運(yùn)用元認(rèn)知教學(xué)提升學(xué)生解題能力

陳汝深

元認(rèn)知實(shí)質(zhì)是對(duì)認(rèn)知活動(dòng)的自我意識(shí)、自我監(jiān)控和自我調(diào)節(jié)。它包括元認(rèn)知知識(shí)、元認(rèn)知體驗(yàn)、元認(rèn)知監(jiān)控三方面的內(nèi)容，三者通過(guò)相互影響、相互聯(lián)系、協(xié)同作用來(lái)調(diào)節(jié)整個(gè)認(rèn)知活動(dòng)的。元認(rèn)知訓(xùn)練能夠提升學(xué)生對(duì)思維過(guò)程的意識(shí)和控制，從而有效地對(duì)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)行管理，提高學(xué)習(xí)能力以及學(xué)習(xí)成績(jī)。不但能促進(jìn)他們對(duì)知識(shí)的獲取，而且能使他們?cè)诒O(jiān)控和調(diào)節(jié)自己學(xué)習(xí)過(guò)程、學(xué)習(xí)（解題）策略的同時(shí)，促進(jìn)自身的思維品質(zhì)發(fā)展和思維能力的提高。以下就物理實(shí)驗(yàn)題解題為例，闡述運(yùn)用元認(rèn)知教學(xué)提升即將參加高考學(xué)生的解題能力。

一、開(kāi)發(fā)元認(rèn)知層面活動(dòng)，開(kāi)展元認(rèn)知訓(xùn)練

在課堂教學(xué)中，開(kāi)發(fā)元認(rèn)知層面的活動(dòng)，讓學(xué)生進(jìn)行元認(rèn)知訓(xùn)練有三個(gè)方面：增加學(xué)生的元認(rèn)知知識(shí)，提高學(xué)生在認(rèn)知過(guò)程中的自我監(jiān)測(cè)意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)認(rèn)知活動(dòng)主動(dòng)控制的能力。具體來(lái)講，可采用回顧、比較、歸納、匯總、反思、討論、分享等外顯的思維“言語(yǔ)化”方式組織教學(xué)，并注重以監(jiān)測(cè)判斷為依據(jù)采用有效認(rèn)知策略的能力等途徑開(kāi)展。

例1 一同學(xué)測(cè)量某干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。

（1）如圖1所示是該同學(xué)正準(zhǔn)備接入最后一根導(dǎo)線（圖中虛線所示）時(shí)的實(shí)驗(yàn)電路。請(qǐng)指出圖中在器材操作上存在的兩個(gè)不妥之處。

（2）實(shí)驗(yàn)測(cè)得的電阻箱阻值R和電流表示數(shù)I，以及計(jì)算的1/I數(shù)據(jù)見(jiàn)下表：

根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在答題卡的方格紙上作出R-1/I關(guān)系圖像。由圖像可計(jì)算出該干電池的電動(dòng)勢(shì)為V;內(nèi)阻為Ω。

（3）為了得到更準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，在測(cè)出上述數(shù)據(jù)后，該同學(xué)將一只量程為100mV的電壓表并聯(lián)在電流表的兩端。調(diào)節(jié)電阻箱，當(dāng)電流表的示數(shù)為0.33A時(shí)，電壓表的指針位置如題3圖所示，則該干電池的電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為V;內(nèi)阻應(yīng)為Ω。

在指導(dǎo)學(xué)生解題時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生按以下步驟進(jìn)行元認(rèn)知訓(xùn)練：

分析題意：引導(dǎo)學(xué)生以“實(shí)驗(yàn)的目的是——實(shí)驗(yàn)原理——電路連接的安全規(guī)范——數(shù)據(jù)處理方式——與圖像坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的關(guān)系式”的思路分析題意，組織學(xué)生討論過(guò)往找關(guān)系式的經(jīng)驗(yàn)是什么？討論本實(shí)驗(yàn)的誤差是如何產(chǎn)生的，分析減少誤差的方法是什么？分析題意環(huán)節(jié)有電路分析、圖線建立、誤差分析等認(rèn)知策略訓(xùn)練和實(shí)驗(yàn)原理回顧，與過(guò)往相關(guān)實(shí)驗(yàn)的對(duì)比（比較）的元認(rèn)知策略訓(xùn)練。

