認知負荷理論下高中生物教學策略探究

楊力

摘 ?要：新時期下，高中生物教學的目標與要求都有所提高，因此生物教師不斷探究優化生物教學的策略與理念，并取得了一定的成效。認知負荷理論作為當前熱門且新穎的教學理論，為生物教師指明了新的方向。合理運用認知負荷理論，可以改善當前生物教學中存在的不足，有效提升學生的生物學習效率。

關鍵詞：高中生物;認知負荷理論;教學策略

生物學科較為復雜抽象，教學難度較大，學生學習起來十分吃力。在了解了認知負荷理論之后，教師應采取更為科學有效的生物教學策略，優化生物教學的過程與內容，在降低學生認知負荷水平的基礎上幫助學生養成積極的學習態度，促使其形成正確的情感價值觀念，從而有效提升學生的生物學習水平與效率，促使學生的健康全面發展。

一、認知負荷理論概述

認知負荷理論指的是人通過自身的認知、能力與周圍的信息、條件進行交流的能力。一方面，人需要耗費自身精力來了解新事物，但人的精力有限，如果認識新事物的難度很大，那么人所耗費的精力也會隨之上升;如果超出了精力上限，那么人就會進入負荷狀態，進而影響人的整個學習過程。另一方面，認知負荷理論最為主要的觀點就是人的精力、記憶力是有限的，因此人在學習、了解新的未知事物時，必須了解自己精力、記憶力的“限度”，確保自己不會超過這個限度，這樣才能保持最佳的學習狀態。

其一，在學習的過程中，如果學生遇到了較為復雜的知識點，就要花費更多的精力去攻克它，而這也會導致學生進入一種負荷狀態，拉低學生的學習效率，最終影響學生的整體學習效果。學生在面對問題時自身處理問題的經驗、能力以及所使用的方法也會影響他們的精力，在一定程度上決定著他們是否會進入負荷學習狀態。

其二，在認知負荷理論下，想要有效提升學生生物學習的效率，教師可以讓學生主動將知識以圖示的形式儲存在腦海中，讓其在自動化圖示的幫助下將新知識與舊知識聯系起來，從而降低學生的記憶負荷，讓學生能夠更好地記憶知識，最終將知識整合成完善的知識結構，并提高學生對信息的處理能力、認知能力、歸納能力，從而提升了學生的學習效率，有效地保證了生物教學質量。

二、高中生物教學現狀

一方面，隨著新課改的推進，互聯網開始在教學中嶄露頭角，甚至變成了不可或缺的重要教學資源。大量學校引進了多媒體技術，多媒體教學已經逐漸成為課堂上最主要的教學方式，為課堂教學帶來了顯著的效果。開展多媒體教學能夠提升學生的學習興趣，優化課堂教學環節與內容，讓課堂高效而多彩。學生在學習的過程中，可以將多媒體呈現的內容信息進行轉化，進而儲存在自己的腦海中，通過自己的認知與學習能力加以處理與分析。

另一方面，在多媒體為課堂教學提供了極大便利的同時，也為教師的教學帶來了一定的限制。首先，一些教師過度使用多媒體，導致多媒體變成了課堂中的主導，教師變成了依附于多媒體的存在。在教學過程中，無論是學生還是教師都目不轉睛地盯著多媒體，雖然教師會配上講解，但講解的重難點不如多媒體呈現的直觀清晰。在教師講解時，很多學生的目光依然集中在多媒體上，甚至對教師的講解“充耳不聞”。而一些教師制作的教案與PPT過于精細，幾乎涵蓋了教學中的所有環節與內容，因此教師必須一動不動地站在計算機旁控制教案與PPT，才能推進課堂的教學流程。這限制了教師的發揮與活動范圍，使師生之間產生距離，也容易使學生產生疲勞感，影響教學效果。其次，還有一部分生物教師并不重視認知負荷理論，對該理論了解不足，不認可認知負荷理論在教學中的作用。例如在教授“細胞的分化”時，教師會詳細、反復地為學生講解整個細胞分化的過程，但是沒有考慮到認知負荷理論帶來的影響，試圖在較短的時間內，讓學生消化這一較為復雜、抽象且陌生的知識，加之學生個體的經驗、認知能力與范圍存在差異，導致學生在接受、理解這一新知識上耗費了大量的精力，卻無法保障理解及吸收效果。由于某些教師并未深入且全面地掌握認知負荷理論，雖然在教學時有意運用認知負荷理論，但應用的方式不夠科學合理，因此難以保障教學效果。

