認知負荷理論下的《高等數學》信息化教學

黃潔

摘 要：隨著社會的發展，人們對于教學質量有了更高的要求。想要更好實現《高等數學》信息化教學，必要提高上課的效率以及高質量的完成教學要求，學生要積極參與學習，提高學生對學習的興趣。因此可以利用認知負荷理論來進行高等數學的教學設計，同時也可以合理高效的利用現代信息技術，選擇較為恰當的時機，遵循簡單的原則，結合多種教學模式為一體，不斷進行課堂的優化。除此之外，還需要結合長期高等教學發展的規律，進行簡要的分析，希望能夠實現認知負荷理論觀照下的高等數學信息化的高效教學。

關鍵字：認知負荷;高等數學;信息化教學;實踐;分析

引言：認知負荷理論是人類通過對事物的認知，再進行的信息加工理論。現階段，我國的信息技術不斷發展，與此同時，各高校的教學方式及手段都在推陳出新。就目前來說，常見的多媒體技術手段都廣泛應用在教師教學工作中，如幾何畫板、PPT、投影儀等。然而，在課件的設計以及使用中，有時就會遇到教案移走的問題。這樣一來，就會形成混亂的教學，傳遞出較為繁雜的教學信息，影響教學的有效傳遞。針對這一現象，本文從認知負荷理論的方向出發，細致研究怎樣在《高等數學》教學中恰當運用信息技術手段，進而不斷提升《高等數學》課堂教學效果。

一、認知負荷理論以及實踐意義

（一）認知負荷理論的定義

認知負荷理論是針對人類認知再進行信息加工的一種理論。它是指工作記憶系統對于某個特定的教學內容信息進行認知和加工，在保持認知加工過程中所承受的負荷能量。認知負荷主要來源于，內在認知負荷、外在認知負荷以及有效認知負荷。內在認知負荷，主要通過工作記憶對于教學內容本身所包含的信息元素的數量及其交互性進行認知加工所承受的認知負荷。所以，當《高等數學》教學內容難度較大時，對于工作記憶施加的內在負荷就隨之加強。外在認知負荷，由不恰當的教學設計而給工作記憶帶來了額外的負擔。產生這種結果的原因，一是不恰當的教學內容以及錯誤的教學信息，造成了工作記憶偏離的認知操作。換言之，工作記憶產生了過于認真的操作，造成所需記憶工作之外的負荷;二是設計不合理的教學活動，導致工作記憶產生額外的認知操作。有效認知負荷，是指工作記憶對于教學內容進行實質性認知操作而承擔的負荷，是學生對于教學內容的實質性的認知操作。

（二）認知負荷理論對于《高等數學》教學的指導意義

依靠三種負荷都具有可加星的性質，為了產生優質的教學學習成果，以形成良好的教學模式，就必須遵循“減負增效”的基本教學設計原則，即通過降低內、外在認知負荷，進而增加有效認知負荷。而有效認知負荷的增加，必須建立在內、外在認知負荷減少的前提基礎上。

二、認知負荷理論下的《高等數學》信息化教學存在的前提

（一）不斷優化的現代信息技術

現代信息技術不斷的發展，給《高等數學》信息化教學帶來了更多的技術支撐。目前，國內多數高校都配置了較為先進的計算機設備以及信息化軟件，這樣一來，也為現代化《高等數學》信息化的教學提供了有效整合。與此同時，通過利用現代較為先進的教育思想以及文化底蘊進行指導，以計算機和互聯網為主的信息技術手段，成為學生的自主認知工具、情境創設工具以及情感陪伴工具。總的來說，先進的網絡以及優質的硬件設備都給高等數學信息化教學提供了先機。

（二）多樣化的教育教學資源

在我國，先進的技術給高校帶來了更為多樣化的教育教學資源。比如：PPT、AE、Flash等等教育軟件相繼推出。除此之外，還有一些數學類的教學軟件的出現，給《高等數學》信息化教學的深入奠定了基礎。由此可見，軟件可以利用直觀背景解決抽象的問題，打破傳統的學習模式以及獲取信息的途徑，不僅能讓學生的視覺、聽覺、感覺同時進行獲取相關信息，還能為《高等數學》課程的教學提供有力的技術支持。通過使教學資源、教學環節、教學模式、教學要素等方面的整合，從而實現了“減負增效”的結果，不斷優化了高等數學的教學模式。

