认知负荷理论在高三化学学困生复习中的几点应用

摘要：高三化学学困生一则面临升学压力，学习时间紧迫；二则基础知识学习不够扎实，由此造成对于某些知识学不懂。认知负荷理论及其效应认为学生学不懂是因为总的认知负荷超过了其认知承载能力，可以通过图式的构建和自动化、知识渐进、简单—复杂任务序列等策略降低认知负荷。文章结合具体例题，浅谈高三化学学困生在元素及其化合物、化学反应速率和平衡、电化学等方面的复习策略。

关键词：认知负荷理论；认知负荷效应；高三化学学困生；复习策略

文章编号：1005–6629（2013）12–0024–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

随着新课程改革的深入，学困生的学习愈加成为高中教与学的重要话题。经对相关文献分析和笔者的一些相关经验总结[1]，对于高三化学学困生来说，一则面临升学压力，学习时间紧迫；二则学科知识基础不够扎实，没有形成健全的知识结构或自动化的图式，由此造成一个共同的显著特点就是多处知识未学好，以至于总的认知负荷超过了其认知承载能力。在这种情况下，应用认知负荷理论，促使学困生采用有效的复习策略以降低认知负荷、提高学习效率十分重要。

1 认知负荷理论

认知负荷理论是由John SwelleqrSYEPyID+MN+6RgnYT4iaDHp4TIMoNABafGMo/Zy9Q=r、Fred G. W. C. Paas等人提出的，并且区分了三种不同的认知负荷类型：外在认知负荷（Extraneous Cognitive Load）、内在认知负荷（Intrinsic Cognitive Load）与相关认知负荷（Germane Cognitive Load）。内在认知负荷是由学习内容本身引起的，其高低主要取决于内容的复杂程度及学习者的原认知水平；外在认知负荷主要是由信息的呈现方式不当引起的；相关认知负荷是指在新的图式建构或图式自动化的过程中占用的认知资源[2]。认知负荷理论认为，这三种认知负荷是可以累加的。它们的总和如果超出了工作记忆的总体承载能力，就会使学习陷入困境。这从理论层面回答了化学学困生为什么会产生学习困难这个问题：在该生一定的原有认知结构下，要认知的化学信息总负荷超过了其工作记忆资源的总体承载能力。据我们深入观察和分析，在三种认知负荷中，内部认知负荷是影响高三化学学困生复习的主要因素。

John Sweller认为可以通过两种方式来降低内部认知负荷：一是图式的建构，二是图式的自动化。图式建构是指把原本独立的若干元素组织成一个单一元素；图式的自动化则是信息加工从受控加工转向自动加工，从有意识的努力转向无需有意注意，因而也能够降低工作记忆负担。但是图式的自动化不是自动完成的，它也需要充分练习[3] 。梅耶等则认为，通过任务分割，即把呈现材料分成几个片段并分别进行充分的认知加工，也可以降低学生的内在认知负荷[4]。另外，认知负荷理论中的几种效应如解答样例效应（Worked example effect）、分离关联元素效应（Isolated interacting elements effect）、自我解释效应（Self-explanation Effect），降低认知负荷的策略如知识渐进策略（Knowledge pro gression）、简单-复杂任务序列策略（Whole-task Sequencing）等，[5]为高三学困生复习困难的解决提供了一定的指导。

2 认知负荷理论指导高三化学学困生复习的探讨

2.1 关联认知负荷在元素及其化合物复习中的应用

元素及其化合物就整体而言知识点比较零碎，各知识点的关联程度较低。当以无机推断题或元素推断题等形式从整体考察时，对于学困生来说信息负荷较大，解题时很容易因负荷超载而无从下手。

从适当增加关联认知负荷以降低内部认知负荷的角度来看，在指导学困生复习时，如果依据元素及其化合物的某种理化性质，将零碎的知识点以某种关联构建成若干个图式，如将高中所学过的化学物质按照具有漂白性、颜色为红色、颜色为黄色、可以和水发生反应等等分别进行归类，形成一个个图式，让其通过练习使这些构建的图式进入长时记忆并较快达到自动化，则可以降低解推断题时的信息负荷，同时也为将来解题时提取相关知识提供了线索。

