中学物理教学中元认识的训练_教学参考-查字典物理网

内容提要本文简介了元认知的概念,提出了元认知的内涵及其对教学的意义,并根据教学经验提出了中学物理教学中元认知知识的传授和能力的训练方式,为当前深入教学改革提供了一个新的思路和作法。

关键词认知元认知物理教学评价

元认知是七十年代国外一些心理学家对学习过程进行认知成分的分析时提出来的概念,1983年介绍到我国后即引起心理学界及教育界的重视,近年来已由理论探讨发展到学科教学领域。元认知概念提示我们对认知进行再认知,为教育工作者进行教学改革,提高教育质量打开了一条新的思路。

元认知“是个体对自身认知过程的知识和意识,也可称为检验、调整和评价个体思维能力。”①元认知这一概念的内涵笔者认为可以分为三个部分:元认知知识(指认识自己的认知过程所需的一切知识);元认知能力(指认识、评价、监督、调控自己的认知过程所需要的一切能力);元认知体验(指伴随认知过程所产生的理智和情感的体验)。而个体的元认知知识与元认知能力的综合则表现为其元认知水平”。②将元认知概念及其理论引入中学教学,那么,强化学生的元认知意识、增进学生的元认知知识、发展学生的元认知能力、提高学生的元认知水平,就必然进入我们的教学目标,使教学目标不再单指向各能力层次的知识的获得,而将向认识活动的过程移动,并且由认知目标扩展到了元认知目标;教学目标不再单指向外显型的行为目标,将更多地向内隐型的心理活动目标移动;教学目标不再以教师控制的外控型目标为满足,而向学生自控型的目标发展。教学目标的扩展和深化,必然引起教学内容、教学方法以及教学评价诸领域的相应变化。显然,学生的元认知知识和能力,是学生学会学习的基础,今天的教改应当深入到这个层次。

1、元认知知识的传授

元认知知识涉及的面很宽。例如,关于学习活动的元认知知识有:知道学习有哪些环节,明确各环节的要求,理解怎样才能做到这些要求的建议等;关于认知活动的元认知知识有:了解认知有若干心理过程,明确每一心理过程有若干环节或子过程,理解个体心理过程有品质的差异及改善品质的若干策略等;关于学科学习的元认知知识又是因学科的不同而不同的,关于物理学习的元认知知识有:知道物理学习有概念、规律、实验、思想方法等若干方面,明确学习每一方面的意义和具体要求,理解学习物理知识的不同层次的水平差异等。

课堂教学的内容主要由教科书提供,各学科教科书中蕴藏着以上元认知内容的某些部分。但教科书是以各学科知识结构为系统来编写的,关于元认知的内容是不系统的,而且往往是隐含的、点滴的,散见的,因此需要发掘教材中的元认知成分,并加以系统化。而且元认知知识与科学知识在学生心目中的地位也是不一样的:后者是各种重要的、非重要的考试的对象,而前者从不是考试的对象,因而多数学生只把后者作为学习对象,于是加大了教学的难度。同时,还有一些元认知知识(如认知活动)是不出现在教材中的,因此还需要补充一些讲座和文字材料、音像材料或微机软件。

元认知理论的引入,使教学内容由教科书中外显的知识深入到了书中蕴藏的元认知因素;使教学内容由以教材为主扩展到课外教育书籍或教师针对自己学生撰写的补充材料;使教学内容以学科内容为主而又渗透了必要的、少量的、能为学生接受的心理学内容及行为规范、学习习惯等教育内容。

笔者于最近六年时间中,努力致力于元认知知识的传播。除物理课堂教学渗透外,还在认真洞察分析学生学习习惯现状的基础上,针对学生实际分拟“作业要求”、“怎样上好早读”、“怎样上好课”、“怎样在家复习功课”等一、两千字的短文印发给学生,和其他教师一起向学生宣讲短文内容,努力扩展学生有关学习活动的元认知知识。组织一、两百个学生参加的“学习与心理”系列讲座,和其他教师一起讲演关于立志、意志、情感、注意、记忆各专题,努力扩展学生关于认知过程的元认知知识。

2、元认知能力的训练

元认知能力是区别于记忆力、想象力、思维能力等一般认知能力的特殊能力,这种特殊能力通过意识(元认知方面的认识和倾向)、判断(对自己知识、能力现状及认知特点的评价)等心理活动及调控行为(对自己学习目标、手段、情绪实施调节控制)表现出来的。其中,核心是调控。对某一具体的元认知活动来说,调控又可分为相统一的两个阶段。一个是监测,即对自己某一认识活动的判断和评价;一个是控制,即对继续下去的认知活动的调节。控制以监测为基础,监测以控制为目的。

