2011-2021年國外生物學教學中對元認知能力研究的可視化分析

吳朝暄 林麗珍 管曉恬 傅一挺 婁志義 陳延松

摘要以生物學學科核心素養為導向的新一輪改革中，側重自主學習能力和終身學習能力等元認知能力，已然成為了教育研究的新熱點。為揭示近十年來國外元認知能力在生物學教學領域中研究的熱點、方向和前沿趨勢，并與我國進行比較，將基于WOS核心數據庫，運用文獻計量分析法對文獻進行可視化分析，結果將為今后國內開展相關研究及教師進行生物學教學提供指導、參考和借鑒意義。

關鍵詞 核心素養 元認知能力 聚類分析 多為尺度分析 社會網絡分析

中圖分類號 G633.91

文獻標志碼 B

元認知能力指個體在進行認知活動過程中產生的自我計劃、監控和評價等的能力。自弗拉維爾提出元認知能力概念后，國外專家學者們在各個領域都做了相應研究，而我國的研究始于1989年董奇的《論元認知》，現仍處于發展的萌芽階段。因此，我國的教育研究者還需要科學認識生物學教學中元認知能力培養的重要性，深入分析我國當前存在的不足之處，力圖尋找推動學生生物學學科核心素養不斷提升的突破口。有鑒于此，筆者試圖梳理國外近十年已發表的關于生物學教學中培養學生元認知能力的相關文獻，分析該領域的研究熱點和趨勢，并同國內現狀進行異同對比。

1數據準備

1.1數據來源

在Web of Science核心集數據庫中檢索元認知能力的相關文獻。采用基本檢索功能，檢索時間為2021年5月20日，以“Metacognitive ability/metacognition”和“biology”為主題詞，限制發表時間于2011～2021年。精選后共收集87篇文獻，進行數據分析。

1.2研究工具

書目共線分析系統（Bicomb 2.0）、SPSS25.0軟件和社會網絡分析軟件（UCINET6.0）。

1.3研究方法

將文獻導至Biocomb2.0軟件，進行高頻關鍵詞的篩選和提取，生成詞篇矩陣和共現矩陣。前者用于聚類分析，根據鄔金鳴等的方法，采用系統聚類法的凝聚聚類算法，通過計算關鍵詞之間的相似性，聚集成為不同的類群;后者用于多維尺度分析和社會網絡分析，采用SPSS25.0生成Ochiai系數相同矩陣后，再轉化為相異矩陣生成歐式距離模型，由于Stress=0.12220、RSQ=0.93644，因此擬合度極理想。根據魏順平等的方法，進行社會網絡分析，通過密度分析、中心性測度、中介中心性測度和小團體分析（當團體數大于4時，Fitness值轉折“Fitness=18”，因此團體數為4）等，得到國外元認知能力研究在生物學領域的主要方向。

2結果與分析

2.1高頻關鍵詞分析

通過分析文獻中的高頻關鍵詞可以得知主題和研究熱點之間的關系。根據詞頻算法和累計比重等因素，將頻次大于等于2的關鍵詞作為高頻關鍵詞，其出現頻次相加共占總關鍵詞的25.4332%，見表1（前20個）。除去檢索主題詞，“科學教育”“主動學習”“評估”“自然選擇”“進化”等也是該領域的研究熱點。

2.2高頻關鍵詞社會網絡分析

通過UCINET6.0軟件進行密度分析、中心性測度、中介中心性測度和Netdraw功能分析，得到如圖1所示的可視化結果，其中節點有22個，連線有52條。方形表示節點，節點的大小表示其在網絡之中的作用和影響力，節點與節點之間的線段的粗細表示彼此之間的關系緊密程度。

由圖1可知，近十年生物學教學中發展學生元認知能力的研究緊密圍繞在以“進化”“評價”“自主學習能力”為核心的高頻關鍵詞周圍，可以認為這是目前國外研究的熱點方向。

與“進化”相連的是“模擬”“認知層的障礙”“自然選擇”“目的論”，說明在生物學教學中，學生在仿真的問題情境下，能激發其原有認知結構中已有的觀念并與新知識之間產生聯系，營造認知“沖突”，從而有效提升學生的元認知能力水平。教師應當充分挖掘教材中已有的情景，與社會中真實的問題情景相結合，創設出適合學生思考、反思和再認知的學習情景。

與“評價”相連的是“大學本科”“自主學習”“自我認知論”“認知發展”等，說明在本科階段的生物學教學中，通過對學生進行終身學習教育，培養學生的自主學習能力，能有效提高學生的元認知能力水平。因此，教師應當傳授多種自我監控、自我管理和自主學習的知識策略來提升學生的元認知能力。

