降低內在認知負荷 培養問題解決能力

【摘要】內在認知負荷是在工作記憶中同時進行加工的元素的數量及其難度引起的認知負荷。運用認知負荷理論，重組素材信息，適當降低認知任務本身的元素數量以及各元素間的交互性，充分調用學習者固有的相關知識經驗背景，同時注重圖式構建，促進圖式結構化與自動化，可以增大學生的剩余認知資源，降低內在認知負荷，幫助他們自主建構解決問題的策略，培養問題解決能力。

【關鍵詞】內在認知負荷;知識經驗背景;圖式;問題解決能力

【中圖分類號】G623.5 【文獻標志碼】A 【文章編號】1005-6009（2015）41-0012-02

【作者簡介】徐建文，江蘇省常熟市教育局教學研究室（江蘇常熟，215500）副主任，正高級教師，江蘇省數學特級教師。

內在認知負荷是在工作記憶中同時進行加工的元素的數量及其難度引起的認知負荷。內在認知負荷的高低主要取決于認知任務本身以及學習者固有的相關知識經驗背景。學習材料越復雜，學習者的相關專業知識越少，內在認知負荷就越高;反之則內在認知負荷就越低。如何運用認知負荷理論，適當降低內在認知負荷，增大學習者的剩余認知資源，以更好地培養學生的問題解決能力呢？我們以蘇教版三下“解決問題的策略：從問題想起”為例展開了教學探索。

1.出示主題圖：老師帶300元去商場購物，買一套運動服和一雙運動鞋后最多剩下多少元？

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2.問題求的是什么？你是怎么理解的？

3.學生嘗試解答，交流三種典型的思路：（1）從問題出發分析，根據“最多”去選擇最便宜的運動服和運動鞋，直接解決問題;（2）從條件出發分析，羅列出運動服和運動鞋的四種搭配方法，分別求出剩下的錢，再比較;（3）隨便買一套運動服和一雙運動鞋，求出剩下的錢，并未理解問題中“最多”的含義。

4.引導反思：剛才是怎樣解決這個問題的？

本課教學“從問題想起”的策略，例題給出了很多已知條件，如果從條件出發思考，可以提出很多問題，解決問題的開放度高，內在認知負荷大。如果換個角度，從問題出發思考，則可有針對性地執果索因，使解決問題的過程變得簡單、明了，從而凸顯“從問題想起”策略的優勢和價值。然而，課堂實踐并非設想所愿，正如執教老師課后反思時所說：“教的是策略，感覺卻在解題，策略的味道沒有出來。”

為什么策略的味道出不來呢？帶著這個問題，我們陷入了思考：首先，對于三年級的學生來說，例題包含的信息量非常大，且信息之間的關聯程度比較高。如果直接把這樣一個復雜的問題拋給學生，由認知對象產生的認知負荷就會很高。其次，內在認知負荷的高低在很大程度上取決于認知者固有的相關知識經驗背景。學生在三年級上學期已經學過“從條件想起”的策略，如果教學能關注到學生這個經驗儲備，并充分利用學生生成的“從條件想起”的資源，則可引發他們對“從條件想起”和“從問題想起”兩種思路的對比，從而讓他們強烈地感受到“從問題想起”的優勢，加深他們對策略的深度體驗。“從條件想起”的思考模型將有助于學生構建起“從問題想起”的思考模型。第三，例題中商品的數據相對較大，因而學生花在計算上的時間相對多了一些，而這節課重在讓學生體驗“策略”的特點和思考方法，因此，可以在不影響策略學習的前提下，適當降低材料的復雜性，把數據改得可以口算，讓學生騰出更多的精力和時間建構解決問題的策略。

