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V O L U M E N 5 / N Ú M E R O 1 0 / J U L I O - D I C I E M B R E D E 2 0 1 2 / I S S N 2 0 2 7 - 1 1 7 4 / B O G O T Á - C O L O M B I A / P á g i n a 7 5 - 9 2 m a g i s 4 Teoría de la carga cognitiva,diseño multimedia yaprendizaje: un estado del arte Cognitive Load Theory, Design and Multimedia Learning: A State of the Art Théorie de la charge cognitive, dessin multimédia et apprentissage: un état de l′art Teoria da carga cognitiva, desenho multimídia e aprendizagem: um estado da arte Fecha de recepción: 18 DE JULIO DE 2011 / Fecha de aceptación: 5 DE SEPTIEMBRE DE 2012Encuentre este artículo en http://magisinvestigacioneducacion.javeriana.edu.co/ SICI: 2027-1174(201212)5:10<75:TCCDMA>2.0.TX;2-N Escrito por l uis a leJandRo a ndRade -l oteRo i ndiana u niVeRsity B loomington , e stados u nidos
[email protected] Para citar este artículo / To cite this article / Pour citer cet article / Para citar este artigo Andrade-Lotero, L. A. (2012). Teoría de la carga cognitiva, diseño multimedia y aprendizaje: un estado del arte. magis , Revista Internacional deInvestigación en Educación , 5 (10), 75-92. Resumen En este artículo de revisión se presenta un resumen dela Teoría de la Carga Cognitiva y la Teoría Cognitivadel Aprendizaje Multimedia. Se dan algunos ejem-plos de investigaciones empíricas y se reflexiona acercadel valor explicativo de estas teorías del aprendizaje.Se exponen diez principios para el diseño de materialinstruccional. No obstante, otras investigaciones hanencontrado limitaciones en el uso y práctica de estasteorías. Se refieren principalmente a la medición dela carga cognitiva, a la experiencia, al conocimientoprevio de los aprendices y a la motivación y aspectosafectivos que intervienen en el proceso de aprendizaje. Palabras clave autor Aprendizaje, carga cognitiva, e-learning, multimedia,diseño instruccional. Palabras clave descriptor Aprendizaje cognoscitivo, diseño de sistemas de en-señanza, tecnología educativa, multimedia interactivaen la educación. Transferencia a la práctica El auge investigativo en psicología educativa de lasúltimas décadas ha resaltado la necesidad de quelos diseñadores de material educativo tengan siem-pre presente los procesos cognitivos asociados conel aprendizaje. Este artículo ofrece un estado del arteacerca de los principales temas de investigación en eldiseño multimedia y otros materiales instruccionales.Estas investigaciones se basan en la Teoría de la Car-ga Cognitiva (TCC) (Sweller, 1994) y la Teoría Cognitivadel Aprendizaje Multimedia (TCAM) (Mayer, 2005), lascuales presentan un interesante panorama conceptualpara comprender cómo mejorar el aprendizaje apoyadoen estos medios electrónicos. Solo así, los educadorespodrán seleccionar con fundamento los contenidos ydiseños instruccionales que mejor se acomoden a losobjetivos de aprendizaje de sus estudiantes. Educado-res, pedagogos e investigadores interesados en e-learn-ing pueden beneficiarse con este artículo y encontraren esta teoría un marco de referencia para entender losrequerimientos conceptuales para el diseño de este tipode materiales. Predominantemente, estas ideas hantenido especial interés en el mundo anglosajón; actu-almente, la literatura en español acerca de este tema seha quedado corta en cuanto a publicaciones académi-cas —para una referencia en español, ver por ejemploSonia Rodríguez-Soto y Mynor Chacón-Díaz (2008)—. Magis 10.indb 7520/12/2012 09:33:48 p.m. V O L U M E N 5 / N Ú M E R O 1 0 / J U L I O - D I C I E M B R E D E 2 0 1 2 / I S S N 2 0 2 7 - 1 1 7 4 / B O G O T Á - C O L O M B I A / P á g i n a 7 5 - 9 2 m a g i s PÁGINA 76 Abstract In this review article is a summaryof the Cognitive Load Theory andCognitive Theory of Multimedia Lear-ning. Some examples of empiricalresearch and considerations on theexplanatory value of these learningtheories are given, and ten principlesfor designing instructional materialare shown. However, other researchhas found limitations in the useand practice of these theories. Theymainly concern the measurement