高中物理核心概念建构中的情境创设与学生认知负荷调控研究

摘要：本文分析高中物理核心概念学习的障碍及认知负荷对概念建构的影响，并探讨情境创设与认知负荷的交互作用，关注情境复杂度、认知负荷水平及动态调控策略。针对认知负荷调控，提出优化教学设计、多媒体与实验结合、分层次问题设计与任务分解，以及引导学生自我调节学习的方法。通过这些策略，使学生在适度认知负荷下深化概念理解，提高学习效率。本研究为高中物理教学的情境设计与认知负荷调控提供理论支持与实践指导，以促进概念建构能力的提升。

关键词：高中物理；情境创设；认知负荷；教学策略

高中物理核心概念的建构是学生理解物理规律的关键。然而，物理知识的抽象性常导致认知负荷过高，影响学习效果。情境创设有助于增强物理概念的直观性，但情境的复杂度和设计方式会直接影响学生的认知负荷。若情境过于复杂，可能加重学习负担，影响概念建构。本研究结合认知负荷理论，探讨如何通过合理的情境创设优化学习负荷，提高学生的概念理解能力，以增强物理教学的有效性。

一、核心概念学习的主要障碍及认知负荷影响

高中物理核心概念的学习受知识抽象性、数学运算复杂性和认知负荷限制影响，导致部分学生难以形成系统认知[1]。物理概念涉及理论推导和数学模型，若逻辑跳跃过大，学生容易产生理解障碍。同时，学习过程中信息处理任务繁重，外在认知负荷增加可能阻碍核心概念的掌握。个体差异也影响学习效果，基础薄弱的学生在高负荷任务下难以提取关键信息，降低学习效率。因此，优化知识呈现，合理控制认知负荷，使学生在适度挑战中完成概念建构，是提高教学质量的关键。

二、情境创设与认知负荷的交互作用

（一）情境复杂度对认知负荷的影响

情境创设能增强物理概念的直观性，但过高的复杂度可能导致学生注意力分散，外在认知负荷增加，影响学习效果。如果情境信息过载，学生难以筛选关键内容，认知资源消耗过多，降低理解效率。而情境过于简单，则可能削弱概念的关联性，使学生无法建立完整的知识体系。合理的情境设计应突出核心概念，在真实度和简洁性之间取得平衡，使学生既能深入理解物理现象，又不会因信息冗余而增加不必要的学习负担。

（二）认知负荷水平制约情境创设效果

学生的认知负荷水平决定情境创设的教学效果。负荷过高时，学生难以专注核心概念，信息处理能力受限，甚至因学习压力过大产生焦虑，降低主动性，负荷过低时，学习缺乏挑战，注意力易分散，概念理解停留在浅层[2]。有效的情境创设应匹配学生的认知发展水平，调整任务难度，使其在合理负荷下高效学习，并逐步提升信息处理能力。教学设计应减少信息干扰，使学生聚焦概念理解，合理分布学习任务，优化知识建构，提高学习质量。

（三）动态调控情境以优化学习负荷

物理教学中的情境应根据学习阶段和学生反馈进行调整，以保持合理的认知负荷。初学阶段可采用低复杂度情境，减少无关信息干扰，帮助学生聚焦核心概念。随着学习进程推进，逐步增加物理背景，使学生在合理负荷下拓展应用能力。动态调控不仅涉及信息量的控制，还包括展现方式的优化，例如利用交互式实验或情境动画分步呈现概念，防止一次性信息输入过多带来的认知超载。教师需根据学生反应适时调整难度，确保学习始终保持适度挑战，使情境创设真正促进概念理解。

三、结合认知负荷调控的情境教学策略

（一）合理分配认知负荷，优化教学设计

情境教学的有效性依赖于认知负荷的科学分配。物理教学中，学生常面临同时理解理论、操作实验和进行推导计算的多重任务，若缺乏层次化的内容组织与呈现策略，容易导致认知资源超负荷，从而影响学习效果。教学设计应避免信息过载，重点突出核心概念，通过简化非关键内容和调整任务结构，控制学生的注意力集中方向[3]。

