知识反转效应的产生是由于学习者已有知识结构与提供的教学指导之间的关系出现了失衡。[11]根据认知负荷理论，教学设计需要通过有效运用容量有限的工作记忆与容量无限的长时记忆之间的关系来优化对复杂任务的学习，图式的建构与自动化加工均可降低工作记忆负荷。[12]长时记忆系统中的图式在知识的精致加工过程中提供执行指导的功能，缺乏执行指导可能导致学习者浪费认知负荷，导致工作记忆超载；提供充分的执行指导与避免高认知负荷和工作记忆超载紧密相联系。[13]低知识水平者长时记忆中缺乏相关图式，容易出现工作记忆超载，接受外在支持较多的教学可降低其认知负荷；高知识水平者由于长时记忆系统中存在大量相关知识的图式，学习新知识时图式起到执行指导功能，接受冗余教学存在重复加工，反而产生过高的认知负荷。认知负荷包含内在负荷、外在负荷和相关负荷三种类型，内在认知负荷由学习材料内在关联性决定；外在认知负荷由教学设计不良所引起，是一种无效的负荷；相关认知负荷由学习者的学习活动所决定，是一种积极的认知负荷；教学设计中三类认知负荷的总和不能超出工作记忆载荷，优化教学设计的思路是在高内在认知负荷的前提下，降低外在认知负荷与增加相关认知负荷。[14]“支架”与“最近发展区”是近年来关于教与学研究的核心概念，涉及教与学两个变量的知识反转效应与这两个概念存在密切联系。学习者能独立解决问题的实际发展水平与在教师指导或同伴合作下解决问题的潜在发展水平之间的距离即为最近发展区（theZoneofProximalDevelopment，ZPD），最近发展区的下限为学习者能独立成功解决的最难任务，上限为通过获得教师或同伴最大可能的帮助所能解决的最难任务。[15]教育心理学领域广泛认可教学应在最近发展区内实施。支架（Scaffolding）指当学习者不能独立解决问题时而获得的来自教师或同伴所给予的认知支持。[16]不同先备知识的学习者其“最近发展区”的上下限不同，对教学支架的需要也存在差异，完成相同学习任务并施予相同的教学支架，教学效果必然出现分离。基于此，知识反转效应的产生也可解释为学习者的“最近发展区”与实施的教学“支架”之间关系的失衡。

　　三、知识反转效应的教学启示

　　知识反转效应的主要教学含义在于要开展适宜于学习者知识水平的有效教学。此教学含义与国内新课程改革的理念相一致，也是国外能倾与教学处置交互作用观的新发展。与ATI研究中的能力、人格特质、认知风格等能倾变量相比，先备知识更容易知识反转效应及其教学启示测量，因此适宜于学习者知识水平的有效教学在实际教学情境中更容易实现。基于知识水平的有效教学设计需要以学生先备

　　知识水平的科学测查为前提与依据，以降低外在认知负荷与增加相关认知负荷为优化教学设计的基本思路。由于学习者知识水平既存在静态的个体间差异，又存在动态的个体内变化，因此需要从学习者知识水平静态与动态差异两个角度分别开展教学设计。

　　（一）基于学生先备知识水平静态差异的有效教学设计

　　1.集体教学环境中基于学生知识水平静态差异

　　开展分层教学传统的分层教学提倡根据学生的能力、人格特质、学习风格等开展分班学习，然而基于知识反转效应研究，可考虑根据学生的知识水平差异开展分层分班教学，促进不同知识水平学生的共同发展。

　　（1）施予先备知识水平较低的学生更丰富的教学支持

　　知识反转效应研究显示，低知识水平的学生对于高连贯性文本的学习效果优于低连贯性的文本，运用较多教学媒体形式呈现教学材料的学习效果优于运用单一媒体呈现，按顺序以分离的形式呈现学习材料的学习效果优于整体性一次呈现，运用更多指导的探索学习、完整样例、分割动画样例、有提示的想象等策略的学习效果优于无相关策略运用时的学习效果。[17][18]因此，从降低外在负荷的角度优化教学设计，对于低知识水平学习者，可考虑选择高连贯性的学习材料、运用多样化的教学媒体以分离形式呈现教学材料，而同一学习内容的多种表征同时呈现时，如文本与注释信息、文本与图片、文本与动画等，采用空间上接近或加以整合呈现等，这些细节性的教学呈现与组织方式更有利于提高其学习效果。

　　从增加相关负荷的角度优化教学设计，对于低先备知识水平的学习者，可考虑在教学过程中要求学生运用多种学习策略帮助其学习，如做笔记、注释、划线、提供先行组织者、标记、复述、书写日志、自我解释等认知与元认知策略，同时在学习策略运用过程中给予学生最大化的教师指导与同伴支持，这些外在支持更多的教学方法更有利于提高其学习效果。低先备知识水平学习者更适宜于细节性的、外在支持更多的教学。

