认知负荷理论下的《高等数学》信息化教学

黄洁

摘 要：随着社会的发展，人们对于教学质量有了更高的要求。想要更好实现《高等数学》信息化教学，必要提高上课的效率以及高质量的完成教学要求，学生要积极参与学习，提高学生对学习的兴趣。因此可以利用认知负荷理论来进行高等数学的教学设计，同时也可以合理高效的利用现代信息技术，选择较为恰当的时机，遵循简单的原则，结合多种教学模式为一体，不断进行课堂的优化。除此之外，还需要结合长期高等教学发展的规律，进行简要的分析，希望能够实现认知负荷理论观照下的高等数学信息化的高效教学。

关键字：认知负荷;高等数学;信息化教学;实践;分析

引言：认知负荷理论是人类通过对事物的认知，再进行的信息加工理论。现阶段，我国的信息技术不断发展，与此同时，各高校的教学方式及手段都在推陈出新。就目前来说，常见的多媒体技术手段都广泛应用在教师教学工作中，如几何画板、PPT、投影仪等。然而，在课件的设计以及使用中，有时就会遇到教案移走的问题。这样一来，就会形成混乱的教学，传递出较为繁杂的教学信息，影响教学的有效传递。针对这一现象，本文从认知负荷理论的方向出发，细致研究怎样在《高等数学》教学中恰当运用信息技术手段，进而不断提升《高等数学》课堂教学效果。

一、认知负荷理论以及实践意义

（一）认知负荷理论的定义

认知负荷理论是针对人类认知再进行信息加工的一种理论。它是指工作记忆系统对于某个特定的教学内容信息进行认知和加工，在保持认知加工过程中所承受的负荷能量。认知负荷主要来源于，内在认知负荷、外在认知负荷以及有效认知负荷。内在认知负荷，主要通过工作记忆对于教学内容本身所包含的信息元素的数量及其交互性进行认知加工所承受的认知负荷。所以，当《高等数学》教学内容难度较大时，对于工作记忆施加的内在负荷就随之加强。外在认知负荷，由不恰当的教学设计而给工作记忆带来了额外的负担。产生这种结果的原因，一是不恰当的教学内容以及错误的教学信息，造成了工作记忆偏离的认知操作。换言之，工作记忆产生了过于认真的操作，造成所需记忆工作之外的负荷;二是设计不合理的教学活动，导致工作记忆产生额外的认知操作。有效认知负荷，是指工作记忆对于教学内容进行实质性认知操作而承担的负荷，是学生对于教学内容的实质性的认知操作。

（二）认知负荷理论对于《高等数学》教学的指导意义

依靠三种负荷都具有可加星的性质，为了产生优质的教学学习成果，以形成良好的教学模式，就必须遵循“减负增效”的基本教学设计原则，即通过降低内、外在认知负荷，进而增加有效认知负荷。而有效认知负荷的增加，必须建立在内、外在认知负荷减少的前提基础上。

二、认知负荷理论下的《高等数学》信息化教学存在的前提

（一）不断优化的现代信息技术

现代信息技术不断的发展，给《高等数学》信息化教学带来了更多的技术支撑。目前，国内多数高校都配置了较为先进的计算机设备以及信息化软件，这样一来，也为现代化《高等数学》信息化的教学提供了有效整合。与此同时，通过利用现代较为先进的教育思想以及文化底蕴进行指导，以计算机和互联网为主的信息技术手段，成为学生的自主认知工具、情境创设工具以及情感陪伴工具。总的来说，先进的网络以及优质的硬件设备都给高等数学信息化教学提供了先机。

（二）多样化的教育教学资源

在我国，先进的技术给高校带来了更为多样化的教育教学资源。比如：PPT、AE、Flash等等教育软件相继推出。除此之外，还有一些数学类的教学软件的出现，给《高等数学》信息化教学的深入奠定了基础。由此可见，软件可以利用直观背景解决抽象的问题，打破传统的学习模式以及获取信息的途径，不仅能让学生的视觉、听觉、感觉同时进行获取相关信息，还能为《高等数学》课程的教学提供有力的技术支持。通过使教学资源、教学环节、教学模式、教学要素等方面的整合，从而实现了“减负增效”的结果，不断优化了高等数学的教学模式。

