認知負荷理論下信息技術與高中數學的融合

摘 要：在認知負荷理論指導下，高中數學教學應注重對學生長時記憶的培養。為此，教師可以將互聯網信息技術與高中數學學科知識相結合，創新出新穎而符合高中生學習特點的教學方法和教學模式，進而推動高中生對數學知識的學習能力和綜合素養的形成。

關鍵詞：認知負荷理論;信息技術;高中數學;課堂教學

中圖分類號：G43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2095-9192（2021）03-0010-02

引 言

本文以認知負荷理論為基礎，探討在高中數學教學過程中，教師應該如何運用好信息技術來提升課堂教學效果，從而使學生感受到數學學習的樂趣，增強學生的理解和記憶能力。

一、認知負荷理論的簡要論述

認知負荷理論強調人的認知結構是由長時記憶與工作記憶組成的。工作記憶是短時間的，又被稱為短時記憶，人們在以工作記憶為基礎開展工作活動時，大腦對于所要承擔的工作任務的容量是有限的，能夠記憶的信息在5～9條之間。而在對這些短時記憶的信息進行處理時，短時記憶只能一次性完成兩三條的信息處理。這是因為大腦運用工作記憶進行信息存儲時，信息中的各個子元素之間存在一定的相互關系，這需要大腦提供更加充裕的工作記憶空間，但是短時記憶的處理能力有限。相對來說，長時記憶擁有廣泛的信息容量，在存儲信息時，無論信息是碎片化的還是整體性、復雜性的，其都可以被長時記憶所容納。

在認知負荷理論基礎上，教育研究者認為，長時記憶中的信息存儲是課堂教學的主要功能。一般情況下，人們所獲得的知識內容是通過構建思維圖形來進行長時儲存的。知識內容以圖式的方式被組織成一個整體的模塊，從而降低了工作記憶的負荷，以此來完成人們對必要知識的長久記憶。人們通過圖式構建完成長時記憶后，可以通過大量的社會實踐進一步鞏固所學知識，從而形成知識結構的自動化模式，為人們以后遇到其他問題提供參考和幫助。并且，以此為基礎，人們遇到不熟悉的工作任務或知識形態時，可以最大限度地釋放工作記憶的能量，以提高自身的學習效率和能力。

二、運用思維圖式，強化長時記憶教學

在認知負荷理論的指導下，在高中數學教學工作中，要想獲得良好的課堂教學成果，幫助學生不斷提高自身學習能力和學習成績，教師就要努力運用思維圖式的方式構建數學知識元素之間的關系框架，以此來提高學生的長時記憶能力，并指導學生通過日復一日的鍛煉和學習，不斷釋放工作記憶空間，為其學習和理解新知識提供更有力的保障[1]。一方面，思維導圖可以將各個知識點進行串并聯，通過聯想的方式，學生可以通過回想實現以某一個知識點為中心，進行擴散式的知識記憶與理解;另一方面，思維導圖的有效運用，可以讓學生隨時隨地進行知識點回顧。當遇到思維導圖內容殘缺的情形時，學生可以更為清晰地了解自己哪一方面存在缺陷，從而提高復習精準度。

例如，希沃白板就是一款比較適用于課堂教學的平臺資源，教師可以運用希沃白板中的思維導圖功能，通過邏輯圖、魚骨圖、組織架構圖等各種思維圖式，將數學各個知識點進行連接，并展示給學生，教會學生在腦海中構建數學思維圖式。學生可通過聯想記憶的方法，掌握數學各個知識點及其相互之間的關系，從而提高學習和復習效率，提升長時記憶的能力，對數學知識形成長時儲存。

三、采用合適的教學方法，降低學生心理負荷

在現代高中數學教學中，教師的關注重點不再是教案和教學任務，已經轉移到學生的能力建設、興趣啟發和主動性培養等方面[2]。這一重要轉變說明，高中教學除了要看學習成績以外，還要注重學生習慣與能力的培養，既要保證學生學習和記憶重要數學知識內容，又要保證學生心理的健康。所以，在認知負荷理論的指導下，高中數學教師要注意體察學生的心理負荷能力，并在具體教學中充分考量學生的學習壓力情況，采用合適的教學方法，合理分配學習任務，防止造成學習任務與學生的心理負荷不符的情況，避免使學生對數學產生厭倦心理[3]。

