基于認(rèn)知負(fù)荷理論的初中物理線上課堂教學(xué)

周盼盼 袁海泉

[摘 要]學(xué)習(xí)是學(xué)生自己建構(gòu)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的過(guò)程，認(rèn)知負(fù)荷理論旨在減少教學(xué)過(guò)程中認(rèn)知資源不必要的浪費(fèi)，采用合適、有效的教學(xué)手段管理學(xué)習(xí)者的內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷，減少外在認(rèn)知負(fù)荷，增加學(xué)習(xí)者的相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，從而提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率。當(dāng)前，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展，線上教學(xué)已經(jīng)變得非常普及和必需，為了提高初中物理線上教學(xué)質(zhì)量，筆者選取蘇科版八年級(jí)上冊(cè)“運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性”一節(jié)，基于認(rèn)知負(fù)荷理論進(jìn)行線上教學(xué)。從策略上來(lái)講，線上教學(xué)也需要“創(chuàng)設(shè)問題情境”“巧設(shè)漸進(jìn)問題”“組織互動(dòng)體驗(yàn)活動(dòng)”等。文章對(duì)初中物理線上教學(xué)進(jìn)行分析探討。

[關(guān)鍵詞]認(rèn)知負(fù)荷理論;初中物理;線上教學(xué)

[中圖分類號(hào)]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2021）32-0045-03

初中物理線上教學(xué)就是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)在線的方式對(duì)初中物理進(jìn)行教學(xué)，這種教學(xué)模式給教師和學(xué)生提供了很大的便利，作為未來(lái)教育中非常重要的一種輔助教學(xué)方式，自然也受到了各界的關(guān)注與重視。但是由于其應(yīng)用還不是非常成熟，所以在實(shí)踐過(guò)程中，學(xué)生會(huì)出現(xiàn)不必要的認(rèn)知負(fù)荷，降低了線上教學(xué)的有效性。認(rèn)知負(fù)荷理論在初中物理線上教學(xué)中的應(yīng)用，不僅能夠使教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況有進(jìn)一步的了解，還可以對(duì)線上教學(xué)設(shè)計(jì)提供強(qiáng)有力的指導(dǎo)。筆者基于認(rèn)知負(fù)荷理論對(duì)線上教學(xué)“運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性”一節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，旨在使學(xué)生能夠利用有限的認(rèn)知資源，合理控制學(xué)習(xí)的認(rèn)知負(fù)荷。

一、認(rèn)知負(fù)荷理論概述

認(rèn)知負(fù)荷理論是由澳大利亞認(rèn)知心理學(xué)家約翰·斯威勒于1988年首先提出來(lái)的。它主要研究的是在復(fù)雜的教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)控制記憶負(fù)荷，最大限度地降低阻礙學(xué)習(xí)的認(rèn)知負(fù)荷。人的認(rèn)知資源是有限的，人腦的認(rèn)知資源如果被非常多的任務(wù)同時(shí)占用，就會(huì)出現(xiàn)人腦占用的資源大于人的認(rèn)知資源整體數(shù)量的現(xiàn)象，最終會(huì)影響人的記憶效果。因此，線上物理教學(xué)，需要教師充分了解學(xué)生的認(rèn)知水平，合理設(shè)計(jì)教學(xué)方案，從而降低學(xué)生的學(xué)習(xí)障礙，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。認(rèn)知負(fù)荷主要分為三類：內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷、外部認(rèn)知負(fù)荷和關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷。內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷是由學(xué)習(xí)材料的復(fù)雜程度產(chǎn)生的負(fù)荷，取決于學(xué)習(xí)材料的難易程度和學(xué)習(xí)者的經(jīng)驗(yàn)水平，教師一般對(duì)其影響較小。外在認(rèn)知負(fù)荷也稱之為無(wú)關(guān)性的認(rèn)知負(fù)荷，其主要是由學(xué)習(xí)材料的組織和呈現(xiàn)方式?jīng)Q定，外在認(rèn)知負(fù)荷往往會(huì)干擾學(xué)習(xí)。還有相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，其主要是促進(jìn)學(xué)習(xí)者圖式建構(gòu)與圖式自動(dòng)化，相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷越多，越有助于學(xué)習(xí)者理解學(xué)習(xí)材料。

根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷理論，線上教學(xué)之所以存在較大的學(xué)習(xí)困難，是因?yàn)榫€上教學(xué)時(shí)教師對(duì)學(xué)生的監(jiān)管力度被大大削弱，還有線上教學(xué)畢竟是在虛擬空間中展開的，教師對(duì)學(xué)生活動(dòng)和實(shí)驗(yàn)演示環(huán)節(jié)的調(diào)控作用都會(huì)受到限制，從而引發(fā)外在認(rèn)知負(fù)荷過(guò)重，增加學(xué)生負(fù)擔(dān)。

