張仁波 黃丹青

摘要：從認知負荷與學習效率的關系提出降低認知負荷需要科學處理好學習材料的組織、學習任務的呈現(xiàn)和已有知識經驗三者間的關系;從認知負荷與學習情境的關系提出從結構化視角創(chuàng)設基于情境的學習活動，有利于增進學科理解;通過對結構化和情境的分析，提出使學習情境結構化并應用于教學實踐中，以實現(xiàn)學科價值

關鍵詞：認知負荷;學習效率;結構化情境創(chuàng)設;教學實踐

文章編號：1008-0546（2021）08-0002-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2021.08.001

一、厘清認知負荷、學習效率和學習情境的關系

1.認知負荷與學習效率

學習活動是學生對學習材料加工理解的認知過程，如果把學生學習活動中克服認知障礙的心理需要、心理資源或心理能量理解為認知負荷，提高學習效率就應該降低因各種認知障礙帶來的認知負荷。根據心理學家約翰·斯威勒（John Sweller）的認知負荷理論，對具體的學習活動而言，學習材料的復雜性、學習材料的組織和呈現(xiàn)方式、學生的知識經驗是決定認知負荷高低的主要因素，降低認知負荷需要學生科學處理好這三者的關系，以提高學習效率。

2.認知負荷與學習情境

中國高考評價體系中的“四層”（考查內容）和“四翼”（考查要求）是通過情境與情境活動兩類載體實現(xiàn)的[1]。情境是一個人在進行某種行動時所處的社會環(huán)境[2]。學習情境是一種以情感調節(jié)為手段，以學生的生活實際為基礎，以促進學生主動參與、整體發(fā)展為目的優(yōu)化了的學習環(huán)境[3]。情境因時、因事而變，學習情境也因人的學識、學習要求、認識方式改變而改變，境之所到，情有所為，即為情境?！拔镔|多樣、規(guī)律深藏、概念抽象、表達非凡”的化學學科特點是學生學習化學過程中難以獲得成就感的因素之一，面對客觀真實的物質世界，這些特點又成為發(fā)展學生能力和學科素養(yǎng)的必然存在，而在化學學科學習過程培育的能力和素養(yǎng)又是探索科學世界的應然要求。因此，化不利為有利，高質量的化學學習需要教師根據學生的已有經驗或生活感知，科學地組織和呈現(xiàn)學習材料，從結構化視角創(chuàng)設與學習內容相關、又貼近生活實際的學習情境，開展情境活動，讓情境參與學生的認知過程或學生的認知在情境巾展開（如圖1）。在結構化情境的氛圍巾，降解認知過程的總負荷，使學生的學習由生活感知（或經驗理解）漸進式地發(fā)展到知識感悟，再到學科理解（如圖2），使學生在學習的全過程中保持興趣，進而實現(xiàn)學習價值。

二、創(chuàng)設結構化情境的整體思路

情境學習理論認為，學習不僅是個體意義建構的心理過程，更是以差異資源為中介的社會性、實踐性過程。結構是指事物的組成要素或單元依據一定的規(guī)則連結而成的整體架構，這一逐步形成的動態(tài)過程稱之為“結構化”。結構化有狹義的“結構化思維”“結構化意識”之意[4]，也蘊含“使之結構化”和“結構不斷生成”的過程涵義。知識是在學習者和學習情境的互動、學習者與學習者之間的互動過程中生成的，基于結構化情境的學習是指在要學習的知識、技能的應用情境中進行學習的方式。結合化學學科的學習特點，欲提升學生的學習成就，不僅要有結構化意識和結構化思維，更需要在情境的結構化過程中“結構不斷生成”，以及在結構化情境中設計問題結構從而使“知識點”向“知識結構”轉化。

結構化學習情境的創(chuàng)設應該致力于將學生的身份和角色意識、完整的生活經驗、以及認知性任務重新回歸到真實的、融合的狀態(tài)，力圖降解傳統(tǒng)學習的去自我、去情境的弊端。因此，創(chuàng)設結構化情境的整體思路是通過結構化的分析聯(lián)結，把具體生活、生產中的思維模型遷移到科學世界中，完善對化學學科知識的理解?；谇榫郴顒拥慕虒W方案設計，以基本層面的問題情境、綜合層面的問題情境、生活實踐問題情境（或學習探索問題情境）、開放性的問題情境為載體，要求學生從“調動單一的知識（或技能）解決問題”到要求學生在正確思想觀念引導下“綜合運用多種知識（或技能）解決問題”，進而“綜合運用多種知識（或技能）來解決生活實踐中的應用性問題”，再到“在開放性的綜合情境中創(chuàng)造性地解決問題，形成創(chuàng)造性的結果或結論”。其中，生活實踐問題情境一般沒有明顯的學科知識特征，間接含有與知識相關聯(lián)的情境要素，具有較大的包容性;學習探索問題情境本身具有學科知識或與學習內容明顯關聯(lián)的結構要素，通過情境的解析推進，發(fā)散出不同內容、不同水平學科素養(yǎng)的多個要點，常見于“微項目”或“主題項目”的實施過程巾。如：“價類二維坐標圖的應用”情境，其學科結構化特征比較明顯，從“類”的宏觀和“電子轉移”的微觀認識元素的轉化規(guī)律，形成元素觀、分類觀、變化觀和守恒觀，形成學習和研究元素化合物的結構化思維。因此，筆者從認知負荷與學習情境的關系提出從結構化視角創(chuàng)設基于情境的學習活動，通過對結構化和情境的分析，提出在化學新課程教學實踐中進行結構化學習情境的創(chuàng)設，有利于增進學科理解，提高學習效率，發(fā)展學科核心素養(yǎng)。

