元認知導向的多模態教學模式構建與路徑探析

摘 要：元認知作為一種高階內隱的思維過程，賦予學習型社會中的個體對認知活動能動計劃、監測和調整的能力。多模態的興起，催生出多感官協同學習與意義建構的教學新模式，促使學習者在多感官并用的同時聚焦于自身認知學習的體驗，在一定程度上促進了元認知的形成與發展。該研究基于中小學信息技術課程的教學現狀，為教師探索在多模態教學視域下如何促進與發展學生的元認知、構建以激發元認知為導向的多模態教學模式提供新的實踐路徑。

關鍵詞：元認知；多模態教學；信息技術教學

中圖分類號：G4 文獻標志碼：A 文章編號：2096-0062（2024）06-0060-08

引言

作為一種高階的、內隱的、抽象的思維過程[1]，元認知賦予了學習型社會中的個體對認知活動進行能動的計劃、監測、調整的能力，具備元認知能力的個體能夠在進行各種認知活動的同時，對自己所發生的認知活動進行監控與調節，恰如其分地契合學習型社會的要求。多模態教學的介入促使學習者在身體力行地多感官并用之時，聚焦于自身認知學習的體驗，使其尤其關注在認知活動中自身的思維運作方式及知識形成過程，并根據實際問題情境進行有意識的控制與調節，一定程度上促進了個體元認知的形成與發展。

本研究在對元認知理論、多模態教學進行綜述的基礎上，聚焦當下中小學信息技術學科教學現狀，為教師探索在多模態教學視域下如何促進與發展學生元認知、構建以激發元認知為導向的多模態教學模式提供新的實踐路徑。

一、理論綜述

（一）元認知

對元認知（Metacognition）概念最早的界定，需要追溯到1977年美國兒童心理學家J·H.弗拉維爾（J·H.Flavell）[2]出版的《認知發展》一書。弗拉維爾認為，元認知是個體關于自己的認知過程及結果或相關事情的知識，是為完成某一具體目標或任務，依據認知對象對認知過程進行的主動監測和連續調節，包括元認知知識、元認知體驗、元認知監控等要素。

在教育學領域，廣大研究者關注學生的元認知發展，試圖對矯正學習行為進行有效干預。李洪玉等[3]將學生的元認知發展總結為元記憶、元模仿、元注意、元理解、元學習的發展。比約克倫德·D.F（Bjorklund D.F）等[4]認為，幼兒的元模仿水平低下對于模仿機制完善與元認知發展起正向促進作用，因其可在充分頻繁地模仿更多榜樣的過程中改善自身行為。毛剛等[5]研究了在開放學習情境下基于學生數字足跡的閱讀元認知投入，探討了學生在閱讀過程中內在認知與元認知投入的一般規律，提出了基于標記足跡的元認知投入分析方法。

（二）多模態

模態（Modality）指的是交流的渠道和媒介，從生物學的角度而言，生命體通過視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺等5種不同的感知通道的相互作用，獲得與之相對應的5種交際模態。多模態（Multimodality）是多種模態復合的結果，可以理解為人類與外部環境進行有效互動時對多感官協同調用的交互方式。

20世紀60年代，著名實驗心理學家D·G.赤瑞特拉（D·G.Treichler）通過大量實驗證實，人類獲取的信息83%來自視覺，11%來自聽覺，3.5%來自嗅覺，1.5%來自觸覺，1%來自味覺；人們通常能記住自己所看到和所聽到內容的50%，在交流過程中自己所說內容的70%[6]；在注意集中比率中，視覺的效果優于聽覺，而在知識記憶比率中，聽覺的效果優于視覺，最佳的記憶保持方式是視聽并用[7]。

當下，科學技術的進步極大地促進了信息社會的物質文明建設，催生出更加適應學習型社會建設需要的多模態教學模式。在多模態理論的指導下，教育者借助多種現代教育技術手段提升學生多感官協同學習和意義建構的能力，提高教學效率，優化教學效果，變革教學模式。

二、元認知導向的多模態教學模式的核心環節與基本內容

本研究所構建的元認知導向的多模態教學模式，是將多模態教學應用于中小學信息技術課程的不同教學環節，綜合提升學習個體的元認知水平，具體表現在課前、課中、課后擴大元認知知識儲備量，優化元認知體驗，提升元認知監控水平，核心環節與基本內容模型如圖1所示。值得注意的是，在不同階段對不同要素的關注程度和側重點是不同的，但無論在哪一個教學環節，都應是在多模態環境中利用多模態手段關注學習個體元認知的3個組成部分。

