借鑒元認(rèn)知理論，提升物理實驗教學(xué)有效性

江小松

摘 要：在初中物理實驗教學(xué)中借鑒元認(rèn)知理論，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)物理實驗的同時提升自我認(rèn)知，在一定程度上開發(fā)了學(xué)生的智力，培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力，讓學(xué)生在實際學(xué)習(xí)過程中，真實掌握自我反省、認(rèn)知、調(diào)整和突破，有效解決“如何學(xué)習(xí)”的困惑，從而提升課堂效率，提升教學(xué)有效性。

關(guān)鍵詞：初中物理;實驗教學(xué);元認(rèn)知理論

元認(rèn)知，指的是一個人通過不同的學(xué)習(xí)活動，了解自我認(rèn)知，從而在檢驗和調(diào)整活動中掌握并完善自我認(rèn)知。初中生已經(jīng)初步具備一定的知識感知和行為反思能力，需要借助一定的外界助力對其進(jìn)行引導(dǎo)。在初中物理實驗教學(xué)中，借鑒元認(rèn)知理論，可以提升學(xué)生的思維能力、動手能力和探索能力，從而有效提升物理實驗課堂效率。

一、預(yù)留思考時間，加工信息

初中物理實驗是對課程的高度總結(jié)，要求學(xué)生在理解課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上具備相應(yīng)的操作和思考能力。但每個人的認(rèn)知活動存在一定的滯后性，需要對學(xué)習(xí)的材料進(jìn)行識別、對自己的知識系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建和加工，才能對所學(xué)的知識有初步認(rèn)知和體驗。所以，在物理實驗課程中，需要結(jié)合學(xué)生的實際認(rèn)知程度，預(yù)留適當(dāng)?shù)乃伎紩r間，要求學(xué)生通過對課堂知識的認(rèn)知加工，掌握物理實驗原理，理解物理實驗內(nèi)容，明晰物理實驗標(biāo)準(zhǔn)，并能通過實驗結(jié)果初步判定實驗操作是否正確規(guī)范。

例如學(xué)習(xí)“探究凸透鏡成像的規(guī)律”，通過課本學(xué)生理解凸透鏡成像規(guī)則，物體在不到一倍焦距的位置處光屏上什么也沒有，在一倍焦距處有光，在一倍焦距和兩倍焦距中間的位置為倒立放大的像，在兩倍焦距處為倒立等大的像，在大于兩倍焦距處為縮小的像。依次為研究理論，要求學(xué)生按照如下圖1所示的順序安放蠟燭、凸透鏡和光屏，并測量計量凸透鏡的焦距。

點燃蠟燭，個別小組學(xué)生在實驗過程中發(fā)現(xiàn)不管怎么挪動蠟燭，光屏始終沒有任何像，他們首先判斷可能是凸透鏡存在問題，和別的小組交換使用依然無法成像，筆者要求學(xué)生仔細(xì)閱讀成像要求，學(xué)生猜測，可能新蠟燭在燃燒時其中心和透鏡、光屏的中心不在同一個高度，對此，他們調(diào)整物件底座高度，并用尺子測量達(dá)到統(tǒng)一，之后點燃蠟燭觀察成像，光屏依然沒有任何信息，他們向遠(yuǎn)處挪動蠟燭時，光屏出現(xiàn)了像。學(xué)生為了保證焦距測量的準(zhǔn)確性，采用倒立等大實像處的刻度作為測量標(biāo)準(zhǔn)，通過三次測量求平均值的方法計算得到凸透鏡的焦距。

所以，在實際物理實驗中，即使學(xué)生已經(jīng)明白實驗?zāi)繕?biāo)，但在具體操作過程中依然可能存在漏項，教師應(yīng)為學(xué)生留一定的思考時間，學(xué)生在反思實驗原理增強(qiáng)自己的記憶，構(gòu)建知識系統(tǒng)。

二、鼓勵重組改組，拓展空間

元認(rèn)知理論要求學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，不僅可以實現(xiàn)知識的記憶和應(yīng)用，經(jīng)過一段時間的思考和探索，學(xué)生理解并掌握簡單實驗原理和操作流程，鼓勵學(xué)生積極開動思維，對實驗進(jìn)行重組或者改組，開發(fā)智力，拓展實驗空間，增長知識和見識。

