基于CLT理論的高中物理教學(xué)優(yōu)化策略

沈陽

CLT是“Cognitive Load Theory'的縮寫，即認(rèn)知負(fù)荷理論，這是一個現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)領(lǐng)域的概念。所謂認(rèn)知負(fù)荷，就是學(xué)習(xí)者對學(xué)習(xí)材料進(jìn)行加工處理時所占資源的總和。是一種基于認(rèn)知心理學(xué)的促進(jìn)教學(xué)設(shè)計的理論。如何基于CLT理論優(yōu)化高中物理教學(xué)呢？本文就該話題進(jìn)行思考與探討。

1 CLT理論分析

1.1認(rèn)知負(fù)荷

從認(rèn)知心理學(xué)的觀點來說，認(rèn)知是對信息的加工，是通過選擇性注意、編碼、儲存和提取等進(jìn)行信息加工的過程，影響認(rèn)知負(fù)荷的基本因素有三個：學(xué)習(xí)材料的組織和呈現(xiàn)方式、學(xué)習(xí)材料的內(nèi)在本質(zhì)特征、個體的專長水平（即先前知識經(jīng)驗）。CLT認(rèn)為認(rèn)知負(fù)荷可以分成三個類別：無關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷，原生性認(rèn)知負(fù)荷以及關(guān)聯(lián)性認(rèn)知負(fù)荷。其中原生性認(rèn)知負(fù)荷是由學(xué)習(xí)材料直接決定，不受教學(xué)設(shè)計的影響；無關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷是超越認(rèn)知過程的冗余負(fù)荷，屬于一種資源的浪費，關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷是學(xué)習(xí)者進(jìn)行圖式建構(gòu)時，對心理資源的一種占用，屬于有效地資源配置，這兩方面負(fù)荷都是可以受到教學(xué)設(shè)計進(jìn)行調(diào)配的。

1.2認(rèn)知負(fù)荷與智力資源之間的關(guān)系

認(rèn)知負(fù)荷與智力資源之間的關(guān)系如圖1所示。認(rèn)知負(fù)荷的大小既與學(xué)習(xí)者接觸的材料內(nèi)部元素的交互性水平相關(guān)，也與施教者的教學(xué)設(shè)計密切相關(guān)。若認(rèn)知負(fù)荷過低，學(xué)習(xí)者會感覺過于淺顯，浪費時間；若認(rèn)知負(fù)荷過高，總的認(rèn)知負(fù)荷超過了人的總的智力資源，學(xué)習(xí)者會感覺過于晦澀難懂，會阻礙對信息的處理和加工。理想的教學(xué)模式是在學(xué)生的智力資源一定的前提下，通過教師的處理和組織教學(xué)材料，調(diào)節(jié)內(nèi)外認(rèn)知負(fù)荷的關(guān)系，適當(dāng)降低外在認(rèn)知負(fù)荷，工作記憶盡量用于學(xué)習(xí)信息的編碼中，從而使學(xué)習(xí)者的心理資源得到充分利用，學(xué)習(xí)者處在滿負(fù)荷而不是超負(fù)荷的狀態(tài)，獲取盡可能多的知識，學(xué)習(xí)過程獲得優(yōu)化。

2基于CLT理論的高中物理教學(xué)優(yōu)化策略

基于CLT理論的高中物理教學(xué)設(shè)計應(yīng)該要盡量減少無關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷，確保學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)荷不超載，筆者認(rèn)為可以從以下幾個方面對我們的教學(xué)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化。

2.1恰當(dāng)?shù)貏?chuàng)設(shè)教學(xué)情境

高中物理教學(xué)對情境的創(chuàng)設(shè)有這樣的要求：針對相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，在真實的背景下，配置特定的學(xué)習(xí)素材，從而對物理教學(xué)起到推進(jìn)作用。

