元認知和物理元認知能力培養(yǎng)＊①

竇 瑾

（南京曉莊學(xué)院物理與電子工程學(xué)院 江蘇 南京 2111 71 ）

元認知是20 世紀70 年代美國心理學(xué)家弗勞威爾（J．H．Flavell）提出來的．元認知的提出加深了人們對個體學(xué)習(xí)（問題解決，下同）本質(zhì)的認識，對物理教學(xué)實踐有著極其重要的啟發(fā)和指導(dǎo)價值．下面，從一則學(xué)生的“思維留跡”文本談起．

【問題】有4個電源，電動勢均為8V，內(nèi)阻分別為R1＝1Ω，R2＝2Ω，R3＝4Ω，R4＝8Ω．現(xiàn)在要對一個阻值R＝2Ω的電阻供電，為使該電阻獲得最大的功率，你認為應(yīng)該選用內(nèi)阻為多少的電源？

這是一個簡單串聯(lián)電路的功率分配問題．好像有這么一個結(jié)論：“外電阻等于內(nèi)電阻（R＝r）時，外電路上的電功率有最大值．”對！有這么回事．所以，應(yīng)該是選用內(nèi)阻為2Ω的電源對該電阻供電．

解析1：因為“外電阻等于內(nèi)電阻（R＝r）時，外電路上的電功率有最大值”，所以，選用內(nèi)阻為2Ω的電源對阻值R＝2Ω的電阻供電，才能使該電阻獲得最大的功率．

真是太簡單了！真的就這么簡單嗎？是不是太意氣用事了？還是更理性一點為妥．不妨用笨辦法再逐個算一下．選用1Ω內(nèi)阻的電源供電時，由

代入數(shù)據(jù)可得R＝2Ω的電阻能夠獲得功率

同理，選用2Ω內(nèi)阻的電源供電時，R＝2Ω的電阻能夠獲得功率

P2＝8W

則P1＞P2怎么和前面得到的結(jié)果不一致??？好像這里并沒有算錯?。畣栴}到底出在哪里??？原來，“外電阻等于內(nèi)電阻（R＝r）時，外電路上的電功率有最大值”適用于電源確定而外電阻可選的情形，這里是外電阻確定而電源可選的情形．兩者背景不一樣，自然就不能混為一談了．

解析2：由P＝I2R可知，電阻R上消耗的電功率

顯然，P是r的單調(diào)減函數(shù)，所以就題設(shè)條件而言，選用內(nèi)阻r＝1Ω的電源供電時，R＝2Ω的電阻上能夠獲得最大的電功率．

這下肯定不會錯了吧，因為分析、列式、推理都沒有錯．但有了“前車之鑒”，還是再仔細推敲一下．要想讓定值電阻獲得最大的功率，就需使流經(jīng)它的電流最大，即這里就要求閉合電路電流最大，自然也就是閉合電路的總電阻要最小了．應(yīng)該就是這個結(jié)果．

今天這則看似簡單的題目給筆者的啟示真是太大了，重要的結(jié)論要記，記住并利用結(jié)論通常能使解決問題事半功倍（尤其在做填空題和選擇題時），但記結(jié)論千萬不能只記結(jié)果，否則事倍功半，甚至適得其反．當(dāng)然，掌握最基本的知識、技能和方法還是最重要的．

1 元認知

上面的“思維留跡”文本不僅記錄了學(xué)生對“問題”的認知過程，也記錄了學(xué)生對認知進行的認知，這種對認知的認知，即個體對認知活動的自我意識和自我調(diào)節(jié)就叫做元認知．研究和實踐表明，個體的認知過程進行得如何，在很大程度上取決于個體元認知過程的運行水平．具體來說，學(xué)業(yè)成績好的學(xué)生在元認知方面的發(fā)展水平都比較高，具有較多的有關(guān)學(xué)習(xí)及學(xué)習(xí)策略方面的知識，并善于監(jiān)控自己的學(xué)習(xí)過程，及時反思和評價自己的學(xué)習(xí)．相反，學(xué)業(yè)成績不理想的學(xué)生往往缺乏有關(guān)學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)策略的知識，他們在學(xué)習(xí)過程中不能很好地監(jiān)控自己的學(xué)習(xí)活動，即使發(fā)生了認知錯誤也往往渾然不知，這與斯騰伯格曾經(jīng)的斷言“元認知結(jié)構(gòu)發(fā)展不健全的人必定就是能力較為薄弱的人”是吻合的．

