负荷理论论文范文

以下是小编精心整理的《负荷理论论文范文(精选3篇)》，供大家阅读，更多内容可以运用本站顶部的搜索功能。摘要以认知负荷理论为基础，提出微课设计原则，从微课教学设计和微课媒体设计两个方面探讨其实施策略。

第一篇：负荷理论论文范文

基于认知负荷理论的小学科学课堂教学设计

澳大利亚心理学家约翰·斯威勒于上世纪80年代提出了认知负荷理论，其核心内容是，人们在认知加工过程中要投入一定的心理努力，占用一定的认知资源，承载一定的负荷。认知负荷是由学习材料的组织和呈现方式、学习材料内在本质特征以及学习者先前的知识经验三个因素所决定的。认知负荷有三种，即内在认知负荷、外在认知负荷和有效认知负荷，三种类型的认知负荷是相互叠加的，构成了学习者在认知活动中总的认知负荷量。学习活动的效果与效率，都与学习活动产生认知负荷的量能有关。学习者在学习过程中的认知负荷总量与记忆容量不相匹配，就会导致认知资源的不足，或者抑制学习者的认知意愿，严重影响学习者进行意义建构。

改进课堂教学方法，提高课堂教学效率，是课堂教学改革追求的永恒主题，科学合理的课堂教学设计则是提高课堂教学效率的关键。认知心理学研究认为，课堂学习材料的编排、呈现的形式、学习任务的难度等都会影响学生工作记忆的认知负荷。合理的教学设计重视控制学生在学习活动中所产生的各种负荷，让认知负荷的量处于学生认知资源及其能力的恰当区间，并使学生有限的认知资源能够投入到概念意义的建构、概念图式化的形成和图式的自动化之中。因此，认知负荷理论对小学科学课堂教学的设计有着重要的启示作用。

合理呈现实验器材，有效控制外在认知负荷

外在认知负荷是一种无效认知负荷，主要由學习材料的组织和呈现方式不恰当以及让学生进行的认知活动不恰当所引起。在小学科学教学中，教师应当通过对实验器材的精心规划，实现对学习材料的合理组织和呈现，排除无效的教学信息，从而达到有效控制不必要的外在认知负荷的目的，提高课堂教学效果。

1.精选实验器材，排除信息冗余

实验器材是小学科学探究活动的重要载体。典型而完备的实验器材，能有效支撑学生的探究活动，合理引导学生的思维，使其顺利地建构概念、建立图式。过多过杂的实验器材常常会干扰学生的思维，增加不必要的外在认知负荷。

例如在建立“毛细现象”这一概念时，很多老师会提供很多的器材给学生进行检测。这些实验器材如果没有遵循分类原则，就会导致活动器材数量的严重超标，致使学生在活动时将大量的认知资源投放到操作器材之中，使探究活动变为简单的动手操作。在老师给定的实验时间内，有的学生甚至连动手操作都来不及完成。有的老师还会为学生准备一些不常见的材料，如装在吸管中的活性炭颗粒，由于很多学生第一次见到这种材料，他们会将大量的注意力集中在这一材料上，而忽视了“发现产生毛细现象材料的共同特征”这一核心任务。有的老师为增加实验的趣味性，在操作材料中增加了“切片面包”这种材料，也常常将学生的操作实验引向品尝面包的趣味体验中。显然，这些干扰学生的冗余信息，会让学生将有限的认知资源投入到对无效信息的处理之中，导致认知资源的大量消耗，使工作记忆过早耗尽，从而使认知资源不能有效地作用在概念建构中。

2.合理组织呈现，促进信息理解

精选实验器材并不是一味地减少器材，而是要将实验器材经过一定的组织，在合适的时机合理地呈现给学生。例如，某教师在引导学生探究毛细现象时，准备了纸巾条、布条、粉笔、海绵、吸管、玻璃片、红蓝两色的花以及毛细现象演示器等实验材料。课堂上教师首先出示“红蓝两色的花”以引起学生的学习兴趣，接着将纸巾条、布条、粉笔、海绵、吸管、玻璃片组合成一组材料，让学生在检测这些物品是否产生毛细现象后，得到“狭缝、孔隙能够让水升高”的初步结论。然后再使用这组材料，要求学生在玻璃片、吸管上构造狭缝、孔隙来验证形成的假设，即两根吸管之间可以形成狭缝，湿透的纸巾、海绵等物品置于两块玻璃之间，也能形成一条由宽到窄的狭缝。在学生发现狭缝产生毛细现象规律的基础上，出示“毛细现象演示器”，向学生演示毛细现象的典型规律。在探究过程中，教师引导学生先后多次使用这些材料组合，其实质是为学生的探究搭建“脚手架”，将他们的外在认知负荷在操作过程中始终控制在一个比较合理的范围，从而将认知资源尽可能多地投入到构造狭缝、验证假设、形成图式、建构概念这些更有思维价值的活动之中，有效地降低了学生的认知负荷，促进了科学概念的意义建构。

