基于CLT理論的初中化學(xué)概念教學(xué)探索

李軍

摘要：CLT理論（認(rèn)知負(fù)荷理論）是在信息加工理論、認(rèn)知資源有限理論與圖式理論基礎(chǔ)上形成的學(xué)習(xí)理論，認(rèn)知負(fù)荷是指人在信息加工過程中所需的認(rèn)知資源總量，包括外部認(rèn)知負(fù)荷、內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷與相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷三種類型，外部認(rèn)知負(fù)荷與內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷越低，相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷越高，學(xué)生的學(xué)習(xí)效率越高。概念教學(xué)既是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的重點，又是難點，將CLT理論應(yīng)用于概念教學(xué)，對于提高學(xué)生概念學(xué)習(xí)的有效性、促進學(xué)生的深度學(xué)習(xí)具有重要價值。

關(guān)鍵詞：CLT理論;概念教學(xué)

文章編號：1008-0546（2019） 11-0033-06

中圖分類號：G632.41

文獻標(biāo)識碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2019. 11.009

一、CLT理論及其研究概述

1.CLT理論的提出

CLT是認(rèn)知負(fù)荷理論（Cognitive Load Theory）的簡稱，該理論由澳大利亞著名心理學(xué)家J·Sweller于1988年首先提出。該理論以信息加工理論為基礎(chǔ)，基于認(rèn)知資源有限理論與圖式理論，它假設(shè)人類的認(rèn)知結(jié)構(gòu)由工作記憶和長時記憶組成，而學(xué)習(xí)是將工作記憶積極地用于理解和處理教學(xué)材料，并把即將習(xí)得的信息編碼以儲存在長時記憶中。它同時認(rèn)為工作記憶容量有限，通常每次只能存儲5-9個基本信息模塊，而且，由于元素之間的交互也占據(jù)工作記憶空間，因此，實際處理信息時，工作記憶一次只能處理兩到三個信息模塊。在問題解決或?qū)W習(xí)過程中，各種認(rèn)知加工活動均需占據(jù)工作記憶容量、消耗認(rèn)知資源，如果這種消耗超過個體所擁有的認(rèn)知資源總量，就會引起資源分配不足，進而影響學(xué)習(xí)效率。而這種在復(fù)雜任務(wù)學(xué)習(xí)中，對一項特定認(rèn)知活動進行信息加工所耗費的認(rèn)知資源總量通常被認(rèn)為是認(rèn)知負(fù)荷。

2.認(rèn)知負(fù)荷的類型

J·Sweller在研究中提出了三種認(rèn)知負(fù)荷：內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷、外部認(rèn)知負(fù)荷和相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷。內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷是指由信息元素的數(shù)量及其之間的相互作用所引起的認(rèn)知負(fù)荷，取決于所要學(xué)習(xí)的材料的本質(zhì)與學(xué)習(xí)者的專業(yè)知識之間的交互，通常反映為學(xué)習(xí)材料的數(shù)量、難度與復(fù)雜度，以及學(xué)習(xí)者的知識水平等。外部認(rèn)知負(fù)荷是指認(rèn)知過程中的額外負(fù)荷，它主要來自于教學(xué)設(shè)計與實施中出現(xiàn)的失誤。相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷是工作記憶用于處理內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷時所占用的認(rèn)知資源，是與促進圖式構(gòu)建和圖式自動化過程相關(guān)的認(rèn)知負(fù)荷，它通過合理的教學(xué)策略與教學(xué)活動，可以有效促進圖式建構(gòu)或程序自動化。

目前，國內(nèi)學(xué)者普遍認(rèn)為學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中的全部認(rèn)知負(fù)荷是三種負(fù)荷的加和，且對于特定的學(xué)習(xí)者來說，它通常被描述為一個恒量，因此，當(dāng)同時進行多項認(rèn)知活動時將產(chǎn)生認(rèn)知資源競爭，此時資源就會根據(jù)此多彼少的原則進行分配。

3.認(rèn)知負(fù)荷效應(yīng)

