物理问题解决中的元认知策略

罗仕强

摘 要：随着高考改革的稳步推进，新高考对物理学科的科学思维能力的考查上到了一个新的高度。2021年高考甲卷24题的50根传送带让考生考到崩溃，但同时也对中学物理教师敲响了警钟。物理学科的思维能力如何培养也成为了老师们讨论的一个重要话题，今天笔者从问题解决的角度出发谈谈思维能力培养的措施和方法。

关键词：问题解决;思维能力;元认知策略

一、一道题引起的反思

这是宜宾市2019级一诊考试的24题，该题源自2014年全国高考（新课标I卷）25题，考查了平抛运动及带电粒子在复合场中曲线运动问题。

如图，O、A、B为同一竖直平面内的三个点，OB沿竖直方向，∠BOA=60°，OA的长度为L，OB=OA，将一质量为m的小球以一定的初动能自O点水平向右抛出，小球在运动过程中恰好通过A点。若使此小球带电，电荷量为q（q>0），同时加一匀强电场，场强方向与△OAB所在平面平行，且电场方向与竖直向下的夹角为30°。现从O点以同样的初动能沿某一方向抛出此带电小球，该小球也通过了A点，到达A点时的动能是初动能的3倍。不计空气阻力，重力加速度大小為g。

（1）无电场时，求小球到达A点时的动能与初动能的比值;

（2）有电场时，若该小球从O点以同样的初动能沿另一方向抛出，恰好通过B点，求到达B点时的动能与初动能的比值。

该题总分12分，学生平均得分3.18，整体难度0.27。阅卷中发现，第一问学生的得分率比第二问高得多，第二问中学生的错误率非常高，大部分学生都是把带点粒子在电场中的运动当成平抛运动处理，利用运动学公式列式，直接导致了该问商零。大部分学生对熟悉的平抛运动模型能够凭记忆写出公式得分，但对有电场时的一般曲线运动却无从下手。

此题反映出学生在解决曲线运动问题时思维固化，在解决问题的过程中生搬硬套公式的情况比较严重，不能创新分析问题的角度，这恰恰是与新高考灵活多变的风格背道而驰的。为提高学生解决问题的科学思维能力，笔者从元认知的角度进行了探索和实践。

二、问题解决教学中的元认知策略

心理学中元认知策略是一种典型的学习策略，指学生对自己的认知过程及结果的有效监视和控制的策略。元认知策略控制着信息的流程，监控和指导认知过程的进行，包括计划策略、监控策略和调节策略。

笔者认为，物理学科“元认知策略”是指教师引导学生不断储备物理学科的策略性知识，随之学会在物理学习过程中应用策略性知识解决问题，并能在问题解决过程中不断审视自己的思维过程，进而适时调整解决问题的具体措施，最终达到提升科学思维能力的策略。这其中，策略性知识的储备是老师应该完成的一项重要工作。

高考评价体系中对知识的组织方式要求是：整体知识框架与基本事实以陈述性知识形态掌握并形成知识结构，基本概念、基本原理、基本技术与方法以程序性知识形态掌握并保持。物理学科的策略性知识就是程序性知识的形态，是解决物理问题的方法和策略，而不是具体知识的本身。比如在解决“滑块滑板”问题时，我给学生总结的策略性知识是“分别建模、时空关系、转折速度、图像辅助”16个字，引导学生从模型构建入手，再分析两个对象的时空关系，抓住速度相等时发生转折的特点解决问题，必要时再辅助以速度时间图像分析运动过程。在教学过程中，要重视学生的元认知体验，即引导学生在心里不断地问自己策略的实施情况。比如物理模型是什么？我考虑了时空关系了吗？这个题会不会有速度相同的时刻，速度相同后的运动我考虑了吗？通过自问自答的方式监控自己思考问题的方向，以便于及时调整。

三、学生解决问题的元认知策略

（一）审题策略——“3W”审题法

物理问题的题干内容一般可以分为三个部分：情境描述、过程描述、问题及其前提条件描述。问题解决的关键在于对“过程描述”部分的分析，为此我给同学们提出了“3W”审题法。即“what”是什么、“why”为什么、“how”怎么办，用这样三个带有疑问色彩的词语引导学生去分析题干中的内容。首先应该搞清楚的是这个问题考查的物理模型是什么，其次是为什么会是这个模型（实际上这是对自我判定的一个重新审视），最后是我将选用什么样的方法来解决这个问题。

在上面的例题中，“将一质量为 m的小球以一定的初动能自O点水平向右抛出，小球在运动过程中恰好通过A点”是给出的第一个过程。因为水平抛出，所以是平抛运动，结合问题要求末动能和初动能的比值，所以考虑用运动的分解解决问题。第二个过程描述“现从O点以同样的初动能沿某一方向抛出此带电小球，该小球也通过了A点”，因物体受到恒力，所以是匀变速曲线运动，但题中“沿某一方向抛出”说明物体没有明确的抛出方向，故而不能用分解来处理这个问题。再考虑到求解的是动能的关系，也知道空间的长度关系，所以第二问应该用动能定理解决。

（二）纠错策略——“复盘”

“复盘”是心理学中的一个名词，就是将发生过的事情在思维上进行场景重现，重现整个发生发展结束的事件过程，重新审视思考在事件中一切关联的思维和行为对事件的影响，发现问题，找到根源所在，然后进行总结找到规律，不断的积累从而提升个人能力。

带领学生一起复盘，可以有效提升学生进行元认知监控的能力。首先，我会让学生先分析自己对问题的解决过程，思考问题：当时我是怎么想的？我为什么会这样想？将解决问题时的思维过程再现出来。随即让学生看标准的解答，看别人是怎么想的，思考：我为什么没有想到这个方法？通过对比，查找问题，从而不断提升自己的思维能力。

总之，让学生学会用策略性知识解决问题，学会审视自己的思维过程、学会在解决问题的过程中监控自己的思维过程并不断修正，学生的思维能力一定会得到锤炼和提升。

参考文献：

[1]中国高考评价体系——27页