例談生物學(xué)教學(xué)過(guò)程中對(duì)學(xué)生元認(rèn)知能力的培養(yǎng)

李 克

(廣東省鶴山市鶴華中學(xué) 529700) 譚翠芳 (廣東省江門市陳白沙中學(xué) 529000)

1 認(rèn)識(shí)元認(rèn)知理論

元認(rèn)知理論是美國(guó)心理學(xué)家弗拉維爾于1976年提出來(lái)的，指認(rèn)知主體對(duì)自身認(rèn)知活動(dòng)的認(rèn)知。具體地說(shuō)，是認(rèn)知主體對(duì)自身的心理狀態(tài)、能力、任務(wù)、目標(biāo)、認(rèn)知策略等多方面因素的認(rèn)知。它以認(rèn)知過(guò)程和認(rèn)知結(jié)果為對(duì)象，以對(duì)認(rèn)知活動(dòng)的調(diào)節(jié)和監(jiān)控為外在表現(xiàn)，其實(shí)質(zhì)是主體對(duì)認(rèn)知活動(dòng)的自我意識(shí)和自我調(diào)節(jié)。通俗來(lái)說(shuō)是指能抽離到學(xué)習(xí)過(guò)程之外，并對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行自我反省和調(diào)整反饋的能力。教師在教學(xué)中通過(guò)提高學(xué)生獲得元認(rèn)知能力，將會(huì)使他們終生受益。根據(jù)弗拉維爾的觀點(diǎn)，元認(rèn)知由三部分組成：元認(rèn)知知識(shí)、元認(rèn)知體驗(yàn)、元認(rèn)知監(jiān)控。其中，元認(rèn)知監(jiān)控是元認(rèn)知中的核心成分，是指認(rèn)知主體根據(jù)自己的認(rèn)知任務(wù)、目標(biāo)、特點(diǎn)等積極地、自覺(jué)地、自如地、不斷地進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)，以達(dá)成預(yù)期目標(biāo)，它包括選擇、評(píng)價(jià)與調(diào)節(jié)認(rèn)知策略，如制定計(jì)劃、實(shí)際控制、檢查結(jié)果、補(bǔ)救修正等，是學(xué)習(xí)成功的關(guān)鍵。筆者在高中生物學(xué)教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，結(jié)合教學(xué)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生元認(rèn)知能力不僅可降低培養(yǎng)過(guò)程的抽象性，便于元認(rèn)知知識(shí)的傳授，而且能提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，使兩者呈螺旋式雙向發(fā)展、相互促進(jìn)。本文以高中生物學(xué)教材中“種群的數(shù)量變化”的教學(xué)實(shí)踐來(lái)談?wù)勅绾闻囵B(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知能力。

2 在課堂教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知能力

“種群的數(shù)量變化”一節(jié)需用兩課時(shí)完成，采用問(wèn)題導(dǎo)學(xué)法開(kāi)展教學(xué)，每講授一個(gè)知識(shí)點(diǎn)前均設(shè)置一個(gè)“問(wèn)題清單”?！皢?wèn)題清單”是生物學(xué)科元認(rèn)知能力培養(yǎng)中常用的方法之一，指在訓(xùn)練中由教師提供一系列供學(xué)生自我觀察、自我監(jiān)控的問(wèn)題列成的表單，學(xué)生在學(xué)習(xí)全程中對(duì)照表單的問(wèn)題來(lái)監(jiān)控自己的學(xué)習(xí)過(guò)程及結(jié)果。學(xué)生和教師圍繞著“問(wèn)題清單”的內(nèi)容開(kāi)展教學(xué)過(guò)程，通過(guò)教師直接指導(dǎo)、交互教學(xué)、合作與討論學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)等教學(xué)模式，層層深入，從中滲透元認(rèn)知的知識(shí)和思想。

2.1 如何構(gòu)建種群數(shù)量變化的數(shù)學(xué)模型 課件插播細(xì)菌分裂的錄像并提出問(wèn)題: 假如現(xiàn)有一種細(xì)菌，在食物、空間等充裕的條件下，每20 min通過(guò)分裂繁殖一代。

學(xué)生思考問(wèn)題：①細(xì)菌的生殖方式是怎樣的? ②一個(gè)細(xì)菌繁殖1代、2代、3代甚至n代后細(xì)菌數(shù)量是多少? ③你能總結(jié)出一條簡(jiǎn)單的表示細(xì)菌繁殖代數(shù)與其數(shù)量關(guān)系的公式嗎？④對(duì)細(xì)菌種群數(shù)量增長(zhǎng)而言，在什么情況下此公式才成立?⑤你能將描述細(xì)菌數(shù)量變化的抽象數(shù)學(xué)公式轉(zhuǎn)化為直觀的坐標(biāo)曲線圖嗎?⑥你如何檢驗(yàn)自己的答案是否正確？你如何對(duì)答案進(jìn)行完善和修正？隨后請(qǐng)學(xué)生根據(jù)思考結(jié)果完成以下內(nèi)容：①填寫表1；②你能根據(jù)表1的內(nèi)容寫出表示繁殖n代后細(xì)菌數(shù)量的數(shù)學(xué)公式嗎？③根據(jù)表1的數(shù)據(jù)畫出細(xì)菌的種群增長(zhǎng)曲線圖。

