促進(jìn)有意義學(xué)習(xí)的小學(xué)科學(xué)課堂學(xué)習(xí)材料設(shè)計(jì)

[摘 要] 理解的意義學(xué)習(xí)要求教師幫助學(xué)生選擇、組織和整合相關(guān)信息，因此，學(xué)習(xí)材料必須是有意義的才能促進(jìn)理解的意義學(xué)習(xí)，而對學(xué)習(xí)者有意義的材料應(yīng)當(dāng)是能夠降低無關(guān)認(rèn)知負(fù)荷和原生認(rèn)知負(fù)荷，同時提高相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷的信息。提出三種促進(jìn)有意義學(xué)習(xí)的小學(xué)科學(xué)課堂學(xué)習(xí)材料設(shè)計(jì)策略：明確目標(biāo)；控制冗余；聚焦要義、突出關(guān)鍵材料等。

[關(guān)鍵詞] 意義學(xué)習(xí)；小學(xué)科學(xué)；學(xué)習(xí)材料

[中圖分類號] G62 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 1005-4634（2015）01-0010-04

0 引言

傳統(tǒng)的教學(xué)要求學(xué)生依靠死記硬背、機(jī)械重復(fù)等被動無趣的學(xué)習(xí)方式掌握知識，導(dǎo)致學(xué)生對科學(xué)學(xué)習(xí)的興趣不高，從事科學(xué)事業(yè)的意向較弱等，嚴(yán)重影響科學(xué)創(chuàng)新人才的輸出。諾貝爾獎得主西蒙說過：“知識的意義已經(jīng)從能夠記憶和重復(fù)某些信息，轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蛩褜ず褪褂眯畔??！彪S著全球化的進(jìn)程和科技的發(fā)展，對新型工作人才的要求越來越趨向于批判性地思考和獲取信息、創(chuàng)造性地解決問題和開發(fā)產(chǎn)品、反思與改進(jìn)自己的工作等，這些高階目標(biāo)都要通過理解性的“有意義學(xué)習(xí)”來實(shí)現(xiàn)。意義學(xué)習(xí)立足于將新舊知識相互聯(lián)系、相互作用，將要學(xué)習(xí)的新知識納入原有的知識結(jié)構(gòu)中，獲得心理意義，建構(gòu)或重構(gòu)成自我穩(wěn)定的心理品質(zhì)。科學(xué)教學(xué)中加強(qiáng)有意義的學(xué)習(xí)將使學(xué)生的學(xué)習(xí)更加高效，對提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)有一定的積極作用。本文就小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)中如何設(shè)計(jì)能夠促進(jìn)有意義學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)材料進(jìn)行初步的探討。

1 有意義學(xué)習(xí)與學(xué)習(xí)材料設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)是基于個人的經(jīng)驗(yàn)帶來的反映在行為變化上的相對持久的認(rèn)知變化，為了促成學(xué)習(xí)者知識和行為的變化，教師為學(xué)生做出環(huán)境的安排即教學(xué)，加涅就曾將教學(xué)定義為“安排外部事件以激活和支持學(xué)習(xí)的內(nèi)部過程”。教學(xué)過程中，環(huán)境（外部）事件的序列（包括學(xué)習(xí)材料的內(nèi)容及其組織方式、教師的行為等教學(xué)干預(yù)）能幫助學(xué)生形成有用的知識結(jié)構(gòu)。

