楊冬琴
【摘 要】生物是高中的重要課程,生物實(shí)驗(yàn)是研究生物及生命本質(zhì)的基本方法,在生物研究及教學(xué)中都有重要地位。在各種類型的生物試驗(yàn)中,綜合性實(shí)驗(yàn)的難度都很大,要求學(xué)生具有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作能力、創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力以及良好的方案改進(jìn)能力,對(duì)學(xué)生思維和技能的要求都較高。因此,高中教師在開(kāi)展綜合性生物實(shí)驗(yàn)時(shí)需要遵照科學(xué)的教育教學(xué)原則,依據(jù)認(rèn)知負(fù)荷理論,合理設(shè)計(jì)教學(xué)方案,綜合考慮多方面的因素,以減輕學(xué)生的內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷和外在認(rèn)知負(fù)荷,提高相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷,盡可能減輕學(xué)生的認(rèn)知負(fù)擔(dān),讓學(xué)生更輕松、快樂(lè)、科學(xué)地進(jìn)行綜合性生物實(shí)驗(yàn),提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和對(duì)生物學(xué)科的興趣。
【關(guān)鍵詞】認(rèn)知負(fù)荷理論;高中生物;綜合性實(shí)驗(yàn) ;教學(xué)設(shè)計(jì);方法策略
由于學(xué)生普遍缺乏實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練,加之對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視度不夠,導(dǎo)致生物課程尤其是綜合性實(shí)驗(yàn)課程對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)難度較大,很多學(xué)生無(wú)從下手或者有嚴(yán)重的畏懼心理。再加上綜合性生物實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的認(rèn)知水平和能力要求較高,考察知識(shí)、思維、能力等綜合素養(yǎng),具有內(nèi)容跨度大、儲(chǔ)量豐富、實(shí)驗(yàn)方案多樣、儀器和過(guò)程復(fù)雜等特點(diǎn),往往涉及基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的融合和改進(jìn),其具有發(fā)展學(xué)生思維、培養(yǎng)學(xué)生批判、創(chuàng)造能力的作用,對(duì)學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)的形成和未來(lái)的發(fā)展具有重要的意義。
因此,高中生物教師在開(kāi)展綜合性生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)要進(jìn)行科學(xué)、嚴(yán)密的規(guī)劃、設(shè)計(jì),要依據(jù)教育教學(xué)原則,以減輕學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷,降低學(xué)生的認(rèn)知難度。
一、認(rèn)知負(fù)荷理論
認(rèn)知負(fù)荷是指人在信息加工過(guò)程中所需要用的心理資源的總和,尤其是針對(duì)復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù),關(guān)于認(rèn)知負(fù)荷的意義目前沒(méi)有明確的說(shuō)法,不同的研究者可能會(huì)選擇不同的研究角度進(jìn)行定義,目前普遍接受的定義是:學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)任務(wù)、責(zé)任及時(shí)間壓力的知覺(jué)和體驗(yàn),學(xué)生感受到的心理負(fù)擔(dān)。
人的工作記憶容量是有限的,信息加工理論指出,短時(shí)記憶中能同時(shí)接受和處理7±2個(gè)信息組塊,過(guò)多的信息資源會(huì)加重學(xué)生的認(rèn)知負(fù)擔(dān),如果信息之間的交互作用比較強(qiáng)時(shí)也會(huì)加重認(rèn)知負(fù)擔(dān)。
認(rèn)知負(fù)荷理論包括三個(gè)方面,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。內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷與學(xué)習(xí)材料的復(fù)雜程度、學(xué)生自身專業(yè)知識(shí)和二者的交互程度有關(guān),外部認(rèn)知負(fù)荷超越了學(xué)習(xí)材料和學(xué)生自身水平的限制,主要是由于設(shè)計(jì)不當(dāng)、不科學(xué)、不符合學(xué)生水平的教學(xué)。相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷是指促進(jìn)圖式構(gòu)建和圖式自動(dòng)化過(guò)程的負(fù)荷。
這三種類型的負(fù)荷是交互作用的,為了減輕生物綜合性實(shí)驗(yàn)的難度和認(rèn)知壓力,教師要綜合考慮這三個(gè)方面的負(fù)荷,在教學(xué)過(guò)程中盡可能降低內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷和外部認(rèn)知負(fù)荷,增加關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷,還要保證總的認(rèn)知負(fù)荷不超出個(gè)體的認(rèn)知限度。