表1 細(xì)菌數(shù)量增長(zhǎng)記錄表

獨(dú)立完成上述問(wèn)題后，小組交流和討論結(jié)果，對(duì)繪制的曲線和得到的數(shù)學(xué)公式進(jìn)行評(píng)價(jià)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)自身完成的答案的優(yōu)點(diǎn)和不足，并進(jìn)行修正。

教師進(jìn)行巡查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生在建構(gòu)公式模型和曲線圖模型過(guò)程中存在的問(wèn)題，通過(guò)實(shí)物投影儀展示錯(cuò)誤的地方，引導(dǎo)學(xué)生以元認(rèn)知的思考策略及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在，及時(shí)進(jìn)行糾正，并通過(guò)課件展示標(biāo)準(zhǔn)答案。并聯(lián)系常用的數(shù)學(xué)模型，和學(xué)生一起總結(jié)建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的基本步驟: ①觀察研究對(duì)象，提出問(wèn)題——模型準(zhǔn)備；②提出合理的假設(shè)——模型假設(shè)；③根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對(duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)——模型建立；④通過(guò)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等，對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正模型分析——模型校正。提醒學(xué)生在建構(gòu)細(xì)菌種群數(shù)量變化模型過(guò)程中所采用的反思、討論和修正策略就是元認(rèn)知策略，通過(guò)此策略可對(duì)自己學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行自省和修正，主動(dòng)、有效地建構(gòu)知識(shí)。

2.2 種群數(shù)量增長(zhǎng)的兩種數(shù)學(xué)模型比較 種群數(shù)量增長(zhǎng)的兩種數(shù)學(xué)模型異同點(diǎn)比較是本節(jié)課的重難點(diǎn)。在完成種群增長(zhǎng)的“J”型曲線和“S”型曲線的構(gòu)建兩部分教學(xué)任務(wù)后，為突破重難點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用元認(rèn)知的學(xué)習(xí)策略，歸納兩種數(shù)學(xué)模型的知識(shí)要點(diǎn)，并進(jìn)行比較，找出兩者之間的異同點(diǎn)，幫助學(xué)生把握兩個(gè)模型的實(shí)質(zhì)，加深對(duì)模型的理解和記憶。

引導(dǎo)學(xué)生思考以下問(wèn)題：①回顧已學(xué)內(nèi)容，可以從哪些方面比較“J”型曲線和“S”型曲線的異同點(diǎn)？②能夠用精確的語(yǔ)言符號(hào)(文字、圖示、公式)具體書寫出來(lái)嗎？③如果沒(méi)有頭緒，思考原因是什么？完成表2的填寫，并相互交換、討論答案。

表2 “J”型曲線和“S”型曲線比較表

教師通過(guò)展示臺(tái)投影兩份典型的學(xué)生答案，并對(duì)答案進(jìn)行糾錯(cuò)點(diǎn)評(píng)，請(qǐng)學(xué)生用元認(rèn)知思維分析自己犯錯(cuò)的原因，從中汲取教訓(xùn)，避免再錯(cuò)。在教師的引導(dǎo)下，其他學(xué)生對(duì)自己錯(cuò)誤的地方進(jìn)行反思，及時(shí)進(jìn)行糾錯(cuò)。為繼續(xù)深入對(duì)“J”型曲線和“S”型曲線的理解，教師將兩個(gè)曲線模型整合在一起(圖1)，方便學(xué)生更加直觀地進(jìn)行比較，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)的知識(shí)，解釋兩曲線間存在的陰影部分(環(huán)境阻力)可能是哪些具體原因造成的。

圖1 “J”型曲線和“S”型曲線圖

2.3 在解題訓(xùn)練中培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知能力 解題能力的培養(yǎng)是高中生物學(xué)教學(xué)很重要的一環(huán)，主要是引導(dǎo)學(xué)生在解題實(shí)踐中做到舉一反三，從中提煉和升華生物解題模式和思想方法，最終內(nèi)化成為學(xué)生的一種元認(rèn)知能力。在學(xué)生自主解題過(guò)程中重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生走出題外，用俯視的角度思考以下問(wèn)題：本題的命題意圖是什么，命題者到底想考察哪些知識(shí)和能力或思維方法，解題的突破口在哪里，要用怎樣的思路進(jìn)行推斷思考， 以后做這一類型題目時(shí)應(yīng)該建立怎樣的解題模式幫助快速解題。學(xué)生在反思內(nèi)省過(guò)程中，逐漸增強(qiáng)學(xué)習(xí)和解題時(shí)的各種意識(shí)，并最終形成自我觀察、自我意識(shí)的元認(rèn)知能力。下面就如何引導(dǎo)學(xué)生完成一道典型選擇題的解題過(guò)程為例說(shuō)明如何培養(yǎng)元認(rèn)知能力。

例1 圖2為某地東亞飛蝗種群數(shù)量變化示意圖，下列敘述錯(cuò)誤的是( )

