認(rèn)知負(fù)荷理論下初中物理翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)探析

薛洪杰

摘 要 在解析認(rèn)知負(fù)荷理論的基礎(chǔ)上，深入剖析認(rèn)知負(fù)荷三種類型（內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷、外在認(rèn)知負(fù)荷、關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷）對翻轉(zhuǎn)課堂的指導(dǎo)作用，并以此為導(dǎo)向，提出相應(yīng)的教學(xué)措施，以提高初中物理翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的實(shí)效性。

關(guān)鍵詞 認(rèn)知負(fù)荷理論；翻轉(zhuǎn)課堂；初中物理；自主學(xué)習(xí)；微課

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）15-0075-03

1 前言

翻轉(zhuǎn)課堂既優(yōu)化了學(xué)習(xí)資料的組織形式、知識呈現(xiàn)方式，而且增強(qiáng)了教學(xué)內(nèi)容圖示效果。即課前學(xué)生通過自學(xué)強(qiáng)化對相關(guān)知識的理解和探索，增加原有認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)，促使內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷達(dá)到一種最佳狀態(tài)；課中教師通過提問環(huán)節(jié)為信息圖示化奠定基礎(chǔ)，有助于學(xué)生習(xí)得新知。從心理學(xué)的視角看，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在本質(zhì)上降低了學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，學(xué)生可根據(jù)自己的認(rèn)知負(fù)荷狀況調(diào)整知識呈現(xiàn)時間和學(xué)習(xí)進(jìn)度，使認(rèn)知資源得到合理分配，達(dá)到最佳的學(xué)習(xí)效果。本文從認(rèn)知負(fù)荷理論的視角審視初中物理翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)踐，以期為初中物理翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用研究提供認(rèn)知負(fù)荷內(nèi)在機(jī)制參考。

2 認(rèn)知負(fù)荷理論

認(rèn)知負(fù)荷是指個體在獲得知識過程中進(jìn)行信息加工時，其認(rèn)知資源被占用的比例。認(rèn)知資源是指個體已經(jīng)存在的知識和經(jīng)驗(yàn)，依據(jù)有限理論可知，個體在學(xué)習(xí)內(nèi)容識別時需要占用認(rèn)知資源，且學(xué)習(xí)內(nèi)容越復(fù)雜，占用的認(rèn)知資源就越多。然而個體的認(rèn)知資源是有限的，當(dāng)認(rèn)知資源全部被占用時，就會導(dǎo)致其他學(xué)習(xí)內(nèi)容被忽視而不能對其進(jìn)行加工，即認(rèn)知負(fù)荷超載。

資源有限理論和圖式理論是認(rèn)知負(fù)荷理論的基礎(chǔ)，該理論探討信息加工過程中對工作記憶、復(fù)雜學(xué)習(xí)和問題解決的影響，成為多媒體設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)并為其提供理論框架。

3 從認(rèn)知負(fù)荷視角看翻轉(zhuǎn)課堂

影響工作記憶的認(rèn)知負(fù)荷可分為內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷、外在認(rèn)知負(fù)荷、關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷等三類，其與學(xué)生在翻轉(zhuǎn)課堂中的信息傳遞密切相關(guān)。

內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷由知識本身的復(fù)雜程度決定，主要表現(xiàn)為學(xué)習(xí)材料的難度和學(xué)生已有的知識經(jīng)驗(yàn)，通常在學(xué)生還沒有掌握合適的圖式時產(chǎn)生內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷。因此，在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中，教師可通過提升學(xué)生學(xué)習(xí)能力、降低學(xué)習(xí)材料難度等措施，達(dá)到降低認(rèn)知負(fù)荷、促進(jìn)學(xué)生信息加工的效果。

