基于認(rèn)知負(fù)荷理論的科學(xué)課教學(xué)策略

王姝

一、引言

認(rèn)知負(fù)荷根據(jù)來源可分為內(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)荷三類。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(gè)體能夠承載的認(rèn)知負(fù)荷的限度。根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷理論，結(jié)合教學(xué)實(shí)際總結(jié)出小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)實(shí)施策略。

二、認(rèn)知負(fù)荷理論簡(jiǎn)介

1.認(rèn)知負(fù)荷可能與工作記憶（又稱短時(shí)記憶）中語句的數(shù)量有關(guān)。我們知道人類的工作記憶是有限的，但是問題解決中要求大量的項(xiàng)目暫時(shí)儲(chǔ)存在工作記憶中，這可能加重工作記憶的負(fù)擔(dān)。由此可見，工作記憶中語句數(shù)量的增加會(huì)加重認(rèn)知負(fù)荷。

2.產(chǎn)生式的數(shù)量和能與工作記憶中語句匹配的條件的數(shù)量可以標(biāo)志認(rèn)知負(fù)荷的大小。比如在轉(zhuǎn)換問題中， 每移動(dòng)一步都要決定大量的產(chǎn)生式中哪一個(gè)應(yīng)該被觸發(fā)，這時(shí)問題的關(guān)鍵是發(fā)現(xiàn)與工作記憶中元素匹配的產(chǎn)生式?？梢酝普摚诿恳徊街幸紤]的產(chǎn)生式的數(shù)量越多，需要匹配的語句越多，認(rèn)知負(fù)荷也就越大。

3.工作循環(huán)的數(shù)量與認(rèn)知負(fù)荷有關(guān)。產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本工作原理是這樣的：工作記憶中的內(nèi)容與產(chǎn)生式的條件相比較，如果某條產(chǎn)生式的條件被滿足， 就觸發(fā)這個(gè)產(chǎn)生式，并執(zhí)行相應(yīng)的行動(dòng)，行動(dòng)的執(zhí)行將改變工作記憶中的內(nèi)容，從而進(jìn)行下一輪的比較。每一個(gè)比較—觸發(fā)—執(zhí)行的過程稱為一個(gè)工作循環(huán)。通過分析問題解決中工作循環(huán)的次數(shù)可以衡量認(rèn)知負(fù)荷的強(qiáng)度。

綜上所述，可以用如下幾個(gè)指標(biāo)衡量問題解決過程中認(rèn)知負(fù)荷的大?。汗ぷ饔洃浿姓Z句的數(shù)量、工作記憶中被觸發(fā)的產(chǎn)生式的數(shù)量、工作循環(huán)的次數(shù)、條件匹配的數(shù)量等。

三、認(rèn)知負(fù)荷理論下小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)實(shí)施策略

（一）創(chuàng)設(shè)情境，降低內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷

1.好的情境創(chuàng)設(shè)可以直擊核心問題、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、引發(fā)學(xué)生思考，從而達(dá)成教學(xué)目標(biāo);反之，則會(huì)增加學(xué)生內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷，把學(xué)習(xí)精力花在遠(yuǎn)離教學(xué)目標(biāo)的問題上，加重學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。

2.好的情境創(chuàng)設(shè)要緊密貼近生活實(shí)際，使學(xué)生從對(duì)抽象的問題理解轉(zhuǎn)化為生活中常見的、具體問題的理解。在相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生可通過總結(jié)、歸納，轉(zhuǎn)化為抽象的知識(shí)再應(yīng)用于生活實(shí)際，使學(xué)生感受到生活中的科學(xué)，同時(shí)鍛煉了學(xué)生的科學(xué)思維。例如，教科版科學(xué)四年級(jí)上冊(cè)《溶解》單元《溶解的快與慢》一課，學(xué)生要能說明用攪拌、加熱水、研成粉末的方法可以加快固體物質(zhì)在水中的溶解。生活中學(xué)生有過溶解的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，如果沒有情境設(shè)定直接提出問題——加速溶解的方法是什么，這樣會(huì)加重內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷。對(duì)于四年級(jí)的學(xué)生來說很難把抽象的問題轉(zhuǎn)化為具體問題再得出抽象的答案。若把情境設(shè)定為沖咖啡或糖水時(shí)如何加速溶解，對(duì)于學(xué)生來說已有的經(jīng)驗(yàn)可以幫他們推測(cè)出加熱和攪拌這兩種方法。但由于這些物體本身就是粉末狀，所以鮮有學(xué)生會(huì)提出把粉末切得更碎這一方法。

