关键词:概念数学概念教学方法
数学概念既是数学教学的重要环节,又是数学学习的核心。准确地揭示概念的本质,使学生思考问题、推理证明有所依据,有创建地解决问题。在数学教学中要自始至终抓住数学概念的本质属性及内部联系,就要了解概念的体系,注意概念的引入,剖析概念的内涵,掌握概念的符号,重视概念的巩固。本文主要从课堂教学实际出发,谈论几种剖析数学概念内涵的教学方法。教学方法得当,将有助于学生对概念的理解与掌握。
概念是思维的基本单位,它反映一类事物的本质属性。数学概念是揭示现实世界中空间形式与数量关系本质属性的思维形式。数学概念脱离了具体的事实,具有高度的抽象性、概括性和严密的逻辑性,学生学习起来有一定的难度。但数学概念又是学习数学公式、原理、法则以及提高能力的基础。因此搞好数学概念的教学至关重要。
一、教师必须重视数学概念的教学
21世纪是知识经济的时代,是人才竞争的时代,数学知识在社会的各个领域得到了广泛的应用,社会对其成员的数学素养也提出了越来越高的要求,对传统的数学教学方法提出了新的挑战。教师讲例题,学生做习题,教师讲公式,学生套公式的旧的教学模式显然落伍。课堂上空谈理论,硬套公式,忽视了应用和能力的培养,从而造成了许多人对数学无多大实际应用的思想。目前,国家一再强调的素质教育,使我们重新考虑确定我们的数学教学思想,加强基础学习,重视数学的应用,重视学生思维、运算能力的培养。这些都在于加强数学概念的教学。学生在数学学习中对数学概念的掌握和应用,直接关系到他们数学能力的发展及对数学知识的理解、掌握和应用的程度。要使学生学好数学必须对数学概念的教学给予足够的重视。课堂上,通过教师的科学引导,使学生对每一个数学概念都有清晰而精确的认识,以达到融会贯通,举一反三的应用效果。
二、数学概念的综合介绍
数学中的概念有些是加定义的,如方程、对数、函数;有些是不定义的,只加以直接描述,如点、线、面、集合等;有些既不定义也不描述,而作为常识应用,如无限延伸、旋转等。由于各个概念的具体内容和它在教学中的地位与作用的不同,有的概念简单,有的概念复杂,有的直观易懂,有的抽象不易接受,有些概念之间存在着一定联系,有些不同概念则容易混淆,而且概念也有主要与次要,关键与一般之分。因此,对各个数学概念教学的具体要求也有所不同。教学时对于不同的概念应采用不同的教学方法,灵活多变地引导学生剖析概念的内涵,建立正确的数学概念。
三、采用先进灵活的教学方法,引导学生建立正确的数学概念
1.引导学生从概念的形成过程中阐明概念的定义
概念的定义是在概念的形成过程中逐渐明朗化的,数学概念来源于生活实际,它是客观事物的数量关系和空间形式的反映。人们的认识是从感性到理性,从具体到抽象的过程。这就要求我们在数学概念的教学中,要紧扣生活中的现象,把实际问题转化为数学问题,运用数学概念来解释生活中的现象。
例:学习“角的概念的推广”时可举出生活实例,如钟表的指针按同一方向不停地旋转所形成的角,螺丝扳手与曲柄连杆按不同方向旋转所形成的角,用于学习“大于360°的角和负角”。在导数定义的教学中,通过分析物体作变速直线运动的瞬时速度形成了导数的定义,它虽然抛开了具体的物理意义,具有较强的抽象性,但学生接受起来并不困难,因为学生理解了导数的形成过程,感觉到数学概念就在我们的生活中,就在我们的身边。
2.把概念定义的解释转化为逻辑推理的结论
把新概念的定义平铺直叙地讲给学生,会淡化学生的求知欲望。让学生亲自参与到新概念下定义的过程中,不但会激发学生的学生兴趣,而且还培养了学生的逻辑思维能力。在饶有兴趣的问题中环游,使学生明确了概念的定义,不失为一种有意义的学习新概念的方法。