ofcognitive load, experience and priorknowledge of the learners, as well asmotivation and emotional aspects in-volved in the learning process. Transference to practice The rise in educational psychology research in recentdecades has highlighted the need for instructional de-signers constantly aware cognitive processes associatedwith learning. This article provides a state of the art onthe main research topics in multimedia design and otherinstructional materials. These investigations are basedon Cognitive Load Theory (CBT) (Sweller, 1994) and theCognitive Theory of Multimedia Learning (TCAM) (Mayer,2005), which provide an interesting picture for under-standing how to improve learning supported in theseelectronic means. Only in this way, educators can selecton the basis of content and instructional designs thatbest suit the goals of student learning. Educators, teach-ers and researchers interested in e-learning can benefitfrom this article, and find in this theory a framework forunderstanding the conceptual requirements for the de-sign of such materials. For the most part, these ideas havetaken special interest in the Anglo-Saxon world, and cur-rently in Spanish literature on this topic has fallen short interms of academic publications, for a reference in Spanish,see e.g. Sonia Rodríguez-Soto and Mynor Chacón-Díaz(2008). Résumé Dans cet article de révision on pré-sente un résumé de la théorie de lacharge cognitive et la théorie cogniti-ve de l ' apprentissage multimédia. Onfournit des exemples de recherchesempiriques et on fait une réflexionpar rapport à l ' importance explica-tive de ces théories d’apprentissage.On présente dix principes pour ledessin du matériel d ' instruction. Mal-gré les recherches qu ' ont trouvé deslimitations dans l ' usage et la pratiquede ces théories. Elles font référence,notamment à la mesure de la chargecognitive, à l ' expérience et la con-naissance préalable des apprentis etaussi à la motivation et aux aspectsaffectifs qui intervient dans le pro-cessus de l ' apprentissage. Transfert à la pratique L ' essor de la recherche en psychologie éducative dans lesdernières décennies a montré le besoin de faire connaîtreaux dessinateurs du matériel éducatif les processus co-gnitifs associées à l ' apprentissage. Le présent articlefournit un état de l ' art par rapport aux principaux sujetsde recherche dans le dessin multimédia et dans d ' autresmatériels d ' instruction. Ces recherches ont leur base dansla Théorie de la Charge Cognitive de l ' ApprentissageMultimédia (TCAM) (Mayer, 2005), lesquelles fournisentun intéressant panorama conceptuel pour comprendrecomment améliorer l ' apprentissage soutenu dans cesmoyens éléctroniques. Seulement ainsi, les éducateurset chercheurs intéressés dans le e-learning pourront sebénéficier avec cet article, et trouver dans cette théorieun cadre de référence pour comprendre les requêtesconceptuelles pour le dessin de ce type de matériels.Notamment ces idées ont eu un intérêt dans le mondeanglosaxon, et actuellement la littérature en espagnolpar rapport à ce sujet est moins importante en ce quiconcerne les publications académiques —pour une ré-férence en espagnol, voir par exemple Sonia Rodríguez-Soto et Mynor Chacón-Díaz (2008). Resumo Neste artigo de revisão se apresentaum resumo da teoria da carga cog-nitiva e da teoria cognitiva da apren-dizagem multimídia. Apresentam-sealguns exemplos de pesquisas empí-ricas e se reflete a respeito do valorexplicativo destas teorias da aprendi-zagem. São expostos dez princípiospara o desenho de material instru-cional. Afirma-se também que outraspesquisas encontraram limitações nouso e prática destas teorias. Estas sereferem principalmente à mediçãoda carga cognitiva, à experiência econhecimento prévio dos aprendizes,bem como à motivação e aspectosafetivos que intervêm no processo deaprendizagem. Transferência à prática O auge investigativo em psicologia educativa das últi-mas décadas ressaltou a necessidade de os desenhistasde material educativo sempre considerarem os processoscognitivos associados com a aprendizagem. O