例如，A、B、C是中学化学常见的三种物质，它们之间的相互转化关系如图：

化学反应速率和平衡，知识点多且内在逻辑性强，复习时进程快，相对学困生而言很容易超出其认知承载能力，一般要采取一定方式将其简化，在此可以借鉴知识渐进或简单—复杂任务序列。知识渐进是指将复杂的学习材料分两个阶段呈现。第一阶段，将复杂材料分解成若干个信息单元并依次呈现，每次只需加工一个单元；在完成每个独立单元的学习之后进入第二阶段，此时同时呈现全部信息，并关注信息单元之间的关联。知识渐进法对于低水平的学困生在面对复杂问题但缺少必要的基础知识时，是一种非常有效的复习方式。简单—复杂序列是指首先从学习者在真实情境中所能遇到的最简单任务开始，逐渐增加任务，其本质上就是“整体任务”，它从一开始就关注任务各个成分之间的协调和整合，强调让学习者快速形成对于任务的初步整体印象。

这是一种关于“等效平衡”类型的题，此类型的题牵涉到的知识点有可逆反应的特点、化学平衡的概念及影响平衡的因素等等，复习此类型的题需要学习者对牵涉的各个知识点有透彻的理解。对于处于低水平的学困生来说，宜采取“知识渐进”的方法，首先复习可逆反应的特点、化学平衡的概念、影响平衡的因素等各个基本知识点并使其达到自动化，然后再综合起来复习该类型的题。而对于中等水平的学生而言，宜采取“简单-复杂任务序列”的方法，即从整体上把握，由相对简单的开始然后逐步深入。由于解决该题的关键是理解并运用“等效平衡”原理，因此可以先在“等效平衡”原理的简单水平进行复习。即考虑在t℃时，向体积固定的一容器中投入2 mol SO2和2 mol SO3，通过“等效平衡”折算相当于投入多少摩尔SO2和O2——投入的2 mol SO3通过方程式可折算成2 mol SO2和

2.4 分离关联元素效应在电化学复习中的应用

分离关联元素效应认为在某种学习情况下以一种分离的方式逐次呈现具有关联性的信息元素，比一次性地呈现所有相关联的元素更能促进学习[7]。电化学这块知识与氧化还原反应概念关联密切，由于内部认知负荷与个体的认知水平有关，这块知识对不同学困生而言其难度不同，即对不熟悉氧化还原反应概念的学困生来说认知负荷较大。对此根据分离关联元素效应，复习时第一步要先回想氧化还原反应的知识点，在氧化还原反应相关知识熟悉之后再深入电化学知识领域进行复习，这样通过分离关联性知识的方式进行复习以降低认知负荷，达到良好的复习效果。而对于该知识点认知程度较高的学生，则可直接对电化学进行复习同时也巩固了氧化还原反应的相关知识。

除上述之外，在学生学习的过程中还要注意使学生充分利用自我解释效应[8]，即对有相互关联的化学知识之间的关系做出自我解释，在自我原有的知识经验上来促进图式的建构。再则，由于信息的呈现方式不当会Njpe6cJu7HbCtzMlw9ACCg==产生外在认知负荷，给学习带来困难，因此在选择学习资料时要特别注意化学知识编排与呈现形式是否恰当。

3 结语

由于认知负荷理论及其效应关注学习者个体的认知结构与信息之间的交互作用，因此在教和学的领域能给予理论指导并产生重要影响。但将该理论指导下的策略应用到真实的教学情境中究竟会产生多大的影响还需进一步的量化研究与实证研究。

参考文献：

[1]丁革兵.促进高三化学学习困难学生自我监控能力发展的策略与实践[J].中学化学教学参考，2009，（12）：15～18.

[2]赵立影，吴庆麟.基于认知负荷理论的复杂学习教学设计[J].电化教育研究，2010，（4）：44～48.

[3][6] Sweller J.，Merriёnboer J. Cognitive Architeture and Instructional Design [J]. Paas F. Educational Psychology Review，1998，10（3），251～296.

[4] Mayer R.，Moreno R.. Nine Ways to Reduce Cognitive Load in Multimedia Learning [J]. Educational Psychologist，2003，38（1），43～52.

[5]庞维国.认知负荷理论及其教学涵义[J].当代教育科学，2011，（12）：23～28.

[7] Blayney P.，Kalyuga S.，Sweller J.. Interaction between the Isolated-interactive Elements Effect and Levels of Learner Expertise： Experimental Evidence from an Accountancy Class [J]. Instructional Science，2010，（38）：277～287.

[8] Atkinson R. K.，Renkl A.，Merrill M. M.. Transitioning from Studying Examples： Effects of Selfexplanation Prompts and Fading Worked-out Steps [J]. Journal of Educational Psychology，2003，（95）：774～783.