元认知与学生物理解题元认知能力培养*

2017-06-22窦瑾邵云

物理通报 2017年6期

关键词：元认知监控解题

窦瑾邵云

(南京晓庄学院物理与电子工程学院江苏南京 211171)

元认知与学生物理解题元认知能力培养*

窦瑾邵云

(南京晓庄学院物理与电子工程学院江苏南京 211171)

物理解题的过程是解题者认知和元认知共同参与的过程.“一听就懂、一做就错”是学生物理解题中存在的普遍现象，一个重要的原因是学生解题元认知能力的欠缺.培养和发展学生物理解题元认知能力要从“知识”“体验”“监控”和“显性化”等关键词上做文章.

元认知元认知能力显性化培养物理解题

物理解题的过程是解题者认知和元认知共同参与的过程.并且，认知过程进行得如何，在很大程度上取决于解题者元认知过程的运行水平.具体来说，物理解题能力强的学生在有关解题的元认知方面的发展水平都比较高，具有较多的有关解题任务及解题策略方面的知识，并善于监控自己的解题过程，及时反思、体验和评价自己的解题.相反，物理解题能力弱的学生往往缺乏有关解题任务及解题策略方面的知识，他们在解题过程中不能很好地监控自己的解题活动，即使发生了认知错误也常常浑然不知.所以，培养学生解题元认知能力是一项极具意义的工作.

1 元认知理论概述

元认知是20世纪70年代美国心理学家弗劳威尔(J.H.Flavell)提出的一个概念.1981年，弗劳威尔对元认知的含义作了更加简练的表述：“反映或调节认知活动的任一方面的知识或认知活动”.据此，可以对元认知作两个方面的理解[1]：一方面，元认知可以被理解为一种相对静止的知识体系，它反映认知主体对认知活动及其影响因素的认识；另一方面，它可以被理解为一种动态的活动过程，即认知主体对当前认知活动所作的调节.基于这样的理解，可以进一步地认为元认知具有三维结构[2]，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，协同完成“对认知的认知”.

1.1 元认知知识

简单地说就是有关认知的知识，即认知主体对于影响认知激活(即活化相应认知结构)、认知寻求(即利用认知结构寻求问题解决途径)、认知评价(即利用认知结构评价问题解决的合理性)和认知重组(即保持和重组有价值的认知结构)的那些因素的认知.它主要包括认知主体对自身智力水平、个性心理特征、知识能力基础等方面的认知和对认知材料、认知任务等方面的认知以及对认知策略的认知等.

1.2 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，即认知主体对认知活动的有关情况的觉察、了解和感悟.它既包括在认知活动初期，认知主体对任务的难度、对完成任务的把握程度以及熟悉程度的体验等，又包括在认知活动中期，认知主体对当前认知进展以及取得的成功、遇到的障碍和困难的体验等，还包括在认知活动终期，对目标是否达成、认知活动的效果、效率以及有无创新的体验等.

1.3 元认知监控

就是认知主体在进行认知活动的全过程中，将自己正在进行的认知作为意识的对象，不断地对认知目标、认知方向、认知策略、认知进程以及自身的注意程度、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、合适的调控，以达到预定的目标.

2 元认知对物理解题的作用

元认知作为一种知识体系和一种活动过程，对物理解题的全过程产生着极为重要的作用.

2.1 元认知知识使物理解题目标明确

物理解题具有明确的目标指向性.目标是解题者主观经验的知觉, 它既是解题的出发点, 也是解题的归宿, 它影响和制约着解题的进程.解题前，解题者根据题目类型、难度、陈述方式、解题任务等激活自己已有的元认知知识，寻找切合自身实际的解题策略，制定具体的解题计划，作出解题的方向性选择，使解题具有明确的目标指向性.尤其，内化了的策略性知识将有利于促进保持或修正解题的路线、选择或调控解题的方法.

2.2 元认知体验使物理解题过程多彩

物理解题是一种“手段”，其目的是通过解题实现对知识、方法及其价值的理解和能力的提高、智慧的生成、情感的丰富.对解题过程中曾经遭遇的困难、失误、失败和顿悟、灵感爆发、成功等的体验既是一种心理上的认知体验，也是一种心理上的情感体验,这两种体验常常能够使解题者的解题动机、解题思路、思维方式等得到优化和拓宽.这样，解题过程便成为“向未知方向挺进的旅程，随时都有可能发现意外的通道和美丽的风景”.“哦，原来是这么回事！”“对了，还可以这样来做”等经常能听到的学生在解题过程中的感叹声实在是元认知体验所带来的“开朗”“彻悟”等的可贵写照.

