方案設(shè)計(jì)類問(wèn)題解決中發(fā)展學(xué)生元認(rèn)知的嘗試

吳翀?jiān)?/p>

摘要：方案設(shè)計(jì)題是近幾年高考的熱點(diǎn)之一，難度大、綜合性強(qiáng)。運(yùn)用元認(rèn)知思想設(shè)計(jì)的“自我提示表”有利于幫助解決復(fù)雜的方案設(shè)計(jì)問(wèn)題。在培養(yǎng)元認(rèn)知能力時(shí)，需要按照由淺入深的原則，將提煉提示語(yǔ)的行為從自發(fā)走向自覺(jué)。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)；有機(jī)合成；化學(xué)解題；元認(rèn)知；提示語(yǔ)

文章編號(hào)：1005–6629（2017）4–0044–05 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 方案設(shè)計(jì)類題型的特點(diǎn)

方案設(shè)計(jì)題在高考中常見的是有機(jī)合成和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，這兩類題要求學(xué)生能根據(jù)設(shè)計(jì)的目的和有關(guān)反應(yīng)原理，結(jié)合所提供的儀器和藥品等，設(shè)計(jì)出合理的方案和步驟。這類題型是近幾年高考的熱點(diǎn)之一，年年必考，具有很高的連續(xù)性和穩(wěn)定性。由于設(shè)計(jì)方案時(shí)需考慮的因素很多，如制備或合成的條件控制，物質(zhì)的分離和提純，方案的簡(jiǎn)約性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)提供的試劑進(jìn)行合理取舍等，所以，這是一類難度大、綜合性強(qiáng)的題型。學(xué)生如不學(xué)會(huì)用適當(dāng)?shù)姆椒ㄖ笇?dǎo)自己進(jìn)行思維的加工，并且在分析和解決問(wèn)題的過(guò)程中不斷有意識(shí)地進(jìn)行自我詰問(wèn)、自我反省，那么這類復(fù)雜的問(wèn)題是較難被解決的。

2 元認(rèn)知簡(jiǎn)介

2.1 元認(rèn)知的概念

元認(rèn)知（metacognition，又譯反省認(rèn)知、后設(shè)認(rèn)知），是美國(guó)心理學(xué)家弗拉維爾（Flavell）于20世紀(jì)70年代在其著作《認(rèn)知發(fā)展》中提出來(lái)的。是個(gè)體對(duì)自己的注意、記憶、思維等認(rèn)知活動(dòng)的認(rèn)知[1]，是“為完成某一具體目標(biāo)或任務(wù)，認(rèn)知主體依據(jù)認(rèn)知對(duì)象對(duì)認(rèn)知過(guò)程進(jìn)行主動(dòng)的監(jiān)測(cè)，以及連續(xù)的調(diào)節(jié)和協(xié)調(diào)”[2]。后來(lái)，他對(duì)元認(rèn)知進(jìn)行了更簡(jiǎn)練地概括——反映或調(diào)節(jié)認(rèn)知活動(dòng)的任何一方面的知識(shí)或認(rèn)知活動(dòng)。

2.2 波利亞的元認(rèn)知思想

著名數(shù)學(xué)教育家波利亞在《怎樣解題》一書中給出的“怎樣解題表”對(duì)數(shù)學(xué)解題的影響巨大，他給出了一系列的解題提示語(yǔ)，如：未知數(shù)是什么？已知數(shù)據(jù)（指已知數(shù)、已知圖形和已知事項(xiàng)等的統(tǒng)稱）是什么？條件是什么？這些問(wèn)題不是問(wèn)別人，而是問(wèn)自己，實(shí)際是解題者的自我反省。這些問(wèn)題并沒(méi)有直接涉及問(wèn)題的具體內(nèi)容，完全是針對(duì)主體自身思維，是對(duì)自身解題思維活動(dòng)的反詰，是自我監(jiān)察，自我意識(shí)，自我預(yù)測(cè)，自我調(diào)節(jié)，自我監(jiān)控[3]。