解答問(wèn)題：電路連接的安全規(guī)范要求連接時(shí)電鍵要斷開(kāi)、滑動(dòng)變阻器（電阻箱）阻值要調(diào)到最大;根據(jù)全電路歐姆定律，按圖像坐標(biāo)要求先寫出相應(yīng)“原理式”E=I（R+r），然后變形為R=E（1/I）-r，獲得圖線斜率與截距的物理意義;因安阻法測(cè)量的內(nèi)阻為r_測(cè)=r_真+r_A，故引入電壓表可算出電流表電阻rA，從而獲得電源內(nèi)阻準(zhǔn)確值。解答問(wèn)題環(huán)節(jié)，進(jìn)行了電路安全知識(shí)和誤差來(lái)源的認(rèn)知策略訓(xùn)練，也開(kāi)展了建立與圖像坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的關(guān)系式的“原理式”的選擇（回歸）的元認(rèn)知策略訓(xùn)練。

反思、討論與交流：本題考查了電路的什么知識(shí)（電路安全、全電路歐姆定律）？數(shù)據(jù)處理的基本方法是什么（基于全電路歐姆定律的變形關(guān)系式與圖像結(jié)合）？這種方法之前在哪些場(chǎng)景中應(yīng)用過(guò)（力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用）？回顧測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的兩種基本實(shí)驗(yàn)電路的誤差分析是如何進(jìn)行的？本環(huán)節(jié)教師把實(shí)驗(yàn)原理分析、與圖像坐標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系式的建立即數(shù)據(jù)處理的基本方法、反思總結(jié)抽離出來(lái)，讓學(xué)生分析討論（回顧、反思與比較，出聲回答、思維言語(yǔ)化），開(kāi)展并強(qiáng)化元認(rèn)知策略的訓(xùn)練與積累。

例1的元認(rèn)知教學(xué)過(guò)程，就是將元認(rèn)知從認(rèn)知活動(dòng)中有意識(shí)地抽離出來(lái)，把教學(xué)活動(dòng)劃分為兩個(gè)層面：一是以知識(shí)獲得、技能習(xí)得為目的的教與學(xué)活動(dòng)層面為認(rèn)知層面;二是以知識(shí)獲得、技能習(xí)得過(guò)程為對(duì)象，進(jìn)行回顧研究，以形成方法為目的的教與學(xué)活動(dòng)層面為元認(rèn)知層面。學(xué)生只有在認(rèn)知層面有“親歷”，才能上升為元認(rèn)知層面的“回顧”，進(jìn)而將自己的學(xué)習(xí)進(jìn)程、解題思路上升為解題策略。所以，形成元認(rèn)知知識(shí)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于開(kāi)發(fā)元認(rèn)知層面的活動(dòng)。

二、積累元認(rèn)知策略，提升實(shí)驗(yàn)題解題能力

（一）通過(guò)回顧歸納，鞏固對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的認(rèn)知

高三物理實(shí)驗(yàn)題，都可以從考試大綱中列出的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中找到原理、數(shù)據(jù)處理方法以及誤差分析方法，同時(shí)學(xué)生通過(guò)解題經(jīng)歷，也積累了豐富的認(rèn)知策略，在教學(xué)過(guò)程中，可以采用回顧、歸納的方式，讓學(xué)生從題目向基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)“溯源”，通過(guò)這樣的元層面活動(dòng)，使學(xué)生逐步形成元認(rèn)知策略。即通過(guò)元認(rèn)知開(kāi)發(fā)和訓(xùn)練，促使學(xué)生形成認(rèn)知策略、元認(rèn)知策略和科學(xué)思想。