CLT理論對教學(xué)的啟示是：在具有一定困難度與復(fù)雜度的學(xué)習(xí)過程中，使用更富有結(jié)構(gòu)性、邏輯性的學(xué)習(xí)材料，采用更符合學(xué)生認(rèn)知風(fēng)格、認(rèn)知規(guī)律與學(xué)習(xí)特點的教學(xué)方式，從而降低外部認(rèn)知負(fù)荷，使得總的認(rèn)知負(fù)荷不超出學(xué)習(xí)者能承受的認(rèn)知負(fù)荷，也使得用于處理內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷時所占用的認(rèn)知資源更為充足，將有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效益，使學(xué)習(xí)達到最優(yōu)化。研究者還進一步發(fā)現(xiàn)了會導(dǎo)致眾多不同的認(rèn)知負(fù)荷的學(xué)習(xí)效應(yīng)：樣例效應(yīng)、注意分割效應(yīng)、感覺通道效應(yīng)、冗余效應(yīng)等，并提出了一些可操作的認(rèn)知負(fù)荷管理策略。

二、基于CLT理論的初中化學(xué)概念教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.初中化學(xué)學(xué)習(xí)中的概念體系

化學(xué)概念是化學(xué)思維的結(jié)晶，是化學(xué)科學(xué)的“原子”，更是化學(xué)學(xué)習(xí)的基石，它是人們對物質(zhì)及其變化基本屬性的認(rèn)識，深刻反映了化學(xué)過程最本質(zhì)的特征。只有深入地認(rèn)識與深刻地理解化學(xué)概念，才能系統(tǒng)地、全面地、結(jié)構(gòu)化地掌握化學(xué)雙基，進而揭示化學(xué)變化的規(guī)律。因此，化學(xué)概念不僅是化學(xué)學(xué)習(xí)的重要領(lǐng)域，也是學(xué)習(xí)化學(xué)的重要支柱，在化學(xué)學(xué)習(xí)過程中具有基礎(chǔ)性與構(gòu)建性作用。

中學(xué)化學(xué)中的概念體系大致包括關(guān)于物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)、物質(zhì)的性質(zhì)和變化、化學(xué)量、化學(xué)用語、化學(xué)實驗技能以及化學(xué)計算等方面的概念，它們之間既相對獨立，同時又相互聯(lián)系、互為補充，從而構(gòu)成了一個相對完整的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

2.基于CLT理論的初中化學(xué)概念教學(xué)建構(gòu)

（1）初中化學(xué)概念教學(xué)中的內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷來源

根據(jù)CLT理論，概念教學(xué)的內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷主要來自于概念自身的特性，這些特性包括如下方面：

化學(xué)概念的抽象性。無論是具體概念、定義性概念、還是抽象概念，都是對化學(xué)專有名詞用精煉嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈淖帜毘鰜淼目偨Y(jié)性語言，它將化學(xué)學(xué)科知識體系中難理解、易混淆的事物和現(xiàn)象的本質(zhì)提取出來，進行分類，通過由個性到共性、由具體到抽象的過程，并加以高度抽象概括與表征。初中階段學(xué)生的心理特點處于幼稚向成熟轉(zhuǎn)化的時期，其思維活動仍以經(jīng)驗性思維為主，同時具有形象思維與抽象思維的成分。因此，他們在化學(xué)概念的學(xué)習(xí)中，無意識記還表現(xiàn)得較為明顯，缺乏必要的目的性與必需的技巧性，往往習(xí)慣于概念表面形式的記憶，而不了解其本質(zhì)的意義和關(guān)系，機械學(xué)習(xí)、簡單學(xué)習(xí)的特點較為明顯，這就大大增加了概念學(xué)習(xí)中的內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷。

化學(xué)概念的復(fù)雜性?；瘜W(xué)概念的復(fù)雜性往往來自于兩個方面。第一個方面，化學(xué)概念可能往往同時具有多個屬性，其中一些為關(guān)鍵屬性，而另一些則為可變屬性。學(xué)生在學(xué)習(xí)中，當(dāng)某個概念具有多個屬性時，往往不能很清晰地區(qū)分關(guān)鍵屬性與可變屬性，易將兩者相混淆，從而導(dǎo)致概念學(xué)習(xí)的障礙。第二個方面，概念不是獨立的，彼此之間具有關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)我們通常稱之為上位概念、下位概念和平行概念，這種概念的結(jié)構(gòu)依賴于關(guān)鍵屬性與可變屬性的判斷識別，如果學(xué)生對這種結(jié)構(gòu)認(rèn)識不清，也將增大學(xué)生的內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷。