外在認(rèn)知負(fù)荷是在學(xué)習(xí)過程中對學(xué)習(xí)沒有任何貢獻(xiàn)的心理活動引起的，通常是由于教師不當(dāng)?shù)慕虒W(xué)活動或者組織，導(dǎo)致學(xué)生接受不恰當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)材料，從事一些與圖式獲得沒有直接關(guān)聯(lián)的學(xué)習(xí)活動時，就會給工作記憶帶來額外的負(fù)擔(dān)，即產(chǎn)生外在認(rèn)知負(fù)荷?；诖?，外在認(rèn)知負(fù)荷與信息呈現(xiàn)方式、教學(xué)活動的組織有關(guān)。據(jù)此，教師在利用視頻組織學(xué)生進(jìn)行課前自主學(xué)習(xí)時，盡量降低課件的外在認(rèn)知負(fù)荷，避免過于花哨的無關(guān)視頻占用學(xué)生工作記憶容量，增加學(xué)生外在認(rèn)知負(fù)荷。

關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷是指能夠幫助學(xué)生構(gòu)建圖式或者圖式自動化的負(fù)荷，即學(xué)生的認(rèn)知資源用于與學(xué)習(xí)有直接關(guān)聯(lián)的信息加工活動中，使得學(xué)生從事更高級的認(rèn)知加工，如抽象、比較和理解等，從而支持圖式的形成與意義構(gòu)建。因此，關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷是促進(jìn)學(xué)生有效學(xué)習(xí)的認(rèn)知負(fù)荷，需要教師在翻轉(zhuǎn)課堂中通過情境創(chuàng)設(shè)，增強(qiáng)關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷，提升教學(xué)成效。

綜上所述，認(rèn)知負(fù)荷理論的三種類型相互交織疊加，為了達(dá)到最佳的學(xué)習(xí)效果，應(yīng)降低內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷、減少外在認(rèn)知負(fù)荷、增加關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷，且使總的認(rèn)知負(fù)荷不能超出學(xué)生個體能夠承載的認(rèn)知負(fù)荷的限度。因此，在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中，教師應(yīng)遵循認(rèn)知負(fù)荷理論，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)視頻資源，使得學(xué)生認(rèn)知資源得到合理分配，以獲得最佳的學(xué)習(xí)效果。

4 認(rèn)知負(fù)荷理論下初中物理翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)踐

分離關(guān)聯(lián)元素，降低內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷 內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷是由學(xué)習(xí)材料的難度和學(xué)生已有的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)決定的，即：學(xué)習(xí)材料難度越大，則學(xué)生需要占用的認(rèn)知資源就會越多；學(xué)生原有的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)與所學(xué)習(xí)的知識關(guān)聯(lián)度越高，則需要工作記憶處理的負(fù)荷就會越少。因此，教師在課前安排學(xué)生利用相關(guān)的視頻資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)時，需要為學(xué)生選擇短小精悍、每個視頻只有一個知識點(diǎn)的課件進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，從而將高難度的學(xué)習(xí)材料分離成多個主題的視頻資源，以減輕學(xué)生每次信息記憶與處理的負(fù)擔(dān)，減輕學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，從而緩解學(xué)生長時工作信息記憶的壓力。

以“彈力”教學(xué)為例，學(xué)生在上一次課已經(jīng)學(xué)習(xí)了有關(guān)“力”的知識，對力的作用效果有了基本了解，這在一定程度上利于學(xué)生對彈力概念的理解。而本節(jié)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于理解彈簧測力計(jì)的制作原理以及測量的方法。為了提高學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)效率，教師為學(xué)生挑選“彈力是什么”“彈簧測力計(jì)制作”“如何測彈力”等主題的課件視頻，有效地將高難度的學(xué)習(xí)材料分解成多個主題的視頻資源，要求學(xué)生結(jié)合教材內(nèi)容自主進(jìn)行學(xué)習(xí)。

