數(shù)學(xué)課件設(shè)計中降低認(rèn)知負(fù)荷的有效策略

摘 要: 課件作為對師生的學(xué)與教產(chǎn)生重大影響的重要載體，不適當(dāng)?shù)脑O(shè)計將不同程度地導(dǎo)致學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷的增加，從課件設(shè)計視角研究降低認(rèn)知負(fù)荷問題是一個具有現(xiàn)實意義的重要課題。本文作者結(jié)合實際設(shè)計與教學(xué)經(jīng)驗，提出初中數(shù)學(xué)課件設(shè)計應(yīng)從通過數(shù)學(xué)樣例技術(shù)、導(dǎo)航歸類技術(shù)、簡單合理的組織方式、學(xué)習(xí)者設(shè)計技術(shù)四個方面來降低認(rèn)知負(fù)荷。

關(guān)鍵詞: 數(shù)學(xué)課件 認(rèn)知負(fù)荷 有效策略

《數(shù)學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)》指出:“現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展對數(shù)學(xué)教育的價值、目標(biāo)、內(nèi)容以及學(xué)與教的方式產(chǎn)生了重大影響。”課件作為現(xiàn)代信息技術(shù)對課堂教學(xué)產(chǎn)生重大影響的重要載體，其設(shè)計理念、方式、方法均會不同程度對學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)生影響。由于圖像和文本信息同時，容易導(dǎo)致認(rèn)知負(fù)荷的超載狀態(tài)，因而不適當(dāng)?shù)恼n件設(shè)計將會對學(xué)生的認(rèn)知學(xué)習(xí)產(chǎn)生不必要的負(fù)面影響，即這種影響最突出的表現(xiàn)之一是增加學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，降低學(xué)生學(xué)習(xí)效能。因此，從課件設(shè)計這一視角去研究降低認(rèn)知負(fù)荷問題，從源頭上解決課件對學(xué)習(xí)者的負(fù)面影響，這是一個非常具有現(xiàn)實意義的重要課題。下面我結(jié)合相關(guān)理論與多年數(shù)學(xué)課件設(shè)計和教學(xué)經(jīng)驗，對這一課題提出解決之道。

一、認(rèn)知負(fù)荷理論概述

認(rèn)知負(fù)荷理論(cognitive load)理論起源于自歐美的人體工學(xué)或人機工效學(xué)領(lǐng)域，從心理、生理與認(rèn)知層面，探討工作與任務(wù)對執(zhí)行者的影響與適合性，在早期被稱作“心智工作負(fù)荷”，用于軍事與企業(yè)生產(chǎn)，直到澳大利亞心理學(xué)家斯威勒(Sweller)1988年將此觀念引入學(xué)習(xí)效果研究，才開始聚焦于從認(rèn)知層面探討學(xué)生學(xué)習(xí)的影響，并命名為“認(rèn)知負(fù)荷”。認(rèn)知負(fù)荷的概念是建立在以下理論假設(shè)之上的:①人類的工作記憶容量是很有限的，若需一次處理多個信息，且待處理的信息本身的內(nèi)部要素互動性很高，必須相互參照才能了解，會更耗費短期記憶容量，因此產(chǎn)生更大的認(rèn)知負(fù)荷，造成學(xué)習(xí)困難。②人類對于長期記憶并沒有直接的意識，且長期記憶沒有容量的限制，它所儲存的知識內(nèi)容，是區(qū)別專家和生手的主要來源。③根據(jù)基模理論，知識是以基模的形式儲存在長期記憶中。基模在長期記憶中可以發(fā)揮組織與儲存知識的功能，并減低工作記憶的負(fù)荷。④人類所有的信息都是透過控制式或自動式的處理。控制式的處理發(fā)生在意識層面，占用許多工作記憶空間，而自動式的處理較少為意識所監(jiān)控，使用極少的工作記憶容量。

認(rèn)知負(fù)荷是指在執(zhí)行某種作業(yè)的過程中，因作業(yè)特性所需的認(rèn)知能量或認(rèn)知資源所造成認(rèn)知系統(tǒng)(特別是工作記憶)的負(fù)載狀態(tài)。威斯勒將認(rèn)知負(fù)荷區(qū)分成:內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷、外部認(rèn)知負(fù)荷和相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，并將其對學(xué)習(xí)影響的效應(yīng)分為注意分散效應(yīng)、冗余效應(yīng)、圖表效應(yīng)、形式效應(yīng)、簡化搜索效應(yīng)等。