例如，在学习牛顿第二定律内容时，《高一物理必修第一册》第四章提出“在探究加速度与力、质量的关系实验中，如何控制变量以确保实验的准确性？”的问题。这一实验探究问题本身就是对学生任务认知范围的限定，有助于教师通过问题引导学生聚焦力和质量对加速度的影响，在逐步调整参数的过程中形成清晰的因果关系认知，降低因任务模糊而引发的不必要的外在负荷。

（二）基于多媒体与实验的互动式情境教学

互动式情境教学通过整合多媒体技术与实验资源，为学生构建多通道的信息加工路径，能有效缓解因抽象内容带来的认知障碍[4]。动画和模拟能够在时间和空间上放大或简化现象变化，使学生在视觉主导的感知中更易提取概念结构，实验操作则让学生将抽象推理与直观观察联结，在体验中强化记忆。

在探究小车速度变化规律的过程中，《高一物理必修第一册》第二章提出“如何确保小车的运动是匀变速直线运动”，教师可利用动画重现打点计时实验原理，并同步演示速度与时间的图像变化趋势，随后引导学生进行实验数据测量与图像绘制。学生通过观察、操作和分析之间的往复验证过程，更容易建立起时间、位移和速度三者之间的函数关系，理解也更为深入稳定。

（三）分层次问题设计与任务分解策略

物理知识之间的高度逻辑性决定了教学过程必须具备清晰的层次结构。单一、大而全的问题设计往往会使学生在进入概念核心前因负荷过高而出现认知停滞。通过引导性问题设定学习路径，再将复杂任务划分为可管理的小目标，有助于学生逐步推进理解过程，同时保持适度挑战感。

在学习弹簧弹力与形变量关系时，《高一物理必修第一册》第三章设置“如何通过实验数据验证胡克定律”的问题，为教学提供了明确的分层入口。教师可以先引导学生回顾弹性形变的前提，再依次完成数据记录、图像绘制和斜率分析等任务。每一步既是对前一知识点的巩固，也是对下一任务的认知铺垫，分层设计使学生能在连续的反馈中控制自己的学习节奏，稳步掌握定量关系。

（四）引导学生的自我调节学习，提高学习效率

物理学习过程中，学生是否具备自我监控与调节的能力，直接影响学习质量。教师可通过设计开放性任务、提供策略示范，引导学生在感知难点、设定目标、调整节奏等方面形成主动意识，增强对认知负荷的自主调控[5]。

如在人教版《高一物理必修第一册》第一章中“在描述物体运动时，如何选择合适的参考系和坐标系？”的问题探究中，学生常因参考系的变化而出现概念混淆。教师可引导学生通过对比分析不同运动状态下的参考系选择方式，并鼓励学生在练习中标注坐标轴、自主画图表述过程。通过这种方式，学生不仅掌握了具体知识点，也在不断调整策略中提升了自我监控能力和认知效率。

总结：情境创设与认知负荷调控相结合能有效提升高中物理核心概念的理解与应用能力。未来教学应结合智能技术优化认知负荷调控，通过多模态信息技术增强情境创设的有效性，使学生在真实互动环境中构建知识体系。教师需探索更灵活的教学方法，提高学生自主学习能力，确保降低认知负荷的同时保持思维挑战性。随着教育技术发展，高中物理教学应不断优化，以科学方式培养学生的物理素养与创新能力。

参考文献：

[1]李秀琴.高中物理教学中问题情境创设的实践[J].西部素质教育，2020，6（03）：229.

[2]高娟.基于深度学习的高中物理情境创设教学研究[J].广西物理，2024，45（01）：116-118.

[3]郭诗艺，张金良.核心素养导向下高中物理教学中问题情境创设的探索[J].科教文汇（中旬刊），2020，（05）：135-136.

[4]孔兴隆.认知视角下物理问题解决的教学策略研究[J].物理教师，2022，43（08）：21-26.

[5]陈克超，冉洁，戴浩.基于课程标准之高中物理大概念解读与建构[J].物理教师，2020，41（09）：11-14.