2011-2021年國(guó)外生物學(xué)教學(xué)中對(duì)元認(rèn)知能力研究的可視化分析

吳朝暄 林麗珍 管曉恬 傅一挺 婁志義 陳延松

摘要以生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的新一輪改革中，側(cè)重自主學(xué)習(xí)能力和終身學(xué)習(xí)能力等元認(rèn)知能力，已然成為了教育研究的新熱點(diǎn)。為揭示近十年來(lái)國(guó)外元認(rèn)知能力在生物學(xué)教學(xué)領(lǐng)域中研究的熱點(diǎn)、方向和前沿趨勢(shì)，并與我國(guó)進(jìn)行比較，將基于WOS核心數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量分析法對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析，結(jié)果將為今后國(guó)內(nèi)開(kāi)展相關(guān)研究及教師進(jìn)行生物學(xué)教學(xué)提供指導(dǎo)、參考和借鑒意義。

關(guān)鍵詞 核心素養(yǎng) 元認(rèn)知能力 聚類分析 多為尺度分析 社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析

中圖分類號(hào) G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

元認(rèn)知能力指?jìng)€(gè)體在進(jìn)行認(rèn)知活動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的自我計(jì)劃、監(jiān)控和評(píng)價(jià)等的能力。自弗拉維爾提出元認(rèn)知能力概念后，國(guó)外專家學(xué)者們?cè)诟鱾€(gè)領(lǐng)域都做了相應(yīng)研究，而我國(guó)的研究始于1989年董奇的《論元認(rèn)知》，現(xiàn)仍處于發(fā)展的萌芽階段。因此，我國(guó)的教育研究者還需要科學(xué)認(rèn)識(shí)生物學(xué)教學(xué)中元認(rèn)知能力培養(yǎng)的重要性，深入分析我國(guó)當(dāng)前存在的不足之處，力圖尋找推動(dòng)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)不斷提升的突破口。有鑒于此，筆者試圖梳理國(guó)外近十年已發(fā)表的關(guān)于生物學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生元認(rèn)知能力的相關(guān)文獻(xiàn)，分析該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和趨勢(shì)，并同國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀進(jìn)行異同對(duì)比。

1數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

1.1數(shù)據(jù)來(lái)源

在Web of Science核心集數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索元認(rèn)知能力的相關(guān)文獻(xiàn)。采用基本檢索功能，檢索時(shí)間為2021年5月20日，以“Metacognitive ability/metacognition”和“biology”為主題詞，限制發(fā)表時(shí)間于2011～2021年。精選后共收集87篇文獻(xiàn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

1.2研究工具

書(shū)目共線分析系統(tǒng)（Bicomb 2.0）、SPSS25.0軟件和社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析軟件（UCINET6.0）。

1.3研究方法

將文獻(xiàn)導(dǎo)至Biocomb2.0軟件，進(jìn)行高頻關(guān)鍵詞的篩選和提取，生成詞篇矩陣和共現(xiàn)矩陣。前者用于聚類分析，根據(jù)鄔金鳴等的方法，采用系統(tǒng)聚類法的凝聚聚類算法，通過(guò)計(jì)算關(guān)鍵詞之間的相似性，聚集成為不同的類群;后者用于多維尺度分析和社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析，采用SPSS25.0生成Ochiai系數(shù)相同矩陣后，再轉(zhuǎn)化為相異矩陣生成歐式距離模型，由于Stress=0.12220、RSQ=0.93644，因此擬合度極理想。根據(jù)魏順平等的方法，進(jìn)行社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析，通過(guò)密度分析、中心性測(cè)度、中介中心性測(cè)度和小團(tuán)體分析（當(dāng)團(tuán)體數(shù)大于4時(shí)，F(xiàn)itness值轉(zhuǎn)折“Fitness=18”，因此團(tuán)體數(shù)為4）等，得到國(guó)外元認(rèn)知能力研究在生物學(xué)領(lǐng)域的主要方向。