在教育心理學(xué)里，學(xué)習(xí)被劃分為有意義的學(xué)習(xí)和機(jī)械學(xué)習(xí)兩種[1]。教育過程所包含的兩個最基本目標(biāo)是促進(jìn)保持和遷移，保持體現(xiàn)為一種記憶能力，是指教學(xué)中所學(xué)到的材料能用相同的方式在后續(xù)的情境中加以運(yùn)用；遷移是指運(yùn)用所學(xué)的東西來解決新問題的能力，促進(jìn)遷移的知識建構(gòu)即體現(xiàn)為意義學(xué)習(xí)?！耙饬x學(xué)習(xí)與目前倡導(dǎo)的建構(gòu)學(xué)習(xí)是一致的，都重在幫助學(xué)習(xí)者領(lǐng)悟自身的經(jīng)驗(yàn)?！盵2]意義學(xué)習(xí)假設(shè)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)中是對所呈現(xiàn)的信息進(jìn)行主動加工的主體，意義學(xué)習(xí)與機(jī)械學(xué)習(xí)的差異在于是否能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)者積極開展基本加工和生成加工[3]。要促進(jìn)有意義學(xué)習(xí)，必須滿足三個重要的內(nèi)部條件：教師必須幫助學(xué)習(xí)者選擇、組織、整合相關(guān)信息（如圖1），即：只有當(dāng)學(xué)習(xí)者篩選和注意到了相關(guān)信息，將相關(guān)信息聚焦和添加到工作（短時）記憶中；并且將已選擇的信息組織成一個有內(nèi)在聯(lián)系的整體，建立起有機(jī)的內(nèi)在聯(lián)系；再將經(jīng)過組織的信息與學(xué)習(xí)者長時記憶中已有或熟悉的相關(guān)知識與圖式之間建立起外部的聯(lián)系，形成一個外部相關(guān)的整體；才能最終形成保持優(yōu)良、遷移優(yōu)良的理解性的有意義學(xué)習(xí)。從選擇、組織和整合的學(xué)習(xí)過程中可以看出，促進(jìn)有意義學(xué)習(xí)的前提條件是：學(xué)習(xí)材料本身必須是有意義的。只有學(xué)習(xí)材料對學(xué)生的學(xué)習(xí)是有意義的，才能使學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中聚焦相關(guān)學(xué)習(xí)信息進(jìn)行有目的的選擇性編碼、選擇性組合和選擇性比較等認(rèn)知加工活動。因此，在教學(xué)活動中應(yīng)盡可能對學(xué)習(xí)材料進(jìn)行充分設(shè)計(jì)，以促進(jìn)理解的意義學(xué)習(xí)。

2 認(rèn)知負(fù)荷理論與意義學(xué)習(xí)

認(rèn)知負(fù)荷理論（Cognitive Load Theory，簡稱CLT）是由澳大利亞教育心理學(xué)家約翰斯威勒等人于20世紀(jì)80年代提出并加以發(fā)展的一種理論，其關(guān)注人類認(rèn)知結(jié)構(gòu)與外界信息結(jié)構(gòu)交互作用，近年來在教學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域產(chǎn)生了越來越重要的影響。

認(rèn)知負(fù)荷理論以資源有限理論和圖式理論為基礎(chǔ)。它認(rèn)為：問題解決或?qū)W習(xí)過程中的各種認(rèn)知活動均需消耗認(rèn)知資源，若所有活動所需要的資源總量超過了個體所具有的資源總量，則存在資源分配不足的問題，從而影響學(xué)習(xí)或問題解決的效率。影響認(rèn)知負(fù)荷的基本因素主要有三個：個體的先前經(jīng)驗(yàn)、學(xué)習(xí)材料的內(nèi)在本質(zhì)特征、材料的組織和呈現(xiàn)方式[4]。先前經(jīng)驗(yàn)是個體長時記憶中所具有的圖式數(shù)量和質(zhì)量，其因人而異；對特定個體來說，先前經(jīng)驗(yàn)已確定，則認(rèn)知負(fù)荷主要取決于學(xué)習(xí)材料的本質(zhì)特征以及材料的組織和呈現(xiàn)方式。根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷的來源不同，將認(rèn)知負(fù)荷分為原生性（內(nèi)在）認(rèn)知負(fù)荷、外在（無關(guān)）認(rèn)知負(fù)荷和相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷。原生性認(rèn)知負(fù)荷是由學(xué)習(xí)材料的復(fù)雜性和學(xué)生的知識水平造成的認(rèn)知負(fù)荷[5]；外在認(rèn)知負(fù)荷是指與學(xué)習(xí)無關(guān)的認(rèn)知活動施加給工作記憶的認(rèn)知負(fù)荷，主要是由教學(xué)設(shè)計(jì)的缺損造成的額外認(rèn)知加工活動所致；相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷是指學(xué)習(xí)者進(jìn)行與學(xué)習(xí)活動密切相關(guān)的認(rèn)知操作而產(chǎn)生的認(rèn)知負(fù)荷[6]。對于外在認(rèn)知負(fù)荷與相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷的學(xué)習(xí)材料設(shè)計(jì)策略都旨在降低外在認(rèn)知負(fù)荷、提高相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷。

