优化教学设计降低认知负荷，提升教育实践

由于外在认知负荷主要是由学习材料的组织和呈现方式引起的，所以可以通过优化教学设计，重新组织信息和材料来降低外在认知负荷。下列方法和原则都能从不同角度减轻学生的外在认知负荷：按邻近原则呈现材料，避免注意力分散；清除多余信息，避免冗余效应发生；通过双通道效应分离视听信息，拓展工作记忆容量；信息呈现条理化，减少学生认知搜索；抽象信息形象化，降低学生认知难度；复杂信息简单化（如使用图表），简化学生认知加工；分化复杂任务，防止学生认知负荷超载。[3]

（1）设置问题情境，合作探究

在利用铝环探究定律的过程中，把探究过程分化成三个阶段；根据学生的认知水平“最近发展区”逐步呈现问题情境，搭建“脚手架”；利用图表记录实验数据和分析实验结果；优化多媒体呈现方式。这些方法都有利于降低学生的外在认知负荷。

1）明确探究主题

提供每一个小组一套楞次定律演示仪，要求小组合作，思考讨论下列问题。

问题1：当条形磁铁分别穿过A环和B环时，分别看到什么现象？

问题2：A环为什么会运动？

问题3：有哪几种方式可以使A环运动？

问题4：A环的运动与条形磁铁的运动有什么关系？

问题5：如何判断A环中感应电流的方向？

问题6：A环中感应磁场的方向与哪些因素有关？

在此阶段主要是通过铝环的运动感知感应电流和感应磁场的存在，清楚要判断感应电流的方向，可以先判断铝环中感应磁场的方向，最后猜想感应磁场（B感）的方向和条形磁铁磁场（B原）的方向、铝环中磁通量的变化（ΔΦ）两者有关。

根据邻近原则和双通道效应，应该把六个问题依次呈现在同一个屏幕上，并逐一用语言文字说明。

2）探究B感的方向和B原的方向以及ΔΦ三者的关系

问题7：根据实验要记录数据和实验操作过程，怎样设计记录表格？

表1　探究B感的方向、B原的方向和ΔΦ的关系

问题8：B感的方向和B原的方向以及ΔΦ三者的关系怎样？(www.xing528.com)

根据邻近原则、冗余效应和双通道效应，把表1放在一个屏幕上，表格旁边不再有其他的文字或图片，教师应该用语言对表格及内容进行说明。

3）总结规律

问题9：用怎样一个词语来描述感应磁场对铝环A中磁通量变化的贡献？可以使用中文词语，还可以使用英语词语。

学生可能会想到相反、反抗、阻止、oppose等词汇，教师要及时指导，并引导大家查英语词典翻译oppose的意义：相反、阻碍。

根据双通道效应和冗余效应，在呈现楞次定律的内容及解释说明时，应该用有感情的语言表达内容，同时解释说明要简洁明了。

（2）分解实验过程，合作验证

把实验过程分解成若干个子问题，通过导学案引导学生合作验证。把问题进行分解后，可以使不同的元素内容分离呈现。这样通过解决子问题而最终解决复杂问题，减少单位时间内需要付出的认知资源。

1）确定灵敏电流表指针偏转方向和电流流入方向的关系

问题1：怎样设计电路来确定灵敏电流表指针偏转方向和电流流入方向的关系？

根据双通道效应，在呈现“确定灵敏电流表指针偏转与电流流入方向”的电路时，应该进行说明和解释。

2）观察并清楚线圈的绕向指示标志和接线柱的关系。

3）根据实验表格操作并记录数据。

问题2：用什么词语来记录数据？

表2　利用线圈验证楞次定律实验

根据冗余效应，在用动画模拟条形磁铁插入或抽出线圈的实验时候，教师应该引导说明，不需要在动画旁边配上解释文字。

4）分析数据，看是否验证了楞次定律。