内容は易しいはずなのに、授業や説明がすっと頭に入らない。認知負荷理論は、その原因を「新しい情報を受け止める頭の作業台が、思った以上に狭いこと」に求める教育心理学の理論です。図と説明が離れている、同じ文を読み上げる、話が流れて消えていく。こうした見せ方が作業台を余計にふさぐと、中身が簡単でも理解は進みません。
認知負荷理論はどんな理論？
新しい情報は狭い「作業台」を通る
この理論の出発点にあるのは、初めて触れる情報はまず「ワーキングメモリ」で処理されてから長期記憶にしまわれる、という見方です。ワーキングメモリは容量も保てる時間も限られています。一方の長期記憶には、はっきりした上限が知られていません。
教える側がこの狭い作業台を気にせずに情報を積むと、学ぶ側はあふれた分を取りこぼします。わかりにくさの原因を「本人の能力」ではなく「情報の出し方」に探すのが、この理論の大きな特徴といえるでしょう。
1980年代、問題を解く研究から生まれた
提唱者は、オーストラリアのニューサウスウェールズ大学で研究してきた教育心理学者ジョン・スウェラーです。理論が示されたのは1980年代。最初の研究テーマは「問題をたくさん解かせれば、解き方が身につくのか」という素朴な問いでした。
スウェラーらは1982年の論文で、答えを求めて手探りで解く作業そのものが頭の容量を大きく使い、解き方の学習を妨げることを報告しています。のちにスウェラー自身が、これを理論の中で最も古い研究成果として挙げています。
1998年の論文で広く知られるようになった
理論の骨組みをまとめたのは、スウェラーとオランダのファン・メリエンボール、パースによる1998年の論文です。2019年の時点で、この論文はGoogle Scholarで5,000回を超えて引用されていました。
学校現場での評価も高く、オーストラリア・ニューサウスウェールズ州の教育省は2017年に教員向けの解説をまとめています。そこでは教育研究者ディラン・ウィリアムの「教師が知るべき最も重要なこと」という言葉が紹介されました。
ワーキングメモリはどれくらい小さい？
電話番号をメモせずにかけるときの記憶
ワーキングメモリは、目の前の作業のために情報をいったん置いておく場所です。聞いたばかりの電話番号を、メモせずにそのまま押すとき。暗算の途中で繰り上がりを覚えておくとき。どちらもこの記憶が働いています。
ただし、置いておける量はわずかです。口の中で繰り返すのをやめると、中身はすぐに薄れていきます。新しい話を聞きながら考える作業は、この小さな置き場を何度も入れ替えながら進んでいるわけです。
「7±2」は論文の本文に出てこない
容量の目安としてよく引かれるのが、心理学者ジョージ・ミラーの1956年の論文「The Magical Number Seven, Plus or Minus Two」です。ところが本文を読むと、「プラスマイナス2」という言い方は題名にしか出てきません。本文が述べているのは、すぐに思い出せる量が「約7項目」だということです。
しかも数は材料によって変わります。ミラーが紹介した測定では、0と1の数字なら約9個、一音節の英単語なら約5個でした。「7±2」を決まった定数のように扱うのは、もとの論文よりも強い言い方になっています。
今は「4つ前後」とする見方が有力
その後の研究で、容量はもっと小さいと考える人が増えました。アメリカの心理学者ネルソン・コーワンは2010年の論文で、若い大人が同時に保てるのは意味のあるまとまりで3〜5個、最もありそうな値は約4個だとまとめています。
ミラーの「約7」は頭の中で唱えたりいくつかをまとめたりする工夫込みの数字だった、というのがコーワンの見立てです。唱えられないようにした実験では、覚えていられたのは約3個でした。先のニューサウスウェールズ州の解説も「約4つのまとまり」を採っています。
覚えた知識は容量をほとんど使わない
この狭さには例外があります。長期記憶にしまわれた知識は、作業台に呼び出しても1つのまとまりとして扱えるからです。スウェラーらは英単語「characteristics」を例に出しています。読み慣れた人には1語でも、英語を習い始めた人には15文字がばらばらに並んだ重い情報になります。
チェスの名人が盤面を一目で覚えられるのも同じ仕組みです。オランダの心理学者デ・フロートの研究以来、名人の強さは大量の盤面パターンの記憶で説明できるとされてきました。教える目的は、つまるところ長期記憶に知識を積んでいくことだ、とこの理論は考えます。
負荷は3種類に分けて考えられてきた
内容そのものの重さ「内在的負荷」
1つめは、学ぶ中身の複雑さからくる負荷です。いくつもの要素を同時に関係づけないと分からない内容ほど重くなります。たとえば方程式の移項は、符号や両辺の関係を一度に見ないと意味がつかめません。
この負荷は、教え方を変えても基本的には減らせません。変えられるのは、学ぶ内容そのものか、学ぶ人の知識量だけです。同じ内容でも、前提の知識がある人には軽く、ない人には重くのしかかります。
