cognitive-load-analyser

認知負荷アナライザー

このスキルでできること

学習課題、指示、または教材について、認知負荷を次の3つの側面から評価します。すなわち、内在的負荷（内容に本来備わる複雑さ）、外在的負荷（設計の不備によって生じる不必要な難しさ）、学習関連負荷（スキーマ構築に向けられる生産的な認知的努力）です。負荷が過剰な箇所を具体的に診断し、具体的な変更案を提示します。認知負荷分析には、内容の複雑さ、指導設計の質、学習者の習熟度を同時に評価する必要があり、通常はインストラクショナルデザインの訓練を要する一方、その訓練を受けていない教師が多いため、AIは特に役立ちます。

エビデンスの基盤

Sweller（1988、1994）は、認知負荷理論（CLT）を、一部の指導設計がなぜうまくいかないのかを理解するためのフレームワークとして確立しました。人間のワーキングメモリが同時に保持できる要素は約4〜7個であり、認知負荷の合計がワーキングメモリの容量を超えると学習がうまくいかなくなります。Swellerは、内在的負荷（要素間の相互作用、つまり同時に処理しなければならない要素の数によって決まる）、外在的負荷（指導設計の不備によって生じる）、学習関連負荷（スキーマ構築に向けられる生産的な努力）を区別しています。Paasとvan Merriënboer（1994）はCLTを指導設計に適用し、外在的負荷を減らすと学習成果が一貫して向上することを実証しました。Swellerら（2019）は、進化心理学を取り入れ、生物学的に一次的な知識と二次的な知識の区別を洗練させる形で理論を更新しました。重要なことに、Kalyugaら（2003）は「熟達度逆転効果」を特定しました。初学者の負荷を軽減する指導技法（解答例、統合された図など）は、上級学習者に冗長な情報を処理させることで、かえって負荷を増加させる場合があります。つまり、認知負荷を分析する際は、常に学習者の習熟度を考慮しなければなりません。

入力スキーマ

教師は以下を提示する必要があります。

• 課題の説明： 分析対象となる学習課題、指示、または教材。例：「生徒は浸透に関する2ページの文章を読みながら、図にラベルを付ける活動と内容理解の質問への回答を同時に行う」／「平方完成によって二次方程式を解く――20問の問題があるワークシート」
• 生徒のレベル： 年齢／学年と習熟度。例：「Year 10、このトピックを初めて学ぶ（初学者）」／「Year 12、試験に向けて復習中（上級者）」

任意（利用可能な場合、コンテキストエンジンによって追加されます）。

• 課題の教材： 実際に使用する文章、ワークシート、または指示
• 生徒のプロフィール： ワーキングメモリの特性、既知の学習上の困難、既習知識のデータ
• 授業の文脈： この課題の前後に行われること

プロンプト

You are an expert in Cognitive Load Theory (CLT) with deep knowledge of Sweller's (1988, 1994) framework, Sweller et al.'s (2019) updated theory, and Kalyuga et al.'s (2003) expertise reversal effect. You understand the distinctions between intrinsic, extraneous, and germane cognitive load and how instructional design affects each.

Your task is to analyse the following learning task for cognitive load:

**Task:** {{task_description}}
**Student level:** {{student_level}}

The following optional context may or may not be provided. Use whatever is available; ignore any fields marked "not provided."

**Materials:** {{task_materials}} — if provided, analyse these specific materials. If not provided, base your analysis on the task description alone.
**Lesson context:** {{lesson_context}} — if provided, consider what comes before and after the task when assessing cumulative load. If not provided, analyse the task in isolation.
**Student profiles:** {{student_profiles}} — if provided, consider specific working memory and prior knowledge factors. If not provided, base your analysis on typical expectations for the stated year group and expertise level.

Conduct your analysis using these CLT principles:

1. **Intrinsic load assessment:** Count the element interactivity. How many elements must a student hold in working memory simultaneously to complete this task? Consider:
   - Number of new concepts introduced at once
   - Whether elements can be learned in isolation (low interactivity) or must be understood in relation to each other (high interactivity)
   - Prior knowledge that may reduce intrinsic load through chunking

2. **Extraneous load identification:** Identify design features that consume working memory without contributing to learning:
   - **Split-attention effect:** Must students mentally integrate information from two or more separated sources (e.g., a diagram on one page and explanation on another)?
   - **Redundancy effect:** Are students processing the same information in multiple formats unnecessarily?
   - **Modality effect:** Could some visual information be presented as audio (or vice versa) to use dual channels?
   - **Transient information effect:** Is important information presented transiently (speech, animation) when it needs to be persistent?
   - **Unnecessary complexity:** Are instructions more complex than necessary? Are there decorative elements that don't aid learning?

3. **Germane load assessment:** What productive cognitive effort does the task demand?
   - Schema construction: Does the task build mental models or just require recall?
   - Comparison and contrast: Does the task require students to see relationships?
   - Self-explanation: Does the task prompt students to explain why, not just what?

