עומס קוגניטיבי

עומס קוגניטיבי הוא כינוי לעומס הנוצר על זיכרון העבודה של הלומד בזמן ביצוע משימת לימוד מסוימת. 

תהליכים אוטומטיים מתפתחים כתוצאה מהתנסויות חוזרות ועקביות של האדם, באופן שמשקף את סדרי העולם מסביבו ומאפשר לו לעבד מידע באופן יעיל וחסכני מבחינת משאבי הקשב המודע.

תאוריית העומס הקוגניטיבי 
קיימות מספר תאוריות למידה על פי גישות ידועות בפסיכולוגיה קוגניטיבית: 
 התאוריה הביהביוריסטית - מתמקדת באספקטים התנהגותיים הניתנים לצפייה אובייקטיבית ומתעלמת מכל פעילות קוגניטיבית בלתי נצפית. 
 קונסטרוקטיביזם - מתמקדת באופן שבו תלמידים לומדים על ידי בניית מודל אישי משלהם של המידע הנלמד במקום שיקבלו את המידע הזה באופן מובנה. 
 תאוריה חברתית קוגניטיבית - מתמקדת במיומנויות שנרכשות באמצעות צפייה באחרים בזמן אינטראקציה חברתית.

תאוריית העומס הקוגניטיבי, היא תיאורית למידה פסיכולוגית המתמקדת באספקט של הלמידה שאינו ניתן לצפייה - עומס קוגניטיבי. התאוריה עוסקת בעיצוב למידה שמטרתה לאפשר רכישת ידע בסביבות למידה על ידי הורדת העומס הקוגניטיבי הלא רצוי.

ממדים של עומס קוגניטיבי
עומס קוגניטיבי ניתן לאבחנה בשני ממדים:
מימד סיבתיות - מייצג את האינטראקציה בין המשימה ומאפייני הלומד (גיל, רמת המומחיות שלו בנושא הנלמד, ויכולת ההתמצאות במרחב שלו) 
מימד הערכה - מייצג את המאפיינים המדידים של שלושה אספקטים של העומס הקוגניטיבי: המאמץ המנטלי, העומס המנטלי והעומס הקוגניטיבי.
עומס מנטלי - העומס הנוצר על ידי דרישות המשימה ודרישות הסביבה שבה מתבצעת המשימה, כמו מורכבות המשימה, שימוש במולטימדיה ולחץ זמן. עומס זה הוא תוצאה של האינטראקציה שבין המשימה ומאפייני הלומד. 
מאמץ מנטלי - מתייחס לכמות המאמץ המושקעת על ידי הלומד בביצוע משימה מסוימת ולכן אספקט זה בעצם מייצג את העומס הקוגניטיבי של הלומד. מאמץ זה נמדד בזמן שהלומד עסוק בביצוע המשימה או הלמידה. 
עומס קוגניטיבי - האינטנסיביות של המאמץ המושקע בביצוע משימה מסוימת על ידי הלומד. ההשפעה של האינטראקציות בין המשימה ומאפייני הלומד על העומס הקוגניטיבי היא משמעותית.

המבנה הקוגניטיבי של המוח האנושי

זיכרון עבודה (זיכרון לטווח קצר)
בני אדם מודעים רק למידע שנמצא כרגע בזיכרון העבודה שלהם, ואינם מודעים לכמות עצומה של מידע המאוחסן בזיכרון לטווח ארוך. כאשר אדם מתמודד עם מידע חדש, זיכרון העבודה שלו מוגבל ביותר גם בקיבולת וגם במשך הזמן. זיכרון העבודה יכול לשמור בערך שבעה (פלוס מינוס שניים) פריטי מידע בו זמנית למשך לא יותר מ-30 שניות, ולעבד ארבעה (פלוס מינוס אחד) פריטי מידע.

