認知負荷理論下高中生物教學策略探究

徐海（甘肅省張掖市臨澤縣第一中學 734000）

一、認知負荷理論下的高中生物教學

1988 年，澳大利亞的認知心理學家首先提出了認知負荷理論，其假設人類的認知是由長時記憶和短時記憶所組成，而長時記憶是學習的核心。將認知負荷理論下的高中生物教學與傳統教學方式相結合，取其精華，優化生物教學。高中生物學科是探索生物科學的過程，傳統的教學方法具有一定局限性，因此在教育教學工作中應探究更有效的教學方法，一方面提高學生的學習興趣，另一方面使學生拓展學習思維。經查閱大量文獻，探究到認知負荷理論可分為內部、外部和相關認知負荷，由多種元素相融合，是學者與學習內容之間的交互。還有一些學者認為認知負荷理論是由長時記憶和短時記憶組成，短時記憶是快速獲取信息，但容量很小，而長時記憶則是學習的核心內容，是長久學習的方法，可以構建思維導圖幫助學者完成長時記憶。

我國著名教育家陶行知先生曾提出“生活即教育”“社會即學校”“教學做合一”等教育理論，這些理論與認知負荷理論相結合是生物教學的創新，以多維度豐富教學、以生活深化教學，陶行知的教學思想明確指出教師的職責與學生的任務，其表示“先生不應該專教書，他的責任是教人做人；學生不應該專讀書，他的責任是學習人生之道”，教師的責任在于傳授知識，而傳授知識的方法是需要結合學生需求，因此教師與學生之間是相互關聯的。將認知負荷理論與陶行知教育理論相結合可從以下兩個方面探索教學角度。

其一，整合教育資源、優化教學結構，以緊湊的教學結構抓住學生的注意力，有效利用課堂教學時間，不僅要讓學生掌握生物學習內容，還能夠以思維導圖的方式梳理教學內容，達到長時記憶。

其二，因材施教，陶行知先生曾提出“因材施教”這一教學理論，認為“培養教育人和種花木一樣，首先要認識花木的特點，區別不同情況給以施肥、澆水和培養教育，這叫因材施教”。對此，在生物教學中以教學內容為核心，建立學生的長時記憶，通過思維的拓展提升學生的應變能力，再結合學生的個性化表現，設置分層次、分梯度的教學內容，優化生物教學。

二、因材施教，降低內在負荷

為提升學生的長時記憶，要結合科學的教學理論降低內在負荷。高中教學既有基礎性內容，也有拓展性內容，且在素質教育的深化下，教育教學中更注重育人價值，因此在生物教學中應綜合考慮學生的個性化表現，依據學生的特點優化教學，將學生作為教學主體，因材施教。在實際的生物教學中，教師要做好深入的調研工作，通過日常的教學發現每位學生的學習優勢和學習短板，綜合所有學生的調研結果進行分析，凝練為幾個層次的教學，同時兼顧不同學生的學習需求。同時，以設問的方式作為不同層次教學的導學途徑，通過有效的問題引發學生的思考，培養學生的探究精神，進而降低內在負荷。

例如，在《細胞的基本結構》教學中，將教學分為不同的層次，充分做到因材施教，在開展教學前要明確本節課的教學重點，一方面要以實驗的方式帶領學生認識植物細胞和動物細胞在結構上的特點，練習使用顯微鏡，另一方面通過教學的過程培養學生嚴謹、求實的科學態度。本節課以小組合作的方式開展教學，既體現因材施教，也通過實踐的方式降低學生的內在認知負荷，結合動手操作，加強長時記憶，各小組在教師的引導下開展自主探究，小組內部成員發揮自身的學習優勢，譬如實踐能力強者動手操作、思維能力強者探究教師問題、文字撰寫能力強者寫實驗報告等。

首先，各小組根據本節課的實驗要求準備好材料和器具，包括洋蔥鱗片葉、生理鹽水、碘液、吸水紙、吸管、鑷子、載玻片蓋玻片等。教師將學生分為幾人一組，其中要注意各小組學生基礎要均衡，同時要維護生物實驗教學紀律，避免出現人員受傷、器材受損的問題。

其次，每小組根據教師的引導完成“準備—制片—染色”過程，在觀察洋蔥鱗片葉表皮細胞時，先在潔凈的載玻片中央滴一滴蒸餾水，然后用刀片取下1cm×1cm 的洋蔥鱗片葉，用鑷子從鱗片葉的表面撕一小塊薄膜放置在載玻片水滴上，并蓋上蓋玻片，注意蓋玻片蓋下的時候不要產生氣泡，最后在蓋玻片的一側滴碘液進行染色，當碘液滲透到中間位置將玻片置于低倍顯微鏡下觀察植物表皮細胞結構。在觀察口腔上皮細胞時，保持口腔清潔，用棉簽輕輕刮口腔腮壁，提取棉簽上的碎屑，將其放在盛有一滴生理鹽水的載玻片上，蓋上蓋玻片，而后用碘液染色，放置低倍顯微鏡下觀察。

