認知負荷視域下高中物理課后作業改進初探

李宗倫 方一穎 林雪萍 鄭淵方

摘? ?要：針對高中物理課后作業負擔大的現狀，結合學者對作業的研究，以認知負荷理論為基礎結合物理教學，提出統籌作業時間、優化作業數量、促進作業多元化、完善作業批改與反饋機制等改進措施，目的在于提高物理作業設計水平，提升物理作業有效性，提高教學質量，促進學生全面發展。

關鍵詞：高中物理；認知負荷理論；課后作業改進

2022年，抓鞏固提高，聚焦雙減，重點提高“四個水平”是基礎教育重點工作中的首要工作，其中，重點提高的“四個水平”中的一項為“提高作業設計水平”[ 1 ]?！疤岣咦鳂I設計水平”是改進作業現狀、提高教學質量的重要舉措，這個工作對各門學科的教師來說是具體而實在的。對于物理教師來講，深度反思當前物理作業現狀，針對存在的問題進行有條理而適度的改進，真正落實立德樹人，提高學生物理學科核心素養，促進學生發展是當務之急。

1? 物理課后作業現狀

有研究通過問卷方式調查學生學習負擔是什么，調查結果表明大部分學生認為學習中最大負擔來自于作業太多，大部分教師也認為學生負擔主要體現在作業太多[ 2 ]。長期以來，各類考試以紙筆測試為主，應對考試獲得高分的“最有效”方式似乎就是做大量試題，題海戰術頗為盛行，導致作業成為學生最大負擔。

現階段高中物理課后作業現狀調查結果表明，物理作業量大，作業類型過于單一，內容枯燥無味、千篇一律，忽視作業的批改與反饋，學生感受不到物理作業的樂趣，從而失去學習物理的興趣[ 3 ]。物理是一門以觀察、實驗為基礎的科學，物理知識來源于自然、來源于生活，自然與生活也是物理作業的重要來源之一，多方面的物理作業既能滿足學生對知識需求，又能夠激發學習興趣。根據當前高中物理作業現狀結合物理教學提出優化作業數量、促進作業形式多元化、完善作業批改與反饋機制等措施，目的在于增強作業有效性、提高教學質量。

2? 認知負荷理論對高中物理課后作業啟示

認知負荷理論是指導教學實踐重要理論之一，最早于二十世紀八十年代由澳大利亞心理家Sweller提出，隨著認知負荷理論的深入研究并逐漸應用于教學領域，在教學領域占據重要地位[ 4 ]。根據認知負荷的特點可分為三大類：內在認知負荷（ICL）、外在認知負荷（ECL）、相關認知負荷（GCL），認知負荷總量就是三者之和[ 5 ]。將認知負荷理論與高中物理課后作業相結合得到以下幾點啟示：

（1）控制作業總負荷在學生認知負荷總量之內

受教育者每天時間、精力、認知能力有限，作業量太大易超出負荷，導致效率低下甚至無效率，統籌規劃課后作業時間，提高課后作業質量，使作業產生的總負荷在學生認知負荷總量之內。

（2）控制內在認知負荷

內在認知負荷取決于學習材料本身以及學習者已具備知識之間的影響[ 6 ]。由于學生認知能力、學習能力不同，作業設計要符合學生認知水平與能力水平，進行分層作業設計滿足不同層次學生從而控制內在認知負荷。

（3）降低外在認知負荷

外在認知負荷是指來源于教學材料的呈現方式和教學設計[ 6 ]。外在認知負荷與內容的不合理組織和設計有關，可通過重新組織和設計教學內容、改變呈現方式、促進作業類型多元化等方式，降低外在認知負荷。

（4）提高相關認知負荷

相關認知負荷是指促進圖式建構和圖式自動化過程的相關負荷，它與學生的認知努力有關[ 6 ]。引導學生進行深層次的圖式建構與能力培養、及時進行作業批改與作業反饋能幫助學生提高學習興趣、激發學習動機，提高相關認知負荷。

3? 物理課后作業改進策略

根據高中物理課后作業調查中發現的問題結合認知負荷理論與學生學習特點，從減輕總負荷、控制內在認知負荷、降低外在認知負荷、提高相關認知負荷等四方面入手進行物理課后作業改進。