二、認(rèn)知負(fù)荷理論對數(shù)學(xué)課件設(shè)計的意義

初中數(shù)學(xué)老師普遍對課件設(shè)計的教育學(xué)心理學(xué)的認(rèn)識不是很到位，這樣就容易引發(fā)不適當(dāng)?shù)卦O(shè)計和運用多媒體的手段，造成信息過載現(xiàn)象。了解認(rèn)知負(fù)荷理論對教師設(shè)計數(shù)學(xué)課件有積極的指導(dǎo)意義和實踐價值。

(一)有利于樹立正確的課件設(shè)計觀。

邁爾(Mayer)曾經(jīng)指出，任何多媒體信息都不是平等有效的，因此我們的目標(biāo)是怎樣設(shè)計多媒體信息來促進有意義的學(xué)習(xí)。這告訴我們，任何多媒體信息，只有在恰當(dāng)?shù)臅r候用在恰當(dāng)?shù)膶ο螅@些多媒體信息才能成為有價值的、有效的信息，忽視這一點，就會犯課件設(shè)計“技術(shù)至上”的錯誤，過于強調(diào)課件本身，本末倒置，將多媒體信課件的輔助性、科學(xué)性、數(shù)學(xué)性拋棄，忽視學(xué)學(xué)習(xí)者特征，為課件而課件，降低教學(xué)的有效性。認(rèn)知負(fù)荷理論時刻提醒教師在數(shù)學(xué)課件設(shè)計時，必須樹立正確的課件設(shè)計觀，一切為了學(xué)習(xí)，一切為了學(xué)生，適當(dāng)設(shè)計多媒體信息，充分發(fā)揮課件輔助作用，促進教師的教和學(xué)生的學(xué)。同時，課件設(shè)計作為教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，其設(shè)計理念和方法會不同程度影響整個教學(xué)設(shè)計。樹立正確的課件設(shè)計觀，有利于教師改變教學(xué)觀念，以學(xué)生為主體，重視和充分學(xué)生的學(xué)習(xí)、社會經(jīng)驗，設(shè)計高效的學(xué)習(xí)環(huán)境，提高課堂教學(xué)的針對性和有效性。

(二)有利于實現(xiàn)教學(xué)過程的最優(yōu)化。

教學(xué)過程最優(yōu)化是前蘇聯(lián)著名的教育家巴班斯基教育思想的核心。他指出:“教學(xué)過程最優(yōu)化是在全面考慮教學(xué)規(guī)律、原則、現(xiàn)代教學(xué)的形式和方法、該教學(xué)系統(tǒng)的特征以及內(nèi)外部條件的基礎(chǔ)上，為了使過程從既定標(biāo)準(zhǔn)看來發(fā)揮最有效的(即最優(yōu)的)作用而組織的控制。”在現(xiàn)代課堂教學(xué)中，教學(xué)媒體設(shè)計是準(zhǔn)備課堂教學(xué)的非常重要的任何之一。教學(xué)媒體絕大多數(shù)要貫穿整個數(shù)學(xué)教學(xué)過程中，因而其設(shè)計與整個教學(xué)過程的最優(yōu)化息息相關(guān)。認(rèn)知負(fù)荷理論能指導(dǎo)老師充分利用數(shù)學(xué)課件輔助教師進行課堂教學(xué)，實現(xiàn)課堂教學(xué)效益的最大化，提高教和學(xué)的有效性。

(三)有利于多媒體課件素材的選取及組合。

許多數(shù)學(xué)老師將教材搬上課件，不作適當(dāng)加工，課堂信息量過大，課堂教學(xué)中認(rèn)知超載現(xiàn)象嚴(yán)重，或者多媒體素材組織方式不當(dāng)，造成學(xué)習(xí)干擾。了解和掌握認(rèn)知負(fù)荷理論有助于教師在數(shù)學(xué)課件設(shè)計中，適當(dāng)選取多媒體課件素材，并加以合理組合，規(guī)避因課件不當(dāng)帶來的教學(xué)風(fēng)險。因此，教師在設(shè)計數(shù)學(xué)課件時，應(yīng)盡量考慮選取單一而緊密的表達(dá)方式，選取有利于學(xué)習(xí)的素材，并進行合理剪輯，不要出現(xiàn)過多需要學(xué)習(xí)、思考的信息，并移動簡單重復(fù)的內(nèi)容，降低認(rèn)知負(fù)荷的可能性。