因此，在線上教學(xué)中，教師需要盡量降低外在認(rèn)知負(fù)荷，增加相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將聲音、文字、視頻、動(dòng)畫等進(jìn)行完美結(jié)合，直觀形象地展示教學(xué)內(nèi)容，降低外在認(rèn)知負(fù)荷的影響。還可以在教學(xué)中加入更高級(jí)的認(rèn)知活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生思維，使學(xué)生在原有認(rèn)知層面上有更進(jìn)一步的提升。例如理科學(xué)習(xí)中的一些推理、研究、分析、判斷等問題都可以增加學(xué)生的相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷。

二、基于認(rèn)知負(fù)荷理論的“運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性”線上教學(xué)策略

根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷理論的基本原理，筆者對(duì)線上課堂教學(xué)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。遵循化繁為簡(jiǎn)、循序漸進(jìn)的原則，將零碎的物理知識(shí)圖表結(jié)構(gòu)化，巧妙創(chuàng)設(shè)問題情境，使知識(shí)可視、可聽，組織線上互動(dòng)體驗(yàn)活動(dòng)，形成基于認(rèn)知負(fù)荷理論的線上物理教學(xué)。下面以蘇科版八年級(jí)上冊(cè)“運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性”為例具體談一談教學(xué)策略。

1.巧妙創(chuàng)設(shè)問題情境

外在認(rèn)知負(fù)荷主要是教學(xué)材料的呈現(xiàn)方式，可以通過(guò)多媒體資源（動(dòng)畫、視頻、仿真實(shí)驗(yàn)等）生動(dòng)形象地向?qū)W生展現(xiàn)物理課堂的巨大魅力，充分發(fā)揮“雙重感官效應(yīng)”，并且教師的課件要圖文并茂、情境生動(dòng)，通過(guò)視聽結(jié)合雙重感官來(lái)實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，從而大大降低學(xué)生的外在認(rèn)知負(fù)荷。為了提高學(xué)生線上學(xué)習(xí)的積極性與熱情，線上物理教學(xué)設(shè)計(jì)中的引入環(huán)節(jié)至關(guān)重要。筆者在“運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性”線上教學(xué)中首先播放世界萬(wàn)物運(yùn)動(dòng)的視頻，震撼的畫面與音樂，讓學(xué)生脫口而出：世界是運(yùn)動(dòng)的。在學(xué)習(xí)“運(yùn)動(dòng)還是靜止”的時(shí)候，筆者通過(guò)視頻播放“嫦娥五號(hào)”發(fā)射情景、“運(yùn)動(dòng)員滑雪”情景、“爬樹的雪烏龜”等，總結(jié)歸納出“研究對(duì)象、參照物等概念以及判斷靜止和運(yùn)動(dòng)的方法”。在學(xué)習(xí)“運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性”時(shí)，筆者播放“兩個(gè)直梯向上運(yùn)動(dòng)”視頻，并提出問題：梯子運(yùn)動(dòng)了嗎？相對(duì)于什么而言？還展示了詩(shī)詞“坐地日行八萬(wàn)里，巡天遙看一千河”并配上應(yīng)景圖片，提出“日行八萬(wàn)里”是相對(duì)什么而言的，等等，進(jìn)一步讓學(xué)生理解“運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性”。在講運(yùn)動(dòng)相對(duì)性的應(yīng)用時(shí)，筆者展示了“加油機(jī)給受油機(jī)加油”“同步衛(wèi)星繞地球飛行”“風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)”等的視頻。通過(guò)視聽結(jié)合，讓學(xué)生感受物理知識(shí)在生活中的運(yùn)用。這樣，不僅增強(qiáng)了物理教學(xué)的趣味性與可讀性，還提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在本節(jié)課結(jié)尾，筆者播放西游記中“孫悟空騰云駕霧”的視頻，并提問學(xué)生：如果你是導(dǎo)演，這個(gè)片段該如何拍攝？學(xué)生紛紛說(shuō)出自己的想法。通過(guò)這個(gè)思考題來(lái)增加學(xué)生的相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，幫助學(xué)生進(jìn)一步理解本節(jié)課內(nèi)容，達(dá)到學(xué)以致用的目的。

2.密搭臺(tái)階，巧設(shè)漸進(jìn)問題

內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷不僅與學(xué)習(xí)材料有關(guān)，還與學(xué)習(xí)者在某一領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)水平有關(guān)。知識(shí)不是機(jī)械地灌輸給學(xué)生的，必須要靠學(xué)生根據(jù)已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)去建構(gòu)，而建構(gòu)的過(guò)程就是解決問題的過(guò)程。因此在線上教學(xué)中，教師提出的問題需要依據(jù)學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，由易到難，層層遞進(jìn)，逐步引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)的主動(dòng)建構(gòu)。在講授“運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性”時(shí)，首先通過(guò)視頻畫面播放“小小竹排江中游，巍巍青山兩岸走”，然后再“密搭臺(tái)階”，提出漸進(jìn)問題，幫助學(xué)生解決困惑，具體如下：