3.1? 統籌時間、優化數量、提高質量，減輕學習總負荷

3.1.1? 統籌規劃各科作業時間

由于中學階段各科教學時間不同，學生每天作業總量應該根據學生各科教學情況而定，只有全科統籌安排才能防止各科教師“公說公有理，婆說婆有理”的現象產生。統籌安排各科作業時間，需要各學科教師共同協商，以便后續相關工作落到實處，各科教師應嚴格根據規劃時間布置作業，使作業產生的總負荷在學生認知負荷總量之內，有效減輕學生負擔。根據學生每天各科作業時間，設計出表1各科學生作業時間估計表。各科教師根據各科教學情況在表格中記錄作業時間，并將各科作業時間匯總，確保學生全科作業總時間都在某個范圍中，使作業產生的負荷在學生總負荷之內。

3.1.2? 優化物理課后作業數量、提高課后作業質量

我國學者李斌對初中生最佳物理作業量進行了對比實驗研究，適當減輕學生的物理作業量不會影響學生的學習成績，單靠加重學生作業量不能明顯地提高成績，學生物理作業量與物理學習成績不是線性關系，初中學生最佳物理作業量應該在授課時長的百分之二十到百分之四十之間[ 7 ]。由此可見，作業并非越多越好，但現實教學中盛行“題海戰術”，導致作業總量大、重復率高、作業質量低等問題。如A中學“位移變化規律”課后作業為魯科版高中物理必修一教材和學案，共計14題，其中選擇題7題、計算題7題。大部分學生完成該項作業至少需要45分鐘以上，長此以往物理作業勢必成為學生作業負擔之一。

作業數量與質量是緊密聯系在一起的，作業重復率高造成作業總量大，導致作業質量低，減少不必要的重復，多幫助學生歸納、歸類是提高作業質量，增強作業有效性的辦法之一。如A中學“位移變化規律”課后作業教材第1題和學案第2題都是剎車問題，已知初速度、加速度，求不同時間內的位移。屬于同類型、同情境、同公式，只是初速度和加速度數據不同而已，且課堂上也分析過這類問題，再布置兩個幾乎相同的題目即屬于低水平重復。在作業的設計中，應該結合課堂教學設計作業，根據學習內容的實際情況，考慮有沒有必要布置不同情境重復的練習，盡量避免相同情境的重復練習，減輕學生負擔，同時提高作業質量，提高學習效率。

鑒于此，一線物理教師應從教學實際出發把控作業數量、提高作業質量。為把控物理作業數量、提升作業質量，教師應從解決問題所應用的物理原理、方法等角度考慮題目的種類、數量和順序，慎重選擇題目，適當控制題目數量，提高教學效率，真正落實減負增效。

3.2? 合理分層作業，控制內在認知負荷

分層教學基于許多著名教學理論提出，其中分層作業能夠使作業滿足不同層次學生需求，控制學生內在認知負荷，促進全體學生發展。如A中學“勻變速直線運動”教學中，經多次觀察與記錄，發現普通班與實驗班新知識學習時，作業講評時間與問題數量基本相同，學生差異并未明顯體現。因此，同一班級學生可共用一份練習。新知識學習后，階段性測試實驗班均分66.9分，最高分100分、最低分47分；普通班均分50.2分，最高分79分、最低分8分，此時學生間差異明顯，相同練習難以滿足不同層次學生需求，容易造成優等生學生“吃不飽”，學困生“吃不了”的困境，此時應進行分層作業，以滿足不同層次學生需求。

根據學生水平由高到低依次分為A、B、C三個層次，進行分層作業。作業難度與試題數占比可參考高考物理試題設計，按照簡單試題：中等試題：較難試題為3：5：2的比例進行分配[ 8 ]。教師根據不同層次學生實際能力調整試題占比，如C層次學生以基礎習題為主，可以舍去較難試題；B層學生鞏固基礎知識、培養能力為主，試題可一定難度和綜合性，適當增加簡單試題和中等試題占比；A層學生以培養學生思維能力、解決實際問題能力、探究能力等為主，試題更具有綜合性，可參考3：5：2的試題比例。針對不同層次學生進行分層作業，能夠減少學生低效甚至無效的作業，提高學生學習效率，減輕學生負擔。

3.3? 促進作業形式多元化，降低外在認知負荷

外在認知負荷具有可變性，可通過改變作業呈現方式，提高作業趣味性，以此降低外在認知負荷。針對物理課后作業以書面作業為主、作業類型單一的現狀，為改變單一作業模式，培養學生多種智能，可以增設多種形式的課后作業。

