數(shù)學(xué)課件設(shè)計(jì)中降低認(rèn)知負(fù)荷的有效策略

數(shù)學(xué)課件設(shè)計(jì)中降低認(rèn)知負(fù)荷的有效策略

數(shù)學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)指出：“現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展對(duì)數(shù)學(xué)教育的價(jià)值、目標(biāo)、內(nèi)容以及學(xué)與教的方式產(chǎn)生了重大影響。”[1]課件作為現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)課堂教學(xué)產(chǎn)生重大影響的重要載體，其設(shè)計(jì)理念、方式、方法均會(huì)不同程度地對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)生影響。由于圖像和文本信息同時(shí)呈現(xiàn)，容易導(dǎo)致認(rèn)知負(fù)荷的超載狀態(tài)，因而不適當(dāng)?shù)恼n件設(shè)計(jì)將會(huì)對(duì)學(xué)生的認(rèn)知學(xué)習(xí)產(chǎn)生不必要的負(fù)面影響，這種影響最突出的表現(xiàn)之一是增加學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，降低學(xué)生學(xué)習(xí)效能。因此，從課件設(shè)計(jì)這一視角去研究降低認(rèn)知負(fù)荷問(wèn)題，從源頭上解決課件對(duì)學(xué)習(xí)者的負(fù)面影響，是一個(gè)非常具有現(xiàn)實(shí)意義的重要課題。一、認(rèn)知負(fù)荷理論認(rèn)知負(fù)荷理論(cognitiveloadtheory)起源于歐美的人體工學(xué)或人機(jī)工效學(xué)領(lǐng)域，從心理、生理與認(rèn)知層面，探討工作與任務(wù)對(duì)執(zhí)行者的影響與適合性。在早期“認(rèn)知負(fù)荷”被稱作“心智工作負(fù)荷”，用于軍事與各種企業(yè)上，直到澳大利亞心理學(xué)家斯威勒(Sweller)1988年將此觀念引入學(xué)習(xí)效果研究，才開(kāi)始聚焦于從認(rèn)知層面探討學(xué)生學(xué)習(xí)的影響，并命名為“認(rèn)知負(fù)荷”。認(rèn)知負(fù)荷的概念是建立在以下理論假設(shè)之上的[2]：(1)人類的工作記憶容量是很有限的，若需一次處理多個(gè)信息，且待處理的信息本身的內(nèi)部要素互動(dòng)性很高，必須相互參照才能了解，會(huì)更耗費(fèi)短期記憶容量，因此產(chǎn)生更大的認(rèn)知負(fù)荷，造成學(xué)習(xí)困難。(2)人類對(duì)于長(zhǎng)期記憶并沒(méi)有直接的意識(shí)，且長(zhǎng)期記憶沒(méi)有容量的限制，它所儲(chǔ)存的知識(shí)內(nèi)容，是區(qū)別專家和生手的主要來(lái)源。(3)根據(jù)基模理論，知識(shí)是以基模的形式儲(chǔ)存在長(zhǎng)期記憶中的，基模在長(zhǎng)期記憶中可以發(fā)揮組織與儲(chǔ)存知識(shí)的功能，并減低工作記憶的負(fù)荷。(4)人類所有的信息都是透過(guò)控制式或自動(dòng)式的處理?？刂剖降奶幚戆l(fā)生在意識(shí)層面，占用許多工作記憶空間，而自動(dòng)式的處理較少為意識(shí)所監(jiān)控，使用極少的工作記憶容量。認(rèn)知負(fù)荷是指在執(zhí)行某種作業(yè)的過(guò)程中，因作業(yè)特性所需的認(rèn)知能量或認(rèn)知資源所造成認(rèn)知系統(tǒng)（特別是工作記憶）的負(fù)載狀態(tài)。斯威勒將認(rèn)知負(fù)荷區(qū)分成：內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷、外部認(rèn)知負(fù)荷和相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，并將其對(duì)學(xué)習(xí)影響的效應(yīng)分為注意分散效應(yīng)、冗余效應(yīng)、圖表效應(yīng)、形式效應(yīng)、簡(jiǎn)化搜索效應(yīng)等。二、認(rèn)知負(fù)荷理論對(duì)數(shù)學(xué)課件設(shè)計(jì)的意義初中數(shù)學(xué)教師普遍對(duì)課件設(shè)計(jì)的教育學(xué)、心理學(xué)的認(rèn)識(shí)不是很到位，這樣就容易引發(fā)教師不適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)和運(yùn)用多媒體的手段，造成信息過(guò)載現(xiàn)象。了解認(rèn)知負(fù)荷理論對(duì)教師設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)課件有積極的指導(dǎo)意義和實(shí)踐價(jià)值。