見せ方が生む「外在的負荷」
2つめは、中身ではなく情報の出し方や、学ぶ人にさせる作業から生まれる負荷です。説明の順番が飛ぶ、必要な図が別のページにある、関係のない飾りが多い。どれも理解そのものには役立たないのに、作業台の場所を取ります。
こちらは教え方を変えれば減らせる負荷です。スウェラーらによれば、この理論から生まれた指導上の発見の大半は、外在的負荷の増減で説明できるといいます。「簡単なのにわかりにくい」授業の多くは、この負荷が大きすぎる状態にあたるでしょう。
「学習関連負荷」の考え方は2019年に改められた
3つめは英語でgermane loadと呼ばれ、日本語では「学習関連負荷」などと訳されます。1998年の論文では、理解を深めるために使われる負荷として、内在的・外在的と並ぶ3つめの負荷に数えられていました。
ところが2019年の論文で、スウェラーらはこの位置づけを改めました。いまは独立した負荷ではなく、外在的負荷に取られていた頭の余力を、内容そのものの理解へ振り向けた分と考えます。外在的負荷を減らすと全体の負荷も下がる、という実験結果と合わなかったためです。
簡単な内容がわかりにくくなるのはなぜ？
図と説明が離れていると頭の中でつなぐ手間が増える
図形の問題で、図はページの上、解き方の文は下にまとめて書かれている。この形だと、読む人は文の「角A」が図のどこかを探し、頭の中で両方をつなぎ合わせなければなりません。1988年に報告された「注意の分散」と呼ばれる現象です。
図だけでは解き方が分からず、文だけでは何の話か分からない。そうした組み合わせのときに、この手間が学習を妨げます。説明の文を図の該当する場所に直接書き込むと、つなぐ手間が消えて理解が進みやすくなります。
同じことを2回見せると、かえって重くなる
親切のつもりで、図と同じ内容を文章でも添える。これが逆効果になることがあります。1991年の研究では、心臓・肺・体をめぐる血液の流れを図で示し、同じ流れを文章でも説明しました。結果は、図だけを見せたほうが成績がよかったのです。
「重複」と呼ばれるこの現象は、2つの情報が同じだと確かめる作業に余計な力を使うために起こると考えられています。スウェラーらによると、似た発見は何度も忘れられては見直されてきました。1937年には、絵を添えずに単語だけを見せた子どものほうが読みを早く覚えた、という報告もあります。
話し言葉や動画は流れて消えていく
黒板の文字や教科書は、分からなくなったら読み返せるのが強みです。一方、口頭の説明や動画、アニメーションは数秒で目の前から消えていきます。学ぶ人は後で使うために内容を頭に抱え続けるしかなく、そのぶん作業台が埋まってしまいます。
この「消えていく情報」の負担は、2011年ごろから研究が進みました。短い説明なら音声と図の組み合わせが有利でも、長い音声説明になると、図と文字だけのほうが成績がよくなる場合があると報告されています。
わかりにくい授業によくある場面
文字だらけのスライドをそのまま読み上げる
スライドにびっしり書いた文を、先生が一字一句そのまま読み上げる。聞く側は、目で読む速さと耳で聞く速さのずれに振り回されます。同じ情報を二重に受け取る「重複」の典型で、手元の資料まで同じ文なら負担はいっそう大きくなるはずです。
スライドの装飾にも同じことがいえます。内容と関係のないイラストや色づかい、動きの多い切り替えは、目を引くぶんだけ作業台の場所を取ります。見た目のにぎやかさと分かりやすさは、必ずしも一致しません。
板書を写しながら、別の説明を聞く
黒板を写している最中に、先生が次の説明を始める。プリントを読ませながら補足を話す。こうした場面では、手と目と耳がそれぞれ別の情報を追いかけます。どれか1つに集中すれば済む内容でも、同時に求められると理解が追いつきません。
板書を写す時間と説明を聞く時間を分けるだけでも、負担はかなり変わります。「書き終わってから話す」は昔から言われる工夫ですが、理論の面からも理由のある方法です。
例を見せずに、いきなり問題を解かせる
新しい単元で、解き方を一通り説明しただけで練習問題に入る。初心者はゴールと今の状態を見比べ、使えそうな手を探して試す、という手探りを繰り返すことになります。スウェラーらは、この進め方が作業台を特に多く使うと指摘してきました。
問題は解けても、どうやって解けたのかが残りにくいのが困ったところです。たくさん解いたのに力がつかないという感覚は、こうした手探りに頭の容量を使い切っていることから来ている場合があります。
負荷を減らす工夫には何がある？
解き方の見本を先に読ませる
最もよく知られた工夫は、途中の式まで書いた解答例をじっくり読ませる方法です。1985年に代数の授業で報告された「例題効果」では、問題を自力で解いた生徒より、解答例を学んだ生徒のほうが後のテストでよい成績を取りました。
