优化教学活动降低认知负荷
赵永忠
摘要：认知负荷理论告诉我们，认知负荷由内在认知负荷、外在认知负荷和相关认知负荷组成.教学活动中，学生内在认知负荷与教学材料的特点和学生的认知水平有关，外在认知负荷与教学材料的呈现方式和教学设计水平有关，相关认知负荷与学生的认知努力有关.初中物理的比热容，是学生在生活中不易触及的物理概念，又是一个比较抽象学生难以理解的概念.因此在比热容学习中，学生认知负荷沉重.在教学中，老师只有优化教学活动，降低认知负荷，才能提高教学效果.
关键词：比热容；认知负荷；吸热能力
比热容是初中物理较为抽象的概念，它的外延广，与质量、温度的变化、吸收（或放出）的热量三个物理量有关.初中学生第一次学习和三个物理量有关的概念，材料组织的无序和分析方式的多样，使学生感觉学习过程特别复杂，毫无头绪；同时，在建立比热容概念的实验过程中，参杂着加热时间和温度概念的混淆；理解比热容时，又有升温快慢及吸热能力的辨析，再加上对学生前经验要求比较高.所有这些，对初中生比热容的学习造成了沉重的认知负荷.虽然学习材料引起的内在认知负荷是不可避免的，但在比热容的教学中，如果老师认真研究各个知识元素的内在关系，认真研究学生的认知水平，优化教学设计，最大限度地降低阻碍学习的外在认知负荷、优化促进学习的相关认知负荷，促进学生对比热容的内化和理解，不难达到理想的学习效果.下面谈谈在比热容教学中，笔者降低认知负荷的教学体会：
1合理地问题引导展开探究
课程标准对比热容的要求是：通过实验，了解比热容，尝试用比热容说明简单的自然现象.真正掌握比热容，就要从比热容概念的理解入手，课本探究实验就是为引入、理解比热容概念而创设.因此课堂在展开探究时，应遵从学生认识，合理设计实验，使探究和学生认识思维产生共鸣.
首先，实验探究课题应恰当，问题接近学生，苏科教材的探究课题“比较不同物质吸热升温现象”，比较贴近学生的生活，能激发学生解决问题的意识.而很多教材用“比较不同物质吸热的情况”、“探究不同物质的吸热本领一样吗？”、“探究物质的比热容”等等作为探究课题，完全脱离了学生的生活实际，会大大挫伤学生探究的热情，因为“吸热问题”、“吸热能力”、“比热容”比较抽象，学生实际生活体验是吸热升温的多少，对“吸热能力”、“比热容”等概念根本没有感觉，虽然很多老师用生活中熟知的容器的横截面等来类比，但学生思维转换太多，加大了学生探究的难度，增加了学生内在认知负荷，不利于学生思维的顺利发展.
其次，在实验设计环节，应根据学生生活体验，采用这样的问题串引导：①生活中有吸热升温现象吗？②烧水时，一壶水和半壶水哪个升温更快？③烧水时，大火还是小火加热水哪个升温更快？④你认为“比较不同物质吸热升温现象”时，应如何控制物理量？⑤实验时，吸收的热量如何“测量”？前四个递进式的问题，通过生活中烧水实例，让学生为实验的控制变量做铺垫；第五个问题为理解教材介绍的转换法而设，用相同的酒精灯分别对沙子和水加热，这样可认为在相等时间内被沙子和水吸收的热量相等，我们用酒精灯加热时间的长短来反映沙子和水吸热的多少，即通过测量加热时间间接“测量”吸收的热量，这样可避免学生在建构比热容定义时，被加热时间纠缠而误入歧途.这样的问题串，从学生生活出发，引导学生的思维自然、顺利地进入探究模式.
