认知负荷理论在小学数学教学中的应用

摘 要：认知负荷理论为小学数学教学提供了新的视角.在教学过程中，学生常常面临内在和外在认知负荷的挑战，影响学习效果.内在认知负荷源于学习材料的复杂性和学生先验知识的不足，外在认知负荷则主要由教学设计不当导致.本文提出了在小学数学教学中应用认知负荷理论，通过精简教学内容、优化教学设计和增强关联认知负荷等措施，降低学生的内在和外在认知负荷，旨在帮助学生更轻松地理解和掌握知识，提高学习效果．

关键词：认知负荷理论；小学数学；教学

随着教育改革的深入，小学数学教学的目标已经从单纯的知识传授转变为培养学生的数学思维和问题解决能力.在实际教学过程中，教师面临着减轻学生的认知负荷，确保学生深入理解并掌握知识的挑战.认知负荷理论为教师提供了一个重要的理论框架，用于分析和解决这一挑战.［1］在小学数学教学中，学生的内在认知负荷和外在认知负荷是影响学习效果的关键因素.内在认知负荷源于学习材料的复杂性和学生的先验知识水平，外在认知负荷则与教学设计的不当密切相关.［2］为了减轻学生的认知负荷，提高学习效果，教师需要有针对性地采取教学策略.本文旨在探讨认知负荷理论在小学数学教学中的应用策略，并分析这些策略的实际效果.首先，本文介绍了小学数学教学的目标与要求，以及学生在数学学习过程中面临的认知负荷问题.其次，本文详细阐述了如何通过精简教学内容、优化教学设计和增强关联认知负荷来降低学生的内在和外在认知负荷.［3］最后，本文分析了这些策略在实际教学中的应用效果，以期为小学数学教学提供有益的借鉴和启示．

1 认知负荷理论的内涵与价值

1.1 认知负荷理论的内涵

认知负荷理论强调在处理信息时，大脑所承担的认知任务量.［4］在小学数学教学中，应用这一理论意味着教师要关注学生的学习负荷，确保教学内容和方法既能挑战学生的思维能力，又不至于使其过载.笔者在教学实践中通过分析教学内容的复杂度和学生的个体差异，合理设计教学任务，优化教学方法；通过直观的教学工具和生动的实例，降低学生的内在认知负荷；通过清晰的教学步骤和适时的引导，减少学生的外在认知负荷.实施这些举措后，笔者发现学生的学习效果显著提升，不仅学生的数学成绩有所提高，更重要的是，他们的学习兴趣和自主学习能力也得到了增强.这充分证明了认知负荷理论在小学数学教学中的有效性和实用性．

1.2 认知负荷理论在教学设计中的应用价值

认知负荷理论，作为教育心理学的重要分支，为教学设计提供了有力的理论支撑.［5］在小学数学教学中，该理论的应用价值尤为显著，它不仅有助于教师更科学地设计教学内容和方法，还能有效提升学生的学习效果和兴趣.首先，认知负荷理论强调了个体在工作记忆处理信息时的局限性.在小学数学教学中，这一理论促使教师更加关注学生的学习负荷.教师可以通过分析学习内容的难度、复杂度和学生的个体差异，来合理设定教学目标和教学步骤，避免造成学生的认知超负荷.其次，认知负荷理论为教师提供了降低外在认知负荷的方法.在小学数学教学中，教师可以通过优化教学材料的呈现方式，减少冗余信息，提供清晰的教学指导等方式，来降低学生的学习难度，使他们能够更加专注于核心知识点的学习.同时，认知负荷理论还鼓励教师增加学生的关联认知负荷.教师可以通过设计有意义的学习活动，提供支架式学习支持，引导学生进行深度学习等方式，来帮助学生建立新、旧知识之间的联系，提高他们的学习效果和兴趣.在实践中，笔者发现认知负荷理论的应用对小学数学教学产生了积极的影响.学生的学习效果得到了显著提升，他们的学习兴趣和自主学习能力也得到了增强.同时，教师也更加注重学生的个体差异和学习需求，更加关注学生的学习过程和学习体验.认知负荷理论在小学数学教学中的应用价值不容忽视.它为教师提供了科学的理论支撑和实践指导，帮助教师更好地设计教学内容和方法，提升学生的学习效果和兴趣．

2 精简教学内容，降低内在认知负荷

在小学数学教学中，学生的内在认知负荷往往因学习材料的复杂性和自身先验知识的差异而有所不同.［6］学生处于认知发展的关键时期，他们的抽象思维能力尚未完全成熟，数学作为一门需要高度抽象思维的学科，往往让学生感到困惑和挫败.为了减轻这种负荷，笔者尝试以图画作为教学辅助工具，引导学生通过直观的图画来理解和反思数学知识，进而精简教学内容，使其与学生的认知能力更加匹配.同时，图画还能激发学生的兴趣，提高他们参与课堂讨论的积极性，为降低内在认知负荷提供了有效的途径．

