认知负荷理论下高中生物教学策略探究

摘

要：新时期下，高中生物教学的目标与要求都有所提高，因此生物教师不断探究优化生物教学的策略与理念，并取得了一定的成效。认知负荷理论作为当前热门且新颖的教学理论，为生物教师指明了新的方向。合理运用认知负荷理论，可以改善当前生物教学中存在的不足，有效提升学生的生物学习效率。关键词：高中生物;认知负荷理论;教学策略生物学科较为复杂抽象，教学难度较大，学生学习起来十分吃力。在了解了认知负荷理论之后，教师应采取更为科学有效的生物教学策略，优化生物教学的过程与内容，在降低学生认知负荷水平的基础上帮助学生养成积极的学习态度，促使其形成正确的情感价值观念，从而有效提升学生的生物学习水平与效率，促使学生的健康全面发展。一、认知负荷理论概述认知负荷理论指的是人通过自身的认知、能力与周围的信息、条件进行交流的能力。一方面，人需要耗费自身精力来了解新事物，但人的精力有限，如果认识新事物的难度很大，那么人所耗费的精力也会随之上升;如果超出了精力上限，那么人就会进入负荷状态，进而影响人的整个学习过程。另一方面，认知负荷理论最为主要的观点就是人的精力、记忆力是有限的，因此人在学习、了解新的未知事物时，必须了解自己精力、记忆力的“限度”，确保自己不会超过这个限度，这样才能保持最佳的学习状态。其一，在学习的过程中，如果学生遇到了较为复杂的知识点，就要花费更多的精力去攻克它，而这也会导致学生进入一种负荷状态，拉低学生的学习效率，最终影响学生的整体学习效果。学生在面对问题时自身处理问题的经验、能力以及所使用的方法也会影响他们的精力，在一定程度上决定着他们是否会进入负荷学习状态。其二，在认知负荷理论下，想要有效提升学生生物学习的效率，教师可以让学生主动将知识以图示的形式储存在脑海中，让其在自动化图示的帮助下将新知识与旧知识联系起来，从而降低学生的记忆负荷，让学生能够更好地记忆知识，最终将知识整合成完善的知识结构，并提高学生对信息的处理能力、认知能力、归纳能力，从而提升了学生的学习效率，有效地保证了生物教学质量。二、高中生物教学现状一方面，随着新课改的推进，互联网开始在教学中崭露头角，甚至变成了不可或缺的重要教学资源。大量学校引进了多媒体技术，多媒体教学已经逐渐成为课堂上最主要的教学方式，为课堂教学带来了显著的效果。开展多媒体教学能够提升学生的学习兴趣，优化课堂教学环节与内容，让课堂高效而多彩。学生在学习的过程中，可以将多媒体呈现的内容信息进行转化，进而储存在自己的脑海中，通过自己的认知与学习能力加以处理与分析。另一方面，在多媒体为课堂教学提供了极大便利的同时，也为教师的教学带来了一定的限制。首先，一些教师过度使用多媒体，导致多媒体变成了课堂中的主导，教师变成了依附于多媒体的存在。在教学过程中，无论是学生还是教师都目不转睛地盯着多媒体，虽然教师会配上讲解，但讲解的重难点不如多媒体呈现的直观清晰。在教师讲解时，很多学生的目光依然集中在多媒体上，甚至对教师的讲解“充耳不闻”。而一些教师制作的教案与PPT过于精细，几乎涵盖了教学中的所有环节与内容，因此教师必须一动不动地站在计算机旁控制教案与PPT，才能推进课堂的教学流程。这限制了教师的发挥与活动范围，使师生之间产生距离，也容易使学生产生疲劳感，影响教学效果。其次，还有一部分生物教师并不重视认知负荷理论，对该理论了解不足，不认可认知负荷理论在教学中的作用。例如在教授“细胞的分化”时，教师会详细、反复地为学生讲解整个细胞分化的过程，但是没有考虑到认知负荷理论带来的影响，试图在较短的时间内，让学生消化这一较为复杂、抽象且陌生的知识，加之学生个体的经验、认知能力与范围存在差异，导致学生在接受、理解这一新知识上耗费了大量的精力，却无法保障理解及吸收效果。由于某些教师并未深入且全面地掌握认知负荷理论，虽然在教学时有意运用认知负荷理论，但应用的方式不够科学合理，因此难以保障教学效果。三、认知负荷理论下的高中生物课堂教学策略（一）积极引导，减小学习阻力在高中生物教学中，学生产生认知负荷的重要原因，是自身生物基础知识与思维能力存在不足与缺陷，因而给生物学习造成了一定的阻碍。如果要学习的生物知识或生物问题过于复杂困难，且学生缺乏高效整理知识、处理问题的策略，那么学生的记忆工作量就会过大，从而引起认知负荷，最终降低学生的学习效率。因此，在认知负荷理论下，教师在生物教学时应积极引导学生，帮助学生调整自身的认知结构，以便学生在需要某些知識时能够快速地调用出来，从而减少学生的工作记忆量。具体而言，首先教师可以将一些生物知识的重难点绘制成图表，以图表的形式整合这些复杂零散的知识，简明扼要地向学生展示这些知识之间的差异性、交互性与相关性，将抽象复杂的生物知识有序且清晰地表达出来。其次，教师可以将这些图表作为教案或教学工具进行使用，也可以将其打印成册发放给学生，帮助学生形成良好的知识网络。最后，教师还可以积极与实际生活建立联系，调动学生的学习兴趣，同时使学生的认知量停留在合理的范围内。