（一）課前階段

首先，師生通過多模態微課平臺、多模態學習交流空間積極開展課前預習，教師分享教學目標和課中可能會用到的學習材料，學生在線進行自主預習、提出問題、協商討論，系統自動記錄學生的學習時長和互動次數，形成個性化檔案。其次，教師通過在多模態教學平臺分發問卷的方式對既定學生群體進行前測，學生通過PC端或移動端進行在線測評。問卷題目緊緊圍繞教學目標設定，題數不宜過多，可考慮設置3道選擇題、2道填空題、1道問答題。學生完成前測后，可在線直接查看自己的總得分、班級平均分、每道題的錯誤率、每道題對應的知識點等。教師針對問卷題目設置清晰、簡短的解答，便于學生自主學習。基于此，學生能夠對認知主體間的差異有一定認識，同時正確認識教學目標，了解教學材料的特性和難易程度，促進自身元認知知識庫的更新。與此同時，教師通過豐富的數字化多模態手段，例如展示動畫、音頻與文本相結合的PPT，或是借助穿戴式VR/AR設備對所要教授的內容進行情境導入，進而對學生參與認知過程的多感官進行刺激，使其集中注意力，調動其參與課堂的積極性。

（二）課中階段

教師借助豐富多樣的多模態資源、多模態交互平臺、多模態學習方式，實現認知過程多主體、多感官、多通道的輸入與輸出，尤其關注多模態融合場景之下學生的知識建構和學習體驗。隨著信息技術的不斷發展，信息化教學設施設備不斷完善，為教學過程中多種模態的融合提供了更大的可能性。例如，在遠程教學時，教師可以采用網絡直播授課的方式，將自己授課的畫面、PPT界面、電子版書界面同時呈現，盡可能讓文字、圖像、視頻、音頻等多種模態融為一體，為學生創建真實的學習情境。在課堂師生、生生、人機進行多模態互動的過程中，學生能夠從多種渠道獲取信息，學生的認知體驗和情感體驗都能夠得到一定程度的增強，并在與外界的互動中對自己所采用的認知策略進行合理調整，促進知識內化、能力遷移，有效培養高階思維能力、團隊協作能力、問題解決能力。

（三）課后階段

教師通過多種信息渠道獲取學生的學習數據，利用多種模態方法對學生的學習行為與學習結果進行持續有效的監控，例如AI驅動評估、教育大數據智能分析等，同時結合多模態后測，及時對學生的課堂學習效果進行測量與評估。后測題目難度應分層設定，既要包含課堂教學中最基礎的內容，又要包括對知識點的拓展和提升。學生可在多模態學習交流空間中分享學習心得、上傳學習筆記、成立興趣小組，將此次學習過程作為認知對象，主動反思在學習的每一個階段中表現出的不足之處，激發元認知監控能力，促進元認知水平發展。

三、元認知導向的多模態教學模式構建策略與層次框架

傳統的多模態教學實施過程中，由于忽視多模態教學信息在表征上的差異以及缺乏對多模態教學資源進行有效整合的策略與方法，教師往往只是將不同模態的教學內容堆砌在一起，因而難以保持邏輯的一致性和連貫性，容易產生意義表征與整合困難、模態間關聯與對齊失范等問題，學生也難以集中注意力，無法提取有價值的學習信息，學習過程受到嚴重干擾。

元認知導向的多模態教學模式具備潛在優勢，歸因于其在關注教學信息傳遞的基礎之上，更加強調學生對教學信息的接收、理解、處理，即以學生的元認知為準繩，重視在多模態教學模式的實施中對學生核心素養和高階思維能力的培養。元認知導向的多模態教學模式構建策略與層次框架示意圖如圖2（見下頁）所示。

（一）建立高質量多模態教學資源體系

元認知是個體對自身思維和學習過程的認知和調控。元認知發展具有漸進性、個體差異性、可塑性等特點，不同個體在元認知發展上存在差異，有的學生可能較早展現出較高的元認知能力，有的學生則需要更長的時間提高元認知能力。因此，教師在建立多模態教學資源體系時，需要充分考慮不同學生的元認知特點，深入了解其認知發展規律、興趣愛好和學習需求，以便開發出更符合實際的教學資源。同時，教師在對多模態教學資源進行選擇和開發時，還應注重不同模態之間的關聯與對齊，確保文本、圖像、音頻、視頻等不同模態的教學信息在內容結構和呈現方式上保持一致性和互補性。此外，教師在建立多模態教學資源體系時還應注重教學資源的多樣性和創新性，對不同領域、不同類型、不同風格的多模態教學資源進行篩選，以滿足學生的多元化學習需求。教師需對教學資源的使用情況進行定期評估和反饋，學生也可表達自己對教學資源的意見和建議，為教學資源的不斷完善提供有力的支持。

