元認(rèn)知與學(xué)生物理解題元認(rèn)知能力培養(yǎng)*

竇 瑾 邵 云

(南京曉莊學(xué)院物理與電子工程學(xué)院 江蘇 南京 211171)

元認(rèn)知與學(xué)生物理解題元認(rèn)知能力培養(yǎng)*

竇 瑾 邵 云

(南京曉莊學(xué)院物理與電子工程學(xué)院 江蘇 南京 211171)

物理解題的過程是解題者認(rèn)知和元認(rèn)知共同參與的過程.“一聽就懂、一做就錯(cuò)”是學(xué)生物理解題中存在的普遍現(xiàn)象，一個(gè)重要的原因是學(xué)生解題元認(rèn)知能力的欠缺.培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生物理解題元認(rèn)知能力要從“知識(shí)”“體驗(yàn)”“監(jiān)控”和“顯性化”等關(guān)鍵詞上做文章.

元認(rèn)知 元認(rèn)知能力 顯性化培養(yǎng) 物理解題

物理解題的過程是解題者認(rèn)知和元認(rèn)知共同參與的過程.并且，認(rèn)知過程進(jìn)行得如何，在很大程度上取決于解題者元認(rèn)知過程的運(yùn)行水平.具體來(lái)說，物理解題能力強(qiáng)的學(xué)生在有關(guān)解題的元認(rèn)知方面的發(fā)展水平都比較高，具有較多的有關(guān)解題任務(wù)及解題策略方面的知識(shí)，并善于監(jiān)控自己的解題過程，及時(shí)反思、體驗(yàn)和評(píng)價(jià)自己的解題.相反，物理解題能力弱的學(xué)生往往缺乏有關(guān)解題任務(wù)及解題策略方面的知識(shí)，他們?cè)诮忸}過程中不能很好地監(jiān)控自己的解題活動(dòng)，即使發(fā)生了認(rèn)知錯(cuò)誤也常常渾然不知.所以，培養(yǎng)學(xué)生解題元認(rèn)知能力是一項(xiàng)極具意義的工作.

1 元認(rèn)知理論概述

元認(rèn)知是20世紀(jì)70年代美國(guó)心理學(xué)家弗勞威爾(J.H.Flavell)提出的一個(gè)概念.1981年，弗勞威爾對(duì)元認(rèn)知的含義作了更加簡(jiǎn)練的表述：“反映或調(diào)節(jié)認(rèn)知活動(dòng)的任一方面的知識(shí)或認(rèn)知活動(dòng)”.據(jù)此，可以對(duì)元認(rèn)知作兩個(gè)方面的理解[1]：一方面，元認(rèn)知可以被理解為一種相對(duì)靜止的知識(shí)體系，它反映認(rèn)知主體對(duì)認(rèn)知活動(dòng)及其影響因素的認(rèn)識(shí)；另一方面，它可以被理解為一種動(dòng)態(tài)的活動(dòng)過程，即認(rèn)知主體對(duì)當(dāng)前認(rèn)知活動(dòng)所作的調(diào)節(jié).基于這樣的理解，可以進(jìn)一步地認(rèn)為元認(rèn)知具有三維結(jié)構(gòu)[2]，即元認(rèn)知是由元認(rèn)知知識(shí)、元認(rèn)知體驗(yàn)和元認(rèn)知監(jiān)控3個(gè)部分組成，且這3個(gè)部分相互聯(lián)系、相互影響，協(xié)同完成“對(duì)認(rèn)知的認(rèn)知”.

1.1 元認(rèn)知知識(shí)

簡(jiǎn)單地說就是有關(guān)認(rèn)知的知識(shí)，即認(rèn)知主體對(duì)于影響認(rèn)知激活(即活化相應(yīng)認(rèn)知結(jié)構(gòu))、認(rèn)知尋求(即利用認(rèn)知結(jié)構(gòu)尋求問題解決途徑)、認(rèn)知評(píng)價(jià)(即利用認(rèn)知結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)問題解決的合理性)和認(rèn)知重組(即保持和重組有價(jià)值的認(rèn)知結(jié)構(gòu))的那些因素的認(rèn)知.它主要包括認(rèn)知主體對(duì)自身智力水平、個(gè)性心理特征、知識(shí)能力基礎(chǔ)等方面的認(rèn)知和對(duì)認(rèn)知材料、認(rèn)知任務(wù)等方面的認(rèn)知以及對(duì)認(rèn)知策略的認(rèn)知等.

