认知负荷理论下高中生物教学策略探究

徐海（甘肃省张掖市临泽县第一中学 734000）

一、认知负荷理论下的高中生物教学

1988 年，澳大利亚的认知心理学家首先提出了认知负荷理论，其假设人类的认知是由长时记忆和短时记忆所组成，而长时记忆是学习的核心。将认知负荷理论下的高中生物教学与传统教学方式相结合，取其精华，优化生物教学。高中生物学科是探索生物科学的过程，传统的教学方法具有一定局限性，因此在教育教学工作中应探究更有效的教学方法，一方面提高学生的学习兴趣，另一方面使学生拓展学习思维。经查阅大量文献，探究到认知负荷理论可分为内部、外部和相关认知负荷，由多种元素相融合，是学者与学习内容之间的交互。还有一些学者认为认知负荷理论是由长时记忆和短时记忆组成，短时记忆是快速获取信息，但容量很小，而长时记忆则是学习的核心内容，是长久学习的方法，可以构建思维导图帮助学者完成长时记忆。

我国著名教育家陶行知先生曾提出“生活即教育”“社会即学校”“教学做合一”等教育理论，这些理论与认知负荷理论相结合是生物教学的创新，以多维度丰富教学、以生活深化教学，陶行知的教学思想明确指出教师的职责与学生的任务，其表示“先生不应该专教书，他的责任是教人做人；学生不应该专读书，他的责任是学习人生之道”，教师的责任在于传授知识，而传授知识的方法是需要结合学生需求，因此教师与学生之间是相互关联的。将认知负荷理论与陶行知教育理论相结合可从以下两个方面探索教学角度。

其一，整合教育资源、优化教学结构，以紧凑的教学结构抓住学生的注意力，有效利用课堂教学时间，不仅要让学生掌握生物学习内容，还能够以思维导图的方式梳理教学内容，达到长时记忆。

其二，因材施教，陶行知先生曾提出“因材施教”这一教学理论，认为“培养教育人和种花木一样，首先要认识花木的特点，区别不同情况给以施肥、浇水和培养教育，这叫因材施教”。对此，在生物教学中以教学内容为核心，建立学生的长时记忆，通过思维的拓展提升学生的应变能力，再结合学生的个性化表现，设置分层次、分梯度的教学内容，优化生物教学。

二、因材施教，降低内在负荷

为提升学生的长时记忆，要结合科学的教学理论降低内在负荷。高中教学既有基础性内容，也有拓展性内容，且在素质教育的深化下，教育教学中更注重育人价值，因此在生物教学中应综合考虑学生的个性化表现，依据学生的特点优化教学，将学生作为教学主体，因材施教。在实际的生物教学中，教师要做好深入的调研工作，通过日常的教学发现每位学生的学习优势和学习短板，综合所有学生的调研结果进行分析，凝练为几个层次的教学，同时兼顾不同学生的学习需求。同时，以设问的方式作为不同层次教学的导学途径，通过有效的问题引发学生的思考，培养学生的探究精神，进而降低内在负荷。

例如，在《细胞的基本结构》教学中，将教学分为不同的层次，充分做到因材施教，在开展教学前要明确本节课的教学重点，一方面要以实验的方式带领学生认识植物细胞和动物细胞在结构上的特点，练习使用显微镜，另一方面通过教学的过程培养学生严谨、求实的科学态度。本节课以小组合作的方式开展教学，既体现因材施教，也通过实践的方式降低学生的内在认知负荷，结合动手操作，加强长时记忆，各小组在教师的引导下开展自主探究，小组内部成员发挥自身的学习优势，譬如实践能力强者动手操作、思维能力强者探究教师问题、文字撰写能力强者写实验报告等。

首先，各小组根据本节课的实验要求准备好材料和器具，包括洋葱鳞片叶、生理盐水、碘液、吸水纸、吸管、镊子、载玻片盖玻片等。教师将学生分为几人一组，其中要注意各小组学生基础要均衡，同时要维护生物实验教学纪律，避免出现人员受伤、器材受损的问题。

其次，每小组根据教师的引导完成“准备—制片—染色”过程，在观察洋葱鳞片叶表皮细胞时，先在洁净的载玻片中央滴一滴蒸馏水，然后用刀片取下1cm×1cm 的洋葱鳞片叶，用镊子从鳞片叶的表面撕一小块薄膜放置在载玻片水滴上，并盖上盖玻片，注意盖玻片盖下的时候不要产生气泡，最后在盖玻片的一侧滴碘液进行染色，当碘液渗透到中间位置将玻片置于低倍显微镜下观察植物表皮细胞结构。在观察口腔上皮细胞时，保持口腔清洁，用棉签轻轻刮口腔腮壁，提取棉签上的碎屑，将其放在盛有一滴生理盐水的载玻片上，盖上盖玻片，而后用碘液染色，放置低倍显微镜下观察。