化學(xué)概念的迷思性。學(xué)生在概念學(xué)習(xí)之前，都擁有獨特的生活體驗和學(xué)習(xí)經(jīng)驗，也具有獨特的認(rèn)知視角和思維模式。這些本體論認(rèn)識和經(jīng)驗思維模式，一方面可能為學(xué)生認(rèn)知與掌握化學(xué)概念提供經(jīng)驗性基礎(chǔ);另一方面，前概念又是基于學(xué)生個人經(jīng)驗總結(jié)出來的、對于化學(xué)知識粗淺的、表象型和非本質(zhì)的認(rèn)識，沒有去蕪存菁、去偽存真，未經(jīng)科學(xué)抽象與概括，所以有很多前概念與化學(xué)概念存在偏差，甚至完全相悖。因此，前概念又會以其廣泛性、差異性、隱蔽性、頑固性的特點，在一定程度上給學(xué)生科學(xué)、準(zhǔn)確地認(rèn)知化學(xué)概念造成沖擊，使學(xué)生輕易地基于對概念的粗淺感受做出主觀武斷的判斷，從而產(chǎn)生概念迷思。這種迷思同樣增加了學(xué)生的內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷。

（2）初中化學(xué)概念教學(xué)中的外部認(rèn)知負(fù)荷來源

導(dǎo)致概念教學(xué)中學(xué)生外部認(rèn)知負(fù)荷增加或過重的原因主要包括三個方面：

第一個方面來自于對學(xué)生認(rèn)知的不到位。學(xué)生在進行概念學(xué)習(xí)時，頭腦里并不是一片空白，更不是一無所知，生活中積累的各種知識、經(jīng)驗已使他們形成了對所要學(xué)習(xí)概念的獨特理解與潛在看法，并建立起了相對穩(wěn)定的個人觀點及思維方式。但是，一些教師在概念教學(xué)中卻忽視學(xué)生在其他學(xué)段、其他學(xué)科的學(xué)習(xí)中所習(xí)得的知識經(jīng)驗，忽視學(xué)生的生活閱歷與生活體驗所形成的前概念，將學(xué)生視為空白的知識容器進行概念教學(xué)。

第二個方面來自于對概念的解析不到位。教師在概念教學(xué)中忽視對概念的文本解讀，教師教學(xué)時對化學(xué)概念不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹v解或者教師自身對知識點的錯誤理解會造成學(xué)生錯誤的理解甚至是思維定勢;教師在概念教學(xué)中忽視對概念內(nèi)涵與外延的深刻理解，導(dǎo)致學(xué)生只注重教學(xué)資料上的范例與實例，造成對概念認(rèn)知的片面化;教師在概念教學(xué)中忽視概念中的上位概念與下位概念等概念的內(nèi)在聯(lián)系，從而造成概念學(xué)習(xí)的孤立化與靜態(tài)化，學(xué)生對概念的習(xí)得呈現(xiàn)出碎片化與零散化的狀態(tài)。

第三個方面來自于對教學(xué)方法選擇的不合理。教師在概念教學(xué)中，忽視學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，忽視學(xué)生在概念學(xué)習(xí)中的主動建構(gòu)，忽視概念教學(xué)的本質(zhì)特征，教學(xué)模式僵化，教學(xué)方式單一，只強調(diào)概念的死記硬背與生搬硬套，而忽略了概念的理解與應(yīng)用。