1.2 元認(rèn)知體驗(yàn)

就是伴隨著認(rèn)知活動(dòng)而產(chǎn)生的認(rèn)知體驗(yàn)和情感體驗(yàn)，即認(rèn)知主體對(duì)認(rèn)知活動(dòng)的有關(guān)情況的覺察、了解和感悟.它既包括在認(rèn)知活動(dòng)初期，認(rèn)知主體對(duì)任務(wù)的難度、對(duì)完成任務(wù)的把握程度以及熟悉程度的體驗(yàn)等，又包括在認(rèn)知活動(dòng)中期，認(rèn)知主體對(duì)當(dāng)前認(rèn)知進(jìn)展以及取得的成功、遇到的障礙和困難的體驗(yàn)等，還包括在認(rèn)知活動(dòng)終期，對(duì)目標(biāo)是否達(dá)成、認(rèn)知活動(dòng)的效果、效率以及有無(wú)創(chuàng)新的體驗(yàn)等.

1.3 元認(rèn)知監(jiān)控

就是認(rèn)知主體在進(jìn)行認(rèn)知活動(dòng)的全過程中，將自己正在進(jìn)行的認(rèn)知作為意識(shí)的對(duì)象，不斷地對(duì)認(rèn)知目標(biāo)、認(rèn)知方向、認(rèn)知策略、認(rèn)知進(jìn)程以及自身的注意程度、情緒狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估，積極、自覺地對(duì)認(rèn)知活動(dòng)作出必要的、合適的調(diào)控，以達(dá)到預(yù)定的目標(biāo).

2 元認(rèn)知對(duì)物理解題的作用

元認(rèn)知作為一種知識(shí)體系和一種活動(dòng)過程，對(duì)物理解題的全過程產(chǎn)生著極為重要的作用.

2.1 元認(rèn)知知識(shí)使物理解題目標(biāo)明確

物理解題具有明確的目標(biāo)指向性.目標(biāo)是解題者主觀經(jīng)驗(yàn)的知覺, 它既是解題的出發(fā)點(diǎn), 也是解題的歸宿, 它影響和制約著解題的進(jìn)程.解題前，解題者根據(jù)題目類型、難度、陳述方式、解題任務(wù)等激活自己已有的元認(rèn)知知識(shí)，尋找切合自身實(shí)際的解題策略，制定具體的解題計(jì)劃，作出解題的方向性選擇，使解題具有明確的目標(biāo)指向性.尤其，內(nèi)化了的策略性知識(shí)將有利于促進(jìn)保持或修正解題的路線、選擇或調(diào)控解題的方法.

2.2 元認(rèn)知體驗(yàn)使物理解題過程多彩

物理解題是一種“手段”，其目的是通過解題實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)、方法及其價(jià)值的理解和能力的提高、智慧的生成、情感的豐富.對(duì)解題過程中曾經(jīng)遭遇的困難、失誤、失敗和頓悟、靈感爆發(fā)、成功等的體驗(yàn)既是一種心理上的認(rèn)知體驗(yàn)，也是一種心理上的情感體驗(yàn),這兩種體驗(yàn)常常能夠使解題者的解題動(dòng)機(jī)、解題思路、思維方式等得到優(yōu)化和拓寬.這樣，解題過程便成為“向未知方向挺進(jìn)的旅程，隨時(shí)都有可能發(fā)現(xiàn)意外的通道和美麗的風(fēng)景”.“哦，原來(lái)是這么回事！”“對(duì)了，還可以這樣來(lái)做”等經(jīng)常能聽到的學(xué)生在解題過程中的感嘆聲實(shí)在是元認(rèn)知體驗(yàn)所帶來(lái)的“開朗”“徹悟”等的可貴寫照.

