論物理師范生元認知培養①

論物理師范生元認知培養①

田長偉

(華東師范大學上海200241)

摘 要：本文結合自身工作經驗與元認知理論，對物理師范生元認知——元認知知識、元認知體驗、元認知監控的培養進行一定的探討.

關鍵詞：物理師范生元認知培養

收稿日期：(2014-12-23)

元認知概念于1976年由心理學家Flavell提出，指的是認知主體對自己的認知過程、結果或與之相關的活動的認識[1]，其實質是認知主體的自我意識和自我監控.依據Flavell的觀點和國內的研究[2]，元認知的結構包括元認知知識、元認知體驗和元認知監控3個部分.

元認知不同于認知，它反映了對于自己“認知”的認知，是一種較為高級的思維活動.在認知過程中，元認知監測認知活動的進展，給主體提供有關進展的信息，對認知加工過程積極控制，間接促進認知進展.兩者功能上緊密相聯，共同作用，促進認知目標的實現[3].

相應地,就物理方面而言,一般把個體對物理認知的認知稱為物理元認知，指個體對自己或他人物理認知活動的過程、結果及其有關事項的認識和控制，它包括物理元認知知識、物理元認知體驗和物理元認知監控3個方面[4].物理元認知知識包括物理認知主體方面的知識，物理認知材料、目標等方面的知識，物理認知中策略方面的知識.物理元認知體驗是指伴隨物理認知活動產生的認知體驗和情感體驗.物理元認知監控，指主體在物理認知活動的全過程中，以認知活動本身為意識對象，不斷對其進行積極的監視、控制和調節，一般包括制訂計劃、監控活動、調節過程3個環節.筆者在指導物理師范生實踐的過程中發現，目前物理師范生的元認知能力比較薄弱.

1物理師范生元認知現狀

為了了解物理師范生的元認知現狀，筆者協助任課老師在我校2011級學生的“中學物理實驗教學技能實訓”課中設置了一系列元認知問題；在物理師范生的微格與教學設計課指導時，對他們課堂教學設計中的元認知進行了調查.從學生回答和調查結果上看來，師范生元認知存在以下問題.

1.1物理師范生認知主體方面的知識欠缺

物理師范生對中學生心理特征與學習特征了解不夠深入.在“構建伽利略理想斜面實驗需要怎樣的認知背景？”“對發電機原理實驗，課堂上應該采取怎樣的設問策略？”等問題中，師范生對學習和教學中需要提供什么樣的認知背景支持，以及如何依據學生的心理特點設問不清楚.

1.2物理師范生認知材料知識欠缺*①本文中實驗素材均來自華東師范大學物理教師教育實驗教學中心，文中引用的問題多數來自華東師范大學出版社出版的《教師教育技能實訓指導手冊(物理卷)》，部分問題筆者略有改動.

物理師范生雖然熟悉概念、規律及其應用，但對習得概念、規律的認知環節，構建出概念、規律意義的思維歷程不清晰.在課程中，我們設置了“簡述構造運動獨立性原理實驗所需要的認知環節”、“簡述把握魚洗實驗主要特征所需要的主要認知環節”等問題[5]，期望師范生理清自己的思維歷程，依照“觀察—比較—分析”具體回答即可，但開始階段多數人答非所問.

1.3物理師范生物理策略的運用不正確

物理教學的成功離不開物理策略的正確使用，然而在將物理策略運用于客觀的物理情景中時，師范生存在一定的問題.比如，在“小球賽跑”實驗(如圖1)中，我們要求學生選用適當的物理圖像同時去描述小鋼球在兩個軌道上的運動.一個是直線傾斜軌道，另一個是始末端與直線軌道相同、中間向下彎的傾斜軌道.所有學生均使用位移-時間圖像和速度-時間圖像，并自認為是正確的.而本實驗中，這兩種圖像是無法達到要求的.在教學設計課中，筆者發現了類似物理策略的錯誤運用.

圖1　“小球賽跑”實驗

1.4物理師范生教學監控和調節能力較弱

在對物理師范生進行教學指導的過程中，筆者發現，多數人在進行微格教學時存在照本宣科讀教案的情況，對學生的提問無法很好的回應，不能及時調整教學思路；在習題教學中只注重一種解題方法的講授，缺乏思路形成的引導.如在動能定理涉及兩個過程的問題中，直接講每個過程利用動能定理，對為何運用動能定理及全過程利用動能定理并不提及.在學生提出質疑時，不能及時調整.

總體看來，物理師范生元認知能力總體較為薄弱，折射出元認知培養的缺失.然而，學會認知自己的物理認知過程，達到物理學習和教學的自我監控與調節，是成長為一名合格物理教師的關鍵[6].同時，這也為物理師范生的培養指明了方向——教學中必須滲透元認知的培養.