2結(jié)果與分析

2.1高頻關(guān)鍵詞分析

通過(guò)分析文獻(xiàn)中的高頻關(guān)鍵詞可以得知主題和研究熱點(diǎn)之間的關(guān)系。根據(jù)詞頻算法和累計(jì)比重等因素，將頻次大于等于2的關(guān)鍵詞作為高頻關(guān)鍵詞，其出現(xiàn)頻次相加共占總關(guān)鍵詞的25.4332%，見(jiàn)表1（前20個(gè)）。除去檢索主題詞，“科學(xué)教育”“主動(dòng)學(xué)習(xí)”“評(píng)估”“自然選擇”“進(jìn)化”等也是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

2.2高頻關(guān)鍵詞社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析

通過(guò)UCINET6.0軟件進(jìn)行密度分析、中心性測(cè)度、中介中心性測(cè)度和Netdraw功能分析，得到如圖1所示的可視化結(jié)果，其中節(jié)點(diǎn)有22個(gè)，連線有52條。方形表示節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的大小表示其在網(wǎng)絡(luò)之中的作用和影響力，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的線段的粗細(xì)表示彼此之間的關(guān)系緊密程度。

由圖1可知，近十年生物學(xué)教學(xué)中發(fā)展學(xué)生元認(rèn)知能力的研究緊密?chē)@在以“進(jìn)化”“評(píng)價(jià)”“自主學(xué)習(xí)能力”為核心的高頻關(guān)鍵詞周?chē)梢哉J(rèn)為這是目前國(guó)外研究的熱點(diǎn)方向。

與“進(jìn)化”相連的是“模擬”“認(rèn)知層的障礙”“自然選擇”“目的論”，說(shuō)明在生物學(xué)教學(xué)中，學(xué)生在仿真的問(wèn)題情境下，能激發(fā)其原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中已有的觀念并與新知識(shí)之間產(chǎn)生聯(lián)系，營(yíng)造認(rèn)知“沖突”，從而有效提升學(xué)生的元認(rèn)知能力水平。教師應(yīng)當(dāng)充分挖掘教材中已有的情景，與社會(huì)中真實(shí)的問(wèn)題情景相結(jié)合，創(chuàng)設(shè)出適合學(xué)生思考、反思和再認(rèn)知的學(xué)習(xí)情景。

與“評(píng)價(jià)”相連的是“大學(xué)本科”“自主學(xué)習(xí)”“自我認(rèn)知論”“認(rèn)知發(fā)展”等，說(shuō)明在本科階段的生物學(xué)教學(xué)中，通過(guò)對(duì)學(xué)生進(jìn)行終身學(xué)習(xí)教育，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，能有效提高學(xué)生的元認(rèn)知能力水平。因此，教師應(yīng)當(dāng)傳授多種自我監(jiān)控、自我管理和自主學(xué)習(xí)的知識(shí)策略來(lái)提升學(xué)生的元認(rèn)知能力。

與“自主學(xué)習(xí)能力”相連的是“動(dòng)機(jī)”“科學(xué)教育”“潛在剖面分析”等，說(shuō)明生物學(xué)教學(xué)中與其他學(xué)科進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕徊娼虒W(xué)，能更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、發(fā)展學(xué)生的元認(rèn)知能力。教師應(yīng)當(dāng)意識(shí)到生物學(xué)和其他科學(xué)是相互滲透的、共同發(fā)展的，而非割裂的，在備課過(guò)程中應(yīng)充分挖掘教材中有關(guān)學(xué)科交叉的相關(guān)內(nèi)容和方法，加強(qiáng)學(xué)科之間的橫向聯(lián)系。最后一個(gè)類群是“方法”與“材料”，說(shuō)明在生物學(xué)教學(xué)中可以通過(guò)傳授元認(rèn)知知識(shí)和元認(rèn)知策略來(lái)提升學(xué)生的元認(rèn)知能力。

