pdf viewer in asp.net c# : Add image to pdf form software Library dll winforms asp.net azure web forms CAAVES_CLT_NAP_%202009_Elliott_FINAL0-part477

Cognitive Load Theory & Accessible Test Design 
Cognitive Load Theory:  
Instruction-based Research with Applications for Designing Tests 
Stephen N. Elliott, Alexander Kurz, Peter Beddow, & Jennifer Frey 
Department of Special Education 
Learning Sciences Institute 
Peabody College of Vanderbilt University 
Paper Presented at the 
National Association of School Psychologists' 
Annual Convention 
Boston, MA 
February 24, 2009 
Add image to pdf form - insert images into PDF in C#.net, ASP.NET, MVC, Ajax, WinForms, WPF
Sample C# code to add image, picture, logo or digital photo into PDF document page using PDF page editor control
add picture pdf; add jpeg signature to pdf
Add image to pdf form - VB.NET PDF insert image library: insert images into PDF in vb.net, ASP.NET, MVC, Ajax, WinForms, WPF
Guide VB.NET Programmers How to Add Images in PDF Document
attach image to pdf form; add picture to pdf form
Cognitive Load Theory & Accessible Test Design 
Cognitive load theory (CLT) can be defined as a theory of learning and instructional 
design principles based on assumptions about human cognitive architecture (Sweller, 2004; van 
Merriënboer & Ayres, 2005). Since the 1980s, educational researchers have applied CLT in their 
theoretical and empirical work on issues such as transfer of learning, memory, instructional 
design, and measurement of cognitive load (Clark, Nguyen, & Sweller, 2006). As a result, 
researchers have established evidence-based guidelines for classroom instruction (Clark et al., 
2006) and multimedia instruction (Mayer & Moreno, 2003).  
CLT is based on an information-processing framework that holds direct implications for 
instruction and related activities where learners interact with written material and visuals. In 
recent years, CLT research has gained in prominence, as evidenced by four special issues of 
peer-reviewed journals devoted entirely to the theory (Educational Technology, Research, and 
Development, 2005, 53[3]; Educational Psychologist, 2003, 38[1]; Instructional Science, 2004, 
32[1-2]; Learning and Instruction, 2002, 12[1]). Some current research enterprises in CLT are 
focused on (a) the advancement of cognitive load measures (e.g., Brünken et al., 2003), (b) the 
role of expertise in instructional design, and the measurement of expertise (Rikers, van Gerven, 
& Schmidt, 2004; van Gog, Ericsson, Rikers, & Paas, 2005); (c) the effect of mental rehearsal on 
learning (Cooper, Tindall-Ford, Chandler, & Sweller, 2001); (d) multimedia learning (Moreno & 
Valdez, 2005); and (e) the biological evolution of the human cognitive architecture (Sweller, 
2004, 2008).  
We believe CLT has some useful applications to the design of tests that can result in 
more accessible tests for all students. Some of the measurement tactics that have grown out of 
the research on CLT also are useful for documenting the effects of changes in cognitive demand 
required by test items. In this paper, we (a) examine the development of CLT and key research 
where it has been applied; (b) discuss major assumptions and terminology of CLT; and (c) 
conclude with a discussion of the applications of CLT to the development of highly accessible 
Brief History of CLT  
CLT originated in the 1980s through the work of John Sweller and his colleagues at the 
University of New South Wales (Clark, et al., 2006; Paas, Renkl, & Sweller, 2003). Like many 
other educational researchers at the time, Sweller and his team were interested in a cognitive 
VB.NET PDF Form Data Read library: extract form data from PDF in
featured PDF software, it should have functions for processing text, image as well can help you have a quick evaluation of our PDF SDK. Add necessary references
add image to pdf file; add jpg to pdf
C# PDF Form Data Read Library: extract form data from PDF in C#.
featured PDF software, it should have functions for processing text, image as well can help you have a quick evaluation of our PDF SDK. Add necessary references
add image to pdf in preview; add photo to pdf file
Cognitive Load Theory & Accessible Test Design 
approach to problem solving. Their research built on decades of prior research in the field of 
educational and cognitive psychology. 