presenteartigo oferece um estado da arte a respeito dos princi-pais temas da pesquisa no desenho multimídia e emoutros materiais instrucionais. Estas pesquisas se baseiamna Teoria da Carga Cognitiva (TCC) (Sweller, 1994) e naTeoria Cognitiva da Aprendizagem Multimídia (TCAM)(R. E. Mayer, 2005), as quais oferecem um interessantepanorama conceitual para compreender como melhorara aprendizagem apoiada nestes meios eletrônicos. Só as-sim os educadores poderão selecionar com fundamen-to os conteúdos e desenhos instrucionais que melhor seacomodem aos objetivos de aprendizagem de seus es-tudantes. Educadores, pedagogos e pesquisadores inte-ressados em e-learning podem se beneficiar deste artigoe encontrar nesta teoria um marco de referência paraentender os requisitos conceituais para o desenho destetipo de material. Predominantemente estas ideias tiveramespecial interesse no mundo anglo-saxônico e atualmen-te a literatura em espanhol a respeito deste tema ficoucurta quanto a publicações acadêmicas — para uma re-ferência em espanhol, ver por exemplo Rodríguez Soto eChacón Díaz (2008). Key words author Learning, Cognitive Load,E-learning, Multimedia,Instructional Design. Key words plus Cognitive Learning, InstructionalSystems – Design, EducationalTechnology, InteractiveMultimedia in Education. Palavras-chave autor Apprentissage, charge cognitive,e-learning, multimédia, dessind'instruction. Palavras-chave descritor Apprentissage cognitif,conception pédagogique dessystèmes, technologie del'éducation, multimédia interactifen éducation. Palavras-chave autor Aprendizagem, carga cognitiva,e-learning, multimídia, desenhoinstrucional. Palavras-chave descritor Aprendizagem cognitiva, projetode sistemas de instrução,tecnologia educacional,multimídia interativa emeducação. Magis 10.indb 7620/12/2012 09:33:48 p.m. T e o r í a d e l a c a r g a c o g n i t i v a , d i s e ñ o m u l t i m e d i a y a p r e n d i z a j e : u n e s t a d o d e l a r t e m a g i s PÁGINA 77 Descripción del artículo | Articledescription | Description de l'article| Artigo descrição Este artículo de revisión, derivado de lainvestigación Estudio comparativo de lainfluencia del uso de representaciones ex-ternas con distintos grados de manipulaciónfísica (pictóricas, tangibles y digital-mouse)en los procesos mentales de carga cognitiva y mapeo cognitivo durante tareas de forma-ción de conceptos artificiales en niños de 5a 7 años , presenta un estado del arte acercade los principales temas de investigación enel diseño multimedia y otros materiales ins-truccionales. Las investigaciones revisadasse basan en la Teoría de la Carga Cognitiva(TCC) (Sweller, 1994) y la Teoría Cognitivadel Aprendizaje Multimedia (Mayer, 2005)que ofrecen un interesante panorama con-ceptual para comprender cómo mejorar elaprendizaje apoyado en estos medios elec-trónicos.La investigación en la que se enmarca elartículo fue desarrollada por el grupo deinvestigación Tendencias Actuales en Edu-cación y Pedagogía, de la Universidad SanBuenaventura de Bogotá, Colombia, entre2009 y 2011. Introducción A finales de la década de 1980, con el auge de la multimedia y lasnuevas posibilidades que brindaba el computador en cuanto a gráficas ysonido, varios investigadores comenzaron a estudiar de qué manera es-tas herramientas podrían favorecer el aprendizaje. En efecto, la Teoría de laCarga Cognitiva (TCC) (Sweller, 1994) y más adelante, la Teoría Cognitiva delAprendizaje Multimedia (TCAM) (Mayer, 2005), se presentan como un marcoconceptual perteneciente a las ciencias cognitivas que pretenden mejo-rar los ambientes multimedia o e-learning (Chong, 2005). Esta corriente sesitúa dentro del paradigma del procesamiento de la información, según elcual la cognición del ser humano es un “Sistema Natural de Procesamientode Información” (Paas, Renkl & Sweller, 2004). Así pues, se propone alinearel diseño instruccional teniendo en cuenta la manera como el ser humanoprocesa la información procedente de su entorno.Los principales exponentes de estas teorías pertenecen a universi-dades australianas, holandesas y