2011-2021年国外生物学教学中对元认知能力研究的可视化分析

吴朝暄 林丽珍 管晓恬 傅一挺 娄志义 陈延松

摘要以生物学学科核心素养为导向的新一轮改革中，侧重自主学习能力和终身学习能力等元认知能力，已然成为了教育研究的新热点。为揭示近十年来国外元认知能力在生物学教学领域中研究的热点、方向和前沿趋势，并与我国进行比较，将基于WOS核心数据库，运用文献计量分析法对文献进行可视化分析，结果将为今后国内开展相关研究及教师进行生物学教学提供指导、参考和借鉴意义。

关键词 核心素养 元认知能力 聚类分析 多为尺度分析 社会网络分析

中图分类号 G633.91

文献标志码 B

元认知能力指个体在进行认知活动过程中产生的自我计划、监控和评价等的能力。自弗拉维尔提出元认知能力概念后，国外专家学者们在各个领域都做了相应研究，而我国的研究始于1989年董奇的《论元认知》，现仍处于发展的萌芽阶段。因此，我国的教育研究者还需要科学认识生物学教学中元认知能力培养的重要性，深入分析我国当前存在的不足之处，力图寻找推动学生生物学学科核心素养不断提升的突破口。有鉴于此，笔者试图梳理国外近十年已发表的关于生物学教学中培养学生元认知能力的相关文献，分析该领域的研究热点和趋势，并同国内现状进行异同对比。

1数据准备

1.1数据来源

在Web of Science核心集数据库中检索元认知能力的相关文献。采用基本检索功能，检索时间为2021年5月20日，以“Metacognitive ability/metacognition”和“biology”为主题词，限制发表时间于2011～2021年。精选后共收集87篇文献，进行数据分析。

1.2研究工具

书目共线分析系统（Bicomb 2.0）、SPSS25.0软件和社会网络分析软件（UCINET6.0）。

1.3研究方法

将文献导至Biocomb2.0软件，进行高频关键词的筛选和提取，生成词篇矩阵和共现矩阵。前者用于聚类分析，根据邬金鸣等的方法，采用系统聚类法的凝聚聚类算法，通过计算关键词之间的相似性，聚集成为不同的类群;后者用于多维尺度分析和社会网络分析，采用SPSS25.0生成Ochiai系数相同矩阵后，再转化为相异矩阵生成欧式距离模型，由于Stress=0.12220、RSQ=0.93644，因此拟合度极理想。根据魏顺平等的方法，进行社会网络分析，通过密度分析、中心性测度、中介中心性测度和小团体分析（当团体数大于4时，Fitness值转折“Fitness=18”，因此团体数为4）等，得到国外元认知能力研究在生物学领域的主要方向。

2结果与分析

2.1高频关键词分析

通过分析文献中的高频关键词可以得知主题和研究热点之间的关系。根据词频算法和累计比重等因素，将频次大于等于2的关键词作为高频关键词，其出现频次相加共占总关键词的25.4332%，见表1（前20个）。除去检索主题词，“科学教育”“主动学习”“评估”“自然选择”“进化”等也是该领域的研究热点。

2.2高频关键词社会网络分析

通过UCINET6.0软件进行密度分析、中心性测度、中介中心性测度和Netdraw功能分析，得到如图1所示的可视化结果，其中节点有22个，连线有52条。方形表示节点，节点的大小表示其在网络之中的作用和影响力，节点与节点之间的线段的粗细表示彼此之间的关系紧密程度。

由图1可知，近十年生物学教学中发展学生元认知能力的研究紧密围绕在以“进化”“评价”“自主学习能力”为核心的高频关键词周围，可以认为这是目前国外研究的热点方向。

与“进化”相连的是“模拟”“认知层的障碍”“自然选择”“目的论”，说明在生物学教学中，学生在仿真的问题情境下，能激发其原有认知结构中已有的观念并与新知识之间产生联系，营造认知“冲突”，从而有效提升學生的元认知能力水平。教师应当充分挖掘教材中已有的情景，与社会中真实的问题情景相结合，创设出适合学生思考、反思和再认知的学习情景。

与“评价”相连的是“大学本科”“自主学习”“自我认知论”“认知发展”等，说明在本科阶段的生物学教学中，通过对学生进行终身学习教育，培养学生的自主学习能力，能有效提高学生的元认知能力水平。因此，教师应当传授多种自我监控、自我管理和自主学习的知识策略来提升学生的元认知能力。