三、高等数学信息化教学在认知负荷理论的角度下的重要性

（一）验证动态数学观的准确性

动态数学观的形成，也就作为高等数学课堂教学信息化的一个基础。过去，人们总认为数学观的形成相对静态，总是把数学的发展理解为确定性的真理，然后进行数量上的慢慢累加。但被实践证明，数学理论的形成中也可能有错的，不是出现即被定义为准确。因此，静止的数学观开始转变为辩证的、动态的数学观。动态的具有辩证唯物主义的数学观可以看成是人们在创造性的活动中，通过猜测、分析、讨论、辩证、验证以及修正等动态的实践过程。如今，计算机的参与，把数学进行了“实验科学”的模式，以此来充分验证数学观的准确性。

（二）更好地理解《高等数学》的内容

高校教师把动态、辩证唯物主义的数学观作为指导思想，进行《高等数学》信息化教学设计，能更好的讓学生理解高等数学的内涵。信息技术可以很好的模拟现实问题，生动形象的表现数学知识的形成方式，充分让学生体验整个数学的时间活动过程。这样一来，也可以勾起学生的好奇心，以及加强探究、分析讨论、辩证、验证以及修正等动态的实践特点。因此，信息化教学设计必将成为高等数学课堂教学的新方式。

四、认知负荷理论观下的高等数学信息化教学活动设计案例

案例：计算不规则图形的面积

情境引入、突出主题

老师：由于我国的土地资源有限，很多的田地都是一些不规则的图形，如何进行计算田地每年的产量。首先我们需要计算出它的面积。

设计意图：利用配有音乐的背景让学生了解祖国的美丽，带着轻松的氛围进入课堂，然后提出数学问题。让学生产生认知充填，进而引入本节课的重点，计算不规则图形的面积。

课堂研究：如何估算一片叶子的面积？

第一步：进行猜想

第二步：动手操作，选择合适的学具，进行估算叶子的面积

第三步：小组上台进行汇报交流

小结：根据实践得到不同的估算结果，思考以后可以利用什么方法进行估算。老师帮助学生理清问题，明确解决问题策略的多样性与可行性。

灵活运用，巩固认识：

例如：利用手掌大小或者方格大小测量圆周长后猜想周长与面积之间关系，计算后猜想商不变的规律，分数的基本性质，比的基本性质等。三是要善于诱发，及时捕捉学生的灵感，对他们别出心裁的想法、标新立异的构思给予肯定和引导，进而激发他们的直觉灵感。

五、《高等数学》信息化教学中“减负增效”的现实性以及相应的策略

（一）“减负增效”的现实性

首先，《高等数学》的教学内容本身就非常的抽象，内在认知负荷比较大。如果利用信息技术对其进行相关的教学设计，相对可以优化其教学的内容，同时还能够充分利用学生的认知结构，以此更好的降低内在的负荷。利用信息技术，可以更好的设计教学活动和内容，创设多元化情境，优化教学信息的呈现顺序，大大减少工作记忆而形成的不必要的认知操作，降低额外负荷。因此，合理利用信息技术，可以实现高等数学教学中的“减负增效”。

（二）“减负增效”的相关策略

首先，需要选择较为合适的实际，采用片段式的课件进行。应用信息技术的目的就是解决真正的疑难杂病，但是并非需要一节课的每分每秒都进行使用。我们需要抓住合适的实际，寻找正确的切入点，采取片段式的课件。只有这样，才能做到合理有效的利用，达到解决问题的目的。

然后需要遵循简单原则，多种教学手段进行有效整合。这样一来，才可以发挥各自所有的优势，将各种教学方法及教学手段进行完美的整合，也不会浪费掉任何的时间以及资源。

其次就是综合使用多种软件。因为单一的软件只能针对一种或者两者的问题进行解决。多种软件的综合使用，就可以进行优势互补，发挥各自的效应，然后进行有效的联合，产生更加大的优势。这样一来，很多问题，都可以通过软件的综合使用得到解决，非常方便。

六、小结

综上所述，现代信息技术的发展对于《高等数学》教育教学产生较为重要的影响。任何事物的提升，都不会是单方面的努力。教育本来就是长期以来严肃而深刻的问题。因此也要求我们更新观念，依靠认知负荷理论作为指导，把现代信息技术慢慢的引入高度数学的课堂教学，有效的发挥信息技术的优势。除此之外，还要进行积极的探索和优化，不断的增强教学的效果，提高学生的数学能力。什么东西都没有绝对的，我们只有在不断尝试中成长。然而由于个人所学知识以及经验的局限性，也没有考虑得很全面，希望广大读者给予意见或者建议，让信息技术得以更好的运用于高等数学的教学课堂中，带动高等数学的发展。

参考文献

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