　　（2）针对先备知识水平较高的学生适当减少教学支持

　　知识反转效应研究显示，高知识水平的学生阅读低连贯性文本的学习效果优于阅读高连贯性文本，教学材料运用较少或单一媒体呈现时学习效果更好，整体性一次呈现学习材料的学习效果优于按顺序依次呈现；运用低指导的探索学习、问题解决练习、连续动画样例、无提示的想象策略等的学习效果优于运用有更多教学指导的学习。[19][20]因此，遵循教学最优化原则和冗余原则，从降低外在负荷的角度优化教学设计，对于高先备知识水平者可考虑提供低连贯的学习材料、运用较少教学媒体整体性呈现教学材料、同一学习内容以较少的表征方式空间上分离呈现等，这些简洁的教学呈现与组织方式更有利于提高其学习效果。从增加相关负荷的角度优化教学设计，对于高先备知识水平者可考虑在学生运用学习策略的过程中给予其最小化的教师指导与同伴支持，如自发书写学习日志、自发记笔记、无提示的自我解释等。高知识水平的学习者更适宜于简洁的、外在支持少的教学。

　　（3）对低知识水平学习者适当提前训练以缩小高低知识水平学习者之间的差距

　　样例学习研究显示，低知识水平学习者在由教师控制的固定渐减样例条件下的学习效果更好，而高知识水平学习者在学习者自主控制的渐减样例条件下学习效果更好。[21]可见，低知识水平的学习者的自主学习能力较差，表现出对教师控制的依赖性。一方面，对于低知识水平学习者，我们需要培养和提升其自主学习能力，而不是更多依赖教师的外部控制完成学习；另一方面，在班级集体授课制的教学条件下，面对不同知识水平的学习者，如果能够缩小其知识水平之间的差距，就能够更好地开展同步教学，提高教学效率。因此，可考虑在教学前对低知识水平学习者进行领域知识提前训练与熟悉，使其具备较丰富的领域知识。

　　2.基于学生静态知识水平差异在教学各环节融合个性化学习范式

　　集体教学提倡所有学生采用统一教学方法，其教学效率高，然而却容易忽视学生的个体差异，在划一性集体教学环境中融合个性化学习范式更有利于知识反转效应及其教学启示实现基于知识水平的静态差异性教学。针对不同知识准备的学习者在课堂集中授课外的其他教学环节实施开放与可选择的教学内容、方法和组织形式，采用差异化的教学反馈等。

　　课前预习环节中，设计或选择适宜于高、低知识水平学生的多样化的预习材料指导其选择。从降低外在负荷的角度优化教学设计，对于低知识水平者可考虑提供对新内容讲解详细、慢速播放、分割的视频材料和高连贯性、详解的、分割的文本预习学案；而高知识水平者可考虑提供对新内容讲解简洁、快速播放或自我控制播放的视频材料形式和低连贯性、简洁的、整体性的文本预习学案。

　　课堂练习环节中，从降低外在负荷的角度优化教学设计，可设计适宜于不同知识水平学生的多样化的练习学案指导其选择。例如，可指导低知识水平的学生选择配有完整样例、步骤更多样例或补全样例的练习材料，而指导高知识水平的学生选择无样例辅助或样例步骤较少的练习材料；从增加相关负荷的角度优化教学设计，可考虑要求低知识水平学习者在完成练习材料的过程中运用自我解释、想象、标记、复述等学习策略辅助练习，并给予其更多教师指导和同伴支持，指导高知识水平者在完成练习材料的过程中自主运用学习策略或教师指导与同伴支持较少的运用学习策略。课堂合作学习环节，可以将知识水平不同的学习者组成异质搭配的学习小组，使他们在合作学习中取长补短、共同进步。

　　课后复习环节中，从降低外在负荷的角度优化教学设计，对于低知识水平者，可考虑先提供问题解决练习的完整样例、步骤更多样例或补全样例后再进行问题解决练习，而对于高知识水平者可考虑采用问题解决的反复训练的形式；从增加相关负荷的角度优化教学设计，可考虑要求低知识水平者在完成复习材料的过程中运用自我解释、想象、标记、复述等学习策略辅助问题解决并给予更多教师指导和同伴支持，同时可考虑运用有提示的总结、书写学习日志等策略促进知识的建构；而对于高知识水平者，可考虑在完成复习题的过程中运用自发的自我解释、想象、标记、复述等教师指导和同伴支持较少的学习策略辅助问题解决，同时可考虑运用自发总结和书写学习日志等教学指导较少的学习策略促进知识的建构。教学反馈环节，从降低外在负荷的角度，可针对不同知识水平学习者设计不同的反馈形式与反馈内容，低知识水平者，运用个别反馈效果更好，高知识水平者，运用合作反馈效果更好；[22]反馈内容方面，高知识水平的学习者可能更适合简单反馈而低知识水平的学习者可能更适合精细化的反馈。

　　（二）基于知识水平动态差异的有效教学设计1.根据学习者知识水平的动态变化适当增减教学支架

　　根据知识反转效应的含义，随着学习者知识水平的提升需要不断调整教学方法，这建立在教学进程中对学生的知识水平进行动态测量的基础上。集体教学情境中，随着教学的推进，教师的教学方法不会一成不变，总会根据学生的学习状态、知识掌握水平等不断进行教学方法的调整。