与“自主学习能力”相连的是“动机”“科学教育”“潜在剖面分析”等，说明生物学教学中与其他学科进行适当的交叉教学，能更好地激发学生的学习动机、发展学生的元认知能力。教师应当意识到生物学和其他科学是相互渗透的、共同发展的，而非割裂的，在备课过程中应充分挖掘教材中有关学科交叉的相关内容和方法，加强学科之间的横向联系。最后一个类群是“方法”与“材料”，说明在生物学教学中可以通过传授元认知知识和元认知策略来提升学生的元认知能力。

2.3高频关键词聚类分析和多维尺度分析

通过SPSS25.0软件分析后可将高频关键词分为4组，如图2、图3所示，其能直观体现近十年间生物学教学领域中元认知能力的研究热点和趋势。

第一类关键词：自主学习、大学本科和自主学习能力。在国外本科阶段的生物学教学中，教师能通过培养学生的自主学习能力和自我调节能力来有效促进元认知能力的提升。Pesout Ondra等的研究中也印证了分析结果，他认为进行合理的自我调节和自我管理能够发展学生的元认知能力，且能有效激发学生主动学习的意识。我国《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《新课标》）中也同样指出：培养学生具有终身学习的能力和自主发展的能力，其中，学生元认知能力的培养对于提高学生的学习效率、促进学生的全面发展和终身发展有着重要作用。这既是普通高中教育的定位，又是生物学课程的根本任务。

第二类关键词：评估、动机、潜在剖面分析、认知发展和自我认识论。国外在生物学教学中，重视通过教与学的评价来分析学生的认知水平和元认知能力高低;强调多样化的评价方式和结果反馈来实现被评者和评价者共同发展的评价原则。当前，我国以核心素养为导向的教育教学改革中，也十分注重教、学、评一致性，紧跟国际的潮流趋势。以学生发展为本、以生物学课程内容和学业质量标准为依据的评价，其聚焦了学科核心素养，既发展了教师的教，又促进了学生的学。

第三类关键词：进化、自然选择、认知层的障碍、目的论和模拟。国外在进化与适应专题的中学生物学教学中，强调通过模拟生命起源和生物进化等真实的问题情境来引发学生的认知“冲突”，利用设置的认知“障碍”来启发学生对自身认知过程的反思和再认知，从中训练学生的批判性思维、发展元认知能力。HacerUlu的研究同样表明了元认知能力和高阶思维的培养之间存在正向影响的关系。在我国2019版普通高中生物学教科书《必修2·遗传与进化》中，同样也体现了利用高阶思维的培养和反思训练来发展学生生命观念的“影子”。例如，我国将生物学特有的核心素养的培养——进化与适应观，通过大量的事实证据和正反论证，使学生逐步总结、凝练和升华，从而建立起“生物的多样性和适应性是进化的结果”的大概念。

第四类关键词：学习方法、材料、种子植物、学生成绩和医学教育。国外尝试通过以生物学教学为主，辅以植物学、数学和医学等相关领域，开展学科交叉从而发展学生的元认知能力，以期为学生在未来择业打下基础。2013年美国政府颁布《联邦STEM教育五年战略计划》（国家科学技术委员会）的报告验证了这一点，它将高等教育阶段STEM教育提至国家战略高度，既重视职业教育为就业服务，也重视文化教育为升学服务。与此同时，我国《新课标》中也指出：应落实科学、技术和社会相互关系的教育（“STS”教育）、重视学科间的联系和帮助学生更好地生活、就业;随后的几年里，我国以面向核心素养的STEM教育，成为了跨学科的重要载体;提升教师的跨学科能力，成为了落实“十四五”规划和复合型创新人才培养的核心所在。通过上述分析，可知其与高频关键词分析和社会网络分析的结果具有高度相似性。

3总结

近十年，国外在生物学教学领域中的元认知能力研究分析可以看出：1对终身学习、学科交叉、“教学评”一体化和进化与适应等方面是关注的重点;2重视元认知能力在实践上的研究，涉及领域主要在心理学、医学和教育教学;其在生物学教学中，学段主要覆盖中学和本科阶段;3尝试通过学科交叉手段来培养学生思维能力的“热浪”逐渐兴起。我国也紧随其后，将元认知能力的培养渗透进了以核心素养为导向的新一轮教育教学改革之中，同时掀起了推动元认知能

力研究蓬勃发展的又一次巨浪。

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