（二）合理設(shè)計(jì)問題，減輕外在認(rèn)知負(fù)荷

1.采用問題連續(xù)體模式引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過一系列遞進(jìn)的問題，把實(shí)驗(yàn)的重難點(diǎn)逐步分解，逐層深入，促進(jìn)學(xué)生對(duì)復(fù)雜任務(wù)的理解。例如：教科版科學(xué)三年級(jí)下冊(cè)《測(cè)量水的溫度》一課，科學(xué)概念的教學(xué)目標(biāo)之一為學(xué)生能舉例說明一杯水一段時(shí)間內(nèi)水溫變化的趨勢(shì)。對(duì)于三年級(jí)的學(xué)生來說，他們知道一杯燙水在教室里會(huì)慢慢變涼，但對(duì)于溫度變化趨勢(shì)沒有明確的概念，也不能準(zhǔn)確地說出水溫變化和周圍環(huán)境有關(guān)，溫差越大下降越快。因此，若直接給出“一杯燙水在教室內(nèi)溫度下降趨勢(shì)”這一問題讓學(xué)生難以理解，甚至對(duì)于現(xiàn)象的猜測(cè)也毫無根據(jù)?？梢园堰@一貫穿課堂的大問題分解成直擊教學(xué)目標(biāo)的小問題，每個(gè)小問題之間有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬯P(guān)系，逐步指向教學(xué)目標(biāo)。問題1：（觀察實(shí)驗(yàn)）一杯80℃的燙水在教室里一分鐘下降了10℃，下一個(gè)一分鐘會(huì)下降大約幾攝氏度，說說你的想法。設(shè)計(jì)意圖：把一段時(shí)間溫度下降趨勢(shì)分解為每一分鐘下降幾攝氏度，將抽象化的概念具體化。問題2：如何驗(yàn)證你的想法？設(shè)計(jì)意圖：嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的想法，在十分鐘內(nèi)連續(xù)記錄水溫的變化。問題3：記錄每?jī)煞昼娝臏囟群笏愠鰷夭睿^察溫差你發(fā)現(xiàn)了燙水在教室里的溫度下降趨勢(shì)是什么樣的？設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生學(xué)會(huì)分析數(shù)據(jù)并得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，達(dá)成本課教學(xué)目標(biāo)。

2.提供合適的實(shí)驗(yàn)材料

學(xué)習(xí)科學(xué)時(shí)，通常需要用實(shí)驗(yàn)材料來幫助建構(gòu)學(xué)習(xí)內(nèi)容。教師要精心準(zhǔn)備有關(guān)的實(shí)驗(yàn)材料，必須充足和典型，從而輔助學(xué)生進(jìn)行思維活動(dòng)，使其能順利地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、獲取新知;相反，過多、過雜或不合理的材料會(huì)干擾學(xué)生的思維，增加其無關(guān)認(rèn)知負(fù)荷。以科學(xué)實(shí)驗(yàn)器材的精選為例，教師在進(jìn)行科學(xué)教學(xué)時(shí)要合理選擇實(shí)驗(yàn)材料。例如，在講授教科版科學(xué)五年級(jí)下冊(cè)《空氣的熱脹冷縮》一課時(shí)，教師要提供小燒瓶、燒杯、試管、有孔橡皮塞、大小不同的氣球、癟的乒乓球等實(shí)驗(yàn)材料，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明空氣的熱脹冷縮。其中，大氣球最能奪人眼球，大多數(shù)學(xué)生會(huì)選擇利用大氣球來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。有的會(huì)把大氣球封口后架在裝熱水的燒杯上，期待氣球的進(jìn)一步脹大;有的會(huì)把大氣球套在小燒瓶的瓶口上，再把燒瓶放入熱水中，但由于氣球太大，燒瓶又太小，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)常?？床坏矫黠@的現(xiàn)象。其實(shí)，這堂課應(yīng)精選實(shí)驗(yàn)材料，如果去掉大氣球，學(xué)生的注意力就會(huì)集中到其他材料上，如試管、吸管、有孔橡皮塞、小氣球。顯然，這種干擾學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷的“雞肋式”材料，教師教學(xué)時(shí)要堅(jiān)決果斷地予以舍棄。

（三）嵌入支架設(shè)計(jì)，增加關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷

1.低段學(xué)生的語言和文字能力表達(dá)有限，在使用實(shí)驗(yàn)記錄單時(shí)可圖文結(jié)合，提高記錄效率;

2.使用韋恩圖、氣泡圖等方式對(duì)比記錄：如水葫蘆和金魚藻，水和冰，草本植物和木本植物等;

3.使用有條理的實(shí)驗(yàn)記錄單進(jìn)行記錄：如鳳仙花的觀察記錄，觀察記錄營(yíng)養(yǎng)器官根莖葉三部分的變化可將每一器官分顏色、形狀、數(shù)量、長(zhǎng)短（高矮）、粗細(xì)（寬窄）進(jìn)行記錄，有條理的細(xì)化區(qū)分營(yíng)養(yǎng)器官記錄方式，養(yǎng)成良好的觀察記錄習(xí)慣。

【作者單位：北京外國(guó)語大學(xué)附屬外國(guó)語學(xué)校? 北京】