２０１４年第４期 物理通报 物理教育研究与课程论 元认知和物理元认知能力培养 窦 瑾 育研穷 程论 摘（南京晓庄学院物理与电子工程学院 江苏南京 ２１１１７１） （收稿Ｆｔ期：２０１３—０８—２８） 要：培养和发展学生的元认知能力是物理教学的目标，也是提高教学质量，教会学生学习的需要 关键词：元认知 能力 学习 问题解决 行动研究 元认知是２Ｏ世纪７０年代美国心理学家弗劳威 尔（Ｊ．Ｈ．Ｆｌａｖｅｌ１）提出来的．元认知的提出加深了人 则 Ｐ２—８ Ｗ Ｐ１＞Ｐ２ 们对个体学习（问题解决，下同）本质的认识，对物 理教学实践有着极其重要的启发和指导价值．下面， 从一则学生的“思维留迹”文本谈起． 怎么和前面得到的结果不一致啊？好像这里并没有 算错啊．问题到底出在哪里啊？原来，“外电阻等于 内电阻（Ｒ—ｒ）时，外电路上的电功率有最大值”适 【问题】有４个电源，电动势均为８ Ｖ，内阻分别 为Ｒ 一１ Ｑ，Ｒｚ一２ Ｑ，Ｒ。一４ Ｑ，Ｒ 一８ Ｑ．现在要对 一用于电源确定而外电阻可选的情形，这里是外电阻 确定而电源可选的情形．两者背景不一样，自然就不 能混为一谈了． 解析２：由Ｐ一１２Ｒ可知，电阻Ｒ上消耗的电功 盔 个阻值Ｒ一２ Ｑ的电阻供电，为使该电阻获得最大 的功率，你认为应该选用内阻为多少的电源？ 这是一个简单串联电路的功率分配问题．好像 有这么一个结论：“外电阻等于内电阻（Ｒ—ｒ）时，外 电路上的电功率有最大值．”对！有这么回事．所 以，应该是选用内阻为２ Ｑ的电源对该电阻供电． 解析１：因为“外电阻等于内电阻（Ｒ—ｒ）时，外 Ｐ一（ ） Ｒ 显然，Ｐ是ｒ的单调减函数，所以就题设条件而言， 选用内阻ｒ一１ Ｑ的电源供电时，Ｒ一２ Ｑ的电阻上能 电路上的电功率有最大值”，所以，选用内阻为２ Ｑ 够获得最大的电功率． 这下肯定不会错了吧，因为分析、列式、推理都 没有错．但有了“前车之鉴”，还是再仔细推敲一下． 要想让定值电阻获得最大的功率，就需使流经它的 电流最大，即这里就要求闭合电路电流最大，自然也 就是闭合电路的总电阻要最小了．应该就是这个结 果． 的电源对阻值Ｒ一２ ｎ的电阻供电，才能使该电阻获 得最大的功率． 真是太简单了！真的就这么简单吗？是不是太 意气用事了？还是更理性一点为妥．不妨用笨办法 再逐个算一下．选用１ Ｑ内阻的电源供电时，由 ， ｒ ｒ 、２ Ｐ１一（南Ｐ 一 ）Ｒ ｗ 今天这则看似简单的题目给笔者的启示真是太 大了，重要的结论要记，记住并利用结论通常能使解 代入数据可得Ｒ一２ ｎ的电阻能够获得功率 决问题事半功倍（Ｊｒ其在做填空题和选择题时），但 记结论千万不能只记结果，否则事倍功半，甚至适得 其反．当然，掌握最基本的知识、技能和方法还是最 重要的． 同理，选用２ Ｑ内阻的电源供电时，Ｒ一２ Ｑ的电阻 能够获得功率 ＊江苏省教育科学“十一五”规划课题立项项目“高中理科教师教育行动研究的现状与对策研究”，项目编号：Ｄ／２００８／０１／１２２ 作者简介：窦瑾（１９６３一 ），男，副教授，主要从事大学物理和物理教学论的教学和研究． １０８ ２０１４年第４期 物理通报 物理教育研究与课程论 １ 元认知 上面的“思维留迹”文本不仅记录了学生对“问 题”的认知过程，也记录了学生对认知进行的认知， 这种对认知的认知，即个体对认知活动的自我意识 和自我调节就叫做元认知．研究和实践表明，个体的 认知过程进行得如何，在很大程度上取决于个体元 认知过程的运行水平．具体来说，学业成绩好的学生 在元认知方面的发展水平都比较高，具有较多的有 关学习及学习策略方面的知识，并善于监控自己的 学习过程，及时反思和评价自己的学习．