Sweller specifically acknowledged the publication of Newell and Simon’s (1972) book 
on problem solving as foundational to his initial research (Clark et al., 2006). Sweller and his 
colleagues further drew from Miller’s (1956) paper on the processing limitations of working 
memory, as they began to consider the effect of instructional design on the transfer of problem-
solving skills (Clark et al., 2006). By the mid-80s, Sweller and his team recognized that 
instruction via worked examples produced superior test outcomes compared to practice-only 
instruction. Drawing from Miller’s work, they attributed this effect to a reduction of cognitive 
load in the students’ working memory (Cooper & Sweller, 1987; Sweller & Cooper, 1985). The 
empirical verification of this “worked example effect” via reduced cognitive load, however, was 
not provided until the early 1990s using self-report measures of mental effort (Pass, 1992; Pass 
& van Merriënboer, 1994) 
After the introduction of the worked example effect, Sweller and a number of other 
researchers began to examine the structure of worked examples, which led to the discovery of 
additional learning effects such as the “split-attention effect” (e.g., Tarmizi & Sweller, 1988), the 
“redundancy effect” (e.g., Chandler & Sweller, 1991), and the “modality effect” (e.g., Mousavi, 
Low, & Sweller, 1995). Following these research findings, Sweller and Chandler (1994) 
discovered that these effects were contingent on content complexity. That is, the discovered 
effects were readily obtainable for complex content, but could not be replicated for content 
featuring only one or two elements. In subsequent work, Sweller and colleagues conceptualized 
content complexity as “element interactivity” and defined it as the extent to which multiple 
content components must be processed simultaneously in working memory to allow for problem 
solving (Clark et al., 2006; Paas et al., 2003). Sweller and his colleagues worked on integrating 
the concept of element interactivity into CLT, which led to the concept of intrinsic load  as an 
additional type of cognitive load (Clark et al., 2006). Up until then, CLT researchers were 
concerned with the reduction of extraneous load via improved instructional design (e.g., 
avoiding split-attention and redundancy). With the introduction of intrinsic load—the latter being 
determined by the complexity of the material (i.e., element interactivity)—CLT researchers 
began to consider the additive nature of cognitive load: high extraneous load in addition to high 
intrinsic load leads to cognitive overload, whereas high extraneous load in addition to low 
C# PDF Image Extract Library: Select, copy, paste PDF images in C#
Scan image to PDF, tiff and various image formats. Get image information, such as its location, zonal information Able to edit, add, delete, move, and output PDF
add image field to pdf form; add picture to pdf
VB.NET PDF Password Library: add, remove, edit PDF file password
passwordSetting.IsAnnot = True ' Allow to fill form. passwordSetting document. passwordSetting.IsAssemble = True ' Add password to PDF file. PDFDocument
add jpg to pdf document; add photo to pdf form
Cognitive Load Theory & Accessible Test Design 
intrinsic load does not (Clark et al., 2006). The failure to demonstrate CLT effects (i.e., improved 
learning outcomes following the reduction of extraneous load) for less complex material thus 
could be explained: “If intrinsic cognitive load was low due to low element interactivity, it 
hardly mattered what the instructor did because memory was not overloaded” (Clark et al., 2006, 
p. 312).  
In 1994, Paas and van Merriënboer introduced a third type of cognitive load they called 
germane load. Germane load accounts for an increase in cognitive load due to content 
variability, which can promote the generalization of learning (Clark et al., 2006). Germane load 
therefore enhances learning by facilitating schema acquisition and automation, whereas 
extraneous load interferes with learning due to poor instructional design (Mayer, 2008; Paas et 
al., 2003). Paas (1992) and Paas and van Merriënboer (1994) further advanced CLT by 
introducing self-report measures of mental effort. Up until then, Sweller and his colleagues 
attributed the efficacy of their instructional techniques to a reduction of cognitive load without 
direct empirical support. That is, the superior learning outcomes of CLT-based instruction versus 
traditional instruction were used to make inferences about human cognitive architecture. The 
same data, however, could have been used to infer alternative explanations. The type of self-
report measure used by Paas and van Merriënboer allowed CLT researchers to provide evidence 
that their instructional techniques not only promoted efficient learning, but also reduced the 
experienced mental effort of the task (Clark et al., 2006). The use of self-report measures were 
quickly adopted by CLT researchers around the world, and the work by Paas and van 
Merriënboer further initiated research on the measurement of cognitive load (Brünken, Plass, & 
Leutner, 2003; Paas, Tuovinen, Tabbers, & van Gerven, 2003). 
