科學探究中元認知培養的研究

喻佳俊

（北京市懷柔區第二小學，北京 101400）

引 言

科學探究是科學學習的中心環節，不僅涉及觀察、提問、猜想、實驗、解釋、交流等活動，還涉及對科學探究的認識，形成正確的思維方式和體驗探究的樂趣。元認知則可以對認知進行調節和控制。培養學生元認知的意義在于提高學生元認知水平，提高學生對認知活動的計劃、監督和調整的能力，使學生在了解自我的基礎上，學會學習，學會思考。

一、科學探究與元認知的關系

科學探究是小學生學習科學的主要手段和方法，是人類解決科學問題乃至解決社會生活問題并做出決策的一般模式。在科學探究中，培養學生元認知不僅可以對所學材料進行識別、加工和理解，還可以洞悉學生在學習過程中產生的感知、注意、記憶等認知過程[1]。同時，學生在探究中對認知活動進行監控和調節，不僅會使學生的知識儲備得到提高，還可以提升學生的學業成就。更重要的是要讓學生學會學習，掌握學習的方法，從而為終身學習，為解決未來生活中出現的問題提供解決策略。

探究性學習是學生認知策略和元認知的學習過程，是學生獨立學習、解決問題和做出決策的能力培養過程[2]。為了促進小學生綜合素養的發展，科學探究活動應建立在培養認知策略，特別是元認知策略的基礎之上。所以在本研究中，科學探究既是研究方法也是目標，將元認知發展為出發點、元認知指導、影響和作用于科學探究活動，科學探究活動又反過來形成和促進學生的元認知發展。

二、科學探究培養小學生元認知的現狀

在科學課程的教學中，要將科學探究活動落到實處，真正以培養科學素養為目標，就需要提升對科學探究的認識層次[3]。即將科學探究提升到培養認知發展的水平，特別是根據元認知發展的層次進行教學。為了解懷柔區在科學探究中培養小學生元認知發展的現狀，筆者分別對調查問卷和訪談觀察記錄進行了分析，通過分析發現如下的結論。

1.科學教師意識到在科學探究中培養元認知的重要性

分析發現，有58.3%的教師認為科學課有必要培養元認知，41.7%的教師不太清楚。并且有71.0%的教師認為科學探究對培養學生元認知有很大的作用，16.7%的教師認為作用有限。通過思考，筆者認為這些數據在一定程度上說明，大多數教師意識到在科學探究中培養元認知的重要性以及可行性。但是，還是有部分教師缺乏對元認知的認識（表1)。

表1 科學探究中培養小學生元認知情況1

2.科學教師缺乏在科學探究中培養元認知的經驗

分析還發現，在實際教學中僅有25.0%的教師每節課都有意識地培養學生元認知，50.0%的教師偶爾有意識地進行過培養。這說明懷柔區教師在日常科學教學中也就是科學探究活動中，缺乏以培養元認知為目標的探究活動（表2)。在實際中，也存在無意識的活動促進元認知發展的現象，但這些都只是偶然的。

表2 科學探究中培養小學生元認知情況2

3.科學教師欠缺在科學探究中培養元認知的能力

在問卷中也發現，在問及是否有利用探究培養學生元認知的方法和策略時，僅有66.7%的教師提出有一點思考，剩余25%的教師表示想不出來。且在開放性問題中請教師設計一個探究活動中培養學生元認知的方案，僅有50%的教師給出答案，但提出較為完整的科學探究過程的僅有12.5%，提出部分探究方法的僅有37.5%（表3）。由以上數據調查不難發現，懷柔區科學教師在教學中，利用探究方式培養學生元認知的認識不足，在一定程度上缺乏理論指導，同時自身能力和方法都相對欠缺。

表3 科學探究中培養小學生元認知情況3

結合之前對科學探究的現狀及元認知培養的調查現狀分析不難發現，至少以我區為例在科學探究中進行元認知的培養情況不容樂觀。

三、科學探究培養小學生元認知的策略

在科學探究中培養小學生的元認知，是在小學生認知發展和元認知發展規律的基礎上進行的。下面的培養策略均是在結合對科學探究的分析和對元認知的研究，以及對科學探究與元認知綜合分析的基礎上而提出的。

1.科學探究培養小學生元認知的培養策略

在科學探究中，培養學生的元認知，要從元認知知識、體驗和監控三個方面進行。并且要注重對各部分的訓練，將它們進行整合，使其相互促進、共同發展。最終，讓學生的元認知能力得以提高[4]。

