季靈慶

【摘要】在高中整體教育水平穩(wěn)定提升，教育環(huán)境愈發(fā)完善的形勢下，高中數(shù)學教學也逐漸邁入新的發(fā)展階段，其教學優(yōu)化工作在高中新課程教學中的地位同樣有所提升.本文以此為背景，探究認知負荷理論在新課程高中數(shù)學教學中的應(yīng)用途徑，為相關(guān)教師優(yōu)化課程教學設(shè)計，有效提升課程教學質(zhì)量，提供一定的參考依據(jù).

【關(guān)鍵詞】認知負荷;高中數(shù)學;教學探究

引 言

高中數(shù)學作為學生進一步提升自身歸納總結(jié)能力、推理判斷能力、抽象轉(zhuǎn)化能力以及思維邏輯性的基礎(chǔ)課程，其在新課程逐步推進與落實的趨勢下，對培養(yǎng)學生學科素養(yǎng)工作愈發(fā)重視.而在總體課時資源不變的情況下，在保證課程教學進度與質(zhì)量的前提下，為有效培養(yǎng)學生學科素養(yǎng)，認知負荷理論逐漸進入教師教學視野，其在高中數(shù)學中的應(yīng)用途徑，也成為相關(guān)教師當下重點關(guān)注的問題.

一、認知負荷理論基本內(nèi)容

認知負荷理論最早由約翰·斯威勒在1988年提出，是以人類認知記憶特性為研究基礎(chǔ)，將人的認知記憶分為工作記憶與長時記憶兩部分.針對工作記憶，認知負荷理論也稱其為短時記憶，其信息處理容量較小，往往只能憑借儲存的5～9條信息內(nèi)容，同時處理2～3條信息的交互工作.而針對長時記憶，認知負荷理論則認為其容量充足，可以儲存各類信息.在此基礎(chǔ)上，認知負荷理論則認為在長時記憶中儲存信息是教學的主要功能，并且教學應(yīng)利用知識信息是以圖示形式儲存在學生長時記憶中這一特性，利用教學影響促進圖示自動化，為工作記憶釋放一定的信息處理空間，進而提升其實際運作效率，從而在總體接受知識信息內(nèi)容不變的前提下，減少不必要的認知負荷[1].

二、基于認知負荷理論的高中數(shù)學教學問題

（一）認知負荷理論認知不足

在新課程逐步推進落實的驅(qū)動下，認知負荷理論已經(jīng)擁有一定的教學基礎(chǔ)和應(yīng)用環(huán)境，但是部分教師對認知負荷理論的具體作用機制與實際應(yīng)用側(cè)重認知不足，導致其不能有效調(diào)動認知負荷理論，完善課程教學結(jié)構(gòu)，促使學生在新型信息處理模式中提升自身數(shù)學學習效率.同時，部分教師對認知負荷中的內(nèi)在認知負荷、外在認知負荷、相關(guān)認知負荷的分辨與處理認知不足，導致其在設(shè)計課堂教學內(nèi)容時呈現(xiàn)一定的混亂性，學生在無序的認知學習模式中，無法科學有效地運用數(shù)學思維處理課程知識內(nèi)容，反而增加了無效的認知負荷，降低了其實際學習效率，削弱了課程教學效果.

（二）教學形式單一

認知負荷理論在課程教學中的應(yīng)用，需要教師結(jié)合課程內(nèi)容以及學生實際情況，采用多種教學措施或活動形式，針對不同的教學效應(yīng)，將認知負荷理論與實際課程教學內(nèi)容相結(jié)合，為學生構(gòu)建科學認知學習機制，在提升其學習效率的同時，也能通過長期對其施加相應(yīng)教學影響，促使其建立正確的學習思維模式與學習認知結(jié)構(gòu)，進而將課程知識內(nèi)容轉(zhuǎn)化為圖示形式，儲存在自身長時記憶中，強化課程教學效果.但在目前的高中數(shù)學教學中，部分教師仍采用單一的教學形式，這不僅抑制了學生數(shù)學思維發(fā)展空間，也不利于教師優(yōu)化內(nèi)在認知負荷，減少外在認知負荷，并在此基礎(chǔ)上增加相關(guān)認知負荷.