三、結構化視角的情境創(chuàng)設

1.在情境的結構化中建立概念的思維模型，增進學科理解

學習是一個社會性、動態(tài)性、發(fā)展性的過程，知識在這個過程中是由師生共同建構的?；瘜W學科概念專業(yè)性強，外延規(guī)范，內涵豐富，化學學習不能被簡單地理解為教師把抽象的、去情境化的知識傳遞給學生，理解抽象概念需要較高的認知負荷，需要情境結構化分散負荷，使學習處于一個特定的、滲透社會和自然環(huán)境的科學情境中，逐步形成概念的結構化認識。一般說來，認識抽象概念的情境結構化活動一般包含圖3所示環(huán)節(jié)。

（l）創(chuàng)設情境的結構化活動類比遷移認識模型，理解概念內涵

【例l】“化學反應的方向”教學中的概念建構

[教學思路分析]認識化學反應的方向判據是化學熱力學到動力學的過渡之旅，概念溫和，但相對陌生，需要把生活中的常見模型遷移到學習內容中建構相關概念;而對反應方向的判據的理解和運用需要在情境的結構化中綜合形成。

[情境選擇和應用]分析化學反應的方向的概念要素：自發(fā)、焓變、熵。學生在化學學科首次遇到“自發(fā)”一詞，宜從生活情境人手降低認知負荷，建構相關概念。因此，以“人口、資源、環(huán)境”三大主題引出永動機及汽車尾氣的轉化問題為背景提出能量在生活中的變化問題。以高山流水、山石滾落、斜拋運動等視頻作為自發(fā)概念的情境模型，認識能量與自發(fā)的關系。把“自發(fā)一般是能量降低的過程”遷移到具體反應中認識焓變與自發(fā)的關系。借“火柴散落、墨水擴散、物態(tài)變化”等自然現(xiàn)象，認識熵增也是影響自發(fā)的因素。綜合上述情境的過程結構，結合各個維度的化學反應實例，在肯定、否定、肯定的結構化過程中建構化學反應方向的判據。

（2）創(chuàng)設情境的結構化活動遷移思維模型，認同和建構概念群

【例2】“物質的量”單元概念群的概念認同及建構

[教學思路分析]“物質的量”的相關要素有阿伏伽德羅常數、物質的量、摩爾質量、氣體摩爾體積、物質的量濃度及其溶液的配制。“物質的量”是高中學習化學的分水嶺，對學生而言，概念“特殊”：拗口難懂、多且雜，學生難以接受。因此，依托情境結構化，認同概念，建立經驗模型，降低認知負荷，是解決這一問題的關鍵。

[情境選擇和應用]比較發(fā)現(xiàn)，清點硬幣涉及清點方法、樣本選擇、質地規(guī)格、操作誤差等系列問題，這些問題的解決有助于單元中相關概念的構建（含配制溶液過程中的誤差思考），組織清點硬幣的方法探索的情境結構化活動有利于在思維模型的遷移中建構單元概念群。提供新聞視頻：“某市市民存款20萬元硬幣，銀行20名員工清點一周”。提出問題：如何清點可以縮短時間？哪種方案最好？在學生解決問題的活動中，獲得固定幣數的三種主要的方法：質量法、高度法、體積法，并抽象出三種方法的具體樣本模型（如圖4），進而利用其思維模型認同建構概念：“物質的量”和“阿伏伽德羅常數”。

多元的思維往往會帶來意外的驚喜。過程中，學生從樣本要求、操作程序、精細要求、堆積空隙、誤差影響等角度出發(fā)，認為水位測定體積法最佳，如果水位量取科學，儀器設計巧妙，誤差可以忽略。對一些方法提出了減少誤差的措施：質量法需要洗滌烘干，減少操作次數，儀器盡量精密;分類稱重與排水量取法相結合可以發(fā)現(xiàn)是否有假幣。

