楊冬琴

【摘 要】生物是高中的重要課程，生物實驗是研究生物及生命本質(zhì)的基本方法，在生物研究及教學(xué)中都有重要地位。在各種類型的生物試驗中，綜合性實驗的難度都很大，要求學(xué)生具有扎實的專業(yè)知識和基礎(chǔ)實驗操作能力、創(chuàng)造性的實驗設(shè)計能力以及良好的方案改進能力，對學(xué)生思維和技能的要求都較高。因此，高中教師在開展綜合性生物實驗時需要遵照科學(xué)的教育教學(xué)原則，依據(jù)認知負荷理論，合理設(shè)計教學(xué)方案，綜合考慮多方面的因素，以減輕學(xué)生的內(nèi)在認知負荷和外在認知負荷，提高相關(guān)認知負荷，盡可能減輕學(xué)生的認知負擔(dān)，讓學(xué)生更輕松、快樂、科學(xué)地進行綜合性生物實驗，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和對生物學(xué)科的興趣。

【關(guān)鍵詞】認知負荷理論;高中生物;綜合性實驗 ;教學(xué)設(shè)計;方法策略

由于學(xué)生普遍缺乏實驗技能的訓(xùn)練，加之對實驗的重視度不夠，導(dǎo)致生物課程尤其是綜合性實驗課程對學(xué)生來說難度較大，很多學(xué)生無從下手或者有嚴重的畏懼心理。再加上綜合性生物實驗對學(xué)生的認知水平和能力要求較高，考察知識、思維、能力等綜合素養(yǎng)，具有內(nèi)容跨度大、儲量豐富、實驗方案多樣、儀器和過程復(fù)雜等特點，往往涉及基礎(chǔ)性實驗和設(shè)計性實驗的融合和改進，其具有發(fā)展學(xué)生思維、培養(yǎng)學(xué)生批判、創(chuàng)造能力的作用，對學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)的形成和未來的發(fā)展具有重要的意義。

因此，高中生物教師在開展綜合性生物實驗教學(xué)時要進行科學(xué)、嚴密的規(guī)劃、設(shè)計，要依據(jù)教育教學(xué)原則，以減輕學(xué)生的認知負荷，降低學(xué)生的認知難度。

一、認知負荷理論

認知負荷是指人在信息加工過程中所需要用的心理資源的總和，尤其是針對復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)，關(guān)于認知負荷的意義目前沒有明確的說法，不同的研究者可能會選擇不同的研究角度進行定義，目前普遍接受的定義是：學(xué)生對學(xué)習(xí)任務(wù)、責(zé)任及時間壓力的知覺和體驗，學(xué)生感受到的心理負擔(dān)。

人的工作記憶容量是有限的，信息加工理論指出，短時記憶中能同時接受和處理7±2個信息組塊，過多的信息資源會加重學(xué)生的認知負擔(dān)，如果信息之間的交互作用比較強時也會加重認知負擔(dān)。

認知負荷理論包括三個方面，內(nèi)在認知負荷，外在認知負荷，關(guān)聯(lián)認知負荷。內(nèi)在認知負荷與學(xué)習(xí)材料的復(fù)雜程度、學(xué)生自身專業(yè)知識和二者的交互程度有關(guān)，外部認知負荷超越了學(xué)習(xí)材料和學(xué)生自身水平的限制，主要是由于設(shè)計不當(dāng)、不科學(xué)、不符合學(xué)生水平的教學(xué)。相關(guān)認知負荷是指促進圖式構(gòu)建和圖式自動化過程的負荷。

這三種類型的負荷是交互作用的，為了減輕生物綜合性實驗的難度和認知壓力，教師要綜合考慮這三個方面的負荷，在教學(xué)過程中盡可能降低內(nèi)部認知負荷和外部認知負荷，增加關(guān)聯(lián)認知負荷，還要保證總的認知負荷不超出個體的認知限度。

二、基于認知負荷理論的高中生物綜合性實驗教學(xué)設(shè)計

科學(xué)、高效的教學(xué)能降低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和滿意度，尤其是對于難度較大的綜合性生物實驗，教師更應(yīng)該基于認知負荷理論進行教學(xué)設(shè)計，使實驗難度、知識量適合學(xué)生的認知水平，促進學(xué)生的認知過程和信息加工過程。

（一）降低內(nèi)在認知負荷

根據(jù)內(nèi)在認知負荷理論，內(nèi)在認知負荷包括三個方面的內(nèi)容，學(xué)習(xí)材料本身的難度、復(fù)雜性、知識豐富性，學(xué)習(xí)者自身的知識基礎(chǔ)和認知能力，二者的交互作用。如果能降低學(xué)習(xí)材料的復(fù)雜性，使其具有較強的邏輯關(guān)系或者提升學(xué)生自身的水平，那么就能有效減少認知負荷。因此，可以通過實驗方案的設(shè)計，降低實驗項目的難度和實驗材料的復(fù)雜性以減少認知負荷。

方法一：充分考慮學(xué)生的認知水平和興趣愛好，設(shè)計難度適宜的綜合性實驗。綜合性實驗應(yīng)該是基于學(xué)生已經(jīng)接觸過的并比較熟悉的實驗操作設(shè)計的，對學(xué)生來說有一定的難度但又能夠通過自身的努力完成;實驗具有一定的開放性，對學(xué)生有較強的吸引力;還可在原有的實驗基礎(chǔ)上增添一些維度和考察角度，以某一個生活中的問題為切入點，讓學(xué)生發(fā)散思維，創(chuàng)新性地嘗試不同的路徑和解決方案。例如，基于葉老化的生物綜合性實驗：