2系统地组织素材建立概念
物质的比热容反映了不同物质的吸热能力，但学生对吸热能力没有真正的感知.在课堂教学中，教师若直接通过吸热能力来建立比热容概念，难以让学生真正理解比热容，无法激活学生学习兴趣，导致教学气氛沉闷，学生思维压抑，学生只是木偶被老师牵引着完成教学，大部分学生无法对比热容有真正的认识，更谈不上理解.课堂教学应以学生生活体验为基础，既要能点燃学生探究学习的热情，更要保护学生的这种热情.所以教学要循序渐进，不能一个大跨度浇灭学生热情的火焰.在比热容概念建立时，可以分两步走，即紧紧抓住比热容的两个特性展开教学.首先通过探究“比较不同物质吸热升温的现象”实验，得出结论一：质量相等的不同物质，吸收相同的热量，升高的温度不同.即比热容的第一特性：反映不同物质吸热升温的快慢.同时老师解释“升温快慢”的真实内涵，以免学生的思维固化在加热时间上；然后讨论三个问题：问题一，若要使质量相同的水、沙子升高相同的温度，两者加热时间会有什么不同？问题二，此时水和沙子，谁吸热多？谁吸热能力强？学生不难得出对水加热的时间长，水吸收热量多，水吸热能力强.这样就得出结论二：质量相等的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量不同.即比热容的第二个特性：反映不同物质的吸热能力.学生经历了从熟悉的“吸热升温快慢”到“吸收热量的多少”上升到“吸热能力的强弱”，逐渐对比热容有清楚的了解，为比热容概念的建立提供了有力的保障.接着老师抛出第三个问题：不同质量的水和沙子（例如水2kg，沙子3kg），升高不同温度（例如水升高2℃，沙子升高6℃），若吸收的热量都是Q，吸热能力一样吗？如何科学地比较不同物质的吸热能力？学生自然有思考，即便思考的不完善，也能通过老师的点拨明白自己的缺陷加以纠正，这样学生不仅了解了比值法定义的内涵，而且对比热容有深刻的理解.在比热容生活应用分析时，我们也不能满足于 “水的比热大”、“××的比热容小”这样无思维的答案，引导学生以两个特性作为分析的基点：即从吸热升温快慢和吸热能力强弱两方面解释.当学生的分析思路变得熟练，甚至成为一种直觉之后，比热容概念就真正的理解了.
3科学地研读教材优化设计
《比熱容》是一次较完整的探究活动，全面体现了课程标准对探究活动的过程要求，不仅涉及实验的设计、装置的选取、操作时组员间的分工与合作等等实验细节，同时又要通过实验数据定义比热容，理解比热容.教学内容多，内涵深、思维活，因此教材这种课程资源提供给教师的创造空间很广阔，老师如能在深刻领会《课程标准》的基础上，科学地研读教材，对教材进行扩充、取舍和重组，优化课堂，也一定可以降低学生课堂认知负荷.
为让学生理解比热容的概念，苏科版教材对实验数据的处理，采用了图像分析的方法，这样固然提供给学生一种处理数据的方法和手段，但就本课的教学特点，这不是一种明智的选择.首先，这样教材处理成效不显著.实际教学中，由于热量的损失明显，沙子的受热不均匀，学生操作不熟练等等，使得到的温度——时间的图像不是理想的直线，用这样图像分析就失去了它的价值，甚至由于直观的图像，还让学生对比热容产生错误认识；其次，偏离了本课的重点.虽然描点画图是学生的一个基本技能，但不宜在本课巩固，本课的教学重点是通过实验认识比热容，用比热容解释生活现象.比热容的课堂动脑应多于动手，应多留时间给学生思考、理解概念，让学生认识比值法定义比热容的思维过程，多解决学生思维中的困惑.教学中可采用这样的方式：用表格数据分析得出两结论，建立概念；用图像认识比热容特性.实验中，沙子很难得到理想的图像，但水温变化的图像很理想.因此，在准备实验材料时，将全班同学分成八个小组.实验前，精心为每个小组选择火焰大小基本相同的酒精灯；盛水和沙子的易拉罐型号相同而且质量相同；四个小组水和沙子质量均为100g；另四个小组水和沙子质量均为200g；老师在电脑中设置好eTPel画图模板.将学生100g水和200g水加热时温度变化的数据填入eTPel的表格，这时可立即生成如图1所示的图像（这是本人上课时选取的两组学生实验数据）.从图像发现：质量相同的水升高的温度和加热时间（即吸收的热量）成正比；升高相同的溫度，200g水吸收的热量约是100g水吸收热量的两倍.说明对于水，不管质量相同还是不同，升高温度相同还是不同，Q/（m·Δt）是一个定值，即同种物质的比热容相同，与质量、升高温度和吸收的热量无关.
认知负荷理论告诉我们：影响认知负荷的基本因素有三个，即学习材料的组织和呈现方式、学习材料的复杂性和个体的专长水平（即先前知识经验）.比热容教学中，教师通过合理地问题引导、系统地组织素材、科学地研读教材，优化了教学材料呈现方式，将教材特点与学生认知水平融合，激发学生学习动机，控制内在认知负荷，降低外在认知负荷，提高相关认知负荷，促使学生合理地利用有限的认知资源，就能达到较好的学习效果.如果教师在平时教学中，能不断分析学生的认识负荷，降低身段，从学生角度来思考，优化教学活动，这必然可以降低学生认知负荷，使学生学得轻松愉快.
参考文献：
[1]李志专.认知负荷理论的解读及启示[J].煤炭高等教育，2009，（1）.