三、有效降低認(rèn)知負(fù)荷的課件設(shè)計策略

臺灣學(xué)者黃柏勛綜合眾多學(xué)者的觀點，將認(rèn)知負(fù)荷的來源歸納出三個方面:①工作任務(wù):包括新型態(tài)任務(wù)與否、時間壓力、獎賞類型、激勵程度、期望、噪音與溫度等因素;②學(xué)習(xí)材料:主要包含學(xué)習(xí)材料的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，成分間關(guān)聯(lián)程度的高低，以及信息材料呈現(xiàn)的方式等因素;③個體本身:涵蓋個體的先備知識或經(jīng)驗、心智運作自動化程度、組織信息的方式、認(rèn)知能力、認(rèn)知風(fēng)格、動機等因素。當(dāng)然，與課件設(shè)計相關(guān)最大的是學(xué)習(xí)材料和個體本身，本文也主要從這兩方面考查其對課件設(shè)計的影響及期對策。有效降低認(rèn)知負(fù)荷的課件設(shè)計策略也應(yīng)該由此衍生。結(jié)合數(shù)學(xué)教學(xué)經(jīng)驗，我認(rèn)為有效降低認(rèn)知負(fù)荷的課件設(shè)計策略至少應(yīng)該包括如下幾方面。

(一)通過數(shù)學(xué)樣例技術(shù)降低認(rèn)知負(fù)荷。

斯威勒曾通過一系列實驗證明了樣例技術(shù)對促進以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的內(nèi)容的廣泛領(lǐng)域內(nèi)的學(xué)習(xí)非常有效。初中數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)主要通過數(shù)學(xué)樣例來呈現(xiàn)解決不同問題類型所需的程序，包括等同于圖式和自動化的清晰信息。學(xué)生在學(xué)習(xí)這些樣例過程中，獲得知識和技能。當(dāng)然，選取的數(shù)學(xué)樣例必須有明確的解決方案，便于學(xué)生了解相關(guān)學(xué)習(xí)情景，從解決程序中學(xué)會相關(guān)知識，掌握相關(guān)技能。

在設(shè)計課件時，教師要盡量選取有多種解決方案的樣例，并分解解決問題的程序。以八年級上冊《軸對稱》的內(nèi)容為例，我選取了下面的樣例。

如圖1，已知:△ABC中，∠C=2∠B，AH⊥BC于H，D是AC中點，DE//AB，求證EH=AC/2。

這道幾何證明題至少有四種的解法，主要包括幾何和代數(shù)兩大類，每類有兩種方法。這個數(shù)學(xué)樣例能調(diào)動學(xué)生利用此題用全部初中知識來解決數(shù)學(xué)問題，多角度分析問題。為了讓學(xué)生了解這個樣例的思維過程，課件設(shè)計時通過構(gòu)建“相關(guān)知識鏈接”、“題目解析”、“解決過程”、“相關(guān)問題”四個模塊來引導(dǎo)學(xué)生解決問題的程序和方法，并以樣例A，問題A，樣例B，問題B……的形式呈現(xiàn)樣例，告訴學(xué)生成對材料的特征，并要求認(rèn)真學(xué)習(xí)每個樣例。

(二)通過導(dǎo)航歸類技術(shù)降低認(rèn)知負(fù)荷。

為了提高學(xué)習(xí)的有效性，針對復(fù)雜學(xué)習(xí)任務(wù)，教師要將其分解成小的知識模塊，并結(jié)合學(xué)生已經(jīng)解決的數(shù)學(xué)樣例。為此，課件設(shè)計要注意其易操作性，簡化課件操作程序，保持軟件操作的一致性。在課件設(shè)計實踐中，盡量將數(shù)學(xué)知識與概念分成小模塊呈現(xiàn)出現(xiàn)，并將其歸好類，設(shè)計好易操作的導(dǎo)航鏈接，避免“迷航”現(xiàn)象，從而提高課件輔助教學(xué)的效率。

以初中數(shù)學(xué)《實數(shù)》時為例，在設(shè)計PPT課件時，我將實數(shù)分為有理數(shù)和無理數(shù)，有理數(shù)又分為正、負(fù)有理數(shù)，無理數(shù)也分為正、負(fù)無理數(shù)。為了讓學(xué)生對“實數(shù)”有個很好的整體概念，我特意用概念圖軟件制作了“實數(shù)”概念圖，并做好了超級鏈接，將它們分別鏈接至相關(guān)概念呈現(xiàn)頁面。同時，我將課件設(shè)置了導(dǎo)航界面，以“實數(shù)”概念圖為綱，將課件設(shè)置為五個模塊:“概念學(xué)習(xí)”、“樣例區(qū)分”、“課堂訓(xùn)練”、“課圖2后作業(yè)”、“探究活動”，每個模塊下又細(xì)分成小模塊，而且每個模塊都有上面五個大模塊的導(dǎo)航鏈接，方便隨時選取某個模塊講解，既避免了“迷航”現(xiàn)象，又增加教學(xué)的靈活動性和易操作性。