巧妙搭建认知支架，适度降低内在认知负荷

内在认知负荷是指因学习内容包含的信息元素数量及其交互水平的复杂性给工作记忆带来的负荷。内在负荷从某种意义上反映了学习内容的难度，但是学习内容是否复杂且具有难度还取决于学生已有的知识和经验（图式数量）。减少内在负荷的关键在于减少学习内容包含的元素及其交互性。教学设计则需要根据学生的经验和水平，设置符合学生能力的认知任务和学习内容，或降低学习目标的难度，或分步达成较为复杂的学习目标。因此，搭建认知支架，有助于减少学生在学习过程中的内在认知负荷。

1.合理设置目标，重构学习内容

课程标准为学习内容的选择和学习目标的制定提供了可供参考的基准。但是，有些教师往往置课程标准和学生水平于不顾，一味地在教学中安排不符合学生认知水平的学习内容，设置不恰当的教学目标。

如小学中年级“物体沉浮”的内容，很多课堂会把沉浮原因的探讨深入至液体密度、排水体积的层次。有的课堂在探究活动中不进行变量的分离和控制，直接将所有变量，如物体的重量、液体的密度、排水的体积与漂浮、悬浮、下沉等状态杂糅在一起，组成一个内在认知负荷超量的研究课题。这样的学习内容带来的负荷远远超出了学生的工作记忆所能承载的极限，学习中必然大量占据学生所有的记忆资源，从而阻塞其他认知通道，导致学习任务无法完成。

沉浮现象是重力和浮力两个量之间的关系决定的，小学生在认识沉浮现象之后，应选择“重力与浮力差”作为深入探讨沉浮现象的重要关系，无论是借助测力计进行重力和浮力的测量，还是用数学方法进行两者之差的计算，这些都落在学生的能力阈值之内。这样，学生就可以将节约出来的认知资源，投放在建构沉浮现象和“重力与浮力差”的关系中。

此例中，学习内容的信息元素被严格控制在清晰的两个变量之中，且由于重力因素基本不发生改变，要素之间的交互作用也被限制在浮力的改变引起的沉浮变化之中。这样，既尊重了学科的逻辑，又遵循了学生的认知规律，使得学生自主建构概念和形成“图式”成为可能。

2.搭建任務支架，逐步突破目标

当学习的内容相对于学生的认知水平略为复杂时，教学设计必须将学习内容或者任务分解成若干个子任务，在依次完成子任务、构建认知支架的基础上，实现对教学整体任务的突破。教学中，要注意分解任务的合理性及其各子任务排列的有序性，如对“物体的沉浮”这一问题的探究，可以将“物体的重量影响物体的沉浮”这个概念的学习任务分成若干子任务。

子任务1：从漂流瓶的“浮”入手，引出“如何让漂流瓶沉到水里去”这个话题，引导学生在假设和实验验证后，初步发现“沉”的原理（加重使浮的物体下沉）。

子任务2：应用刚发现的原理进行解释，进一步提出“如何让瓶子（潜水艇）悬在水中”，揭开“悬”的奥秘（加重，物体下沉;减重，物体上浮）。

子任务3：要求学生制作“不需要补给设备的潜水艇”（沉浮子）。

这样，每个子任务的有序排列，使得整体认知目标的元素、难度和复杂度都被降低。子任务的分解和排列环环相扣，循着“由易到难”的内在逻辑螺旋上升，形成一个结构优良的认知支架，为学生完成整体目标铺设阶梯，把概念的建构逐步引向深入，促进学生对沉浮的意义进行建构，并引起学生对“沉浮原理”产生“图式自动化”，最后顺利完成整体学习任务。

