認知負荷理論下的《高等數(shù)學》信息化教學

黃潔

摘 要：隨著社會的發(fā)展，人們對于教學質量有了更高的要求。想要更好實現(xiàn)《高等數(shù)學》信息化教學，必要提高上課的效率以及高質量的完成教學要求，學生要積極參與學習，提高學生對學習的興趣。因此可以利用認知負荷理論來進行高等數(shù)學的教學設計，同時也可以合理高效的利用現(xiàn)代信息技術，選擇較為恰當?shù)臅r機，遵循簡單的原則，結合多種教學模式為一體，不斷進行課堂的優(yōu)化。除此之外，還需要結合長期高等教學發(fā)展的規(guī)律，進行簡要的分析，希望能夠實現(xiàn)認知負荷理論觀照下的高等數(shù)學信息化的高效教學。

關鍵字：認知負荷;高等數(shù)學;信息化教學;實踐;分析

引言：認知負荷理論是人類通過對事物的認知，再進行的信息加工理論?，F(xiàn)階段，我國的信息技術不斷發(fā)展，與此同時，各高校的教學方式及手段都在推陳出新。就目前來說，常見的多媒體技術手段都廣泛應用在教師教學工作中，如幾何畫板、PPT、投影儀等。然而，在課件的設計以及使用中，有時就會遇到教案移走的問題。這樣一來，就會形成混亂的教學，傳遞出較為繁雜的教學信息，影響教學的有效傳遞。針對這一現(xiàn)象，本文從認知負荷理論的方向出發(fā)，細致研究怎樣在《高等數(shù)學》教學中恰當運用信息技術手段，進而不斷提升《高等數(shù)學》課堂教學效果。

一、認知負荷理論以及實踐意義

（一）認知負荷理論的定義

認知負荷理論是針對人類認知再進行信息加工的一種理論。它是指工作記憶系統(tǒng)對于某個特定的教學內容信息進行認知和加工，在保持認知加工過程中所承受的負荷能量。認知負荷主要來源于，內在認知負荷、外在認知負荷以及有效認知負荷。內在認知負荷，主要通過工作記憶對于教學內容本身所包含的信息元素的數(shù)量及其交互性進行認知加工所承受的認知負荷。所以，當《高等數(shù)學》教學內容難度較大時，對于工作記憶施加的內在負荷就隨之加強。外在認知負荷，由不恰當?shù)慕虒W設計而給工作記憶帶來了額外的負擔。產(chǎn)生這種結果的原因，一是不恰當?shù)慕虒W內容以及錯誤的教學信息，造成了工作記憶偏離的認知操作。換言之，工作記憶產(chǎn)生了過于認真的操作，造成所需記憶工作之外的負荷;二是設計不合理的教學活動，導致工作記憶產(chǎn)生額外的認知操作。有效認知負荷，是指工作記憶對于教學內容進行實質性認知操作而承擔的負荷，是學生對于教學內容的實質性的認知操作。

（二）認知負荷理論對于《高等數(shù)學》教學的指導意義

依靠三種負荷都具有可加星的性質，為了產(chǎn)生優(yōu)質的教學學習成果，以形成良好的教學模式，就必須遵循“減負增效”的基本教學設計原則，即通過降低內、外在認知負荷，進而增加有效認知負荷。而有效認知負荷的增加，必須建立在內、外在認知負荷減少的前提基礎上。

二、認知負荷理論下的《高等數(shù)學》信息化教學存在的前提

（一）不斷優(yōu)化的現(xiàn)代信息技術

現(xiàn)代信息技術不斷的發(fā)展，給《高等數(shù)學》信息化教學帶來了更多的技術支撐。目前，國內多數(shù)高校都配置了較為先進的計算機設備以及信息化軟件，這樣一來，也為現(xiàn)代化《高等數(shù)學》信息化的教學提供了有效整合。與此同時，通過利用現(xiàn)代較為先進的教育思想以及文化底蘊進行指導，以計算機和互聯(lián)網(wǎng)為主的信息技術手段，成為學生的自主認知工具、情境創(chuàng)設工具以及情感陪伴工具?？偟膩碚f，先進的網(wǎng)絡以及優(yōu)質的硬件設備都給高等數(shù)學信息化教學提供了先機。

（二）多樣化的教育教學資源

在我國，先進的技術給高校帶來了更為多樣化的教育教學資源。比如：PPT、AE、Flash等等教育軟件相繼推出。除此之外，還有一些數(shù)學類的教學軟件的出現(xiàn)，給《高等數(shù)學》信息化教學的深入奠定了基礎。由此可見，軟件可以利用直觀背景解決抽象的問題，打破傳統(tǒng)的學習模式以及獲取信息的途徑，不僅能讓學生的視覺、聽覺、感覺同時進行獲取相關信息，還能為《高等數(shù)學》課程的教學提供有力的技術支持。通過使教學資源、教學環(huán)節(jié)、教學模式、教學要素等方面的整合，從而實現(xiàn)了“減負增效”的結果，不斷優(yōu)化了高等數(shù)學的教學模式。