Major Assumptions and Types of Cognitive Load 
Assumptions in Cognitive Load Theory 
CLT researchers are primarily concerned with instructional techniques for managing 
working memory load to facilitate learning (Paas et al., 2003). Learning is hereby defined as a 
change in long-term memory associated with schema construction and automation; and 
instruction is defined as the teacher’s environmental arrangements for facilitating changes in the 
learner’s knowledge (Mayer, 2008). According to Sweller and Chandler (1994), schemas 
represent the elements of knowledge stored in long-term memory. Schemas can reduce the 
VB.NET PDF Image Extract Library: Select, copy, paste PDF images
multiple types of image from PDF file in VB.NET, like XObject Image, XObject Form, Inline Image DLLs for PDF Image Extraction in VB.NET. Add necessary references
add png to pdf acrobat; add an image to a pdf with acrobat
C# PDF Password Library: add, remove, edit PDF file password in C#
passwordSetting.IsAnnot = true; // Allow to fill form. passwordSetting document. passwordSetting.IsAssemble = true; // Add password to PDF file. PDFDocument
adding images to pdf; add a picture to a pdf
Cognitive Load Theory & Accessible Test Design 
cognitive load on working memory due to structuring multiple elements of information into a 
single element (Schnotz & Kürschner, 2007). CLT is based on three key assumptions about how 
people learn: (a) the active processing assumption, (b) the dual channel assumption, and (c) the 
limited capacity assumption (Mayer & Moreno, 2003).  
Active processing assumption. This assumption is grounded in a cognitive approach to 
learning that views the learner as actively engaged in the process of knowledge construction 
(Clark et al., 2006). The process of knowledge construction includes cognitive processes such as 
paying attention to relevant material, mentally organizing material into a coherent structure, and 
integrating material with prior knowledge (Mayer & Moreno, 2003). Wittrock’s (1989) 
generative-learning theory and Mayer’s (1999, 2002) select-organize-integrate theory of active 
learning are additional examples based on this active processing assumption.  
Dual channel assumption. The active processing mentioned under the first assumption is 
further qualified via the dual channel assumption. That is, the cognitive processing of 
information occurs in two separate channels: an auditory/verbal channel for processing auditory 
input and verbal representations, and a visual/pictorial channel for processing visual input and 
pictorial representations (Mayer, 2008). Several other researchers have proposed dual-channel 
processing along an auditory and visual channel including Paivio’s (1986) dual-coding theory 
and Baddeley’s (1998) theory of working memory.  
Limited capacity assumption. This assumption adds another qualification to the active 
processing via two channels, namely the limited processing capacity of each channel in working 
memory (Clark et al., 2006). Miller (1956) proposed a general processing limit of “7 ± 2” chunks 
of information in working memory. CLT researchers have adopted the notion that working 
memory is limited (in capacity and duration) when processing new information and that these 
limitations disappear when dealing with information from long-term memory (Schnotz & 
Kürschner, 2007). Over the years, cognitive scientists have suggested different capacity limits, 
but general consensus exists that our mental storage capacity in working memory is indeed 
limited (see Cowan, 2000).  