(三)通過簡單合理的組織方式降低認(rèn)知負(fù)荷。

在初中數(shù)學(xué)課件設(shè)計中，有些教師喜歡將有趣而與教學(xué)關(guān)聯(lián)不大的動畫或聲音放在課件中，或者將教材內(nèi)容堆放在PPT課件中，或者為了課件美觀喜歡將聲音、圖片、文字放在一起，課件組合的方式非常不合理，增加了學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷的強度。實際上，數(shù)學(xué)課件對聲音、圖片或文字等美觀性要求不是很高，重點是強調(diào)科學(xué)性、準(zhǔn)確性。因此，教師必須通過簡單合理的組織方式，降低認(rèn)知負(fù)荷強度。

認(rèn)知負(fù)荷理論中有簡單搜索效應(yīng)和注意分散效應(yīng)、冗余效應(yīng)等各種效應(yīng)，主要告訴我們必須注意課件素材的組織方式。在課件設(shè)計過程中，必須依據(jù)時間接近性和空間接近性以呈現(xiàn)相關(guān)信息，并以系列化、整體化的課件界面呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者。同時，必須將復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)以簡潔的、清晰的、統(tǒng)一的界面呈現(xiàn)已經(jīng)分析細(xì)化的任務(wù)模塊，通過聽視覺和視角雙通道增加學(xué)生有效學(xué)習(xí)記憶的空間，降低認(rèn)知負(fù)荷的強度。

認(rèn)知負(fù)荷理論告訴我們，在屏幕上搜索相關(guān)信息對認(rèn)知有很高要求，并且損耗寶貴的認(rèn)知資源。因此，在課件設(shè)計過程中，教師不要把太多的信息放在同一課件界面上，而是要整合相關(guān)信息，通過色彩、字體等突出重要信息，以統(tǒng)一的樣式確保學(xué)生快速高效地查看信息，提高課件輔助的效果。

(四)通過學(xué)習(xí)者設(shè)計技術(shù)降低認(rèn)知負(fù)荷。

在課件制作與運用的實踐中，有許多教師有這樣的經(jīng)歷:同樣的教師、同樣的課件、同樣的教學(xué)方法，在不同的班級教學(xué)會獲得不一樣甚至巨大差異的效果。其原因是課件設(shè)計中缺乏學(xué)生設(shè)計這個重要而極易被忽視的環(huán)節(jié)。設(shè)計的教學(xué)實踐課件設(shè)計必須考慮學(xué)習(xí)對象的實際，了解學(xué)生已有的認(rèn)知水平和知識經(jīng)驗甚至學(xué)習(xí)動機，做到有的放矢。以我任教的兩個班級為例，一班級學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)好，非常喜歡數(shù)學(xué)這門學(xué)科，學(xué)習(xí)主動性和積極性很高，五班級學(xué)生則數(shù)學(xué)尖子少，后進生多，對數(shù)學(xué)學(xué)科興趣不大，缺乏學(xué)習(xí)的主動性。因此，在設(shè)計課時，在數(shù)學(xué)內(nèi)容上，一班學(xué)習(xí)樣例多且有一定難度，作業(yè)布置相對較多，難度也稍大，而五班而選取比較淺顯易懂的樣例，布置的作業(yè)也是基礎(chǔ)性的，難度和量都不大。因此，我必須重視學(xué)生設(shè)計這個課件重要環(huán)節(jié)，了解學(xué)生原有知識結(jié)構(gòu)、理解水平、學(xué)習(xí)風(fēng)格、興趣態(tài)度，特別在設(shè)計地市級課堂教學(xué)比賽課件時，面對陌生的班級、陌生的環(huán)節(jié)，更需要了解學(xué)生，針對學(xué)生的學(xué)習(xí)背景、經(jīng)驗、習(xí)慣等，及時調(diào)整所選取的樣例或多媒體素材，以及界面、呈現(xiàn)時間，增加課堂突發(fā)事件機動環(huán)節(jié)設(shè)計的內(nèi)容。

總而言之，從樣例、導(dǎo)航等角度去規(guī)避課件設(shè)計帶來的學(xué)習(xí)風(fēng)險(增加認(rèn)知負(fù)荷)，顯然是行之有效的。當(dāng)然，只有這些仍不夠，教師還需要在課件應(yīng)用過程中，根據(jù)教學(xué)需要和課堂實際，及時調(diào)整、控制課件播放的速度、內(nèi)容，臨機處理教學(xué)意外，增強課件的有效性和針對性，將課件的輔助效能達(dá)到最大化，實現(xiàn)教學(xué)過程的最優(yōu)化。

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