科学探究中元认知培养的研究

2018-05-11喻佳俊

名师在线 2018年7期

喻佳俊

（北京市怀柔区第二小学，北京 101400）

引言

科学探究是科学学习的中心环节，不仅涉及观察、提问、猜想、实验、解释、交流等活动，还涉及对科学探究的认识，形成正确的思维方式和体验探究的乐趣。元认知则可以对认知进行调节和控制。培养学生元认知的意义在于提高学生元认知水平，提高学生对认知活动的计划、监督和调整的能力，使学生在了解自我的基础上，学会学习，学会思考。

一、科学探究与元认知的关系

科学探究是小学生学习科学的主要手段和方法，是人类解决科学问题乃至解决社会生活问题并做出决策的一般模式。在科学探究中，培养学生元认知不仅可以对所学材料进行识别、加工和理解，还可以洞悉学生在学习过程中产生的感知、注意、记忆等认知过程[1]。同时，学生在探究中对认知活动进行监控和调节，不仅会使学生的知识储备得到提高，还可以提升学生的学业成就。更重要的是要让学生学会学习，掌握学习的方法，从而为终身学习，为解决未来生活中出现的问题提供解决策略。

探究性学习是学生认知策略和元认知的学习过程，是学生独立学习、解决问题和做出决策的能力培养过程[2]。为了促进小学生综合素养的发展，科学探究活动应建立在培养认知策略，特别是元认知策略的基础之上。所以在本研究中，科学探究既是研究方法也是目标，将元认知发展为出发点、元认知指导、影响和作用于科学探究活动，科学探究活动又反过来形成和促进学生的元认知发展。

二、科学探究培养小学生元认知的现状

在科学课程的教学中，要将科学探究活动落到实处，真正以培养科学素养为目标，就需要提升对科学探究的认识层次[3]。即将科学探究提升到培养认知发展的水平，特别是根据元认知发展的层次进行教学。为了解怀柔区在科学探究中培养小学生元认知发展的现状，笔者分别对调查问卷和访谈观察记录进行了分析，通过分析发现如下的结论。

1.科学教师意识到在科学探究中培养元认知的重要性

分析发现，有58.3%的教师认为科学课有必要培养元认知，41.7%的教师不太清楚。并且有71.0%的教师认为科学探究对培养学生元认知有很大的作用，16.7%的教师认为作用有限。通过思考，笔者认为这些数据在一定程度上说明，大多数教师意识到在科学探究中培养元认知的重要性以及可行性。但是，还是有部分教师缺乏对元认知的认识（表1)。

表1 科学探究中培养小学生元认知情况1

2.科学教师缺乏在科学探究中培养元认知的经验

分析还发现，在实际教学中仅有25.0%的教师每节课都有意识地培养学生元认知，50.0%的教师偶尔有意识地进行过培养。这说明怀柔区教师在日常科学教学中也就是科学探究活动中，缺乏以培养元认知为目标的探究活动（表2)。在实际中，也存在无意识的活动促进元认知发展的现象，但这些都只是偶然的。

表2 科学探究中培养小学生元认知情况2

3.科学教师欠缺在科学探究中培养元认知的能力

在问卷中也发现，在问及是否有利用探究培养学生元认知的方法和策略时，仅有66.7%的教师提出有一点思考，剩余25%的教师表示想不出来。且在开放性问题中请教师设计一个探究活动中培养学生元认知的方案，仅有50%的教师给出答案，但提出较为完整的科学探究过程的仅有12.5%，提出部分探究方法的仅有37.5%（表3）。由以上数据调查不难发现，怀柔区科学教师在教学中，利用探究方式培养学生元认知的认识不足，在一定程度上缺乏理论指导，同时自身能力和方法都相对欠缺。

表3 科学探究中培养小学生元认知情况3

结合之前对科学探究的现状及元认知培养的调查现状分析不难发现，至少以我区为例在科学探究中进行元认知的培养情况不容乐观。

三、科学探究培养小学生元认知的策略

在科学探究中培养小学生的元认知，是在小学生认知发展和元认知发展规律的基础上进行的。下面的培养策略均是在结合对科学探究的分析和对元认知的研究，以及对科学探究与元认知综合分析的基础上而提出的。