在“什么是彈力”主題中，視頻以案例的方式展示了撐竿跳高、跳高跳水等的場景，讓學(xué)生理解什么是彈力，并思考生活中還有哪些能夠產(chǎn)生彈力的現(xiàn)象？在“彈簧測力計(jì)制作”主題中，則是給了學(xué)一個親自動手操作的機(jī)會，讓學(xué)生體驗(yàn)在彈簧、氣球、橡皮筋等物體上用力，從中探究彈力產(chǎn)生的原理，即物體的形變與外力大小之間的關(guān)系，并依據(jù)對應(yīng)關(guān)系嘗試制作彈簧測力計(jì)。而“如何測彈力”則是教授學(xué)生如何使用測力計(jì)進(jìn)行彈力的測量，以及在測量中需要注意的條件等。學(xué)生在分別對這些分離的信息內(nèi)化后再進(jìn)行整合加工，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)也可以如此簡單。

在課前自主學(xué)習(xí)中，教師將難度高的學(xué)習(xí)材料分離成多個主題視頻的方法，減少了學(xué)生工作記憶的容量，幫助學(xué)生節(jié)省了認(rèn)知資源空間，降低了學(xué)生內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷，提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)效率。

優(yōu)化視頻呈現(xiàn)，降低外在認(rèn)知負(fù)荷 外在認(rèn)知負(fù)荷通常是由教師不當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方式引起的，主要與信息呈現(xiàn)方式和教學(xué)活動組織相關(guān)。因此，教師可通過優(yōu)化視頻呈現(xiàn)來降低外在認(rèn)知負(fù)荷，即教學(xué)視頻的質(zhì)量直接影響著學(xué)生認(rèn)知的深度與廣度。教師在制作或者篩選視頻資源時，要從視頻時間的長短、主題內(nèi)容的凸顯、是否切合學(xué)生接受能力、操作便捷等方面，綜合考慮是否增加了學(xué)生額外的認(rèn)知負(fù)荷，以減輕學(xué)生工作記憶的壓力，誘發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)新舊知識的有機(jī)融合。

如在教學(xué)“升華和凝華”時，為了讓學(xué)生更好地理解升華吸熱、凝華放熱的原理，在課前，教師為學(xué)生精心篩選有關(guān)升華與凝華的各種生活現(xiàn)象的視頻，視頻內(nèi)容短小精悍，其目的是讓學(xué)生對升華與凝華的概念有初步了解，從而為課堂聽課奠定基礎(chǔ)。

在課上，教師利用多媒體視頻演示碘升華凝華的實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生自主探究并仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，同時將觀察到的結(jié)果詳細(xì)記錄在導(dǎo)學(xué)案上。如當(dāng)視頻演示到“固態(tài)的碘變成碘蒸汽充滿燒瓶后，仔細(xì)觀察燒瓶底部是否有液態(tài)碘？你觀察到了什么現(xiàn)象”時，稍作停頓，留給學(xué)生思考的時間，并將自己觀察的現(xiàn)象記錄下來。接著視頻播放到“將燒瓶放入冷水中冷卻，拔出塞子，請仔細(xì)觀察燒瓶內(nèi)部和塞子底部，你看到了什么現(xiàn)象”時，視頻再次停頓，組織學(xué)生思考，并記錄觀察的現(xiàn)象。

其后，教師以PPT呈現(xiàn)問題：“描述碘在加熱前、加熱過程中的狀態(tài)變化，這個過程是吸熱還是放熱？你判斷的依據(jù)是什么？”讓學(xué)生以小組的方式進(jìn)行討論，從中得出升華吸熱、凝華放熱的結(jié)論。最后通過總結(jié)物態(tài)變化種類（前面所學(xué)的熔化、凝固、汽化和液化四種物態(tài)），實(shí)現(xiàn)新舊知識的有機(jī)整合。

在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式中，無論是課前翻轉(zhuǎn)還是課中翻轉(zhuǎn)，教師都從減少外在認(rèn)知負(fù)荷的視角，通過篩選適合視頻資源、利用多媒體演示實(shí)驗(yàn)、借助PPT呈現(xiàn)問題等方式，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式，并通過邊演示邊組織學(xué)生思考、小組討論等教學(xué)活動，增強(qiáng)師生互動的有效性，提高教學(xué)成效。