三、基于CLT理論的初中化學(xué)概念教學(xué)——以溶解度教學(xué)為例

溶解度屬于物質(zhì)的性質(zhì)類的化學(xué)概念，它以定量的方式描述了溶質(zhì)在溶劑中的溶解能力。這個概念一方面是對溶液的組成——溶質(zhì)與溶劑相互之間的關(guān)系的再認(rèn)識，以及外界條件對溶液組成的影響的再認(rèn)識;另一方面，也是對從定性研究走向定量研究，對溶質(zhì)在溶劑中具體溶解數(shù)量進行探討，為學(xué)生學(xué)會在具體的生活情境中選擇和使用溶質(zhì)與溶劑，在真實的生產(chǎn)情境中進行物質(zhì)的分離與提純等奠定基礎(chǔ)。在學(xué)習(xí)這一概念之前，學(xué)生已經(jīng)對溶解的概念、溶液的組成、溶解性、飽和溶液與不飽和溶液有了一定的認(rèn)識，但是對于從量的角度認(rèn)識溶質(zhì)在溶劑中的溶解能力還只是基于生活經(jīng)驗，處在定性或半定量的階段，還未建立起從定量的層面認(rèn)識溶解現(xiàn)象的思維角度與方法。因此，這一概念的學(xué)習(xí)，其重難點在于理解溶解度的概念，并能應(yīng)用溶解度的概念解決生產(chǎn)與生活巾的實際問題。

固體物質(zhì)的溶解度是一個較為抽象的概念，難以在直觀的情景、現(xiàn)象或?qū)嶒炛械玫矫黠@的體現(xiàn);而它的復(fù)雜性在于其包含了四個關(guān)鍵屬性：“一定溫度”“100g溶劑”“達到飽和狀態(tài)”“溶解的質(zhì)量，單位通常為g”，這四個關(guān)鍵屬性就表象而言，缺乏明顯的邏輯關(guān)系，相對獨立;同時，學(xué)生在該概念學(xué)習(xí)上的經(jīng)驗并不豐富，已有的經(jīng)驗并不足以幫助學(xué)生進行概念的深度理解。因此，學(xué)生在該概念的學(xué)習(xí)上出現(xiàn)了比較大的困難，往往依靠機械記憶的方法認(rèn)識溶解度這一概念，從而導(dǎo)致對概念認(rèn)識的片面性、淺層性。

1.建構(gòu)合理認(rèn)知序列，降低內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷

對于確定的學(xué)習(xí)者而言，內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷主要取決于學(xué)習(xí)任務(wù)本身，即學(xué)習(xí)任務(wù)所涉及的元素數(shù)量及各元素間的交互性，因此，想要降低概念學(xué)習(xí)的內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷，必須盡量減少概念本身的元素數(shù)量及各元素間的交互性。但問題是，對于溶解度概念而言，其四個關(guān)鍵屬性是確定的，如何才能達到減少的目標(biāo)呢？

其一是整合，即通過一些中間概念（同位概念或下位概念等）將這些關(guān)鍵屬性進行重整，使其中一些關(guān)鍵屬性被分配到已被掌握得較好的一個或若干個概念中去，并以這些中間概念為基礎(chǔ)，通過比較、分析、拓展逐步形成新概念。如與溶解度非常相關(guān)的概念是飽和溶液，它包括與溶解度相近的三個關(guān)鍵屬性：“一定溫度”“一定量的溶劑”以及“飽和”自身，因此可以將飽和溶液作為中間概念進行教學(xué)，溶解度的關(guān)鍵屬性就由四個縮減為兩個，學(xué)生的內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷顯著降低。