优化概念图式结构，提高相关认知负荷

相关认知负荷是指工作记忆对认知任务进行实质性认知操作而承受的负荷。有研究表明，当一个学习任务的外在认知负荷及内在认知负荷都被有效降低到很恰当的水平时，学生对问题的解决和概念的迁移依然可能没有如期发生改变，这是因为学生并没有或者不愿意将富余的认知资源投入到学习活动中去。所以，激发学生的学习兴趣、唤醒学生的认知意愿是提高相关认知负荷的基础。

1.借用可视图示，优化概念图式建构

图示是学生形象思维向抽象思维过渡的重要载体，运用图示进行表达和思维，是学生思维从感性向理性逐步发展的重要环节。可视化图示教学的本质，是将抽象的思维材料“图式化”，具体就是将问题展现、概念形成、规律探索等思维过程直观地呈现出来。学生制作图示的过程则是他们个性化建构概念图式的重要演练方式，能够促进图式的建构与优化。

在建立“物体的重量影响物体的沉浮”这个概念的学习中，当学生借助动手操作，建立了对“加重可以使漂流瓶下沉，减重可以使漂流瓶上浮”的形象认识后，可利用水槽、水、漂流瓶、橡皮泥等操作器材的“图示”，完成概念图式的建构和优化。在发现“潜水艇上浮和下沉”的秘密后，可以要求学生借助“画图”的方式，把“潜水艇”发生沉浮运动的原理，运用“图示”可视化地表达出来，从而促进概念和“图式”的个性化建构。

2.巧用变式训练，促进概念图式自动化

认知负荷理论认为，提供变式的训练是增加相关认知负荷的一个有效途径。当概念及其图式建构之后，学生利用“图式”进行变式的训练，能够有效促进图式的自动化。图式及其自动化能降低后续学习的认知负荷，让富余的认知资源作用在新的概念和新的图式的建构中，形成良性循环。

在利用“物体的重量影响物体的沉浮”这一规律解释现象时，我们可以加入“重量”特征发生变化的多种变式，这些变式可以为学生提供辨认“概念图式”中相似特征的机会，扩展“概念图式”适用范围，从而促进或增强图式发展、迁移和自动化。

此外，教师也可以提供“排水体积变化形成的沉浮”或“液体密度引起的沉浮”这些与已有图式结构无关的变式，促使学生将已有图式中的相似特征，与变式中的无关特征进行区分，增进学生对概念和图式的甄别，促进学生对图式进一步理解。

综上所述，小学科学课堂教学设计应设置合理的认知负荷，将学生有限的认知资源作用于有意义的认知加工过程，促进学生在课堂学习中的科学概念建构。借助“图式”建构及相关活动，促进认知结构的良性循环是促进概念建构的有效方法和途径。

作者：惠浩　刘国良

第二篇：基于认知负荷理论的微课设计研究

摘  要 以认知负荷理论为基础，提出微课设计原则，从微课教学设计和微课媒体设计两个方面探讨其实施策略。

关键词 认知负荷理论;微课;微课教学设计;微课媒体设计

1 引言

随着互联网技术的高速发展，移动终端的大规模使用，微课越来越受到学习者的青睐。微课的内涵与形式在教学实践中不断地完善与丰富。不同学者对微课的概念持不同的观点，但是仔细分析之后发现，他们所定义的微课有几个共同点：微课为自主学习和移动学习提供服务;微课教学设计是围绕某一主题或知识点展开的;微课展现形式既可以是视频，也可以是文档等其他教学资源;微课的时长一般在10分钟左右;微课可以融合多种可帮助学习者提升学习质量的学习媒体形式。

认知负荷理论是由认知心理学家约翰·斯威勒首先提出的，其基本观点可概括为：学习过程需要工作记忆的参

与，要求将工作记忆积极地用于理解和处理材料，并对即将习得的信息进行编码、储存在长时记忆中;如果学习者所要加工的信息容量超出工作记忆所能工作的信息容量，那么学习将变得无效。

