中學物理元認識的訓練教學方案

　　中學物理元認識的訓練教學方案

　　元認知是七十年代國外一些心理學家對學習過程進行認知成分的分析時提出來的概念,1983年介紹到我國后即引起心理學界及教育界的重視,近年來已由理論探討發展到學科教學領域。元認知概念提示我們對認知進行再認知,為教育工作者進行教學改革,提高教育質量打開了一條新的思路。

　　元認知“是個體對自身認知過程的知識和意識,也可稱為檢驗、調整和評價個體思維能力�！雹僭�認知這一概念的內涵筆者認為可以分為三個部分:元認知知識(指認識自己的認知過程所需的一切知識);元認知能力(指認識、評價、監督、調控自己的認知過程所需要的一切能力);元認知體驗(指伴隨認知過程所產生的理智和情感的體驗)。而個體的元認知知識與元認知能力的綜合則表現為其元認知水平”。②將元認知概念及其理論引入中學教學,那么,強化學生的元認知意識、增進學生的元認知知識、發展學生的元認知能力、提高學生的元認知水平,就必然進入我們的教學目標,使教學目標不再單指向各能力層次的知識的獲得,而將向認識活動的過程移動,并且由認知目標擴展到了元認知目標;教學目標不再單指向外顯型的行為目標,將更多地向內隱型的心理活動目標移動;教學目標不再以教師控制的外控型目標為滿足,而向學生自控型的目標發展。教學目標的擴展和深化,必然引起教學內容、教學方法以及教學評價諸領域的相應變化。顯然,學生的元認知知識和能力,是學生學會學習的基礎,今天的教改應當深入到這個層次。

　　1、元認知知識的傳授

　　元認知知識涉及的面很寬。例如,關于學習活動的元認知知識有:知道學習有哪些環節,明確各環節的要求,理解怎樣才能做到這些要求的建議等;關于認知活動的元認知知識有:了解認知有若干心理過程,明確每一心理過程有若干環節或子過程,理解個體心理過程有品質的差異及改善品質的若干策略等;關于學科學習的元認知知識又是因學科的不同而不同的,關于物理學習的元認知知識有:知道物理學習有概念、規律、實驗、思想方法等若干方面,明確學習每一方面的意義和具體要求,理解學習物理知識的不同層次的水平差異等。

　　課堂教學的內容主要由教科書提供,各學科教科書中蘊藏著以上元認知內容的某些部分。但教科書是以各學科知識結構為系統來編寫的,關于元認知的內容是不系統的,而且往往是隱含的、點滴的,散見的,因此需要發掘教材中的元認知成分,并加以系統化。而且元認知知識與科學知識在學生心目中的地位也是不一樣的:后者是各種重要的、非重要的考試的對象,而前者從不是考試的對象,因而多數學生只把后者作為學習對象,于是加大了教學的難度。同時,還有一些元認知知識(如認知活動)是不出現在教材中的,因此還需要補充一些講座和文字材料、音像材料或微機軟件。

　　元認知理論的引入,使教學內容由教科書中外顯的知識深入到了書中蘊藏的元認知因素;使教學內容由以教材為主擴展到課外教育書籍或教師針對自己學生撰寫的補充材料;使教學內容以學科內容為主而又滲透了必要的、少量的、能為學生接受的心理學內容及行為規范、學習習慣等教育內容。

　　筆者于最近六年時間中,努力致力于元認知知識的傳播。除物理課堂教學滲透外,還在認真洞察分析學生學習習慣現狀的基礎上,針對學生實際分擬“作業要求”、“怎樣上好早讀”、“怎樣上好課”、“怎樣在家復習功課”等一、兩千字的短文印發給學生,和其他教師一起向學生宣講短文內容,努力擴展學生有關學習活動的元認知知識。組織一、兩百個學生參加的“學習與心理”系列講座,和其他教師一起講演關于立志、意志、情感、注意、記憶各專題,努力擴展學生關于認知過程的元認知知識。

　　2、元認知能力的訓練

　　元認知能力是區別于記憶力、想象力、思維能力等一般認知能力的特殊能力,這種特殊能力通過意識(元認知方面的認識和傾向)、判斷(對自己知識、能力現狀及認知特點的評價)等心理活動及調控行為(對自己學習目標、手段、情緒實施調節控制)表現出來的。其中,核心是調控。對某一具體的元認知活動來說,調控又可分為相統一的兩個階段。一個是監測,即對自己某一認識活動的判斷和評價;一個是控制,即對繼續下去的認知活動的調節�？刂埔员O測為基礎,監測以控制為目的。

　　元認知知識的獲得與學科知識的獲得一樣,是通過信息的傳遞來完成的,元認知能力的培養與各種一般能力的培養一樣,是通過行為規則的訓練來完成的。同時,元認知能力又是較一般認知能力層次更高的能力,因而關于元認知能力訓練的難度必然大于一般認知能力訓練的難度。