二、基于認(rèn)知負(fù)荷理論的高中生物綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)
科學(xué)、高效的教學(xué)能降低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度,提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和滿意度,尤其是對(duì)于難度較大的綜合性生物實(shí)驗(yàn),教師更應(yīng)該基于認(rèn)知負(fù)荷理論進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì),使實(shí)驗(yàn)難度、知識(shí)量適合學(xué)生的認(rèn)知水平,促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知過(guò)程和信息加工過(guò)程。
(一)降低內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷
根據(jù)內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷理論,內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷包括三個(gè)方面的內(nèi)容,學(xué)習(xí)材料本身的難度、復(fù)雜性、知識(shí)豐富性,學(xué)習(xí)者自身的知識(shí)基礎(chǔ)和認(rèn)知能力,二者的交互作用。如果能降低學(xué)習(xí)材料的復(fù)雜性,使其具有較強(qiáng)的邏輯關(guān)系或者提升學(xué)生自身的水平,那么就能有效減少認(rèn)知負(fù)荷。因此,可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),降低實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的難度和實(shí)驗(yàn)材料的復(fù)雜性以減少認(rèn)知負(fù)荷。
方法一:充分考慮學(xué)生的認(rèn)知水平和興趣愛(ài)好,設(shè)計(jì)難度適宜的綜合性實(shí)驗(yàn)。綜合性實(shí)驗(yàn)應(yīng)該是基于學(xué)生已經(jīng)接觸過(guò)的并比較熟悉的實(shí)驗(yàn)操作設(shè)計(jì)的,對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)有一定的難度但又能夠通過(guò)自身的努力完成;實(shí)驗(yàn)具有一定的開(kāi)放性,對(duì)學(xué)生有較強(qiáng)的吸引力;還可在原有的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上增添一些維度和考察角度,以某一個(gè)生活中的問(wèn)題為切入點(diǎn),讓學(xué)生發(fā)散思維,創(chuàng)新性地嘗試不同的路徑和解決方案。例如,基于葉老化的生物綜合性實(shí)驗(yàn):
這樣的綜合性實(shí)驗(yàn)既考察了學(xué)生對(duì)多個(gè)實(shí)驗(yàn)的掌握,又減少了認(rèn)知壓力,降低了認(rèn)知負(fù)荷,由一個(gè)簡(jiǎn)單的、生活化的實(shí)際問(wèn)題引入,降低了實(shí)驗(yàn)材料本身的復(fù)雜性和認(rèn)知難度,而且能調(diào)動(dòng)學(xué)生探究的興趣,吸引學(xué)生積極主動(dòng)的參與,綜合了影響內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷的三個(gè)因素,切實(shí)降低了綜合性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷。
方法二:根據(jù)綜合性實(shí)驗(yàn)自身的難易程度選擇性地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和數(shù)據(jù)分析方法。對(duì)于難度比較大、學(xué)生不太熟悉的綜合性實(shí)驗(yàn),比如某種奶粉含氮量的測(cè)定實(shí)驗(yàn),這類問(wèn)題難度相對(duì)較大,具有一定的挑戰(zhàn)性,教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用相對(duì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)分析方法以降低內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷,可以利用對(duì)比實(shí)驗(yàn)和隨機(jī)區(qū)組實(shí)驗(yàn)、小組合作實(shí)驗(yàn);而對(duì)于學(xué)生較熟悉的實(shí)驗(yàn)可以采用較有挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)方案,如正交實(shí)驗(yàn),可以用更系統(tǒng)全面的數(shù)據(jù)分析方法,如方差分析、回歸分析等。
方法三:將綜合性實(shí)驗(yàn)?zāi)K化,并用多媒體加以輔助。對(duì)于一些難度極大的、學(xué)生無(wú)從下手的實(shí)驗(yàn)教師可以將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分解,引導(dǎo)學(xué)生一步一步循序漸進(jìn)地向前走,在這個(gè)過(guò)程中教師要給學(xué)生提供一些輔助資料,比如資料卡片、相關(guān)的實(shí)驗(yàn)視頻、數(shù)據(jù)處理原理等。