例如學(xué)習(xí)“氣體的壓強(qiáng)”，問大家，是否能在現(xiàn)實生活中制造真空環(huán)境？要有真空環(huán)境必須有相應(yīng)的隔離系統(tǒng)，學(xué)生生活中常見的吸盤是排出內(nèi)部空氣，如何在排出內(nèi)部空氣的同時還能留一定的空間呢？學(xué)生陷入沉思。有學(xué)生想到，喝飲料的時候塑料瓶中存在液體和氣體交換，那么沒有交換是不是就可以出現(xiàn)真空？如果實現(xiàn)沒有交換的環(huán)境呢？要求瓶中充滿液體，再續(xù)盛液體的環(huán)境。以此為基礎(chǔ)，為學(xué)生提供量筒、水槽和水，學(xué)生在水槽中盛一定量的水，將量筒放入水槽中裝滿水，再倒立提起，如下圖2所示。

當(dāng)量筒提到一定高度時，量筒底部出現(xiàn)了空隙，液體高度不再變化，這個空隙里面是空氣嗎？是否可以根據(jù)量筒中液位高度測量大氣壓？

通過實驗聯(lián)想和重組，學(xué)生意識到大氣壓雖然看不見，但是真實存在的，甚至也提出問題，為什么我們感受不到大氣壓，以思考和實驗打開新知探索，從而認(rèn)識到物理實驗不是復(fù)雜的學(xué)科研究，在生活中也充滿實驗，從而引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生拓展實驗和思維空間的欲望。

三、加強(qiáng)思維監(jiān)控，自我調(diào)節(jié)

元認(rèn)知理論要求學(xué)生在實際學(xué)習(xí)過程中，能對自己的思維實現(xiàn)監(jiān)控，并能通過調(diào)節(jié)自我知識儲備實現(xiàn)個人能力的發(fā)展和進(jìn)步。在初中物理實驗課程中，引用該理論，有助于學(xué)生在實際實驗操作中認(rèn)真思考操作規(guī)程，利用所學(xué)知識解決實際問題，在實際生活中應(yīng)用所學(xué)知識，從而能在不斷自我調(diào)節(jié)中實現(xiàn)自我監(jiān)管。

例如學(xué)習(xí)“電路連接的基本方式”，實驗室提供兩個小燈泡、電池組、兩個開關(guān)、電線，要求①電路中只有一個開關(guān)，開關(guān)閉合，兩個燈泡同時亮，開關(guān)開啟，兩個燈泡同時滅;②電路中有兩個開關(guān)，分別控制兩個燈泡（注意，實驗室提供的燈泡瓦數(shù)相同）。

針對該實驗課題①的要求，學(xué)生發(fā)現(xiàn)有的小組連接的燈泡暗一些，有的小組燈泡則亮一些;在實驗②中，兩個燈泡的亮度也相對亮一些。另外，有的開關(guān)在關(guān)閉的一瞬間會產(chǎn)生很小的電火花。在實驗要求①中，為什么呈現(xiàn)不同的現(xiàn)象？要求學(xué)生仔細(xì)觀察不同亮度電路的連接方式，是否一樣呢？電火花的產(chǎn)生是因為開關(guān)關(guān)閉瞬間引發(fā)的電流較大，和生活中某些家用電器在接入插座的一瞬間火花是否相同？

通過思維監(jiān)控訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識和解決問題的能力，通過調(diào)節(jié)自我知識儲備探索未知現(xiàn)象，從而提升學(xué)生的探索能力。

綜上所述，將元認(rèn)知理論應(yīng)用于初中處理實驗教學(xué)，既為學(xué)生提供了掌握基礎(chǔ)物理知識認(rèn)識現(xiàn)象的平臺，又培養(yǎng)了學(xué)生的綜合實驗素養(yǎng)，同時拓寬了學(xué)生視野，有效促進(jìn)了學(xué)生綜合能力的發(fā)展。

注：本文系南通市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃專項課題“指向科學(xué)素養(yǎng)的初中實驗教學(xué)轉(zhuǎn)型研究”（課題編號：GH2018081）研究成果之一。