三、認知負荷理論下的高中生物課堂教學策略

（一）積極引導，減小學習阻力

在高中生物教學中，學生產生認知負荷的重要原因，是自身生物基礎知識與思維能力存在不足與缺陷，因而給生物學習造成了一定的阻礙。如果要學習的生物知識或生物問題過于復雜困難，且學生缺乏高效整理知識、處理問題的策略，那么學生的記憶工作量就會過大，從而引起認知負荷，最終降低學生的學習效率。因此，在認知負荷理論下，教師在生物教學時應積極引導學生，幫助學生調整自身的認知結構，以便學生在需要某些知識時能夠快速地調用出來，從而減少學生的工作記憶量。具體而言，首先教師可以將一些生物知識的重難點繪制成圖表，以圖表的形式整合這些復雜零散的知識，簡明扼要地向學生展示這些知識之間的差異性、交互性與相關性，將抽象復雜的生物知識有序且清晰地表達出來。其次，教師可以將這些圖表作為教案或教學工具進行使用，也可以將其打印成冊發放給學生，幫助學生形成良好的知識網絡。最后，教師還可以積極與實際生活建立聯系，調動學生的學習興趣，同時使學生的認知量停留在合理的范圍內。

例如，在教授“細胞的生命歷程”一課時，首先，教師在備課時可以準備一些生活中動植物的生長凋零案例，用這些案例作為這一課的導入，這既能引起學生的興趣，又能讓生物課堂更加生動輕松。其次，教師可以運用這些案例向學生講解細胞的整個生命歷程，并將其與人的生老病死相聯系，讓學生了解細胞的生命歷程在人類、動物與植物中分別有怎樣具體的表現。最后，教師還可以為學生制作短視頻，以短視頻的形式向學生展示細胞與動植物的生命歷程。這樣既便于學生理解，又能幫助學生輕松記憶相關的知識，有效保障生物教學效果。

（二）因材施教，降低內在負荷

上文提到，產生認知負荷與個體經驗、處理問題的能力以及處理問題所使用的的方法有關，將其套用到生物學習中，就是學生個體的生物知識基礎、生物學習能力會決定學生是否產生認知負荷。簡單而言，生物知識基礎穩固、學習能力較好的學生，更不容易產生認知負荷，而生物基礎知識較差、學習能力較弱的學生更容易產生認知負荷。這時教師再采取統一式的教學與管理方式顯然是不科學的，無法照顧到不同學生的生物學習需求。因此，教師必須因材施教，深入了解不同層次學生的生物知識基礎情況與學習能力，再采取不同的教學策略，制訂相應的教學目標，這樣才能在尊重學生個體認知能力、經驗的前提下，滿足學生不同的生物學習需求。教師可以根據學生在生物基礎與生物能力上的不同表現對學生進行分層，將基礎知識穩固、學習能力出眾的學生歸為A層，將與之相比基礎較差的學生分為C層，將處于中游階段的學生分為B層，然后為學生設計不同的教學目標與教學策略，進一步保障生物教學質量。

例如，在教授“基因的本質”一課時，C層學生的學習重點是掌握基礎知識，因此在理解概念、解答簡單例題時，教師可以多提問C層的學生，了解C層學生對基礎知識的掌握情況，予以C層學生更多練習基礎問題的機會;B層學生的學習重點是掌握基礎知識并鍛煉自身的學習能力，因此教師可以多設計一些發散性的問題，讓B層學生畫圖、交流自己的解題思路;A層學生的學習重點是提升自身的學習能力，因此教師可以設計一些更深入、更復雜的問題，或者讓A層學生來解決B、C層學生在學習中遇到的問題，進一步挖掘A層學生的學習潛力，讓A層學生能夠不斷突破自身、積累更多的學習經驗。可見，運用因材施教理念，幫助學生降低自身的內在負荷，能夠讓不同層次的學生共同進步，在生物學習中體會到更多的滿足感與成就感，從而有效提高學生的學習效率。