最后，教师以设问的方式，引导学生深入思考，在教学中融入研究精神，提升长时记忆，如仔细观察洋葱表皮细胞与人口腔上皮细胞有什么区别，结构上有哪些特点等。

三、构建思维导图，拓展思维能力

在高中生物教学中，应以拓展思维的角度深化教学，提高学生的长时记忆、降低外在负荷，以多样化的教学方式，营造良好的学习氛围，促使学生掌握长时记忆的方法，做到长时记忆，提升学习能力和思维能力。教师在教学改革创新中也不断探索提高学生尝试记忆的方法和路径，目前很多理论课程都会应用思维导图提高学生的记忆能力。高中生物教学是理论结合实践的课程，不仅需要学生掌握相关理论知识，更需要学生能够将理论应用于实践中，在教学中体现生物科学的探索精神。

例如，结合思维导图的方式学习《基因的本质》，梳理本章的学习内容，明确教学目标，在教学中引导学生构建思维导图，降低理解难度，如以DNA 为主干延伸相关枝干，包括DNA 分子结构特点、DNA 分子的复制、基因和遗传信息的关系、制作DNA 双螺旋结构模型、分析遗传信息多样性原因等，在基本枝干补充完毕后，拓展思维，通过课程学习感悟假说演绎和模型方法在探究基因本质过程中的应用等。另外，在生物教学中，可以通过小组合作探究的方式提高教学有效性，尽可能激发他们的学习潜能。在此教学过程中，通过教学留白的方式引导学生自行研讨和探究，自行探索问题的答案，增强学生自主思考能力，减少学习依赖性。教师通过实施深度不同的教学方法提高教学效率，把控知识传授的深度和广度，明确教学目标、突出教学重点，控制好课堂教学的节奏，在学生掌握好基础知识后，开展拓展训练，以联系生活及实验的方式拓展教学，体现教育的丰富性，让学生感受生物学习的价值性。

四、明确教学目标，使教学有的放矢

生物学科理解性内容较多，机械性的学习方式会适得其反，因此在生物教学中应采用科学的教学方法，为提升教学效率，要在教学前明确教学目标，才能使生物教学有的放矢，如高中生物教学中的有丝分裂部分，这部分教学较为抽象，存在认知负荷，为提升学生的长时记忆，要明确这部分内容的教学重点是有丝分裂四个时期的特点，难点是区分不同时期染色体的变化，在学习的过程中能运用结构和功能观察掌握有丝分裂的过程，感悟生命的神秘。转变传统的教学模式和观念，突出学生的兴趣，以学生学习兴趣为出发点，优化教学课程，丰富教学内容，让学生在学习中感受到生物教学的魅力，提升学生的参与感，促使学生具备学习主动性。

明确的教学目标能节省教学时间，提高教学效率。生物教学是基于客观科学理论的课程，因此在教学中应以科学性为原则，合理构架课堂教学，以明确的目标调整教学节奏，让学生能够很快进入学习状态，在良好的氛围中汲取知识。以《从生物圈到细胞》教学为例，明确本节课的教学目的：让学生通过本节课的学习能够概括细胞的基本特征；概括生命系统的概念，并且能够举例说明生命系统的结构和层次，认识知识与自然生命之间的联系。

明确教学目标制订明确的教学计划，并以“生活即教育”的思想开展生活化教学，让学生在掌握生物知识后能灵活地应用在生活中，同时也引导学生在生活中发现生物科学的现象，提升学生的观察能力和探索能力，能够在生活和学习中发现问题、提出问题，思考问题、解决问题，培养学生的生物学科素养，引发学生对于生物学科的学习兴趣。另外，在生物教学中也应张弛有度，根据学生不同的基础情况提出不同的学习要求，不以统一的教学目标要求所有学生，充分做到以人为本，使教学有的放矢，不断强化学生自身的知识技能，培养学生良好的学习习惯。在教学中让学生掌握细胞是基本的生命系统，概述生命系统的层次。

在多样化的生物教学中以学生为教学主体，提升学生的主观能动性，形成有效的自我管理，促使学生提升自我约束能力，以认知负荷理论的角度减轻学生内在、外在的认知负荷，强化长时记忆，以教师的引导和辅助教学为主，提升学习自觉性。教师则需要结合科学的教育理论和教学方法优化教学计划，以最契合学生的教学方式开展生物教学，实现高效教学目的。

综上所述，在教育改革的深化下，要着力提升学生生物核心素养，基于认知负荷理论、陶行知教育理论等探索更符合学生发展的教学方法，进而提升教学质量，以学生为本深入分析教学中的问题并提出切实的解决方案，在生物教学工作中，丰富教学内容、完善教学结构，以多元化的教学方式，激发学生的学习主动性，充分发挥生物教学的育人价值。