教学目的在于帮助学习者达成学习目标。具体来说，教学目标就是在学习过程中指导学生的认知加工并促进学习者的知识建构。这一过程发生在学习者的认知系统中，我们首先需要关注的一个事实就是认知加工的容量是有限的。
教学设计的主要挑战是：既要保证学习者进行适当的认知加工，又要保证这种加工不会使得认知负荷超载。
教学设计有两个相互矛盾的目标：①鼓励学生进行适当的、有意义的认知加工；②加工过程中不出现认知负荷超载。
为了促成有意义的学习，除了避免出现认知负荷超载的问题，还需要关注学习过程中的认知加工水平。下文列出了学习过程中三种主要的认知加工要求——无关认知加工、基础认知加工和生成认知加工，及其产生的原因。
无关认知加工
定义：与学习目标无关的认知加工。
原因：由不合理的教学设计或不良的学习策略引起。
举例：文本内容在这一页，而相应的图示却在另一页，学习者需要来回翻看。
无关认知加工是由不合理的教学设计或不良的学习策略引起的，实际上这种加工浪费了宝贵的认知容量。
基础认知加工
定义：初步认知加工——在学习中对呈现的材料进行心理表征。
原因：由材料的内在复杂性引起。
举例：学习者需要较多的认知加工来呈现复杂的问题，比如闪电雷暴是怎样形成的。
基础认知加工要求学习者在工作记忆中表征所学的信息，比如选择、初步组织相关信息。基础认知加工是有材料的内在复杂性引起的，比如一次工作记忆容纳的相关概念数量。
生成认知加工
定义：深层认知加工——在学习中理解所呈现的材料（包括组织、整合相关信息）。
原因：由学习者的学习意愿引起。
举例：当教师用对话形式进行交流时，学习者更愿意积极投入，努力将材料与原有知识联系起来。
生成认知加工要求学习者通过再组织和整合，深度理解进入工作记忆中的信息，它是由学习者的学习动机所引起的，也是学习中最有价值的认知加工过程。
意义学习要求学习者在学习中进行适当的认知加工，包括选择相关信息以便进行进一步的加工、将选择的知识组织成有序的心理表征，以及将新的学习内容与原有知识相互整合。
总之，意义学习要求学习者参与到基础认知加工和生成认知加工中，而机械学习只要求学习者停留在基础加工阶段。因此，教学设计一方面应避免因为无关认知加工的任务浪费时间，另一方面应尽量采用对话交流的教学方式，充分激发学习者的学习动机，促成有意义的深度学习。
本文由英知（enrichist.com）根据 Richard E. Mayer 所著《应用学习科学》（Applying the Science of Learning）相关章节编写，更多信息请参考原著或关注后续文章。英知（enrichist.com）团队致力于传播学习科学，促进信息技术与教学设计的融合，欢迎关注与转发。