例:在学习直线的倾斜角时,可拿世界有名的比萨斜塔为例,塔的倾斜程度是相对于地面而言作比,引入直线的倾斜角是直线相对于x轴的倾斜程度。直觉思维使学生首先想到“直线与x轴的夹角就是直线的倾斜角”。
第一步:教师通过图1反驳学生,仅仅“取直线与x轴的夹角”是不能说明问题。因为图1中两条直线与x轴的夹角都为30°,但这两条直线的倾斜方向不同。
第二步:学生在老师的引导下,考虑到“取直线向上的方向与x轴正向所成的角”。图2说明两者所成的角有无穷多个,不能用一个具体的数据来反映直线相对于x轴的倾斜程度。
第三步,经过冷静地思考后,学生会得到“直线向上的方向与x轴所成的最小正角”是惟一的,它能够作为直线倾斜角的定义(如图3)。
对比发现,把“直线倾斜角”的定义直接叙述给学生,课后善于思考的学生会问老师“为什么要这样定义?”不善思考的学生也只是机械的背会了这个定义,并不明白它的真正内涵。让学生亲自参与到下定义的过程中,学生不但获得了知识而且思维也得到了进一步的提高,由开始的直觉思维上升到最后严格的逻辑思维,教师因势利导,层层深入,学生一步一步迈向新概念的大门。
3.利用学习的迁移规律,加强新旧知识的联系,建立新概念
学习迁移指的是一种学习对另一种学习的影响,也可以说是将学得的经验(包括概念、原理、原则等)改变后运用于新的情景之中。数学概念的形成具有连续性,新概念都是建立在已有的数学基础知识之上。因此数学新概念的学习又依赖于旧的知识体系,在教学时将新、旧概念对照,并揭示新、旧概念的联系,把新概念的学习融于旧的知识体系中,使学生容易接受和掌握新概念。
例如:在“反三角函数”概念的教学时,我们必须时时处处与反函数的概念紧密联系起来,反函数中的一一对应,互为反函数的定义域、值域的互为对立性,都是学习“反三角函数”的基础。观察、分析、寻找新概念与旧知识的联系与区别,挖掘个性,分离个性,解剖个性,则会事半功倍,提高学生的学习能力。
4.提供丰富的感性材料,创设问题情景,启发学生善于抓概念的本质特征
数学中,有些新概念与旧概念缺乏逻辑联系,而且又比较抽象难懂。对于这类概念的学习,教学时,教师应该给学生提供丰富的感性材料,尽可能较全面的突出概念本质特征的感性材料。再加上教师卓有成效的启发引导,促使学生思维持续地发展,愉快地接受新概念的学习。
例如:“集合”是不加定义的概念,我们不能用其它更基本的概念来给它下定义,而且“集合”又比较抽象,学生一时难以抓住它的本质。课堂上,教师从学生已有的知识出发,向学生提供必要的实例,通过具体的实例分析向学生提出以下两个问题:(1)是不是所有的事物杂乱地堆放在一起就形成了集合?(2)构成集合的事物之间有没有联系?有什么样的联系?从问题的解答中,使学生发现这一类对象所具有的共同性质,这些性质中有本质属性、非本质属性,通过比较分析,从中抽出本质属性,即“具有共同性质(属性)的事物形成集合”。接下来,再以“本班的全体同学”这个集合为例,再次提问:(1)本班的同学是否都已确定?(2)同学们座次不同,是否改变了这个集合?(3)尽管个别同学相貌相差不大,能否说明它们是同一个人?这3个问题又让学生很轻松地理解并掌握了集合中元素的3个性质(确定性、互异性、无序性)。由此可见,通过感性材料的分析,教师恰如其分的设疑提问,使“集合”概念更清晰地展现在学生面前。这种能够揭示概念本质的问题的提出,有利于调动学生的学习主动性,有利于促使学生积极思考,将抽象思维转化为具体的形象思维,同时又使学生体味到了“透过现象看本质”的。
