認知負荷下的高中物理課后作業優化分析

【摘要】現代教育觀念下，如何有效地減輕學生的作業負擔，提高高中物理課程教學質量，是廣大高中物理教師較為關注的問題.為了改善當前的教育現狀，解決學生過重的作業負擔問題，認知負荷成為當前教育研究的問題.在認知負荷下對高中物理作業進行優化，有助于解決當前高中物理作業存在的問題.本文對認知負荷下高中物理課后作業優化進行深入的分析，并提出科學的解決對策.

【關鍵詞】認知負荷；高中物理；作業設計

認知負荷理論主要是指人的工作記憶能力存在一定的極限性，如果所學內容超出了工作記憶的能力，則會造成學習效果的降低.因此，教師可以結合學生的身心發展特點，在認知負荷下對高中物理課后作業進行優化.

1 在認知負荷下對高中物理作業優化的重要性分析

1.1 減輕學生的作業負擔，使學生輕松掌握知識

高中物理是一門較為抽象、邏輯嚴密的學科，它的教材知識包含大量的物理概念、公式和實驗.如果物理教師在設計作業時出現不合理的情況，比如難度太大、內容太多、太過復雜，其作業內容則會超過學生的認知負荷，使他們對新知識的理解存在困難.與此同時，也會影響學生對物理知識的記憶，更為嚴重的是會讓他們感到厭煩.因此，根據認知負荷理論，高中物理教師應適當結合認知負荷理論對課后作業進行優化，適當地減輕學生的認知負擔，讓他們可以更好地理解并掌握物理知識.

1.2 提高課外作業質量，提高學生的學習積極性

通過對認知負荷理論的研究，可以發現在一定程度上，教師可以采用不同的教學方式，減輕學生的學習認知負擔.在高中物理作業的設計中，教師可以利用多媒體教學工具，如圖片、動畫等，將抽象的物理概念與物理實驗過程展現出來.比如，通過動畫來展示原子模型的構造、光線的折射等，這不僅能使學生對物理圖象有更清楚的認識，而且能減輕學生的知識記憶負擔.另外，教師也可以設計一些互動性很強的物理實驗作業，讓學生在實踐中親自感受物理規律，這種方式既能提高學生的學習興趣，又能加深學生對物理知識的理解與記憶.

1.3 多種方式布置作業，增強學習內驅動力

認知負荷理論認為學生在學習過程中并非被動地接受知識，而是通過自身的思維與努力，積極地進行知識的建構.所以，高中物理教師在進行作業的設計時，要能充分地結合多種方法將學生的主觀能動性與創造性激發出來，設計出多種開放的問題和探究的任務，使他們能夠在解題的過程中，獨立地去探索物理知識.比如，教師可以讓學生設計關于檢驗牛頓運動規律的實驗或讓學生研究物體的自由下落因素等.通過這種方式布置作業，既能提高學生的科學探究能力，又能調動他們的學習積極性，增強學生學習的內驅動力.

1.4 尊重學生個體差異，滿足學生的學習需要

在設計課后作業時，教師要根據學生已有的知識水平和學習基礎，選擇符合學生已有認知結構的問題類型和符合學生學習情況難度的作業.比如，針對基礎薄弱的學生，可通過設計一些基礎問題，加強對基礎知識的掌握；針對基礎好的學生，可設計更有挑戰性的問題，拓寬思路.另外，在教學過程中，教師也要依據學生的學習狀況與反饋，對作業的內容與難度進行適當的調整，以滿足不同學生的學習需要與進度.

1.5 合理運用評價功能，減輕學生作業壓力

積極的心態對學生的學習有促進作用，負面的情緒則會影響學生的學習效果.所以，在高中物理教學中，教師要注意不能給學生施加太大的心理負擔，也不能讓學生感到緊張.因此，在對學生作業進行評價時，要通過對學生進行恰當的鼓勵與肯定，關注學生的學習過程與難點，教師可以組織一些趣味性的物理活動，為學生營造良好的學習氛圍.這種方法也有助于學生減輕學習壓力，維持良好的學習態度，提高作業質量［1］.