2物理師范生元認知的培養策略

2.1物理元認知知識的培養策略

教師只有在熟悉中學物理認知任務，了解中學生的學習心理，物理策略使用正確的基礎上，才可以成功完成物理教學.對物理師范生的培養過程中，可以從以下幾個方面入手.

(1)物理師范生認知主體方面知識的培養

物理師范生將來走入工作崗位，他們的教學對象是12～19歲的中學生.該年齡段學生的心理發展現狀、思維風格、認知差異等等，是物理師范生成為合格的物理教師必須熟悉的.筆者認為，可以從以下幾個方面指導物理師范生深入了解中學生的心理.

首先，強化師范生對所學心理學理論的應用.物理師范生的實踐類課程中應滲透更多青年心理學方面的內容，增進對中學生學習心理的了解.其次，以理論為基礎，引導物理師范生分析物理學習經驗.也就是說，教師應指導他們以過來人的身份，在學習教育理論和心理理論的過程中，反復體會與思考自身及周圍人的學習，加深對物理學習中心理變化的理解，將自身的理解應用于實際問題.

再次，改良現有實習記錄形式.現行的實習記錄本的主要內容只是中學教師如何組織教學的記錄，缺乏對學生行為及課堂反應的記錄，對物理師范生增加對學生的了解不利.教學是教與學的統一，因此，教育見習與實習的過程中，師范生的課堂記錄本中應設置觀察學生行為的部分.在這一部分著重記錄學生課堂表現，學習中的行為等.教師可以不定期組織小組討論，運用教育學和心理學原理對此進行分析.亦或在最終提交報告時，設置學生行為觀察與心理分析一項.促進深入探尋中學生物理學習的心理特征，為其物理教學符合學生認知規律打基礎.

(2)物理師范生認知材料知識的培養

教師要指導物理師范生從“生成”的角度理解概念、規律，物理師范生至少經過了8年的物理學習，許多物理概念、規律、方法的運用已經高度自動化，許多對中學生較難的內容，在他們看來，已經變得簡單自然.而他們學會這些概念、規律、方法等經歷了怎樣的認知歷程，多數人不甚清楚，而這些問題恰恰對中學物理教學有重要的意義.筆者認為可以從以下方面入手.

首先，教師應提倡思維稚化[7]，指導物理師范生有意回到中學生的角度去理解物理認知材料，嘗試從中學生角度思考物理信息的加工.比如重心的概念，在每一個物理師范生眼里都覺簡單，然則中學生卻需要經歷直觀到抽象的思維歷程才能理解這一物理概念.為了激活概念內涵，我們可以用削尖的鉛筆去頂一塊不規則塑料板，發現只有一個特殊的點可以支撐起整個板，其他點卻不可以，如圖2和圖3所示.貼近中學生的認知特點展示物理概念內涵，加工物理信息，有助于教學水平的提高.

圖2　削尖的鉛筆和不規則的塑料板

圖3　只有一個特殊點可用鉛筆尖支撐起整個板

此外，在物理師范生的培養中，教師在教學時，可以有意識地結合物理學史，揭示知識產生過程，如自由落體運動性質的確立過程、伽利略理想斜面實驗中思路的由來、電磁感應現象的發現始末等等，展示物理學科發展的歷程.將物理概念、公式、定理的發現背景提供給他們，引導他們主動參與物理概念的形成過程，理解物理定理和公式的發現過程，體會物理思想方法的滲透過程.

(3)物理師范生認知策略知識的培養

物理學在發展過程中，形成了獨特的認知客觀世界和解決問題的策略，如整體法、圖像法等，物理教學的成功也離不開這些策略知識的準確運用，因此，在物理師范生培養的過程中，教師要指導他們學習并內化物理策略性知識.筆者認為策略的培養可以從以下幾個方面入手.

首先，教師可以指導物理師范生對物理策略有一個全面的認識：物理中有哪些策略可以運用，哪些是首選策略，哪些是備選策略.其次，教師要合理選擇所要傳授認知策略的認知活動，剖析所運用的認知策略，將認知策略的規則、特征及適用條件呈現給他們[8].再次，除方法課的教學課外，增加方法類課型的說課，讓他們有意切換到教師的角度，理解什么時候利用何種策略，以及為什么使用這種策略.教師可以選擇中學物理的任一章節或章節片斷，組織師范生進行說課.比如在“探究加速度與力、質量關系”中，在說課中，物理師范生要對為什么實驗中選擇控制變量法，什么時候利用控制變量法，實驗數據處理時為什么要使用圖像法進行說明，以增進他們對策略使用規則的了解.

2.2物理元認知體驗的培養策略

物理元認知體驗是連接物理元認知知識和物理元認知監控的橋梁，主體在傾注了全部感情，具有高度自覺思維的物理認知活動中，往往會產生清晰而深刻的物理元認知體驗.

