例谈生物学教学过程中对学生元认知能力的培养

李 克

(广东省鹤山市鹤华中学 529700) 谭翠芳 (广东省江门市陈白沙中学 529000)

1 认识元认知理论

元认知理论是美国心理学家弗拉维尔于1976年提出来的，指认知主体对自身认知活动的认知。具体地说，是认知主体对自身的心理状态、能力、任务、目标、认知策略等多方面因素的认知。它以认知过程和认知结果为对象，以对认知活动的调节和监控为外在表现，其实质是主体对认知活动的自我意识和自我调节。通俗来说是指能抽离到学习过程之外，并对学习过程进行自我反省和调整反馈的能力。教师在教学中通过提高学生获得元认知能力，将会使他们终生受益。根据弗拉维尔的观点，元认知由三部分组成：元认知知识、元认知体验、元认知监控。其中，元认知监控是元认知中的核心成分，是指认知主体根据自己的认知任务、目标、特点等积极地、自觉地、自如地、不断地进行监控和调节，以达成预期目标，它包括选择、评价与调节认知策略，如制定计划、实际控制、检查结果、补救修正等，是学习成功的关键。笔者在高中生物学教学实践中发现，结合教学来培养学生元认知能力不仅可降低培养过程的抽象性，便于元认知知识的传授，而且能提高学生学习效率，使两者呈螺旋式双向发展、相互促进。本文以高中生物学教材中“种群的数量变化”的教学实践来谈谈如何培养学生的元认知能力。

2 在课堂教学过程中培养学生的元认知能力

“种群的数量变化”一节需用两课时完成，采用问题导学法开展教学，每讲授一个知识点前均设置一个“问题清单”。“问题清单”是生物学科元认知能力培养中常用的方法之一，指在训练中由教师提供一系列供学生自我观察、自我监控的问题列成的表单，学生在学习全程中对照表单的问题来监控自己的学习过程及结果。学生和教师围绕着“问题清单”的内容开展教学过程，通过教师直接指导、交互教学、合作与讨论学习、自主学习等教学模式，层层深入，从中渗透元认知的知识和思想。

2.1 如何构建种群数量变化的数学模型 课件插播细菌分裂的录像并提出问题: 假如现有一种细菌，在食物、空间等充裕的条件下，每20 min通过分裂繁殖一代。

学生思考问题：①细菌的生殖方式是怎样的? ②一个细菌繁殖1代、2代、3代甚至n代后细菌数量是多少? ③你能总结出一条简单的表示细菌繁殖代数与其数量关系的公式吗？④对细菌种群数量增长而言，在什么情况下此公式才成立?⑤你能将描述细菌数量变化的抽象数学公式转化为直观的坐标曲线图吗?⑥你如何检验自己的答案是否正确？你如何对答案进行完善和修正？随后请学生根据思考结果完成以下内容：①填写表1；②你能根据表1的内容写出表示繁殖n代后细菌数量的数学公式吗？③根据表1的数据画出细菌的种群增长曲线图。

表1 细菌数量增长记录表

独立完成上述问题后，小组交流和讨论结果，对绘制的曲线和得到的数学公式进行评价，及时发现自身完成的答案的优点和不足，并进行修正。

教师进行巡查，及时发现学生在建构公式模型和曲线图模型过程中存在的问题，通过实物投影仪展示错误的地方，引导学生以元认知的思考策略及时发现问题所在，及时进行纠正，并通过课件展示标准答案。并联系常用的数学模型，和学生一起总结建构数学模型的基本步骤: ①观察研究对象，提出问题——模型准备；②提出合理的假设——模型假设；③根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达——模型建立；④通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正模型分析——模型校正。提醒学生在建构细菌种群数量变化模型过程中所采用的反思、讨论和修正策略就是元认知策略，通过此策略可对自己学习过程进行自省和修正，主动、有效地建构知识。

2.2 种群数量增长的两种数学模型比较 种群数量增长的两种数学模型异同点比较是本节课的重难点。在完成种群增长的“J”型曲线和“S”型曲线的构建两部分教学任务后，为突破重难点，引导学生运用元认知的学习策略，归纳两种数学模型的知识要点，并进行比较，找出两者之间的异同点，帮助学生把握两个模型的实质，加深对模型的理解和记忆。

引导学生思考以下问题：①回顾已学内容，可以从哪些方面比较“J”型曲线和“S”型曲线的异同点？②能够用精确的语言符号(文字、图示、公式)具体书写出来吗？③如果没有头绪，思考原因是什么？完成表2的填写，并相互交换、讨论答案。