按影響认知负荷的不同因素，可以把认知负荷分为外在认知负荷（Extraneous Cognitive Load）、内在认知负荷（Intrinsic Cognitive Load）及相关认知负荷（Germane Cognitive Load）三类：内在认知负荷与学习者所使用的学习材料相关，指当学习材料中的内容之间关联密切且复杂琐碎以及学习者现有的认知策略难以适应新的学习内容时增加的认知负荷;外在认知负荷是指课程讲授者在进行教学设计时没有关注到学习者本身的心理认知特点与学习内容本身的内在逻辑结构，会使学习者被迫要花更多的精力来平衡与学习本身没有关联的负荷;相关认知负荷与学习者自身的认知策略的运用程度以及自行总结归纳上升到规则的能力有关。

相关认知负荷被认为是一种有效的认知负荷。因此，教学设计要想产生高效的认知效率，应降低外在认知负荷、内在认知负荷并增加相关认知负荷，使三者之和不超过工作记忆的总负荷[1]。如何在有限的十分钟左右的微课时间内，降低学习者内在、外在认知负荷，合理设计相关认知负荷，是本课题研究的主题。

2 基于认知负荷理论的微课设计原则

微课面向的对象是学习者，微课设计遵循以人为本的设计原则，即以学习者为中心，以降低内在认知负荷、减少外在认知负荷、增加相关认知负荷为手段、提高学习效率为目的。微课设计包含微课教学设计和微课媒体设计两个重要内容。

微课教学设计原则  微课的教学设计是对微课课程内容如何传授给学习者的总体设计。在微课教学设计中要避免将微课上成一堂缩短和精简之后的传统课堂教学，实际进行微课的教学设计应当以减少内在认知负荷为原则。微课的教学目标要可观察、可测量、可执行性强。微课的作用是帮助学习者获得知识或者习得技能，它的最终目标是要服务于学习者，所以必须要设计出让学习者能够检验自己学习结果的目标要求。既能激发学习者参与其中的兴趣，激发学习者主动学习，还能提高他们的学习效率。

微课受教学条件制约，授课时间短，难以完成传统课堂的教学任务。因此，微课设计者需要将原先的教学任务拆分成可以完成的微小模块，要将任务大小控制在学习者认知负荷之内。在微课的编排上同样要考虑学习者的认知程度和认知规律，以及知识内容的逻辑顺序，使得学习者在学习时能够逐步深入，建立知识框架，获得良好的学习效果。

微课媒体设计原则  微课媒体设计是对知识呈现方式的设计[2]。微课媒体设计遵循视觉美学原则，减少外在认知负荷、合理安排相关认知负荷是微课媒体设计的重要原则。

从学习者角度来看，优质的微课应具备三个要素：吸引力、易懂性、难忘性。吸引力即要求微课能够激发学习者听讲和思考该知识点的兴趣，愿意投入其中学习相关的知识点;易懂性是教学本身的内在要求，所以微课教学也要以此为原则进行设计;难忘性是指微课教学要达到一定的教学效果，要让学习者在学习完该微课之后将某个知识点内化于己，提高自己的认知水平，达到教学目的。

3 基于认知负荷理论的微课教学设计策略

随着信息时代的到来，教育信息化也日益融入广大教师的日常教学工作中。目前，大部分教师能够运用现代教育技术制作出微课，但这些微课往往是传统课堂的浓缩版本，并没有考虑到微课时间短、内容精等实际特点，也忽略了微课本身所具有的独特性质，造成微课资源众多，但缺乏真正有价值、精品级的微课资源。要想摆脱这种局面，要求每一位微课设计者掌握微课的设计策略，即要将注意力从制作技术炫酷的微课转移到微课设计的理论依据和思想上来，努力制作有实用价值的微课。

微课并不是机械地把微课设计者的思想百分之百地输入微课使用者的大脑中，而是作为微课设计者和微课使用者之间沟通的桥梁。因此，微课的设计过程必须要将微课使用者考虑进来，即以学习者为中心来进行设计。只有这样，才能够真正提高微课的质量，从而有效促进学习者的学习 [3]。

给学习者提供合适的知识内容以缓解内在认知负荷压力  依据有关认知负荷的理论，微课设计者不能直接改变学习者目前的认识图式与结构，但可以提供与其内在的认知程度相契合的知识内容，以达到减缓学习者的内在认知负荷，防止由于内在负荷超载而引起的学习者学习效果不佳的情况发生。因此，微课内容应该尽量选取对于微课使用者来说具有较大教育教学价值、学习者在自学的方式下无法理解或难以理解透彻的、相对而言简短完整的知识内容。这样就充分利用了微课通过多媒体呈现和多种样式展示知识内容的优势，又满足了微课视频对时间和知识内容的特殊要求。