1.有利于樹(shù)立正確的課件設(shè)計(jì)觀邁爾(Mayer)曾經(jīng)指出，任何多媒體信息都不是平等有效的，因此我們的目標(biāo)是怎樣設(shè)計(jì)多媒體信息來(lái)促進(jìn)有意義的學(xué)習(xí)。這就告訴我們，任何多媒體信息只有在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)候用在恰當(dāng)?shù)膶?duì)象上，這些多媒體信息才能成為有價(jià)值的、有效的信息。忽視這一點(diǎn)，就會(huì)犯課件設(shè)計(jì)“技術(shù)至上”的錯(cuò)誤。過(guò)分強(qiáng)調(diào)課件本身，本末倒置，將多媒體課件的輔助性、科學(xué)性、數(shù)學(xué)性拋棄，忽視學(xué)習(xí)者特征，為課件而課件，降低教學(xué)的有效性。認(rèn)知負(fù)荷理論時(shí)刻提醒教師在設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)課件時(shí)，必須樹(shù)立正確的課件設(shè)計(jì)觀，一切為了學(xué)習(xí)，一切為了學(xué)生，適當(dāng)設(shè)計(jì)多媒體信息，充分發(fā)揮課件輔助作用，促進(jìn)教師的教和學(xué)生的學(xué)。同時(shí)，課件設(shè)計(jì)作為教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)理念和方法會(huì)不同程度地影響整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)。樹(shù)立正確的課件設(shè)計(jì)觀，有利于教師改變教學(xué)觀念，以學(xué)生為主體，重視學(xué)生的學(xué)習(xí)、社會(huì)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)高效的學(xué)習(xí)環(huán)境，提高課堂教學(xué)的針對(duì)性和有效性。2.有利于實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程的最優(yōu)化教學(xué)過(guò)程最優(yōu)化是前蘇聯(lián)著名教育家巴班斯基教育思想的核心。他指出：“教學(xué)過(guò)程最優(yōu)化是在全面考慮教學(xué)規(guī)律、原則、現(xiàn)代教學(xué)的形式和方法、該教學(xué)系統(tǒng)的特征以及內(nèi)外部條件的基礎(chǔ)上，為了使過(guò)程從既定標(biāo)準(zhǔn)看來(lái)發(fā)揮最有效的（即最優(yōu)的）作用而組織的控制?！盵3]在現(xiàn)代課堂教學(xué)中，教學(xué)媒體設(shè)計(jì)是準(zhǔn)備課堂教學(xué)的非常重要的任務(wù)之一。教學(xué)媒體絕大多數(shù)要貫穿整個(gè)數(shù)學(xué)教學(xué)過(guò)程，因而其設(shè)計(jì)與整個(gè)教學(xué)過(guò)程的最優(yōu)化息息相關(guān)。認(rèn)知負(fù)荷理論能指導(dǎo)教師充分利用數(shù)學(xué)課件輔助教師進(jìn)行課堂教學(xué)，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)效益的最大化，提高教和學(xué)的有效性。3.有利于多媒體課件素材的選取及組合許多數(shù)學(xué)教師將教材搬上課件時(shí)，不作適當(dāng)加工，課堂信息量過(guò)大，課堂教學(xué)中認(rèn)知超載現(xiàn)象嚴(yán)重，或者多媒體素材組織方式不當(dāng)，造成學(xué)習(xí)干擾。了解和掌握認(rèn)知負(fù)荷理論有助于教師在數(shù)學(xué)課件設(shè)計(jì)中，適當(dāng)選取多媒體課件素材，并加以合理組合，規(guī)避因課件不當(dāng)帶來(lái)的教學(xué)風(fēng)險(xiǎn)。因此，教師在設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)課件時(shí)，應(yīng)盡量考慮選取單一而緊密的表達(dá)方式，選取有利學(xué)習(xí)的素材，并進(jìn)行合理剪輯，不要出現(xiàn)過(guò)多需要學(xué)習(xí)、思考的信息，并移動(dòng)簡(jiǎn)單重復(fù)的內(nèi)容，降低認(rèn)知負(fù)荷的可能性。三、有效降低認(rèn)知負(fù)荷的課件設(shè)計(jì)策略臺(tái)灣學(xué)者黃柏勛綜合眾多學(xué)者的觀點(diǎn)，將認(rèn)知負(fù)荷的來(lái)源歸納出3個(gè)方面[2]：(1)工作任務(wù)。包括新型態(tài)任務(wù)與否、時(shí)間壓力、獎(jiǎng)賞類型、激勵(lì)程度、期望、噪音及溫度等因素。(2)學(xué)習(xí)材料。