2.3 元認(rèn)知監(jiān)控使物理解題結(jié)果合理

物理解題的過程通常是一個(gè)艱難和曲折的過程，“走”完這一過程既要靠解題者對(duì)問題的感知、注意、識(shí)別、加工、回憶和理解等認(rèn)知，也要靠解題者對(duì)認(rèn)知進(jìn)行積極的意識(shí)、體驗(yàn)和監(jiān)測(cè)、評(píng)估、調(diào)控等元認(rèn)知.尤其，在對(duì)諸如“對(duì)”與“錯(cuò)”、“優(yōu)”與“劣”、“進(jìn)”與“退”等問題作出價(jià)值判斷時(shí)，元認(rèn)知監(jiān)控都發(fā)揮著極為重要的作用.元認(rèn)知監(jiān)控在解題中的作用具體地表現(xiàn)為在整個(gè)解題過程中，解題者自覺、清醒地將自己正在進(jìn)行的認(rèn)知活動(dòng)作為意識(shí)的對(duì)象, 不斷地對(duì)其進(jìn)行監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié)，如對(duì)每一解題步驟的目標(biāo)進(jìn)行確認(rèn)、結(jié)果作出預(yù)測(cè)；對(duì)每一解題步驟中所使用的方法和程序進(jìn)行“回望”，看所用的方法是否最優(yōu)、程序是否合理，若否，則及時(shí)作出調(diào)整；對(duì)每一解題步驟所取得的成果進(jìn)行評(píng)估，看取得的成果是否跟該步驟的目標(biāo)相一致, 若否,則及時(shí)診斷“偏差”的根源，或調(diào)整目標(biāo)期待，或調(diào)整解題步驟，使解題活動(dòng)回到正確的軌道上來(lái)…….

3 物理解題中存在的問題分析

物理解題是一種重要的實(shí)踐活動(dòng)，也是物理學(xué)習(xí)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié).但是，長(zhǎng)期以來(lái)，學(xué)生物理解題中普遍存在著“一聽就懂、一做就錯(cuò)”的現(xiàn)象.造成這一現(xiàn)象的一個(gè)重要的原因是學(xué)生解題元認(rèn)知能力的欠缺.

3.1 元認(rèn)知知識(shí)薄弱

即對(duì)自身智力、個(gè)性心理、知識(shí)和能力等方面的優(yōu)勢(shì)和不足缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，對(duì)基本的解決物理問題的策略(包括方法、程序等)缺少全面的了解，因而每當(dāng)遇到“新”的問題、“難”的問題便“慌了神”“亂了套”.

3.2 元認(rèn)知體驗(yàn)缺乏

元認(rèn)知知識(shí)的缺乏以及長(zhǎng)期以來(lái)“養(yǎng)成”的將自己處于單向的信息接受者位置的習(xí)慣導(dǎo)致了學(xué)生在解題中，對(duì)任務(wù)的難度、對(duì)完成任務(wù)的把握程度以及熟悉程度等的體驗(yàn)變得遲鈍，對(duì)當(dāng)前解題的進(jìn)展、取得的成效、遇到的障礙和困難的體驗(yàn)以及對(duì)目標(biāo)是否達(dá)成、認(rèn)知活動(dòng)的效果、有無(wú)創(chuàng)新等的體驗(yàn)變得麻木.久而久之，探索、好奇、興奮、驚訝等積極的情感體驗(yàn)和解題的興趣、主動(dòng)性、激情等便蕩然無(wú)存，更不用說在解題中和解題后體驗(yàn)到成功的喜悅和發(fā)現(xiàn)的驚喜了.

3.3 元認(rèn)知監(jiān)控?zé)o力

元認(rèn)知監(jiān)控是通過元認(rèn)知知識(shí)和元認(rèn)知體驗(yàn)的交互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的.由于前面兩個(gè)方面問題的存在，將自己正在進(jìn)行的認(rèn)知作為意識(shí)的對(duì)象，不斷地對(duì)審題、推理、運(yùn)算、檢查等環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估，積極、自覺地對(duì)解題活動(dòng)作出必要的、合適的調(diào)控，以達(dá)到預(yù)定的解題目標(biāo)便無(wú)力了.

綜合以上問題的分析可知，所謂“我粗心”、“我馬虎”、“我失誤”等解錯(cuò)題的種種“借口”其實(shí)都是元認(rèn)知能力薄弱的代名詞而已.

案例：如圖1所示，水平放置的光滑平行金屬導(dǎo)軌由寬窄不同的兩部分連接而成，較寬部分的軌道間距是較窄部分軌道間距的2倍.兩根質(zhì)量相同的金屬棒ab和cd均垂直于導(dǎo)軌放置，導(dǎo)軌處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.現(xiàn)給金屬棒ab一個(gè)水平向左的初速度v0，當(dāng)用外力使棒cd固定不動(dòng)時(shí),ab在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)過程中裝置所產(chǎn)生的熱量為Q.現(xiàn)不固定cd，仍給金屬棒ab水平向左的速度v0，求此后裝置一共能產(chǎn)生多少熱量.(設(shè)導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)，cd到MN的距離足夠遠(yuǎn))