其二是由分而整，即將學(xué)習(xí)任務(wù)按照學(xué)生的可接受程度，分割成若干個操作性強且實效性高的子任務(wù)或子目標(biāo)，然后將其按照一定的邏輯順序呈現(xiàn)并加以解決?，F(xiàn)行滬教版教材在學(xué)習(xí)內(nèi)容的編排上就采取了這種策略。它將溶解度概念學(xué)習(xí)分為三個模塊，分別是“影響物質(zhì)溶解性的因素”“飽和溶液與不飽和溶液”以及“溶解性的定量表示”，這三個模塊就是溶解度學(xué)習(xí)的三個子任務(wù)。在第一個子任務(wù)巾，學(xué)生要解決的問題是對物質(zhì)溶解性的初步認(rèn)識，了解溫度、溶質(zhì)種類、溶劑種類等因素對物質(zhì)溶解性的影響，從而確立溶解度概念的理解必須考慮到物質(zhì)外在環(huán)境與物質(zhì)內(nèi)在性質(zhì)的影響，為溶解度的學(xué)習(xí)奠定第一個基礎(chǔ);在第二個子任務(wù)中，學(xué)生要解決的問題是對“飽和”的認(rèn)知，知道“飽和”是相對的，它既受到外在因素（溫度）的影響，同時在溶質(zhì)與溶劑種類確定的情況下，還受到溶劑質(zhì)量的影響，從而明確溶解度的學(xué)習(xí)必須引入定量研究的方法，溶解度體現(xiàn)在特定的數(shù)量關(guān)系中，為溶解度的學(xué)習(xí)奠定第二個基礎(chǔ);在第三個子任務(wù)中，學(xué)生要解決的問題是，基于對溶解性的認(rèn)識與對“飽和”的認(rèn)識，全面認(rèn)識溶解度概念的關(guān)鍵屬性，對前兩個任務(wù)中還不夠明晰透徹的問題進行細(xì)節(jié)的補充與要素的完善，從而真正構(gòu)建起對溶解度的深度理解。

其三是先簡后繁，該方法采取的是學(xué)習(xí)任務(wù)二次呈現(xiàn)策略，即第一次通過壓縮或簡化學(xué)習(xí)任務(wù)所包含的元素，呈現(xiàn)“簡縮版”學(xué)習(xí)任務(wù)，在學(xué)生已經(jīng)掌握了學(xué)習(xí)任務(wù)完成的思維模式建構(gòu)與學(xué)習(xí)方式建構(gòu)后，再呈現(xiàn)“完整版”學(xué)習(xí)任務(wù)供學(xué)生進行學(xué)習(xí)。由于學(xué)習(xí)任務(wù)的一次學(xué)習(xí)使學(xué)生建立了認(rèn)知圖式（可視作一個先行組織者），當(dāng)學(xué)生進行二次學(xué)習(xí)時，就大大降低了內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷，從而也降低了學(xué)習(xí)難度。如在溶解度概念的學(xué)習(xí)中，應(yīng)先強調(diào)溶解性的學(xué)習(xí)，將溶解性學(xué)習(xí)作為溶解度學(xué)習(xí)的先行組織者，因為溶解性的學(xué)習(xí)可以看作是溶解度學(xué)習(xí)的簡縮版。在鞏固溶解性概念及其影響因素的基礎(chǔ)上，逐步引入定量的觀念，逐漸引導(dǎo)學(xué)生借鑒物質(zhì)熔沸點等的學(xué)習(xí)方式與思維方式，從而形成對溶解度的科學(xué)認(rèn)知。

2.創(chuàng)設(shè)合理學(xué)習(xí)任務(wù)，降低外部認(rèn)知負(fù)荷

常見的“溶解度”的教學(xué)中，教師通常采用的教學(xué)程序是：首先，呈現(xiàn)溶解度的概念，對照概念提出溶解度的四個關(guān)鍵屬性，并對溶解度的表示方法、溶解度的意義等概念的內(nèi)涵作出說明;然后，通過一組例題對溶解度的概念從各角度進行辨析，要求學(xué)生能從中發(fā)現(xiàn)描述溶解度必須滿足的條件;最后，以知識點小結(jié)的形式再次強調(diào)溶解度的概念及其關(guān)鍵屬性。教師通常采用的教學(xué)方法為講授法與習(xí)題講評法。在上述教學(xué)過程中，可以發(fā)現(xiàn)，教師在教學(xué)設(shè)計與實施巾，存在以下幾個問題。第一，教師對溶解度概念學(xué)習(xí)所需的學(xué)習(xí)資源提供不夠充分，學(xué)生幾乎只依賴于教材文本進行學(xué)習(xí)，而各版本的化學(xué)教材文本對溶解度的描述大都比較籠統(tǒng)，處理也比較簡單，這就造成學(xué)生難以通過更豐富的學(xué)習(xí)素材或生活經(jīng)驗對溶解度的理解奠定基礎(chǔ)。第二，教師對學(xué)習(xí)材料缺乏必要的理解與整合，只是就事論事地進行溶解度的概念教學(xué)，既沒有把其放置于整個溶解現(xiàn)象的知識體系中，充分考慮該知識體系中與溶解度相關(guān)的知識點及其相互聯(lián)系，也沒有從把握學(xué)科特質(zhì)與特有研究方式的前提下，充分考慮溶解度這一概念的形成過程與產(chǎn)生方式。第三，教學(xué)活動的組織形式較為簡單，語言講解與文本關(guān)注只是淺層次地調(diào)動學(xué)生的聽覺與視覺，且兩者間未形成有機的結(jié)合，因此，學(xué)生接受信息的渠道比較單一，處理信息的方式比較簡化，因此也難以對概念形成深入有效的理解。以下是利用CLT理論中的自由目標(biāo)效應(yīng)進行的課堂教學(xué)案例。