最后，教師以設問的方式，引導學生深入思考，在教學中融入研究精神，提升長時記憶，如仔細觀察洋蔥表皮細胞與人口腔上皮細胞有什么區別，結構上有哪些特點等。

三、構建思維導圖，拓展思維能力

在高中生物教學中，應以拓展思維的角度深化教學，提高學生的長時記憶、降低外在負荷，以多樣化的教學方式，營造良好的學習氛圍，促使學生掌握長時記憶的方法，做到長時記憶，提升學習能力和思維能力。教師在教學改革創新中也不斷探索提高學生嘗試記憶的方法和路徑，目前很多理論課程都會應用思維導圖提高學生的記憶能力。高中生物教學是理論結合實踐的課程，不僅需要學生掌握相關理論知識，更需要學生能夠將理論應用于實踐中，在教學中體現生物科學的探索精神。

例如，結合思維導圖的方式學習《基因的本質》，梳理本章的學習內容，明確教學目標，在教學中引導學生構建思維導圖，降低理解難度，如以DNA 為主干延伸相關枝干，包括DNA 分子結構特點、DNA 分子的復制、基因和遺傳信息的關系、制作DNA 雙螺旋結構模型、分析遺傳信息多樣性原因等，在基本枝干補充完畢后，拓展思維，通過課程學習感悟假說演繹和模型方法在探究基因本質過程中的應用等。另外，在生物教學中，可以通過小組合作探究的方式提高教學有效性，盡可能激發他們的學習潛能。在此教學過程中，通過教學留白的方式引導學生自行研討和探究，自行探索問題的答案，增強學生自主思考能力，減少學習依賴性。教師通過實施深度不同的教學方法提高教學效率，把控知識傳授的深度和廣度，明確教學目標、突出教學重點，控制好課堂教學的節奏，在學生掌握好基礎知識后，開展拓展訓練，以聯系生活及實驗的方式拓展教學，體現教育的豐富性，讓學生感受生物學習的價值性。

四、明確教學目標，使教學有的放矢

生物學科理解性內容較多，機械性的學習方式會適得其反，因此在生物教學中應采用科學的教學方法，為提升教學效率，要在教學前明確教學目標，才能使生物教學有的放矢，如高中生物教學中的有絲分裂部分，這部分教學較為抽象，存在認知負荷，為提升學生的長時記憶，要明確這部分內容的教學重點是有絲分裂四個時期的特點，難點是區分不同時期染色體的變化，在學習的過程中能運用結構和功能觀察掌握有絲分裂的過程，感悟生命的神秘。轉變傳統的教學模式和觀念，突出學生的興趣，以學生學習興趣為出發點，優化教學課程，豐富教學內容，讓學生在學習中感受到生物教學的魅力，提升學生的參與感，促使學生具備學習主動性。

明確的教學目標能節省教學時間，提高教學效率。生物教學是基于客觀科學理論的課程，因此在教學中應以科學性為原則，合理構架課堂教學，以明確的目標調整教學節奏，讓學生能夠很快進入學習狀態，在良好的氛圍中汲取知識。以《從生物圈到細胞》教學為例，明確本節課的教學目的：讓學生通過本節課的學習能夠概括細胞的基本特征；概括生命系統的概念，并且能夠舉例說明生命系統的結構和層次，認識知識與自然生命之間的聯系。

明確教學目標制訂明確的教學計劃，并以“生活即教育”的思想開展生活化教學，讓學生在掌握生物知識后能靈活地應用在生活中，同時也引導學生在生活中發現生物科學的現象，提升學生的觀察能力和探索能力，能夠在生活和學習中發現問題、提出問題，思考問題、解決問題，培養學生的生物學科素養，引發學生對于生物學科的學習興趣。另外，在生物教學中也應張弛有度，根據學生不同的基礎情況提出不同的學習要求，不以統一的教學目標要求所有學生，充分做到以人為本，使教學有的放矢，不斷強化學生自身的知識技能，培養學生良好的學習習慣。在教學中讓學生掌握細胞是基本的生命系統，概述生命系統的層次。

在多樣化的生物教學中以學生為教學主體，提升學生的主觀能動性，形成有效的自我管理，促使學生提升自我約束能力，以認知負荷理論的角度減輕學生內在、外在的認知負荷，強化長時記憶，以教師的引導和輔助教學為主，提升學習自覺性。教師則需要結合科學的教育理論和教學方法優化教學計劃，以最契合學生的教學方式開展生物教學，實現高效教學目的。

綜上所述，在教育改革的深化下，要著力提升學生生物核心素養，基于認知負荷理論、陶行知教育理論等探索更符合學生發展的教學方法，進而提升教學質量，以學生為本深入分析教學中的問題并提出切實的解決方案，在生物教學工作中，豐富教學內容、完善教學結構，以多元化的教學方式，激發學生的學習主動性，充分發揮生物教學的育人價值。