意義學(xué)習(xí)理論和認(rèn)知負(fù)荷理論都是基于認(rèn)知加工理論發(fā)展起來的學(xué)習(xí)理論。意義學(xué)習(xí)要求教學(xué)能提供促進(jìn)學(xué)習(xí)者積極認(rèn)知加工的外部條件（如學(xué)習(xí)材料的內(nèi)容和組織形式等），凡是能促進(jìn)學(xué)習(xí)者積極的認(rèn)知加工、減少認(rèn)知負(fù)荷的教學(xué)都是主動的理解性有意義教學(xué)。因此，意義學(xué)習(xí)要限制外在認(rèn)知負(fù)荷，以便能夠?qū)⒂邢薜墓ぷ饔洃涃Y源用于處理內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷和相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷。在促進(jìn)意義學(xué)習(xí)時，將學(xué)習(xí)過程的三種心理運(yùn)作方式——選擇、組織、整合的策略與認(rèn)知負(fù)荷理論的三種認(rèn)知負(fù)荷對應(yīng)起來，內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷承擔(dān)了“選擇”和適量地“組織”的學(xué)習(xí)過程，相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷是“組織”和“整合”的過程，外在認(rèn)知負(fù)荷中的認(rèn)知加工和達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)間沒有關(guān)系，不能促進(jìn)意義學(xué)習(xí)過程。

3 促進(jìn)意義學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)材料設(shè)計(jì)

意義學(xué)習(xí)理論和認(rèn)知負(fù)荷理論均對學(xué)習(xí)材料有較多的研究，學(xué)習(xí)材料必須是有意義的才能促進(jìn)理解的意義學(xué)習(xí)，而對學(xué)習(xí)者有意義的材料應(yīng)當(dāng)是能夠降低無關(guān)認(rèn)知負(fù)荷和原生認(rèn)知負(fù)荷，同時提高相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷的信息。學(xué)習(xí)材料的準(zhǔn)備是小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)的前提，要使小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)促成學(xué)生理解的意義學(xué)習(xí)，需要對學(xué)習(xí)材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，以下提出幾個有效促進(jìn)意義學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)材料設(shè)計(jì)策略。

3.1 明確目標(biāo)，降低原生性認(rèn)知負(fù)荷

一般認(rèn)為，原生認(rèn)知負(fù)荷是由教學(xué)材料內(nèi)部元素的交互性水平和學(xué)生圖式的數(shù)量與質(zhì)量決定的，是教學(xué)設(shè)計(jì)所無法改變的[5，7]。但也有研究認(rèn)為知識漸進(jìn)與簡單-復(fù)雜任務(wù)序列能簡化學(xué)習(xí)內(nèi)容，設(shè)計(jì)輔助信息的呈現(xiàn)類型和時機(jī)等策略能降低原生認(rèn)知負(fù)荷[8]。盡管如此，現(xiàn)有研究還大多是在既定教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上對教學(xué)材料進(jìn)行簡化處理，以降低原生認(rèn)知負(fù)荷。然而，如果教師能夠充分掌握確定目標(biāo)的自主權(quán)，從教學(xué)目標(biāo)出發(fā)精選學(xué)習(xí)材料，可使學(xué)習(xí)材料內(nèi)部的交互水平得到有效控制，降低學(xué)習(xí)材料的原生認(rèn)知負(fù)荷。