合理的安排和设计缓解学习者学习的外在认知负荷  对微课的内容进行合理安排，符合学习者的认知规律。微课设计者对教学内容的组织应当在学科知识内在的逻辑关系和学习者长期以来形成的认知规律之间找到一个合适的平衡点，使二者能够有机统一起来，一起为学习者认知结构的建构提供有力的保障，促进学习者有意义的学习。

运用身边案例分析使得学习者获取知识更加容易  微课中理论性知识的讲解要深入学习者的日常生活，运用所学知识对生活中常见的现象进行分析，同时配以相应的多媒体形式，使得微课的讲解更有吸引力、更具体，更能促进学习者的理解，以便学习者在深入理解的基础上同化新知识，建构自己的认知图式，从而缓解相关认知负荷带给学习者的压力。

具有启发性的微课使学习者更难忘  每一个微课视频都是微课的设计者与课程的学习者之间进行交流的过程，所以微课的设计与呈现应当尽可能地呈现微课设计者对于该知识点的理解与见解，力求避免所讲授的知识点在微课视频画面中简单排列，不能把微课设计成视频版的书籍、不翻页的“课本”。这样不仅浪费学习者的时间，不利于学习者学习任务的完成和学习质量的提高，而且会抑制学习者的学习主动性。启发性原则应用到微课的设计中，可以为学习者的思考铺设一个可以深入分析和钻研的学习方向，引导其深入学习。

4 基于认知负荷理论的微课媒体设计策略

微课媒体设计是微课设计中的重要组成部分，针对上述提到的微课媒体设计要素提出相应的策略。

满足学习者视觉与听觉层次的本能需求，减少其对微课的排斥性  微课作为一种课程形式，受到其本身特征的限制。微课是通过手机端或PC端播放的，其画面效果和音质效果要满足学习者的基本要求，即要达到一定的画面美感与音质的纯净感。人本能对杂乱的视觉效果、刺耳嘈杂的声音有一种天然的排斥感，因此，在微课媒体设计环节首先要满足的便是人的本能需求[4]。

可视化的界面使学习者更容易理解教学内容，增强微课易懂性  微课通常通过视频的形式把知识传递给学习者。视频的优势在于它可以通过生动形象的图文、动画将复杂的知识内容简洁地传递给学习者，可以将冗长的过程内容精炼地展示给学习者，可以将抽象的学习内容具体地呈现给学习者，帮助学习者准确、深刻地理解讲授者想要传递的知识内容。尤其是在要求时间较短，并且适应于碎片化学习的微课设计中，可视化的特点大大降低了讲授者讲解知识点的难度。所以，微课设计者在进行微课设计时，要尽量使复杂的知识简单化、冗长的知识精炼化、抽象的知识具体化，尽可能地发挥视频可视化这一特性的长处，提升微课视频使用者的学习效率。

遵循多媒体设计的原则，优化学习资料的呈现效果

1）要遵守临近原则，力求避免由于为微课使用者呈现的材料没有集中在同一视野范围而造成学习者注意力分散，从而导致学习者学习效率下降 [5]。微课视频的一大亮点是可以对同一个知识点进行多元表征，为学习者提供多通道知识传递，提高学习效率。但同时，多元表征带来的问题是在进行同一个知识点讲解的过程中需要展现多个元素，此时要遵循临近原则，优化学习材料的呈现效果。

2）要遵守微课视频的多通道原则，能够运用多种媒体对所讲授的知识内容进行呈现，增加其相关负荷。工作记忆对视觉信息和听觉信息的加工是分离的，这两种通道互不干涉，当有多种通道可以使用时，将其余的通道闲置下来，仅仅使用其中的一种通道，这是不明智的选择。同样的知识点用不同的通道方式进行授课，学习效果要优于单一通道方式的学习效果。这同样要求微课视频设计者充分发挥微课视频独特的优势，不仅能够帮助所有的学习者把多种学习交流通道活动起来，而且能够照顾到擅长不同种交流通道的学习者，很好地满足当代学习者对个性化服务的需求，最大限度地引起学习者强烈的求知欲，促进其对知识点内容的掌握和应用。