圖1 題圖

許多學(xué)生列出了以下4個(gè)式子

mv0=mvab+mvcd

vcd=2vab

顯然，這是一個(gè)錯(cuò)誤的解，但多數(shù)學(xué)生卻沒有能夠發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤之所在.這至少暴露了學(xué)生在解題中存在3個(gè)方面的問題：

(1)對(duì)金屬棒的受力情況、運(yùn)動(dòng)情況分析不到位——元認(rèn)知知識(shí)薄弱；

(2)在列出關(guān)鍵的第二式之前，未能“追問”清楚ab和cd所組成的系統(tǒng)是否確實(shí)滿足動(dòng)量守恒的條件——元認(rèn)知監(jiān)控?zé)o力；

(3)解出結(jié)果后，未將此問題跟自己熟悉的、與此問題具有表面特征相似(但結(jié)構(gòu)特性不同)的“等軌距”問題作進(jìn)一步的比較、鑒別、領(lǐng)悟——元認(rèn)知體驗(yàn)缺乏.

本題正確的解析如下

-Iab=mvab-mv0

Icd=mvcd

其中

Iab=2Icd

vcd=2vab

解以上各式，聯(lián)列方程組得

所以，此后該裝置一共能產(chǎn)生熱量

4 學(xué)生物理解題元認(rèn)知能力培養(yǎng)

物理解題能力的提高既有賴于物理知識(shí)掌握水平的提高，也有賴于解題元認(rèn)知能力的提高.但是，物理解題教學(xué)(其實(shí)可以推廣至整個(gè)物理教學(xué))重認(rèn)知、輕元認(rèn)知的問題由來(lái)已久，這種重視學(xué)生解題能力的外顯結(jié)構(gòu)——認(rèn)知結(jié)構(gòu)教學(xué)，不重視學(xué)生解題能力的內(nèi)隱結(jié)構(gòu)——元認(rèn)知結(jié)構(gòu)的教學(xué)是導(dǎo)致眾多學(xué)生解題能力弱、不會(huì)解題的重要原因.

4.1 “知識(shí)”是培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生解題元認(rèn)知能力的前提

元認(rèn)知知識(shí)是產(chǎn)生元認(rèn)知體驗(yàn)和實(shí)現(xiàn)元認(rèn)知監(jiān)控的前提條件.眾所周知，學(xué)生是物理解題的主體，他們的智力、興趣、愛好、經(jīng)歷、經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)基礎(chǔ)等直接影響著解題的質(zhì)量；“知識(shí)”是解題的基礎(chǔ)，一個(gè)內(nèi)部有規(guī)律、有層次的知識(shí)和觀念體系有利于迅速地對(duì)物理問題及其“解”作出“判斷”、“定位”.所以，要讓學(xué)生自己認(rèn)識(shí)自己，確立“我”才是解題的主體的意識(shí).其次，要教給學(xué)生完整、扎實(shí)的知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生整體構(gòu)建縱有序列、橫有聯(lián)系的物理知識(shí)網(wǎng)絡(luò)；要逐步、系統(tǒng)地教給學(xué)生物理解題的策略，引導(dǎo)他們學(xué)習(xí)和掌握物理解題的一般方法和程序、基本的思想和意識(shí).再次，要加強(qiáng)心理指導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成對(duì)物理解題的良好情感、態(tài)度和適合自身發(fā)展的解題習(xí)慣.

4.2 “體驗(yàn)”是培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生解題元認(rèn)知能力的基礎(chǔ)

元認(rèn)知體驗(yàn)是元認(rèn)知知識(shí)和元認(rèn)知監(jiān)控的重要中介因素，也是形成元認(rèn)知監(jiān)控的基礎(chǔ)條件.解題教學(xué)中，教師一方面要注意創(chuàng)設(shè)問題情境，設(shè)計(jì)和安排好解題的“陷阱”，讓問題情境和學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)生相互作用并引起沖突，引起學(xué)生心理上的不平衡和張力，產(chǎn)生渴望獲得平衡、紓解張力的情感體驗(yàn)和認(rèn)知需要.另一方面要啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生全面把握、體驗(yàn)問題情境中所提供的信息(如時(shí)間、空間、物質(zhì)、過程、符號(hào)、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”、“良構(gòu)”和“劣構(gòu)”，體驗(yàn)其“寓意”，由此確立解決問題的目標(biāo)和方向并制定行動(dòng)計(jì)劃.此外，要注意設(shè)計(jì)和運(yùn)用好解決問題中的“腳手架”“誘導(dǎo)語(yǔ)”以及解決問題后的“點(diǎn)睛詞”“贊美話”，促進(jìn)學(xué)生建立問題解決中的懷疑感、理智感和問題解決后的效能感、美感等高級(jí)情感.