以人教版《义务教育教科书数学三年级上册》中《分数的初步认识》这一单元教学为例，教师可以设计一系列与分数相关的图画，如半个苹果、三分之一个蛋糕等.在课堂上，教师先展示这些图画，引导学生观察并思考每个图画所代表的分数.接着，教师让学生用自己的语言描述这些分数的含义，并尝试将它们与日常生活中的例子相联系.在这个过程中，教师可以适时地提出一些问题，如“这个分数是如何得到的”“它表示了什么意义”等，引导学生深入理解和掌握分数的概念.为了进一步巩固学生的理解，教师还可以设计一些互动环节，如让学生分组合作，用图画表示出不同的分数，并互相解释和讨论.这样的活动不仅能够加深学生对分数概念的理解，还能够培养他们的合作精神和沟通能力.通过引入图画引导反思的教学策略，笔者取得了显著的教学效果.首先，学生的内在认知负荷得到了有效的降低.学生能够更加轻松地理解和掌握分数的概念，减少了因理解困难而产生的挫败感.其次，学生的学习兴趣得到了提高.图画作为一种直观、有趣的教学辅助工具，能够吸引学生的注意力，激发他们的好奇心和求知欲.最后，学生的数学素养得到了提升.通过反思和讨论，学生能够更加深入地理解数学知识，形成自己的思考方式和解题方法，为今后的数学学习奠定坚实的基础．

通过图画引导反思的教学策略，笔者成功地将认知负荷理论应用于小学数学教学中，并取得了良好的教学效果.这一策略不仅减轻了学生的内在认知负荷，提高了他们的学习兴趣和数学素养，还为小学数学教学的创新和发展提供了新的思路和方法．

3 优化教学设计，降低外在认知负荷

教学设计是教学活动的核心，它直接影响学生的学习体验和效果.［7］在小学数学教学过程中，外在认知负荷往往是由于教学设计的不当导致的，如信息呈现方式混乱、学习材料组织不合理等.这些因素不仅增加了学生的学习难度，还可能导致学生产生挫败感，影响学习效果.因此，教师需要优化教学设计，使教学内容更加清晰、直观，降低学生外在认知负荷，帮助学生接受和理解新知，提高小学数学教学质量．

在具体实施中，教师可以选择或设计一些图文并茂的材料，将抽象的数学概念与具体的图象相结合，帮助学生更好地理解和记忆知识.例如，在教授“长度单位”时，教师可以使用带有实际物体图片的材料，让学生直观地感受到不同长度单位的大小和关系.同时，板书是课堂教学中不可或缺的一部分.教师可以设计清晰明了的板书，将重要的知识点和步骤以简洁明了的方式呈现出来，方便学生随时回顾和复习.同时，教师还可以利用不同颜色或符号来区分不同的知识点，增加板书的可读性和吸引力.另外，讲解是课堂教学的主要方式之一.教师可以采用生动有趣的讲解方式，将枯燥的数学知识变得生动有趣起来.例如，在教授“加减法”时，教师可以设计一些有趣的游戏或故事情境，让学生在轻松愉快的氛围中学习和掌握知识.此外，教师借助多媒体教学工具，如PPT、视频等，可以为学生提供更加直观、形象的学习体验.教师可以利用这些工具将数学知识以动画、图片等形式呈现出来，降低学生的认知难度.同时，教师还可以利用这些工具设计一些互动环节，增强学生的参与度和兴趣.以“认识图形”为例，首先，教师可以通过展示一些日常生活中常见的图形图片（圆形、正方形、三角形等），引起学生的兴趣和好奇心.其次，教师可以利用PPT展示各种图形的特点和性质，同时配以生动的动画和讲解，帮助学生理解和记忆.再次，教师可以设计一些互动游戏或实践活动（拼图游戏、找图形等），让学生在游戏中巩固所学知识，并尝试将所学知识应用到实际生活中.最后，教师通过板书的形式总结归纳本节课的重点内容，帮助学生形成清晰的知识框架．

通过优化教学设计，笔者成功地降低了学生的外在认知负荷.学生在课堂上更加专注、活跃，对所学知识的掌握也更加牢固.同时，笔者还发现学生在课后复习和完成作业时的效率也得到了提高.这表明优化教学设计不仅有助于降低学生的外在认知负荷，还能提高学生的学习效果和兴趣．