（三）構建思維導圖，拓展思維能力

在認知負荷理論下，教師要打造更高效的生物課堂，可以引入思維導圖這一高效的學習工具。這樣可以提升學生的生物學習效果，鍛煉學生的生物思維，幫助學生形成良好的生物學習習慣。學生可以將零散、抽象、復雜的生物知識整合成清晰明了的知識框架，更深入準確地把握各知識點之間的關系。思維導圖實用性強，學生可以輕松地從圖文并重的圖形中把握各級主體之間的關系，將各生物知識有效連接在一起并記憶，從而有效地提升學生的生物學習效果。

例如，在教授“細胞的衰老與凋亡”一課時，教師可以讓學生先自主閱讀教材中的內容，然后讓學生繪制以“細胞的衰亡”為中心的思維導圖。在學生繪制導圖前，教師可以準備一些關于思維導圖分支的提示，如分支可以是個體衰老的特征、細胞衰老的特征等概念，這樣既可以讓學生更輕松地繪制出思維導圖，又可以讓學生更快地在腦海中構建出關于細胞衰亡過程與特點的知識體系。在繪制思維導圖的過程中，各知識點之間的關系會愈發明顯，學生可以在知識點與其關系的引導下，更深入地思考各知識點之間的交互性與差異性，從而對所學的知識產生更多的感悟。這樣學生的生物思維得到了更多鍛煉和發散。除了讓學生在課堂中繪制思維導圖來整合、理解生物知識，教師還可以讓學生在課后用思維導圖來總結生物知識，如在一個單元、一個課題學習結束后，教師可以讓學生運用思維導圖來整理總結這段時間所學的知識，并將其與學習過的生物知識相互關聯，這讓原本零散的生物知識變得更系統化，幫助學生更好地理解、記憶。

可見，在認知負荷理論下，運用思維導圖開展教學是符合學生的認知規律與需求的，教師可以在思維導圖工具的輔助下，幫助學生養成實用有效的生物學習習慣，促使學生在生物學習中獲得更多的滿足感與成就感。

（四）明確教學目標，有的放矢教學

在認知負荷理論下，要提升生物教學質量，教師在教學時不能增加學生的外在認知負荷，要保障向學生傳授的知識量在學生的認知范圍以內，從而促進學生的學習效率最大化，取得更理想的生物教學效果。

因此，教師一定要優化教學設計，明確教學目標，讓生物教學有的放矢，這樣才能進一步提升生物教學效果。一方面，教師可以在教學過程中為學生準備一些外部知識來拓寬學生的認知范圍;另一方面，教師需掌握好“度”，讓學生能夠在外部認知與教學目標的引導下獲得良性發展，避免學生出現興趣不足和學習被動的情況。

例如，在教授“生態系統的能量流動”一課時，教師可以將教學內容細分為若干個部分，為每一部分內容制作一段小視頻，讓學生通過觀看視頻了解能量流入的方式、能量的源頭、流出的途徑以及傳遞的渠道等。隨后，教師可讓學生借助視頻總結相關知識點，幫助學生構建認知系統。通過一段段小視頻構建起一個個小型認知系統，不僅可以降低生物學習難度，還可以讓學生的思路更加清晰。這些小型的認知系統更加穩定，它們彼此相互連接就能構成一個簡明的大型認知系統，在這個過程中，學生的認知能力會不斷提升。由于這個大型認知系統的信息量不會超過限制范圍，因此學生不會產生額外的記憶負荷，能夠有效提升學生的生物學習效率。

四、結語

認知負荷理論已經逐漸成為新時期下重要的教學理論，開始被廣泛應用于各科教學中。教師應深入學習認知負荷理論，結合教學的實際情況優化教學設計、內容與目標，幫助學生最大限度地提高學習效率，更好地掌握所學知識。

參考文獻：

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（責任編輯：莫唯然）