基于CLT理论的高中物理教学优化策略

CLT是“Cognitive Load Theory'’的缩写，即认知负荷理论，这是一个现代认知心理学领域的概念。所谓认知负荷，就是学习者对学习材料进行加工处理时所占资源的总和。是一种基于认知心理学的促进教学设计的理论。如何基于CLT理论优化高中物理教学呢？本文就该话题进行思考与探讨。

1 CLT理论分析

1.1认知负荷

从认知心理学的观点来说，认知是对信息的加工，是通过选择性注意、编码、储存和提取等进行信息加工的过程，影响认知负荷的基本因素有三个：学习材料的组织和呈现方式、学习材料的内在本质特征、个体的专长水平（即先前知识经验）。CLT认为认知负荷可以分成三个类别：无关性认知负荷，原生性认知负荷以及关联性认知负荷。其中原生性认知负荷是由学习材料直接决定，不受教学设计的影响；无关性认知负荷是超越认知过程的冗余负荷，属于一种资源的浪费，关联认知负荷是学习者进行图式建构时，对心理资源的一种占用，属于有效地资源配置，这两方面负荷都是可以受到教学设计进行调配的。

1.2认知负荷与智力资源之间的关系

认知负荷与智力资源之间的关系如图1所示。认知负荷的大小既与学习者接触的材料内部元素的交互性水平相关，也与施教者的教学设计密切相关。若认知负荷过低，学习者会感觉过于浅显，浪费时间；若认知负荷过高，总的认知负荷超过了人的总的智力资源，学习者会感觉过于晦涩难懂，会阻碍对信息的处理和加工。理想的教学模式是在学生的智力资源一定的前提下，通过教师的处理和组织教学材料，调节内外认知负荷的关系，适当降低外在认知负荷，工作记忆尽量用于学习信息的编码中，从而使学习者的心理资源得到充分利用，学习者处在满负荷而不是超负荷的状态，获取尽可能多的知识，学习过程获得优化。

2基于CLT理论的高中物理教学优化策略

基于CLT理论的高中物理教学设计应该要尽量减少无关性认知负荷，确保学生的学习负荷不超载，笔者认为可以从以下几个方面对我们的教学设计进行优化。

2.1恰当地创设教学情境

高中物理教学对情境的创设有这样的要求：针对相关的教学内容，在真实的背景下，配置特定的学习素材，从而对物理教学起到推进作用。

CLT理论认为关联性认知负荷受工作记忆的能量投入方向控制，因此教师所创设的教学情境如果能成功地激起学生的注意力，引导学生联想到他们已有的知识基础，学生在监控学习活动的相应投入就会减少，相反在图式建构和记忆存储的投入就会增加，进而有效推进学习活动。

因此，教师有必要结合教学内容，将真实而具体的情境创设出来，引导学生进行有效地意义建构。基本的创设方法有以下几种方式：

（1）以故事来构建情境

如果教学内容涉及到物理学史上的内容，可以充分挖掘历史素材来构建情境。情境的呈现方式可以是视频的播放，例如：介绍“核裂变”内容时，播放一段中国原子弹的研制历程的视频，可以激起学生努力学习、报效祖国的热情，进而激活他们的学习兴趣。

情境也可以用课本剧的形式来呈现，例如：讲到《伽利略对自由落体运动的研究》一课时，可以安排一场名为《穿越时空的对话》的课本剧来引入课题，让学生分别扮演亚里士多德和伽利略的角色走上讲台，进行辩论，由此展示逻辑的力量以及科学探究的美感。诸多手段都可以让学生体会物理发展的历程，同时也是学生理解物理概念、物理规律，感受物理思维和方法的有效途径。

（2）以实验来构建情境

物理发现源于实验，因此围绕实验探究来构建情境是中学物理教学的常用手段。将精心设计的实验场景呈现在学生面前，可以充分点亮学生的思维。

例如：演示“变压器工作原理”时，将稳恒电流接在原线圈一端时，副线圈所接灯泡是不亮的。如果只是演示这么多，这个实验也就平淡无奇，所以笔者在该实验的处理中，会旋动输入电压大小的调控旋钮，这时副线圈上的灯泡会在旋动的同时发生闪烁。接下来就让学生讨论稳恒电流的条件下，变压器怎么会有电流的输出呢？实践证明：引起学生认知冲突的实验现象会激活课堂气氛，能够促进学生思维的发展。