ゴールのない問題に変える手もあります。「1分後の速さが分かっている車は何km進んだか」と問う代わりに、「求められる値をできるだけ多く計算しよう」と出すやり方です。目標と現状を見比べる手間が減り、1つずつの解き方に目が向きやすくなります。
図と説明をくっつけ、言葉は耳から入れる
図と文を一緒に読む必要があるなら、文を図の中に書き込みます。もう一つの方法は、説明の文を声に変えることです。目で図を、耳で説明を受け取ると、目と耳の両方を使えるぶん余裕が生まれるとされます。
この「モダリティ効果」は、1995年に幾何の学習で初めて確かめられました。ただし、ここで声にするのは図を補う説明です。スライドの文字をそのまま読み上げるのは、先に見た「重複」になってしまいます。
動画は区切り、ペースを学ぶ側に渡す
流れて消える情報への対策は、止めたり戻したりできるようにすることです。アニメーションの再生を学ぶ人が自分で操作できるようにすると学びやすくなった、という研究があります。途中に区切りを入れた動画も、初心者には続けて流す動画より効率がよかったと報告されています。
オンライン授業の動画を章ごとに分けたり、要点ごとに一時停止を促したりするのは、この考え方に沿った工夫です。一度に流す量を小さくするだけで、作業台からあふれる分は減らせます。
慣れた人には逆効果になることもある
初心者向けの支えが上級者の邪魔になる
解答例や丁寧な図解は、初心者にとって大きな助けです。ところが、すでにその分野に詳しい人には効果が消えたり、かえって学びを妨げたりします。2003年に整理されたこの現象は「熟達化反転効果」と呼ばれています。
詳しい人にとって、知っている手順を一から読まされるのは余計な作業です。頭の中の知識と目の前の説明を照らし合わせる手間が、そのまま外在的負荷になります。「分かりやすい授業」は、聞き手によって形が変わるということです。
支えは少しずつ外していく
そこで勧められるのが、手助けを段階的に減らす進め方です。最初は解答例を読み、次は途中まで解かれた問題の残りを埋め、最後は自力で解く。この順で支えを外していくと、どの段階でも作業台に無理がかかりにくくなります。
ニューサウスウェールズ州の解説も、生徒が上達するにつれて自力で解く機会を少しずつ増やすよう勧めています。かみ砕いた説明は入口として役立ちますが、いつまでも続けるものではありません。
18桁の0と1も「まとめ方」で覚えられる
3桁ずつ区切ると6つの数字になる
ミラーの論文には、作業台の狭さをすり抜ける方法も書かれています。0と1が18個並んだ列は、普通の人には覚えきれません。ところが「101」を5、「001」を1というように3桁ずつ数字に置き換えると、6個の数字になって楽に収まります。
ミラーはこれを「まとめ直し」と呼び、記憶できる情報を増やす最も強力な方法の一つだと述べました。ミラーが紹介した研究者のスミスは、自らこの置き換えを練習して0と1の並びを約40個まで覚えたといいます。
「自分の言葉で言い直す」も同じ仕組み
ミラーによれば、話を「自分の言葉で」言い直すのも同じまとめ直しの一つ。授業のあとにノートを自分の言葉で書き直すと覚えやすいのは、ばらばらの情報を少ないまとまりに組み替えているからだと考えられます。電話番号をハイフンで区切って覚えるのも、身近なまとめ直しの一例です。作業台は小さくても、載せる荷物の形を整えれば運べる量は増やせます。
認知負荷理論は、教え方の良しあしを「頭の作業台」という一つの物差しで測り直す理論です。ただ、正解の授業を1つに決めるものではありません。学ぶ人の知識が変われば、同じ説明が助けにも邪魔にもなります。わかりにくさに出会ったら、内容の難しさを疑う前に、情報の載せ方を疑ってみる。その順番を教えてくれるのが、この理論のいちばんの効き目なのかもしれません。
参考
- Sweller, van Merriënboer, Paas「Cognitive Architecture and Instructional Design: 20 Years Later」Educational Psychology Review 31（2019）
- George A. Miller「The Magical Number Seven, Plus or Minus Two」Psychological Review 63（1956）
- Nelson Cowan「The Magical Mystery Four」Current Directions in Psychological Science 19（2010）
- ニューサウスウェールズ州教育省「Cognitive load theory: Research that teachers really need to understand」（2017）
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