[2]义务教育物理课程标准[M].北京师范大学出版社（2011版）
摘要：认知负荷理论告诉我们，认知负荷由内在认知负荷、外在认知负荷和相关认知负荷组成.教学活动中，学生内在认知负荷与教学材料的特点和学生的认知水平有关，外在认知负荷与教学材料的呈现方式和教学设计水平有关，相关认知负荷与学生的认知努力有关.初中物理的比热容，是学生在生活中不易触及的物理概念，又是一个比较抽象学生难以理解的概念.因此在比热容学习中，学生认知负荷沉重.在教学中，老师只有优化教学活动，降低认知负荷，才能提高教学效果.
关键词：比热容；认知负荷；吸热能力
比热容是初中物理较为抽象的概念，它的外延广，与质量、温度的变化、吸收（或放出）的热量三个物理量有关.初中学生第一次学习和三个物理量有关的概念，材料组织的无序和分析方式的多样，使学生感觉学习过程特别复杂，毫无头绪；同时，在建立比热容概念的实验过程中，参杂着加热时间和温度概念的混淆；理解比热容时，又有升温快慢及吸热能力的辨析，再加上对学生前经验要求比较高.所有这些，对初中生比热容的学习造成了沉重的认知负荷.虽然学习材料引起的内在认知负荷是不可避免的，但在比热容的教学中，如果老师认真研究各个知识元素的内在关系，认真研究学生的认知水平，优化教学设计，最大限度地降低阻碍学习的外在认知负荷、优化促进学习的相关认知负荷，促进学生对比热容的内化和理解，不难达到理想的学习效果.下面谈谈在比热容教学中，笔者降低认知负荷的教学体会：
1合理地问题引导展开探究
课程标准对比热容的要求是：通过实验，了解比热容，尝试用比热容说明简单的自然现象.真正掌握比热容，就要从比热容概念的理解入手，课本探究实验就是为引入、理解比热容概念而创设.因此课堂在展开探究时，应遵从学生认识，合理设计实验，使探究和学生认识思维产生共鸣.
首先，实验探究课题应恰当，问题接近学生，苏科教材的探究课题“比较不同物质吸热升温现象”，比较贴近学生的生活，能激发学生解决问题的意识.而很多教材用“比较不同物质吸热的情况”、“探究不同物质的吸热本领一样吗？”、“探究物质的比热容”等等作为探究课题，完全脱离了学生的生活实际，会大大挫伤学生探究的热情，因为“吸热问题”、“吸热能力”、“比热容”比较抽象，学生实际生活体验是吸热升温的多少，对“吸热能力”、“比热容”等概念根本没有感觉，虽然很多老师用生活中熟知的容器的横截面等来类比，但学生思维转换太多，加大了学生探究的难度，增加了学生内在认知负荷，不利于学生思维的顺利发展.
其次，在实验设计环节，应根据学生生活体验，采用这样的问题串引导：①生活中有吸热升温现象吗？②烧水时，一壶水和半壶水哪个升温更快？③烧水时，大火还是小火加热水哪个升温更快？④你认为“比较不同物质吸热升温现象”时，应如何控制物理量？⑤实验时，吸收的热量如何“测量”？前四个递进式的问题，通过生活中烧水实例，让学生为实验的控制变量做铺垫；第五个问题为理解教材介绍的转换法而设，用相同的酒精灯分别对沙子和水加热，这样可认为在相等时间内被沙子和水吸收的热量相等，我们用酒精灯加热时间的长短来反映沙子和水吸热的多少，即通过测量加热时间间接“测量”吸收的热量，这样可避免学生在建构比热容定义时，被加热时间纠缠而误入歧途.这样的问题串，从学生生活出发，引导学生的思维自然、顺利地进入探究模式.