在《怎樣解題》中，波利亞提出了“目標(biāo)意識(shí)”，即“盯著目標(biāo)”。波利亞指出：目標(biāo)啟示著手段，對(duì)目標(biāo)的考慮可能會(huì)啟發(fā)找到一個(gè)途徑?？紤]了目標(biāo)，問(wèn)題就一個(gè)接著一個(gè)出來(lái)了；……這些提問(wèn)引導(dǎo)了一條“倒退”的途徑；如果能發(fā)覺(jué)了推出問(wèn)題未知量的“已知量”，那就可以把這些“已知量”選做輔助問(wèn)題的目標(biāo)，就可以從后往前推了[4]。

2.3 元認(rèn)知和認(rèn)知的區(qū)別

元認(rèn)知和認(rèn)知是兩個(gè)不同的概念，二者的關(guān)系可以從以下幾方面來(lái)分析：

2.3.1 活動(dòng)內(nèi)容

認(rèn)知活動(dòng)的內(nèi)容是對(duì)認(rèn)知對(duì)象進(jìn)行某種智力操作，如書寫硫酸鋁中加入碳酸鈣的反應(yīng)的方程式，是按照化學(xué)方程式書寫時(shí)遵循的質(zhì)量守恒、電荷守恒進(jìn)行書寫和配平。而元認(rèn)知活動(dòng)則是以對(duì)認(rèn)知活動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和監(jiān)控為活動(dòng)內(nèi)容，如在書寫上述方程式時(shí)涉及的元認(rèn)知可以有：該反應(yīng)發(fā)生的原理是什么？各物質(zhì)的作用分別是什么？我是否見過(guò)類似原理的反應(yīng)？我書寫離子方程式時(shí)是否已經(jīng)明確各物質(zhì)是否能拆成離子形式？是否有未參加反應(yīng)的離子存在？

2.3.2 活動(dòng)對(duì)象

認(rèn)知活動(dòng)的對(duì)象是外在的、具體的事物，如硫酸鋁、碳酸鈣在離子方程式中能不能拆開，鋁離子是以氫氧化鋁的形式存在的，書寫離子方程式時(shí)需要遵循質(zhì)量守恒和電荷守恒定律，而內(nèi)在的、抽象的認(rèn)知過(guò)程或認(rèn)知結(jié)果等則是元認(rèn)知的活動(dòng)對(duì)象。因此，元認(rèn)知活動(dòng)必須把自身作為一種獨(dú)立的客體看待。如我有沒(méi)有認(rèn)清該反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物？質(zhì)量守恒定律和元素守恒，哪一種能最快速幫助完成配平？我是否見過(guò)類似原理的反應(yīng)？認(rèn)知活動(dòng)的目的是使認(rèn)知主體取得認(rèn)知活動(dòng)的進(jìn)展，而元認(rèn)知活動(dòng)的目的是監(jiān)測(cè)認(rèn)知活動(dòng)的進(jìn)展，并間接地促進(jìn)這種進(jìn)展。

2.3.3 活動(dòng)目的

元認(rèn)知和認(rèn)知活動(dòng)在終極目標(biāo)上是一致的，它們都是為了使認(rèn)知主體完成認(rèn)知任務(wù)，實(shí)現(xiàn)認(rèn)知目標(biāo)。

2.3.4 作用方式

認(rèn)知活動(dòng)可以直接使認(rèn)知主體取得認(rèn)知活動(dòng)的進(jìn)展，而元認(rèn)知只能通過(guò)對(duì)認(rèn)知活動(dòng)的調(diào)控，間接地使主體的認(rèn)知活動(dòng)有所進(jìn)展。

2.4 元認(rèn)知的結(jié)構(gòu)

元認(rèn)知由元認(rèn)知知識(shí)、元認(rèn)知體驗(yàn)和元認(rèn)知監(jiān)控等構(gòu)成。元認(rèn)知知識(shí)包括認(rèn)知主體的知識(shí)、認(rèn)知對(duì)象的知識(shí)和認(rèn)知活動(dòng)的策略知識(shí)。元認(rèn)知體驗(yàn)是指主體伴隨著認(rèn)知活動(dòng)而產(chǎn)生的認(rèn)知體驗(yàn)或情感體驗(yàn)。元認(rèn)知監(jiān)控是指主體在進(jìn)行認(rèn)知活動(dòng)的全過(guò)程中，根據(jù)元認(rèn)知的知識(shí)、體驗(yàn)積極地對(duì)認(rèn)知活動(dòng)進(jìn)行積極的、及時(shí)的、自覺(jué)的監(jiān)控和調(diào)節(jié)，以達(dá)到預(yù)定目標(biāo)的過(guò)程。元認(rèn)知監(jiān)控包括制定計(jì)劃、實(shí)際控制、檢查結(jié)果和采取補(bǔ)救措施等四個(gè)環(huán)節(jié)。