（1）課外閱讀作業。如A中學“自由落體運動”教學前，教師讓學生查閱有關自由落體運動的由來與發展，并在課堂分享，學生十分感興趣。課外閱讀作業不僅能夠了解科學家的探究方法、學習他們的科學精神，還能夠通過閱讀物理學史增加物理課程趣味性。

（2）課外小實驗。課外小實驗能夠培養學生動手操作能力和思維能力。如魯科版高中物理必修一教材58頁，小球沿斜面滾下，探究小球運動規律，課堂上教師以理論推導為主，可將此作為課外小實驗讓學生通過小實驗探究小球運動規律。不僅能夠幫助學生理解物體沿斜面滾下時的運動規律，還能培養學生實驗能力、思維能力和邏輯推理能力。

（3）課后總結與反思作業。學生自主梳理知識脈絡，促進知識理解；課后反思幫助學生反思自己不足，如學習習慣、學習方法、學習態度等。改變作業呈現方式還能夠有效提高學習興趣，提高學習效率。

3.4? 激發學生動機，提高相關認知負荷

辛自強教授與林崇德教授指出：較低的認知負荷有助于認知技能的獲得，減輕認知負荷可以促進圖式的獲得[ 6 ]，這里的認知負荷應指總負荷。高質量的物理課后作業能夠促進學生認知技能和圖式的獲得，促進知識間的同化，幫助學生解決同類型問題，體會到學習物理的樂趣。

此外，作業批改與反饋也是提升自信心與提高學習動機的方法之一，完善作業批改與反饋機制不僅能幫助教師了解學生作業完成情況，還能通過作業給予學生反饋，使學生在作業中有所收獲，提高學生學習的積極性。

3.5? 物理課后作業設計歸根教材

實際教學過程中教師教與學生學的主要藍本是教材，任何問題的源頭均可在教材中找到，任何問題的處理方法均可在教材中提煉[ 9 ]。教材是教師教書的基礎和根源[ 10 ]，以2021年福建省高考物理選擇題第一題為例，原型就來自于物理教材。高考題的原型來自于必修一第一章第二節“質點和位移”，高考題在教材基礎上引入參考系、時間、時刻、速度等知識，進行多知識點綜合考察。由此可見，教材的確是教學的基礎與源頭，作業設計應重視教材，課后作業的設計與布置應以教材為基礎，扎根于教材，在教材習題基礎上適當增減，提高作業的有效性，提升學生的學習效率。

4? 教師是物理課后作業改進推動者

教師是課堂教學執行者與主導者，同時也是課后作業選取者與布置者，教師對課后作業的選取決定課后作業的數量與質量。由此可見教師在課后作業改進中扮演著重要角色，教師應嚴格要求自己，并不斷提升自己專業能力，在摸索與學習中找到適合學生的課后作業方案，提升學生學習效率，提高教學質量，促進學生的發展。

物理課后作業不僅是檢驗學生學習效果、教師教學成果的重要方式，還是提高學生學習效率、提高教學質量的重要環節。課后作業的改進是一場持久戰，需要全體教育工作者共同努力，在教學中不斷總結與反思，提升課后作業的有效性，真正落實立德樹人，促進學生全面發展實現物理作業價值。

參考文獻：

［1］ 教育部基礎教育司.2022年基礎教育重點工作[J].中國教育學刊，2022（7）：35.

［2］ 王楓林， 張木元.高中課堂教學減負增效實踐探索：基于四川省北川中學教學實踐[J].成都師范學院學報，2014，30（3）：9-13.

［3］ 李友興.基于教學目標的高中物理有效作業設計[J].物理教師，2009，30（10）：1-2，7.

［4］ 馮天敏，朱艷艷，柳麗麗.國內認知負荷理論研究評述[J].廣西廣播電視大學學報，2020，31（1）：38-43.

［5］ 陳巧芬.認知負荷理論及其發展[J].現代教育技術，2007（9）：16-19，15.

［6］ 辛自強，林崇德.認知負荷與認知技能和圖式獲得的關系及其教學意義[J].華東師范大學學報（教育科學版），2002（4）：55-60，77.

［7］ 李斌.初中生最佳物理作業量與物理學習成績關系的探析[J].現代教學，2008（Z1）：26-28.

［8］ 周積玲.新課程理念下高中物理分層作業設計探究[J].甘肅教育研究，2022（1）：85-87，94.

［9］ 倪榮，朱念.淺談物理教學中教材源頭作用的重要性[J].物理通報，2019（S1）：120-122.

［10］ 王忠民.認真鉆研物理教材 培養學生質疑能力[J].物理通報，2016（6）：38-40.