例如，在教授“细胞的生命历程”一课时，首先，教师在备课时可以准备一些生活中动植物的生长凋零案例，用这些案例作为这一课的导入，这既能引起学生的兴趣，又能让生物课堂更加生动轻松。其次，教师可以运用这些案例向学生讲解细胞的整个生命历程，并将其与人的生老病死相联系，让学生了解细胞的生命历程在人类、动物与植物中分别有怎样具体的表现。最后，教师还可以为学生制作短视频，以短视频的形式向学生展示细胞与动植物的生命历程。这样既便于学生理解，又能帮助学生轻松记忆相关的知识，有效保障生物教学效果。（二）因材施教，降低内在负荷上文提到，产生认知负荷与个体经验、处理问题的能力以及处理问题所使用的的方法有关，将其套用到生物学习中，就是学生个体的生物知识基础、生物学习能力会决定学生是否产生认知负荷。简单而言，生物知识基础稳固、学习能力较好的学生，更不容易产生认知负荷，而生物基础知识较差、学习能力较弱的学生更容易产生认知负荷。这时教师再采取统一式的教学与管理方式显然是不科学的，无法照顾到不同学生的生物学习需求。因此，教师必须因材施教，深入了解不同层次学生的生物知识基础情况与学习能力，再采取不同的教学策略，制订相应的教学目标，这样才能在尊重学生个体认知能力、经验的前提下，满足学生不同的生物学习需求。教师可以根据学生在生物基础与生物能力上的不同表现对学生进行分层，将基础知识稳固、学习能力出众的学生归为A层，将与之相比基础较差的学生分为C层，将处于中游阶段的学生分为B层，然后为学生设计不同的教学目标与教学策略，进一步保障生物教学质量。例如，在教授“基因的本质”一课时，C层学生的学习重点是掌握基础知识，因此在理解概念、解答简单例题时，教师可以多提问C层的学生，了解C层学生对基础知识的掌握情况，予以C层学生更多练习基础问题的机会;B层学生的学习重点是掌握基础知识并锻炼自身的学习能力，因此教师可以多设计一些发散性的问题，让B层学生画图、交流自己的解题思路;A层学生的学习重点是提升自身的学习能力，因此教师可以设计一些更深入、更复杂的问题，或者让A层学生来解决B、C层学生在学习中遇到的问题，进一步挖掘A层学生的学习潜力，让A层学生能够不断突破自身、积累更多的学习经验。可见，运用因材施教理念，帮助学生降低自身的内在负荷，能够让不同层次的学生共同进步，在生物学习中体会到更多的满足感与成就感，从而有效提高学生的学习效率。（三）构建思维导图，拓展思维能力在认知负荷理论下，教师要打造更高效的生物课堂，可以引入思维导图这一高效的学习工具。这样可以提升学生的生物学习效果，锻炼学生的生物思维，帮助学生形成良好的生物学习习惯。学生可以将零散、抽象、复杂的生物知识整合成清晰明了的知识框架，更深入准确地把握各知识点之间的关系。思维导图实用性强，学生可以轻松地从图文并重的图形中把握各级主体之间的关系，将各生物知识有效连接在一起并记忆，从而有效地提升学生的生物学习效果。例如，在教授“细胞的衰老与凋亡”一课时，教师可以让学生先自主阅读教材中的内容，然后让学生绘制以“细胞的衰亡”为中心的思维导图。在学生绘制导图前，教师可以准备一些关于思维导图分支的提示，如分支可以是个体衰老的特征、细胞衰老的特征等概念，这样既可以让学生更轻松地绘制出思维导图，又可以让学生更快地在脑海中构建出关于细胞衰亡过程与特点的知识体系。在绘制思维导图的过程中，各知识点之间的关系会愈发明显，学生可以在知识点与其关系的引导下，更深入地思考各知识点之间的交互性与差异性，从而对所学的知识产生更多的感悟。这样学生的生物思维得到了更多锻炼和发散。除了让学生在课堂中绘制思维导图来整合、理解生物知识，教师还可以让学生在课后用思维导图来总结生物知识，如在一个单元、一个课题学习结束后，教师可以让学生运用思维导图来整理总结这段时间所学的知识，并将其与学习过的生物知识相互关联，这让原本零散的生物知识变得更系统化，帮助学生更好地理解、记忆。可见，在认知负荷理论下，运用思维导图开展教学是符合学生的认知规律与需求的，教师可以在思维导图工具的辅助下，帮助学生养成实用有效的生物学习习惯，促使学生在生物学习中获得更多的满足感与成就感。（四）明确教学目标，有的放矢教学在认知负荷理论下，要提升生物教学质量，教师在教学时不能增加学生的外在认知负荷，要保障向学生传授的知识量在学生的认知范围以内，从而促进学生的学习效率最大化，取得更理想的生物教学效果。因此，教师一定要优化教学设计，明确教学目标，让生物教学有的放矢，这样才能进一步提升生物教学效果。一方面，教师可以在教学过程中为学生准备一些外部知识来拓宽学生的认知范围;另一方面，教师需掌握好“度”，让学生能够在外部认知与教学目标的引导下获得良性发展，避免学生出现兴趣不足和学习被动的情況。例如，在教授“生态系统的能量流动”一课时，教师可以将教学内容细分为若干个部分，为每一部分内容制作一段小视频，让学生通过观看视频了解能量流入的方式、能量的源头、流出的途径以及传递的渠道等。随后，教师可让学生借助视频总结相关知识点，帮助学生构建认知系统。通过一段段小视频构建起一个个小型认知系统，不仅可以降低生物学习难度，还可以让学生的思路更