　　我們先來看一個含有元認知知識教學及能力培養的教學過程。

　　為了培養學生良好的解題習慣,首先必須回答什么是良好的解題習慣,于是結合課堂教學逐漸向學生傳授有關物理的良好解題習慣的元認知知識:第一、解題前充分思維的習慣。專心地、仔細地閱讀題目,分析題目所描述的物理現象,弄清已知量、所求量和繁體結構,在估計解題方向的基礎上選擇最佳解題方案,都必須通過充分思維。第二,利用圖形輔助解題的習慣。圖形能夠把題目所描述的或者思考過程中的物理現象具體化、形象化、模型化,使已知與未知條理化。第三,解題中書寫必要文字敘述的習慣。文字敘述是思維外顯的方式之一,書寫文字敘述的過程也是理清解題思路、糾正偏差的過程。第四,解后反思的習慣,審視答案的正確性、真實性,回顧解題所用的知識、技能、思想方法,使解題中取得的感性經驗逐漸積累、升華為理性的知識、觀念。講解中既說明什么是良好的解題習慣,而且也說明為什么這是良好的解題習慣,以便于學生在理解的基礎上去實踐。

　　但是,學生明確什么是和為什么是良好的解題習慣到愿意實踐到真正形成良好的解題習慣,往往還有一個很長的過程。尤其是解后反思,很多學生認為不必要,即使認為必要也不想付諸實踐,學生在這個問題上的元認知意識一般比針對自己學習方法的元認知意識要差得多。于是,教師在傳授元認知知識的基礎上,需要創設問題情境,為學生提供實踐機會,開展元認知能力的訓練工作。

　　例如為培養解后反思的習慣,某次訓練中教師給出如下課外練習:“把四個阻值均為1歐的電阻與電動勢為6伏,內阻為1歐的電源連接起來,要使外電路消耗的電功率為最大,其外電路的總電阻是多少?這四個電阻應該怎樣連接?”請同學們用盡可能多的方法去解這個問題。由于教材中已刪去了電源最大輸出功率的內容,因而同學們沒有現成的思路可以利用。教師收集學生的多種解法,讓學生陳述自己的思路,將各種解法的主要思路反饋給全體學生。在這以后,解后反思的元認知過程就開始了。

　　教師首先讓各種解法的學生敘述是如何得到這種解法的,促使學生把自己(和同學)的認知過程作為研究對象。

　　其次讓學生討論這些解法是否可以歸類,促使學生評價同一認知結果的不同認知過程,由于不同解法收集了七、八種之多,使得歸類工作富有創造性,學生討論得很有興趣。最后一致認為主要解法有三類:一類是利用輸出功率P的關系式求極值。其中又有利用P與外電阻R的關系和P與干路電流I的關系兩種方法。每一方法中由于求極值的方法的不同而又有物理思想相同,數學思路不同的各種解法。第二類是直接利用物理判斷解決問題。如當外電阻等于內電阻時,P有極大值。或電路中電流為短路電流的一半時,P有極大值。第三類是用窮舉法解決問題。算出這四個電阻所有可能接法消耗的電功率,其中必有一個功率最大反過去就找到了功率最大時外電路的總阻值及各電阻的接法。

　　歸類工作完成之后,進行第三步,讓學生討論還有沒有其它解法,促使學生利用有意的思考激活相關知識,進一步獲得元認知體驗。結果學生們發現進行比較歸類有提示新的思路的作用。由于P還與端電壓U有關系,于是又找出用P與U的關系和P與I、U的關系的兩種屬于求極值一類的解法并獲得一個新推論:當端電壓等于干路電流與內阻的.乘積時,P有極大值。

　　這許多解法使學生們興奮并思路開展,于是又進行第四步,討論哪種解法更好,促使學生評價不同思路在達到解題這個認知目標中的優劣,為認知過程的調控打下認識基礎。學生們認為第三類解法局限性大,如果不給外電阻的情況就無法使用;第一類解法最正規;第二類解法簡捷,但必須具有相關的物理知識。

　　第五步,請做錯或做不起的同學敘述原因,促使學生把出錯的認知過程也作為研究對象,進一步為認知過程的調控打下認識基礎。同學們發現做不起的原因主要是數學知識不熟,不會求極值。做錯的思路主要是兩種:一種認為電路中電流越大,消耗的功率也越大因而將四個電阻并聯;一種認為電阻越大,消耗的功率越大,因而將四個電阻串聯。這兩種思路的錯誤都在于作了根據不充分的物理判斷。

　　在以上討論的基礎上,教師對用求極值的方法和用物理判斷求解物理量的最大值或最小值問題進行了總結,說明了這兩種方法的特點、聯系、區別及選用原則。

　　第六步,讓學生說說解后反思的收獲,或者說說自己是否能夠聽懂得各種解法,是否能夠掌握各種解法,在其它類似的情況下估計自己是否能想起并正確運用這些解法,促使學生進一步評價自己有關的知識與能力現狀,進一步激發把自己(和同學)的認知過程作為對象來研究的意識,進一步感受伴隨認知過程所產生的理智的和情感的體驗。