為減輕學生的內在認知負荷，增強學生的問題解決能力，我們再次進行了實踐探索。

一、喚醒“從條件想起”的經驗

老師帶300元錢去商場買一套130元的運動服和一雙100元的運動鞋，剩下多少元？根據學生的回答明確：由一套運動服和一雙運動鞋，可以求出“用去的錢”，再用“一共帶的錢-用去的錢=還剩的錢”。這種由條件到問題的思考方法，就是我們上學期學過的解決問題的策略——“從條件想起”。

二、探索“從問題想起”的策略

（一）體驗“從問題想起”的必要性

1.增加一個信息：一雙運動鞋50元。

如果老師帶300元錢，還想買一套運動服和一雙運動鞋，可能會剩下多少元？

2.繼續增加一個信息：一套運動服150元。

和剛才相比，條件發生了什么變化？問題呢？“最多剩下”是什么意思，你是怎么想的？

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3.學生根據自己的想法解決問題。

4.比較：可以根據問題直接選條件，進行計算;也可以先列出不同的組合，算出剩下的錢，再比較，選出符合要求的結果。

5.你喜歡哪一種方法？為什么？

6.小結：像這樣從問題出發直接去找條件，可以使問題解決變得簡單、明了。這就是今天我們要學習的解決問題的策略——“從問題想起”。

（二）感受“從問題想起”的思考方法

結合問題解決過程抽象出數量關系結構圖，讓學生試著完整地表述“從問題想起”的思考過程。

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改變教學設計后的課堂，學生學得有趣、投入，課堂因靈動而顯得生機勃勃。“這樣的課堂，真正把策略的味道上出來了！”適當降低內在認知負荷，拓展學生建構“從問題想起”的策略的空間，是這次教學改進成功的主要原因，具體體現在以下三個方面：

第一，分割例題素材，逐步呈現。第二次教學分層次呈現素材，極大地降低了因例題難度引發的內在認知負荷，欲擒故縱的呈現方式拉長了學生思考、感悟的過程，加深了學生對策略的自我體會。

第二，充分調用學生已有的知識經驗。第二次設計，不再割裂“從條件想起”和“從問題想起”之間的聯系。已有的解題經驗和分析、推理圖式，為學生感受“從問題想起”的特點、構建“從問題想起”的分析、推理模型做了充分的鋪墊和引領，這讓學生在構建新知時節約了很多認知空間。

第三，減少干擾因素，增加學生的互動交流。第二次設計把部分商品的價格進行了微調，給學生的計算帶來了便利，增大了剩余認知資源的空間，從而讓學生有充分思考、展示、評價的機會，他們積極參與推理、比較、反思等思維活動，主動實現了對解決問題的策略的自我構建。

這次教學實踐讓我們對基于認知負荷理論，減輕學生的內在認知負荷，優化他們的認知路徑，提高其問題解決能力有了更深入的認識與理解。以下是我們從中獲得的一些啟發與思考：

1.重組素材信息，釋放認知空間。

對學習者來說，內在認知負荷的高低在很大程度上取決于認知任務本身，即元素數量及各元素間的交互性。因此，在設計教學時，可以將復雜、困難的任務分解或簡化為簡單的任務，以降低學生的工作記憶負荷，讓他們騰出認知空間在解決問題的過程中積累經驗、感悟策略。

2.注重圖式構建，促進圖式結構化與自動化。

圖式是一種認知結構，能夠將信息與產生的規則整合起來，成為只需少量存儲空間、無需控制性過程的自動化加工單元。圖式的構建能有效減少問題解決過程中的認知負荷，對概念的理解和問題的解決具有重要的意義。在教學時，教師要充分調動和利用學生已有經驗系統中的圖式，注重梳理圖式結構，通過結構圖促進學生的理解，最終引導學生形成解決問題的策略。

【參考文獻】

[1]余仙鳳.基于認知負荷理論 設計簡單數學課堂[J].教學月刊小學版（數學），2014（4）：55-57.

[2]張忠華.在科學教學中減輕學生認知負荷的策略[J].教學月刊小學版（綜合），2013（11）：29-31.