基于元認(rèn)知理論優(yōu)化生物學(xué)教學(xué)設(shè)計

楊 丁 張穎之

(首都師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 100048)

弗拉維爾(Flavell)于1976年首次提出元認(rèn)知(metacognition)[1]。人能認(rèn)識世界，還能認(rèn)識自我，自我意識和自我知覺就是元認(rèn)知。元認(rèn)知是對思考進(jìn)行的思考，對認(rèn)知進(jìn)行的認(rèn)知[2]，包括元認(rèn)知知識、元認(rèn)知技能和元認(rèn)知體驗。其中，元認(rèn)知知識又包括關(guān)于人的知識(對自我認(rèn)知特征、思維習(xí)慣有清晰的認(rèn)識，知曉自我優(yōu)缺點，知道自己知道什么不知道什么，還能了解同伴和他人，了解人類普遍性認(rèn)知規(guī)律)，任務(wù)的知識(清楚任務(wù)的要求、目的、實現(xiàn)條件)，策略的知識(以一系列策略、方法完成某項任務(wù)，認(rèn)知主體應(yīng)認(rèn)識使用的策略是什么，為什么及如何使用)。而元認(rèn)知技能幫助認(rèn)知主體對任務(wù)進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)整，包括計劃、引導(dǎo)、自我調(diào)控及評價。元認(rèn)知體驗則包括認(rèn)知主體于某次任務(wù)過程中獲得的感受，如豁然開朗、迷茫；認(rèn)知主體長期形成的對認(rèn)知的非邏輯、直覺性判斷。

現(xiàn)以高中生物學(xué)實驗課“探究影響酶活性的條件”為例，展示年輕教師R是如何利用元認(rèn)知優(yōu)化教學(xué)設(shè)計的。

1 認(rèn)識多樣化的教學(xué)設(shè)計

青年教師R對某一主題教學(xué)多樣化不清楚，因此她調(diào)控自我行為，通過聽課、與同行交流、查閱文獻(xiàn)，歸納出三種風(fēng)格的設(shè)計：①回顧實驗步驟，學(xué)生按實驗步驟將酶專一性、酶高效性、酶影響因素(溫度、pH)多個實驗在一節(jié)課上完成；②選擇兩個實驗，教師通過問題(如怎樣實現(xiàn)對照)帶領(lǐng)學(xué)生作簡要分析，得出實驗大致思路，學(xué)生照著有詳細(xì)步驟的學(xué)案實施實驗；③以小組為單位，每組選擇影響酶活性的一個因素，課余時間設(shè)計實驗方案，實驗課2～3組學(xué)生作設(shè)計方案展示，教師給予點評修正，其余組根據(jù)點評思路修改方案，各組按照自己修改后的方案獨立進(jìn)行實驗，觀察并分析結(jié)果。

2 分析不同設(shè)計基于的價值立場

R教師沒有憑感覺主觀地從三種方式中隨意照搬一種，她試圖分析這三種課堂形式基于的價值立場。①將探究性實驗改為驗證性實驗。原因可能有：學(xué)生探究能力不強，實現(xiàn)探究很困難；實驗思路已在非實驗課上學(xué)習(xí)過了；學(xué)生剛接觸高中生物，實驗課應(yīng)以培養(yǎng)興趣、操作練習(xí)為主；實驗課加深對知識的理解，對每個影響因素都進(jìn)行實驗，利于考試。②學(xué)生的探究能力不強，因此帶領(lǐng)學(xué)生思考幾個關(guān)鍵點(如單一變量原則)，討論出基本思路；選擇兩個因素進(jìn)行實驗，時間充沛；給出詳細(xì)步驟，可幫助學(xué)生得出理想的實驗結(jié)果，利于興趣及自信心培養(yǎng)。③科學(xué)探究的精神和思維重于操作技能；學(xué)生學(xué)習(xí)能力強，已接觸過科學(xué)興趣課；小組學(xué)習(xí)利于合作能力培養(yǎng)；從確定問題到實施反思，實現(xiàn)探究式教學(xué)。

3 選擇價值立場

R教師對價值立場進(jìn)行反思：學(xué)生對生物學(xué)科的適應(yīng)和興趣培養(yǎng)是初中階段的核心內(nèi)容，而且物理、化學(xué)、生物等學(xué)科經(jīng)常進(jìn)行實驗，時間不應(yīng)分配來專門練習(xí)操作技能。生物學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，高中生物學(xué)課程從必修一就逐漸滲透關(guān)于實驗設(shè)計的知識，必修一中已涉及多個探究實驗，其中“探究影響酶活性的條件”，明確要求學(xué)生利用提供的實驗材料和器具進(jìn)行完整的實驗設(shè)計。

因此，R教師分清主次，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的精神和思維為主，只選擇一個影響因素(溫度)，創(chuàng)設(shè)情境，學(xué)生依據(jù)實驗設(shè)計原則進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒炘O(shè)計。

4 分析學(xué)情及策略，確定教學(xué)目標(biāo)