與“自主學習能力”相連的是“動機”“科學教育”“潛在剖面分析”等，說明生物學教學中與其他學科進行適當的交叉教學，能更好地激發學生的學習動機、發展學生的元認知能力。教師應當意識到生物學和其他科學是相互滲透的、共同發展的，而非割裂的，在備課過程中應充分挖掘教材中有關學科交叉的相關內容和方法，加強學科之間的橫向聯系。最后一個類群是“方法”與“材料”，說明在生物學教學中可以通過傳授元認知知識和元認知策略來提升學生的元認知能力。

2.3高頻關鍵詞聚類分析和多維尺度分析

通過SPSS25.0軟件分析后可將高頻關鍵詞分為4組，如圖2、圖3所示，其能直觀體現近十年間生物學教學領域中元認知能力的研究熱點和趨勢。

第一類關鍵詞：自主學習、大學本科和自主學習能力。在國外本科階段的生物學教學中，教師能通過培養學生的自主學習能力和自我調節能力來有效促進元認知能力的提升。Pesout Ondra等的研究中也印證了分析結果，他認為進行合理的自我調節和自我管理能夠發展學生的元認知能力，且能有效激發學生主動學習的意識。我國《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《新課標》）中也同樣指出：培養學生具有終身學習的能力和自主發展的能力，其中，學生元認知能力的培養對于提高學生的學習效率、促進學生的全面發展和終身發展有著重要作用。這既是普通高中教育的定位，又是生物學課程的根本任務。

第二類關鍵詞：評估、動機、潛在剖面分析、認知發展和自我認識論。國外在生物學教學中，重視通過教與學的評價來分析學生的認知水平和元認知能力高低;強調多樣化的評價方式和結果反饋來實現被評者和評價者共同發展的評價原則。當前，我國以核心素養為導向的教育教學改革中，也十分注重教、學、評一致性，緊跟國際的潮流趨勢。以學生發展為本、以生物學課程內容和學業質量標準為依據的評價，其聚焦了學科核心素養，既發展了教師的教，又促進了學生的學。

第三類關鍵詞：進化、自然選擇、認知層的障礙、目的論和模擬。國外在進化與適應專題的中學生物學教學中，強調通過模擬生命起源和生物進化等真實的問題情境來引發學生的認知“沖突”，利用設置的認知“障礙”來啟發學生對自身認知過程的反思和再認知，從中訓練學生的批判性思維、發展元認知能力。HacerUlu的研究同樣表明了元認知能力和高階思維的培養之間存在正向影響的關系。在我國2019版普通高中生物學教科書《必修2·遺傳與進化》中，同樣也體現了利用高階思維的培養和反思訓練來發展學生生命觀念的“影子”。例如，我國將生物學特有的核心素養的培養——進化與適應觀，通過大量的事實證據和正反論證，使學生逐步總結、凝練和升華，從而建立起“生物的多樣性和適應性是進化的結果”的大概念。

第四類關鍵詞：學習方法、材料、種子植物、學生成績和醫學教育。國外嘗試通過以生物學教學為主，輔以植物學、數學和醫學等相關領域，開展學科交叉從而發展學生的元認知能力，以期為學生在未來擇業打下基礎。2013年美國政府頒布《聯邦STEM教育五年戰略計劃》（國家科學技術委員會）的報告驗證了這一點，它將高等教育階段STEM教育提至國家戰略高度，既重視職業教育為就業服務，也重視文化教育為升學服務。與此同時，我國《新課標》中也指出：應落實科學、技術和社會相互關系的教育（“STS”教育）、重視學科間的聯系和幫助學生更好地生活、就業;隨后的幾年里，我國以面向核心素養的STEM教育，成為了跨學科的重要載體;提升教師的跨學科能力，成為了落實“十四五”規劃和復合型創新人才培養的核心所在。通過上述分析，可知其與高頻關鍵詞分析和社會網絡分析的結果具有高度相似性。

3總結

近十年，國外在生物學教學領域中的元認知能力研究分析可以看出：1對終身學習、學科交叉、“教學評”一體化和進化與適應等方面是關注的重點;2重視元認知能力在實踐上的研究，涉及領域主要在心理學、醫學和教育教學;其在生物學教學中，學段主要覆蓋中學和本科階段;3嘗試通過學科交叉手段來培養學生思維能力的“熱浪”逐漸興起。我國也緊隨其后，將元認知能力的培養滲透進了以核心素養為導向的新一輪教育教學改革之中，同時掀起了推動元認知能

力研究蓬勃發展的又一次巨浪。

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