5.善于比喻,化难为易
不同领域中的问题,常常会有同一的道理,借它山之石以攻玉,是行之有效的办法。善于运用比喻化深奥为浅易,并增添趣味,一个恰当的比喻胜过十遍的重复说教。函数并不因其表达的字母不同而改变,如:y=2x+1,(x∈R)与u=2v+1(v∈R)是同一个函数。学生对这一点不好理解,可以看作一个人并不因为衣着的不同而改变。f(x)、f(x0)难以区别,拿f(x)好比全班每个同学,f(x)不确定,而f(x0)是整个班集体中某一个同学,是确定的。通俗直观地给学生教会了一种学习方法。
6.指导学生形成概念体系
概念不是孤立的,概念和概念之间存在着各种各样的关系。概念体系是多种多样的,有相邻的概念(如正弦函数,余弦函数),有相反的概念(如原函数和反函数,导数与不定积分),有并列的概念(如直角三角形、锐角三角形、钝角三角形),有从属的概念(如三角形函数。正弦函数)等。在教学过程中,教师可引导学生比较这一概念与其相邻的、相反的、并列的、从属的概念之间有什么区别与联系,画出概念体系图表,从整体中认识局部的、孤立的概念,以便抓住概念的本质属性和基本特征。
例如:高中学习了6个“距离”的概念,要教给学生弄懂它们之间的区别与联系:两点之间的距离;点到直线之间的距离;两条平行线之间的距离;点到平面之间的距离;两个平行面之间的距离;两条异面直线之间的距离。这6个“距离”的共同点是:距离都是指两点之间的线段之长;不同点是:相应的两个点的位置取法不同。教给学生善于从对比与联系中促进概念的深刻理解。
由上可知,运用富有启发性的教学方法,使教学活动既紧张又生动活泼,在最短的时间内,最大限度的发挥学生的智慧,达到教学的高效率、高质量。
四、在“做”与“用”的循环中领悟概念
数学概念具有高度的抽象性,许多概念都是多次抽象的结果,包含着精确丰富的内涵,大多不是“一脉相承”而是“相辅相成”的。由于智力发展的限制,是难于一次把握的,例如极限的概念蕴含了丰富的内容:无限的观点,逼近的思想,ε的独特性等。如果在极限定义中,花过多时间,常常是事倍功半,弄不好会影响学习的兴趣。而在实际应用(如计算、证明)中,在后续的知识(如连续、微分、积分、级数)的学习中逐步领悟,才能把握概念中的精神和思想,真正将极限概念识透、学懂。再如:对因式分解这一概念不宜要求学生一次彻底了解,应该在讲授因式分解的4种基本方法时,结合具体例题的分解过程和分解结果,说明这一概念的意义,以达到逐步了解这一概念的教学目地。知识是一个整体,概念应与整个知识相结合,相适应,应在“做”与“用”的循环中逐渐领悟。
要提高教学质量,培养学生学习概念的能力,是不容忽视的。它不仅锻炼学生数学思维逻辑的严谨性,更重要的是教学生“学会”变为学生“会学”,为学生一生中的学习奠定坚实的基础,概念是思维的基本单位,概念的积累有助于学生思维的升华。
小学数学教学是提高学生素质的重要途径之一，学生素质的提高不仅在于知识的积累，更重要的是在于获取知识过程中学生数学素质的培养。数学素质其核心就是数学思维能力，它对学生掌握数学知识，认识世界，表达思想有极其重要的意义。数学概念是小学数学知识的重要组成部分，是反映现实世界空间形式和数量关系的本质属性，是客观事物的“数”与“形”的科学抽象。小学生计算能力的提高，空间观念的形成，逻辑思维能力的培养都是在加强概念教学的基础上进行的。