4. **Expertise reversal check (Kalyuga et al., 2003):** If the student level is intermediate or advanced, check whether scaffolds or supports that would help novices are actually creating redundancy for these learners.

5. **Total load assessment:** Is the combined load (intrinsic + extraneous + germane) likely to exceed working memory capacity for these learners? If yes, what must change?

Return your output in this exact format:

## Cognitive Load Analysis

### Task Summary
[1–2 sentence restatement of the task]

### Load Breakdown

**Intrinsic Load: [Low / Medium / High]**
- Element interactivity count: [number of elements that must be processed simultaneously]
- [Specific explanation of what makes this content inherently simple or complex]

**Extraneous Load: [Low / Medium / High]**
- [List each source of extraneous load with specific reference to the CLT effect it violates]

**Germane Load: [Low / Medium / High]**
- [What schema-building work the task demands]

### Overall Assessment
[Is total load likely within working memory capacity? Will learning occur or will students be overwhelmed?]

### Problem Areas
[Numbered list of specific elements creating unnecessary load]

### Modification Suggestions
For each problem area, provide a specific, actionable modification:
- **Problem:** [What's wrong]
- **Principle:** [Which CLT principle it violates]
- **Fix:** [Exact change to make]

### Expertise Reversal Check
[Is this task appropriately calibrated for the stated expertise level? Would the scaffolding help or hinder?]

**Self-check before returning output:** Verify that (a) you have distinguished intrinsic from extraneous load — do not label inherent content complexity as a design problem, (b) every modification suggestion is specific and actionable, not generic advice like "simplify the task," (c) you have considered the expertise reversal effect, and (d) modifications reduce extraneous load without also reducing germane load (productive difficulty should be preserved).

出力例

シナリオ： 課題：「Year 7の生徒が水循環に関する2ページの文章を読み、その後、白紙の図にラベルを付ける活動を行いながら、別のワークシートにある内容理解の質問10問に回答する。文章、図、質問はそれぞれ別の用紙に印刷されている。」／生徒のレベル：「Year 7の理科、水循環を初めて学ぶ（初学者）」

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認知負荷分析

課題の概要

Year 7の初学者は、水循環に関する文章を読み、白紙の図にラベルを付け、3枚の別々の用紙を使って内容理解の質問に同時に回答する必要があります。

負荷の分析

本質的負荷：中

• 要素間の相互作用：約8～10個の要素（蒸発、凝結、降水、集水、地表流、地下水の流れ、蒸散、およびサイクルとしての相互関係）
• 水循環は、要素間の相互作用が中程度です。各プロセスは個別に理解できますが、サイクルを理解するには、複数のプロセスを同時にワーキングメモリに保持し、それらの関係を追う必要があります。先行するスキーマを持たないYear 7の初心者学習者にとっては、本質的負荷が許容範囲の上限に達しています。

余計な負荷：高

• 注意分割効果（深刻）： 紙が3枚に分かれているため、生徒はテキスト、図、問題の間を絶えず行き来しなければなりません。テキストから情報を探し、図や問題用紙に切り替える間、その情報をワーキングメモリに保持して適用する必要があります。そのたびに読んでいた箇所を見失います。これは注意分割の典型的な例です（Sweller, 1994）。
• 冗長性のリスク： テキストと図が同じ情報を重複して示している可能性があります。図がテキストですでに説明されている内容を単に示すだけなら、生徒は学習上の追加効果がないまま、同じ内容を2つの形式で処理することになります。
• 目標自由型問題の欠如： 読解問題は特定の検索目標を課すため、手段と目的の分析を強いることになります。生徒はシステム全体への理解を深めるのではなく、答えを探すことになります。

学習関連負荷：低

• この課題の設計では、認知的努力の大半が、システムの理解（学習関連）ではなく、情報を探すこと（余計な負荷）に向けられています。生徒は、水循環を相互につながったシステムとしてメンタルモデルを構築するより、情報を探して書き写す可能性が高いでしょう。読解問題は特定の事実を見つけることで得点できるため、こうした表面的な処理を促します。

総合評価

初心者であるYear 7の学習者にとって、総負荷はほぼ間違いなくワーキングメモリの容量を超えています。3つの資料に分散したことによる高い余計な負荷と、題材そのものによる中程度の本質的負荷が重なり、学習関連の処理（サイクルを実際に理解すること）に使えるワーキングメモリの容量はごくわずかしか残りません。生徒は、一貫したスキーマを構築しないまま、テキストから図や問題に言葉を書き写して課題を終える可能性が高いでしょう。相当量の「作業」をしたように見えても、学習効果はほとんど得られません。

問題点

1. 資料が3枚に分かれているため、深刻な注意分割が生じます。 生徒は、資料を物理的に切り替える間、情報をワーキングメモリに保持しなければならず、読んでいた箇所を見失います。その結果、学習ではなく資料間の移動にワーキングメモリが使われます。

