初中物理学科考试命题与学生认知负荷的关系及优化策略研究

引言：

初中物理学科考试命题是考查学生物理知识理解和运用能力，恰当的命题能够准确反映学生真实学习情况，有助于提高教育质量和优化学习效果。学生在回答问题时所承担的认知负荷会对自身解题水平和学习热情产生重要作用，如果初中物理学科考试命题造成较大的认知负荷，学生会出现思维混乱，无法有效地提取所需信息等问题，对学生考试结果和学习积极性产生不利影响，亟待加强初中物理学科考试命题与学生认知负荷关系研究分析，并提出优化策略，这对于提高初中物理教学质量，促进学生核心素养发展均具有重要的现实指导意义。

一、初中物理学科考试命题与学生认知负荷的关系

初中物理学科考试命题与学生认知负荷有着密切关系，可以从命题难易程度和命题形式构造两个方面分析。在命题难易程度层面，与学生认知负荷之间存在着非线性对应的关联性，在物理试题中，如果出现一些超越学生知识储备能力的知识，或者要求使用一些还没有完全学会的复杂分析方式，在解决问题的时候，就必须调动更多的认知资源处理问题。这样超越他们认知水平的任务需求，会引起他们的焦虑和不安，从而妨碍学生解题，影响学生抽取关键知识信息，对他们的考试成绩造成不利影响。相反，如果问题难度远小于学生目前认识和思维发展水平，在不动用所有认知资源情况下，可以很容易地回答问题，这样就会造成较低的认知负担，这不仅不能使学生思维得到很好发挥，也很难精确测量学生所学物理知识理解程度和运用能力，不能真正地发挥初中物理学科考试命题教学诊断作用。在命题形式构造层面，题目设置是否合理，对学生认知负荷有很大影响。如果题目太过冗长、信息过多，或者表达不清、语义模糊，都会造成学生难以理解。面对此类问题，学生必须花费更多的时间和精力筛选、整合、解释题干信息，必然增加学生认知负荷 [1]。科学合理的、表述简洁的命题格式，可以促使学生快速找到关键问题，降低不必要的信息对于求解问题的影响，让他们在合理的认知负荷下，最大化发挥自己的知识储备和思考能力，促使学生物理素质和学习效果得到最好体现，这样一来，就可以准确地判断学生物理学习能力水平。

二、优化策略

（一）结合教材知识

按照新课标要求，结合沪教版初中物理教材知识进行初中物理学科考试命题，以综合性题目测试学生对物理概念的了解程度和对知识的运用能力。以“运动和力”相关知识点为例，设置题目为“一辆质量 m 为 1500kg 的家庭轿车在平坦道路上行驶，发动机提供的牵引力 F 为 2000N，在行进中所遇到的阻力f 为 500N。第一个问题：求这个车辆所受到的合力是多少？方向是？第二个问题：这辆车这个时候的运动状态是怎样的？为什么？第三个问题：如果这辆车突然没有了牵引力，其运动状态又会发生怎样的变化？为什么？”在命题设计中，对各个知识点考核目的和难度梯度进行合理设计，第一个问题要求学生掌握同方向和反方向力的合成方法，第二个问题要求学生充分理解牛顿第一定律与运动状态的关系，第三个问题要求学生使用惯性概念和力的作用效果进行分析，从基础计算到应用规律，再到动态变化分析，题目难度呈梯度式增加，促使学生建构系统的知识链。其次，通过力的合成进行剖析，把握物理概念本质。比如“如果汽车以每小时 36 千米的时速行驶，牵引力变得和阻力一样大，那么汽车做什么运动？”这就需要学生根据二力平衡条件思考问题，深入理解运动和力的关联性。此外，采取分层命题设计形式，以保证试题难度合适，比如“物体运动的速度”相关知识，先设计关于速度公式的简单问题，再与“运动和力”相关内容相联系，设计既要利用牛顿第一定律又要考虑速度计算的问题。为了便于学生理清问题，可以给予一定的指导，比如首先从受力情况来看，判断出作用在汽车上的合外力，接下来利用力的合成与合外力方向关系，分析运动状态改变情况，帮助同学们在解决问题的时候，能够逐渐地建立起完备的知识系统，减少认知负荷。

（二）简化情景设置

在进行物理命题时，针对情景复杂的问题，进行科学、合理的化简，是提高命题有效性和可靠性的重要步骤。以“声音的产生与传播”为例，如果原本场景是“在一场盛大的元旦晚会舞台使用全息投影技术建立虚拟偶像表演情景，安装 12 组线阵列音箱，现场听众可以通过佩戴降噪耳机聆听演出”，此类情境虽贴近生活，但包含的全息投影、音箱配置、降噪耳机等信息会对学生读题造成影响，简化后可设置为“歌唱者站在台上，歌声通过空气传播到听众。在 15 度环境下，声音传播速率是每秒 340 米，观众席前排距离舞台 20 米，从歌唱者发出声音到到达听众耳朵中所需要的时间？”这一表达式既剔除多余信息，又精确地锁定速度公式的适用情境，促使同学们能够迅速聚焦于速度、距离、时间的相关问题。其次，在重要信息表达中，可以采用多种不同的视觉增强方法。除了常用的加粗和下划线之外，还可以采用分点列举结构化形式，例如声音传播速率是 V，观众席和舞台距离是 s 等 [2]。此外，在情景营造方面，必须坚持与现实联系，比如“杠杆原理”相关知识，选择“用筷子夹取食物”这样的常用情景。同时考虑普适性，比如将“北方供暖系统水循环”改为“家用热水器的热水循环”，以保证不同区域、不同生活背景的学生都能够参与其中，达到在熟知的情景下进行物理思考的命题目的。

结语

总之，经过本文研究与分析，初中物理学科考试命题与学生认知负荷之间存在紧密关联，在研究与应用具体优化策略的时候，要持续关注学生物理学习需要，始终立足于学生本体开展教学研究，并树立起终身学习理念，持续加强教学理念更新和策略方法更新，为未来的初中物理学科考试命题优化积累更多工作经验，以便应对更高要求的素质教学目标。

参考文献：

[1] 王海峰, 李雪梅. 基于认知负荷理论的初中物理试题难度标定研究[J].物理教学探讨 ,2023,41(5):22-27.

[2] 刘晟 , 刘恩山 . 多模态呈现对初中物理试题认知负荷的影响研究 [J].现代教育技术 ,2024,44(3):89-94.

作者简介：朱建文，1983 年11 月生，女，汉族，籍贯，本科学历，二级教师，研究方向：初中物理教育教学。