基于认知负荷理论的中学化学实验教学浅探

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1、基于认知负荷理论的中学化学实验教学浅探一直以来，我们都在思考这样一个问题，许多学生对化学实验的兴趣很大，可为什么化学实验的教学效果却常常不尽如人意呢？通过对已冇文献的分析，我们发现，现冇的许多冇关化学实验的研究往往只关注如何“教”，而忽视从学生的视角去研究如何“学”。笔者认为这是导致化学实验教学低效的一个重要原因。基于以上思考，新近发展起來的、关注学生个体认知特征的认知负荷理论为我们提供了一个崭新的化学实验教学研究视介J。一、认知负荷理论简介所谓的认知负荷就是在一定学习情境下施加到学习者工作记忆中的智力活动的总和。认知负荷理论是由澳大利亚心理学家约翰•斯

2、威勒(JohnSweller)在总结和借鉴前人有关“注意”和“工作记忆”相关研究成果的基础上，于1988年创造性地提出的。根据认知负荷理论，认知负荷主要可以分为三类：内部认知负荷、外部认知负荷和关联认知负荷。由于学习材料的木质与学习者专业知识之间的交互而产生的认知负荷称为内部认知负荷。夕卜部认知负荷是超越内部认知负荷的额外负荷，主要是由不当的教学设计引起。关联认知负荷是指与促进图式构建和自动化过程相关的认知负荷。三种类型的认知负荷是相互叠加的。为了促进有效学习的发生，在教学过程中应尽可能减少外部认知负荷，增加关联认知负荷，并使总的认知负荷不超出学习者个体

3、能承受的认知负荷。二、化学实验与认知负荷的关系从某种意义上说，化学实验的教学冃的主耍分为两大块：一是巩固所学知识，二是训练实验技能。由于这样的双重教学目标，化学实验教学的环境较常规课堂教学更加复杂。而化学实验教学的内容乂貝-有很强的实践性，山认知负荷理论可知，学生在进行化学实验的过程中，内部认知负荷和外部认知负荷都较大。同吋，学生对化学实验的兴趣和热情也会增大相关认知负荷。这样很容易使得他们的认知负荷总量超标，从而降低化学实验教学的效果。因此，为了提高化学实验教学的效果，对学习者在化学实验教学过程中产生的认知负荷总量进行控制和调整就显得尤为重要。为了更好

4、地调控学习者在化学实验过程屮产生的认知负荷总量,避免因负荷超标而影响实验教》的效果，同时也促进他们实验技能和理论水平的同步提高，以卜•儿个方面值得我们加以思考。三、认知负荷理论在化学实验教学中的应用研究表明，在充分考虑学生已有知识的悄况下，图表等整合性的内容呈现方式可以在一定程度上降低学生学习时的认知负荷。因此，我们可以在加强课前预习、合理设计试验手册和适时借助模拟前实验等方面来提高化学实验教学的效果。1.密切联系学牛的前知识学习者是从已有知识中建构概念的。他们利用已有知识从各种外部呈现方式中选择相关倍息，然后将所选信息与已有知识相结合，并最终形成自己的

5、知识结构。因此，研究学习者已有知识的差界对于提髙实验教学的效果尤为重要。由于学生在化学实验的过程中会同时产生较高的内部、外部和相关认知负荷，从而使得认知负荷的总量很容易超标。然而，学生对化学实验普遍存在着较强的学习热悄，我们很难降低他们在实验过程屮产生的相关认知负荷，因此，使得总认知负荷不超标的最好办法就是降低内部和外部认知负荷。加强实验课前预习就是帮助学生通过强化已有知识和完善知识结构來降低他们在实验过程中产生的内部和外部认知负荷。例如，有研究发现，包括理论回顾和技能提示的实验前•预习町以明显降低实验过程中提出低水平问题的学生比例，同时有助于改善他们在

6、后续实验中的表现(Jonstone,1997)0由此可见，我们可以通过加强实验前的预习和练习來提高化学实验的教学效果。2.合理设计实验手册在化学实验室屮，学牛不但要在短时间内学习概念及其应用，同时还要学习新技能、新设备，并进行实验操作。对于一般学习者來说,这种要求同时理解化学实验活动的理论意义并梢通化学实验操作的各种技巧的教学目标儿乎是不可能实现的。为了完成这样的教学目标，我们设计了一些实验手册来帮助学习者提髙在化学实验中的学习效率。但是，常规的以文本说明为主的化学实验手册山于呈现给学牛•太多不加整合的新信息，从而使得学生的认知负荷处于超载状态，降低了它

7、対学生实验的指导和帮助作用。为了尽可能降低实验手册给学生带来的认知负荷，我们可以利用图表等视觉农征來整合信息。PrecharnDechsri等人曾经对不同类型的化学实验手册的教学效果进行过对比研究。研究发现把课文与图表整合在一起的整合图表型实验手册（包括用图片和表格描述新设备、仪器结构的正确使川过程与实验先后步骤）有助于学牛在学业成就测试和操作技能测试屮取得高分，同时，也能够激活学牛对化学实验活动的积极态度。由此可见，在文本屮整合图片和表格等视觉表征形式来辅助设计出的化学实验手册可以通过降低学牛•工作记忆中的信息量来降低学生的外部认知负荷，这样学牛就可以

8、从化学实验中获得更多的知识和能力。1.适时借助模拟前实验由于化学实验过程中，学生