(二)降低外在認(rèn)知負(fù)荷
外在認(rèn)知負(fù)荷主要是由于教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)形式和教學(xué)過(guò)程的實(shí)施形式引起的,因此教師在開(kāi)展綜合性生物實(shí)驗(yàn)時(shí)要盡可能優(yōu)化信息呈現(xiàn)形式,精簡(jiǎn)材料信息,避免給學(xué)生造成不必要的認(rèn)知負(fù)擔(dān)。
方法一:利用圖表簡(jiǎn)化內(nèi)容,巧用多種形式傳達(dá)信息。綜合性生物實(shí)驗(yàn)往往給學(xué)生呈現(xiàn)了很長(zhǎng)的語(yǔ)言介紹、很多數(shù)據(jù)信息、實(shí)驗(yàn)儀器的種類等,而教學(xué)實(shí)踐證實(shí)純粹的大段語(yǔ)言敘述會(huì)讓學(xué)生覺(jué)得疲乏,而且學(xué)生在閱讀這些信息過(guò)程中常常因?yàn)樾畔⑻L(zhǎng)太難理解而倍感壓力,會(huì)打擊學(xué)生成功完成實(shí)驗(yàn)的自信心。因此,教師要嘗試用圖、表、動(dòng)態(tài)的視頻等呈現(xiàn)信息,圖和表能將大段的信息變得清晰醒目,邏輯清楚,可以減少閱讀和理解的障礙,而視頻動(dòng)畫比圖和表的呈現(xiàn)效果更好,更加形象生動(dòng),能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng),更有利于學(xué)生理解信息、表征信息。
方法二:教師在呈現(xiàn)信息時(shí)要精簡(jiǎn),設(shè)計(jì)的教學(xué)過(guò)程要高度銜接、吻合。教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能將信息精簡(jiǎn)化,將有用的信息呈現(xiàn)給學(xué)生,一些無(wú)用的、冗長(zhǎng)的介紹可以適當(dāng)刪減。另外,教師給學(xué)生準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)講義也要重視排版問(wèn)題,盡量減少裝飾性和干擾性圖標(biāo),避免圖表和表格的跨行、跨頁(yè)。減少學(xué)生在實(shí)驗(yàn)講義上花費(fèi)的心思和精力。
(三)增加關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷
關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷是指學(xué)生發(fā)自內(nèi)心愿意自主參與實(shí)驗(yàn)活動(dòng),愿意付諸努力以構(gòu)建知識(shí)體系的全部資源。關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷主要由學(xué)生自身的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)及學(xué)習(xí)管理能力等幾個(gè)方面共同決定。
方法一:吸引學(xué)生興趣,激發(fā)學(xué)生參與綜合性實(shí)驗(yàn)的強(qiáng)烈動(dòng)機(jī)。教師可以選擇學(xué)生感興趣的實(shí)驗(yàn)主題和原材料,吸引學(xué)生的注意力,讓學(xué)生從主觀上積極主動(dòng)地探究,比如研究植物細(xì)胞質(zhì)壁分離及復(fù)原的實(shí)驗(yàn),教師可以給學(xué)生提供一些生活中常見(jiàn)的、熟悉的材料,以吸引學(xué)生。
方法二:教師應(yīng)該建立一定的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制。適當(dāng)?shù)莫?jiǎng)勵(lì)、有效而及時(shí)的反饋可以強(qiáng)化學(xué)生參與課堂活動(dòng)的動(dòng)機(jī),可提高學(xué)生完成任務(wù)的決心和毅力,以表?yè)P(yáng)和激勵(lì)為主,可有效激發(fā)學(xué)生的榮譽(yù)感和探究欲望。
方法三:加強(qiáng)與學(xué)生的互動(dòng),增強(qiáng)學(xué)生的自我效能感。教師的鼓勵(lì)和支持,教師對(duì)學(xué)生寄予的厚望能有效激發(fā)學(xué)生的效能感,增強(qiáng)學(xué)生的自信心和好勝心,可以給學(xué)生強(qiáng)大的精神動(dòng)力。
三、結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,開(kāi)展綜合性生物實(shí)驗(yàn)時(shí),教師要基于認(rèn)知負(fù)荷理論,從多個(gè)方面降低內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷和外在認(rèn)知負(fù)荷,增強(qiáng)關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷,從影響學(xué)生學(xué)習(xí)的各個(gè)方面著手,切實(shí)關(guān)注學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方式,盡可能提升學(xué)生對(duì)生物綜合性實(shí)驗(yàn)的探究興趣及探究能力,提升生物綜合性實(shí)驗(yàn)的課堂教學(xué)效果。
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