第三類設(shè)計更符合R教師的價值選擇，但不能照搬。R教師的學(xué)生對實驗原理的學(xué)習(xí)處于保持和回憶階段，不能獨立完成知識遷移。故R教師決定按照“提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計實驗、實施實驗、結(jié)果記錄與分析、思維拓展”的探究式教學(xué)的步驟來推進(jìn)課堂。但為了避免探究式教學(xué)法帶來探究步驟機械化的刻板印象，R教師考慮簡要列舉真實的科學(xué)研究過程，強調(diào)真實的探究可以只包含其中的某步或某幾步，科學(xué)探究的全過程將靠多個科研團(tuán)隊才能完成。同時，為避免傳統(tǒng)講授法的灌輸式教育，R教師在講授中融入探究，以問題串的形式引導(dǎo)學(xué)生完成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶骄糠桨冈O(shè)計。

最終教學(xué)目標(biāo)確定為：①知識目標(biāo)：概述溫度對酶活性的影響，說明酶的特性；②能力目標(biāo)：探究0～100 ℃對工業(yè)淀粉酶活性的影響，運用實驗原則設(shè)計實驗，正確使用實驗用具；③情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)：體驗實驗設(shè)計過程，認(rèn)同科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性。

5 形成詳細(xì)的教學(xué)計劃

教師將元認(rèn)知運用于教學(xué)設(shè)計中，并啟發(fā)學(xué)生從哪些角度思考探究任務(wù)，如何判斷、評價任務(wù)的進(jìn)程，以促進(jìn)學(xué)生元認(rèn)知的發(fā)展。

5.1 提出問題 溫度對酶活性的影響，這不是一個問題。溫度如何影響酶的活性？這也不是一個具體的研究問題。教師引導(dǎo)學(xué)生思考什么樣的問題是好的問題，好問題的標(biāo)準(zhǔn)是可研究、可操作。因此，引導(dǎo)學(xué)生補充研究問題：0～100℃溫度范圍如何影響工業(yè)淀粉酶的活性？

5.2 作出假設(shè) 教師引導(dǎo)學(xué)生思考怎樣的假設(shè)是好的假設(shè)？假設(shè)是陳述句，不關(guān)乎對錯，但應(yīng)符合已有的信息邏輯。教師提問學(xué)生假設(shè)是什么，為何做出該假設(shè)？預(yù)計學(xué)生基于信息“工業(yè)淀粉酶的常用環(huán)境60℃左右，低溫抑制酶的活性，高溫使酶失活”作出假設(shè)“0～60℃，酶活隨溫度升高而增大；60～100℃，酶活隨溫度升高而降低至失活?！?/p>

5.3 設(shè)計實驗 教師以問題串的形式引導(dǎo)學(xué)生思考關(guān)鍵問題：自變量、因變量和無關(guān)變量各有什么？自變量溫度如何設(shè)置并保持穩(wěn)定性？實驗材料是否會影響溫度？反應(yīng)過程中如何保持溫度？能以室溫下加入“淀粉+淀粉酶”的試管作為對照嗎？對照組不加酶就是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶φ战M了嗎？實驗中除酶影響淀粉的分解，還有什么因素可能影響底物的分解？如何避免實驗結(jié)果的偶然性？實驗材料劑量對實驗有影響嗎？如何確定結(jié)果檢測指標(biāo)？該實驗應(yīng)采取哪種結(jié)果檢測方法？最后，從頭至尾梳理實驗步驟。

5.4 實施實驗及結(jié)果 分析每個溫度需處理的試管較多，時間緊張。教師問學(xué)生此時該怎么辦？(分組實驗，最后對比結(jié)果。)全班分為6個組，分別進(jìn)行0、20、40、60、80、100℃下實驗。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：應(yīng)分析哪些現(xiàn)象，才能說明每個溫度對酶活性的影響？(對比每個溫度之間的對照組，分析溫度是否會直接影響底物的分解，再對比每個溫度對酶催化效率的影響。)

5.5 思維拓展 教師問：如果現(xiàn)在臨時發(fā)現(xiàn)淀粉酶已變質(zhì)不能使用，此時該怎樣應(yīng)對以完成溫度對酶活性影響的探究？實驗室有蔗糖、蔗糖酶、蛋白溶液、蛋白酶等物質(zhì)。是否能用蔗糖+蔗糖酶替換淀粉+淀粉酶？否，還原糖的檢測需要水浴加熱。是否能用蛋白溶液+蛋白酶進(jìn)行該實驗？否，酶是蛋白質(zhì)，難以分清底物和酶，無法用雙縮脲試劑檢測。如果要用蛋白質(zhì)和蛋白酶完成實驗該怎么辦？將蛋白質(zhì)固化，觀察不同溫度下蛋白質(zhì)在蛋白酶作用下的體積變化。

6 教學(xué)反思

元認(rèn)知在教學(xué)中的滲透，要求教師和學(xué)生能清楚地意識到自己是如何思考的，為什么要這樣思考，是如何決定的，為什么要這樣決定，目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)是什么，離任務(wù)完成還有多遠(yuǎn)。當(dāng)自我無法回答這些問題時，表現(xiàn)出探索新知的行為。本節(jié)課教師在備課過程中對自我思維和行為進(jìn)行了反思和監(jiān)管。學(xué)生也在教師的引導(dǎo)下思考什么是科學(xué)研究，該怎樣思考探究問題，為什么要這樣進(jìn)行實驗。

若在教學(xué)中融入對任務(wù)、策略和客觀規(guī)律的追問和反思，則可極大提高學(xué)生的元認(rèn)知能力，進(jìn)而幫助學(xué)生發(fā)展認(rèn)知領(lǐng)域。