3）要避免微课中内容的冗余，尽量减少其外在认知负荷。微课向来以短小精悍著称，课堂中本来就不应该有多余的文字、图片等出现，微课本身的特性在这一方面对它提出更为严格的要求。冗余信息会浪费学习者的工作记忆资源，增加外在认知负荷。

5 结语

微课为学习者的自主学习与终身学习提供了便利的条件，其内容与形式也在不断完善与改进。每一个微课设计者都应以学习者为中心，在合理安排认知负荷的原则下进行设计，如此才能开发出有实际价值的微课。

参考文献

[1]申辉，王玮.基于认知负荷理论的设计史论微课设计[J].大众文艺，2018（19）：100-101.

[2]王琳，劉晓欣.碎片化学习视域下的微课程设计探究[J].河北广播电视大学学报，2019，24（2）：68-71.

[3]王珏，刘蓉芳，唐建军，等.微课制作：不积跬步，无以至千里：有关微课媒体设计的交流[J].中国信息技术教育，2019（6）：4-8.

[4]诺曼.设计心理学[M].3版.小柯，译.北京：中信出版社，2015：54-57.

[5]王玉鑫，谢和平，等.多媒体学习的图文整合：空间邻近效应的元分析[J].心理发展与教育，2016，32（5）：565-578.

作者：朱世昕 王永花

第三篇：基于认知负荷理论的数学“翻转课堂”教学模式探究

摘要：从认知负荷理论的内在认知负荷、外在认知负荷及关联认知负荷视角出发，以初中七年级数学课程中的二元一次方程的翻转课堂内容为课例，分析与探讨翻转课堂从教学模式上颠倒学习内容传递和内化顺序的特征及从本质上降低认知负荷的心理学实质，以期为国内翻转课堂的应用研究提供认知负荷内在机制的参考。

关键词：认知负荷理论 数学翻转课堂 教学模式

一、认知负荷理论

认知（cognition）是个体获得知识和解决问题的操作和能力，即信息加工的过程和能力，而认知负荷是指进行信息加工时，认知资源被占用的比例。认知资源（cognition capacity）有限理论认为对学习内容的识别需要占用认知资源，当学习内容越复杂时，占用的认知资源就越多，而我们的认知资源是有限的，当认知资源完全被占用时，其他学习内容将得不到注意而不被加工，即认知负荷超载。1981年John Sweller将认知负荷的概念引入到教学领域，并提出认知负荷理论（Cognitive Load Theory，CLT），该理论基于资源有限理论和图式理论，探讨信息加工过程中工作记忆和长时记忆的关系以及对复杂学习和问题解决的影响，同时也成为多媒体教学设计的理论基础，并为其提供理论框架[1]。

1.认知负荷理论的理论基础

认知负荷理论结合人类认知结构特点，以认知资源有限理论和图式理论为理论基础，提出学习的过程就是图式的获得与图式自动化的过程。

认知资源有限理论认为，工作记忆和长时记忆共同构成人类认知结构，其中工作记忆容量有限，在4～60秒的时间内只能对7±2个单位的信息进行加工，通过复述可以让信息保持在工作记忆阶段或进入长时记忆，如果要让短时记忆的信息能够进入长时记忆且更长久地保持在长时记忆中，需要使工作记忆的信息与长时记忆中的认知结构（图式）产生意义上的联系，使已有的认知结构起到稳固新知识点的作用。存储于长时记忆的知识结构以图式或系统化的方式存在，当需要使用时，可从长时记忆中提取到短时记忆阶段并进行信息加工[2][3]。

图式理论认为图式是一种有组织的知识结构，它反映某类知识的基本特征和规律，凭这一类知识可以对一事物进行分析和归类。使用图式可以简化人对事物的识别与分类，从而降低工作记忆的认知负荷。在数学学习过程中，学生通过大量的练习，可将图式按照性质进行归类、重新组织，建构出新的图式，当遇到新的问题时，只需要根据问题特征，从长时记忆中“寻找——匹配”相关图式，即可将新的问题置于已有图式中进行归类——选择解决策略——解决问题，问题解决次数越多，图式结构越精致化，最终在信息提取时达到自动化，从而节省认知资源空间，减轻工作记忆的认知负荷。