在科學(xué)教學(xué)中，教師如果從大概念的理念出發(fā)，以課程標(biāo)準(zhǔn)為教學(xué)設(shè)計(jì)的較高目標(biāo)，跳出現(xiàn)有教材的內(nèi)容框架，對教學(xué)過程進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)，將會有效降低原生認(rèn)知負(fù)荷。如在《多種多樣的植物》教學(xué)中，有教師將教學(xué)重點(diǎn)放在“認(rèn)識”各種各樣的植物，使用多媒體課件把教材上給出的所有植物一一進(jìn)行了圖文介紹[9]。教學(xué)過程中，學(xué)生走馬觀花地瀏覽了一些認(rèn)識和不認(rèn)識的植物，對呈現(xiàn)過的植物沒有比教學(xué)活動開始前留下更多的信息。然而，如果教師不被禁錮在教材的內(nèi)容框架中，從本節(jié)課的課標(biāo)要求和大概念指向來看，圍繞“生物多樣性”來組織教學(xué)材料會事半功倍：教師不必再為找不到教材上介紹的植物而煩惱，學(xué)生不必增加認(rèn)識沒見過的植物帶來的額外認(rèn)知負(fù)荷。圍繞教師自主設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)，選擇學(xué)生身邊的植物進(jìn)行教學(xué)，便可降低原生性認(rèn)知負(fù)荷，將更多的認(rèn)知資源用于組織和整合信息，促進(jìn)意義理解。

3.2 控制冗余，降低無關(guān)認(rèn)知負(fù)荷

引起無關(guān)認(rèn)知負(fù)荷的主要原因是不恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)任務(wù)與呈現(xiàn)方式。常見的無關(guān)認(rèn)知負(fù)荷來源主要是：過多的教學(xué)輔助信息產(chǎn)生的冗余效應(yīng)和不恰當(dāng)?shù)男畔⒊尸F(xiàn)方式。因此，通過改進(jìn)學(xué)習(xí)任務(wù)和材料的信息呈現(xiàn)方式，如將學(xué)習(xí)材料中的多種信息源整合于一體，剔除材料中的冗余信息等，可有效降低無關(guān)認(rèn)知負(fù)荷。

小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，為了加深學(xué)生對概念的理解，常常使用“證實(shí)”或“證偽”的研究方法，在教學(xué)材料設(shè)計(jì)時，常常出現(xiàn)冗余效應(yīng)和注意分散效應(yīng)。如《液體之間的溶解現(xiàn)象》一課的教學(xué)中[9]，需要學(xué)生通過探究來掌握的科學(xué)概念為“液體也能溶解在水里，形成均勻、透明、穩(wěn)定的溶液”，教科書提供的參考探究活動是用膠水或洗發(fā)液探究以“發(fā)現(xiàn)”液體能溶解在水中，用醋、酒精和食用油探究以“證實(shí)”或“證偽”液體都能溶解在水中。教學(xué)過程中，洗發(fā)液溶解在水中可能會產(chǎn)生大量的泡沫，醋和酒精比較刺鼻，這些教學(xué)狀況都會使學(xué)生的注意力分散；同時，膠水和洗發(fā)液在教學(xué)中的作用相似，都是為了讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)液體能夠溶解在水中；醋和酒精亦有類似之處，醋和酒精可以讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)液體在溶解時氣味和味道被均勻地稀釋等，如果這些教學(xué)材料都同時出現(xiàn)，過多的教學(xué)輔助信息將對學(xué)生的認(rèn)知加工產(chǎn)生冗余效應(yīng)，造成過重的認(rèn)知負(fù)荷。因此，在對教學(xué)材料進(jìn)行設(shè)計(jì)時，可只選擇膠水作為探究發(fā)現(xiàn)的信息源，用一種材料達(dá)到多種材料能夠達(dá)到的目的，同時也控制了課堂上產(chǎn)生泡沫分散學(xué)生注意力的情況；把醋和酒精換成氣味較溫和且有顏色的液體（如醬油），既可以探究液體的氣味、味道甚至顏色在溶解過程中的變化情況，又減少了氣味的刺激反應(yīng)，也減少了信息源，消除了冗余材料信息?？梢?，消除造成冗余信息和容易分散注意的材料可有效降低無關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者進(jìn)行正確的認(rèn)知資源分配。

