认知负荷理论对初中数学PPT教学设计的启示

认知负荷理论对初中数学 PPT 教学设计的启示

白露

天津师范大学 天津 300387

摘要：近年来，认知负荷理论对PPT教学设计产生越来越重要的影响。通过对认知负荷的优化控制，能有效避免数学PPT教学设计中存在的问题，减轻学生的认知负荷，提升教学质量。

关键词：外在认知负荷；内在认知负荷；相关认知负荷；教学设计

1 引言

多媒体辅助教学在展示其优势的同时也暴露出了许多问题。例如教师在使用多媒体课件的过程中，忽略了课件制作的基本原则和策略，从而造成学生在学习过程中需要处理的信息量过大，认知负荷超载，使教学信息传递受到干扰等问题。学生认知负荷过重必然影响教学效果。而教学反思不应该单只从教师和学生的角度来考虑也要考虑学习任务本身、多媒体技术下的教学设计等因素。因此，本文从内在认知负荷、外在认知负荷以及相关认知负荷的优化控制角度探讨了降低数学PPT教学设计中的认知负荷的问题，并结合案例进行了说明，以期能为初中数学教师的实际教学提供参考。

2 理论基础

认知负荷理论由澳大利亚学者Sweller等人提出：认知负荷是指在一个特定的作业时间内施加于个体认知系统的心理活动总量。迄今为止，人们对认知负荷还没有形成统一的定义，通过相关文献的梳理，笔者将认知负荷界定为：在教学过程中，学生为完成某项学习任务而付出的全部心理努力和心智活动。Sweller等人认为影响认知负荷的因素主要包括个体的先前经验、学习材料的复杂性、材料的组织与呈现方式，并在此基础上，将认知负荷分为内在认知负荷、外在认知负荷和相关认知负荷。内在认知负荷主要受学习材料的复杂性和学习者先前知识经验的影响。外在认知负荷又称无效认知负荷，它是由于教学内容的呈现方式没有考虑信息的知识或对象的认知结构而导致的认知负荷。相关认知负荷也称有效认知负荷它产生于学习者在学习某一个任务未用完所有的认知资源时，把剩余的认知资源用到与学习相关的加工（比如图式构建）中去让学习者在工作记忆中的元素活动加入更高级的有意识的认知加工，从而支持图式构建。这种认知负荷不会阻碍学习反而会促进学习，但当内外两种负荷都较高时就没有资源可以用于相关认知负荷了。^[1]

3 认知负荷的优化控制对数学多媒体教学的启示

基于认知负荷理论来探讨数学多媒体教学设计的最终目的是促成良好的学习效果而不是降低学习过程中的认知负荷；其次，“优化控制”认知负荷并不是一味的降低内在认知负荷和外在认知负荷、增加相关认知负荷。使用多媒体教学的优点之一是吸引学生的注意力和增加课堂趣味性，对于数学这门复杂、抽象的学科而言，这一点是非常有利的，所以在保证学习效果的基础上，适当的外在认知负荷是允许的。

3.1内在认知负荷的优化控制对数学多媒体教学的启示

初中数学学科知识的复杂性，导致了学生数学学习过程中的知识内在负荷和知识关联负荷。内在认知负荷的优化控制方法启示我们，在利用PPT进行教学时：①样例的解答步骤可以以动画方式分段呈现。 ②考虑到知识的前后协接性，必要时把需要回顾复习的旧知和引导性材料以超链接或者分屏方式呈现。③教师要及时以概念图（或思维导图）和结构图的方式帮助学生整合新旧知识之间的联系，促进学生有意义学习的发生。

以人教版初中数学八年级上册第十四章“平方差公式”的教学为例：由于学生的认知能力水平存在差异（部分学生可能未将旧知存储到工作记忆当中），因此在新知探索环节，教师可以利用先行组织者策略将多项式与多项式乘法法则双屏呈现，这样既可以降低知识关联负荷又可以避免部分学生把注意力分散至搜索帮助信息而浪费认知资源的现象；学生经自主观察-交流讨论之后，教师在完善学生答案的基础上，再次利用PPT设计乘法公式结构特征图（如图1所示），帮助学生直观的理解本节课的难点。

3.2 外在认知负荷的优化控制对数学多媒体教学的启示

为有效降低外在认知负荷，教师应不断反思和提高PPT课件制作水平。外在认知负荷的优化控制方法启示我们，在利用PPT进行教学时：①学习材料最好在空间上邻近、时间上同时呈现。可以利用标记效应标亮关键信息、调整关键词字号等方法。②当学生面对多元表征的信息材料时，如果单一信息就可准确且明了的解释问题，则采用独立呈现原则，无需借助参照信息增加外在认知负荷。③单一的使用讲授法会增加听觉通道的认知负荷，因此，教学应该视听结合，问题步骤视觉化。④对于复杂问题，可以呈现给学生未解答完的样例，然后让学生根据题目要求完成数学任务。这样既可以降低外在认知负荷又可以增加有效认知负荷。

以人教版初中数学八年级下册第十五章“分式方程的解法”教学为例:本节内容建立在整式方程基础之上，由于时间跨度大，教师可以利用动画效果逐步呈现解法步骤（如图2所示），在讲授新知的同时让学生能有与一元一次方程解法构建图式的时间，缓解时间压力带给学生的认知负荷，以便顺利完成第一阶段的

教学目标；当学生已有认知结构中的图式被唤醒后再进行增根的教学，可以有效降低学生的认知负荷（如图3）。

图1 图 2 图3

3.3 相关认知负荷的优化控制对数学多媒体教学的启示

剩余认知资源是否会用于知识学习的加工，取决于学习者自身，比如学习者的学习兴趣、积极性等。相关认知负荷的优化控制方法启示我们，在利用PPT进行数学教学时：①提供样例变式可以发展学生的图式，促进知识迁移，增加相关认知负荷。比如让学生辨析数学概念或命题的真假、几何题的变式训练等。②父母和教师对学生表示出适当的期望可以增加学生学习的动力，促使其主动地进行知识建构，增加有效认知负荷。③提供不完整样例以及隐含条件型数学任务可以增加有效负荷。

4.结语

数学教师是多媒体辅助教学的整合者。整合意味着教师要把多媒体技术与数学课程教学协调起来，使教学过程中的各个要素发挥最大作用，而不是“课件搬家”。教师需加强相关技能学习，整合多媒体技术与教学间的元素互动，课前仔细分析教材和学情，使教学中的适宜内容自然地用多媒体来辅助，让多媒体技术成为学习者重要的认知工具^[2]并及时调整PPT教学设计中的不足。

参考文献

1. 1龚德英.多媒体学习中认知负荷的优化控制[D].西南大学,2009.

2. 赵立影,吴庆麟.基于认知负荷理论的复杂学习教学设计［Ｊ］.电化教育研究,2010(4):44-48.

3. 胡春华.认知负荷理论对数学样例教学设计的启示［Ｊ］.初中数学教与学,2012(4):2-4，9

4. 唐剑岚,周莹.认知负荷理论及其研究的进展与思考[J].广西师范大学学报(哲学社会科学版),2008(02)：75-83.

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