【案例】應(yīng)用自由目標(biāo)效應(yīng)的“溶解度”教學(xué)案例

師：如何才能比較硝酸鉀和氯化鈉兩種物質(zhì)溶解性的強弱？

生1：做實驗。

師：應(yīng)該采用怎樣的方法設(shè)計實驗，才能比較準(zhǔn)確地比較它們?nèi)芙庑缘膹娙酰?/p>

生2：控制變量，通過對比實驗來進行比較。

師：根據(jù)我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過的關(guān)于物質(zhì)溶解性的知識，你覺得在設(shè)計對比實驗時，可能要控制哪些變量呢？理由是什么？

生3：控制溫度，溫度影響物質(zhì)的溶解性。

生4：必須使用同一種溶劑，同一種溶質(zhì)在不同溶劑中的溶解性不同。

師：如果都使用水作為溶劑，你覺得還需要控制其他變量嗎？

生4：使用水的量也應(yīng)該一樣，就像跑步，要比較兩個人誰跑得快，應(yīng)該讓他們跑相同的路程，看誰使用的時間少，或者跑相同的時間，看誰跑的路程多。

師：解釋得非常好！但是我還有一個疑問，采用你剛才說的第二種方法進行比較，讓你和劉翔跑相同的時間，但是你盡全力跑，劉翔用龜速跑，結(jié)果你跑得路程多，這能說明你比劉翔的跑步能力強嗎？

生4：不能，大家都必須用全力跑，才能進行比較，不然不公平。

師：所以，在比較硝酸鉀與食鹽的溶解性大小時，除了要做到溫度相同、溶劑和溶劑的量相同，還應(yīng)做到？

生5：都要溶解到不能再溶解，即達到溶解的最大數(shù)值。

師：這種狀態(tài)在化學(xué)中稱為？

生5：飽和狀態(tài)。

師：通過以上討論，同學(xué)們已經(jīng)對如何比較氯化鈉和硝酸鉀的溶解性有了基本的認(rèn)識，現(xiàn)在請大家根據(jù)提供的儀器與試劑進行實驗，并記錄你所測得的結(jié)果。（所提供的主要儀器與試劑：硝酸鉀固體、氯化鈉固體、蒸餾水、酒精燈、溫度計、天平、量筒、滴管、藥匙）

生：完成實驗，展示匯報實驗結(jié)果與實驗結(jié)論。

師：在剛才的實驗中，我發(fā)現(xiàn)兩組同學(xué)的實驗記錄是這樣的（展示下表）：

師：根據(jù)這張表格，能獲得哪些結(jié)論？

生6：兩組的實驗都表明：20℃時，硝酸鉀的溶解性沒有氯化鈉強。

生7：兩組的實驗還表明：20℃時，硝酸鉀最多溶解的質(zhì)量是相同的，氯化鈉也一樣。

師：你是怎么知道20℃時，硝酸鉀最多溶解的質(zhì)量是相同的？

生7：通過最小公倍數(shù)的方法，可以知道它們在100g水巾，最多溶解的質(zhì)量都是30g。

師：分析得很好。在剛才的學(xué)習(xí)過程中，我們通過控制變量的對比實驗確定了硝酸鉀和氯化鈉的溶解性強弱。但如果每次要比較不同物質(zhì)的溶解性都要做實驗，是否很麻煩？因此化學(xué)上提出了用溶解度來定量表示物質(zhì)溶解性的大小，就像物質(zhì)的熔沸點一樣。而剛才同學(xué)們比較硝酸鉀和氯化鈉溶解性的實驗過程，就是溶解度測定的方法。請同學(xué)們再次回顧這個過程，總結(jié)溶解度的測定過程，并提出溶解度的概念……

