認知負荷理論在新課程高中數學教學情境下的應用

【摘要】 本文探討了如何將心理學中的認知負荷理論運用于新課程高中數學教學情境，從而提高高中生數學學習的效率和質量.

【關鍵詞】 認知負荷理論；新課程；高中數學；教學情境

在新課程高中數學教學情境下，如何提高學生數學學習的質量，一直是擺在高中數學教師面前的重要課題. 現代認知心理學研究認為，適當而合理的認知負荷，是確保學生提高學習效率和質量的關鍵所在. 那么，這一理論如何應用于新課程高中數學教學中去呢？為此，筆者進行了探索.

一、認知負荷及其理論

１． 認知負荷的概念

２０世紀８０年代，澳大利亞認知心理學家約翰·斯威勒（Ｓｗｅｌｌｅｒ，１９８８）等人提出，認知負荷是處理被給信息所需要的“心智能量的水平”. 目前，學術界對認知負荷傾向于這樣的描述：認知負荷是指個體完成某一項工作、作業或任務的過程中，在工作記憶上所進行的心智活動所需的全部心智能量. 就訊息處理理論而言，認知負荷是指工作記憶的負荷.

2． 認知負荷理論的主要觀點

約翰·斯威勒等人提出的認知負荷理論的主要觀點有：（１）有限的工作記憶容量，使得人們很難同時加工多種來源的信息. （２）當某種知識（或圖式）含有多種相互作用的元素時， 這些知識將加重認知負荷. 如果要學習的知識引起的認知負荷相對較低時， 那么教學設計所引起的認知負荷對學習效果的影響較弱. 反之， 這種教學設計引起的認知負荷對于學習是至關重要的. （３）長時記憶系統中儲存有大量的圖式，這些圖式被提取到工作記憶系統中，并可以作為單個元素進行處理.

工作記憶負荷主要來源于知識和技能本身和教學設計，它們所引起的認知負荷具有不同的特點. 雖然知識和技能是以圖式的形式儲存在長時記憶系統中，但是在以圖式儲存之前，個體必須在工作記憶系統中抽取圖式中相應的元素，并對它們進行相應的操作. 由于圖式復雜程度的不同，即圖式中元素之間聯系得緊密程度不同，所以對工作記憶的加工要求也不同. 為此，把圖式本身引起的認知負荷稱為內在認知負荷. 數學知識和技能通常被認為具有較高的內在負荷. 由教學設計（如材料呈現方式和要求學生從事的活動）引起的工作記憶負荷稱為外在認知負荷.

二、新課程高中數學學習環境下的認知負荷理論

新課程高中數學學習環境與傳統學習環境相比有很多優勢，其呈現出交互性、動態性和和諧性的特點. 認知負荷是影響學生學習成效的重要原因，所以充分知道新課程高中數學學習環境下學生認知負荷的有關策略是十分重要的.

１. 基于新課程高中數學學習環境下降低學生的外在認知負荷

外在認知負荷主要是由學習材料的組織和呈現方式引起的，因而可以通過最優化學習材料的呈現方式來降低學生的外在認知負荷. 方法如下：

（1） 激活與學習新知識相關的原有知識

在學生學習新知識之前，將其認知結構中與新知識相關的原有知識激活，為學生學習新知識作好認知準備，就可使其在學習過程中及時獲得已有相關知識的支撐，避免了在加工整合新知識的同時，再到長時記憶中搜尋相關知識的認知負擔，從而減輕外在認知負荷.

（２）呈現大量視覺信息，留出更多信息加工容量

視覺信息相比于聽覺信息而言，具有永久性和穩定性的特征. 一般較為生疏和復雜的信息要經過工作記憶與長時記憶的反復處理與交互才能存儲在長時記憶中. 在傳統的接受式學習中，學生工作記憶的容量隨教師講授內容的變化而變化. 教師一般不給學生足夠的時間對新信息進行精細加工和復述，雖然聽覺信息不斷輸入，但因信息不能及時進入長時記憶很快就會衰減或消失，而且丟失后很難及時回收，致使學生聽完課后保存在長時記憶里的信息較少.

（３） 轉移部分認知活動，減輕工作記憶的負擔

信息加工理論（ Ｈｅｒｂｅｒｔ Ａ． Ｓｉｍｏｎ， １９８６） 研究發現，計算機的信息加工過程與人腦的認知過程非常相似. 因此，新課程高中數學學習環境中，可以把個體的一部分認知活動轉移到計算機上進行. 也就是說，可以利用計算機的存貯功能擴展工作記憶容量；可以利用計算機轉移部分非產生式的認知活動，減輕工作記憶的負擔，使學習者專注于高級思維活動，從而降低外在認知負荷，促進學生的學習.

２． 基于新課程高中數學學習環境下增加學生的有效認知負荷

學生的信息加工和元認知能力有限是造成學生有效認知負荷水平較低的主要原因，所以可通過提高學生的信息加工能力和元認知水平來有效提升學生的有效認知負荷. 方法如下：

（１） 參與圖式建構，提高學生的元認知水平

根據長時記憶的圖式理論（ Ｒｕｍｅｌｈａｒｔ， Ｄ．Ｅ，１９８０） 可知，長時記憶的容量無限，信息和知識都以圖式形式存儲在長時記憶中. 圖式無論多大或多復雜，在工作記憶中都被看做一個單位來處理. 圖式可自動化，而不需要工作記憶的參與，因此對內在認知負荷的要求有所降低，增加了有效認知負荷的水平.

（２） 利用多種信息表征方式，激發學生的學習興趣

新課程高中數學學習環境將視聽合一，充分創設學習情景，較容易地把抽象的學習內容與真實生活相聯系，有利于激發學生的求知欲，調動學生學習的積極性和主動性，引發學生的認知能力，降低認知負荷，提高學生的學習質量.

三、結束語

總之，在新課程高中數學教學情境下，減輕學生認知負荷，能激發學生數學學習的興趣，提高學生自我評價與協作學習的能力，培養學生信息獲取、信息分析和信息加工的能力.