4 增强关联认知负荷，提高学习效果

在小学数学教学中，学生往往容易陷入“知识点孤岛”的困境，即各个知识点之间缺乏有效的关联，导致学生难以形成完整的知识体系.［8］为了帮助学生更好地理解和应用数学知识，教师应增强学生的关联认知负荷，即鼓励他们在学习过程中积极建立知识之间的联系，形成知识网络.这不仅有助于提高学生的记忆效率，还能帮助他们更好地理解数学知识的内在联系和规律.同时，为了增强关联认知负荷，学生需要投入更多的认知资源来建立知识之间的联系，这在一定程度上也能激发他们的学习兴趣和动力．

在具体实施过程中，教师可以通过设计一些涉及多个知识点的数学问题，让学生在解决问题的过程中不断巩固和应用所学知识，并尝试建立知识之间的联系.例如，在教授“分数的加减法”时，教师可以设计一些涉及分数与整数、分数与小数的混合运算题目，让学生在解决问题的过程中不断回顾和巩固已有知识.同时，合作学习是一种有效的学习方式，能够让学生在互相交流和讨论中分享彼此的知识和见解.在小学数学教学中，教师可以组织学生进行小组合作学习，让他们共同解决一些具有挑战性的数学问题.通过合作学习，学生可以互相启发、互相补充，从而更好地建立知识之间的联系．

以“数的认识与运算”教学为例，首先，教师简要回顾之前学过的数的认识和运算知识，为接下来的学习做好铺垫.教师提出一个涉及多个知识点的数学问题，如“小明有5个苹果，小华给了他3个，但后来又拿走了2个，现在小明还有多少个苹果”，这个问题既涉及了数的加减法运算，又涉及了数的认识知识点.教师将学生分成若干小组，让他们共同讨论并解决这个问题.在讨论过程中，教师鼓励学生互相交流、互相启发，尝试从多个角度思考问题.讨论结束后，每个小组选出一名代表汇报他们的解题思路和答案.在汇报过程中，教师引导学生比较不同解题思路的优缺点，并总结出最佳解法．

通过实施以上教学策略，笔者成功地增强了学生的关联认知负荷.学生在解决问题的过程中不仅巩固了所学知识，还建立了知识之间的联系，形成了完整的知识网络.这种教学方式不仅提高了学生的学习效果，还激发了他们的学习兴趣和动力.同时，通过合作学习的方式，学生之间的交流和合作也得到了加强，有助于培养他们的团队协作能力和沟通能力．

5 结语

经过对认知负荷理论在小学数学教学中的应用与效果的分析可以得出以下几点结论：首先，精简教学内容是降低内在认知负荷的关键.通过减少冗余信息和复杂性，可以确保学生能够更好地理解和掌握知识，从而提高了他们的学习效率和兴趣.其次，优化教学设计对于降低外在认知负荷至关重要.教师通过采用图文并茂的材料、清晰明了的板书设计和生动有趣的讲解方式，可以成功吸引学生的注意力，降低他们的认知难度.多媒体教学工具的应用也进一步增强了教学效果.最后，增强关联认知负荷是提高学习效果的有效途径.设计具有挑战性的数学问题，并鼓励学生进行合作学习，不仅能帮助学生巩固所学知识，还能促进他们之间的交流和合作，使其形成更加完整和深入的知识网络.综上所述，认知负荷理论在小学数学教学中的应用，对于提高学生的学习效果和兴趣具有重要意义．

参考文献

［1］黄伟菁，毛禧雯，杨昔阳.结合认知负荷理论与GeoGebra的数学信息化教学［J］.中国教育技术装备，2023（7）：35-38．

［2］陈幼贞，张曼曼，林秋蓉.认知负荷与编码方式影响小学数学学业不良生的前瞻记忆及其成分［J］.心理学报，2022（12）：1491-1502．

［3］岳孟阁.认知负荷理论视角下初中数学教学设计研究——以“用频率估计概率”为例［D］.阜阳：阜阳师范大学，2022．

［4］项文明.认知负荷理论下小学数学教学策略［J］.新教育，2021（14）：73-74．

［5］钟熠，谢圣英.基于不同认知负荷任务的学生心理折叠水平研究［J］.数学教育学报，2020（3）：25-31．

［6］葛同苏.认知负荷理论基础下小学数学应用题的教学［J］.小学科学（教师版），2017（9）：135．

［7］葛同苏.浅谈认知负荷理论及其对小学数学教育的启示［J］.课程教育研究，2017（37）：148-149．

［8］沈佳慧，张云飞.基于认知负荷理论的小学数学——课堂有效教学策略［J］.考试周刊，2017（38）：107．