引導學生借助經驗和數理知識初步形成分類建模、樣本建模、單元建模或集合建模的研究或解決問題的思維方式，一方面激發(fā)了興趣，更為本單元的概念群及濃度配制提供了思維基礎。其具體關聯(lián)的遷移關系如表l所示。

清點硬幣意在達成概念的心理認同，但情境的結構化活動卻為后續(xù)摩爾質量、摩爾體積等概念的教學、配制一定物質的量濃度的溶液的精準要求等內容的學習打開了一扇窗。

2.利用結構化情境開展主題式學習，發(fā)展學科素兼

主題單元教學有利于知識結構化，形成知識點之間的邏輯關系。結構化情境可以利用其聚焦、發(fā)散和收斂的功能，通過學生的演繹和歸納，建立單元結構體系，提升學習層次，發(fā)展學科素養(yǎng)。

（1）利用結構化情境建構概念，開展主題單元學習

【例3】燃燒概念及“燃燒與滅火”主題單元體系的建立

[教學思路分析]分析燃燒概念的內涵，提煉結構要素：可燃物、氧氣、發(fā)光發(fā)熱、著火點、化學反應。眾多燃燒的生活、實踐情境巾，基于打開閥門供氣、調節(jié)風門、按壓旋鈕打火等過程結構的可視化操作與燃燒概念的結構要素高度相關，自帶學科知識結構的“液化氣灶烹飪”作為學習情境脫穎而出。

[情境選擇和應用]提供精心準備的“液化氣灶烹飪”視頻。提出問題：打開閥門、壓轉旋鈕、調節(jié)風門的目的是什么？有什么現(xiàn)象？天然氣燃燒的化學方程式？什么是燃燒？在對過程結構化操作的觀察、問題思考、表達、補充、完善中，學生順利建構概念，發(fā)展邏輯思維。

對燃氣灶操作過程的正逆向分析，隨著燃氣灶熄火、油鍋著火與滅火、充分燃燒、燃料來源、燃料替代等問題的持續(xù)挖掘，為探究燃燒條件、滅火、化石燃料、碳中和、能量利用與能源開發(fā)等主題單元學習提供了很好的情境支撐。

（2）利用結構化情境建構概念，開展項目式學習

項目式學習是結構化情境應用于教學的典型代表，對知識儲備和能力要求高，需要較高的認知負荷，有利于提高學生的認知層次，發(fā)展辨析預測、證據推理、遷移應用等能力，是化學科發(fā)展五大核心素養(yǎng)的集中營地。保護學生興趣，降解認知負荷是項目式學習需要關注的綠色要素，教學巾需要根據學生認知水平，在學生的認知范圍選擇結構化情境作為項目，才有利于項目式學習的順利開展。

【例4】開展“化學與社會”的項目式學習

[教學思路分析]項目是問題的緣起，也是要達成的終極目標，項目包含擬解決的問題要素。高中“化學與社會”系列，圍繞課程標準中“化學與技術”的主題要求，在“碳中和”等綠色化學思想框架下，查找資料，根據學生的熟悉物質，選擇氮氣和二氧化碳為原料合成尿素的項目式學習。

[情境選擇和應用]以糧食保障、降低成本、碳巾和等現(xiàn)實問題為背景，提出“氮氣與二氧化碳合成尿素”的項目要求，讓學生在問題情境中提出擬解決的問題，綜合整理形成統(tǒng)一的問題：“誰發(fā)現(xiàn)了尿素？最早的尿素是誰合成的？怎么合成？理論上，氮氣與二氧化碳是否可以合成尿素？實踐中，氮氣與二氧化碳合成尿素還需要考慮哪些因素？”等系列結構化問題。教學過程中，協(xié)調應用綜合思維，通過系列問題的解決，學生經歷“合成史的探訪一價類二維的分析一合成路線的討論與選擇一熱力學中蓋斯定律、吉布斯白由能的計算一化學動力學的分析一電化學在合成中的創(chuàng)新應用”等過程，感受工業(yè)合成中理想到現(xiàn)實的科學思路，發(fā)展學科核心素養(yǎng)。

人類總是在認識自然，模擬自然，超越自然的過程中使科學不斷發(fā)展。重視情境教學，開展情境教學，讓情境結構化與結構化情境在教學中并肩前行，在情境中認識，情境中模擬，情境教學播下的種子必將為科學發(fā)展結出豐碩的果實。

參考文獻

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[4]王力爭.結構化教學模型建構與分析[J].當代教育與文化，2020（3）：45-51

本文系福建省教育科學“十三五”規(guī)劃2020年度教育科學改革專項課題“‘四層‘四翼引領化學教學的實踐研究”（立項批準號：Fjjgzx20-119）研究成果。