較強的邏輯性、抽象性是高中數學的學科特點，它對學生的抽象思維能力有著較高的要求。同時，面對繁重的各科學習任務，高中生的心理負荷早已瀕臨崩潰。所以，數學教師應轉變傳統的教學方式，豐富教學手段，既要降低學生的心理負荷，又要保證學生的學習效果。例如，教師可以運用希沃白板中關于游戲化教學產品的功能來增強課堂趣味性。高中數學與信息技術的有效整合的主要表現就是通過數字化游戲教學來提高課堂教學效率。同時，游戲教學的開展，可以讓學生消除在課堂上的心理壓力，進而更專心地投入學習。

又如，教師還可以利用信息技術中的云存儲功能下載經典高考例題，讓學生進行一題多解的練習，以此來減輕學生的學習任務和課業壓力，從心理負荷的角度促進學生數學學習主動性的提升。一方面，高考例題既包含高中數學的重要知識點，學生通過對高考例題的練習可以更全面地掌握高考形式;另一方面，一題多解的練習是對學生思維能力、轉化能力及理解能力的全新鍛煉，使學生不必大量地練習新題，追求“多”，而是在認知負荷理論的指導下努力追求“精”。

四、利用信息技術，采取科學教學策略

以認知負荷理論為基礎的高中數學課堂教學，需要教師利用現代信息技術手段，采取更加符合學生學情和特點的教學策略。學生的個人認知水平不同，使得他們的學習能力、興趣取向、自我約束能力等多方面也有所不同。教師在具體的課堂教學中要利用信息技術，不斷收集和整理每個學生不同階段的學習數據，并利用云存儲、云計算等軟件對這些數據進行科學分析和測評，從而幫助教師掌握每一個學生的學習情況，分析出學生學習進步或落后的原因，以此來指導教師采取更加科學合理且個性化的教學策略[4]。

例如，教師可以通過構建課前、課中、課后的“智慧課堂”模式進行全面的教學計劃評估。在高中數學學習中，很多學生經常陷入“閉門造車”的困境，對于自己不懂、不會的地方，不喜歡向他人求助，經常導致自己“死讀書、讀死書”，既浪費了大量的時間，又沒能提高自己的數學解題能力。對此，在課前，教師可以先運用信息技術分析學生的學習情況，了解每個學生的學習基礎，再進行教學設計。在課中，教師可以結合課本內容，采用探究式教學模式，引導學生展開探討，并對學生的學習效果進行實時監測，以保證本堂課教學效果的有效落實[5]。在課后，教師可以借助微課等方式對學生進行課后輔導，引導學生積極開展課堂學習情況反思活動，總結自己的學習成果，以此來實現對數學學科知識的有效掌握。

結? ?語

高中數學教學對信息技術的應用，既是適應時代發展潮流的必要舉措，又是推進現代教育教學的必要手段。教師在利用信息技術開展數學教學的過程中，不僅可以營造良好的課堂教學氛圍，還可以促進學生學習積極性和主動性的有效提高。在技術效果上，教師通過對學生具體學情進行數據分析，可以采取更加科學的教學策略，讓教師的教學行為和教學方法更適合新時代高中生的學習習慣和特點，從而有效培養學生的綜合能力。

[參考文獻]

王雨清，吳立寶，等.新世紀以來信息技術與高中數學融合的進展與趨勢[J].天津師范大學學報，2020（06）：22.

李軍華.淺談信息技術在高中數學教學中的應用方式[J].考試周刊，2020（06）：18.

溫曉鵬.信息化背景下高中數學課堂教學模式探析[J].發明與創新（職業教育），2020（06）：18.

孟建萍.高中數學課堂教學中信息技術的應用研究[J].教育界，2020（06）：16.

岑偉.認知負荷理論下信息技術與高中數學的整合基點[J].黑龍江教育（理論與實踐），2014（11）：79-80.

基金項目：本文系福建省教育科學“十三五”規劃2020年度立項課題“基于學科融合的高中數學教學設計案例研究”（立項編號：FJJKXB20-694）的階段性成果。

作者簡介：郭世開（1966.12-），男，福建福清人，本科學歷，中學高級教師。