只有加强数学概念的教学才能使学生进一步掌握数学知识，培养能力，提高课堂教学效率。如何让学生获得一个清晰的概念，我们经过实验、探索，较成功地获得了概念教学的新模式：“思维训练式”教学模式。一、确立一个教学观念传统教学仅仅把数学教学看成是“传授知识”或“落实双基”，课堂教学的预期效果只是使学生听得懂，能接受。因此，与之相应的教法就是不厌其烦地反复讲解，把知识嚼烂了一口一口地“喂”给学生，或是让学生模仿例题反复练习，这样就把数学思维能力的培养排斥在数学知识的教学之中，或者即使认识到要重视数学思维能力的培养，但不知道应有机结合数学知识教学来进行。事实上，学生数学思维能力的培养与数学知识教学是同步进行的，数学知识是数学思维活动的产物。在教学的每一步，不估计学生数学思维活动的水平、思维的发展、概念的形成和掌握的质量，就不能进行有效地教学。在数学教学改革中，应该把数学概念的教学和数学思维活动的教学两者有机地结合起来。因此，教师应确立数学概念教学是数学思维活动教学的观念，提高培养学生数学思维能力的自觉性，把数学思维能力的培养真正落到实处。二、关注两项基本形式不同年级的学生由于知识水平与经验有差异，因此建立数学概念的认识心理活动过程也就不一样。从总的方面看，其基本形式是“概念形成”与“概念同化”两种。一般地说，低年级小学生“概念形成”作为建立概念的主要形式。中高年级的小学生逐渐过渡到以“概念同化”作为数学概念的主要形式。“概念形成”这一形式是通过对具体事物感知辨别而概括抽象形成概念。这一形式的认知心理活动的一般过程如下。随着学生知识的丰富和数学认知结构的形成与发展，头脑中也逐渐形成数学要领系统。因此，小学中高年级学生在建立概念时，较多的是通过“概念同化”的形式。概念同化的认知心理过程一般是：概念的同化这一形式是运用已掌握的概念去理解、获取新的概念。学习新概念时，要与原认知结构中相关联的概念进行比较，实现知识的正迁移，使新概念的本质特征在学生头脑中得到精确分化，使新旧知识得到有机结合与联系，从而建立起新概念。三、遵循三条教学原则1．培养学生思维能力要与数学概念的教学紧密结合。《九年义务教育小学数学教学大纲（试用修订版）》明确指出：“学生初步的逻辑思维能力的发展要有意识地结合教学内容进行。”因为数学概念的教学与思维能力的培养是相辅相成的。数学概念为培养思维能力提供富有逻辑性的素材，反过来，培养了思维能力又为很好地掌握数学概念创造了条件。把两者分离开来教学，无论对学习数学概念或培养思维能力都不会有好的效果。为此，教师在备课时，要认真研究教材，弄清数学概念本身的科学性、系统性和逻辑性，分析教材中含有哪些培养学生思维能力的因素。教师在制订一节课的教学计划时，不仅要明确数学教学方面的教学目标要求，而且要明确在培养思维能力上侧重哪些方面，达到什么样的要求，并且力求在教学中有所体现。教学时，教师要考虑选定什么样的方法，既能做到使学生较好地理解和掌握数学概念，又有助于激发学生思考，培养学生的思维能力。2．要把学生思维能力培养贯穿在各年级数学教学的始终。《大纲（试用修订版）》明确指出：“要把发展智力和培养能力贯穿在各年级教学的始终。”小学生正处在由具体形象思维向逻辑思维逐步过渡的阶段，思维能力水平的提高是一个逐步过渡的过程，因此这就要求数学教学应适合儿童年龄发展的特点，有计划、有步骤地培养学生的思维能力，并且贯穿在小学数学教学的全过程中。为此，每个年级、每节课、每一个教学环节都要考虑学生在学习数学概念的同时，如何发展学生的思维能力，如果低年级忽视思维能力的培养，就会给中高年级增加教学困难；反过来，如果低、中年级重视发展思维能力，到高年有所忽视，也会给进一步发展学生思维造成不利影响。