認知負荷理論在高三化學學困生復習中的幾點應用

摘要：高三化學學困生一則面臨升學壓力，學習時間緊迫；二則基礎知識學習不夠扎實，由此造成對于某些知識學不懂。認知負荷理論及其效應認為學生學不懂是因為總的認知負荷超過了其認知承載能力，可以通過圖式的構建和自動化、知識漸進、簡單—復雜任務序列等策略降低認知負荷。文章結合具體例題，淺談高三化學學困生在元素及其化合物、化學反應速率和平衡、電化學等方面的復習策略。

關鍵詞：認知負荷理論；認知負荷效應；高三化學學困生；復習策略

文章編號：1005–6629（2013）12–0024–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

隨著新課程改革的深入，學困生的學習愈加成為高中教與學的重要話題。經對相關文獻分析和筆者的一些相關經驗總結[1]，對于高三化學學困生來說，一則面臨升學壓力，學習時間緊迫；二則學科知識基礎不夠扎實，沒有形成健全的知識結構或自動化的圖式，由此造成一個共同的顯著特點就是多處知識未學好，以至于總的認知負荷超過了其認知承載能力。在這種情況下，應用認知負荷理論，促使學困生采用有效的復習策略以降低認知負荷、提高學習效率十分重要。

1 認知負荷理論

認知負荷理論是由John SwelleqrSYEPyID+MN+6RgnYT4iaDHp4TIMoNABafGMo/Zy9Q=r、Fred G. W. C. Paas等人提出的，并且區分了三種不同的認知負荷類型：外在認知負荷（Extraneous Cognitive Load）、內在認知負荷（Intrinsic Cognitive Load）與相關認知負荷（Germane Cognitive Load）。內在認知負荷是由學習內容本身引起的，其高低主要取決于內容的復雜程度及學習者的原認知水平；外在認知負荷主要是由信息的呈現方式不當引起的；相關認知負荷是指在新的圖式建構或圖式自動化的過程中占用的認知資源[2]。認知負荷理論認為，這三種認知負荷是可以累加的。它們的總和如果超出了工作記憶的總體承載能力，就會使學習陷入困境。這從理論層面回答了化學學困生為什么會產生學習困難這個問題：在該生一定的原有認知結構下，要認知的化學信息總負荷超過了其工作記憶資源的總體承載能力。據我們深入觀察和分析，在三種認知負荷中，內部認知負荷是影響高三化學學困生復習的主要因素。

John Sweller認為可以通過兩種方式來降低內部認知負荷：一是圖式的建構，二是圖式的自動化。圖式建構是指把原本獨立的若干元素組織成一個單一元素；圖式的自動化則是信息加工從受控加工轉向自動加工，從有意識的努力轉向無需有意注意，因而也能夠降低工作記憶負擔。但是圖式的自動化不是自動完成的，它也需要充分練習[3] 。梅耶等則認為，通過任務分割，即把呈現材料分成幾個片段并分別進行充分的認知加工，也可以降低學生的內在認知負荷[4]。另外，認知負荷理論中的幾種效應如解答樣例效應（Worked example effect）、分離關聯元素效應（Isolated interacting elements effect）、自我解釋效應（Self-explanation Effect），降低認知負荷的策略如知識漸進策略（Knowledge pro gression）、簡單-復雜任務序列策略（Whole-task Sequencing）等，[5]為高三學困生復習困難的解決提供了一定的指導。

2 認知負荷理論指導高三化學學困生復習的探討

2.1 關聯認知負荷在元素及其化合物復習中的應用

元素及其化合物就整體而言知識點比較零碎，各知識點的關聯程度較低。當以無機推斷題或元素推斷題等形式從整體考察時，對于學困生來說信息負荷較大，解題時很容易因負荷超載而無從下手。

從適當增加關聯認知負荷以降低內部認知負荷的角度來看，在指導學困生復習時，如果依據元素及其化合物的某種理化性質，將零碎的知識點以某種關聯構建成若干個圖式，如將高中所學過的化學物質按照具有漂白性、顏色為紅色、顏色為黃色、可以和水發生反應等等分別進行歸類，形成一個個圖式，讓其通過練習使這些構建的圖式進入長時記憶并較快達到自動化，則可以降低解推斷題時的信息負荷，同時也為將來解題時提取相關知識提供了線索。