元認(rèn)知知識(shí)、元認(rèn)知體驗(yàn)和元認(rèn)知監(jiān)控三者互相依賴、相互制約，有機(jī)構(gòu)成一個(gè)對(duì)認(rèn)知活動(dòng)具有高水平的自我意識(shí)、自我調(diào)節(jié)功能的開放的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。

2.5 元認(rèn)知的作用

信息加工心理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，“元認(rèn)知水平是影響學(xué)習(xí)效率的重要條件”[5]。在認(rèn)知活動(dòng)中始終處于支配地位。元認(rèn)知與一般能力傾向存在獨(dú)立性，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)[6]：元認(rèn)知可以彌補(bǔ)一般能力傾向的不足，它是作為與一般能力傾向相對(duì)獨(dú)立的一種因素起作用的。

3 幫助學(xué)生發(fā)展元認(rèn)知的一個(gè)嘗試

3.1 建立方案設(shè)計(jì)類題型的自我提示表

依據(jù)波利亞的“怎樣解題表”，結(jié)合元認(rèn)知的結(jié)構(gòu)，列出了方案設(shè)計(jì)類題型的四部曲，第一步，運(yùn)用元認(rèn)知知識(shí)，緊盯設(shè)計(jì)目標(biāo)，根據(jù)目標(biāo)為自己確立完成任務(wù)的子目標(biāo)；第二步，根據(jù)提供的試劑，逐項(xiàng)完成子目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)元認(rèn)知體驗(yàn)；第三步，結(jié)合原料或產(chǎn)品的性質(zhì)，對(duì)現(xiàn)有方案進(jìn)行檢驗(yàn)和反思，實(shí)現(xiàn)元認(rèn)知的監(jiān)控功能；第四步，調(diào)整完善方案，形成最終設(shè)計(jì)。依據(jù)上述四部曲，得到如下自我提示表，見圖1。

3.2 依據(jù)自我提示表，實(shí)施解題程序

例1 （2015江蘇·19節(jié)選）實(shí)驗(yàn)室用下圖所示裝置制備KClO溶液，并通過(guò)KClO溶液與Fe（NO3）3溶液的反應(yīng)制備高效水處理劑K2FeO4。已知K2FeO4具有下列性質(zhì)：①可溶于水、微溶于濃KOH溶液；②在0～5℃、強(qiáng)堿性溶液中比較穩(wěn)定；③在Fe3+和Fe（OH）3催化作用下發(fā)生分解；④在酸性至弱堿性條件下，能與水反應(yīng)生成Fe（OH）3和O2。

提純K2FeO4粗產(chǎn)品[含有Fe（OH）3、KCl等雜質(zhì)]的實(shí)驗(yàn)方案為：將一定量的K2FeO4粗產(chǎn)品溶于冷的3 mol·L-1 KOH溶液中， （實(shí)驗(yàn)中須使用的試劑有：飽和KOH溶液，乙醇；除常用儀器外須使用的儀器有：砂芯漏斗，真空干燥箱）。

分析：根據(jù)上述解題表，結(jié)合實(shí)際問(wèn)題，可以得到以下分析過(guò)程，見表1。

研究發(fā)現(xiàn)，需解決的問(wèn)題較容易時(shí)，元認(rèn)知似乎是自動(dòng)加工的，學(xué)習(xí)者可能不會(huì)意識(shí)到自己的理解監(jiān)控過(guò)程，如例1和例2中對(duì)目標(biāo)的細(xì)化，而當(dāng)遇到信息較多，思路不明晰的問(wèn)題時(shí)，自動(dòng)加工的流暢性被打斷，調(diào)控行為介入，以彌補(bǔ)理解的不足，如例2中對(duì)第③步信息的挖掘與運(yùn)用。因此，在培養(yǎng)元認(rèn)知能力時(shí)，需依據(jù)由淺入深的原則，讓學(xué)生逐漸意識(shí)到元認(rèn)知能力對(duì)解題的重要性和有效性，并能將提煉提示語(yǔ)的行為從自發(fā)走向自覺(jué)。

參考資料：

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