認知負荷視域下高中物理課后作業(yè)改進初探

李宗倫 方一穎 林雪萍 鄭淵方

摘? ?要：針對高中物理課后作業(yè)負擔大的現(xiàn)狀，結(jié)合學者對作業(yè)的研究，以認知負荷理論為基礎結(jié)合物理教學，提出統(tǒng)籌作業(yè)時間、優(yōu)化作業(yè)數(shù)量、促進作業(yè)多元化、完善作業(yè)批改與反饋機制等改進措施，目的在于提高物理作業(yè)設計水平，提升物理作業(yè)有效性，提高教學質(zhì)量，促進學生全面發(fā)展。

關鍵詞：高中物理；認知負荷理論；課后作業(yè)改進

2022年，抓鞏固提高，聚焦雙減，重點提高“四個水平”是基礎教育重點工作中的首要工作，其中，重點提高的“四個水平”中的一項為“提高作業(yè)設計水平”[ 1 ]。“提高作業(yè)設計水平”是改進作業(yè)現(xiàn)狀、提高教學質(zhì)量的重要舉措，這個工作對各門學科的教師來說是具體而實在的。對于物理教師來講，深度反思當前物理作業(yè)現(xiàn)狀，針對存在的問題進行有條理而適度的改進，真正落實立德樹人，提高學生物理學科核心素養(yǎng)，促進學生發(fā)展是當務之急。

1? 物理課后作業(yè)現(xiàn)狀

有研究通過問卷方式調(diào)查學生學習負擔是什么，調(diào)查結(jié)果表明大部分學生認為學習中最大負擔來自于作業(yè)太多，大部分教師也認為學生負擔主要體現(xiàn)在作業(yè)太多[ 2 ]。長期以來，各類考試以紙筆測試為主，應對考試獲得高分的“最有效”方式似乎就是做大量試題，題海戰(zhàn)術頗為盛行，導致作業(yè)成為學生最大負擔。

現(xiàn)階段高中物理課后作業(yè)現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果表明，物理作業(yè)量大，作業(yè)類型過于單一，內(nèi)容枯燥無味、千篇一律，忽視作業(yè)的批改與反饋，學生感受不到物理作業(yè)的樂趣，從而失去學習物理的興趣[ 3 ]。物理是一門以觀察、實驗為基礎的科學，物理知識來源于自然、來源于生活，自然與生活也是物理作業(yè)的重要來源之一，多方面的物理作業(yè)既能滿足學生對知識需求，又能夠激發(fā)學習興趣。根據(jù)當前高中物理作業(yè)現(xiàn)狀結(jié)合物理教學提出優(yōu)化作業(yè)數(shù)量、促進作業(yè)形式多元化、完善作業(yè)批改與反饋機制等措施，目的在于增強作業(yè)有效性、提高教學質(zhì)量。

2? 認知負荷理論對高中物理課后作業(yè)啟示

認知負荷理論是指導教學實踐重要理論之一，最早于二十世紀八十年代由澳大利亞心理家Sweller提出，隨著認知負荷理論的深入研究并逐漸應用于教學領域，在教學領域占據(jù)重要地位[ 4 ]。根據(jù)認知負荷的特點可分為三大類：內(nèi)在認知負荷（ICL）、外在認知負荷（ECL）、相關認知負荷（GCL），認知負荷總量就是三者之和[ 5 ]。將認知負荷理論與高中物理課后作業(yè)相結(jié)合得到以下幾點啟示：

（1）控制作業(yè)總負荷在學生認知負荷總量之內(nèi)

受教育者每天時間、精力、認知能力有限，作業(yè)量太大易超出負荷，導致效率低下甚至無效率，統(tǒng)籌規(guī)劃課后作業(yè)時間，提高課后作業(yè)質(zhì)量，使作業(yè)產(chǎn)生的總負荷在學生認知負荷總量之內(nèi)。

（2）控制內(nèi)在認知負荷

內(nèi)在認知負荷取決于學習材料本身以及學習者已具備知識之間的影響[ 6 ]。由于學生認知能力、學習能力不同，作業(yè)設計要符合學生認知水平與能力水平，進行分層作業(yè)設計滿足不同層次學生從而控制內(nèi)在認知負荷。

（3）降低外在認知負荷

外在認知負荷是指來源于教學材料的呈現(xiàn)方式和教學設計[ 6 ]。外在認知負荷與內(nèi)容的不合理組織和設計有關，可通過重新組織和設計教學內(nèi)容、改變呈現(xiàn)方式、促進作業(yè)類型多元化等方式，降低外在認知負荷。

（4）提高相關認知負荷

相關認知負荷是指促進圖式建構和圖式自動化過程的相關負荷，它與學生的認知努力有關[ 6 ]。引導學生進行深層次的圖式建構與能力培養(yǎng)、及時進行作業(yè)批改與作業(yè)反饋能幫助學生提高學習興趣、激發(fā)學習動機，提高相關認知負荷。