創(chuàng)設(shè)探究情境，增加關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷 關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷的增加能夠促使學(xué)生在圖式構(gòu)建過程中主動增加認(rèn)知資源的投入量，投入量越大，則越有利于把大量復(fù)雜無序的信息整合成簡單有序的知識體系，以優(yōu)化認(rèn)知結(jié)構(gòu)，有效降低認(rèn)知負(fù)荷。關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷增加的關(guān)鍵就是激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的動機(jī)，誘發(fā)學(xué)生持續(xù)探究的興趣，從而幫助學(xué)生從多元化的角度理解和解決問題，完成對知識意義的構(gòu)建。因此，教師可利用微視頻創(chuàng)設(shè)探究情境，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的正遷移，以推動圖式構(gòu)建與自動化。

如在“光的折射”教學(xué)中，折射定律的學(xué)習(xí)歷來都是教學(xué)的難點(diǎn)與重點(diǎn)。為此，教師在課前利用微課向?qū)W生展示海市蜃樓的美景，從中誘發(fā)學(xué)生對光線的折射產(chǎn)生好奇、探究的欲望。為了能夠解釋海市蜃樓的現(xiàn)象，學(xué)生以探究問題的答案為驅(qū)動力，順其自然地過渡到課堂學(xué)習(xí)中。

為了讓學(xué)生更加深入地理解光的折射定律以及折射角與入射角的關(guān)系，教師利用多媒體演示實(shí)驗(yàn)的方式，引導(dǎo)學(xué)生觀察探究。當(dāng)視頻演示到“將筷子插入水杯中，仔細(xì)觀察水中的筷子發(fā)生了什么變化”時，教師組織學(xué)生思考并回答問題，即光從空氣射入水中時，傳播方向發(fā)生改變，且光線向法線靠攏，由此引出折射、法線、入射角、折射角等的概念，且折射角總是小于入射角。

那么光射入其他介質(zhì)中是否也會發(fā)生類似的偏折呢？教師接著演示另一個實(shí)驗(yàn)：“一束光線從空氣中射入玻璃磚一端后，仔細(xì)觀察光線是如何偏折的？當(dāng)光線從玻璃磚塊另一端射出后，光線又是如何偏折的？嘗試畫出光路圖?！睂W(xué)生繼續(xù)討論，從中總結(jié)出折射定律。如此，學(xué)生對折射定律有了深入理解，并自主探究當(dāng)光線從空氣中垂直射入水中或者其他介質(zhì)中產(chǎn)生的現(xiàn)象，獨(dú)自完成對海市蜃樓現(xiàn)象的解釋，從而提高自主探究意識，構(gòu)建新的知識體系。

在教學(xué)中，教師利用微課創(chuàng)設(shè)探究情境的方式，誘發(fā)學(xué)生對折射產(chǎn)生主動探究的動機(jī)，并在課中借助多媒體視頻演示實(shí)驗(yàn)的方式，保持學(xué)生持續(xù)探究的熱情，從而增加關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷，使得學(xué)生將紛繁復(fù)雜的折射現(xiàn)象整合成簡單有序的折射規(guī)律，高效完成學(xué)習(xí)目標(biāo)。

5 結(jié)語

總之，認(rèn)知負(fù)荷理論為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的運(yùn)用與實(shí)施提供了依據(jù)和指導(dǎo)。本文從認(rèn)知負(fù)荷類型的視角，分別探究其在初中物理翻轉(zhuǎn)課堂中的價值體現(xiàn)，目的是節(jié)省學(xué)生的認(rèn)知資源，使其資源得到合理的分配，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)效果的最優(yōu)化。因此，教師采用分離關(guān)聯(lián)元素、降低材料學(xué)習(xí)難度、優(yōu)化視頻呈現(xiàn)、創(chuàng)設(shè)探究情境等策略，達(dá)到控制內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷、降低外在認(rèn)知負(fù)荷、增強(qiáng)關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷的目的，提高了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量。

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