2 高中物理課后作業存在的問題分析

2.1 作業難度控制存在不足之處

在當前的教學環境下，有些教師設計的課外作業的難度與學生的實際水平相差甚遠.難度較高的作業不但會使學生在解決復雜的作業時感到力不從心，同時也會使學生產生一種強烈的挫敗感.但同時，部分教師也存在著設計簡單的家庭作業的情況，這不但不能取得理想的教育效果，也會導致部分學生忽視作業的價值，這種方法表面上看起來很容易讓學生完成作業，但實際上對學生并沒有起到很好的鞏固知識的作用，也無法促進學生對教學內容的理解和掌握.這樣不平衡的作業設計方式，勢必會影響到學生的學習效果，也會影響他們對知識的理解.而這就要求教師在給學生布置作業時，既不可以給學生施加太大的負擔，也要主動改善學生的學習體驗［2］.

2.2 沒有遵循學生的學習特點

在我國當前的教學制度下，部分教師所設計的課外作業的設置似乎忽視了“循序漸進”的基本原理.教師所設計的作業并沒有起到一步一步地引導學生完成作業的作用，這種作業設計模式沒有從學生的認識水平、學習速度等方面加以考慮.學生在遇到一些自己無法理解的難題時，往往會手足無措，無法找到適當的解題方式，這也就給學習帶來了更大的難度和挑戰性.所以，教師在設計作業的時候，要重視學生的實際情況，確保所設計的作業不僅能對學生的學習效果起到很好的檢驗作用，而且還能幫助他們更好地了解和掌握知識［3］.

2.3 設計的題目過于單一

目前，我國部分高中物理課外作業存在著過分依賴傳統試題的情況.這些作業中存在著一些復雜的計算問題，或者是一大串空白填空讓學生填寫，表面上看起來是在考查和鞏固學生的數學能力，但其實忽略了對學生的實際操作能力和創新思維的培養.這樣過于簡單的作業設計方式，既不利于激發學生對物理世界的探究熱情，又不利于培養學生將所學知識應用于實際問題的能力.為此，教師需要對現有的作業設計方式進行反思和調整，以便更加全面和深入地發掘學生的潛力，幫助他們在物理學科中全面激發自己的能力［4］.

2.4 忽略個體間的差異

教師在設計課外作業時，往往忽略了對學生個體差異的深刻思考.不同學

生的能

力、興

趣和個

性等都

存在差

異.有些學生對抽象的概念比較熟悉，而另一些學生比較傾向于自己動手操作.另外，學生的興趣也不一樣，有的人對科學的神秘感興趣，有的人對文學的愉悅感興趣.由于個體間的差異對其認知發展具有重要的影響，因此，在未充分考慮作業設計的情況下，極有可能造成不同學生對同一任務的經驗差異.比如，家庭作業可能會成為一項既有趣又具有挑戰性的任務，如果他們的學習方式符合他們的興趣愛好，但是，如果沒有足夠的積極性，或是沒有足夠的能力，那么這個問題就會變得很難，甚至會讓人覺得乏味，從而影響到他們的學習.這就要求教師在設計作業的時候要充分考慮到學生間個體差異，保證作業能夠引起學生的興趣和發揮其作用［5］.

2.5 缺少真實的回饋機制

在對部分學生進行調研時發現，學生對于課外作業的認知不足，大部分學生無法詳細地描述自己的解題過程及所得的結果.這主要是由于缺少即時的反饋機制，學生在遇到困難問題時常常會有“孤立無援”的感覺，無法得到切實的輔導與幫助.這樣，學生不但會在對知識的掌握上出現困難，也會對學習本身感到抗拒，從而影響到他們的學習積極性.一個好的課外作業反饋機制應當是一種雙向溝通的過程，這樣可以加強師生間的交互作用，使學生對教學內容有更深刻的了解，激發他們不斷地探究與學習［6］.

3 認知負擔下高中物理課外作業優化策略

3.1 認知負荷的運用

在作業設計階段，教師要注意避免設計過于繁瑣的圖形、資料等作業，教師要以減輕學生的記憶負擔為核心.在設計作業過程中，可采用分步引導學生完成作業的方法，讓學生循序漸進地了解、解決問題.