1.科学探究培养小学生元认知的培养策略

在科学探究中，培养学生的元认知，要从元认知知识、体验和监控三个方面进行。并且要注重对各部分的训练，将它们进行整合，使其相互促进、共同发展。最终，让学生的元认知能力得以提高[4]。

（1）元认知知识的获取。在探究过程中，不仅要教给学生元认知知识，还要指导学生在探究中进行评价的方法。当学生的元认知知识初步形成后，就逐渐学会了科学探究的认识方法。此外，学生可以利用科学研究的过程和方法，解决未来科学探究中的实际问题或困惑，采用一定策略解决问题。

（2）元认知体验的培养。元认知体验是在具体的认知活动中产生的，伴随着人的情感体验。因此，在科学探究中对元认知体验的训练，不仅重视具体的认知活动，而且要重视情感激发和培养。所以，在科学探究中，不仅要重视体验探究过程的研究，还要活化和调动学生的思维，引领学生经历创设问题情境、引发科学问题、进行猜想、做出假设、制订验证假设方案、实施验证方案、结论与解释、表达与交流的探究过程，强化元认知体验。在探究过程中，通过创设情境调动研究兴趣，多样的方法和策略也可以增加研究热情，从而体验成功的喜悦[5]。

（3）元认知监控的提升。元认知监控最重要的就是制订计划、选择策略、进行监测和控制。对小学生而言，元认知监控的提升具有一定难度。在科学探究中，教师可逐步引导小学生逐渐形成和发展。首先，可由故事或事例出发，引导学生认识和了解科学探究的过程与方法。这要求在探究中将主动权留给学生，充分调动学生学习的主观能动性；之后，通过具体问题让学生试着进行探究活动，如猜想、制订计划、安排等。探究中要让学生不断实施自我监控，及时反思和评价，及时修正、调整策略，并通过多次练习，让学生进行监测和控制。

2.科学探究培养小学生元认知的教学模式

在科学探究的过程中，考虑到小学生认知发展规律，可以选用循环式的科学探究模式，并结合对元认知的综合认识，形成科学探究与元认知培养网，即运用科学探究培养小学生元认知发展的模型。

（1）科学探究培养小学生元认知发展的模型。为培养学生的元认知发展，科学探究活动要先由问题出发，再进行猜想与假设，并以此为基础进行实验方案设计，然后实施方案并对方案进行验证[6]。之后描述并解释成果，最后表达与交流回顾反思研究过程，为新的研究做铺垫，形成新的问题，从而进行更加深入的探究活动。

在本模型中，科学探究活动中对元认知的培养和元认知对科学探究的作用，相互影响贯穿于活动始终。其原因有两个，一个是学生原有的元认知影响着探究活动的开展；另一个是在科学探究活动的每一个环节中，培养和发展学生的元认知知识、元认知监控和元认知体验。同时，每一个研究阶段中需要的元认知条件不同，培养侧重也有不同。随着科学探究活动的不断深入，元认知的使用和培养也在不断地深入和发展。值得一提的是，在探究活动的最后环节即表达与交流和提出问题之间是相互联系的，形成了循环的科学探究活动。这就需要在研究中不仅表达出本问题的研究结论，还要对研究活动进行反思，并由此产生新的研究问题。不仅要获得科学概念或结论，还要对整个探究环节和过程进行习得，从而最终全面培养学生的元认知知识、元认知监控和元认知体验。还有一点，在科学探究中要特别注意学生元认知体验的培养，从而激发学生的科学探究欲望和学习的兴趣（图1）。

（2）科学探究培养小学生元认知发展的具体方法。科学探究的各环节展开是有一定的逻辑顺序的，各环节的研究不仅要落到实处，还要注意各环节之间的联系性，这样才能有效促进学生元认知的发展。下面通过6个环节进一步分析每个环节对元认知培养的具体方法。

第一，提出问题。提出问题在于让学生产生疑问。学生的疑问源于他们对事物的好奇、质疑或困惑等，对不知道的事物产生好奇，与原有的认知发生冲突时产生质疑或困惑[7]。需要指明的是，提问通常包括教师提出的问题、学生筛选出的问题和学生自主提出的问题，每一种问题的提出均伴随着元认知知识的培养。此环节不仅指明了研究内容，使学生了解了探究方向，同时还有助于学生理解任务性质，通过逐步研究可以提升学生元认知学习的意识性。这就要求在本环节创设一个有趣味性和生活性的问题情境，可以通过使用图片、视频、图表、故事、实验等方法进行引导，从而提出问题。此环节中，引导学生聚焦问题的研究，在培养学生任务的知识和策略的知识方面更有突出的作用。