據筆者的觀察，一般在面對新穎且較復雜的物理認知任務時，如物理實驗方案設計、復雜習題解決、物理課堂教學等，物理師范生的元認知體驗會較為清晰深刻.因此，筆者參與授課的課程之中，設置了大量的實驗方案設計的問題.如“請你利用靜電感應法，設計使物體帶電的實驗，并利用圖示表示電荷變化過程.”“請你利用所給器材，設計揭示感應電流方向的探究性實驗方案.”“設計展示單擺運動軌跡的實驗方案.”……筆者采用逐步提示的方式，使他們認識到自己的認知歷程，鍛煉其結合物理情景逐級優化任務解決方案，加強其認知感受.

實際課堂教學中，新教師會遇到課堂授課冷場、學生不配合等各種情況.為此，在微格教學中，筆者利用一課時時間，刻意要求臺下學生采用不配合、對有疑問的地方稍加“搗亂”的方式，模擬授課受阻的情況，進行授課焦慮體驗.豐富學生元認知體驗的同進，促使他們對教學改進進行思考.

同時，教師可以充分利用以上載體，引導物理師范生將自己的感悟與體會以隨筆或日記的形式記下，這也能在一定程度上加強其認知感受，例如，不斷調整復雜問題解決的思路來解決問題的感想；促進學生積極參與學習的情景設計體會；由于語言的表達欠妥，使學生對本節課的物理知識理解不到位的感受等.以此，加強學生元認知體驗，促使他們調用相關的元認知知識及監控策略，優化自身的認知過程和教學行為.

2.3物理元認知監控的培養策略

元認知監控是個體對物理認知過程的整體把握，元認知監控的核心是反思.因此，元認知監控培養就是通過各種形式去反思自己認知活動和教學行為.觀察并分析物理認知活動中的行為，對活動整體進行反思，得出有效指導物理教學的結論.反思的形式多種多樣，在物理師范生的培養過程中，教師可以采用以下形式促進學生反思.

(1)學習和教學自我追問

在物理師范生的培養過程中，教師應指導督促學生寫學習后記和寫教學后記，主要記載他們學習和教學的自我追問.筆者認為后記中可以著重記錄以下問題：“我學的是什么？”“曾經遇到過類似的任務嗎？”“其解決方法有哪些？”“我今天要講的東西是什么？”“我是怎樣講的？為什么這么講？”“我有沒有考慮學生的思維特征，學生的反應如何？”“能換種方法講嗎？”等等.通過一系列自我追問，有利于他們理清認知歷程，發現認知障礙所在.為他們在教學中及時調整教學方法，改進教學措施，形成優良教學風格奠定基礎.

(2)詳細描述與討論分析

詳細描述自己的觀察結果、思考總結、認知歷程是教師技能的重要組成部分，也是教師進行反思的重要手段之一.在物理師范生的培訓中，教師應要求他們對物理現象能夠詳細描述，并能表達出各認知環節在達到教學目標中的意義.為此，筆者所授課程之中，設置有大量描述現象的問題.“請你描述一下雅各布天梯的現象.”“請你描述自主爬坡的現象.”“請你記錄單擺的運動現象.”……促使師范生合理組織語言，將客觀事實表述清楚，間接幫助他們理清自我認知環節，為其教學中準確表達奠定基礎.在詳細描述自己所觀察到的情景基礎上，筆者建議教師鼓勵學生分組討論分析，以“教什么”為具體對象，探知并思考“何時教”、“在何處教”、“為什么教”、“怎樣教”，促使他們主動對物理學科教學進行思考，掌握物理學科教學規律.

總之，在物理師范生的培養過程中，教師應采用“具體經驗載體—觀察討論分析—抽象思考概括—實踐積極驗證”的程序指導他們進行有效地反思，使他們明晰元認知監控的各個環節，養成即時反思的習慣，并在實踐中不斷地運用，為其快速向研究型教師成長指明方向.

參 考 文 獻

1Flavell, J.H., Metacognition and cognitive monitoring: A new area of cognitive-developmental inquiry. American Psychologist, 1979. 34(10): p. 906～911

2董奇. 論元認知. 北京師范大學學報, 1989(01):68～74

3梁寧建. 當代認知心理學(第1版).上海:上海教育出版社， 2014.316

4瞿珺. 中學物理教學中的元認知：[學位論文].長沙：湖南師范大學，2004.67

5舒信隆,景培書. 教師教育技能實訓指導手冊(物理卷)(第1版). 上海: 華東師范大學出版社，2010. 1～293

6劉曉峰.教師培訓關鍵在于培養教師元認知.中小學教師培訓，2007(5): 12～14

7徐斌. 物理教學設計中的思維稚化及其應用.物理教師，2014(06): 8～10

8陳剛. 物理教學設計(第 1 版).上海: 華東師范大學出版社，2009. 105

短文薈萃