（1）元認知知識的獲取。在探究過程中，不僅要教給學生元認知知識，還要指導學生在探究中進行評價的方法。當學生的元認知知識初步形成后，就逐漸學會了科學探究的認識方法。此外，學生可以利用科學研究的過程和方法，解決未來科學探究中的實際問題或困惑，采用一定策略解決問題。

（2）元認知體驗的培養。元認知體驗是在具體的認知活動中產生的，伴隨著人的情感體驗。因此，在科學探究中對元認知體驗的訓練，不僅重視具體的認知活動，而且要重視情感激發和培養。所以，在科學探究中，不僅要重視體驗探究過程的研究，還要活化和調動學生的思維，引領學生經歷創設問題情境、引發科學問題、進行猜想、做出假設、制訂驗證假設方案、實施驗證方案、結論與解釋、表達與交流的探究過程，強化元認知體驗。在探究過程中，通過創設情境調動研究興趣，多樣的方法和策略也可以增加研究熱情，從而體驗成功的喜悅[5]。

（3）元認知監控的提升。元認知監控最重要的就是制訂計劃、選擇策略、進行監測和控制。對小學生而言，元認知監控的提升具有一定難度。在科學探究中，教師可逐步引導小學生逐漸形成和發展。首先，可由故事或事例出發，引導學生認識和了解科學探究的過程與方法。這要求在探究中將主動權留給學生，充分調動學生學習的主觀能動性；之后，通過具體問題讓學生試著進行探究活動，如猜想、制訂計劃、安排等。探究中要讓學生不斷實施自我監控，及時反思和評價，及時修正、調整策略，并通過多次練習，讓學生進行監測和控制。

2.科學探究培養小學生元認知的教學模式

在科學探究的過程中，考慮到小學生認知發展規律，可以選用循環式的科學探究模式，并結合對元認知的綜合認識，形成科學探究與元認知培養網，即運用科學探究培養小學生元認知發展的模型。

（1）科學探究培養小學生元認知發展的模型。為培養學生的元認知發展，科學探究活動要先由問題出發，再進行猜想與假設，并以此為基礎進行實驗方案設計，然后實施方案并對方案進行驗證[6]。之后描述并解釋成果，最后表達與交流回顧反思研究過程，為新的研究做鋪墊，形成新的問題，從而進行更加深入的探究活動。

在本模型中，科學探究活動中對元認知的培養和元認知對科學探究的作用，相互影響貫穿于活動始終。其原因有兩個，一個是學生原有的元認知影響著探究活動的開展；另一個是在科學探究活動的每一個環節中，培養和發展學生的元認知知識、元認知監控和元認知體驗。同時，每一個研究階段中需要的元認知條件不同，培養側重也有不同。隨著科學探究活動的不斷深入，元認知的使用和培養也在不斷地深入和發展。值得一提的是，在探究活動的最后環節即表達與交流和提出問題之間是相互聯系的，形成了循環的科學探究活動。這就需要在研究中不僅表達出本問題的研究結論，還要對研究活動進行反思，并由此產生新的研究問題。不僅要獲得科學概念或結論，還要對整個探究環節和過程進行習得，從而最終全面培養學生的元認知知識、元認知監控和元認知體驗。還有一點，在科學探究中要特別注意學生元認知體驗的培養，從而激發學生的科學探究欲望和學習的興趣（圖1）。

（2）科學探究培養小學生元認知發展的具體方法。科學探究的各環節展開是有一定的邏輯順序的，各環節的研究不僅要落到實處，還要注意各環節之間的聯系性，這樣才能有效促進學生元認知的發展。下面通過6個環節進一步分析每個環節對元認知培養的具體方法。

第一，提出問題。提出問題在于讓學生產生疑問。學生的疑問源于他們對事物的好奇、質疑或困惑等，對不知道的事物產生好奇，與原有的認知發生沖突時產生質疑或困惑[7]。需要指明的是，提問通常包括教師提出的問題、學生篩選出的問題和學生自主提出的問題，每一種問題的提出均伴隨著元認知知識的培養。此環節不僅指明了研究內容，使學生了解了探究方向，同時還有助于學生理解任務性質，通過逐步研究可以提升學生元認知學習的意識性。這就要求在本環節創設一個有趣味性和生活性的問題情境，可以通過使用圖片、視頻、圖表、故事、實驗等方法進行引導，從而提出問題。此環節中，引導學生聚焦問題的研究，在培養學生任務的知識和策略的知識方面更有突出的作用。