（三）認知負荷測量呈現(xiàn)主觀性

準確掌握學生在課程學習中的認知負荷情況，是教師在課堂教學中應(yīng)用認知負荷理論的前提.但在目前的高中數(shù)學教學中，部分教師在測量學生實際認知負荷時，主要憑借自身教學經(jīng)驗進行主觀判斷，從而導致學生在教師視野中呈現(xiàn)的認知負荷情況呈現(xiàn)一定的主觀性.而喪失科學性與客觀性的認知負荷判斷，容易令教師在應(yīng)用認知負荷理論改善課堂教學模式時，在教學目標與教學調(diào)整方向方面出現(xiàn)錯誤，從而削弱認知負荷理論在課程教學中的應(yīng)用效果.

三、認知負荷理論在高中數(shù)學教學中的應(yīng)用途徑

（一）更新教學認知，強化已有知識與新知識的聯(lián)系

基于認知負荷理論的內(nèi)容，教師應(yīng)更新自身教學認知，意識到圖示認知結(jié)構(gòu)是學生將信息內(nèi)容按照特定思維方式進行整理歸類所需要的一種認知結(jié)構(gòu)，其在學習認知環(huán)節(jié)的有效利用，可以幫助學生減少工作記憶（短時記憶）處理信息時所承擔的負荷，進而提升其課程學習效率.而針對高中數(shù)學教學內(nèi)容，由于學生已經(jīng)經(jīng)歷了小學與初中兩個學段的數(shù)學學習階段，因此其長時記憶中已經(jīng)存有一定的圖示認知結(jié)構(gòu)[2].教師可在更新教學認知的基礎(chǔ)上，針對學生該項特征，通過構(gòu)建新舊知識的有效聯(lián)系，促使學生利用已有的認知結(jié)構(gòu)處理新的知識信息，減少內(nèi)在認知負荷.教師具體可通過優(yōu)化課堂導學環(huán)節(jié)，令學生明確課程學習目標，并運用已有知識結(jié)構(gòu)處理新課程知識信息，有效調(diào)動自身長時記憶中的圖示認知結(jié)構(gòu).例如，在教學“圓柱、圓錐、圓臺和球”這一課時，教師應(yīng)改變傳統(tǒng)數(shù)學教學中直接向?qū)W生介紹課程涉及的幾種幾何體的結(jié)構(gòu)特點與形成過程的模式，而是利用認知負荷理論中的樣例效應(yīng)，首先利用如圖所示的幾何體形成樣例引導學生利用原有的，與圓柱相關(guān)的圖示認知結(jié)構(gòu)，分析圓柱體的形成機制，并借此樣例處理教師提出的問題“其他幾何體是否也可同樣利用該機制形成？”，進而利用與平面幾何圖形相關(guān)的知識結(jié)構(gòu)，在樣例教學效應(yīng)的作用下順利完成知識遷移，利用空間想象力得到圓錐、圓臺、球這三種幾何體，完成課堂導學任務(wù).通過該課堂導學環(huán)節(jié)調(diào)整形式，教師一方面可借助圖形演示與樣例效應(yīng)相結(jié)合的方式，減少學生在學習該課程涉及的幾何體知識時產(chǎn)生的外在認知負荷，一方面可借助平面圖形與幾何體的轉(zhuǎn)化過程，促使學生優(yōu)化內(nèi)在認知負荷，進而將圓柱、圓錐、圓臺以及球的結(jié)構(gòu)特點與旋轉(zhuǎn)體、旋轉(zhuǎn)面的數(shù)學知識概念，轉(zhuǎn)化為進階圖示認知結(jié)構(gòu)內(nèi)容.

（二）豐富教學形式，優(yōu)化知識呈現(xiàn)方式

為減少冗余效應(yīng)為學生認知負荷帶來的不利影響，教師可通過引入信息技術(shù)豐富教學形式，在改善知識呈現(xiàn)方式的同時，也能利用其整合分散注意力效應(yīng)、形式效應(yīng)、瞬時效應(yīng)等基于認知負荷理論的教學效應(yīng)，優(yōu)化內(nèi)在認知負荷，降低外在認知負荷[3].例如，在教學“古典概型”這一課時，教師可借助多媒體課件與微視頻，選取學生生活中常見的古典概型體現(xiàn)形式，如學生在小學與初中學段常見的出拳游戲（剪刀、錘子、布），將設(shè)定人物甲，乙進行出拳游戲時產(chǎn)生的可能性，以動畫演示的形式展示給學生.為優(yōu)化學生在理解古典概型的基本概念與概率計算公式時的認知負荷，教師可在學生觀察動畫演示的過程中，設(shè)置問題內(nèi)容“出拳的可能性是否有限？”“甲、乙兩人在保持同樣的出拳速度的前提下，勝負概率是否公平？”，以此引導學生認知理解基本事件概念，以及古典概型的基本特征.首先，教師可通過引入信息技術(shù)演繹古典概型，利用形式效應(yīng)，即利用信息技術(shù)在調(diào)動學生視覺與聽覺方面的優(yōu)勢，代替單一的數(shù)學知識信息來源（紙面教材內(nèi)容），以此提升學生知識信息加工效率，有效降低外在認知負荷.其次，教師可通過在動畫演示后，列出出拳游戲的各種可能性，利用圖文結(jié)合的形式，整合教學信息內(nèi)容，降低分散注意力效應(yīng)為學生認知學習帶來的不利影響，減輕其認知負荷.最后，由于無論是多媒體課件還是微視頻，都具備可重復播放或演示的特性，則教師可借此應(yīng)對學生在處理概率分析問題時，所產(chǎn)生的瞬時效應(yīng)，即通過提供可以被學生反復利用的資源，彌補其工作記憶在處理信息方面的缺陷，進而減低認知負荷，強化數(shù)學學習效果.