CLT理論認(rèn)為關(guān)聯(lián)性認(rèn)知負(fù)荷受工作記憶的能量投入方向控制，因此教師所創(chuàng)設(shè)的教學(xué)情境如果能成功地激起學(xué)生的注意力，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想到他們已有的知識基礎(chǔ)，學(xué)生在監(jiān)控學(xué)習(xí)活動的相應(yīng)投入就會減少，相反在圖式建構(gòu)和記憶存儲的投入就會增加，進(jìn)而有效推進(jìn)學(xué)習(xí)活動。

因此，教師有必要結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，將真實而具體的情境創(chuàng)設(shè)出來，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有效地意義建構(gòu)。基本的創(chuàng)設(shè)方法有以下幾種方式：

（1）以故事來構(gòu)建情境

如果教學(xué)內(nèi)容涉及到物理學(xué)史上的內(nèi)容，可以充分挖掘歷史素材來構(gòu)建情境。情境的呈現(xiàn)方式可以是視頻的播放，例如：介紹“核裂變”內(nèi)容時，播放一段中國原子彈的研制歷程的視頻，可以激起學(xué)生努力學(xué)習(xí)、報效祖國的熱情，進(jìn)而激活他們的學(xué)習(xí)興趣。

情境也可以用課本劇的形式來呈現(xiàn)，例如：講到《伽利略對自由落體運動的研究》一課時，可以安排一場名為《穿越時空的對話》的課本劇來引入課題，讓學(xué)生分別扮演亞里士多德和伽利略的角色走上講臺，進(jìn)行辯論，由此展示邏輯的力量以及科學(xué)探究的美感。諸多手段都可以讓學(xué)生體會物理發(fā)展的歷程，同時也是學(xué)生理解物理概念、物理規(guī)律，感受物理思維和方法的有效途徑。

（2）以實驗來構(gòu)建情境

物理發(fā)現(xiàn)源于實驗，因此圍繞實驗探究來構(gòu)建情境是中學(xué)物理教學(xué)的常用手段。將精心設(shè)計的實驗場景呈現(xiàn)在學(xué)生面前，可以充分點亮學(xué)生的思維。

例如：演示“變壓器工作原理”時，將穩(wěn)恒電流接在原線圈一端時，副線圈所接燈泡是不亮的。如果只是演示這么多，這個實驗也就平淡無奇，所以筆者在該實驗的處理中，會旋動輸入電壓大小的調(diào)控旋鈕，這時副線圈上的燈泡會在旋動的同時發(fā)生閃爍。接下來就讓學(xué)生討論穩(wěn)恒電流的條件下，變壓器怎么會有電流的輸出呢？實踐證明：引起學(xué)生認(rèn)知沖突的實驗現(xiàn)象會激活課堂氣氛，能夠促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展。

新課程對高中物理探究式教學(xué)的要求之一就是創(chuàng)設(shè)真實的情境，讓學(xué)生在對應(yīng)的物理情境中認(rèn)識物理規(guī)律，發(fā)展科學(xué)探究的能力，進(jìn)而讓他們享受到探索自然的樂趣，有效地喚醒他們記憶深處的相關(guān)認(rèn)知，進(jìn)而完成新知識的圖式建構(gòu)。

2.2提供高效的物理教學(xué)樣例

所謂樣例教學(xué)，就是將問題解決的詳細(xì)思路呈現(xiàn)給學(xué)生，讓學(xué)生通過觀察、對比和總結(jié)獲取解決問題的能力。CLT研究者認(rèn)為：優(yōu)秀的樣例教學(xué)能夠成功地降低學(xué)生的無關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷，能夠幫助學(xué)生對新的知識進(jìn)行圖式建構(gòu)。高中物理教學(xué)設(shè)計中，教師設(shè)計出典型的物理教學(xué)樣例，當(dāng)學(xué)生對某些陌生的問題難以處理時，可以翻看相關(guān)的樣例，通過對比，發(fā)掘模型的相似，從而構(gòu)建問題解決的圖式。