estadounidenses. Algunos de los autoresmás importantes son, entre otros: John Sweller, de la Universidad de NewSouth Wales (Sydney, Australia), quien inicialmente planteó la Teoría de laCarga Cognitiva; Fred Paas, de la Universidad Abierta de los Países Bajos(Rotterdam); Jeroen van Merriënboer, de la Universidad Libre de Ámster-dam (Ámsterdam); y por último, aunque no menos importante, RichardE. Mayer de la Universidad de California (Santa Bárbara), quien integró laTCC (Sweller, 1994), la Teoría de la Codificación Dual (Paivio, 1986, 1991),el Modelo de Memoria de Trabajo (Baddeley, 1992), las aplicó principalmentea la multimedia y llamó este resultado Teoría Cognitiva del AprendizajeMultimedia (Mayer, 2005; Mayer & Sims, 1994).Ahora bien, los propósitos del presente artículo son: a) hacer unasíntesis de las ideas que conforman la TCC y la TCAM; b) mostrar algunosde los campos de aplicación de las investigaciones y aplicaciones empíricas;y c) reflexionar acerca del valor explicativo de este marco conceptual comouna teoría del aprendizaje. La Teoría de la Carga Cognitiva y la Teoría Cognitiva del Aprendizaje Multimedia La Teoría de la Carga Cognitiva (Sweller, 1994) y la Teoría Cognitivadel Aprendizaje Multimedia (Mayer, 2005), en esencia, pretenden alinear el diseño de material instruccional con la Arquitectura Cognitiva Humana(ACH). Sus premisas son que los aprendices tienen una muy limitada ca-pacidad de memoria de trabajo cuando deben enfrentarse con nueva in-formación. Por ello, el aprendizaje se verá amenazado si los materialesinstruccionales sobrecargan estos recursos. Dado que la información pro-veniente del entorno es recibida y procesada por medio de canales parcial-mente independientes (auditivo y visual), la memoria de trabajo se puedever beneficiada si el medio de presentación utiliza varios canales al mismotiempo y/o evita sobrecargar uno solo. Además, la información nueva po-drá ser adquirida solo si la actividad mental del aprendiz puede relacionarlacon los esquemas mentales de la información previamente almacenada enla memoria de largo plazo (Clark & Mayer, 2007; Mayer, 2005).A continuación, se describirá someramente cómo los teóricos dela TCC entienden la manera en que la mente está estructurada dentrodel cerebro. A esto se le ha llamado la Arquitectura Cognitiva Humana,ACH(Sweller, 2008). También se considerarán los tipos de carga cognitivaque componen el procesamiento mental y su relación con el almacena- Magis 10.indb 7720/12/2012 09:33:49 p.m. V O L U M E N 5 / N Ú M E R O 1 0 / J U L I O - D I C I E M B R E D E 2 0 1 2 / I S S N 2 0 2 7 - 1 1 7 4 / B O G O T Á - C O L O M B I A / P á g i n a 7 5 - 9 2 m a g i s PÁGINA 78 miento de la información a largo plazo. Además, se explican brevementelas consecuencias que se producen sobre el aprendizaje al modificar lapresentación del material instruccional y alinearla con la ACH, es decir, lo queen esta literatura se conoce como principios de aplicación . Arquitectura Cognitiva Humana, ACH Entender la forma como el cerebro piensa es uno de los principalesretos para explicar y mejorar el aprendizaje. Según los teóricos de la TCC,cualquier instrucción o enseñanza es efectiva solo si su diseño ha tenidoen cuenta las características de la cognición humana.Así pues, la arquitectura cognitiva es la manera como las estructu-ras y funciones cognitivas del ser humano están organizadas. Según laTCC, la información que entra al cerebro es procesada en tres diferentesestructuras, a saber: a) la memoria sensorial, b) la memoria de trabajo, yc) la memoria de largo plazo (figura 1). Figura 1 Estructura de la Arquitectura Cognitiva Humana, ACH Puedepermanecer elresto de nuestravidaRepasoOlvidoOlvido30 seg1 segInformacióndel exteriorMemoriasensorialMemoria detrabajoMemoria delargo plazo Fuente: elaborado con base en Dale Shaffer, Wendy Doube y Juhani Touvinen, 2003 Memoria sensorial Los canales sensoriales son sistemas como el visual y el auditivo, queconstituyen la clave de nuestra capacidad para localizar los diferentes estí-mulos del entorno. La memoria sensorial recibe el