元認知和物理元認知能力培養＊①

竇 瑾

（南京曉莊學院物理與電子工程學院 江蘇 南京 2111 71 ）

元認知是20 世紀70 年代美國心理學家弗勞威爾（J．H．Flavell）提出來的．元認知的提出加深了人們對個體學習（問題解決，下同）本質的認識，對物理教學實踐有著極其重要的啟發和指導價值．下面，從一則學生的“思維留跡”文本談起．

【問題】有4個電源，電動勢均為8V，內阻分別為R1＝1Ω，R2＝2Ω，R3＝4Ω，R4＝8Ω．現在要對一個阻值R＝2Ω的電阻供電，為使該電阻獲得最大的功率，你認為應該選用內阻為多少的電源？

這是一個簡單串聯電路的功率分配問題．好像有這么一個結論：“外電阻等于內電阻（R＝r）時，外電路上的電功率有最大值．”對！有這么回事．所以，應該是選用內阻為2Ω的電源對該電阻供電．

解析1：因為“外電阻等于內電阻（R＝r）時，外電路上的電功率有最大值”，所以，選用內阻為2Ω的電源對阻值R＝2Ω的電阻供電，才能使該電阻獲得最大的功率．

真是太簡單了！真的就這么簡單嗎？是不是太意氣用事了？還是更理性一點為妥．不妨用笨辦法再逐個算一下．選用1Ω內阻的電源供電時，由

代入數據可得R＝2Ω的電阻能夠獲得功率

同理，選用2Ω內阻的電源供電時，R＝2Ω的電阻能夠獲得功率

P2＝8W

則P1＞P2怎么和前面得到的結果不一致啊？好像這里并沒有算錯啊．問題到底出在哪里啊？原來，“外電阻等于內電阻（R＝r）時，外電路上的電功率有最大值”適用于電源確定而外電阻可選的情形，這里是外電阻確定而電源可選的情形．兩者背景不一樣，自然就不能混為一談了．

解析2：由P＝I2R可知，電阻R上消耗的電功率

顯然，P是r的單調減函數，所以就題設條件而言，選用內阻r＝1Ω的電源供電時，R＝2Ω的電阻上能夠獲得最大的電功率．

這下肯定不會錯了吧，因為分析、列式、推理都沒有錯．但有了“前車之鑒”，還是再仔細推敲一下．要想讓定值電阻獲得最大的功率，就需使流經它的電流最大，即這里就要求閉合電路電流最大，自然也就是閉合電路的總電阻要最小了．應該就是這個結果．

今天這則看似簡單的題目給筆者的啟示真是太大了，重要的結論要記，記住并利用結論通常能使解決問題事半功倍（尤其在做填空題和選擇題時），但記結論千萬不能只記結果，否則事倍功半，甚至適得其反．當然，掌握最基本的知識、技能和方法還是最重要的．

1 元認知

上面的“思維留跡”文本不僅記錄了學生對“問題”的認知過程，也記錄了學生對認知進行的認知，這種對認知的認知，即個體對認知活動的自我意識和自我調節就叫做元認知．研究和實踐表明，個體的認知過程進行得如何，在很大程度上取決于個體元認知過程的運行水平．具體來說，學業成績好的學生在元認知方面的發展水平都比較高，具有較多的有關學習及學習策略方面的知識，并善于監控自己的學習過程，及時反思和評價自己的學習．相反，學業成績不理想的學生往往缺乏有關學習任務和學習策略的知識，他們在學習過程中不能很好地監控自己的學習活動，即使發生了認知錯誤也往往渾然不知，這與斯騰伯格曾經的斷言“元認知結構發展不健全的人必定就是能力較為薄弱的人”是吻合的．

一般認為，元認知具有三元結構，即元認知是由元認知知識、元認知體驗和元認知監控3個部分組成，且這3個部分相互聯系、相互影響，協同實現對認知的認知．

（1）元認知知識

簡單地說就是有關認知的知識，它主要包括三個方面，一是個體的智力水平、個性心理特征、個體所具有的知識基礎等有關認知個體自身的知識；二是有關認知材料、認知任務方面的知識；三是有關認知策略方面的知識．

（2）元認知體驗

就是伴隨著認知活動而產生的認知體驗和情感體驗，它包括對“知”的體驗，也包括對“不知”的體驗．認知體驗可以發生在個體的認知活動之前、之后，也可以發生在個體認知活動之中．另外，元認知體驗持續的時間可能較長，也可能較短等．

（3）元認知監控

就是個體在進行認知活動的全過程中，不斷地對認知目標、認知方向、認知策略、認知進程以及注意程度、情緒狀態等進行監測和評估，積極、自覺地對認知活動作出必要的、合適的調控．

2 物理元認知能力培養

物理教學重認知和輕元認知的問題長期存在，這跟以往教師普遍地將個體的學習看成是個體對所學材料的感知、注意、識別、加工、記憶和理解等的認知過程不無關系．顯然，這種認識漠視了這樣一個事實，即個體的學習還同時是一個個體對認知過程進行積極的意識、體驗和監測、評估、調控的元認知過程．反映到實際教學中，便是只重視學生學習能力的外顯結構——認知結構教學，不重視學生學習能力的內隱結構——元認知結構的教學．這種教學上的失之偏頗是導致眾多學生元認知知識、元認知體驗和元認知監控能力缺乏，不會學習的重要原因．