　　這些討論本來已超出了一題多解的范圍而進入了元認知的領域,但當教師把學生的思維閘門打開之后,學生的思路往往不一定按教師預先的設想進行。學生們又提出了新的問題。

　　這道題按求極值的方法求出當R=r=1歐時,輸出功率P有極大值,而所給外電路的四個電阻也恰好可以組合為1歐的電阻。那么如果外電路給的是三個1歐的電阻或五個1歐的電阻,用它們不能組合為剛好1歐的電阻時,答案又該是多少呢?于是再進一步討論,一致認為,找一個組合,使該組合的總阻值比其它組合的總阻值更接近1歐就可以了。又有同學提出,我們對這個問題全貌還不清楚,要真正的清楚這個輸出功率變化的問題,應該畫一個輸出功率隨外電阻變化的P-R圖象。畫出的圖象又促使同學們修正自己的判斷:由于圖線最大值的兩則不對稱,因而應將所有可能的外電阻值最接近1歐的一大一小兩個值帶入公式計算出功率,誰輸出功率大,誰就是答案。

　　同學們感嘆:沒想到這個問題表面上看不難,卻能這么深入地想下去,真有意思。

　　這個教學過程,對我們有以下幾點啟示。

　　第一,元認知過程與認知過程是相互交織、滲透的。元認知是對認知的認知,因而它發生在認知之后,但不斷地對正在進行的認知的各個局部進行認知,就使元認知與認知相互交織、滲透,有時能相互剝離,有時竟不能。從教學的角度看,這兩者能區分就區分,以有利于學生元認知意識的形成;不好區分的就不區分,因為這兩者能同樣是為學生的發展作貢獻的。在這個例

　　子中,通過解后反思這個認知與元認知交織過程,學生對有關物理知識、思想方法、數學知識及其能力都得到增長和強化,學生對自己認知過程的監測、控制能力得到了訓練,從中獲得了把認知過程作為研究對象的成功的體驗。教師有必要反思整個教學過程的細節,適當區分認知與元認知,以獲得有關元認知教學的反饋。對學生則只要留下解后反思好,把自己或同學的思路進行深入研究很有必要的印象就達到元認知教學的基本目的了。

　　為了從概念上區分認知與元認知(因為元認知也是一種認知),我們不妨把對客體的認知稱為客體認知,而把對客體認知的認知稱為元認知。

　　第二,教學過程中,師生的相互作用增強了。教師的教學設計,不但要能指導學生的認知活動,而且要能控制學生的元認知活動較客體認知更高層次的思維活動,教師對學生的作用加強了。學生的思路是教師用幾個程序性問題打開的,而學生思路一旦打開,就由他自己的方式開展,反過來又作用于教師,教師備課時只能在明確的教學目標下,決定討論的主題,對可能的結果作大致的估計,不可能、也不必要把一切情況部估計到,對學生的反作用教師應學會臨機應變,學生對教師的作用也增強了。

　　第三,把元認知引入教學,需要相應的教學時間。增強了元認知知識的傳授和元認知能力培養等教學內容,自然需要增加相應的教學時間,特別是為了讓更多的同學開展思維,加入到元認知活動之中,必須留足充分思考、充分討論的時間。如剛才所舉的例子,且不說讓學生在課外思考討論所用的時間,單在課堂上匯集討論結果都需要較多的時間。為了獲得元認知教學的時間,一是精心安排每堂課的教學內容,適當減少講解時間,增加師生共同活動時間,以便展現思維過程,并以它為對象進行討論、研究。一是由課堂向課外延展,利用課外活動時間傳授非單純學科的元認知知識。當然上述詳盡討論只能是典型,不可能多,須仔細選擇和設計,以帶動零星訓練。

　　由以上的啟示可知,將元認知引入教學后,其元認知訓練與一般教學是相互滲透的,并不增加新的教學方法,只是各種教學方法使用頻率、使用時間的比例有所變化,使其中教導式的方法向論辯式的方法偏移,由課內向課外延展。

　　當前,把元認知因素溶合到物理及各科教學中,是深入進入教學改革,培養德智體全面、和諧發展的人材的可行的新思路。我們應當根據學生現狀,針對一個年級、一個班級、一個學生反復進行指導與訓練,努力激發學生的元認知意識,提高學生監測、調控自己認知過程的能力,力圖通過教學的控制作用,促使學生對認知過程的認識與監控由無意識到有意識到自動化、習慣化的程度。六年來的實踐證明,在教學中加入了元認知的內容,有利于學生學會學習,成為更為有效、更為靈活的學習者,這符合我們培養二十一世紀創造型人才的方向。

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