（二）通過(guò)方法凸顯，將解題方法顯性化

物理實(shí)驗(yàn)必然要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法有很多，而通過(guò)圖像處理數(shù)據(jù)是其中重要的方法，有直觀、減少偶然誤差等優(yōu)點(diǎn)。找出與圖像對(duì)應(yīng)的關(guān)系式是解題的核心，由此，教師指導(dǎo)學(xué)生回顧不同實(shí)驗(yàn)（比較），進(jìn)行找關(guān)系式的方法提煉（歸納），得出從實(shí)驗(yàn)原理找“原理式”（回歸，凸顯），從而找到數(shù)據(jù)處理的突破口。這種通過(guò)實(shí)驗(yàn)回顧、知識(shí)歸納、方法凸顯的活動(dòng)就是元認(rèn)知層面的活動(dòng)。

（三）通過(guò)比較歸類，形成科學(xué)思維方法

物理科學(xué)思維方法是觀察和描述物理現(xiàn)象、探索和檢驗(yàn)物理規(guī)律的基本思維方法，通過(guò)元認(rèn)知教學(xué)的一段時(shí)間積累，讓學(xué)生對(duì)在元認(rèn)知層面獲得某一方法后，與其他同類的方法進(jìn)行異同比較、加以歸類，讓知識(shí)系統(tǒng)化。

例2 在測(cè)量一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r的實(shí)驗(yàn)中，小明設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路。

（1）根據(jù)圖甲實(shí)驗(yàn)電路，請(qǐng)?jiān)趫D乙中用筆畫線代替導(dǎo)線，完成實(shí)物電路的連接。

（2）實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，應(yīng)先將滑動(dòng)變阻器的滑片P移至（選填“a”或“b”）端。

（3）合上開(kāi)關(guān)S1，S2接圖甲中的1位置，改變滑動(dòng)變阻器的阻值，記錄下幾組電壓表示數(shù)和對(duì)應(yīng)的電流表示數(shù);S2改接圖甲中的2位置，改變滑動(dòng)變阻器的阻值，再記錄下幾組電壓表示數(shù)和對(duì)應(yīng)的電流表示數(shù)。

在同一坐標(biāo)系內(nèi)分別描點(diǎn)作出電壓表示數(shù)U和對(duì)應(yīng)的電流表示數(shù)I的圖像，如圖丙所示，兩直線與縱軸的截距分別為UA、UB，與橫軸的截距分別為IA、IB。

①S2接1位置時(shí)，作出的U-I圖線是圖丙中的（選填“A”或“B”）線。

②S2接1位置時(shí)，測(cè)出的電池電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r存在系統(tǒng)誤差，原因是表（選填“電壓”或“電流”）的示數(shù)偏（選填“大”或“小”）。

題目的第（3）問(wèn)，是典型的誤差分析的問(wèn)題，在指導(dǎo)學(xué)生解題過(guò)程中，教師通過(guò)開(kāi)發(fā)元認(rèn)知活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生分析全電路電壓關(guān)系、從電壓原理式推導(dǎo)與圖像坐標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系式、誤差來(lái)源（回顧），然后對(duì)比兩次操作得出的圖線的關(guān)系（比較），從而判斷出S2接1位置時(shí)圖線是B線，引起誤差的原因是電壓表的分流，使電流表示數(shù)減少（歸納）。

數(shù)據(jù)處理及誤差分析是實(shí)驗(yàn)題解題的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，完成以上題后，讓學(xué)生嘗試解決新的問(wèn)題，讓學(xué)生從例題訓(xùn)練中習(xí)得的數(shù)據(jù)處理方法和誤差來(lái)源判斷及分析方法（歸納），應(yīng)用元認(rèn)知知識(shí)進(jìn)行分析對(duì)比，加強(qiáng)元認(rèn)知監(jiān)控，整個(gè)過(guò)程就是在進(jìn)行元認(rèn)知教學(xué)，就是通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行元認(rèn)知訓(xùn)練，讓學(xué)生通過(guò)歸類、比較等科學(xué)思維方法，形成該類問(wèn)題的解題策略，從而提高解題能力。

【注：本文為廣州市教育科學(xué)規(guī)劃2018年度課題“元認(rèn)知理論指導(dǎo)下的高三物理教學(xué)策略研究”（課題編號(hào)：201811594）研究成果?！?/p>

責(zé)任編輯 羅 峰