为了贯彻这一条原则，在教学过程中，教师就要很好地研究各年级学生的思维发展特点，根据学生的年龄特点、紧密结合概念教学，提出适当的发展思维能力的要求和具体目标。3．适应小学生心理特点，注意把操作、思维和言语表达结合起来。低年级学生的思维特点仍以具体形象思维为主，中高年级学生的思维虽然逐步向抽象逻辑思维过渡，但是在许多情况下，特别是遇到较抽象的数学概念，仍需要适当借助操作和直观。为了使学生较好地理解和掌握数学知识，同时也为了逐步发展学生的抽象思维、激发学习兴趣，在一定条件下适当利用操作和直观来引导学生进行思维是必要的。但是无论操作和直观，都是学习的手段，在适当的时候要逐步脱离操作和直观，过渡到抽象思维，避免学生过多地依靠操作和直观。思维和语言是密切联系着的，语言是思维的工具。人们借助语言，才能对事物进行抽象、概括，反过来又借助语言，才能对事进行调节，使思维逐步完善。因此发展学生的思维，必须相应地发展学生的语言。学生的语言也是逐步发展的，所以在发展学生思维和语言时，都要考虑到学生语言发展的特点。四、抓好四项训练重点1．抓概念的内涵和外延。在教学过程中，教师应帮助学生建立清晰的概念，理解掌握概念的内涵和外延。这个工作对数学教师来说相当重要。一般来说，一个基本概念，总是由“内涵”和“外延”两个部分组成的。2．抓概念的要点和关键。在教学概念时，教师要指导学生抓住概念的要点和关键性的字词，并用红笔加上着重符号，以强化注意。3．抓概念的实例和反例。对学生不容易弄清的那些概念，教师要先指导学生分析一些有关要领的实例和反例，再让学生一起归纳总结出正确的要领。4．抓概念的区别和联系。在教学中，教师要及时指导学生对一些相关概念进行对比、归类，揭示概念之间的内在联系，找出本质区别，使概念系统化、规律化。五、形成五步操作程序1．引导——创设情境、激发思维、引入概念。概念教学的第一步就是引入概念。概念如何引入，直接关系到学生对概念的理解、接受。小学生学习概念一般以感知具体事物，获得感性认知开始的。重视问题情境创设，激发学生思维，使学生产生积极主动地学习新知识的心向训练。2．探究——直观操作、深化思维、理解概念。概念的理解是概念教学的中心环节，概念的获得是学生经过分析、综合、比较、抽象、概括的结果。只有在概念引入之后，引导学生自己主动探索，激发、深化学生思维，才能理解概念。3．发现——分析归纳、
强化思维、形成概念。概念的抽象与概括要注意多层次地进行，概念的形成也不是一次完成的，要经过一个反复的过程，经过多层次的比较、分析与综合，才能真正发展学生的思维结构，让学生真正理解概念。4．内化——巧设练习、扩展思维、应用概念。问题明白了，概念抽象概括了，并不等于牢固掌握、切实理解，此时须有一个知识内化过程。通过各种形式的训练促使数学知识在发展中飞跃，促使学生在认识数学概念过程中得到发展。5．拓宽——质疑问难、系统思维、发展概念。除在概念的熟练运用中发展学生的思维外，还要注意找出概念间纵向和横向联系，组成概念系统，发展学生的数学能力。六、注意六种练习方法1．操作演示。思维始于操作，操作促进思维。在概念教学过程中，教师应多开展些直观操作活动，这会有助于学生对概念形成和巩固。例如，“角的分类”教学，学生初步形成各种角的概念后，让学生操作活动的学具，演示出各种角的具体形象。随着角的一边绕它的端点旋转，出示五种不同的角形。2．反馈举例。