師：思考“竹排游”是以什么為參照物的？

生：青山。

師：那“青山走”又是以什么為參照物的？

生：竹排、人。

師：可以說(shuō)竹排是靜止的嗎？

生：可以。

師：如何分析？

生：相對(duì)人而言，竹排是靜止的。

通過(guò)這種漸進(jìn)式提問，不僅可以幫助學(xué)生鞏固所學(xué)的參照物概念，還可以幫助學(xué)生建構(gòu)新知，從而有效提升學(xué)生的認(rèn)知水平。

3.開展互動(dòng)體驗(yàn)式教學(xué)

傳統(tǒng)的物理課堂教學(xué)中，學(xué)生活動(dòng)是必不可少的，引導(dǎo)學(xué)生參與、動(dòng)手操作、自主實(shí)驗(yàn)、互動(dòng)交流，不僅可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，集中學(xué)生的注意力，還能達(dá)到探究實(shí)驗(yàn)的目的。而線上教學(xué)，學(xué)生和教師各處于網(wǎng)絡(luò)的兩端，導(dǎo)致教師對(duì)課堂教學(xué)的把控以及與學(xué)生的互動(dòng)存在問題。筆者所在學(xué)校開展線上教學(xué)時(shí)采用的是騰訊課堂App，教師在討論區(qū)發(fā)送問題，學(xué)生在討論區(qū)里呈現(xiàn)不同的觀點(diǎn)。在討論中教師再設(shè)置其他問題，還可以開通App中的舉手功能，指定學(xué)生語(yǔ)音形式與教師對(duì)答、討論。在講解“運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性”這一概念前，筆者為了讓學(xué)生有真實(shí)體驗(yàn)和探究，設(shè)計(jì)了學(xué)生體驗(yàn)活動(dòng)：把物理課本放在桌子上，課本上放鉛筆盒，推動(dòng)課本使它緩慢移動(dòng)。分析鉛筆盒、課本、桌子相對(duì)于彼此是靜止的，還是運(yùn)動(dòng)的。然后由教師進(jìn)行啟發(fā)，學(xué)生總結(jié)得出結(jié)論：對(duì)于同一個(gè)物體，可以認(rèn)為它是運(yùn)動(dòng)的，也可以認(rèn)為它是靜止的，因?yàn)檫x擇的參照物不同，運(yùn)動(dòng)的這種性質(zhì)就叫運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性。教學(xué)中筆者運(yùn)用騰訊課堂中的屏幕共享功能，展示了三位學(xué)生的活動(dòng)體驗(yàn)過(guò)程，并選其中一位為代表，給學(xué)生分析。這種線上教學(xué)模式學(xué)生非常感興趣，在觀察其他同學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)時(shí)，學(xué)生非常專注，并且在討論群里討論得很激烈。實(shí)質(zhì)上，學(xué)生只有在深入體驗(yàn)后，才能更加立體地建立概念。這種教學(xué)方式遵循了先情境后語(yǔ)義、化抽象為具體的原則，極大地降低了外在認(rèn)知負(fù)荷對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的影響。

4.物理知識(shí)圖表化

Pollcck等人的研究表明，當(dāng)學(xué)生的學(xué)習(xí)材料比較復(fù)雜時(shí)，教學(xué)可以通過(guò)將知識(shí)板塊化、結(jié)構(gòu)化，然后分段呈現(xiàn)學(xué)習(xí)材料，同時(shí)要注重構(gòu)建材料之間的聯(lián)系，做到承上啟下，由此才能達(dá)到降低初學(xué)者認(rèn)知負(fù)荷的效果。就物理學(xué)科而言，由于其學(xué)科特點(diǎn)，自身具備完備的知識(shí)體系，所以在線上教學(xué)中，物理教師可以將本節(jié)課內(nèi)容以圖式的形式進(jìn)行總結(jié)。這樣不僅能夠降低學(xué)生學(xué)習(xí)記憶中的“冗長(zhǎng)”信息，還有利于學(xué)生理解物理知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系。比如在總結(jié)如何判斷物體是運(yùn)動(dòng)還是靜止的方法時(shí)，總結(jié)研究對(duì)象、參照物等概念時(shí)，筆者以結(jié)構(gòu)圖形式，結(jié)合語(yǔ)言表述，給學(xué)生整理出清晰完備的知識(shí)體系，降低學(xué)生的內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷。

基于認(rèn)知負(fù)荷理論的線上物理教學(xué)符合物理課程目標(biāo)與教學(xué)改革對(duì)人才培養(yǎng)的要求，這一理論不僅為線上教學(xué)提供了一個(gè)新的方向，也為線上教學(xué)理論與實(shí)踐提供了有益的參考和操作指導(dǎo)。它是從學(xué)習(xí)者的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和認(rèn)知規(guī)律出發(fā)，通過(guò)研究線上物理教學(xué)的各種策略，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)，促進(jìn)學(xué)生形成完整的圖式結(jié)構(gòu)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與興趣，從而降低教學(xué)中學(xué)生的內(nèi)、外認(rèn)知負(fù)荷，提高相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，使學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

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（責(zé)任編輯 易志毅）