研究和實踐表明，適當的教學和訓練能夠大大改善個體的元認知水平，促進學習能力的發展，提高學業成就．

（1）培養和發展學生元認知能力是物理教學的目標之一和內容的一部分

教師要真正從“以學生的發展為本”這一長遠利益和要求出發，重視培養和發展學生元認知能力，自覺地將培養和發展學生元認知能力融進“知識與技能”“過程與方法”“情感態度與價值觀”三維教學目標，體現在物理教學的全過程．尤其，在剛開始階段，教師要有意地“稚化”自己的思維，以便讓自己的思維和學生的思維對接．接著，教師要做好元認知示范，勇于真實地“還原”并暴露自己的思維過程，從“我一開始是這樣想的，后來覺得應該（還可以）這樣考慮”“我為什么要這樣做而不是那樣做”等視角，引導和啟發學生學習元認知．

（2）加強元認知知識教學

學生是學習物理的主體，他們的性格、興趣、愛好、經歷、經驗、知識基礎等直接影響著學習的質量．所以，教師要在深入了解學生的基礎上，引導和啟發學生認識自己，確立我是學習的主體的意識．此外，要加強物理現象、事實、概念、規律、理論等知識的教學，引導和幫助學生整體構建物理知識網絡，逐步、系統地教給學生物理認知策略，促進學生掌握物理學習的一般程序，鞏固基本的物理思想（如理想化的思想、實驗的思想、場的思想、數學的思想、量變質變的思想、對立統一的思想等），確立基本的物理意識（如推理的意識、化歸的意識、守恒的意識、圖像的意識、整體的意識、對稱的意識等），養成良好的學習習慣．

（3）加強元認知體驗教學

一要注意創設問題情境，設計和安排好問題的“臺階”和“陷阱”，讓問題情境和學生已有的認知結構發生相互作用并引起沖突，激起學生消弭沖突的愿望；二要啟發、引導學生全面把握、體驗情境所提供的信息（如時間、空間、物質、現象、符號、數據、圖表等），弄清問題所涉及的相關因素，感知問題情境中所隱藏的“知”和“不知”以及“良構”和“非良構”，分析其價值、難度和性質，建立解決問題的目標、方向，制定行動計劃；三要注意設計和運用好解決問題的“提示語”和“潛臺詞”，引導學生建立問題解決中的懷疑感、理智感、效能感、美感等高級情感．

（4）加強元認知監控教學

物理元認知監控的對象主要包括：理解問題是否正確，提出猜想與假設是否合理，制定計劃與設計實驗是否可行，進行實驗與收集證據是否精細，分析與論證是否完備，結果表達是否清晰，評估交流與合作是否充分等方面．要培養學生監控、調節自己思維過程的自覺性，反思、質疑、批判、評價和調節學習的習慣．要構建師生間、學生間平等、理解的互動環境及和諧氛圍，為每位學生提供自由、充分地表達、演示各自認知和元認知的機會，使每位學生的認知和元認知在坦誠交往、差異交流中獲得不同程度的發展和優化，逐步地“將外在的矯正性指示轉變成自己的矯正性技能”，使學習真正成為一個由學生自我計劃、自我監控、自我調節、自我實現、自我發展的認知和元認知交融的螺旋上升的過程．

（5）進行必要的物理元認知訓練

在一項訓練學生物理元認知的行動研究中，筆者經常采用的方法是，設置“自我提問單”，布置學生寫“學習筆記”“思維留跡”和“言行報告”．

例如，學生聽課時的“自我提問單”主要設置3個方面問題：

第一，我在聽課嗎？是，則繼續；否，則調整．

第二，我聽懂了嗎？是，則繼續；否，則記下疑問，課后請教老師．

第三，畫出本節課的學習“概念圖”．

又如，學生課后的“學習筆記”可以圍繞幾個方面，如這節課學到了什么，總結為一句話．這節課的學習任務是分哪幾步來完成的？這節課還有什么不懂，是什么原因，如何弄懂？這節課中，最感興趣的是什么？學習這節課的優勢和缺陷在哪些方面？對自己和老師還有什么要求和建議？等．

作為方法的“思維留跡”是指學生將學習的過程、心理活動和學習結果通過筆錄的形式記載下來，供研究者分析、研究的方法．作為方法的“言行報告”則是研究者將學生在學習中的“出聲思維”和行為舉止記錄下來進行分析研究的方法．本文開頭的這份“思維留跡”文本，就是取自筆者在某中學開展的一次物理元認知訓練活動（選入本文時有改動）．

1 楊寧．元認知與教學．華東師范大學學報（教育科學版），1995 （3）

2 汪玲，郭德俊．元認知的本質與要素．心理學報，2000 （4）

3 王亞南．元認知的結構、功能和開發．南京師范大學學報（社會科學版），2004 （1）

4 李志強．利用“反思型物理日記”培養學生物理元認知能力的探索．教育實踐與研究，2009 （11 B）

5 侯新杰，郭海麗．物理教學中學生元認知能力的培養策略．教育理論與實踐，2009 （2）