Types of Cognitive Load 
In addition to the three processing assumptions, CLT researchers have posited different 
types of cognitive load when referring to the demands on working memory storage and 
information processing (Schnotz & Kürschner, 2007). Within CLT, the working memory 
C# Create PDF from images Library to convert Jpeg, png images to
List<Bitmap> images = new List<Bitmap>(); images.Add(new Bitmap(Program.RootPath + "\\" 1.gif")); / Build a PDF document with GIF image.
how to add picture to pdf; how to add an image to a pdf file in acrobat
C# PDF Sticky Note Library: add, delete, update PDF note in C#.net
C#.NET PDF SDK - Add Sticky Note to PDF Page in C#.NET. Able to add notes to PDF using C# source code in Visual Studio .NET framework.
add photo to pdf; adding a jpg to a pdf
Cognitive Load Theory & Accessible Test Design 
resources required to learn a particular material are categorized into three types of cognitive load: 
intrinsic, extraneous, and germane load.  
Intrinsic load. Intrinsic load refers to the amount of cognitive processing required to 
comprehend material and depends on the number of information elements and their interactivity 
(Clark et al., 2006). For example, reading comprehension for beginning readers constitutes a 
high intrinsic load task. To comprehend a sentence, the learner has to analyze each word and its 
relation to other words in the sentence. The element interactivity is high, because all elements 
have to be held simultaneously in working memory. Intrinsic load is determined by element 
interactivity; however, expertise determines what counts as an element (Schnotz & Kürschner, 
2007). Schemas stored in long-term memory allow experts to process multiple elements as one 
element, thereby effectively decreasing working memory load. Consequently, instructional 
guidelines based on CLT are adjusted according to (a) the expertise of the learner, (b) the 
complexity of the content, and (c) the instructional methods used in the training environment 
(Clark et al., 2006). 
Extraneous load. In contrast to intrinsic load, which is caused by task-intrinsic aspects of 
learning, extraneous load is caused by the (ineffective) format of instruction (Schnotz & 
Kürschner, 2007). All information processing irrelevant to the goals of instruction represents 
extraneous load (Mayer, 2008). CLT researchers have described extraneous load in two ways: (a) 
unnecessarily high degrees of element interactivity due to instructional format; and (b) 
instructional activities unrelated to schema acquisition and schema automation (Schnotz & 
Kürschner, 2007). According to CLT, all irrelevant cognitive activities should be eliminated, 
because they interfere with learning (Sweller, van Merriënboer, & Paas, 1998).   
Germane load. Germane cognitive load is dedicated to the formation and automation of 
schema (Sweller et al., 1998). This type of load occurs when learners engage in “deep cognitive 
processing of the to-be-learner material, as reflected in the cognitive process of organizing and 
integrating” (Mayer, 2008, p.  24). Clark et al. (2006) noted that content variation in worked and 
practice examples (e.g., concept application in varied contexts) can yield germane load important 
for the generalization of schema. Mayer (2005) suggested that germane cognitive processing can 
be fostered by asking learners to engage in activities such as self-explanation of the material.  
All three types of cognitive load are established in relation to the learner’s expertise. 
Cognitive load that is germane for a novice, for instance, may become extraneous for an expert 
Cognitive Load Theory & Accessible Test Design 
(Kalyuga, Ayres, Chandler, & Sweller, 2003). Moreover, CLT researchers assume that all three 
types of cognitive load are additive (Schnotz & Kürschner, 2007). Total cognitive load thus is 
the sum of intrinsic, extraneous, and germane load. This assumption explains why a reduction of 
extraneous load for simple tasks (i.e., low element interactivity) is not beneficial to learning 
outcomes: the combination of low intrinsic load and high extraneous load does not overload 
working memory. The assumption further explains why cognitive load effects were typically 
obtained for novice learners using materials of high element interactivity (Clark et al., 2006; 
Schnotz & Kürschner, 2007). To illustrate the interplay between the various assumptions and key 
terms, three major CLT effects are discussed next. 