主要包含學(xué)習(xí)材料的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、成份間關(guān)聯(lián)程度的高低以及信息材料呈現(xiàn)的方式等因素。(3)個(gè)體本身。涵蓋個(gè)體的先備知識(shí)或經(jīng)驗(yàn)、心智運(yùn)作自動(dòng)化程度、組織信息的方式、認(rèn)知能力、認(rèn)知風(fēng)格、動(dòng)機(jī)等因素。當(dāng)然，與課件設(shè)計(jì)相關(guān)最大的是學(xué)習(xí)材料和個(gè)體本身，本文也主要從這兩方面考查其對(duì)課件設(shè)計(jì)的影響及對(duì)策。有效降低認(rèn)知負(fù)荷的課件設(shè)計(jì)策略也應(yīng)該由此衍生。結(jié)合我們數(shù)學(xué)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，有效降低認(rèn)知負(fù)荷的課件設(shè)計(jì)策略至少應(yīng)該包括如下幾方面：1.通過(guò)數(shù)學(xué)樣例技術(shù)降低認(rèn)知負(fù)荷斯威勒曾通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)證明了樣例技術(shù)對(duì)促進(jìn)以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的內(nèi)容的廣泛領(lǐng)域內(nèi)的學(xué)習(xí)非常有效。[4]初中數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)主要通過(guò)數(shù)學(xué)樣例來(lái)呈現(xiàn)解決不同問(wèn)題類型所需的程序，包括等同于圖式和自動(dòng)化的清晰信息，學(xué)生在學(xué)習(xí)這些樣例過(guò)程中，獲得知識(shí)和技能。當(dāng)然，選取的數(shù)學(xué)樣例必須有明確的解決方案，便于學(xué)生了解相關(guān)學(xué)習(xí)情景，從解決程序中學(xué)會(huì)相關(guān)知識(shí)，掌握相關(guān)技能。在設(shè)計(jì)課件時(shí)，要盡量選取有多種解決方案的樣例，并分解解決問(wèn)題的程序。以八年級(jí)上冊(cè)《軸對(duì)稱》的內(nèi)容為例，筆者選取下面的樣例：如圖1，已知：△ABC中，∠C=2∠B，AH⊥BC于H，D是AC中點(diǎn)，DE∥AB，求證EH=AC/2。圖1這道幾何證明題至少有4種以上的解法，主要包括幾何和代數(shù)兩大類，每類有2種方法。這個(gè)數(shù)學(xué)樣例能調(diào)動(dòng)學(xué)生利用此題用全部初中知識(shí)來(lái)解決數(shù)學(xué)問(wèn)題，多角度分析問(wèn)題。為了讓學(xué)生了解這個(gè)樣例的思維過(guò)程，課件設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)構(gòu)建“相關(guān)知識(shí)鏈接”“題目解析”“解決過(guò)程”“相關(guān)問(wèn)題”4個(gè)模塊來(lái)引導(dǎo)學(xué)生解決問(wèn)題的程序和方法，并以樣例A，問(wèn)題A，樣例B，問(wèn)題B……的形式呈現(xiàn)樣例，告訴學(xué)生成對(duì)材料的特征，并要求認(rèn)真學(xué)習(xí)每個(gè)樣例。2.通過(guò)導(dǎo)航歸類技術(shù)降低認(rèn)知負(fù)荷為了提高學(xué)習(xí)的有效性，針對(duì)復(fù)雜學(xué)習(xí)任務(wù)，要將其分解成小的知識(shí)模塊，并結(jié)合學(xué)生已經(jīng)解決的數(shù)學(xué)樣例。為此，課件設(shè)計(jì)要注意其易操作性，簡(jiǎn)化課件操作程序，保持軟件操作的一致性。在課件設(shè)計(jì)實(shí)踐中，盡量將數(shù)學(xué)知識(shí)與概念分成小模塊呈現(xiàn)，并將其歸好類，設(shè)計(jì)好易操作的導(dǎo)航鏈接，避免“迷航”現(xiàn)象，從而提高課件輔助教學(xué)的效率。以初中數(shù)學(xué)《實(shí)數(shù)》為例，在設(shè)計(jì)PPT課件時(shí)，將實(shí)數(shù)分為有理數(shù)和無(wú)理數(shù)，有理數(shù)又分為正、負(fù)有理數(shù)，無(wú)理數(shù)也分為正、負(fù)無(wú)理數(shù)。為了讓學(xué)生對(duì)“實(shí)數(shù)”有個(gè)很好的整體概念，筆者特意用概念圖軟件制作了“實(shí)數(shù)”概念圖，并做好了超級(jí)鏈接，將它們分別鏈接至相關(guān)概念呈現(xiàn)頁(yè)面。