3.3 聚焦要義，突出關(guān)鍵材料，提高相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷

相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷用于圖式的建構(gòu)與圖式自動化，是學(xué)習(xí)真正發(fā)生的過程[8]。有研究表明，在科學(xué)教學(xué)中，電腦模擬前實(shí)驗(yàn)的呈現(xiàn)方式使得學(xué)生更關(guān)注與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的理論知識，而不是疲于應(yīng)付具體的實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)，有效地改善實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果[10]。這主要是因?yàn)樵摮尸F(xiàn)方式由教師有效地控制了無關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，降低了學(xué)習(xí)者對學(xué)習(xí)信息的選擇和組織難度，將原生認(rèn)知負(fù)荷聚焦到科學(xué)實(shí)驗(yàn)和探究的科學(xué)理論部分，從而能夠?qū)⒂邢薜恼J(rèn)知資源用于思考和關(guān)注實(shí)驗(yàn)中的理論問題，促進(jìn)自我解釋，實(shí)現(xiàn)新的學(xué)習(xí)信息與原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)和圖式的整合，達(dá)成了理解的意義學(xué)習(xí)。

如在教科版《科學(xué)》四年級下冊《各種各樣的花》的教學(xué)中[9]，教師將學(xué)生帶到了校園的各個角落對春天的各種花進(jìn)行觀察，引導(dǎo)學(xué)生比較各種花的構(gòu)造，希望學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)花的哪些部分與繁殖有關(guān)。這雖然能將學(xué)生帶入真實(shí)的觀察環(huán)境，但同時校園中眾多的花使材料之間的交互因素增多，原生認(rèn)知負(fù)荷和無關(guān)認(rèn)知負(fù)荷過多，學(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)知負(fù)荷過載。雖然校園里的花種類很多，但學(xué)生觀察到的花結(jié)構(gòu)都差不多，并沒有找到雌花和雄花，完全花和不完全花的概念也較模糊，無法有效地將觀察到的花的結(jié)構(gòu)信息整合到植物的繁殖概念模式中，辨認(rèn)出花的哪部分與繁殖有關(guān)。要幫助學(xué)生了解是花的哪一部分膨大成果實(shí)、花發(fā)育成果實(shí)需要哪些要件等，則需要教師尋找更具體和更有意義的學(xué)習(xí)材料，聚焦主題和要義，突出關(guān)鍵材料，提高相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷。因此，在教學(xué)改進(jìn)中，教師通過反思和深入研究校園里的植物，最終選定了正在“花果同樹”的人工栽培觀賞植物重瓣“杜鵑花”為引起學(xué)生認(rèn)知沖突且有事實(shí)證據(jù)的理想材料：其雄蕊已瓣化失去花藥，可視為不完全花；花朵凋零后子房并未膨大成果實(shí)，正好引導(dǎo)學(xué)生思考植物是不是只要會開花就一定會結(jié)果，如果沒能結(jié)果可能和哪些因素有關(guān)，能夠通過證據(jù)和推理發(fā)現(xiàn)花的哪些結(jié)構(gòu)和繁殖有怎樣的關(guān)系。通過對杜鵑花能否結(jié)果這一探究任務(wù)的精心設(shè)計(jì)，在降低無關(guān)認(rèn)知負(fù)荷的同時，亦在探究活動中提高了相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，促使學(xué)習(xí)者在真實(shí)實(shí)踐中達(dá)成了概念模型的構(gòu)建和遷移，實(shí)現(xiàn)理解的意義學(xué)習(xí)。

4 結(jié)束語

總之，對學(xué)習(xí)材料進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，能夠使學(xué)習(xí)者的認(rèn)知資源用于處理與真正的學(xué)習(xí)活動相關(guān)的認(rèn)知負(fù)荷，提高教學(xué)的有效性。除明確目標(biāo)、控制冗余、聚焦要義等針對學(xué)習(xí)材料的內(nèi)容和組織呈現(xiàn)方式的設(shè)計(jì)策略外，還應(yīng)加強(qiáng)教師教學(xué)活動的設(shè)計(jì)，對教師的教學(xué)幫助和對保持與遷移的測試進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，全面地實(shí)現(xiàn)科學(xué)教學(xué)理解的意義學(xué)習(xí)。

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