這樣的綜合性實驗既考察了學(xué)生對多個實驗的掌握，又減少了認知壓力，降低了認知負荷，由一個簡單的、生活化的實際問題引入，降低了實驗材料本身的復(fù)雜性和認知難度，而且能調(diào)動學(xué)生探究的興趣，吸引學(xué)生積極主動的參與，綜合了影響內(nèi)在認知負荷的三個因素，切實降低了綜合性實驗的內(nèi)在認知負荷。

方法二：根據(jù)綜合性實驗自身的難易程度選擇性地設(shè)計實驗方案和數(shù)據(jù)分析方法。對于難度比較大、學(xué)生不太熟悉的綜合性實驗，比如某種奶粉含氮量的測定實驗，這類問題難度相對較大，具有一定的挑戰(zhàn)性，教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用相對簡單的實驗方法和數(shù)據(jù)分析方法以降低內(nèi)部認知負荷，可以利用對比實驗和隨機區(qū)組實驗、小組合作實驗;而對于學(xué)生較熟悉的實驗可以采用較有挑戰(zhàn)性的實驗方案，如正交實驗，可以用更系統(tǒng)全面的數(shù)據(jù)分析方法，如方差分析、回歸分析等。

方法三：將綜合性實驗?zāi)K化，并用多媒體加以輔助。對于一些難度極大的、學(xué)生無從下手的實驗教師可以將實驗進行分解，引導(dǎo)學(xué)生一步一步循序漸進地向前走，在這個過程中教師要給學(xué)生提供一些輔助資料，比如資料卡片、相關(guān)的實驗視頻、數(shù)據(jù)處理原理等。

（二）降低外在認知負荷

外在認知負荷主要是由于教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)形式和教學(xué)過程的實施形式引起的，因此教師在開展綜合性生物實驗時要盡可能優(yōu)化信息呈現(xiàn)形式，精簡材料信息，避免給學(xué)生造成不必要的認知負擔(dān)。

方法一：利用圖表簡化內(nèi)容，巧用多種形式傳達信息。綜合性生物實驗往往給學(xué)生呈現(xiàn)了很長的語言介紹、很多數(shù)據(jù)信息、實驗儀器的種類等，而教學(xué)實踐證實純粹的大段語言敘述會讓學(xué)生覺得疲乏，而且學(xué)生在閱讀這些信息過程中常常因為信息太長太難理解而倍感壓力，會打擊學(xué)生成功完成實驗的自信心。因此，教師要嘗試用圖、表、動態(tài)的視頻等呈現(xiàn)信息，圖和表能將大段的信息變得清晰醒目，邏輯清楚，可以減少閱讀和理解的障礙，而視頻動畫比圖和表的呈現(xiàn)效果更好，更加形象生動，能夠調(diào)動學(xué)生的視覺和聽覺系統(tǒng)，更有利于學(xué)生理解信息、表征信息。

方法二：教師在呈現(xiàn)信息時要精簡，設(shè)計的教學(xué)過程要高度銜接、吻合。教師在進行教學(xué)設(shè)計時應(yīng)盡可能將信息精簡化，將有用的信息呈現(xiàn)給學(xué)生，一些無用的、冗長的介紹可以適當(dāng)刪減。另外，教師給學(xué)生準備的實驗講義也要重視排版問題，盡量減少裝飾性和干擾性圖標，避免圖表和表格的跨行、跨頁。減少學(xué)生在實驗講義上花費的心思和精力。

（三）增加關(guān)聯(lián)認知負荷

關(guān)聯(lián)認知負荷是指學(xué)生發(fā)自內(nèi)心愿意自主參與實驗活動，愿意付諸努力以構(gòu)建知識體系的全部資源。關(guān)聯(lián)認知負荷主要由學(xué)生自身的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)動機、自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)及學(xué)習(xí)管理能力等幾個方面共同決定。

方法一：吸引學(xué)生興趣，激發(fā)學(xué)生參與綜合性實驗的強烈動機。教師可以選擇學(xué)生感興趣的實驗主題和原材料，吸引學(xué)生的注意力，讓學(xué)生從主觀上積極主動地探究，比如研究植物細胞質(zhì)壁分離及復(fù)原的實驗，教師可以給學(xué)生提供一些生活中常見的、熟悉的材料，以吸引學(xué)生。

方法二：教師應(yīng)該建立一定的獎勵機制。適當(dāng)?shù)莫剟?、有效而及時的反饋可以強化學(xué)生參與課堂活動的動機，可提高學(xué)生完成任務(wù)的決心和毅力，以表揚和激勵為主，可有效激發(fā)學(xué)生的榮譽感和探究欲望。

方法三：加強與學(xué)生的互動，增強學(xué)生的自我效能感。教師的鼓勵和支持，教師對學(xué)生寄予的厚望能有效激發(fā)學(xué)生的效能感，增強學(xué)生的自信心和好勝心，可以給學(xué)生強大的精神動力。

三、結(jié)束語

綜上所述，開展綜合性生物實驗時，教師要基于認知負荷理論，從多個方面降低內(nèi)在認知負荷和外在認知負荷，增強關(guān)聯(lián)認知負荷，從影響學(xué)生學(xué)習(xí)的各個方面著手，切實關(guān)注學(xué)生的認知特點和學(xué)習(xí)方式，盡可能提升學(xué)生對生物綜合性實驗的探究興趣及探究能力，提升生物綜合性實驗的課堂教學(xué)效果。

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