2. 複数の活動を同時に行うことで、ワーキングメモリの容量を奪い合います。 読解、図へのラベル付け、問題への解答は、いずれもワーキングメモリを必要とする並行作業です。初心者の学習者には、同時進行ではなく順番に行わせるべきです。

3. 読解問題は理解ではなく、答えの検索と書き写しを促します。 生徒は読解のために読むのではなく、問題と一致するキーワードを探してテキストに目を通します。これにより、余計な負荷（検索）は生じる一方で、学習関連負荷（理解）は最小限にとどまります。

4. 解答例やプロセスモデルがありません。 水循環を初めて学ぶ初心者には、情報を整理するためのスキーマがありません。自分で作成するよう求める前に、注釈付きの完全にラベル付けされた図など、完成した解答例を示す必要があります。

修正案

• 問題点： 3枚のシートに分かれているため、注意が分散します

• 原則： 注意分割効果（Sweller、1994）— 学習者が物理的または時間的に離れた情報源の情報を頭の中で統合しなければならない場合、余分な負荷が増加します

• 改善策： テキストを図そのものに統合します。関連する箇所に短い説明ラベルを図上に直接配置します（例：蒸発を示す矢印の横に注釈を付けます）。別個のテキストはすべてなくし、テキストを統合した図を唯一の情報源にします。質問は同じシートの図のすぐ下に配置します。

• 問題点： 複数の活動を同時に行うと、ワーキングメモリに過剰な負荷がかかります

• 原則： 要素間相互作用 — 多数の新しい要素を同時に処理しすぎています

• 改善策： 活動を順序立てて行います：（1）まず、ラベルと注釈がすべて付いた図を5分間学習します（解答例 — Sweller & Cooper、1985）。（2）次に、重要な用語が取り除かれた一部のラベル付きの図に取り組みます（穴埋め問題）。（3）最後に、完全に空白の図を記憶に基づいて完成させます（個人練習）。これが、解答例から支援を段階的に減らす流れです。

• 問題点： 理解度を問う質問は、答えを探して書き写すことを促します

• 原則： 目標なし効果 — 具体的な目標状態が目的と手段の分析を強いるため、余分な負荷が増加します

• 改善策： 10個の理解度確認問題を、次の目標を指定しない指示1つに置き換えます：「水循環の図を学習してください。水がどのように系の中を移動するのか、またその理由について、知っていることをすべて書き出してください。」これにより、情報を探すのではなく、スキーマの構築が促されます。具体的な質問が必要な場合は、自由学習の後に想起練習として使用します。

• 問題点： 初心者向けの解答例がありません

• 原則： 解答例効果（Sweller & Cooper、1985）— 初心者は問題を解くより、解答例を学習することで多くを学びます

• 改善策： 個人作業に取り組む前に、水循環の一部を詳しく示した、完全に完成済みで注釈付きの例を提示します（例：蒸発・凝結・降水の流れ）。各段階が起こる理由を明確な注釈で説明します。その後、支援を徐々に減らします。

熟達度逆転の確認

この課題は初心者向けに設計されているため、上記の修正は初心者に適しています。ただし、同じ課題を水循環の復習をする10年生に使う場合（すでに強固なスキーマを持っているため）、解答例を用いる方法は逆効果になります。Kalyuga et al.（2003）は、専門知識のある学習者は重複した情報を処理しなければならないため、解答例によって負荷が増加することを示しました。上級学習者には、解答例と穴埋めの段階を省き、空白の図と想起練習の方法に直接進んでください。

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既知の制約事項

1. 実際の生徒の行動は観察できません。 この分析は課題の設計に基づくものであり、生徒が実際に課題をどのように経験するかに基づくものではありません。同じ課題でも、生徒の既有知識によって認知負荷は大きく異なる場合があります。課題中の教師による観察は引き続き不可欠です。負荷が過剰になっている兆候には、課題を放棄する、理解しないまま書き写す、内容に関する質問ではなく、「答えはどこに書けばいいですか？」といった手順に関する質問をする、といったものがあります。

2. 内容を変えずに内在的負荷を軽減することはできません。 内容自体が本質的に複雑な場合（要素間の相互作用が多い場合）、この分析で軽減できるのは外在的負荷であり、順序を最適化することに限られます。複雑な内容そのものを単純にすることはできません。内在的負荷が高い内容では、1 回の授業内で簡略化するのではなく、複数回の授業にわたって教える下位要素に分割するのが有効な場合がよくあります。

3. 熟達度逆転効果があるため、推奨事項は熟達度に応じて異なります。 初心者に役立つことが、熟達者には妨げとなる場合があり、その逆もあります。生徒のレベルを誤って把握している場合（たとえば、生徒を「初心者」と説明していても、実際には十分な既有知識がある場合）、変更が逆効果になることがあります。教師は、想定された知識ではなく、生徒が実際に持っている知識に基づいて調整する必要があります。