元认知知识的获得与学科知识的获得一样,是通过信息的传递来完成的,元认知能力的培养与各种一般能力的培养一样,是通过行为规则的训练来完成的。同时,元认知能力又是较一般认知能力层次更高的能力,因而关于元认知能力训练的难度必然大于一般认知能力训练的难度。

我们先来看一个含有元认知知识教学及能力培养的教学过程。

为了培养学生良好的解题习惯,首先必须回答什么是良好的解题习惯,于是结合课堂教学逐渐向学生传授有关物理的良好解题习惯的元认知知识:第一、解题前充分思维的习惯。专心地、仔细地阅读题目,分析题目所描述的物理现象,弄清已知量、所求量和繁体结构,在估计解题方向的基础上选择最佳解题方案,都必须通过充分思维。第二,利用图形辅助解题的习惯。图形能够把题目所描述的或者思考过程中的物理现象具体化、形象化、模型化,使已知与未知条理化。第三,解题中书写必要文字叙述的习惯。文字叙述是思维外显的方式之一,书写文字叙述的过程也是理清解题思路、纠正偏差的过程。第四,解后反思的习惯,审视答案的正确性、真实性,回顾解题所用的知识、技能、思想方法,使解题中取得的感性经验逐渐积累、升华为理性的知识、观念。讲解中既说明什么是良好的解题习惯,而且也说明为什么这是良好的解题习惯,以便于学生在理解的基础上去实践。

但是,学生明确什么是和为什么是良好的解题习惯到愿意实践到真正形成良好的解题习惯,往往还有一个很长的过程。尤其是解后反思,很多学生认为不必要,即使认为必要也不想付诸实践,学生在这个问题上的元认知意识一般比针对自己学习方法的元认知意识要差得多。于是,教师在传授元认知知识的基础上,需要创设问题情境,为学生提供实践机会,开展元认知能力的训练工作。

例如为培养解后反思的习惯,某次训练中教师给出如下课外练习:“把四个阻值均为1欧的电阻与电动势为6伏,内阻为1欧的电源连接起来,要使外电路消耗的电功率为最大,其外电路的总电阻是多少?这四个电阻应该怎样连接?”请同学们用尽可能多的方法去解这个问题。由于教材中已删去了电源最大输出功率的内容,因而同学们没有现成的思路可以利用。教师收集学生的多种解法,让学生陈述自己的思路,将各种解法的主要思路反馈给全体学生。在这以后,解后反思的元认知过程就开始了。

教师首先让各种解法的学生叙述是如何得到这种解法的,促使学生把自己(和同学)的认知过程作为研究对象。

其次让学生讨论这些解法是否可以归类,促使学生评价同一认知结果的不同认知过程,由于不同解法收集了七、八种之多,使得归类工作富有创造性,学生讨论得很有兴趣。最后一致认为主要解法有三类:一类是利用输出功率P的关系式求极值。其中又有利用P与外电阻R的关系和P与干路电流I的关系两种方法。每一方法中由于求极值的方法的不同而又有物理思想相同,数学思路不同的各种解法。第二类是直接利用物理判断解决问题。如当外电阻等于内电阻时,P有极大值。或电路中电流为短路电流的一半时,P有极大值。第三类是用穷举法解决问题。算出这四个电阻所有可能接法消耗的电功率,其中必有一个功率最大反过去就找到了功率最大时外电路的总阻值及各电阻的接法。

归类工作完成之后,进行第三步,让学生讨论还有没有其它解法,促使学生利用有意的思考激活相关知识,进一步获得元认知体验。结果学生们发现进行比较归类有提示新的思路的作用。由于P还与端电压U有关系,于是又找出用P与U的关系和P与I、U的关系的两种属于求极值一类的解法并获得一个新推论:当端电压等于干路电流与内阻的乘积时,P有极大值。

这许多解法使学生们兴奋并思路开展,于是又进行第四步,讨论哪种解法更好,促使学生评价不同思路在达到解题这个认知目标中的优劣,为认知过程的调控打下认识基础。学生们认为第三类解法局限性大,如果不给外电阻的情况就无法使用;第一类解法最正规;第二类解法简捷,但必须具有相关的物理知识。

第五步,请做错或做不起的同学叙述原因,促使学生把出错的认知过程也作为研究对象,进一步为认知过程的调控打下认识基础。同学们发现做不起的原因主要是数学知识不熟,不会求极值。做错的思路主要是两种:一种认为电路中电流越大,消耗的功率也越大因而将四个电阻并联;一种认为电阻越大,消耗的功率越大,因而将四个电阻串联。这两种思路的错误都在于作了根据不充分的物理判断。