2.认知负荷理论的分类

Sweller从教学设计的角度将认知负荷分为三类，即内在认知负荷、外在认知负荷和相关认知负荷[4]。

内在认知负荷与学习内容的特征及学习者已有的知识经验有关，学习内容的构成元素越少，则元素间的交互作用越小，内在认知负荷就越低；从学习者的内在知识结构来看，学习者长时记忆中存储的与当前学习内容相联系的知识经验或图式越丰富、越系统、越稳固，则内在认知负荷就越低。根据认知资源有限理论，工作记忆的容量是7±2个单位，即5～9个单位，看似很难突破，但是如果把每个单位看成是一个组块（chunk），想办法去增加每个组块的容量，在有限的认知资源空间中，工作记忆的容量会数倍增大。例如，在数学学习中，一个数字可以作为一个组块，一个公式也可以作为一个组块，还可以将若干个公式根据其逻辑关系形成一个组块。当然，学习者对每一个组块单位要非常熟悉且信息提取达到高度自动化，而组块内部的熟练化和自动化是在平时学习过程中逐步积累、训练、巩固而成的，因此，在问题解决过程中不需要占用更多认知资源空间，当要处理相关信息时，从长时记忆中提取到工作记忆，进行信息加工，从而降低认知负荷。

外在认知负荷与学习材料的呈现形式有关。呈现形式越合理，越符合学习者的认知水平，学习者信息加工的干扰因素越少，外在认知负荷就越低，越有利于学习。台湾学者陈明璋在AMA认知与数字化教学的报告中提出，在呈现一段文字或一道题目时，最好将整段文字拆成若干个简短的小句子，且每个小句子分开来写，并将每个句子中的关键词用不同的字体、字号或颜色呈现，这样，学生在阅读题目过程中会感觉不费劲，对重点能引起注意，且易于理解[5]。究其实质，就在于外在认知负荷的降低，因此在数学教学中，对学习内容重新组织，选择恰当的呈现方式，从教学策略、多媒体使用手段等方面重新进行设计，从而降低外在认知负荷，尤其对于难度较大且逻辑性很强的问题，题目本身特征决定内在认知负荷较高，从内容的设计、多媒体呈现手段和活动策略等方面降低外在负荷就显得尤为重要。

关联认知负荷是学习者在工作记忆信息加工过程中的心理努力程度，心理努力越强，关联认知负荷越高，相伴随着情绪唤醒水平也提高，有利于促进学习者积极学习，心理努力在学习者学习时才能得以测量[6]。关联认知负荷是促进学习者学习的有效认知负荷。

3.基于认知负荷类型的教学策略

根据认知负荷理论的分类，剖析数学学习内容中与认知负荷具体类型相关的影响因素，并提出相应的教学策略（见图1）。

二、基于认知负荷理论的数学“翻转课堂”教学

1.翻转课堂的发展

“翻转课堂”（Flipped Classroom），其理念最早出现在19世纪，General Sylvanas Thayer在教学中总结了一套教学方法，即在课前学生通过教师提前发放的资料进行学习，课上时间用来批判性思考和小组协作解决问题，是翻转课堂的雏形。Salam Khan将辅导资料制作成视频，放到YouTube网站上，帮助学生解决了不能到课堂上课的问题，受到学生的喜爱，也收到世界各地的积极反馈，之后创建Khan研究所，对翻转课堂起到关键性的推动作用[7][8]。美国“林地公园”高中化学教师Joe Bergmann & Aroe Sams用录屏软件录制PPT演示文稿的播放与讲解，给旷课学生看，很受学生欢迎，之后他们颠倒传统教学模式，让学生提前观看录制视频，课堂时间用来解决问题并完成作业。这一模式推广后，教学效果超乎预期[9]。

“翻转课堂”的实质是翻转了传统的教师讲授、学生接受的模式，学生在课前学习教师提前录制的视频和发放的学习材料，课堂时间用于小组讨论、合作学习和问题解决，学生可根据自己的认知负荷状况调整信息呈现时间和学习进度，从而减轻认知负荷，促进工作记忆的信息加工效率。从心理学的角度看，翻转课堂教学模式从本质上是降低了认知负荷，使学习者的认知资源得到更合理的分配，从而获得更好的学习效果。