相反，学业 成绩不理想的学生往往缺乏有关学习任务和学习策 略的知识，他们在学习过程中不能很好地监控自己 的学习活动，即使发生了认知错误也往往浑然不知， 这与斯腾伯格曾经的断言“元认知结构发展不健全 的人必定就是能力较为薄弱的人”是吻合的． 一般认为，元认知具有三元结构，即元认知是由 元认知知识、元认知体验和元认知监控３个部分组 成，且这３个部分相互联系、相互影响，协同实现对 认知的认知． （１）元认知知识 简单地说就是有关认知的知识，它主要包括三 个方面，一是个体的智力水平、个性心理特征、个体 所具有的知识基础等有关认知个体自身的知识；二 是有关认知材料、认知任务方面的知识；三是有关认 知策略方面的知识． （２）元认知体验 就是伴随着认知活动而产生的认知体验和情感 体验，它包括对“知”的体验，也包括对“不知”的体 验．认知体验可以发生在个体的认知活动之前、之 后，也可以发生在个体认知活动之中．另外，元认知 体验持续的时间可能较长，也可能较短等． （３）元认知监控 就是个体在进行认知活动的全过程中，不断地 对认知目标、认知方向、认知策略、认知进程以及注 意程度、情绪状态等进行监测和评估，积极、自觉地 对认知活动作出必要的、合适的． ２ 物理元认知能力培养 物理教学重认知和轻元认知的问题长期存在， 这跟以往教师普遍地将个体的学习看成是个体对所 学材料的感知、注意、识别、加工、记忆和理解等的认 知过程不无关系．显然，这种认识漠视了这样一个事 实，即个体的学习还同时是一个个体对认知过程进 行积极的意识、体验和监测、评估、的元认知过 程．反映到实际教学中，便是只重视学生学习能力的 外显结构——认知结构教学，不重视学生学习能力 的内隐结构——元认知结构的教学．这种教学上的 失之偏颇是导致众多学生元认知知识、元认知体验 和元认知监控能力缺乏，不会学习的重要原因． 研究和实践表明，适当的教学和训练能够大大 改善个体的元认知水平，促进学习能力的发展，提高 学业成就． （１）培养和发展学生元认知能力是物理教学的 目标之一和内容的一部分 教师要真正从“以学生的发展为本”这一长远 利益和要求出发，重视培养和发展学生元认知能力， 自觉地将培养和发展学生元认知能力融进“知识与 技能”“过程与方法”“情感态度与价值观”三维教学 目标，体现在物理教学的全过程．尤其，在刚开始阶 段，教师要有意地“稚化”自己的思维，以便让自己 的思维和学生的思维对接．接着，教师要做好元认知 示范，勇于真实地“还原”并暴露自己的思维过程， 从“我一开始是这样想的，后来觉得应该（还可以） 这样考虑”“我为什么要这样做而不是那样做”等视 角，引导和启发学生学习元认知． （２）加强元认知知识教学 学生是学习物理的主体，他们的性格、兴趣、爱 好、经历、经验、知识基础等直接影响着学习的质量． 所以，教师要在深入了解学生的基础上，引导和启发 学生认识自己，确立我是学习的主体的意识．此外， 要加强物理现象、事实、概念、规律、理论等知识的教 学，引导和帮助学生整体构建物理知识网络，逐步、 系统地教给学生物理认知策略，促进学生掌握物理 学习的一般程序，巩固基本的物理思想（如理想化的 思想、实验的思想、场的思想、数学的思想、量变质变 的思想、对立统一的思想等），确立基本的物理意识 （如推理的意识、化归的意识、守恒的意识、图像的意 识、整体的意识、对称的意识等），养成良好的学习习 惯． （３）加强元认知体验教学 一要注意创设问题情境，设计和安排好问题的 １ Ｏ９一 ２０１４年第４期 物理通报 物理教育研究与课程论 “台阶”和“陷阱”，让问题情境和学生已有的认知结 例如，学生听课时的“自我提问单”主要设置３ 个方面问题： 构发生相互作用并引起冲突，激起学生消弭冲突的 愿望；二要启发、引导学生全面把握、体验情境所提 第一，我在听课吗？是，则继续；否，则调整． 