2.3 元认知监控使物理解题结果合理

物理解题的过程通常是一个艰难和曲折的过程，“走”完这一过程既要靠解题者对问题的感知、注意、识别、加工、回忆和理解等认知，也要靠解题者对认知进行积极的意识、体验和监测、评估、调控等元认知.尤其，在对诸如“对”与“错”、“优”与“劣”、“进”与“退”等问题作出价值判断时，元认知监控都发挥着极为重要的作用.元认知监控在解题中的作用具体地表现为在整个解题过程中，解题者自觉、清醒地将自己正在进行的认知活动作为意识的对象, 不断地对其进行监视、控制和调节，如对每一解题步骤的目标进行确认、结果作出预测；对每一解题步骤中所使用的方法和程序进行“回望”，看所用的方法是否最优、程序是否合理，若否，则及时作出调整；对每一解题步骤所取得的成果进行评估，看取得的成果是否跟该步骤的目标相一致, 若否,则及时诊断“偏差”的根源，或调整目标期待，或调整解题步骤，使解题活动回到正确的轨道上来…….

3 物理解题中存在的问题分析

物理解题是一种重要的实践活动，也是物理学习中非常重要的一个环节.但是，长期以来，学生物理解题中普遍存在着“一听就懂、一做就错”的现象.造成这一现象的一个重要的原因是学生解题元认知能力的欠缺.

3.1 元认知知识薄弱

即对自身智力、个性心理、知识和能力等方面的优势和不足缺乏足够的认识，对基本的解决物理问题的策略(包括方法、程序等)缺少全面的了解，因而每当遇到“新”的问题、“难”的问题便“慌了神”“乱了套”.

3.2 元认知体验缺乏

元认知知识的缺乏以及长期以来“养成”的将自己处于单向的信息接受者位置的习惯导致了学生在解题中，对任务的难度、对完成任务的把握程度以及熟悉程度等的体验变得迟钝，对当前解题的进展、取得的成效、遇到的障碍和困难的体验以及对目标是否达成、认知活动的效果、有无创新等的体验变得麻木.久而久之，探索、好奇、兴奋、惊讶等积极的情感体验和解题的兴趣、主动性、激情等便荡然无存，更不用说在解题中和解题后体验到成功的喜悦和发现的惊喜了.

3.3 元认知监控无力

元认知监控是通过元认知知识和元认知体验的交互作用来实现的.由于前面两个方面问题的存在，将自己正在进行的认知作为意识的对象，不断地对审题、推理、运算、检查等环节进行监测和评估，积极、自觉地对解题活动作出必要的、合适的调控，以达到预定的解题目标便无力了.

综合以上问题的分析可知，所谓“我粗心”、“我马虎”、“我失误”等解错题的种种“借口”其实都是元认知能力薄弱的代名词而已.

案例：如图1所示，水平放置的光滑平行金属导轨由宽窄不同的两部分连接而成，较宽部分的轨道间距是较窄部分轨道间距的2倍.两根质量相同的金属棒ab和cd均垂直于导轨放置，导轨处于竖直向下的匀强磁场中.现给金属棒ab一个水平向左的初速度v0，当用外力使棒cd固定不动时,ab在导轨上运动过程中装置所产生的热量为Q.现不固定cd，仍给金属棒ab水平向左的速度v0，求此后装置一共能产生多少热量.(设导轨足够长，cd到MN的距离足够远)

图1 题图

许多学生列出了以下4个式子

mv0=mvab+mvcd

vcd=2vab

显然，这是一个错误的解，但多数学生却没有能够发现错误之所在.这至少暴露了学生在解题中存在3个方面的问题：

(1)对金属棒的受力情况、运动情况分析不到位——元认知知识薄弱；

(2)在列出关键的第二式之前，未能“追问”清楚ab和cd所组成的系统是否确实满足动量守恒的条件——元认知监控无力；

(3)解出结果后，未将此问题跟自己熟悉的、与此问题具有表面特征相似(但结构特性不同)的“等轨距”问题作进一步的比较、鉴别、领悟——元认知体验缺乏.

本题正确的解析如下

-Iab=mvab-mv0

Icd=mvcd

其中

Iab=2Icd

vcd=2vab

解以上各式，联列方程组得

所以，此后该装置一共能产生热量

4 学生物理解题元认知能力培养

物理解题能力的提高既有赖于物理知识掌握水平的提高，也有赖于解题元认知能力的提高.但是，物理解题教学(其实可以推广至整个物理教学)重认知、轻元认知的问题由来已久，这种重视学生解题能力的外显结构——认知结构教学，不重视学生解题能力的内隐结构——元认知结构的教学是导致众多学生解题能力弱、不会解题的重要原因.

