如何降低初中数学课件设计的认知负荷

现代信息技术的发展对数学教育的价值、目标、内容，以及学与教的方式产生了重大影响。课件作为现代信息技术对课堂教学产生重大影响的重要载体，其设计理念、方式、方法均会不同程度对学生学习产生影响。多媒体课件以文本、叙述、音响、图表、视频和动画等多种方式的组合向学生呈现教学材料，它改变了传统的单调的教学模式，极大地提高了课堂教学容量与质量。但另一方面，由于图像和文本信息同时出现，容易导致认知负荷的超载状态，因而不适当的课件设计将会对学生的认知学习产生不必要的负面影响，即这种影响最突出的表现之一是增加学生的认知负荷，降低学生学习效能。因此，多媒体课件设计应遵循认知负荷理论的基本规律。从课件设计这一视角去研究降低认知负荷问题，从源头上解决课件对学习者的负面影响，是一个非常具有现实意义的重要课题。

一、认知负荷理论（CLT）

澳大利亚教育心理学家约翰·斯威勒于20世纪80年代提出认知负荷理论。认知负荷指的是在某种场合下施加到工作记忆中的智力活动的总的数量。该理论的主要观点是：（1）工作记忆的容量是有限的，这是信息加工的瓶颈；（2）如果学习者所要加工的信息容量超出了学习者的工作记忆所能加工的信息容量，那么一部分信息或者全部信息将会丢失；（3）在学习的过程中，认知负荷必须是有限的，这样学习才能有效；（4）所有的信息在进入长时记忆之前，必须在工作记忆中进行信息加工。

认知负荷理论认为有三种类型的认知负荷：内部认知负荷，外部认知负荷和关联认知负荷。由于元素间交互形成的负荷称为内部认知负荷，它取决于所要学习的材料的本质与学习者的专业知识之间的交互，教学设计者不能对它产生直接的影响。外部认知负荷是超越内部认知负荷的额外负荷，它主要是由设计不当的教学引起的。关联认知负荷于1998年提出，是指与促进图式构建和图式自动化过程相关的负荷。外部认知负荷和关联认知负荷都直接受控于教学设计者。三种类型的认知负荷是相互叠加的。为了促进有效学习的发生，在教学过程中应尽可能减少外部认知负荷，增加关联认知负荷，并且使总的认知负荷不超出学习者个体能承受的认知负荷。

台湾学者黄柏勋综合众多学者的观点，将认知负荷的来源归纳为三个方面：（1）工作任务。包括新形态任务与否、时间压力、奖赏类型、激励程度、期望、噪音及温度等因素。（2）学习材料。主要包含学习材料的结构复杂程度、成分间关联程度的高低，以及信息材料呈现的方式等因素。（3）个体本身。涵盖个体的先备知识或经验、心智运作自动化程度、组织信息的方式、认知能力、认知风格、动机等因素。当然，与课件设计相关最大的是学习材料和个体本身。

二、有效降低认知负荷的课件设计策略

1.通过数学样例技术降低认知负荷

斯威勒通过一系列实验证明了样例技术对促进以数学为基础的内容的广泛领域内的学习非常有效。初中数学的学习主要通过数学样例来呈现解决不同问题类型所需的程序，包括等同于图式和自动化的清晰信息，学生在学习这些样例的过程中，获得知识和技能。当然，选取的数学样例必须有明确的解决方案，便于学生了解相关学习情景，从解决程序中学会相关知识，掌握相关技能。在设计课件时，要尽量选取有多种解决方案的样例，并分解解决问题的程序。

2.通过导航归类技术降低认知负荷

为了提高学习的有效性，针对复杂学习任务，要将其分解成小的知识模块，并结合学生已经解决的数学样例。为此，课件设计要注意其易操作性，简化课件操作程序，保持软件操作的一致性。在课件设计实践中，尽量将数学知识与概念分成小模块呈现，并将其归好类，设计好易操作的导航链接，避免“迷航”现象，从而提高课件辅助教学的效率。

3.通过简单合理的组织方式降低认知负荷

在初中数学课件设计中，有些教师喜欢将有趣而与教学关联不大的动画或声音放在课件中，或者将教材内容堆放在PPT课件中，或者为了课件美观将喜欢的声音、图片、文字放在一起，课件组合的方式非常不合理，增加了学习者的认知负荷的强度。实际上，数学课件对声音、图片或文字等美观性要求不是很高，重点是强调科学性、准确性。因此，必须通过简单合理的组织方式，降低认知负荷强度。认知负荷理论中有简单搜索效应、注意分散效应、冗余效应等各种效应，主要告诉我们必须注意课件素材的组织方式。在课件设计过程中，必须依据时间接近性和空间接近性一一呈现相关信息，并以系列化、整体化的课件界面呈现给学习者。同时，必须将复杂的学习任务以简洁的、清晰的、统一的界面呈现已经分析细化的任务模块，通过听视觉和视角双通道拓展学生有效学习记忆的空间，降低认知负荷的强度。

4.通过学习者设计技术降低认知负荷

在课件制作与运用的实践中，许多教师有这样的经历：同样的教师、同样的课件、同样的教学方法，在不同的班级教学会获得不一样甚至差异巨大的效果。其原因是课件设计中缺乏学习者设计这个重要而极易被忽视的环节。设计的教学实践课件设计必须考虑学习对象的实际，了解学习者已有的认知水平和知识经验，甚至学习动机，做到有的放矢。

认知负荷理论为多媒体设计提供了新的视角，在进行多媒体教学设计时，如果能考虑到工作记忆容量的有限性，以及学生在学习过程中产生的认知负荷，就会使认知负荷低于学生原有的认知能力，达到预期的教学效果。