【案例分析】自由目標(biāo)效應(yīng)是CLT理論中有效降低外部認(rèn)知負(fù)荷的重要策略。自由目標(biāo)是指目標(biāo)不確定，它可以防止因手段——目標(biāo)分析策略的使用，造成的大量認(rèn)知資源消耗，而形成較大的外部認(rèn)知負(fù)荷。在上述案例中，執(zhí)教教師并沒有直接提出溶解度這個概念，而是應(yīng)用自由目標(biāo)效應(yīng)提出了一個驅(qū)動性任務(wù)——如何比較硝酸鉀和氯化鈉兩種物質(zhì)溶解性的強弱。圍繞該任務(wù)，師生提出了以控制變量為核心的對比實驗方案，而控制變量的探討，正是溶解度概念中四個關(guān)鍵屬性的認(rèn)知與強化過程。由于這些關(guān)鍵屬性是在解決問題的過程中逐步得出和逐步深化，因此在每個關(guān)鍵屬性的學(xué)習(xí)中，學(xué)生的外部認(rèn)知負(fù)荷比較小，使得學(xué)生能留有更多的工作記憶空間進行溶解度概念的整體學(xué)習(xí)。

在溶解度的教學(xué)中，還可以應(yīng)用感覺通道效應(yīng)優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，根據(jù)工作記憶中聽覺加工和視覺加工等不同加工方式相對獨立的規(guī)律，將以文字與圖片呈現(xiàn)的學(xué)習(xí)信息、以語言講解呈現(xiàn)的學(xué)習(xí)信息及以實踐操作呈現(xiàn)的學(xué)習(xí)信息結(jié)合起來，讓具有不同認(rèn)知風(fēng)格的學(xué)習(xí)者都能獲得深度學(xué)習(xí)的機會，以自己最擅長的學(xué)習(xí)方式進行學(xué)習(xí)，同時也有效減少僅以視覺、聽覺或觸覺單一通道加工信息所造成的較大的認(rèn)知負(fù)荷，促進學(xué)生的學(xué)習(xí)。同時，在教學(xué)過程中，還應(yīng)注意信息供給的簡約性，以免造成冗余效應(yīng)。

3.優(yōu)化學(xué)習(xí)展開過程，提升相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷

相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷有利于圖式的獲得和自動化，并且常常通過加大學(xué)生的認(rèn)知投入、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動機、引發(fā)學(xué)生的高階思維、促進學(xué)生的深度學(xué)習(xí)得以實現(xiàn)。因此，在教學(xué)設(shè)計與實施中，應(yīng)該加強學(xué)生學(xué)習(xí)策略的研究，注重情境與問題的創(chuàng)設(shè)，關(guān)注先行組織者的建構(gòu)，培育學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，以提升學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)進程巾的相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷。

（1）創(chuàng)設(shè)生活情境，增加學(xué)生有意注意

在有限的課堂教學(xué)時間中，牢牢抓住學(xué)生的有意注意，使其專注于學(xué)習(xí)任務(wù)，是有效學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。因此，在教學(xué)設(shè)計中，應(yīng)加強真實情景的創(chuàng)設(shè)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生認(rèn)識到學(xué)習(xí)的價值，并為學(xué)習(xí)提供可能的感性認(rèn)知。在“溶解度”教學(xué)中，可以采用以下三種教學(xué)情境作為課堂教學(xué)的引入。