2.3高頻關(guān)鍵詞聚類分析和多維尺度分析

通過(guò)SPSS25.0軟件分析后可將高頻關(guān)鍵詞分為4組，如圖2、圖3所示，其能直觀體現(xiàn)近十年間生物學(xué)教學(xué)領(lǐng)域中元認(rèn)知能力的研究熱點(diǎn)和趨勢(shì)。

第一類關(guān)鍵詞：自主學(xué)習(xí)、大學(xué)本科和自主學(xué)習(xí)能力。在國(guó)外本科階段的生物學(xué)教學(xué)中，教師能通過(guò)培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和自我調(diào)節(jié)能力來(lái)有效促進(jìn)元認(rèn)知能力的提升。Pesout Ondra等的研究中也印證了分析結(jié)果，他認(rèn)為進(jìn)行合理的自我調(diào)節(jié)和自我管理能夠發(fā)展學(xué)生的元認(rèn)知能力，且能有效激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)。我國(guó)《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱《新課標(biāo)》）中也同樣指出：培養(yǎng)學(xué)生具有終身學(xué)習(xí)的能力和自主發(fā)展的能力，其中，學(xué)生元認(rèn)知能力的培養(yǎng)對(duì)于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率、促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展和終身發(fā)展有著重要作用。這既是普通高中教育的定位，又是生物學(xué)課程的根本任務(wù)。

第二類關(guān)鍵詞：評(píng)估、動(dòng)機(jī)、潛在剖面分析、認(rèn)知發(fā)展和自我認(rèn)識(shí)論。國(guó)外在生物學(xué)教學(xué)中，重視通過(guò)教與學(xué)的評(píng)價(jià)來(lái)分析學(xué)生的認(rèn)知水平和元認(rèn)知能力高低;強(qiáng)調(diào)多樣化的評(píng)價(jià)方式和結(jié)果反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)被評(píng)者和評(píng)價(jià)者共同發(fā)展的評(píng)價(jià)原則。當(dāng)前，我國(guó)以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的教育教學(xué)改革中，也十分注重教、學(xué)、評(píng)一致性，緊跟國(guó)際的潮流趨勢(shì)。以學(xué)生發(fā)展為本、以生物學(xué)課程內(nèi)容和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)的評(píng)價(jià)，其聚焦了學(xué)科核心素養(yǎng)，既發(fā)展了教師的教，又促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)。

第三類關(guān)鍵詞：進(jìn)化、自然選擇、認(rèn)知層的障礙、目的論和模擬。國(guó)外在進(jìn)化與適應(yīng)專題的中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中，強(qiáng)調(diào)通過(guò)模擬生命起源和生物進(jìn)化等真實(shí)的問(wèn)題情境來(lái)引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知“沖突”，利用設(shè)置的認(rèn)知“障礙”來(lái)啟發(fā)學(xué)生對(duì)自身認(rèn)知過(guò)程的反思和再認(rèn)知，從中訓(xùn)練學(xué)生的批判性思維、發(fā)展元認(rèn)知能力。HacerUlu的研究同樣表明了元認(rèn)知能力和高階思維的培養(yǎng)之間存在正向影響的關(guān)系。在我國(guó)2019版普通高中生物學(xué)教科書(shū)《必修2·遺傳與進(jìn)化》中，同樣也體現(xiàn)了利用高階思維的培養(yǎng)和反思訓(xùn)練來(lái)發(fā)展學(xué)生生命觀念的“影子”。例如，我國(guó)將生物學(xué)特有的核心素養(yǎng)的培養(yǎng)——進(jìn)化與適應(yīng)觀，通過(guò)大量的事實(shí)證據(jù)和正反論證，使學(xué)生逐步總結(jié)、凝練和升華，從而建立起“生物的多樣性和適應(yīng)性是進(jìn)化的結(jié)果”的大概念。