新课程对高中物理探究式教学的要求之一就是创设真实的情境，让学生在对应的物理情境中认识物理规律，发展科学探究的能力，进而让他们享受到探索自然的乐趣，有效地唤醒他们记忆深处的相关认知，进而完成新知识的图式建构。

2.2提供高效的物理教学样例

所谓样例教学，就是将问题解决的详细思路呈现给学生，让学生通过观察、对比和总结获取解决问题的能力。CLT研究者认为：优秀的样例教学能够成功地降低学生的无关性认知负荷，能够帮助学生对新的知识进行图式建构。高中物理教学设计中，教师设计出典型的物理教学样例，当学生对某些陌生的问题难以处理时，可以翻看相关的样例，通过对比，发掘模型的相似，从而构建问题解决的图式。

高中物理的基本规律理解和应用比较容易设计出很多典型的样例，因此建议使用样例教学。例如：牛顿运动定律的应用、生活中的圆周运动等，就非常适合进行样例教学。

在具体的教学过程中，教师可以先将典型的物理样例进行分析、解答，将具体的思路呈现给学生，把严谨的解题过程书写出来，给予学生明确的示范。例如：竖直方向的圆周运动在最高点的受力特点、速度特点以及完整圆周运动过程中能量关系的分析，是一类综合性很强的问题。教师要提供直接而明确的例题，提供详细的受力分析和方程以及解答过程，让学生仔细审视整个分析、解决问题的过程，并最终归纳出基本的解题思路。

当物理样例呈现给学生之后，一个更重要的问题，是如何推进学生通过样例的学习来实现问题解决能力的提高？笔者结合教学实践认为，可以设计一系列解题步骤缺失的样例由学生来逐渐补全：第一个样例具有完整解题思路体现；第二个样例的最后一个步骤空出来，让学生补全；第三个样例再去掉更多的步骤，由学生处理；最后是一个没有进行任何解答的问题。笔者发现：这种“完形填空”式的样例设计方法可以有效地培养学生知识的迁移能力，能够帮助学生循序渐进地实现解决问题能力的图式构建。

2.3对复杂的物理问题进行合理的分解

CLT理论认为：复杂认知过程的学习和研究是要受限于心理容量的。高中物理教学中，学生较为头疼的物理问题往往包括多个子问题，处理的难度很大。

例如：从学生的立场来看，必修1《探究加速度与力、质量的关系》一课的容量非常大，从课题就可以看出，它包括两项探究任务――探究加速度与力的关系，探究加速度与质量的关系；此外还涉及到探究过程中如何测量加速度、力、质量，如何处理摩擦力等子问题，因此整体看来，任务的复杂性已经远远超过学生的承受范围。

所以，教师对类似问题进行教学设计时，要充分考虑学生已有的知识基础，对复杂的问题进行分解化处理。比如该实验中涉及到控制变量法的基本思路、打点计时器的操作要点、纸带的处理等等都是在学生长时记忆中有所储备的，教师可以预先将这些问题分解出来，让学生自行提取相关信息，完成有关处理思路的构建；若干个小问题分解出来后，剩下的探究过程的工作量会明显减少。所以，将复杂问题分解后，化整为零地逐个突破更接近学生的认知水平，更易于被学生接受，而且这种处理方法也会被学习者在长时记忆中储存下来，为自我处理问题的能力提升打下基础。CLT理论的研究开始于上个世纪的八十年代，它的提出给传统教学设计理念注入了新的活力，但是再完美的理论，如果离开实践，就会丧失生命力。所以在面对不同的学生时，我们如何让高中物理教学高效地运转起来，减低学生的无关性认知负荷，还需要我们在实践中不断地探索，相关理论才能更加完善。