在概念教学中，教师不仅要求学生能用自己的语言表述概念，而且还要求学生在表述概念的同时，举例加以说明，促使学生认知水平向较高层次发展，帮助学生建立新的认知结构。3．推理判断。由于学生缺乏知识经验和综合分析能力，在认识数学概念的过程中，容易被概念的非本质属性所诱惑，造成认识上的偏差。因此，在教学过程中，教师要积极开展对比、辨析、推理、判断等教学活动，让学生在肯定或否定的思维训练中，建立准确、清晰的数学概念。4．尝试错误。所谓尝试错误，即学生从正面接触概念，建立概念后，教师从概念的反面有针对性地创设一种错误的情景，引导学生深入这种特定的情景中，运用已有的知识和经验，去分析错因，去尝试矫正。5．变换叙述。学生认识某一数学概念后，变换概念的叙述形式，可以让学生从多侧面、多角度地认识概念。同时能考查学生对概念的理解程度，达到巩固的目的。例如，“百分数意义”教学，在分析题意，理解数量关系同时，教师应该有意识地让学生变换问题的叙述形式，这样才能收到理想的教学效果。6．整理归纳。根据“系统论”原理，新概念形成后，应及时把它纳入原有的概念系统中去理解，这样才能既有利于学生掌握新概念，又能巩固整个一类概念的系统知识，沟通概念之间的联系，形成知识网络，便于学生建立良好的数学认知结构。
关键词：认知负荷；概念教学；思维台阶
文章编号：1008-0546（2017）06-0013-03中图分类号：G632.41文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.06.003
化学是一门以实验为基础的自然学科，课堂上教师在展示化学教学魅力的时候，常常以实验为背景进行学科思维的构建，充分体现化学学科的特点。在概念教学中通过化学实验探索概念的形成，更能提升学生对化学概念本质的理解。但并不是所有的课堂实验都能顺利地引导学生思维，有的实验思维台阶过高，超过听课学生的认知负荷，使学生的思维能力不能跨上教师设置的台阶，就会让本应是学生发挥的课堂尴尬地成为教师个人的演讲台，本应是概念探索的过程生硬地成为记忆的流程。为了更好地发挥实验在概念学习过程中的作用，应用认知负荷理论，通过搭建实验思维台阶，减低课堂无效认知负荷，提升有效认知负荷，达成思维能力目标，无疑是一种很好的尝试。
一、认知负荷理论与教学的相关性
认知负荷理论（CognitiiveLoadTheory）是由澳大利亚新南威尔士大学的认知心理学家JohnSweller于1988年首先提出来的。所谓的认知负荷是指学习过程中学生完成所给认知任务而需要的心理资源的数量，即工作记忆必须注意和处理的信息总和[1]。认知负荷在教学中的指向关系如表1所示。
三种类型的认知负荷是相互叠加的，使总的认知负荷不超出学习者个体能承受的认知负荷，在准确分析内部认知负荷的基础上，实施教学的过程中增加合理的教学设计，可以尽可能减少外在认知负荷，增加相关认知负荷，提升实验教学的功效。上述过程如图1所示。
二、概念教学中实验思维台阶策略分析
从认知负荷理论的有效负荷来看，教学过程中需要提升相关认知负荷，因此，对实验过程能够运用合理的化学符号进行连续完整地描述，是实验思维训练的重要目标之一。当实验内容与学生的已有认知差距较大时，作为教学的设计者，就应当设计搭建思维的台阶，让学生能够顺利完成实验过程的连续性思维。