estímulo de los sentidos ylo almacena por un muy corto tiempo (entre 1 y 3 segundos). Su función esconvertir los estímulos sonoros y de la vista en información auditiva y visual.No obstante no les asigna significado. Ambos canales se encuentran separa-dos y la información que allí llega se procesa independientemente (Shaffer,Doube & Tuovinen, 2003). Magis 10.indb 7820/12/2012 09:33:49 p.m. T e o r í a d e l a c a r g a c o g n i t i v a , d i s e ñ o m u l t i m e d i a y a p r e n d i z a j e : u n e s t a d o d e l a r t e m a g i s PÁGINA 79 Memoria de trabajo La memoria de trabajo permite retener y manipular la información porperíodos cortos (de 15 a 30 segundos). El procesamiento de la informaciónen esta memoria está relacionado con la actividad que estamos realizan-do de manera consciente (Sweller, 2006a). Para la TCC, una de las más im-portantes características de la memoria de trabajo es su limitada capacidadde procesamiento. Según ciertos autores, esta apenas puede manejar sieteítems a la vez (Miller, 1956). No obstante, estas restricciones se aplican úni-camente a toda información nueva que no está vinculada con esquemas dela memoria de largo plazo (Shaffer, Doube & Tuovinen, 2003).Además, recientes investigaciones han planteado que la memoria detrabajo está dividida en tres procesadores o canales (Chong, 2005). La in-formación procesada en esta memoria está distribuida en dos procesadoresparcialmente independientes, el auditivo y el visual, los cuales manipulan lainformación verbal y pictórica respectivamente. Adicionalmente, existe untercer procesador conocido como central-ejecutivo, que es el responsable decoordinar el procesamiento de la información que entra y sale de la memoriade trabajo. Memoria de largo plazo A diferencia de la memoria a corto plazo, la memoria de largo plazoes ilimitada. Este tipo de memoria está encargado de almacenar informacióndiversa relacionada con hechos, conceptos, imágenes, recuerdos y procedi-mientos, entre otros aspectos. Este tipo de memoria organiza y almacena la in-formación en “esquemas” o constructos cognitivos que incorporan múltiplesunidades de información dentro de una unidad singular de mayor nivel.Los esquemas son construidos en la memoria de trabajo y permiten procesaruna cantidad mayor de información para crear pedazos más grandes de em-paquetamiento (o chunks ). No obstante, para que estos empaquetamientos sevuelvan esquemas, es necesaria su organización jerárquica. Es decir, mediantelos esquemas se categorizan los conocimientos, para facilitar su posterior recu-peración y aplicación en tareas particulares (Shaffer, Doube & Tuovinen, 2003).En teoría, los esquemas no consumen recursos cognitivos cuandoson automatizados luego de una extensa práctica. La automatización comocomplemento de la construcción de esquemas se refiere al proceso median-te el cual la información almacenada en esos esquemas se procesa de formaautomática e inconsciente. En este sentido, el desarrollo de habilidades me-diante la práctica contribuye a garantizar la ejecución espontánea y fácil deuna tarea, puesto que la memoria de trabajo no se encuentra sobrecargadacon demasiada información a procesar al mismo tiempo (Sweller, 2002).Debido a que todo contenido nuevo debe ser procesado en la me-moria de trabajo, demasiada carga cognitiva puede impedir que el sujetodedique recursos valiosos para la formación de esquemas y almacenamien-to de información a largo plazo. Según la TCC, la carga cognitiva es lacantidad total de actividad mental procesada conscientemente en un mo-mento dado cuando un sujeto está resolviendo una tarea (Paas, Tuovinen,Tabbers & van Gerven, 2003). No obstante, no toda la carga cognitiva esdel mismo tipo. A continuación, se describen las clases de carga cognitivay su relación con la memoria de corto y largo plazo. Tipos de carga cognitiva Fred Paas, Juhani E. Tuovinen, Huib Tabbers y Pascal W. M. van Ger-ven (2003) distinguen tres tipos de carga cognitiva, a saber: a) intrínseca,b) extrínseca y c) relevante (o germánica) (figura 2). Magis 10.indb 7920/12/2012 09:33:49 p.m.