2.基于认知负荷理论的数学“翻转课堂”课例分析

以银川市某初级中学“翻转课堂”教学为例，选择七年级数学课程中的《二元一次方程》课例进行分析，在学生原有认知结构中已有一元一次方程的相关图式，在学习本节内容时需要将相关知识从长时记忆中提取出来进行匹配与区别，以加深对新内容的理解。

基于对二元一次方程与一元一次方程概念的区别、二元一次方程解的概念及解的不唯一性、以及如何用一个未知数的代数式来表示另一个未知数等内容的阐释，教师制作了一个时长7分钟的课前微课，让学生在课前进行学习。

从认知负荷理论的角度分析，关于一元一次方程的内容，学生已经学习过，且假设经过之前大量的练习已非常熟练，从长时记忆提取到工作记忆的过程已达到自动化，可将这部分内容作为一个组块（chunk）单元。由于高度自动化，在工作记忆中进行信息加工时，其所占用的认知资源空间非常有限，因此，对这部分内容的信息处理所需的认知负荷较低，可以节省更多的认知资源去加工和处理二元一次方程相关的内容。

微课时长7分钟，学生在学习过程中可以完整的听完，而对于不太理解的部分倒回来重新学习，需要记笔记时就暂停。这个环节看似非常简单，却非常有利于降低内在认知负荷。在传统课堂中，很多学生普遍的感受是教师在讲到某个环节时，由于思路没跟上或注意力稍不集中，某个承上启下的关键知识点就错过了，以至于后面的内容也不太理解，而微课的可重复性，使学生在单位时间内要处理的信息量下降了，内在认知负荷也降低了。

教师在导学案中根据问题的难易程度，有梯度、渐进式地提出问题，让学生根据自己的学习进度和理解程度来进行回答。如让学生尝试着给二元一次方程下定义——提炼二元一次方程的特点——试图自己列出二元一次方程的式子——通过实例为二元一次方程求解等具体问题。学习材料的呈现顺序与外在认知负荷有关，由易到难的认知过程有利于认知负荷的降低，其原理在于教师最初给学生呈现的学习内容是最初级的，最易于解答的，因此它的内在认知负荷较低；在学生掌握之后，进入到稍有难度的内容中，而之前学习过的较简单的问题已不再或较少占用认知资源空间，留下更多空间学习稍难的内容。以此类推，按照难易程度及逻辑顺序来安排学习内容，总能够为内在认知负荷较高的更难的内容留下更多的认知资源空间，从而达到降低其外在认知负荷的目的。

在学生课前学习过程中，会产生一些疑问，然后在课堂上进行小组讨论，教师在学生讨论的基础上，除了要对学生存在的基本问题进行解答之外，还要进一步提出一些引发学生深度思考的问题。如利用学生在例题中对二元一次方程求解的过程，引导学生类比一元一次方程的解的概念去归纳出二元一次方程的解的概念；针对二元一次方程解的不唯一性，让学生对某个二元一次方程的实例算出不同的解，并针对学生的学习给予及时的反馈，从而加深对内容的理解；针对二元一次方程求解的方法，引导学生体会用关于一个未知数的代数式去表示另一个未知数的过程，其实质是解y的一元一次方程，从而将数学主元思想渗透融合到学生的认知结构中。教师让学生进行小组讨论，并提出引发学生思考的有一定深度的问题，可以激发学生学习热情及内在动机，使学生进行探究性学习，并在一定程度上保持情绪唤醒水平，同时，教师根据学生对题目的解答给予及时反馈，实质上是一种强化策略，这些均会适度增加关联认知负荷。

总之，从认知负荷理论的角度思考，会发现翻转课堂教学模式对学生的学习过程进行了重构，“信息传递”在课前以微课的形式进行，其可重复性决定单位时间内需要接受和吸收的信息量下降，从而降低内在和外在认知负荷。“吸收内化”是在课堂上通过互动来完成的，学生间的相互交流有助于促进学生知识的吸收内化；教师提前了解学生的学习困难，从而在课堂上给予有效的辅导并提出引发学生深入思考的问题，提高了关联认知负荷。

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[作者：杨丽恒（1976-），女，宁夏青铜峡人，宁夏大学教育学院心理系讲师，硕士；原文志（1962-），男，山西绛县人，太原师范学院数学系教授；马建宏（1973-），男，宁夏中卫人，宁夏大学教育学院副教授，硕士。]

【责任编辑 郭振玲】

作者：杨丽恒 原文志 马建宏