4.3 “監(jiān)控”是培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生解題元認(rèn)知能力的關(guān)鍵

元認(rèn)知監(jiān)控是元認(rèn)知的核心.物理解題中的元認(rèn)知監(jiān)控主要應(yīng)圍繞理解問題是否充分、制定解題計(jì)劃是否可行、分析與推理是否完備、立式與結(jié)果是否正確等幾個(gè)方面[3].為此，在解題教學(xué)中，教師要注意利用延遲判斷、“稚化”、“唱反調(diào)”、引申、質(zhì)疑和暗示、點(diǎn)撥等手段，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成監(jiān)控、調(diào)節(jié)自己思維過程的自覺性和反思、質(zhì)疑、批判、評(píng)價(jià)和調(diào)節(jié)解題策略的習(xí)慣.例如，在解題的開始階段，教師可以有意地“稚化”自己的思維，以便讓自己的思維和學(xué)生的思維對(duì)接.接著，教師要做好“示范”，勇于“真實(shí)地”暴露自己的思維過程，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)“監(jiān)控”.之后，要為學(xué)生提供各抒己見的機(jī)會(huì)，讓他們?nèi)鐚?shí)地暴露他們自己的思維過程[4]，在自由、充分的交流、思考、提問、探索、領(lǐng)悟和評(píng)價(jià)中，使他們的認(rèn)知和元認(rèn)知得到張揚(yáng)、得到鍛煉、得到相互促進(jìn).

4.4 “顯性化”是培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生解題元認(rèn)知能力的有效舉措

除了做好前面的3點(diǎn)之外，開展學(xué)生解題元認(rèn)知能力的“顯性化”培養(yǎng)也極有必要，且研究和實(shí)踐表明：適當(dāng)?shù)挠?xùn)練確實(shí)能夠大大地改善學(xué)生的元認(rèn)知能力，促進(jìn)解題能力的全面提升[5].除了上面提到的一些做法之外，在學(xué)生解題中設(shè)置“自我提問單”、布置學(xué)生寫“思維留跡”和“言行報(bào)告”以及給學(xué)生時(shí)間“深思”、“寫解題感受”等都是培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生解題元認(rèn)知能力的有效方法.

1 汪玲，郭德俊.元認(rèn)知的本質(zhì)與要素.心理學(xué)報(bào)，2000(4):458～463

2 呂明才.元認(rèn)知的發(fā)展、結(jié)構(gòu)及研究方法.泰山學(xué)院學(xué)報(bào)，2007(4):110～113

3 周金中，易欣.元認(rèn)知視角下優(yōu)化習(xí)題教學(xué)的策略.教學(xué)月刊(中學(xué)版)，2010(4)：37～39

4 吳志山.高中物理解題過程中學(xué)生自我監(jiān)控能力的培養(yǎng).中學(xué)物理教學(xué)參考，2011(5)：1～13

5 竇瑾.元認(rèn)知與學(xué)生元認(rèn)知能力培養(yǎng).物理通報(bào)，2014(4):108～110

MetacognitionandCultureofStudents′MetacognitiveSkillsinSolvingPhysicsQuestions

DouJinShaoYun

(CollegeofPhysicsandElectronicsEngineering,NanjingXiaozhuangUniversity,Nanjing,Jiangsu211171)

The process of solving a physics problem is a process involving both cognition and metacognition. “Understand quickly but mistaken easily” is a common phenomenon among students when solving physics problems. One of the main reasons is the lack of metacognitive skills. To educate and develop students′ metacognitive skills, instructors shall apply strategies focusing on knowledge, experience, monitoring, and explication.

metacognition; metacognitive skills; explicit training; physics problem solving

*江蘇省教育科學(xué)“十一五”規(guī)劃課題立項(xiàng)項(xiàng)目“高中理科教師教育行動(dòng)研究的現(xiàn)狀與對(duì)策研究”后續(xù)成果，項(xiàng)目編號(hào)：D/2008/01/122;南京曉莊學(xué)院教學(xué)改革研究項(xiàng)目“中學(xué)物理習(xí)題和習(xí)題教學(xué)研究”階段成果，項(xiàng)目編號(hào)：4145017

竇瑾(1963- )，男，教授，主要從事物理教學(xué)論的教學(xué)和研究.

邵云(1973- )，男，講師，主要從事力學(xué)、熱學(xué)的教學(xué)和研究.

2016-12-03)