圖1 科學探究培養小學生元認知發展模型

第二，猜想與假設。猜想是讓學生根據自己已有的知識經驗，對事物現象的產生原因或變化關系進行的猜測，具有發散性[8]。假設是對現象的假定性解釋，或是對之后將要出現的結果所做的推測。它們不僅確定了探究的內容，同時促進了學生思維的發展，并開始了對元認知監控的培養。所以，在此階段要充分引導學生結合自己已有的知識和經驗對事物現象進行思考，并采用歸納、分析等思維方法進行加工。在此環節中不僅使用了學生原有的元認知知識，更重要的是在研究猜想和假設的過程中，特別重視對學生元認知中任務性知識的培養。在猜想的過程中，要幫助學生分析任務的特點、性質、重難點等，要引導學生結合問題和自己已有的元認知知識提出有依據的猜想和較為完善的假設。

第三，實驗方案設計。假設形成后需要進行驗證。首先，要知道需要什么樣的條件、該怎樣做等問題，也就是要進行活動程序設計[9]。這一環節不僅需要學生原有的元認知知識，還可以充分培訓和發展元認知知識。在科學探究中，依據研究問題的不同可以進行實驗類方案設計、調查類方案設計和考察類方案設計。雖然，它們的形式不同，但內容相似。教師可以指導學生由程序設計、工具設計和人員設計三個方面進行思考，在程序設計中要考慮目的、方法、步驟、結果、結論等；工具設計中要制定研究使用的工具、儀器和材料；最后要對小組成員的任務進行安排，設計實驗員、儀器員、記錄員、觀察員和記錄員等。研究中，教師不僅要教給學生問題解決的方法，以及策略步驟的選擇，還需要引導學生由問題設計出發，選擇恰當的探究方法、時間分配、材料準備、認知程序、方法優化、效果預期等。因此，此環節無論是對學生的元認知知識還是監控的培養都非常重要，所以活動中要做到實處。

第四，驗證實驗方案。驗證方案的實施過程就是收集證據，以對科學假設證實或證偽的過程。驗證方案設計完成后，要實施才有意義。學生要依據驗證所得出的結果對假設進行論證。假設無論是真是假，都要依據證據來說明。在科學探究活動環節中，通常會采用實驗驗證、資料收集等方式或方法進行研究。無論選用哪一種，都要引導學生對設計方案進行不斷的修整和調整，以得出問題解決的科學認識，幫助學生培養和發展元認知監控。特別要注意的是，活動中要求學生操作要規范。在探究活動中，教師要引導學生注意體驗，把探究過程作為研究對象，并在活動中不斷地對探究活動進行反思與監控，評估自己的研究策略是否得當，學習目標和學習任務的達成情況如何；同時，還要引導學生對結果進行客觀的記錄，要實事求是，以發展學生的元認知體驗。

第五，描述與解釋。描述是對客觀事實的反映，描述的內容是驗證方案實施后的結果。解釋是利用已有的知識經驗，對所收集的證據進行思維加工，對事物的變化原因、聯系及發展規律進行合理說明[10]。此活動與設計實驗方案相對應，在探究活動中要引導學生運用不同的方式，如語言、文字、圖片等先對客觀事實進行描述。在此過程中，概念或結論的獲取并不是最重要的，元認知監控和策略的知識、陳述和程序性的知識才是重點。

第六，表達與交流。表達是指學生把探究內容、過程和結果用語言或者文字等形式表現出來[11]。交流是人與人之間的溝通過程。此活動是群體間對調控學習的促進。所以，在本環節，教師要引導學生選擇自己熟悉的、喜歡的、盡可能多樣的方式介紹自己的研究過程和結果。在此環節中，要引導學生從目的、方法、工具和材料的使用、步驟、結果、結論等幾方面進行介紹，并反思自己的研究過程，將探究的結果與探究開始時的假設進行比較，回顧整體的元認知學習過程，從而反思主體知識、思維方式、認知水平、思維特征等，反思自己的探究步驟、策略和方法，反思學習前后的差距，提出研究中的問題和解決策略。所以，本環節的真正價值在于，將元認知外控轉化為內控，使自我觀察、自我監控提升到有意識和操作更熟練，從而全面培養學生的元認知知識、元認知監控和元認知體驗。

結 語

綜上所述，在科學探究中培養小學生的元認知，就需要將科學探究的各個環節落到實處。教師要帶領學生親身經歷科學探究的每一個環節，從而在潛移默化中發展學生的元認知。

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