高中物理的基本規(guī)律理解和應(yīng)用比較容易設(shè)計出很多典型的樣例，因此建議使用樣例教學(xué)。例如：牛頓運動定律的應(yīng)用、生活中的圓周運動等，就非常適合進(jìn)行樣例教學(xué)。

在具體的教學(xué)過程中，教師可以先將典型的物理樣例進(jìn)行分析、解答，將具體的思路呈現(xiàn)給學(xué)生，把嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕忸}過程書寫出來，給予學(xué)生明確的示范。例如：豎直方向的圓周運動在最高點的受力特點、速度特點以及完整圓周運動過程中能量關(guān)系的分析，是一類綜合性很強(qiáng)的問題。教師要提供直接而明確的例題，提供詳細(xì)的受力分析和方程以及解答過程，讓學(xué)生仔細(xì)審視整個分析、解決問題的過程，并最終歸納出基本的解題思路。

當(dāng)物理樣例呈現(xiàn)給學(xué)生之后，一個更重要的問題，是如何推進(jìn)學(xué)生通過樣例的學(xué)習(xí)來實現(xiàn)問題解決能力的提高？筆者結(jié)合教學(xué)實踐認(rèn)為，可以設(shè)計一系列解題步驟缺失的樣例由學(xué)生來逐漸補(bǔ)全：第一個樣例具有完整解題思路體現(xiàn)；第二個樣例的最后一個步驟空出來，讓學(xué)生補(bǔ)全；第三個樣例再去掉更多的步驟，由學(xué)生處理；最后是一個沒有進(jìn)行任何解答的問題。筆者發(fā)現(xiàn)：這種“完形填空”式的樣例設(shè)計方法可以有效地培養(yǎng)學(xué)生知識的遷移能力，能夠幫助學(xué)生循序漸進(jìn)地實現(xiàn)解決問題能力的圖式構(gòu)建。

2.3對復(fù)雜的物理問題進(jìn)行合理的分解

CLT理論認(rèn)為：復(fù)雜認(rèn)知過程的學(xué)習(xí)和研究是要受限于心理容量的。高中物理教學(xué)中，學(xué)生較為頭疼的物理問題往往包括多個子問題，處理的難度很大。

例如：從學(xué)生的立場來看，必修1《探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》一課的容量非常大，從課題就可以看出，它包括兩項探究任務(wù)——探究加速度與力的關(guān)系，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系；此外還涉及到探究過程中如何測量加速度、力、質(zhì)量，如何處理摩擦力等子問題，因此整體看來，任務(wù)的復(fù)雜性已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過學(xué)生的承受范圍。

所以，教師對類似問題進(jìn)行教學(xué)設(shè)計時，要充分考慮學(xué)生已有的知識基礎(chǔ)，對復(fù)雜的問題進(jìn)行分解化處理。比如該實驗中涉及到控制變量法的基本思路、打點計時器的操作要點、紙帶的處理等等都是在學(xué)生長時記憶中有所儲備的，教師可以預(yù)先將這些問題分解出來，讓學(xué)生自行提取相關(guān)信息，完成有關(guān)處理思路的構(gòu)建；若干個小問題分解出來后，剩下的探究過程的工作量會明顯減少。所以，將復(fù)雜問題分解后，化整為零地逐個突破更接近學(xué)生的認(rèn)知水平，更易于被學(xué)生接受，而且這種處理方法也會被學(xué)習(xí)者在長時記憶中儲存下來，為自我處理問題的能力提升打下基礎(chǔ)。CLT理論的研究開始于上個世紀(jì)的八十年代，它的提出給傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計理念注入了新的活力，但是再完美的理論，如果離開實踐，就會喪失生命力。所以在面對不同的學(xué)生時，我們?nèi)绾巫尭咧形锢斫虒W(xué)高效地運轉(zhuǎn)起來，減低學(xué)生的無關(guān)性認(rèn)知負(fù)荷，還需要我們在實踐中不斷地探索，相關(guān)理論才能更加完善。