一般認為，元認知具有三元結(jié)構(gòu)，即元認知是由元認知知識、元認知體驗和元認知監(jiān)控3個部分組成，且這3個部分相互聯(lián)系、相互影響，協(xié)同實現(xiàn)對認知的認知．

（1）元認知知識

簡單地說就是有關(guān)認知的知識，它主要包括三個方面，一是個體的智力水平、個性心理特征、個體所具有的知識基礎(chǔ)等有關(guān)認知個體自身的知識；二是有關(guān)認知材料、認知任務(wù)方面的知識；三是有關(guān)認知策略方面的知識．

（2）元認知體驗

就是伴隨著認知活動而產(chǎn)生的認知體驗和情感體驗，它包括對“知”的體驗，也包括對“不知”的體驗．認知體驗可以發(fā)生在個體的認知活動之前、之后，也可以發(fā)生在個體認知活動之中．另外，元認知體驗持續(xù)的時間可能較長，也可能較短等．

（3）元認知監(jiān)控

就是個體在進行認知活動的全過程中，不斷地對認知目標、認知方向、認知策略、認知進程以及注意程度、情緒狀態(tài)等進行監(jiān)測和評估，積極、自覺地對認知活動作出必要的、合適的調(diào)控．

2 物理元認知能力培養(yǎng)

物理教學(xué)重認知和輕元認知的問題長期存在，這跟以往教師普遍地將個體的學(xué)習(xí)看成是個體對所學(xué)材料的感知、注意、識別、加工、記憶和理解等的認知過程不無關(guān)系．顯然，這種認識漠視了這樣一個事實，即個體的學(xué)習(xí)還同時是一個個體對認知過程進行積極的意識、體驗和監(jiān)測、評估、調(diào)控的元認知過程．反映到實際教學(xué)中，便是只重視學(xué)生學(xué)習(xí)能力的外顯結(jié)構(gòu)——認知結(jié)構(gòu)教學(xué)，不重視學(xué)生學(xué)習(xí)能力的內(nèi)隱結(jié)構(gòu)——元認知結(jié)構(gòu)的教學(xué)．這種教學(xué)上的失之偏頗是導(dǎo)致眾多學(xué)生元認知知識、元認知體驗和元認知監(jiān)控能力缺乏，不會學(xué)習(xí)的重要原因．

研究和實踐表明，適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)和訓(xùn)練能夠大大改善個體的元認知水平，促進學(xué)習(xí)能力的發(fā)展，提高學(xué)業(yè)成就．

（1）培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生元認知能力是物理教學(xué)的目標之一和內(nèi)容的一部分

教師要真正從“以學(xué)生的發(fā)展為本”這一長遠利益和要求出發(fā)，重視培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生元認知能力，自覺地將培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生元認知能力融進“知識與技能”“過程與方法”“情感態(tài)度與價值觀”三維教學(xué)目標，體現(xiàn)在物理教學(xué)的全過程．尤其，在剛開始階段，教師要有意地“稚化”自己的思維，以便讓自己的思維和學(xué)生的思維對接．接著，教師要做好元認知示范，勇于真實地“還原”并暴露自己的思維過程，從“我一開始是這樣想的，后來覺得應(yīng)該（還可以）這樣考慮”“我為什么要這樣做而不是那樣做”等視角，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)元認知．

（2）加強元認知知識教學(xué)

學(xué)生是學(xué)習(xí)物理的主體，他們的性格、興趣、愛好、經(jīng)歷、經(jīng)驗、知識基礎(chǔ)等直接影響著學(xué)習(xí)的質(zhì)量．所以，教師要在深入了解學(xué)生的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生認識自己，確立我是學(xué)習(xí)的主體的意識．此外，要加強物理現(xiàn)象、事實、概念、規(guī)律、理論等知識的教學(xué)，引導(dǎo)和幫助學(xué)生整體構(gòu)建物理知識網(wǎng)絡(luò)，逐步、系統(tǒng)地教給學(xué)生物理認知策略，促進學(xué)生掌握物理學(xué)習(xí)的一般程序，鞏固基本的物理思想（如理想化的思想、實驗的思想、場的思想、數(shù)學(xué)的思想、量變質(zhì)變的思想、對立統(tǒng)一的思想等），確立基本的物理意識（如推理的意識、化歸的意識、守恒的意識、圖像的意識、整體的意識、對稱的意識等），養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣．

（3）加強元認知體驗教學(xué)