在以上讨论的基础上,教师对用求极值的方法和用物理判断求解物理量的最大值或最小值问题进行了总结,说明了这两种方法的特点、联系、区别及选用原则。

第六步,让学生说说解后反思的收获,或者说说自己是否能够听懂得各种解法,是否能够掌握各种解法,在其它类似的情况下估计自己是否能想起并正确运用这些解法,促使学生进一步评价自己有关的知识与能力现状,进一步激发把自己(和同学)的认知过程作为对象来研究的意识,进一步感受伴随认知过程所产生的理智的和情感的体验。

这些讨论本来已超出了一题多解的范围而进入了元认知的领域,但当教师把学生的思维闸门打开之后,学生的思路往往不一定按教师预先的设想进行。学生们又提出了新的问题。

这道题按求极值的方法求出当R=r=1欧时,输出功率P有极大值,而所给外电路的四个电阻也恰好可以组合为1欧的电阻。那么如果外电路给的是三个1欧的电阻或五个1欧的电阻,用它们不能组合为刚好1欧的电阻时,答案又该是多少呢?于是再进一步讨论,一致认为,找一个组合,使该组合的总阻值比其它组合的总阻值更接近1欧就可以了。又有同学提出,我们对这个问题全貌还不清楚,要真正的清楚这个输出功率变化的问题,应该画一个输出功率随外电阻变化的P-R图象。画出的图象又促使同学们修正自己的判断:由于图线最大值的两则不对称,因而应将所有可能的外电阻值最接近1欧的一大一小两个值带入公式计算出功率,谁输出功率大,谁就是答案。

同学们感叹:没想到这个问题表面上看不难,却能这么深入地想下去,真有意思。

这个教学过程,对我们有以下几点启示。

第一,元认知过程与认知过程是相互交织、渗透的。元认知是对认知的认知,因而它发生在认知之后,但不断地对正在进行的认知的各个局部进行认知,就使元认知与认知相互交织、渗透,有时能相互剥离,有时竟不能。从教学的角度看,这两者能区分就区分,以有利于学生元认知意识的形成;不好区分的就不区分,因为这两者能同样是为学生的发展作贡献的。在这个例

子中,通过解后反思这个认知与元认知交织过程,学生对有关物理知识、思想方法、数学知识及其能力都得到增长和强化,学生对自己认知过程的监测、控制能力得到了训练,从中获得了把认知过程作为研究对象的成功的体验。教师有必要反思整个教学过程的细节,适当区分认知与元认知,以获得有关元认知教学的反馈。对学生则只要留下解后反思好,把自己或同学的思路进行深入研究很有必要的印象就达到元认知教学的基本目的了。

为了从概念上区分认知与元认知(因为元认知也是一种认知),我们不妨把对客体的认知称为客体认知,而把对客体认知的认知称为元认知。

第二,教学过程中,师生的相互作用增强了。教师的教学设计,不但要能指导学生的认知活动,而且要能控制学生的元认知活动较客体认知更高层次的思维活动,教师对学生的作用加强了。学生的思路是教师用几个程序性问题打开的,而学生思路一旦打开,就由他自己的方式开展,反过来又作用于教师,教师备课时只能在明确的教学目标下,决定讨论的主题,对可能的结果作大致的估计,不可能、也不必要把一切情况部估计到,对学生的反作用教师应学会临机应变,学生对教师的作用也增强了。

第三,把元认知引入教学,需要相应的教学时间。增强了元认知知识的传授和元认知能力培养等教学内容,自然需要增加相应的教学时间,特别是为了让更多的同学开展思维,加入到元认知活动之中,必须留足充分思考、充分讨论的时间。如刚才所举的例子,且不说让学生在课外思考讨论所用的时间,单在课堂上汇集讨论结果都需要较多的时间。为了获得元认知教学的时间,一是精心安排每堂课的教学内容,适当减少讲解时间,增加师生共同活动时间,以便展现思维过程,并以它为对象进行讨论、研究。一是由课堂向课外延展,利用课外活动时间传授非单纯学科的元认知知识。当然上述详尽讨论只能是典型,不可能多,须仔细选择和设计,以带动零星训练。

由以上的启示可知,将元认知引入教学后,其元认知训练与一般教学是相互渗透的,并不增加新的教学方法,只是各种教学方法使用频率、使用时间的比例有所变化,使其中教导式的方法向论辩式的方法偏移,由课内向课外延展。

当前,把元认知因素溶合到物理及各科教学中,是深入进入教学改革,培养德智体全面、和谐发展的人材的可行的新思路。我们应当根据学生现状,针对一个年级、一个班级、一个学生反复进行指导与训练,努力激发学生的元认知意识,提高学生监测、调控自己认知过程的能力,力图通过教学的控制作用,促使学生对认知过程的认识与监控由无意识到有意识到自动化、习惯化的程度。六年来的实践证明,在教学中加入了元认知的内容,有利于学生学会学习,成为更为有效、更为灵活的学习者,这符合我们培养二十一世纪创造型人才的方向。

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