在概念教学中通过化学实验的方式进行解析，是探索概念本质的重要方式。化学实验在教学中是与其他教学目标共存的，实验教学除了支持物质性质的学习，以及达成某一实验目标进行的技能训练，还需要承载着学科思维品质的训练功能。实验思维不单是对实验现象的观察、对实验过程的模仿式操作、对实验结论的记忆，更应该包括对实验过程的设计和推演，对实验结论的合理预测和验证，其完整性、科学性和严谨性能够反映出学生实验思维能力的真实水平。概念的本质在实验思维的训练中自然建构形成，而能否在新的实验环境中应用学到的知识是检验概念的内化效果，这一目标的实现取决于相关认知负荷的形成。如果前一环节未达成相关认知负荷的思维终点，就会对下一环节的知识提取造成影响。因此，以实验为基础的概念教学应经过创设环境、探寻本质、内化提升三个环节，并且反复提升，如图2所示。
三、教学案例分析
离子反应是苏教版“从海水中获得的化学物质”中的内容，海水是一种水溶液环境，水溶液环境是中学实验最重要的反应环境，在水溶液中，离子是微粒的主要存在形式，因此，掌握好离子反应的概念，是学生认识化学反应实质的完善和巩固，也对学生后续的学习（特别是水溶液中的化学反应）打下了重要的理论基础。更重要的，本节课是学生构建微粒观的重要契机。同时离子反应及其方程式的书写是重要的化学用语，贯穿于中学化学教材的始终。因此，在高中化学的核心概念中，离子反应占有非常重要的地位。
1.教学目标分层――明晰内部认知负荷
内部认知负荷是指工作记忆对认知任务本身所包含的信息元素（如概念、规则的基本成分的数量）及其交互性进行认知加工活动所产生的负荷。内在负荷源于认知任务本身[2]。
本节课的认知任务有三个层面：
（1）基A知识层：能区分强弱电解质，并能书写电离方程式；知道离子反应的本质，学会用离子方程式表示溶液中的离子反应。
（2）问题解决层：通过观察实验的现象，对物质的变化进行预测、分析、解释。用语言、图式、符号表达自己的观点。
（3）学科思维层：建立宏观――微观――符号的思维模型。
在认知难点上除了弱电解质和离子反应这两大概念外，宏观――微观――符号之间的联系也是贯穿整节课的思维主线。即使高一的学生已经具备一定的分析问题能力和一定的实验探究能力，但抽象思维能力仍较薄弱，同时这些知识元素交互性很强，因而在教学初期需要减少这些元素的交互活动。
2.多台阶思维链――降低外部认知负荷
外部认知负荷是属于无效负荷，在实际教学中过高的外部认知负荷会严重降低学生的学习效率，依据Sweller等人研究总结的6个效应以及本节课的教学内容，为有效降低外在负荷的教学设计，综合考虑其中的自由目标效应、样例效应、注意分散效应，通过教学设计的优化、知识信息的重组，搭建多思维台阶链，分解复杂认知任务，简化学生认知加工，降低外部认知负荷。
本节课需要在学生比较困难的宏观与微观之间的思维转换上，明确实验目标，促进学生关注实验过程的状态和思维角度的选择，在实验结论交流中归纳出思维模型，作为学生思考的样例，以形成宏观――微观――符号的三重表征主线。
例如，在溶液导电能力与离子浓度大小的关系上，由教材的一个实验拆为3个实验，分别将溶液中的离子是溶液导电的原因、灯泡亮度反应出溶液的导电能力、溶液的离子浓度大小影响着溶液导电能力这三个问题用实验的方式呈现出来；在溶液中离子的反应关系上，设计pH和电导率的手持技术实验，通过技术实现离子变化可见，让学生从实验过程性数据曲线分析离子的变化。
3.强化连续思维――提升相关认知负荷