表2 “J”型曲线和“S”型曲线比较表

教师通过展示台投影两份典型的学生答案，并对答案进行纠错点评，请学生用元认知思维分析自己犯错的原因，从中汲取教训，避免再错。在教师的引导下，其他学生对自己错误的地方进行反思，及时进行纠错。为继续深入对“J”型曲线和“S”型曲线的理解，教师将两个曲线模型整合在一起(图1)，方便学生更加直观地进行比较，引导学生运用已学的知识，解释两曲线间存在的阴影部分(环境阻力)可能是哪些具体原因造成的。

图1 “J”型曲线和“S”型曲线图

2.3 在解题训练中培养学生的元认知能力 解题能力的培养是高中生物学教学很重要的一环，主要是引导学生在解题实践中做到举一反三，从中提炼和升华生物解题模式和思想方法，最终内化成为学生的一种元认知能力。在学生自主解题过程中重点引导学生走出题外，用俯视的角度思考以下问题：本题的命题意图是什么，命题者到底想考察哪些知识和能力或思维方法，解题的突破口在哪里，要用怎样的思路进行推断思考， 以后做这一类型题目时应该建立怎样的解题模式帮助快速解题。学生在反思内省过程中，逐渐增强学习和解题时的各种意识，并最终形成自我观察、自我意识的元认知能力。下面就如何引导学生完成一道典型选择题的解题过程为例说明如何培养元认知能力。

例1 图2为某地东亚飞蝗种群数量变化示意图，下列叙述错误的是( )

A.为有效防治蝗灾，应在a点之前及时控制种群密度

B.a～b段，该种群的增长率与种群密度之间呈正相关

C.利用性引诱剂诱杀雄虫改变性别比例可防止c点出现

D.图中c点代表的种群数量不能表示为该飞蝗种群的环境容纳量

图2 某地东亚飞蝗种群数量变化示意图

请学生边审题边思考以下问题：①本题考查了已学内容的哪些知识要点？②还记得“S”型曲线模型中K值与K/2在实践中应用的例子吗？③什么是种群增长率？它和增长速率有区别吗？④改变种群的性别比例后会进一步影响哪个种群数量特征？⑤怎么去定义环境容纳量？它是指种群数量的最大值吗？它是一个固定值吗？学生带着问题快速回顾前面所学的内容，并审视选项给出的信息，逐步排除选项的干扰，得到正确的答案。在限定解题时间到后，教师抽查学生的答题情况，和学生分析错答的原因，从中发现审题思路或基础知识等方面的漏洞。对本题进行解题分析：先分析A选项，考查K/2值在实践中的应用。据图分析可知，a点种群数量为K/2，表示东亚飞蝗的种群数量增速最快，故应该在a点以前就要适时控制种群密度，故A正确；再看B选项，东亚飞蝗的增长模式为“S”型增长，增长率与时间呈负相关，又因a点以后种群数量增加，至b点达到最大，种群密度随时间逐渐增大，故B错误；看C选项，c点表示种群数量最大值，用性引诱剂诱杀雄虫，降低出生率，可防止c点出现，故C正确；最后看D选项，环境容纳量是指一个处于动态平衡的生态系统中，环境所能容许的种群数量的最大值，种群的数量在环境容纳量水平上下波动，因此种群最大值往往要高于环境容纳量。故D正确。本题正确答案选B。

解题分析完毕后，引导学生以此例题为切入口，利用元认知的思维策略，对本节课的重难点知识进行反思、归纳和整理。例如，很多学生对种群增长率和增长速率、K值与K/2、环境容纳量与环境中种群数量最大值的意义混淆不清，利用本次解题训练将知识进行梳理和提升。

3 通过课后反思培养学生的元认知能力

教学实践发现，培养学生课后的反思和整理习惯对加深上课内容印象，使知识条理化，深入掌握本课重难点至关重要。哈佛心理学家霍尔德·卡德纳曾说过：“私下的沉思和写日记会发展他们的内省能力。”学生以日记的形式检查学习活动，以评价学习效果，做到心中有数。反思日记中可包括对整堂生物课的反思，对每一章节学习内容与结果的反思和总结，对自己学习计划、学习方法的反思，对生物习题中错题和不会题的反思，对解题过程以及解题策略的反思等。实施该方法时，教师一开始可为学生提供反思日记的提纲，明确日记中要反思哪些内容，如：①这节课我学到什么? 利用知识网络图进行概括性总结。②这节课的重难点是什么？③这节课还有什么不懂，将之记录下来并尽快弄清楚；④今天老师讲了哪些解题方法?⑤写下自己在学习和解题时的感受和心得。待学生对反思日记的作用有一定认识和理解后，可依自己情况反思、记录学习情况。也可以指导学生通过周记或月记的形式对章、专题、甚至全书的内容进行反思、归纳、总结。