三、高等數(shù)學信息化教學在認知負荷理論的角度下的重要性

（一）驗證動態(tài)數(shù)學觀的準確性

動態(tài)數(shù)學觀的形成，也就作為高等數(shù)學課堂教學信息化的一個基礎。過去，人們總認為數(shù)學觀的形成相對靜態(tài)，總是把數(shù)學的發(fā)展理解為確定性的真理，然后進行數(shù)量上的慢慢累加。但被實踐證明，數(shù)學理論的形成中也可能有錯的，不是出現(xiàn)即被定義為準確。因此，靜止的數(shù)學觀開始轉變?yōu)檗q證的、動態(tài)的數(shù)學觀。動態(tài)的具有辯證唯物主義的數(shù)學觀可以看成是人們在創(chuàng)造性的活動中，通過猜測、分析、討論、辯證、驗證以及修正等動態(tài)的實踐過程。如今，計算機的參與，把數(shù)學進行了“實驗科學”的模式，以此來充分驗證數(shù)學觀的準確性。

（二）更好地理解《高等數(shù)學》的內容

高校教師把動態(tài)、辯證唯物主義的數(shù)學觀作為指導思想，進行《高等數(shù)學》信息化教學設計，能更好的讓學生理解高等數(shù)學的內涵。信息技術可以很好的模擬現(xiàn)實問題，生動形象的表現(xiàn)數(shù)學知識的形成方式，充分讓學生體驗整個數(shù)學的時間活動過程。這樣一來，也可以勾起學生的好奇心，以及加強探究、分析討論、辯證、驗證以及修正等動態(tài)的實踐特點。因此，信息化教學設計必將成為高等數(shù)學課堂教學的新方式。

四、認知負荷理論觀下的高等數(shù)學信息化教學活動設計案例

案例：計算不規(guī)則圖形的面積

情境引入、突出主題

老師：由于我國的土地資源有限，很多的田地都是一些不規(guī)則的圖形，如何進行計算田地每年的產(chǎn)量。首先我們需要計算出它的面積。

設計意圖：利用配有音樂的背景讓學生了解祖國的美麗，帶著輕松的氛圍進入課堂，然后提出數(shù)學問題。讓學生產(chǎn)生認知充填，進而引入本節(jié)課的重點，計算不規(guī)則圖形的面積。

課堂研究：如何估算一片葉子的面積？

第一步：進行猜想

第二步：動手操作，選擇合適的學具，進行估算葉子的面積

第三步：小組上臺進行匯報交流

小結：根據(jù)實踐得到不同的估算結果，思考以后可以利用什么方法進行估算。老師幫助學生理清問題，明確解決問題策略的多樣性與可行性。

靈活運用，鞏固認識：

例如：利用手掌大小或者方格大小測量圓周長后猜想周長與面積之間關系，計算后猜想商不變的規(guī)律，分數(shù)的基本性質，比的基本性質等。三是要善于誘發(fā)，及時捕捉學生的靈感，對他們別出心裁的想法、標新立異的構思給予肯定和引導，進而激發(fā)他們的直覺靈感。

五、《高等數(shù)學》信息化教學中“減負增效”的現(xiàn)實性以及相應的策略

（一）“減負增效”的現(xiàn)實性

首先，《高等數(shù)學》的教學內容本身就非常的抽象，內在認知負荷比較大。如果利用信息技術對其進行相關的教學設計，相對可以優(yōu)化其教學的內容，同時還能夠充分利用學生的認知結構，以此更好的降低內在的負荷。利用信息技術，可以更好的設計教學活動和內容，創(chuàng)設多元化情境，優(yōu)化教學信息的呈現(xiàn)順序，大大減少工作記憶而形成的不必要的認知操作，降低額外負荷。因此，合理利用信息技術，可以實現(xiàn)高等數(shù)學教學中的“減負增效”。

（二）“減負增效”的相關策略

首先，需要選擇較為合適的實際，采用片段式的課件進行。應用信息技術的目的就是解決真正的疑難雜病，但是并非需要一節(jié)課的每分每秒都進行使用。我們需要抓住合適的實際，尋找正確的切入點，采取片段式的課件。只有這樣，才能做到合理有效的利用，達到解決問題的目的。

然后需要遵循簡單原則，多種教學手段進行有效整合。這樣一來，才可以發(fā)揮各自所有的優(yōu)勢，將各種教學方法及教學手段進行完美的整合，也不會浪費掉任何的時間以及資源。

其次就是綜合使用多種軟件。因為單一的軟件只能針對一種或者兩者的問題進行解決。多種軟件的綜合使用，就可以進行優(yōu)勢互補，發(fā)揮各自的效應，然后進行有效的聯(lián)合，產(chǎn)生更加大的優(yōu)勢。這樣一來，很多問題，都可以通過軟件的綜合使用得到解決，非常方便。

六、小結

綜上所述，現(xiàn)代信息技術的發(fā)展對于《高等數(shù)學》教育教學產(chǎn)生較為重要的影響。任何事物的提升，都不會是單方面的努力。教育本來就是長期以來嚴肅而深刻的問題。因此也要求我們更新觀念，依靠認知負荷理論作為指導，把現(xiàn)代信息技術慢慢的引入高度數(shù)學的課堂教學，有效的發(fā)揮信息技術的優(yōu)勢。除此之外，還要進行積極的探索和優(yōu)化，不斷的增強教學的效果，提高學生的數(shù)學能力。什么東西都沒有絕對的，我們只有在不斷嘗試中成長。然而由于個人所學知識以及經(jīng)驗的局限性，也沒有考慮得很全面，希望廣大讀者給予意見或者建議，讓信息技術得以更好的運用于高等數(shù)學的教學課堂中，帶動高等數(shù)學的發(fā)展。

參考文獻

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