一要注意創(chuàng)設(shè)問題情境，設(shè)計和安排好問題的“臺階”和“陷阱”，讓問題情境和學(xué)生已有的認知結(jié)構(gòu)發(fā)生相互作用并引起沖突，激起學(xué)生消弭沖突的愿望；二要啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生全面把握、體驗情境所提供的信息（如時間、空間、物質(zhì)、現(xiàn)象、符號、數(shù)據(jù)、圖表等），弄清問題所涉及的相關(guān)因素，感知問題情境中所隱藏的“知”和“不知”以及“良構(gòu)”和“非良構(gòu)”，分析其價值、難度和性質(zhì)，建立解決問題的目標、方向，制定行動計劃；三要注意設(shè)計和運用好解決問題的“提示語”和“潛臺詞”，引導(dǎo)學(xué)生建立問題解決中的懷疑感、理智感、效能感、美感等高級情感．

（4）加強元認知監(jiān)控教學(xué)

物理元認知監(jiān)控的對象主要包括：理解問題是否正確，提出猜想與假設(shè)是否合理，制定計劃與設(shè)計實驗是否可行，進行實驗與收集證據(jù)是否精細，分析與論證是否完備，結(jié)果表達是否清晰，評估交流與合作是否充分等方面．要培養(yǎng)學(xué)生監(jiān)控、調(diào)節(jié)自己思維過程的自覺性，反思、質(zhì)疑、批判、評價和調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)的習(xí)慣．要構(gòu)建師生間、學(xué)生間平等、理解的互動環(huán)境及和諧氛圍，為每位學(xué)生提供自由、充分地表達、演示各自認知和元認知的機會，使每位學(xué)生的認知和元認知在坦誠交往、差異交流中獲得不同程度的發(fā)展和優(yōu)化，逐步地“將外在的矯正性指示轉(zhuǎn)變成自己的矯正性技能”，使學(xué)習(xí)真正成為一個由學(xué)生自我計劃、自我監(jiān)控、自我調(diào)節(jié)、自我實現(xiàn)、自我發(fā)展的認知和元認知交融的螺旋上升的過程．

（5）進行必要的物理元認知訓(xùn)練

在一項訓(xùn)練學(xué)生物理元認知的行動研究中，筆者經(jīng)常采用的方法是，設(shè)置“自我提問單”，布置學(xué)生寫“學(xué)習(xí)筆記”“思維留跡”和“言行報告”．

例如，學(xué)生聽課時的“自我提問單”主要設(shè)置3個方面問題：

第一，我在聽課嗎？是，則繼續(xù)；否，則調(diào)整．

第二，我聽懂了嗎？是，則繼續(xù)；否，則記下疑問，課后請教老師．

第三，畫出本節(jié)課的學(xué)習(xí)“概念圖”．

又如，學(xué)生課后的“學(xué)習(xí)筆記”可以圍繞幾個方面，如這節(jié)課學(xué)到了什么，總結(jié)為一句話．這節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)是分哪幾步來完成的？這節(jié)課還有什么不懂，是什么原因，如何弄懂？這節(jié)課中，最感興趣的是什么？學(xué)習(xí)這節(jié)課的優(yōu)勢和缺陷在哪些方面？對自己和老師還有什么要求和建議？等．

作為方法的“思維留跡”是指學(xué)生將學(xué)習(xí)的過程、心理活動和學(xué)習(xí)結(jié)果通過筆錄的形式記載下來，供研究者分析、研究的方法．作為方法的“言行報告”則是研究者將學(xué)生在學(xué)習(xí)中的“出聲思維”和行為舉止記錄下來進行分析研究的方法．本文開頭的這份“思維留跡”文本，就是取自筆者在某中學(xué)開展的一次物理元認知訓(xùn)練活動（選入本文時有改動）．

1 楊寧．元認知與教學(xué)．華東師范大學(xué)學(xué)報（教育科學(xué)版），1995 （3）

2 汪玲，郭德?。J知的本質(zhì)與要素．心理學(xué)報，2000 （4）

3 王亞南．元認知的結(jié)構(gòu)、功能和開發(fā)．南京師范大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2004 （1）

4 李志強．利用“反思型物理日記”培養(yǎng)學(xué)生物理元認知能力的探索．教育實踐與研究，2009 （11 B）

5 侯新杰，郭海麗．物理教學(xué)中學(xué)生元認知能力的培養(yǎng)策略．教育理論與實踐，2009 （2）