除此之外，教師可通過選用與學生生活常見的古典概型素材，激發(fā)學生學習興趣，進而強化學生相關(guān)認知負荷，促使其在固定的課堂時間內(nèi)，主動投入更多的工作行為，強化課堂學習效果.

（三）完善認知負荷測量方式，實現(xiàn)多元化測量

認知負荷測量不僅是教師應(yīng)用認知負荷理論開展教學活動的關(guān)鍵，也是其掌握認知負荷支持下的課堂教學成效的主要途徑.因此，教師應(yīng)構(gòu)建主觀測量、生理測量、任務(wù)績效測量三位一體的認知負荷測量體系[4].

針對主觀測量內(nèi)容，教師可通過定期發(fā)布結(jié)構(gòu)化問卷，收集學生在課堂產(chǎn)生的感受與學習體驗，進而利用心理努力與任務(wù)難度雙向評價機制，測量學生在數(shù)學學習過程中的認知負荷水平.

針對生理測量法，教師需要借助主觀判斷或儀器設(shè)備，分析學生在課堂學習中出現(xiàn)的生理反應(yīng)，以此為依據(jù)分析學生認知負荷水平.但是教師在應(yīng)用生理測量法時應(yīng)注意，學生生理反應(yīng)容易受到多方面影響，從而導致分析內(nèi)容容易出現(xiàn)變化，因此在應(yīng)用生理測量法時，應(yīng)主要將其作為參考，而非主體測量方式.

而針對任務(wù)績效測量法，針對高中數(shù)學教學，教師可通過分析學生在課堂學習中的習題準確率、問題解答時間、錯誤頻率等指標，分析學生在數(shù)學學習過程中體現(xiàn)出的學習認知負荷水平[5].教師在應(yīng)用任務(wù)績效測量法時，應(yīng)注意學生受自身數(shù)學學習基礎(chǔ)與思維模式的影響，在數(shù)學學習過程中呈現(xiàn)一定差異性，因此教師在分析任務(wù)績效內(nèi)容時，也要綜合考慮學習差異性為認知負荷帶來的影響，從而確保認知負荷的全面性.

結(jié)束語

綜上所述，在新課程背景下，為構(gòu)建貼合教育發(fā)展趨勢，滿足學生實際學習成長需求的高中數(shù)學課堂，教師應(yīng)合理應(yīng)用認知負荷理論，通過強化已有知識與新知識之間的聯(lián)系、優(yōu)化知識呈現(xiàn)方式、多元化測量認知負荷，幫助學生長時記憶變動內(nèi)容，即在知識信息接收總量不變的前提下，有效提升工作記憶運作效率，進而提升其數(shù)學學習效率，并建立科學思維模式，滿足新課程對高中數(shù)學教學的要求.

【參考文獻】

[1]李迎，范文翔，張一春.基于認知負荷理論的問題式教學探究[J].數(shù)字教育，2019，5（4）：17-23.

[2]吳佳佳.高中生元認知能力對其數(shù)學樣例學習的影響研究[D].昆明：云南師范大學，2019.

[3]時彥鵬，劉妍，徐錚，楊振寧.認知負荷理論與注意相關(guān)理論對教學的啟示[J].山東農(nóng)業(yè)工程學院學報，2018，35（9）：160-163.

[4]李艷.基于認知負荷理論的數(shù)學解題錯誤實證研究[D].武漢：華中師范大學，2018.

[5]楊武菊.高中幾何教學中樣例設(shè)計的研究[D].昆明：云南師范大學，2018.