供的信息（如时间、空间、物质、现象、符号、数据、图 表等），弄清问题所涉及的相关因素，感知问题情境 中所隐藏的“知”和“不知”以及“良构”和“非良构”， 分析其价值、难度和性质，建立解决问题的目标、方 向，制定行动计划；三要注意设计和运用好解决问题 第二，我听懂了吗？是，则继续；否，则记下疑 问，课后请教老师． 第三，画出本节课的学习“概念图”． 又如，学生课后的“学习笔记”可以围绕几个方 面，如这节课学到了什么，总结为一句话．这节课的 的“提示语”和“潜台词”，引导学生建立问题解决中 的怀疑感、理智感、效能感、美感等高级情感． （４）加强元认知监控教学 学习任务是分哪几步来完成的？这节课还有什么不 懂，是什么原因，如何弄懂？这节课中，最感兴趣的 是什么？学习这节课的优势和缺陷在哪些方面？对 自己和老师还有什么要求和建议？等． 作为方法的“思维留迹”是指学生将学习的过 程、心理活动和学习结果通过笔录的形式记载下来， 物理元认知监控的对象主要包括：理解问题是 否正确，提出猜想与假设是否合理，制定计划与设计 实验是否可行，进行实验与收集证据是否精细，分析 与论证是否完备，结果表达是否清晰，评估交流与合 作是否充分等方面．要培养学生监控、调节自己思维 过程的自觉性，反思、质疑、批判、评价和调节学习的 习惯．要构建师生间、学生间平等、理解的互动环境 及和谐氛围，为每位学生提供自由、充分地表达、演 示各自认知和元认知的机会，使每位学生的认知和 元认知在坦诚交往、差异交流中获得不同程度的发 展和优化，逐步地“将外在的矫正性指示转变成自己 的矫正性技能”，使学习真正成为一个由学生自我计 划、自我监控、自我调节、自我实现、自我发展的认知 和元认知交融的螺旋上升的过程． （５）进行必要的物理元认知训练 供研究者分析、研究的方法．作为方法的“言行报告” 则是研究者将学生在学习中的“出声思维”和行为 举止记录下来进行分析研究的方法．本文开头的这 份“思维留迹”文本，就是取自笔者在某中学开展的 一次物理元认知训练活动（选人本文时有改动）． 参考文献 １ 杨宁．元认知与教学．华东师范大学学报（教育科学版）， １９９５（３） ２ 汪玲，郭德俊．元认知的本质与要素．心理学报，２０００（４） ３ 王亚南．元认知的结构、功能和开发．南京师范大学学报 （社会科学版），２００４（１） ４ 李志强．利用“反思型物理日记”培养学生物理元认知能 力的探索．教育实践与研究，２００９（１ ＪＢ） ５ 侯新杰，郭海丽．物理教学中学生元认知能力的培养策 略．教育理论与实践，２００９（２） 在一项训练学生物理元认知的行动研究中，笔 者经常采用的方法是，设置“自我提问单”，布置学生 写“学习笔记”“思维留迹”和“言行报告”． （上接第１０７页） （ ５一ｚ１）＋（ｚ ６一 ２）＋（ ７一Ｉｚ ３）＋（ ８一 ４） ４×４ 表１ 钩码对应的弹簧指针位置 实验次数 １ 钩码重量 ５０．０ １００．０ １５０．０ ２００．０ ２５Ｏ．Ｏ ３００．０ ３５０．０ ４００．（ 显然，在“测量弹簧的劲度系数”的实验数据处 ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ 理中采用“逐差法”就比较合理，恰好避开了处理 “匀变速直线运动的实验探究”实验时存在的弊端， 客观上将非等精度测量的结果转变成“类等精度测 ｃ／克力 指针位置 １６．Ｏ１ １７．０３ １８．Ｏ２ １９．００ ２Ｏ．１Ｃ ２１．００ ２２．Ｏ２ ２３．Ｏ（ ／ｃｍ 量”的结果，并求算术平均值，减小了随机误差的影 响． 利用隔项逐差法求得变化一个钩码弹簧的伸 长 △ 一 综上所述，“逐差法”在高中物理实验中的应用 确实有值得商榷之处．以上是个人的一点看法，如有 不妥，敬请各位同仁批评指正． １１０一