Cognitive Load Effects 
A number of effects on persons' task performances have been observed using the CLT 
conceptual framework. A few of the most relevant to testing are the following: 
Modality effect. Using materials that combine textual and pictorial information, CLT 
researchers such as Mousavi et al. (1995) and Mayer and Moreno (1998) demonstrated superior 
learning outcomes for students who were taught via narration and pictures (i.e., auditory and 
visual presentation) as opposed to learners who were taught the same material via written text 
and pictures (i.e., visual-only presentation). The modality effect can be explained based on the 
previously discussed dual channel assumption, which stated that visual and auditory materials 
are processed in two separate subsystems of working memory, each with a limited processing 
capacity (Brünken, Plass, & Leutner, 2004). In the visual-only presentation, the two sources of 
information had to be processed exclusively through the visual channel (and the processing 
capacity of the auditory channel remained unused). In the auditory and visual presentation, the 
textual information was narrated and thus processed through the auditory channel (while the 
pictures were processed through the visual channel). In other words, the auditory and visual 
presentation allowed students to utilize the processing capacity of both channels (Brünken et al., 
The modality effect also applies to visuals (e.g., pictures, text) and auditory materials of 
high element interactivity (Clark et al., 2006). In each case, learning can be increased by utilizing 
both information-processing channels, which allows for the most efficient use of limited working 
memory resources (e.g., Carlson, Chandler, & Sweller, 2003). The modality effect, however, 
cannot be demonstrated for textual and pictorial information when (a) the two sources are 
Cognitive Load Theory & Accessible Test Design 
comprehensible in isolation and (b) the two sources provide redundant information (Sweller, 
2004). The issue of redundancy is further clarified via the redundancy effect. 
Redundancy effect. The redundancy effect is demonstrated when eliminating duplicate 
content presentation results in improved learning outcomes (Sweller, 2004). The results of 
several studies demonstrated that removing redundant modalities (e.g., word-for-word narration 
of text, adding text or audio explanations to self-explanatory visuals) improved test score 
performance (e.g., Chandler and Sweller, 1991; Moreno & Mayer, 2000). The redundancy effect 
contradicts conventional wisdom about presenting the same content in different ways (e.g., 
reading power point slides). That is, redundancy requires the unnecessary processing of multiple 
sources of information that are self-contained (i.e., can be understood separately); and thus 
“wastes” limited processing resources (Clark et al., 2006; van Merriënboer & Ayres, 2005).   
Split-attention effect. Split-attention occurs when multiple sources of visual information, 
which are spatially separated, must be integrated for comprehension (Schnotz & Kürschner, 
2007). In other words, the individual sources of information cannot be understood in isolation 
and thus must be integrated in working memory. Tindall-Ford, Chandler, and Sweller (1997) 
demonstrated the split-attention effect using three versions of a lesson on testing electrical 
appliances. The first lesson version included text below a diagram (i.e., split unimodal format); 
the second version incorporated text beside the relevant parts of the diagram (i.e., integrated 
unimodal format); and the third version provided audio explanations in conjunction with the 
diagram (i.e., bimodal format). Posttest results of the groups instructed via the integrated 
unimodal and bimodal format were significantly higher than those of the group instructed via the 
split unimodal format.  
The split-attention, redundancy, and modality effect were designed to demonstrate higher 
learning outcomes due to a reduction of extraneous load. Additional effects based on a reduction 
of extraneous cognitive load are the “goal-free effect", the “worked example effect," and the 
“completion problem effect” (van Merriënboer, Ayres, 2005). While a thorough discussion of 
these effects is beyond the scope of this paper, it is important to add that cognitive load 
researchers have begun to consider the intrinsic load within these effects as a property of the 
task-subject interaction (Paas et al., 2003). Recall that the discussed effects were demonstrated in 
studies of novice learners (i.e., students who lack relevant schemas) using challenging tasks (i.e., 
content of high element interactivity). Some CLT researchers (see Paas et al., 2003) interested in 
Cognitive Load Theory & Accessible Test Design 
the task-subject interaction have begun to examine the extent to which the efficacy of the 
demonstrated effects changes as a function of learner knowledge (i.e., novice vs. expert). 
Kalyuga et al. (2003), for example, provided evidence that the beneficial effects of CLT-based 
instruction for novices (e.g., worked example effect) can have the opposite effects on learning 
outcomes when used with experts—the so-called “expertise reversal effect."  The latter issue 
raises questions about the present limits of CLT.  
