王姝

一、引言

認知負荷根據(jù)來源可分為內在認知負荷、外在認知負荷、關聯(lián)認知負荷三類。認知負荷理論的三種類型相互交織疊加，為了達到最佳的學習效果，應降低內在認知負荷、減少外在認知負荷、增加關聯(lián)認知負荷，且使總的認知負荷不能超出學生個體能夠承載的認知負荷的限度。根據(jù)認知負荷理論，結合教學實際總結出小學科學課堂教學實施策略。

二、認知負荷理論簡介

1.認知負荷可能與工作記憶（又稱短時記憶）中語句的數(shù)量有關。我們知道人類的工作記憶是有限的，但是問題解決中要求大量的項目暫時儲存在工作記憶中，這可能加重工作記憶的負擔。由此可見，工作記憶中語句數(shù)量的增加會加重認知負荷。

2.產(chǎn)生式的數(shù)量和能與工作記憶中語句匹配的條件的數(shù)量可以標志認知負荷的大小。比如在轉換問題中， 每移動一步都要決定大量的產(chǎn)生式中哪一個應該被觸發(fā)，這時問題的關鍵是發(fā)現(xiàn)與工作記憶中元素匹配的產(chǎn)生式?？梢酝普?，在每一步中要考慮的產(chǎn)生式的數(shù)量越多，需要匹配的語句越多，認知負荷也就越大。

3.工作循環(huán)的數(shù)量與認知負荷有關。產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本工作原理是這樣的：工作記憶中的內容與產(chǎn)生式的條件相比較，如果某條產(chǎn)生式的條件被滿足， 就觸發(fā)這個產(chǎn)生式，并執(zhí)行相應的行動，行動的執(zhí)行將改變工作記憶中的內容，從而進行下一輪的比較。每一個比較—觸發(fā)—執(zhí)行的過程稱為一個工作循環(huán)。通過分析問題解決中工作循環(huán)的次數(shù)可以衡量認知負荷的強度。

綜上所述，可以用如下幾個指標衡量問題解決過程中認知負荷的大?。汗ぷ饔洃浿姓Z句的數(shù)量、工作記憶中被觸發(fā)的產(chǎn)生式的數(shù)量、工作循環(huán)的次數(shù)、條件匹配的數(shù)量等。

三、認知負荷理論下小學科學課堂教學實施策略

（一）創(chuàng)設情境，降低內在認知負荷

1.好的情境創(chuàng)設可以直擊核心問題、激發(fā)學習興趣、引發(fā)學生思考，從而達成教學目標;反之，則會增加學生內在認知負荷，把學習精力花在遠離教學目標的問題上，加重學習負擔。

2.好的情境創(chuàng)設要緊密貼近生活實際，使學生從對抽象的問題理解轉化為生活中常見的、具體問題的理解。在相應教學內容學習結束后，學生可通過總結、歸納，轉化為抽象的知識再應用于生活實際，使學生感受到生活中的科學，同時鍛煉了學生的科學思維。例如，教科版科學四年級上冊《溶解》單元《溶解的快與慢》一課，學生要能說明用攪拌、加熱水、研成粉末的方法可以加快固體物質在水中的溶解。生活中學生有過溶解的相關經(jīng)驗，如果沒有情境設定直接提出問題——加速溶解的方法是什么，這樣會加重內在認知負荷。對于四年級的學生來說很難把抽象的問題轉化為具體問題再得出抽象的答案。若把情境設定為沖咖啡或糖水時如何加速溶解，對于學生來說已有的經(jīng)驗可以幫他們推測出加熱和攪拌這兩種方法。但由于這些物體本身就是粉末狀，所以鮮有學生會提出把粉末切得更碎這一方法。

（二）合理設計問題，減輕外在認知負荷

1.采用問題連續(xù)體模式引導實驗教學，通過一系列遞進的問題，把實驗的重難點逐步分解，逐層深入，促進學生對復雜任務的理解。例如：教科版科學三年級下冊《測量水的溫度》一課，科學概念的教學目標之一為學生能舉例說明一杯水一段時間內水溫變化的趨勢。對于三年級的學生來說，他們知道一杯燙水在教室里會慢慢變涼，但對于溫度變化趨勢沒有明確的概念，也不能準確地說出水溫變化和周圍環(huán)境有關，溫差越大下降越快。因此，若直接給出“一杯燙水在教室內溫度下降趨勢”這一問題讓學生難以理解，甚至對于現(xiàn)象的猜測也毫無根據(jù)?？梢园堰@一貫穿課堂的大問題分解成直擊教學目標的小問題，每個小問題之間有嚴謹?shù)倪壿嬯P系，逐步指向教學目標。問題1：（觀察實驗）一杯80℃的燙水在教室里一分鐘下降了10℃，下一個一分鐘會下降大約幾攝氏度，說說你的想法。設計意圖：把一段時間溫度下降趨勢分解為每一分鐘下降幾攝氏度，將抽象化的概念具體化。問題2：如何驗證你的想法？設計意圖：嘗試設計實驗驗證自己的想法，在十分鐘內連續(xù)記錄水溫的變化。問題3：記錄每兩分鐘水的溫度后算出溫差，觀察溫差你發(fā)現(xiàn)了燙水在教室里的溫度下降趨勢是什么樣的？設計意圖：學生學會分析數(shù)據(jù)并得出實驗結論，達成本課教學目標。

2.提供合適的實驗材料

學習科學時，通常需要用實驗材料來幫助建構學習內容。教師要精心準備有關的實驗材料，必須充足和典型，從而輔助學生進行思維活動，使其能順利地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、獲取新知;相反，過多、過雜或不合理的材料會干擾學生的思維，增加其無關認知負荷。以科學實驗器材的精選為例，教師在進行科學教學時要合理選擇實驗材料。例如，在講授教科版科學五年級下冊《空氣的熱脹冷縮》一課時，教師要提供小燒瓶、燒杯、試管、有孔橡皮塞、大小不同的氣球、癟的乒乓球等實驗材料，讓學生自行設計實驗證明空氣的熱脹冷縮。其中，大氣球最能奪人眼球，大多數(shù)學生會選擇利用大氣球來設計實驗方案。有的會把大氣球封口后架在裝熱水的燒杯上，期待氣球的進一步脹大;有的會把大氣球套在小燒瓶的瓶口上，再把燒瓶放入熱水中，但由于氣球太大，燒瓶又太小，在進行實驗時常?？床坏矫黠@的現(xiàn)象。其實，這堂課應精選實驗材料，如果去掉大氣球，學生的注意力就會集中到其他材料上，如試管、吸管、有孔橡皮塞、小氣球。顯然，這種干擾學生認知負荷的“雞肋式”材料，教師教學時要堅決果斷地予以舍棄。

（三）嵌入支架設計，增加關聯(lián)認知負荷

1.低段學生的語言和文字能力表達有限，在使用實驗記錄單時可圖文結合，提高記錄效率;

2.使用韋恩圖、氣泡圖等方式對比記錄：如水葫蘆和金魚藻，水和冰，草本植物和木本植物等;

3.使用有條理的實驗記錄單進行記錄：如鳳仙花的觀察記錄，觀察記錄營養(yǎng)器官根莖葉三部分的變化可將每一器官分顏色、形狀、數(shù)量、長短（高矮）、粗細（寬窄）進行記錄，有條理的細化區(qū)分營養(yǎng)器官記錄方式，養(yǎng)成良好的觀察記錄習慣。

【作者單位：北京外國語大學附屬外國語學校? 北京】