王姝

一、引言

认知负荷根据来源可分为内在认知负荷、外在认知负荷、关联认知负荷三类。认知负荷理论的三种类型相互交织叠加，为了达到最佳的学习效果，应降低内在认知负荷、减少外在认知负荷、增加关联认知负荷，且使总的认知负荷不能超出学生个体能够承载的认知负荷的限度。根据认知负荷理论，结合教学实际总结出小学科学课堂教学实施策略。

二、认知负荷理论简介

1.认知负荷可能与工作记忆（又称短时记忆）中语句的数量有关。我们知道人类的工作记忆是有限的，但是问题解决中要求大量的项目暂时储存在工作记忆中，这可能加重工作记忆的负担。由此可见，工作记忆中语句数量的增加会加重认知负荷。

2.产生式的数量和能与工作记忆中语句匹配的条件的数量可以标志认知负荷的大小。比如在转换问题中， 每移动一步都要决定大量的产生式中哪一个应该被触发，这时问题的关键是发现与工作记忆中元素匹配的产生式。可以推论，在每一步中要考虑的产生式的数量越多，需要匹配的语句越多，认知负荷也就越大。

3.工作循环的数量与认知负荷有关。产生式系统的基本工作原理是这样的：工作记忆中的内容与产生式的条件相比较，如果某条产生式的条件被满足， 就触发这个产生式，并执行相应的行动，行动的执行将改变工作记忆中的内容，从而进行下一轮的比较。每一个比较—触发—执行的过程称为一个工作循环。通过分析问题解决中工作循环的次数可以衡量认知负荷的强度。

综上所述，可以用如下几个指标衡量问题解决过程中认知负荷的大小：工作记忆中语句的数量、工作记忆中被触发的产生式的数量、工作循环的次数、条件匹配的数量等。

三、认知负荷理论下小学科学课堂教学实施策略

（一）创设情境，降低内在认知负荷

1.好的情境创设可以直击核心问题、激发学习兴趣、引发学生思考，从而达成教学目标;反之，则会增加学生内在认知负荷，把学习精力花在远离教学目标的问题上，加重学习负担。

2.好的情境创设要紧密贴近生活实际，使学生从对抽象的问题理解转化为生活中常见的、具体问题的理解。在相应教学内容学习结束后，学生可通过总结、归纳，转化为抽象的知识再应用于生活实际，使学生感受到生活中的科学，同时锻炼了学生的科学思维。例如，教科版科学四年级上册《溶解》单元《溶解的快与慢》一课，学生要能说明用搅拌、加热水、研成粉末的方法可以加快固体物质在水中的溶解。生活中学生有过溶解的相关经验，如果没有情境设定直接提出问题——加速溶解的方法是什么，这样会加重内在认知负荷。对于四年级的学生来说很难把抽象的问题转化为具体问题再得出抽象的答案。若把情境设定为冲咖啡或糖水时如何加速溶解，对于学生来说已有的经验可以帮他们推测出加热和搅拌这两种方法。但由于这些物体本身就是粉末状，所以鲜有学生会提出把粉末切得更碎这一方法。

（二）合理设计问题，减轻外在认知负荷

1.采用问题连续体模式引导实验教学，通过一系列递进的问题，把实验的重难点逐步分解，逐层深入，促进学生对复杂任务的理解。例如：教科版科学三年级下册《测量水的温度》一课，科学概念的教学目标之一为学生能举例说明一杯水一段时间内水温变化的趋势。对于三年级的学生来说，他们知道一杯烫水在教室里会慢慢变凉，但对于温度变化趋势没有明确的概念，也不能准确地说出水温变化和周围环境有关，温差越大下降越快。因此，若直接给出“一杯烫水在教室内温度下降趋势”这一问题让学生难以理解，甚至对于现象的猜测也毫无根据。可以把这一贯穿课堂的大问题分解成直击教学目标的小问题，每个小问题之间有严谨的逻辑关系，逐步指向教学目标。问题1：（观察实验）一杯80℃的烫水在教室里一分钟下降了10℃，下一个一分钟会下降大约几摄氏度，说说你的想法。设计意图：把一段时间温度下降趋势分解为每一分钟下降几摄氏度，将抽象化的概念具体化。问题2：如何验证你的想法？设计意图：尝试设计实验验证自己的想法，在十分钟内连续记录水温的变化。问题3：记录每两分钟水的温度后算出温差，观察温差你发现了烫水在教室里的温度下降趋势是什么样的？设计意图：学生学会分析数据并得出实验结论，达成本课教学目标。

2.提供合适的实验材料

学习科学时，通常需要用实验材料来帮助建构学习内容。教师要精心准备有关的实验材料，必须充足和典型，从而辅助学生进行思维活动，使其能顺利地发现问题、解决问题、获取新知;相反，过多、过杂或不合理的材料会干扰学生的思维，增加其无关认知负荷。以科学实验器材的精选为例，教师在进行科学教学时要合理选择实验材料。例如，在讲授教科版科学五年級下册《空气的热胀冷缩》一课时，教师要提供小烧瓶、烧杯、试管、有孔橡皮塞、大小不同的气球、瘪的乒乓球等实验材料，让学生自行设计实验证明空气的热胀冷缩。其中，大气球最能夺人眼球，大多数学生会选择利用大气球来设计实验方案。有的会把大气球封口后架在装热水的烧杯上，期待气球的进一步胀大;有的会把大气球套在小烧瓶的瓶口上，再把烧瓶放入热水中，但由于气球太大，烧瓶又太小，在进行实验时常常看不到明显的现象。其实，这堂课应精选实验材料，如果去掉大气球，学生的注意力就会集中到其他材料上，如试管、吸管、有孔橡皮塞、小气球。显然，这种干扰学生认知负荷的“鸡肋式”材料，教师教学时要坚决果断地予以舍弃。

（三）嵌入支架设计，增加关联认知负荷

1.低段学生的语言和文字能力表达有限，在使用实验记录单时可图文结合，提高记录效率;

2.使用韦恩图、气泡图等方式对比记录：如水葫芦和金鱼藻，水和冰，草本植物和木本植物等;

3.使用有条理的实验记录单进行记录：如凤仙花的观察记录，观察记录营养器官根茎叶三部分的变化可将每一器官分颜色、形状、数量、长短（高矮）、粗细（宽窄）进行记录，有条理的细化区分营养器官记录方式，养成良好的观察记录习惯。

【作者单位：北京外国语大学附属外国语学校  北京】