示試驗方法，並用文字說明主要步驟。
在教學這種類型的題時，可以藉助解題樣例建立這類題的解題模型並找出相應替換對象進行解答——
試驗名稱：研究對象的穩定性和強度的測試。
試驗目的：測試研究對象的穩定性和強度。
試驗準備：待測研究對象、不同重量的負載物及若干其他物理量。
試驗過程及記錄：(1)穩定性。將研究對象在平地上站立放穩，在研究對象的一側逐一懸掛不同質量的負載（或前後左右搖晃研究對象），觀察並記錄研究對象是否翻倒。(2)強度。將研究對象在平地上站立放穩，在研究對象的兩側逐一懸掛不同質量的負載，觀察並記錄研究對象結構是否遭到破壞，記錄破壞前的負載質量。
這種方法與常規教學方式相比，有效減輕了「學困生」的認知負荷，易化了認知技能的獲得，提高了解題效率，利於「學困生」對原理和規則進行正確歸納和分類，極大地調動了學生的積極性。
（三）深化變式教學，喚醒認知投入，增加相關認知負荷
相關認知負荷可以促使認知主體把剩餘的認知資源投入實質性認知加工活動中。學習的本質就是施加精確水平的認知，促使無關認知負荷向有效認知負荷轉化。在技術教學中用到的增加有效認知負荷的策略有任務變異設計和喚醒認知投入等策略。任務變異設計即在學習任務時，變換任務本身和呈現方式，通過改變設問角度和層次或改變題設的情境進行變式教學。喚醒認知投入指的是教學中對於一些複雜任務，外在認知負荷降低可以短暫提高「學困生」學習的效率，但有些情況下即便外在認知負荷降低到了很低水平，但短期內成績和問題解決並沒有得到明顯改善，這時就需要激發喚醒「學困生」投入認知和有效投入認知，增加相關認知負荷。
【案例4】設計應用題的教學。
在浙江省高考試卷中常採用設計應用題的形式考查學生的技術設計能力、創新能力和分析問題、解決問題的能力。由於「學困生」的知識儲備相對匱乏，生活經驗少，對結構設計所需的材料、連接方式、製作工藝等知之甚少，設計能力較弱，即使對題型進行了梯度設計，降低了外在認知負荷，「學困生」還是不願或不能將多餘的認知資源投入設計題的學習中。
認知心理學認為，如果相鄰任務的解決依賴相同的技能，則干擾程度較低。所以，有效地增加相關認知負荷，必須引導「學困生」科學地建構知識網絡結構，學會對典型例題進行變式運用，做到舉一反三，熟能生巧。例如，根據草圖設計的基本組成圖形，歸納出一般的設計草圖有三種零部件（箱子、輪子、架子）和三種「連接方式」（套接、合頁、螺絲螺栓）（如圖5）。讓「學困生」採用模塊化的「打包」方式去理解記憶基本圖式，可以促進或增強圖式發展和遷移，將這些連接方式與零部件應用到作品製作中（如圖6）。
John Sweller等人認為，提供樣例的變式是增加相關認知負荷的一個有效途徑。他們認為，問題情境的變式可以鼓勵學生髮展圖式，因為它能使學生把相似特徵、相關特徵與無關特徵區分開來，從而有利於問題圖式的建構。另一方面，為學生提供辨認相似特徵的機會，擴展樣例適用範圍，從而促進或增強圖式發展和遷移。因此，提供變式可以更好地促進「學困生」學習的遷移，有利於在變化的條件下把握原問題所要體現的知識點和思想方法，從而促進「學困生」的有意義學習。
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