4.1 “知识”是培养和发展学生解题元认知能力的前提

元认知知识是产生元认知体验和实现元认知监控的前提条件.众所周知，学生是物理解题的主体，他们的智力、兴趣、爱好、经历、经验、知识基础等直接影响着解题的质量；“知识”是解题的基础，一个内部有规律、有层次的知识和观念体系有利于迅速地对物理问题及其“解”作出“判断”、“定位”.所以，要让学生自己认识自己，确立“我”才是解题的主体的意识.其次，要教给学生完整、扎实的知识，引导学生整体构建纵有序列、横有联系的物理知识网络；要逐步、系统地教给学生物理解题的策略，引导他们学习和掌握物理解题的一般方法和程序、基本的思想和意识.再次，要加强心理指导，促进学生养成对物理解题的良好情感、态度和适合自身发展的解题习惯.

4.2 “体验”是培养和发展学生解题元认知能力的基础

元认知体验是元认知知识和元认知监控的重要中介因素，也是形成元认知监控的基础条件.解题教学中，教师一方面要注意创设问题情境，设计和安排好解题的“陷阱”，让问题情境和学生已有的认知结构发生相互作用并引起冲突，引起学生心理上的不平衡和张力，产生渴望获得平衡、纾解张力的情感体验和认知需要.另一方面要启发、引导学生全面把握、体验问题情境中所提供的信息(如时间、空间、物质、过程、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”、“良构”和“劣构”，体验其“寓意”，由此确立解决问题的目标和方向并制定行动计划.此外，要注意设计和运用好解决问题中的“脚手架”“诱导语”以及解决问题后的“点睛词”“赞美话”，促进学生建立问题解决中的怀疑感、理智感和问题解决后的效能感、美感等高级情感.

4.3 “监控”是培养和发展学生解题元认知能力的关键

元认知监控是元认知的核心.物理解题中的元认知监控主要应围绕理解问题是否充分、制定解题计划是否可行、分析与推理是否完备、立式与结果是否正确等几个方面[3].为此，在解题教学中，教师要注意利用延迟判断、“稚化”、“唱反调”、引申、质疑和暗示、点拨等手段，引导学生养成监控、调节自己思维过程的自觉性和反思、质疑、批判、评价和调节解题策略的习惯.例如，在解题的开始阶段，教师可以有意地“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“示范”，勇于“真实地”暴露自己的思维过程，引导和启发学生学习“监控”.之后，要为学生提供各抒己见的机会，让他们如实地暴露他们自己的思维过程[4]，在自由、充分的交流、思考、提问、探索、领悟和评价中，使他们的认知和元认知得到张扬、得到锻炼、得到相互促进.

4.4 “显性化”是培养和发展学生解题元认知能力的有效举措

除了做好前面的3点之外，开展学生解题元认知能力的“显性化”培养也极有必要，且研究和实践表明：适当的训练确实能够大大地改善学生的元认知能力，促进解题能力的全面提升[5].除了上面提到的一些做法之外，在学生解题中设置“自我提问单”、布置学生写“思维留迹”和“言行报告”以及给学生时间“深思”、“写解题感受”等都是培养和发展学生解题元认知能力的有效方法.

1 汪玲，郭德俊.元认知的本质与要素.心理学报，2000(4):458～463

2 吕明才.元认知的发展、结构及研究方法.泰山学院学报，2007(4):110～113

3 周金中，易欣.元认知视角下优化习题教学的策略.教学月刊(中学版)，2010(4)：37～39

4 吴志山.高中物理解题过程中学生自我监控能力的培养.中学物理教学参考，2011(5)：1～13

5 窦瑾.元认知与学生元认知能力培养.物理通报，2014(4):108～110

MetacognitionandCultureofStudents′MetacognitiveSkillsinSolvingPhysicsQuestions

DouJinShaoYun

(CollegeofPhysicsandElectronicsEngineering,NanjingXiaozhuangUniversity,Nanjing,Jiangsu211171)

The process of solving a physics problem is a process involving both cognition and metacognition. “Understand quickly but mistaken easily” is a common phenomenon among students when solving physics problems. One of the main reasons is the lack of metacognitive skills. To educate and develop students′ metacognitive skills, instructors shall apply strategies focusing on knowledge, experience, monitoring, and explication.

metacognition; metacognitive skills; explicit training; physics problem solving