2系统地组织素材建立概念
物质的比热容反映了不同物质的吸热能力，但学生对吸热能力没有真正的感知.在课堂教学中，教师若直接通过吸热能力来建立比热容概念，难以让学生真正理解比热容，无法激活学生学习兴趣，导致教学气氛沉闷，学生思维压抑，学生只是木偶被老师牵引着完成教学，大部分学生无法对比热容有真正的认识，更谈不上理解.课堂教学应以学生生活体验为基础，既要能点燃学生探究学习的热情，更要保护学生的这种热情.所以教学要循序渐进，不能一个大跨度浇灭学生热情的火焰.在比热容概念建立时，可以分两步走，即紧紧抓住比热容的两个特性展开教学.首先通过探究“比较不同物质吸热升温的现象”实验，得出结论一：质量相等的不同物质，吸收相同的热量，升高的温度不同.即比热容的第一特性：反映不同物质吸热升温的快慢.同时老师解释“升温快慢”的真实内涵，以免学生的思维固化在加热时间上；然后讨论三个问题：问题一，若要使质量相同的水、沙子升高相同的温度，两者加热时间会有什么不同？问题二，此时水和沙子，谁吸热多？谁吸热能力强？学生不难得出对水加热的时间长，水吸收热量多，水吸热能力强.这样就得出结论二：质量相等的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量不同.即比热容的第二个特性：反映不同物质的吸热能力.学生经历了从熟悉的“吸热升温快慢”到“吸收热量的多少”上升到“吸热能力的强弱”，逐渐对比热容有清楚的了解，为比热容概念的建立提供了有力的保障.接着老师抛出第三个问题：不同质量的水和沙子（例如水2kg，沙子3kg），升高不同温度（例如水升高2℃，沙子升高6℃），若吸收的热量都是Q，吸热能力一样吗？如何科学地比较不同物质的吸热能力？学生自然有思考，即便思考的不完善，也能通过老师的点拨明白自己的缺陷加以纠正，这样学生不仅了解了比值法定义的内涵，而且对比热容有深刻的理解.在比热容生活应用分析时，我们也不能满足于 “水的比热大”、“××的比热容小”这样无思维的答案，引导学生以两个特性作为分析的基点：即从吸热升温快慢和吸热能力强弱两方面解释.当学生的分析思路变得熟练，甚至成为一种直觉之后，比热容概念就真正的理解了.
3科学地研读教材优化设计
《比熱容》是一次较完整的探究活动，全面体现了课程标准对探究活动的过程要求，不仅涉及实验的设计、装置的选取、操作时组员间的分工与合作等等实验细节，同时又要通过实验数据定义比热容，理解比热容.教学内容多，内涵深、思维活，因此教材这种课程资源提供给教师的创造空间很广阔，老师如能在深刻领会《课程标准》的基础上，科学地研读教材，对教材进行扩充、取舍和重组，优化课堂，也一定可以降低学生课堂认知负荷.
为让学生理解比热容的概念，苏科版教材对实验数据的处理，采用了图像分析的方法，这样固然提供给学生一种处理数据的方法和手段，但就本课的教学特点，这不是一种明智的选择.首先，这样教材处理成效不显著.实际教学中，由于热量的损失明显，沙子的受热不均匀，学生操作不熟练等等，使得到的温度——时间的图像不是理想的直线，用这样图像分析就失去了它的价值，甚至由于直观的图像，还让学生对比热容产生错误认识；其次，偏离了本课的重点.虽然描点画图是学生的一个基本技能，但不宜在本课巩固，本课的教学重点是通过实验认识比热容，用比热容解释生活现象.比热容的课堂动脑应多于动手，应多留时间给学生思考、理解概念，让学生认识比值法定义比热容的思维过程，多解决学生思维中的困惑.教学中可采用这样的方式：用表格数据分析得出两结论，建立概念；用图像认识比热容特性.实验中，沙子很难得到理想的图像，但水温变化的图像很理想.因此，在准备实验材料时，将全班同学分成八个小组.实验前，精心为每个小组选择火焰大小基本相同的酒精灯；盛水和沙子的易拉罐型号相同而且质量相同；四个小组水和沙子质量均为100g；另四个小组水和沙子质量均为200g；老师在电脑中设置好eTPel画图模板.将学生100g水和200g水加热时温度变化的数据填入eTPel的表格，这时可立即生成如图1所示的图像（这是本人上课时选取的两组学生实验数据）.从图像发现：质量相同的水升高的温度和加热时间（即吸收的热量）成正比；升高相同的溫度，200g水吸收的热量约是100g水吸收热量的两倍.说明对于水，不管质量相同还是不同，升高温度相同还是不同，Q/（m·Δt）是一个定值，即同种物质的比热容相同，与质量、升高温度和吸收的热量无关.
认知负荷理论告诉我们：影响认知负荷的基本因素有三个，即学习材料的组织和呈现方式、学习材料的复杂性和个体的专长水平（即先前知识经验）.比热容教学中，教师通过合理地问题引导、系统地组织素材、科学地研读教材，优化了教学材料呈现方式，将教材特点与学生认知水平融合，激发学生学习动机，控制内在认知负荷，降低外在认知负荷，提高相关认知负荷，促使学生合理地利用有限的认知资源，就能达到较好的学习效果.如果教师在平时教学中，能不断分析学生的认识负荷，降低身段，从学生角度来思考，优化教学活动，这必然可以降低学生认知负荷，使学生学得轻松愉快.
参考文献：
[1]李志专.认知负荷理论的解读及启示[J].煤炭高等教育，2009，（1）.
[2]义务教育物理课程标准[M].北京师范大学出版社（2011版）