例如 為何同樣的作用力，較大的滑輪，其加速度卻較小？對于這一問題可以讓學生了解，所需要的作用力 F按照牛頓定律F=ma是恒定的，但隨著質量的增大，加速度 a就會隨之

減小.這是由于質量用來衡量一個物體對加速度的抵抗力，因此，要獲得同樣的加速度，更重的

物體就需要更大的力.通過這些問題與引導，學生對牛頓定律，及物質與作用力的相互關系，有了更深刻的認識.

3.2 充分利用學生已經形成的認知

在設計作業時，教師要在學生原有的知識基礎上，選擇符合學生已有知識結構的問題種類及難度.通過這種方式，教師可以減少學生的認知沖突，使其對新知識的接受更加迅速.在高中物理教學中，教師運用學生已有的認知經驗引導學生對新知識進行解答，這更加有助于加深學生對新知識的理解與記憶.

例如 在講牛頓運動規律的時候，教師可以用一些生活中的知識來舉例，例如騎車等.由于沒有足夠的力量去對抗摩擦和空氣的阻力，單車在停止踩踏后，就會慢慢地慢下來，直至停穩.這樣，學生們就能更好地了解牛頓第一定律了，如果沒有外力，物體就會一直處于靜止或者做勻速直線運動.另一種方法是，在講授能量守恒定律時，可借助學生對食品能量轉化的認識體驗.學生都知道，進食之后，他們就能有足夠的精力來維持每天的生活.同理，在物理學里，能量并沒有被產生或破壞，而是從一種形態轉化為另外一種形態.這樣，學生就能更直接地了解到，能量守恒定律在生活中的具體表現.教師將抽象的物理概念與學生已有的實際生活經驗聯系在一起，則有助于學生對新知識的理解與記憶，使學習過程更為生動、有趣，學生也會因此主動完成作業.

3.3 為問題的解決提供多樣化的途徑

教師在給學生布置作業時，教師要給學生提出各種解決問題的途徑、思想，并鼓勵學生在同一問題上進行多角度的實驗.這種方法既能提高學生的解題能力，又能減輕單個問題求解過程中的認知負擔.

例如 在解題過程中，學生們可以通過歐姆定律、串聯/并聯等方法，對電路中的問題有一定的了解.在教學過程中，教師可將節點電壓法及回路電流法引入，使學生明白在復雜的電路環境下，如何選取適當的方式進行化簡，從而幫助學生更好地處理較復雜的電路.在解題時，學生們往往會用豎直上拋與水平投這兩個獨立的動作來進行分析.教師可以介紹動能、位能的轉化，也可以介紹角動量守恒定律，讓學生明白，在二維平面上，拋體的運動并不只是速度、加速度向量的綜合，還有能量與角動量的平衡.這樣既能幫助學生對物理問題有更深的認識，又能使其在實際中靈活應用.

4 結語

總之，以“認知負荷”理論為指導，對高職學物理課外作業的設計進行優化具有一定的意義.在教學過程中，教師要對學生進行適當的引導，對其教學方法和作業設計方式進行適當的調整.教師要結合每個學生自己的特點，運用不同的學習方式，激發學生的能力.在設計作業的時候，要盡量把每個人的差異性融合在其中，這樣可以為學生提供豐富的學習條件，讓他們能夠更好地適應自己需要的內容.只有這樣才能真正做到“因材施教”，才能使每一位學生得到更好的發展.

參考文獻：

［1］陳宏林，鄧曉敏.認知負荷理論對“高中物理習題泛圖像表征方法”的啟示［J］.物理教學，2012（67）：34-90.

［2］馮天敏，朱艷艷，柳麗麗.國內認知負荷理論研究評述［J］.廣西廣播電視大學學報，2019（67）：44-90.

［3］樂會進，蔡亮文.促進深度學習的翻轉課堂研究：認知負荷理論的視角［J］.教學與管理，2019（67）：44-90.

［4］徐奮奮.基于認知負荷理論的多媒體教學設計與呈現［J］.吉林廣播電視大學學報，2019（56）：44-99.

［5］煥彩熙，杰倫·J.G.·范梅里恩伯爾，弗萊德·帕斯，熊媛，盛群力.物理環境對認知負荷和學習的影響：認知負荷新模型探討［J］.開放教育研究，2018（67）：90-100.

［6］樊衛賓，孫明明.認知負荷理論及其對學科教學的啟示［J］.天水師范學院學報，2016，36（06）：110-114.