物理問題解決中的元認知策略

羅仕強

摘 要：隨著高考改革的穩步推進，新高考對物理學科的科學思維能力的考查上到了一個新的高度。2021年高考甲卷24題的50根傳送帶讓考生考到崩潰，但同時也對中學物理教師敲響了警鐘。物理學科的思維能力如何培養也成為了老師們討論的一個重要話題，今天筆者從問題解決的角度出發談談思維能力培養的措施和方法。

關鍵詞：問題解決;思維能力;元認知策略

一、一道題引起的反思

這是宜賓市2019級一診考試的24題，該題源自2014年全國高考（新課標I卷）25題，考查了平拋運動及帶電粒子在復合場中曲線運動問題。

如圖，O、A、B為同一豎直平面內的三個點，OB沿豎直方向，∠BOA=60°，OA的長度為L，OB=OA，將一質量為m的小球以一定的初動能自O點水平向右拋出，小球在運動過程中恰好通過A點。若使此小球帶電，電荷量為q（q>0），同時加一勻強電場，場強方向與△OAB所在平面平行，且電場方向與豎直向下的夾角為30°。現從O點以同樣的初動能沿某一方向拋出此帶電小球，該小球也通過了A點，到達A點時的動能是初動能的3倍。不計空氣阻力，重力加速度大小為g。

（1）無電場時，求小球到達A點時的動能與初動能的比值;

（2）有電場時，若該小球從O點以同樣的初動能沿另一方向拋出，恰好通過B點，求到達B點時的動能與初動能的比值。

該題總分12分，學生平均得分3.18，整體難度0.27。閱卷中發現，第一問學生的得分率比第二問高得多，第二問中學生的錯誤率非常高，大部分學生都是把帶點粒子在電場中的運動當成平拋運動處理，利用運動學公式列式，直接導致了該問商零。大部分學生對熟悉的平拋運動模型能夠憑記憶寫出公式得分，但對有電場時的一般曲線運動卻無從下手。

此題反映出學生在解決曲線運動問題時思維固化，在解決問題的過程中生搬硬套公式的情況比較嚴重，不能創新分析問題的角度，這恰恰是與新高考靈活多變的風格背道而馳的。為提高學生解決問題的科學思維能力，筆者從元認知的角度進行了探索和實踐。

二、問題解決教學中的元認知策略

心理學中元認知策略是一種典型的學習策略，指學生對自己的認知過程及結果的有效監視和控制的策略。元認知策略控制著信息的流程，監控和指導認知過程的進行，包括計劃策略、監控策略和調節策略。

筆者認為，物理學科“元認知策略”是指教師引導學生不斷儲備物理學科的策略性知識，隨之學會在物理學習過程中應用策略性知識解決問題，并能在問題解決過程中不斷審視自己的思維過程，進而適時調整解決問題的具體措施，最終達到提升科學思維能力的策略。這其中，策略性知識的儲備是老師應該完成的一項重要工作。

高考評價體系中對知識的組織方式要求是：整體知識框架與基本事實以陳述性知識形態掌握并形成知識結構，基本概念、基本原理、基本技術與方法以程序性知識形態掌握并保持。物理學科的策略性知識就是程序性知識的形態，是解決物理問題的方法和策略，而不是具體知識的本身。比如在解決“滑塊滑板”問題時，我給學生總結的策略性知識是“分別建模、時空關系、轉折速度、圖像輔助”16個字，引導學生從模型構建入手，再分析兩個對象的時空關系，抓住速度相等時發生轉折的特點解決問題，必要時再輔助以速度時間圖像分析運動過程。在教學過程中，要重視學生的元認知體驗，即引導學生在心里不斷地問自己策略的實施情況。比如物理模型是什么？我考慮了時空關系了嗎？這個題會不會有速度相同的時刻，速度相同后的運動我考慮了嗎？通過自問自答的方式監控自己思考問題的方向，以便于及時調整。

三、學生解決問題的元認知策略

（一）審題策略——“3W”審題法

物理問題的題干內容一般可以分為三個部分：情境描述、過程描述、問題及其前提條件描述。問題解決的關鍵在于對“過程描述”部分的分析，為此我給同學們提出了“3W”審題法。即“what”是什么、“why”為什么、“how”怎么辦，用這樣三個帶有疑問色彩的詞語引導學生去分析題干中的內容。首先應該搞清楚的是這個問題考查的物理模型是什么，其次是為什么會是這個模型（實際上這是對自我判定的一個重新審視），最后是我將選用什么樣的方法來解決這個問題。

在上面的例題中，“將一質量為 m的小球以一定的初動能自O點水平向右拋出，小球在運動過程中恰好通過A點”是給出的第一個過程。因為水平拋出，所以是平拋運動，結合問題要求末動能和初動能的比值，所以考慮用運動的分解解決問題。第二個過程描述“現從O點以同樣的初動能沿某一方向拋出此帶電小球，該小球也通過了A點”，因物體受到恒力，所以是勻變速曲線運動，但題中“沿某一方向拋出”說明物體沒有明確的拋出方向，故而不能用分解來處理這個問題。再考慮到求解的是動能的關系，也知道空間的長度關系，所以第二問應該用動能定理解決。

（二）糾錯策略——“復盤”

“復盤”是心理學中的一個名詞，就是將發生過的事情在思維上進行場景重現，重現整個發生發展結束的事件過程，重新審視思考在事件中一切關聯的思維和行為對事件的影響，發現問題，找到根源所在，然后進行總結找到規律，不斷的積累從而提升個人能力。

帶領學生一起復盤，可以有效提升學生進行元認知監控的能力。首先，我會讓學生先分析自己對問題的解決過程，思考問題：當時我是怎么想的？我為什么會這樣想？將解決問題時的思維過程再現出來。隨即讓學生看標準的解答，看別人是怎么想的，思考：我為什么沒有想到這個方法？通過對比，查找問題，從而不斷提升自己的思維能力。

總之，讓學生學會用策略性知識解決問題，學會審視自己的思維過程、學會在解決問題的過程中監控自己的思維過程并不斷修正，學生的思維能力一定會得到錘煉和提升。

參考文獻：

[1]中國高考評價體系——27頁