Applications of CLT to Testing Students with Disabilities 
Our current research enterprise is broadly focused on the inclusion of students with 
disabilities in standards-based instruction and assessment. Several “problems of practice” arise 
from the inclusion of students with disabilities in large-scale accountability systems. One 
problem is related to instruction: To what extent are students with disabilities afforded the 
opportunity to learn the instructional content for which they are held accountable? Another 
problem is related to measurement: To what extent are the resulting test score interpretations 
valid? Both questions are related to each other. That is, a necessary condition for the validity of 
test score interpretations is the students’ opportunity to learn the assessed content.  
To investigate these problems, we considered tools developed by educational 
psychologists for measuring the content alignment between different elements of the educational 
environment: curriculum, instruction, and assessment (Porter, 2002; Webb, 1999). These 
alignment models provided a quantitative index of alignment, which allowed us to consider 
additional relationships such as the relation between alignment and student achievement. 
Educational psychologists, of course, have a longstanding history of investigating the 
contributors to student achievement including motivation, self-efficacy, engagement, identity, 
and social skills (e.g., Anderman & Wolters, 2006; DiPerna, Volpe, & Elliott, 2001). In short, we 
interpreted alignment as a possible measure of opportunity-to-learn (OTL) and began to consider 
how alignment may be related to achievement. Initial results indicated a moderate correlation 
between alignment and student achievement confirming prior research (Gamoran, Porter, 
Smithson, & White, 1997). When grouped by general and special education, the results indicated 
that this moderate correlation maintained only for special education. As with most research, the 
findings prompted many more questions than answers: Can the findings be replicated? What are 
possible explanations for the differential results between general and special education? What 
Cognitive Load Theory & Accessible Test Design 
interventions can increase teacher alignment? What extensions of OTL can be developed based 
on the alignment framework? 
One application of CLT could pertain to an extension of the alignment framework. In the 
previous application of the Surveys of the Enacted Curriculum (SEC) alignment model, we 
accounted for the breadth (i.e., range of topics and instructional objectives) and depth (i.e., 
categories of cognitive demand) of the enacted curriculum (i.e., instructional content). Alignment 
indices between the enacted and intended curriculum were established in the same fashion for 
general and special educators. The relation between student achievement and teacher alignment 
conceptualized via the concept of OTL, however, did not incorporate an instructional dimension 
of the enacted curriculum. The SEC provided fine grain information on the content of the 
enacted curriculum, but no information on how that content was delivered. The “how” of content 
delivery, of course, is critical to special education. That is, special educators are supposed to be 
experts at adjusting the content delivery to the individual needs of their students (Quenemoen, 
Lehr, Thurlow, & Massanari,  2001). A conventional Individualized Education Plans (IEP) 
typically features a breakdown of applicable instructional modifications (e.g., preferential 
seating), but they tend to be general and suggest few instructional guidelines. The evidenced-
based instructional guidelines of CLT could provide a third dimension of the enacted curriculum 
as measured by the SEC.  
Another possible application of CLT related to the inclusion of students with disabilities 
in assessment is the concept of accessibility in testing. Beddow, Kettler, and Elliott (2008) 
defined accessibility as “the extent to which an environment, product, or service eliminates 
barriers and permits equal access to all components and services for all individuals” (p. 1). 
Applied to assessment, increased test accessibility provides students greater access to the test 
construct by reducing construct irrelevant variance. Greater accessibility thus permits more valid 
test score inferences. CLT primarily has been used to generate findings from which to provide 
direct instructional implications, specifically with regard to the adequacy of particular 
instructional designs. Chandler and Sweller (1991) described a series of studies conducted in 
Australia on electrical engineering trade apprentices. The results of these experiments indicated 
that cognitive load appeared to be lower when essential information disaggregated across two or 
more sources was integrated (e.g., textual statements describing a diagram were embedded in the 
diagram itself). Based on lower test scores and longer processing time for learners who were 
Documents you may be interested
Documents you may be interested