3? 物理課后作業(yè)改進策略

根據(jù)高中物理課后作業(yè)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的問題結(jié)合認知負荷理論與學生學習特點，從減輕總負荷、控制內(nèi)在認知負荷、降低外在認知負荷、提高相關認知負荷等四方面入手進行物理課后作業(yè)改進。

3.1? 統(tǒng)籌時間、優(yōu)化數(shù)量、提高質(zhì)量，減輕學習總負荷

3.1.1? 統(tǒng)籌規(guī)劃各科作業(yè)時間

由于中學階段各科教學時間不同，學生每天作業(yè)總量應該根據(jù)學生各科教學情況而定，只有全科統(tǒng)籌安排才能防止各科教師“公說公有理，婆說婆有理”的現(xiàn)象產(chǎn)生。統(tǒng)籌安排各科作業(yè)時間，需要各學科教師共同協(xié)商，以便后續(xù)相關工作落到實處，各科教師應嚴格根據(jù)規(guī)劃時間布置作業(yè)，使作業(yè)產(chǎn)生的總負荷在學生認知負荷總量之內(nèi)，有效減輕學生負擔。根據(jù)學生每天各科作業(yè)時間，設計出表1各科學生作業(yè)時間估計表。各科教師根據(jù)各科教學情況在表格中記錄作業(yè)時間，并將各科作業(yè)時間匯總，確保學生全科作業(yè)總時間都在某個范圍中，使作業(yè)產(chǎn)生的負荷在學生總負荷之內(nèi)。

3.1.2? 優(yōu)化物理課后作業(yè)數(shù)量、提高課后作業(yè)質(zhì)量

我國學者李斌對初中生最佳物理作業(yè)量進行了對比實驗研究，適當減輕學生的物理作業(yè)量不會影響學生的學習成績，單靠加重學生作業(yè)量不能明顯地提高成績，學生物理作業(yè)量與物理學習成績不是線性關系，初中學生最佳物理作業(yè)量應該在授課時長的百分之二十到百分之四十之間[ 7 ]。由此可見，作業(yè)并非越多越好，但現(xiàn)實教學中盛行“題海戰(zhàn)術”，導致作業(yè)總量大、重復率高、作業(yè)質(zhì)量低等問題。如A中學“位移變化規(guī)律”課后作業(yè)為魯科版高中物理必修一教材和學案，共計14題，其中選擇題7題、計算題7題。大部分學生完成該項作業(yè)至少需要45分鐘以上，長此以往物理作業(yè)勢必成為學生作業(yè)負擔之一。

作業(yè)數(shù)量與質(zhì)量是緊密聯(lián)系在一起的，作業(yè)重復率高造成作業(yè)總量大，導致作業(yè)質(zhì)量低，減少不必要的重復，多幫助學生歸納、歸類是提高作業(yè)質(zhì)量，增強作業(yè)有效性的辦法之一。如A中學“位移變化規(guī)律”課后作業(yè)教材第1題和學案第2題都是剎車問題，已知初速度、加速度，求不同時間內(nèi)的位移。屬于同類型、同情境、同公式，只是初速度和加速度數(shù)據(jù)不同而已，且課堂上也分析過這類問題，再布置兩個幾乎相同的題目即屬于低水平重復。在作業(yè)的設計中，應該結(jié)合課堂教學設計作業(yè)，根據(jù)學習內(nèi)容的實際情況，考慮有沒有必要布置不同情境重復的練習，盡量避免相同情境的重復練習，減輕學生負擔，同時提高作業(yè)質(zhì)量，提高學習效率。

鑒于此，一線物理教師應從教學實際出發(fā)把控作業(yè)數(shù)量、提高作業(yè)質(zhì)量。為把控物理作業(yè)數(shù)量、提升作業(yè)質(zhì)量，教師應從解決問題所應用的物理原理、方法等角度考慮題目的種類、數(shù)量和順序，慎重選擇題目，適當控制題目數(shù)量，提高教學效率，真正落實減負增效。

3.2? 合理分層作業(yè)，控制內(nèi)在認知負荷

分層教學基于許多著名教學理論提出，其中分層作業(yè)能夠使作業(yè)滿足不同層次學生需求，控制學生內(nèi)在認知負荷，促進全體學生發(fā)展。如A中學“勻變速直線運動”教學中，經(jīng)多次觀察與記錄，發(fā)現(xiàn)普通班與實驗班新知識學習時，作業(yè)講評時間與問題數(shù)量基本相同，學生差異并未明顯體現(xiàn)。因此，同一班級學生可共用一份練習。新知識學習后，階段性測試實驗班均分66.9分，最高分100分、最低分47分；普通班均分50.2分，最高分79分、最低分8分，此時學生間差異明顯，相同練習難以滿足不同層次學生需求，容易造成優(yōu)等生學生“吃不飽”，學困生“吃不了”的困境，此時應進行分層作業(yè)，以滿足不同層次學生需求。