同時(shí)，將課件設(shè)置了導(dǎo)航界面，以“實(shí)數(shù)”概念圖為綱（如下頁(yè)圖2），將課件設(shè)置為5個(gè)模塊：“概念學(xué)習(xí)”“樣例區(qū)分”“課堂訓(xùn)練”“課后作業(yè)”“探究活動(dòng)”，每個(gè)模塊下又細(xì)分成小模塊，而且每個(gè)模塊都有上面5個(gè)大模塊的導(dǎo)航鏈接，方便教師隨時(shí)選取某個(gè)模塊講解，既避免了“迷航”現(xiàn)象，又增加教學(xué)的靈活性和易操作性。圖23.通過(guò)簡(jiǎn)單合理的組織方式降低認(rèn)知負(fù)荷在初中數(shù)學(xué)課件設(shè)計(jì)中，有些教師喜歡將有趣而與教學(xué)關(guān)聯(lián)不大的動(dòng)畫(huà)或聲音放在課件中，或者將教材內(nèi)容堆放在PPT課件中，或者為了課件美觀將喜歡將聲音、圖片、文字放在一起，課件組合的方式非常不合理，提高了學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷的強(qiáng)度。實(shí)際上，數(shù)學(xué)課件對(duì)聲音、圖片或文字等美觀性要求不是很高，重點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)科學(xué)性、準(zhǔn)確性。因此，必須通過(guò)簡(jiǎn)單合理的組織方式，降低認(rèn)知負(fù)荷強(qiáng)度。認(rèn)知負(fù)荷理論中有簡(jiǎn)單搜索效應(yīng)、注意分散效應(yīng)、冗余效應(yīng)等各種效應(yīng)，主要告訴我們必須注意課件素材的組織方式。在課件設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須依據(jù)時(shí)間接近性和空間接近性一一呈現(xiàn)相關(guān)信息，并以系列化、整體化的課件界面呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者。同時(shí)，必須將復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)以簡(jiǎn)潔的、清晰的、統(tǒng)一的界面呈現(xiàn)已經(jīng)分析細(xì)化的任務(wù)模塊，通過(guò)聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)雙通道增加學(xué)生有效學(xué)習(xí)記憶的空間，降低認(rèn)知負(fù)荷的強(qiáng)度。認(rèn)知負(fù)荷理論告訴我們，在屏幕上搜索相關(guān)信息對(duì)認(rèn)知有很高要求，并且損耗寶貴的認(rèn)知資源。[4]因此，在課件設(shè)計(jì)過(guò)程中，不要把太多的信息放在同一課件界面上，而是要整合相關(guān)信息，通過(guò)色彩、字體等突出重要信息，以統(tǒng)一的樣式確保學(xué)習(xí)者快速高效地查看信息，提高課件輔助的效果。4.通過(guò)學(xué)習(xí)者設(shè)計(jì)技術(shù)降低認(rèn)知負(fù)荷在課件制作與運(yùn)用的實(shí)踐中，許多教師有這樣的經(jīng)歷：同樣的教師、同樣的課件、同樣的教學(xué)方法，在不同的班級(jí)教學(xué)會(huì)獲得不一樣甚至差異巨大的效果。其原因是課件設(shè)計(jì)中缺乏學(xué)習(xí)者設(shè)計(jì)這個(gè)重要而極易被忽視的環(huán)節(jié)。教學(xué)實(shí)踐課件的設(shè)計(jì)必須考慮學(xué)習(xí)對(duì)象的實(shí)際，了解學(xué)習(xí)者已有的認(rèn)知水平和知識(shí)經(jīng)驗(yàn)甚至學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，做到有的放矢。以筆者任教的兩個(gè)班級(jí)為例，一班數(shù)學(xué)基礎(chǔ)好，非常喜歡數(shù)學(xué)這門(mén)學(xué)科，學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性很高；五班則數(shù)學(xué)尖子少，差生多，對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)科興趣不大，缺乏學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。因此，在設(shè)計(jì)課時(shí)，在數(shù)學(xué)內(nèi)容上，一班學(xué)習(xí)樣例多且有一定難度，作業(yè)布置相對(duì)較多，難度也稍大，而五班則選取比較淺顯易懂的樣例，布置的作業(yè)也是基礎(chǔ)性的，難度和量都不大。因此，設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)課件時(shí)，必須了解學(xué)習(xí)者原有知識(shí)結(jié)構(gòu)、理解水平、學(xué)習(xí)風(fēng)格、興趣態(tài)度，特別在設(shè)計(jì)地市級(jí)課堂教學(xué)比賽課件時(shí)，面對(duì)陌生的班級(jí)、陌生的環(huán)境，更需要了解學(xué)習(xí)者，針對(duì)學(xué)習(xí)