三、高等數學信息化教學在認知負荷理論的角度下的重要性

（一）驗證動態數學觀的準確性

動態數學觀的形成，也就作為高等數學課堂教學信息化的一個基礎。過去，人們總認為數學觀的形成相對靜態，總是把數學的發展理解為確定性的真理，然后進行數量上的慢慢累加。但被實踐證明，數學理論的形成中也可能有錯的，不是出現即被定義為準確。因此，靜止的數學觀開始轉變為辯證的、動態的數學觀。動態的具有辯證唯物主義的數學觀可以看成是人們在創造性的活動中，通過猜測、分析、討論、辯證、驗證以及修正等動態的實踐過程。如今，計算機的參與，把數學進行了“實驗科學”的模式，以此來充分驗證數學觀的準確性。

（二）更好地理解《高等數學》的內容

高校教師把動態、辯證唯物主義的數學觀作為指導思想，進行《高等數學》信息化教學設計，能更好的讓學生理解高等數學的內涵。信息技術可以很好的模擬現實問題，生動形象的表現數學知識的形成方式，充分讓學生體驗整個數學的時間活動過程。這樣一來，也可以勾起學生的好奇心，以及加強探究、分析討論、辯證、驗證以及修正等動態的實踐特點。因此，信息化教學設計必將成為高等數學課堂教學的新方式。

四、認知負荷理論觀下的高等數學信息化教學活動設計案例

案例：計算不規則圖形的面積

情境引入、突出主題

老師：由于我國的土地資源有限，很多的田地都是一些不規則的圖形，如何進行計算田地每年的產量。首先我們需要計算出它的面積。

設計意圖：利用配有音樂的背景讓學生了解祖國的美麗，帶著輕松的氛圍進入課堂，然后提出數學問題。讓學生產生認知充填，進而引入本節課的重點，計算不規則圖形的面積。

課堂研究：如何估算一片葉子的面積？

第一步：進行猜想

第二步：動手操作，選擇合適的學具，進行估算葉子的面積

第三步：小組上臺進行匯報交流

小結：根據實踐得到不同的估算結果，思考以后可以利用什么方法進行估算。老師幫助學生理清問題，明確解決問題策略的多樣性與可行性。

靈活運用，鞏固認識：

例如：利用手掌大小或者方格大小測量圓周長后猜想周長與面積之間關系，計算后猜想商不變的規律，分數的基本性質，比的基本性質等。三是要善于誘發，及時捕捉學生的靈感，對他們別出心裁的想法、標新立異的構思給予肯定和引導，進而激發他們的直覺靈感。

五、《高等數學》信息化教學中“減負增效”的現實性以及相應的策略

（一）“減負增效”的現實性

首先，《高等數學》的教學內容本身就非常的抽象，內在認知負荷比較大。如果利用信息技術對其進行相關的教學設計，相對可以優化其教學的內容，同時還能夠充分利用學生的認知結構，以此更好的降低內在的負荷。利用信息技術，可以更好的設計教學活動和內容，創設多元化情境，優化教學信息的呈現順序，大大減少工作記憶而形成的不必要的認知操作，降低額外負荷。因此，合理利用信息技術，可以實現高等數學教學中的“減負增效”。

（二）“減負增效”的相關策略

首先，需要選擇較為合適的實際，采用片段式的課件進行。應用信息技術的目的就是解決真正的疑難雜病，但是并非需要一節課的每分每秒都進行使用。我們需要抓住合適的實際，尋找正確的切入點，采取片段式的課件。只有這樣，才能做到合理有效的利用，達到解決問題的目的。

然后需要遵循簡單原則，多種教學手段進行有效整合。這樣一來，才可以發揮各自所有的優勢，將各種教學方法及教學手段進行完美的整合，也不會浪費掉任何的時間以及資源。

其次就是綜合使用多種軟件。因為單一的軟件只能針對一種或者兩者的問題進行解決。多種軟件的綜合使用，就可以進行優勢互補，發揮各自的效應，然后進行有效的聯合，產生更加大的優勢。這樣一來，很多問題，都可以通過軟件的綜合使用得到解決，非常方便。

六、小結

綜上所述，現代信息技術的發展對于《高等數學》教育教學產生較為重要的影響。任何事物的提升，都不會是單方面的努力。教育本來就是長期以來嚴肅而深刻的問題。因此也要求我們更新觀念，依靠認知負荷理論作為指導，把現代信息技術慢慢的引入高度數學的課堂教學，有效的發揮信息技術的優勢。除此之外，還要進行積極的探索和優化，不斷的增強教學的效果，提高學生的數學能力。什么東西都沒有絕對的，我們只有在不斷嘗試中成長。然而由于個人所學知識以及經驗的局限性，也沒有考慮得很全面，希望廣大讀者給予意見或者建議，讓信息技術得以更好的運用于高等數學的教學課堂中，帶動高等數學的發展。

參考文獻

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