例如，A、B、C是中學化學常見的三種物質，它們之間的相互轉化關系如圖：

化學反應速率和平衡，知識點多且內在邏輯性強，復習時進程快，相對學困生而言很容易超出其認知承載能力，一般要采取一定方式將其簡化，在此可以借鑒知識漸進或簡單—復雜任務序列。知識漸進是指將復雜的學習材料分兩個階段呈現。第一階段，將復雜材料分解成若干個信息單元并依次呈現，每次只需加工一個單元；在完成每個獨立單元的學習之后進入第二階段，此時同時呈現全部信息，并關注信息單元之間的關聯。知識漸進法對于低水平的學困生在面對復雜問題但缺少必要的基礎知識時，是一種非常有效的復習方式。簡單—復雜序列是指首先從學習者在真實情境中所能遇到的最簡單任務開始，逐漸增加任務，其本質上就是“整體任務”，它從一開始就關注任務各個成分之間的協調和整合，強調讓學習者快速形成對于任務的初步整體印象。

這是一種關于“等效平衡”類型的題，此類型的題牽涉到的知識點有可逆反應的特點、化學平衡的概念及影響平衡的因素等等，復習此類型的題需要學習者對牽涉的各個知識點有透徹的理解。對于處于低水平的學困生來說，宜采取“知識漸進”的方法，首先復習可逆反應的特點、化學平衡的概念、影響平衡的因素等各個基本知識點并使其達到自動化，然后再綜合起來復習該類型的題。而對于中等水平的學生而言，宜采取“簡單-復雜任務序列”的方法，即從整體上把握，由相對簡單的開始然后逐步深入。由于解決該題的關鍵是理解并運用“等效平衡”原理，因此可以先在“等效平衡”原理的簡單水平進行復習。即考慮在t℃時，向體積固定的一容器中投入2 mol SO2和2 mol SO3，通過“等效平衡”折算相當于投入多少摩爾SO2和O2——投入的2 mol SO3通過方程式可折算成2 mol SO2和

2.4 分離關聯元素效應在電化學復習中的應用

分離關聯元素效應認為在某種學習情況下以一種分離的方式逐次呈現具有關聯性的信息元素，比一次性地呈現所有相關聯的元素更能促進學習[7]。電化學這塊知識與氧化還原反應概念關聯密切，由于內部認知負荷與個體的認知水平有關，這塊知識對不同學困生而言其難度不同，即對不熟悉氧化還原反應概念的學困生來說認知負荷較大。對此根據分離關聯元素效應，復習時第一步要先回想氧化還原反應的知識點，在氧化還原反應相關知識熟悉之后再深入電化學知識領域進行復習，這樣通過分離關聯性知識的方式進行復習以降低認知負荷，達到良好的復習效果。而對于該知識點認知程度較高的學生，則可直接對電化學進行復習同時也鞏固了氧化還原反應的相關知識。

除上述之外，在學生學習的過程中還要注意使學生充分利用自我解釋效應[8]，即對有相互關聯的化學知識之間的關系做出自我解釋，在自我原有的知識經驗上來促進圖式的建構。再則，由于信息的呈現方式不當會Njpe6cJu7HbCtzMlw9ACCg==產生外在認知負荷，給學習帶來困難，因此在選擇學習資料時要特別注意化學知識編排與呈現形式是否恰當。

3 結語

由于認知負荷理論及其效應關注學習者個體的認知結構與信息之間的交互作用，因此在教和學的領域能給予理論指導并產生重要影響。但將該理論指導下的策略應用到真實的教學情境中究竟會產生多大的影響還需進一步的量化研究與實證研究。

參考文獻：

[1]丁革兵.促進高三化學學習困難學生自我監控能力發展的策略與實踐[J].中學化學教學參考，2009，（12）：15～18.

[2]趙立影，吳慶麟.基于認知負荷理論的復雜學習教學設計[J].電化教育研究，2010，（4）：44～48.

[3][6] Sweller J.，Merriёnboer J. Cognitive Architeture and Instructional Design [J]. Paas F. Educational Psychology Review，1998，10（3），251～296.

[4] Mayer R.，Moreno R.. Nine Ways to Reduce Cognitive Load in Multimedia Learning [J]. Educational Psychologist，2003，38（1），43～52.

[5]龐維國.認知負荷理論及其教學涵義[J].當代教育科學，2011，（12）：23～28.

[7] Blayney P.，Kalyuga S.，Sweller J.. Interaction between the Isolated-interactive Elements Effect and Levels of Learner Expertise： Experimental Evidence from an Accountancy Class [J]. Instructional Science，2010，（38）：277～287.

[8] Atkinson R. K.，Renkl A.，Merrill M. M.. Transitioning from Studying Examples： Effects of Selfexplanation Prompts and Fading Worked-out Steps [J]. Journal of Educational Psychology，2003，（95）：774～783.