图1 科学探究培养小学生元认知发展模型

第二，猜想与假设。猜想是让学生根据自己已有的知识经验，对事物现象的产生原因或变化关系进行的猜测，具有发散性[8]。假设是对现象的假定性解释，或是对之后将要出现的结果所做的推测。它们不仅确定了探究的内容，同时促进了学生思维的发展，并开始了对元认知监控的培养。所以，在此阶段要充分引导学生结合自己已有的知识和经验对事物现象进行思考，并采用归纳、分析等思维方法进行加工。在此环节中不仅使用了学生原有的元认知知识，更重要的是在研究猜想和假设的过程中，特别重视对学生元认知中任务性知识的培养。在猜想的过程中，要帮助学生分析任务的特点、性质、重难点等，要引导学生结合问题和自己已有的元认知知识提出有依据的猜想和较为完善的假设。

第三，实验方案设计。假设形成后需要进行验证。首先，要知道需要什么样的条件、该怎样做等问题，也就是要进行活动程序设计[9]。这一环节不仅需要学生原有的元认知知识，还可以充分培训和发展元认知知识。在科学探究中，依据研究问题的不同可以进行实验类方案设计、调查类方案设计和考察类方案设计。虽然，它们的形式不同，但内容相似。教师可以指导学生由程序设计、工具设计和人员设计三个方面进行思考，在程序设计中要考虑目的、方法、步骤、结果、结论等；工具设计中要制定研究使用的工具、仪器和材料；最后要对小组成员的任务进行安排，设计实验员、仪器员、记录员、观察员和记录员等。研究中，教师不仅要教给学生问题解决的方法，以及策略步骤的选择，还需要引导学生由问题设计出发，选择恰当的探究方法、时间分配、材料准备、认知程序、方法优化、效果预期等。因此，此环节无论是对学生的元认知知识还是监控的培养都非常重要，所以活动中要做到实处。

第四，验证实验方案。验证方案的实施过程就是收集证据，以对科学假设证实或证伪的过程。验证方案设计完成后，要实施才有意义。学生要依据验证所得出的结果对假设进行论证。假设无论是真是假，都要依据证据来说明。在科学探究活动环节中，通常会采用实验验证、资料收集等方式或方法进行研究。无论选用哪一种，都要引导学生对设计方案进行不断的修整和调整，以得出问题解决的科学认识，帮助学生培养和发展元认知监控。特别要注意的是，活动中要求学生操作要规范。在探究活动中，教师要引导学生注意体验，把探究过程作为研究对象，并在活动中不断地对探究活动进行反思与监控，评估自己的研究策略是否得当，学习目标和学习任务的达成情况如何；同时，还要引导学生对结果进行客观的记录，要实事求是，以发展学生的元认知体验。

第五，描述与解释。描述是对客观事实的反映，描述的内容是验证方案实施后的结果。解释是利用已有的知识经验，对所收集的证据进行思维加工，对事物的变化原因、联系及发展规律进行合理说明[10]。此活动与设计实验方案相对应，在探究活动中要引导学生运用不同的方式，如语言、文字、图片等先对客观事实进行描述。在此过程中，概念或结论的获取并不是最重要的，元认知监控和策略的知识、陈述和程序性的知识才是重点。

第六，表达与交流。表达是指学生把探究内容、过程和结果用语言或者文字等形式表现出来[11]。交流是人与人之间的沟通过程。此活动是群体间对调控学习的促进。所以，在本环节，教师要引导学生选择自己熟悉的、喜欢的、尽可能多样的方式介绍自己的研究过程和结果。在此环节中，要引导学生从目的、方法、工具和材料的使用、步骤、结果、结论等几方面进行介绍，并反思自己的研究过程，将探究的结果与探究开始时的假设进行比较，回顾整体的元认知学习过程，从而反思主体知识、思维方式、认知水平、思维特征等，反思自己的探究步骤、策略和方法，反思学习前后的差距，提出研究中的问题和解决策略。所以，本环节的真正价值在于，将元认知外控转化为内控，使自我观察、自我监控提升到有意识和操作更熟练，从而全面培养学生的元认知知识、元认知监控和元认知体验。