情境一：呈現(xiàn)雞尾酒圖片，吸引學(xué)生的注意力，告知學(xué)生用化學(xué)試劑也能調(diào)制化學(xué)“雞尾酒”，然后呈現(xiàn)以碘的乙酸乙酯溶液、硫酸銅溶液、碘的四氯化碳溶液配制的化學(xué)“雞尾酒”（如圖1），并設(shè)置懸疑——化學(xué)“雞尾酒”的制作除了與所用液體的密度有關(guān)，還包含了哪些化學(xué)知識呢？

情境二：呈現(xiàn)天氣瓶圖片，以及如下文字信息：“1834～1836年，海軍上將羅伯特·菲茨羅伊參與查爾斯·達爾義的探險。除了海軍的工作，菲茨羅伊也是氣象學(xué)的先驅(qū)，他發(fā)明了“風(fēng)暴瓶”?！帮L(fēng)暴瓶”又叫“天氣瓶”，是一種用來指示天氣的設(shè)備，本體為一個裝滿溶液的密封玻璃瓶，使用者可以通過查看瓶子里溶液的情況來預(yù)測天氣。瓶子里的溶液是幾種物質(zhì)的混合溶液，通常包括蒸餾水、乙醇、硝酸鉀、氯化銨和樟腦?！辈⒃O(shè)置懸疑——天氣瓶是利用什么原理制作的？它真的能預(yù)測天氣嗎？它預(yù)測天氣的原理是什么呢？

情境三：呈現(xiàn)硫酸鎂溶液試劑瓶（標(biāo)注質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%）圖片，并提出以下問題：硫酸鎂俗稱瀉鹽，醫(yī)療上常用溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的硫酸鎂溶液進行消腫、止痛等，而醫(yī)院里通常是將硫酸鎂固體溶于水來配制所需的硫酸鎂溶液。那么，將硫酸鎂固體溶于水，真的能配制得到溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的硫酸鎂溶液嗎？

（2）創(chuàng)設(shè)活動情境，增強學(xué)生主動參與

學(xué)生的學(xué)習(xí)效率取決于學(xué)生參與學(xué)習(xí)活動的深度與廣度，而具有合理開放性、復(fù)雜性、綜合性的學(xué)生活動則能使學(xué)生更自覺、更深入地投入到學(xué)習(xí)中去。實驗既是化學(xué)學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，更是化學(xué)學(xué)習(xí)的重要方法，它體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科的基本特質(zhì)與核心特征，因此，科學(xué)創(chuàng)設(shè)實驗活動是提高化學(xué)學(xué)習(xí)相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷的重要方法。在溶解度教學(xué)中，可以補充如下實驗活動來幫助學(xué)生增加對溶解度的體驗。

【活動設(shè)計說明】氯化鈉、硝酸鉀、熟石灰在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要作用，分別可以用作選種、復(fù)合肥、防凍防蟲等，那么這三種物質(zhì)的溶解性誰強誰弱呢？通過討論，師生制訂了如表1所示的實驗方案來開展探究。

在這個實驗活動中，執(zhí)教教師在溶解度概念的教學(xué)設(shè)計中，并未直接呈現(xiàn)溶解度的概念，也未面向概念同時強調(diào)溶解度概念的各個關(guān)鍵屬性，而是將其中三個關(guān)鍵屬性作為三個學(xué)習(xí)子目標(biāo)，分別創(chuàng)設(shè)基于“達到飽和狀態(tài)”“100g溶劑”以及“一定溫度”的三個學(xué)生實驗，引導(dǎo)學(xué)生在探究三種物質(zhì)溶解性差異的具體實踐操作中，通過確立觀測點——固體是否完全溶解、激發(fā)思考點——實驗中的控制變量、基于實驗現(xiàn)象的實驗推論，獲得對溶解度概念的感性認(rèn)識，并最終將這些具體感知與習(xí)得經(jīng)驗整合起來，形成對溶解度的完整認(rèn)知，從而加深了學(xué)生對溶解度的理解。

將CLT理論用于指導(dǎo)初中化學(xué)概念教學(xué)設(shè)計實施，可以有效改善課堂的教學(xué)生態(tài)，優(yōu)化教師的教學(xué)行為，變革學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，培育學(xué)生的高階思維，促進深度學(xué)習(xí)的發(fā)生，從而提升課堂教學(xué)效率。

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