根據(jù)學生水平由高到低依次分為A、B、C三個層次，進行分層作業(yè)。作業(yè)難度與試題數(shù)占比可參考高考物理試題設計，按照簡單試題：中等試題：較難試題為3：5：2的比例進行分配[ 8 ]。教師根據(jù)不同層次學生實際能力調(diào)整試題占比，如C層次學生以基礎習題為主，可以舍去較難試題；B層學生鞏固基礎知識、培養(yǎng)能力為主，試題可一定難度和綜合性，適當增加簡單試題和中等試題占比；A層學生以培養(yǎng)學生思維能力、解決實際問題能力、探究能力等為主，試題更具有綜合性，可參考3：5：2的試題比例。針對不同層次學生進行分層作業(yè)，能夠減少學生低效甚至無效的作業(yè)，提高學生學習效率，減輕學生負擔。

3.3? 促進作業(yè)形式多元化，降低外在認知負荷

外在認知負荷具有可變性，可通過改變作業(yè)呈現(xiàn)方式，提高作業(yè)趣味性，以此降低外在認知負荷。針對物理課后作業(yè)以書面作業(yè)為主、作業(yè)類型單一的現(xiàn)狀，為改變單一作業(yè)模式，培養(yǎng)學生多種智能，可以增設多種形式的課后作業(yè)。

（1）課外閱讀作業(yè)。如A中學“自由落體運動”教學前，教師讓學生查閱有關自由落體運動的由來與發(fā)展，并在課堂分享，學生十分感興趣。課外閱讀作業(yè)不僅能夠了解科學家的探究方法、學習他們的科學精神，還能夠通過閱讀物理學史增加物理課程趣味性。

（2）課外小實驗。課外小實驗能夠培養(yǎng)學生動手操作能力和思維能力。如魯科版高中物理必修一教材58頁，小球沿斜面滾下，探究小球運動規(guī)律，課堂上教師以理論推導為主，可將此作為課外小實驗讓學生通過小實驗探究小球運動規(guī)律。不僅能夠幫助學生理解物體沿斜面滾下時的運動規(guī)律，還能培養(yǎng)學生實驗能力、思維能力和邏輯推理能力。

（3）課后總結(jié)與反思作業(yè)。學生自主梳理知識脈絡，促進知識理解；課后反思幫助學生反思自己不足，如學習習慣、學習方法、學習態(tài)度等。改變作業(yè)呈現(xiàn)方式還能夠有效提高學習興趣，提高學習效率。

3.4? 激發(fā)學生動機，提高相關認知負荷

辛自強教授與林崇德教授指出：較低的認知負荷有助于認知技能的獲得，減輕認知負荷可以促進圖式的獲得[ 6 ]，這里的認知負荷應指總負荷。高質(zhì)量的物理課后作業(yè)能夠促進學生認知技能和圖式的獲得，促進知識間的同化，幫助學生解決同類型問題，體會到學習物理的樂趣。

此外，作業(yè)批改與反饋也是提升自信心與提高學習動機的方法之一，完善作業(yè)批改與反饋機制不僅能幫助教師了解學生作業(yè)完成情況，還能通過作業(yè)給予學生反饋，使學生在作業(yè)中有所收獲，提高學生學習的積極性。

3.5? 物理課后作業(yè)設計歸根教材

實際教學過程中教師教與學生學的主要藍本是教材，任何問題的源頭均可在教材中找到，任何問題的處理方法均可在教材中提煉[ 9 ]。教材是教師教書的基礎和根源[ 10 ]，以2021年福建省高考物理選擇題第一題為例，原型就來自于物理教材。高考題的原型來自于必修一第一章第二節(jié)“質(zhì)點和位移”，高考題在教材基礎上引入?yún)⒖枷怠r間、時刻、速度等知識，進行多知識點綜合考察。由此可見，教材的確是教學的基礎與源頭，作業(yè)設計應重視教材，課后作業(yè)的設計與布置應以教材為基礎，扎根于教材，在教材習題基礎上適當增減，提高作業(yè)的有效性，提升學生的學習效率。

4? 教師是物理課后作業(yè)改進推動者

教師是課堂教學執(zhí)行者與主導者，同時也是課后作業(yè)選取者與布置者，教師對課后作業(yè)的選取決定課后作業(yè)的數(shù)量與質(zhì)量。由此可見教師在課后作業(yè)改進中扮演著重要角色，教師應嚴格要求自己，并不斷提升自己專業(yè)能力，在摸索與學習中找到適合學生的課后作業(yè)方案，提升學生學習效率，提高教學質(zhì)量，促進學生的發(fā)展。

物理課后作業(yè)不僅是檢驗學生學習效果、教師教學成果的重要方式，還是提高學生學習效率、提高教學質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。課后作業(yè)的改進是一場持久戰(zhàn)，需要全體教育工作者共同努力，在教學中不斷總結(jié)與反思，提升課后作業(yè)的有效性，真正落實立德樹人，促進學生全面發(fā)展實現(xiàn)物理作業(yè)價值。

參考文獻：

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