第四類關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)方法、材料、種子植物、學(xué)生成績(jī)和醫(yī)學(xué)教育。國(guó)外嘗試通過(guò)以生物學(xué)教學(xué)為主，輔以植物學(xué)、數(shù)學(xué)和醫(yī)學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域，開(kāi)展學(xué)科交叉從而發(fā)展學(xué)生的元認(rèn)知能力，以期為學(xué)生在未來(lái)?yè)駱I(yè)打下基礎(chǔ)。2013年美國(guó)政府頒布《聯(lián)邦STEM教育五年戰(zhàn)略計(jì)劃》（國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)）的報(bào)告驗(yàn)證了這一點(diǎn)，它將高等教育階段STEM教育提至國(guó)家戰(zhàn)略高度，既重視職業(yè)教育為就業(yè)服務(wù)，也重視文化教育為升學(xué)服務(wù)。與此同時(shí)，我國(guó)《新課標(biāo)》中也指出：應(yīng)落實(shí)科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)相互關(guān)系的教育（“STS”教育）、重視學(xué)科間的聯(lián)系和幫助學(xué)生更好地生活、就業(yè);隨后的幾年里，我國(guó)以面向核心素養(yǎng)的STEM教育，成為了跨學(xué)科的重要載體;提升教師的跨學(xué)科能力，成為了落實(shí)“十四五”規(guī)劃和復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的核心所在。通過(guò)上述分析，可知其與高頻關(guān)鍵詞分析和社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析的結(jié)果具有高度相似性。

3總結(jié)

近十年，國(guó)外在生物學(xué)教學(xué)領(lǐng)域中的元認(rèn)知能力研究分析可以看出：1對(duì)終身學(xué)習(xí)、學(xué)科交叉、“教學(xué)評(píng)”一體化和進(jìn)化與適應(yīng)等方面是關(guān)注的重點(diǎn);2重視元認(rèn)知能力在實(shí)踐上的研究，涉及領(lǐng)域主要在心理學(xué)、醫(yī)學(xué)和教育教學(xué);其在生物學(xué)教學(xué)中，學(xué)段主要覆蓋中學(xué)和本科階段;3嘗試通過(guò)學(xué)科交叉手段來(lái)培養(yǎng)學(xué)生思維能力的“熱浪”逐漸興起。我國(guó)也緊隨其后，將元認(rèn)知能力的培養(yǎng)滲透進(jìn)了以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的新一輪教育教學(xué)改革之中，同時(shí)掀起了推動(dòng)元認(rèn)知能

力研究蓬勃發(fā)展的又一次巨浪。

參考文獻(xiàn)：

[1]弗拉維爾.認(rèn)知發(fā)展[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2002.

[2]董奇.論元認(rèn)知[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)，1989，（1）：68-74.

[3]鄔金鳴，侯躍芳，崔雷.基于醫(yī)學(xué)主題詞標(biāo)引規(guī)則的詞共現(xiàn)聚類分析結(jié)果自動(dòng)判讀和表達(dá)的研究[J].數(shù)據(jù)分析與知識(shí)發(fā)現(xiàn)，2020，4（9）：133-144.

[4]魏順平.社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析及其應(yīng)用案例[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2010，20（3）：29-34.

[5]張浩，崔雷，方輝云.基于WebofScience數(shù)據(jù)的生物信息學(xué)同被引聚類分析[J].中華醫(yī)學(xué)圖書(shū)情報(bào)雜志，2009，18（6）：53-56.

[6] Pesout Ondra，Nietfeld John. The Impact of Cooperation and Competition on Metacognitive Monitoring in Classroom Context [J]. The Journal of Experimental Education，2021，89（2）：237- 258.

[7] Siegesmund Amy. Using self-assessment to develop meta?cognition and self-regulated learners[J]. FEMS microbiology let?ters，2017，364（11）：10.

[8] Hacer Ulu. Examining the Relationships Between the Atti?tudes Towards Reading and Reading Habits，Metacognitive Aware?nesses of Reading Strategies and Critical Thinking Tendencies of Pre-Service Teachers[J]. International Journal of Contemporary Educational Research，2019，（1）：169-182.

[9] Erickson Shanna，Heit Evan. Metacognition and confidence： comparing math to other academic subjects[J]. Frontiers in psy?chology，2015，（6）：742.