זיכרון לטווח ארוך
יכולת הקיבול של הזיכרון לטווח ארוך היא בלתי מוגבלת. המידע שמאוחסן בו מאורגן בצורה של מבני ידע קוגניטיביים הנקראים "סכמות". מומחיות האדם מגיעה מתוך המידע המאוחסן במבני ידע אלה שבזיכרון לטווח ארוך. התפקיד של הסכמות הוא לא רק בארגון ואחסון מידע, אלא שהן גם מגבירות את הקיבולת של זיכרון העבודה. למרות שזיכרון העבודה יכול להחזיק רק מספר מוגבל של פריטים בו זמנית, הרי שהגודל של אותם פריטים אינו מוגבל, ולכן סכמות מורכבות המכילות מספר עצום של פריטים הקשורים ביניהם יכולות להימצא בזיכרון העבודה כיחידה אחת. כתוצאה מכך, לומד המתמודד עם חומר שלמד כבר בעבר ושמאוחסן בזיכרון לטווח ארוך, משוחרר ממגבלות העיבוד של זיכרון העבודה.

"אוטומציה" הוא מרכיב נוסף של מבנה הסכמה. האוטומציה מתרחשת כשמידע המאוחסן בזיכרון לטווח ארוך יכול להיות מעובד אוטומטית ובלי מאמץ הכרתי, וכך משתחררים משאבי זיכרון עבודה. המטרות העיקריות של מערכות לימודיות המעוצבות בהתחשב בעומס הקוגניטיבי, הן לייעל את יצירת הסכמות בזיכרון לטווח ארוך ולגרום להן להיות מופעלות על ידי הלומד באופן אוטומטי ותת הכרתי.

סוגים של עומס קוגניטיבי
תאוריית העומס הקוגניטיבי מבחינה בין שלושה סוגים של עומס קוגניטיבי: 
עומס מיותר - עומס שאינו תורם ללמידה והוא תוצאה מעיצוב לקוי של ההוראה וחומרי הלימוד.
עומס מובנה - מוגדר על ידי הקשר שבין אופי הנושא הנלמד ומידת הידע שיש ללומד בנושא זה. הוא אינו מושפע על ידי עיצוב חומרי הלימוד. הדרך להורדת העומס המובנה היא בשינוי מטרת הלמידה. אם משימה מסוימת ניתנת ללימוד בצורה קלה יותר בלי לשנות את מטרתה, הרי שהשינוי נעשה בעיצוב הלמידה.
עומס רלוונטי - עומס המיוחס לתהליכים בזיכרון העבודה, המובילים לבניית מבני ידע קוגניטיביים (סכמות) ולאוטומציה שלהם. ככל שיירד העומס החיצוני, יעמדו בפני הלומד יותר משאבי זיכרון לטיפול בבניית מבני הידע האלה. תהליכים אלה אינם קורים באופן אוטומטי אלא תלויים במוטיבציה של הלומד לעשות זאת.

סך כל העומס הקוגניטיבי הוא סכום של שני סוגי עומסים: העומס המיותר והעומס המובנה במשימת הלימוד. סך כל העומס הקוגניטיבי צריך להישאר בתחום המגבלות של קיבולת זיכרון העבודה. בהנחה שעומס הקשור למשימת לימוד הוא נתון, הרי שהורדת העומס הלא רלוונטי ישאיר יותר משאבי זיכרון עבודה עבור תהליכים קוגניטיביים שהם רלוונטיים ללמידה. 

למידה תלויה מאוד בעומס הקוגניטיבי של הלומד. עומס קוגניטיבי יכול לשפר או לעכב את הלמידה. המטרה בעיצוב חומרי למידה היא להקטין את העומס המיותר ולבחור משימות בעלות עומס מובנה אופטימלי, שאינן קלות מדי או קשות מדי עבור הלומד הספציפי, ובכך להגדיל את כמות המשאבים שהלומד יוכל ויהיה מוכן להשקיע בתהליכים קוגניטיביים רלוונטיים שיסייעו בבניית הסכמות בזיכרון לטווח ארוך.