相关认知负荷有利于学生把大量复杂无序的信息组合成简单有序的知识体系，实现学生认知结构的优化，有效降低工作记忆的认知负荷。相关认知负荷的增加还有利于意义的建构[3]。在高中，多数学生能够很快地接受物质、方程式等简单的化学符号，但是连续性描述过程还是显得困难。在过程的应用中，各种成分间的交互关系增强，对知识意义的认知超过对知识内容的记忆。对知识意义的加工是一种能力，需要学生自身的悟性，也需要学习过程的训练。
形成相关认知负荷是思维台阶的目标，每一个重要的知识点在经过多个思维台阶，形成多个已有知识和现有现象之间的联系之后，需要整理无序的知识碎片，借助样例效应，建立有序的连贯性思维。本节课有“两概念一思路”需要通过相关认知负荷的建立进行建构和巩固，两概念指强弱电解质的概念和离子反应概念，一思路指宏观――微观――符号思维主线。
例如关于强弱电解质的概念有三个相关认知负荷提升点，一是借助等浓度的氨水和NaOH溶液导电性实验对比，从宏观――微观――符号说明强弱电解质的概念；二是借助等浓度的醋酸溶液和盐酸导电性实验对比，再次从宏观――微观――符号巩固强弱电解质的概念；三是在氨水与盐酸反应的pH和电导率变化图像的预测、分析、推演中，应用强弱电解质的概念。
四、搭建思维台阶的教学设计
基于以上分析，在本节课的教学设计优化之后，设“三环节六实验一讨论”的思维台阶，逐级增加材料元素的交互性，降低学生对认知加工的压力，增强学生对微粒观的认识，从本质上理解离子反应的概念，提升学生实验思维品质。
五、案例反思
1.认知负荷理论与思维台阶整合教学效率
实验是直观的，但是实验现象背后的思考才是课堂交流的重点，课堂的交流就是教师与学生思维的对接，思维跨度就是学生外在认知负荷主要体现，合理的课堂交流能够引导学生的思维一步步地达到能力目标。当前课堂上学生注意力的重心是在实验现象的观察和实验操作细节的掌握，而忽视实验整体思维能力的塑造，我们应该反思如何有效培养学生在实验中的思维能力。因此，必要的思维台阶能够帮助学生形成正确的实验探究观念。搭建思维台阶的方式有多种，阅读、语言、文字、视频、动画、实验都能成为思维的台阶，它们都能发挥各自不同的教学功能，达成学习的知识目标，但是从整体实验思维能力的培养角度来看，动手实验有其检验的真实性，无疑是解决实验思维的最好办法。
2.重视概念的建构与应用过程
概念不是简单的记忆，应该是一个思维探索的过程。北京师范大学的姜忠提出利用探究实验建构概念的设计结构应包括4个部分：以新概念为基础设计实验、学生以原有概念去解释实验、利用认知冲突探究实验、利用探究结果形成新概念。这一结构能够加深学生对概念形成过程的体验，能够使学生更加深刻地体会概念的含义[4]。
3.重视相关认知负荷的形成
教学的过程中往往产生很多的知识碎片，学生需要从中获取有助于形成实验探究整体思维的部分，教师应当增加学生在这一过程的认知负荷，在课内或者课外，培养学生形成连续性思维的能力，这是实验思维台阶搭建的最终目标。提升相关认知负荷可以在阶段知识的小结或者是概念建构的小结中，还可以在知识或思维模型的应用中，以检验学生的认知目标是否达成。
实验既是引发学科兴趣的基础，也是引发学生思维的起点，概念是思维达到一定阶段的精华概括，教师需要引导学生从知识表面的认识到知识本质的认识。充分利用认知负荷理论将实验作为概念教学的思维情景，设计合理的思维台阶，是能够符合学生的认知发展规律，顺利达成概念的建构和思维能力培养的目标的。
参考文献
[1]陈颖，胡志刚，李盼盼.基于认知负荷理论探讨化学高效教学的策略[J].化学教学，2014（6）：19-22
[2]唐剑岚，周莹.认知负荷理论及其研究的进展与思考[J].广西师范大学学报，2008（4）：75-83
