基于认知负荷理论的高中化学教学设计研究

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索质教育是基础教育改革的时代主题和紧要任务。推行素质教育的突破口在于减轻学生的学业负担,简称“减负”。认知负荷理论认为,学生在学习过程中要进行认知加工,就会有认知负荷,所以学习负担是永远存在的。“减负”是为了使学业负担合理化,使认知资源得到最大程度的利用,促进学生的身心发展和提高学生的学习效率。学生进入高中,前两章学习的化学知识基本是概念原理知识,这些知识为后续的学习奠定了知识和方法基础,然而概念原理知识难教难学,传统的教学一般是采用让学生根据关键词理解记忆概念的力‘法去学习概念原理知识,对概念原理知识隐含的内涵和作用都没有提及。近年来,很多化学家呼吁须认真审视化学概念原理知识在化学学科中的地位,发挥概念原理知识的功能价值。研究如何在实际的教学中应用认知负荷理论进行教学设计,既符合国家推进的“减负”,也切合基础教育改革的要求。基于此,本研究将目标定位于基于认知负荷理论的高中必修1概念原理知识教学设计研究。以期从一个新的视角为中学教师概念原理知识的教学和应用提供一些参考。本文首先对涉及的认知负荷、教学设计、化学教学设计等概念进行分析,然后在详细分析了认知负荷理论、图式理论的基础上,形成了基于认知负荷理论的化学概念原理教学设计研究的初步思路。认知负荷理论的研究和教学设计的研究都强调学生已有的知识经验,因而,对广西钦州某重点中学高一两个重点平行班——(5)班和(10)班的学生进行初高中概念原理衔接知识的测试,测试的主要内容为:电离和导电性实验,分子的性质,离子检验,酸碱盐氧化物之间的反应规律,原子结构示意图,化合价与化学式,物质的组成,物质的进一步分类,化学反应的类型及判断。通过答题情况分析知道,部分学生对常见的沉淀、有颜色的离子没有完全掌握,无法准确的用微观的分子性质的观点去解决宏观的现象,不会灵活地应用化合价正确的书写化学式,不会迁移运用化学式的读写方法去学习新的物质的化学式,没有总结对酸、碱、盐、氧化物的一般规律。在了解学生初中概念原理知识掌握情况的基础上,结合认知负荷理论,提炼出基于认知负荷理论的五个教学设计原则:教学素材整合教学设计原则、样例学习教学设计原则、目标设计教学设计原则、图式建构原则、多重呈现原则。构建了基于认知负荷理论的三种教学设计策略:整合三个本版教材、渐进式问题解决、促进学生的认识素养发展。然后基于认知负荷理论选择合理的教学设计范式,并进行实证研究,通过对实践教学效果和学生的掌握情况的分析,探查教学设计是否有效。最后通过数据分析进行研究总结,总结本研究得到的结论,所给予的启示以及对本研究的反思。基于以上的理论构想,我在钦州某重点中学高一重点班(10)班进行了基于认知负荷理论的教学设计研究。以2004年的人教版高中化学必修1前两个单元概念原理知识为载体,运用多种不同的教学设计策略进行教学设计。实验班笔者按照基于认知负荷理论的教学设计进行教学,对照班按照传统的教学方式由一名高级教师执教。每节课后对随机抽取学生针对教学过程中可能产生较大认知负荷的内容进行访谈,并设计有针对性的练习题,通过分析访谈内容和练习完成情况的反馈,反思教学设计的存在问题,进一步完善教学设计。通过访谈、课后作业和月考、期考成绩的数据分析表明,基于认知负荷理论的教学设计有利于提高学生学习兴趣和学习效率、培养学生学习的思维方法、促进学生认识素养的发展、合理化学习过程中的认知负荷。通过两个月的研究,笔者认为认知负荷理论是指导教学设计的理论,也是验证教学设计是否优化的理论。基于认知负荷理论的教学设计是高效高水平的教学设计,适用于概念原理知识的教学设计,也适用于其他化学知识的教学,三种教学策略对应教学设计的三条线索:知识线、问题线、认知线,它们是相互关联的,在教学时结合相应的教学内容有所侧重,可以是“三线”结合,也可以以知识线为主体,以问题线为主题,以认知线为主体,由内容的知识结构而定。尽管本课题取得了一定的效果,但由于本人能力有限,再加上研究时间短,在试题的编制、练习的设计方面存在一些不足,没有运用量表对实践进行量化研究,造成数据过于主观性。因此,本课题的结论还有待进一步检验和完善。
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