מדידות של עומס קוגניטיבי
ניתן למדוד עומס קוגניטיבי על ידי הערכת המאמץ המנטלי, העומס המנטלי ורמת הביצוע של המשימה. קיימים מספר סוגי שיטות:
שיטות אנליטיות - כמו מודלים מתמטיים וניתוח משימה, מכוונות למדוד את העומס המנטלי.
שיטות אמפיריות - מכוונות למדוד את המאמץ המנטלי. אוספות נתונים סובייקטיבים על ידי שימוש בסולמות דירוג, נתוני ביצוע, נתונים פיזיולוגיים ונתונים פסיכופיזיולוגים באמצעות סימנים ויזואליים לתהליכי למידה אצל הלומד כמו הקלקות עכבר בזמן ביצוע משימה במחשב, ומעבר בין מסכי מחשב.

מדידת עומס קוגניטיבי יכולות להתבצע באמצעות שיטות מגוונות:
מדידות של שינוי (בגוף או במצב הנפשי של הלומד).
מדידות של תהליכי למידה, על ידי מניפולציות ניתנות לצפייה על הלומד בזמן ביצוע המשימה בשילוב עם תוצאות של הלמידה, למשל:
 מדד משימה משנית - בדיקת זמן תגובה בביצוע משימה משנית בזמן ביצוע המשימה הראשונית. מעריכים את הלומד בביצוע של המטלה הראשונית אותה הוא אמור לבצע, ובביצוע של מטלה משנית שאותה הוא מתבקש לבצע תוך כדי ביצוע המטלה הראשונית (בדרך כלל המטלה המשנית כוללת בדיקת זמן תגובה לסיגנל ויזואלי או קולי כלשהו). הבעייתיות בטכניקה זו היא שהמשימה המשנית מפריעה ללומד בביצוע המשימה הראשונית ותורמת לעליה בעומס הקוגניטיבי שלו.
דיווח עצמי של הלומד. הטכניקות של דיווח עצמי הנפוצות ביותר הן:
דיווח בזמן אמת - הלומד נדרש לתמלל את כל המחשבות שעוברות לו בראש תוך כדי ביצוע המשימה. דיווח בזמן אמת מספק מידע ישירות מזיכרון העבודה ומכביד על הלומד במיוחד כשמדובר במשימות ארוכות, ובמיוחד כשמדובר בסביבת מולטימדיה שמכילה את אותו מדיום כמו זה הנדרש בדיווח, למשל מלל. 
דיווח רטרוספקטיבי - הלומד מתבקש לדווח על מחשבותיו מיד לאחר ביצוע המשימה, שחייבת להיות מאוד קצרה מכיוון שבמשימות ארוכות ייתכן שחלק מהמחשבות יישכחו. דיווח רטרוספקטיבי שואב מידע מהזיכרון לטווח ארוך.
מדד הערכה עצמית - מבוססת על סולמות מדידה ועל ההנחה שלומדים מסוגלים לבחון את עצמם ולדווח על רמת המאמץ המנטלי שהשקיעו בביצוע משימה מסוימת. בטכניקה זו משתמשים בדרך כלל בשאלונים המכילים סולמות מדידה, שהם רגישים יחסית לשינויים קטנים בעומס הקוגניטיבי והם תקפים, מהימנים ואינם חודרניים.
מדידות הקשורות לתחום הפיזיולוגי והפסיכופיזיולוגי, כגון מדידת קצב פעימות הלב ופעילות המוח. מדידות הקשורות לתחום הפסיכופיזיולוגי כגון: פעילות עיניים נמצאו יותר תקפות ורגישות להבדלים בין רמות של עומס הקוגניטיבי ופחות חודרניות.

ראו גם
 עיבוד מלמטה-למעלה ומלמעלה-למטה
 היצף מידע
 Psychological refractory period

לקריאה נוספת 
Sweller, J., Ayres, P. and Kalyuga, S., 2011. Cognitive Load Theory (Explorations in the Learning Sciences, Instructional Systems and Performance Technologies); New York : Springer.

הערות שוליים 

תאוריות סוציולוגיות
למידה
פסיכולוגיה קוגניטיבית
קשב