A.為有效防治蝗災(zāi)，應(yīng)在a點(diǎn)之前及時(shí)控制種群密度

B.a～b段，該種群的增長(zhǎng)率與種群密度之間呈正相關(guān)

C.利用性引誘劑誘殺雄蟲改變性別比例可防止c點(diǎn)出現(xiàn)

D.圖中c點(diǎn)代表的種群數(shù)量不能表示為該飛蝗種群的環(huán)境容納量

圖2 某地東亞飛蝗種群數(shù)量變化示意圖

請(qǐng)學(xué)生邊審題邊思考以下問(wèn)題：①本題考查了已學(xué)內(nèi)容的哪些知識(shí)要點(diǎn)？②還記得“S”型曲線模型中K值與K/2在實(shí)踐中應(yīng)用的例子嗎？③什么是種群增長(zhǎng)率？它和增長(zhǎng)速率有區(qū)別嗎？④改變種群的性別比例后會(huì)進(jìn)一步影響哪個(gè)種群數(shù)量特征？⑤怎么去定義環(huán)境容納量？它是指種群數(shù)量的最大值嗎？它是一個(gè)固定值嗎？學(xué)生帶著問(wèn)題快速回顧前面所學(xué)的內(nèi)容，并審視選項(xiàng)給出的信息，逐步排除選項(xiàng)的干擾，得到正確的答案。在限定解題時(shí)間到后，教師抽查學(xué)生的答題情況，和學(xué)生分析錯(cuò)答的原因，從中發(fā)現(xiàn)審題思路或基礎(chǔ)知識(shí)等方面的漏洞。對(duì)本題進(jìn)行解題分析：先分析A選項(xiàng)，考查K/2值在實(shí)踐中的應(yīng)用。據(jù)圖分析可知，a點(diǎn)種群數(shù)量為K/2，表示東亞飛蝗的種群數(shù)量增速最快，故應(yīng)該在a點(diǎn)以前就要適時(shí)控制種群密度，故A正確；再看B選項(xiàng)，東亞飛蝗的增長(zhǎng)模式為“S”型增長(zhǎng)，增長(zhǎng)率與時(shí)間呈負(fù)相關(guān)，又因a點(diǎn)以后種群數(shù)量增加，至b點(diǎn)達(dá)到最大，種群密度隨時(shí)間逐漸增大，故B錯(cuò)誤；看C選項(xiàng)，c點(diǎn)表示種群數(shù)量最大值，用性引誘劑誘殺雄蟲，降低出生率，可防止c點(diǎn)出現(xiàn)，故C正確；最后看D選項(xiàng)，環(huán)境容納量是指一個(gè)處于動(dòng)態(tài)平衡的生態(tài)系統(tǒng)中，環(huán)境所能容許的種群數(shù)量的最大值，種群的數(shù)量在環(huán)境容納量水平上下波動(dòng)，因此種群最大值往往要高于環(huán)境容納量。故D正確。本題正確答案選B。

解題分析完畢后，引導(dǎo)學(xué)生以此例題為切入口，利用元認(rèn)知的思維策略，對(duì)本節(jié)課的重難點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行反思、歸納和整理。例如，很多學(xué)生對(duì)種群增長(zhǎng)率和增長(zhǎng)速率、K值與K/2、環(huán)境容納量與環(huán)境中種群數(shù)量最大值的意義混淆不清，利用本次解題訓(xùn)練將知識(shí)進(jìn)行梳理和提升。

3 通過(guò)課后反思培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知能力

教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生課后的反思和整理習(xí)慣對(duì)加深上課內(nèi)容印象，使知識(shí)條理化，深入掌握本課重難點(diǎn)至關(guān)重要。哈佛心理學(xué)家霍爾德·卡德納曾說(shuō)過(guò)：“私下的沉思和寫日記會(huì)發(fā)展他們的內(nèi)省能力?！睂W(xué)生以日記的形式檢查學(xué)習(xí)活動(dòng)，以評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)效果，做到心中有數(shù)。反思日記中可包括對(duì)整堂生物課的反思，對(duì)每一章節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容與結(jié)果的反思和總結(jié)，對(duì)自己學(xué)習(xí)計(jì)劃、學(xué)習(xí)方法的反思，對(duì)生物習(xí)題中錯(cuò)題和不會(huì)題的反思，對(duì)解題過(guò)程以及解題策略的反思等。實(shí)施該方法時(shí)，教師一開(kāi)始可為學(xué)生提供反思日記的提綱，明確日記中要反思哪些內(nèi)容，如：①這節(jié)課我學(xué)到什么? 利用知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行概括性總結(jié)。②這節(jié)課的重難點(diǎn)是什么？③這節(jié)課還有什么不懂，將之記錄下來(lái)并盡快弄清楚；④今天老師講了哪些解題方法?⑤寫下自己在學(xué)習(xí)和解題時(shí)的感受和心得。待學(xué)生對(duì)反思日記的作用有一定認(rèn)識(shí)和理解后，可依自己情況反思、記錄學(xué)習(xí)情況。也可以指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)周記或月記的形式對(duì)章、專題、甚至全書的內(nèi)容進(jìn)行反思、歸納、總結(jié)。