（二）創設沉浸式多模態教學交互場景

教師利用數字化技術工具輔助教學，為學生創設沉浸式多模態教學交互場景，能夠使學生身臨其境地即學即練，在教學發生的第一現場自我評估所學知識，促進元認知策略的優化。例如，教師可以使用VR技術創建虛擬實驗室或虛擬項目實踐中心，讓學生通過團隊協作的方式共同完成教學各階段的任務（例如環境配置、系統設計、編碼測試等）。在此沉浸式的虛擬環境中，學生無須擔心設備損壞或安全風險，可集思廣益地進行自由實踐，教師則可以提供必要的指導。在沉浸式多模態教學交互場景中，教師還可以使用AR技術為學生創建互動式學習材料（如帶有AR標簽的學習卡片或教材），學生通過掃描標簽就可以清晰觀看教學內容，或是利用手勢、語音等對AR技術呈現出的虛擬元素（如變量、函數等）進行交互，使信息技術教學過程更直觀且更有趣味性。

（三）健全個性化多模態教學反饋機制

在元認知導向的多模態教學模式中，健全個性化多模態教學反饋機制是至關重要的，不僅有助于教師把握教學開展情況，還能促進學生的元認知發展。在此機制下，反饋內容維度可分為元認知知識反饋、元認知體驗反饋、元認知監控反饋，分別用以衡量學生對知識技能的理解程度與掌握情況、教學資源及教學活動的喜好與接受度、學習策略的選擇與自我學習效果的評估。反饋主體維度可分為教師反饋、同伴反饋、自我反饋。教師可建立多模態學習檔案，以圖片、音視頻等多種形式記錄學生的課堂表現、小組活動、作業測驗等方面，定期回顧，為后續教學提供指導；學生之間可通過團隊討論、觀點辯論、學習資源共享等形式進行交流與分享，促進共同進步；學生可通過自我評價表、學習筆記、學習總結等形式進行自我反饋。反饋時間維度可分為即時反饋、階段反饋、長期反饋，即時反饋幫助學生及時調整元認知策略；階段反饋是在每個學習階段結束后對學生進行總結性反饋，幫助其了解學習進展情況和存在的問題；長期反饋可以為學生提供較為全面的評價，促進其元認知能力長遠發展。

四、元認知導向的多模態教學模式實施建議與實踐路徑

元認知導向的多模態教學模式提倡教師在多模態教學環境中，整合多模態教學資源，進行學情分析、教學設計、教學活動組織與管理，并在課堂上積極實行多模態互動，綜合考量學生的元認知知識，增強學生在多模態教學模式下的全新元認知體驗，從而激發其元認知監控能力，彌補其元認知短板，促進其元認知能力持續發展。元認知導向的多模態教學模式實施建議與實踐路徑示意圖如圖3所示。

（一）置身多模態環境，開展學情分析，衡量元認知知識

現代化的課堂是生動鮮活的，課堂中的學生是獨一無二的，在現代教學中，僅僅將教師憑主觀經驗得來的數據信息，或者使用手機、平板、電腦等終端收集到的學生學習結果數據（例如作業數據和考試數據）作為學情分析的參考，顯然是片面古板、收效甚微的。如今提倡在第一教學現場中動態采集學生參與學習的多模態數據，結合教師自身教學經驗，刻畫學生個性化畫像，評估學生群體水平，讓教學決策由傳統的經驗主義走向科學化。

元認知導向的多模態教學模式的開展須立足于對認知個體具體學情的清晰分析，第一要務是明確經過課程學習后學生應該表現出的學科能力行為，即學習后的應然結果。教師可借助現代化智能技術減輕人工采集學情的負擔，例如可以利用多模態教學環境中的實時互評、在線測評、在線討論等功能提高學情分析效率，亦可使用智能學伴快捷獲取學生的學習全過程數據，將學生參與學習活動生成的多模態數據以可視化的形式呈現出來[8]。

教師在多模態教學環境下進行學情分析時，應重點關注學生的認知水平和學習需求程度，從行為數據、心理數據、生理數據等方面開展學情分析。具體而言，教師可以利用在線課程平臺對學生資源學習、媒體操作、互動交流、練習評測等多模態行為數據進行批量采集和統計分析，并依托傳感技術對皮膚電反應、腦電、眼動、心率等數據進行非侵入性采集。例如，利用眼動儀記錄學生的眼動軌跡、眼跳、注視等指標，從而判斷學生注意力是否集中；利用腕戴式心率監測裝置獲取學生心率數據，便于了解學生的壓力程度和運動強度等方面的信息；利用移動腦波儀、頭戴式無線腦電傳感器獲取學生的腦電波數據，進一步獲取學生的情緒信息[9]。基于捕獲到的這些數據，學生能夠對自身在認知策略方面的知識水平有所了解，教師能夠正確衡量不同學生的認知特點和學習風格，并通過適當引導讓學生主動彌補認知方面的不足。

（二）利用多模態組合，進行教學設計，增強元認知體驗

模態選用的原則是既定模態的供用特征能夠準確傳達教學意義，考慮到不同模態組合具有不同意義的潛勢，且不同模態所實現的教學效果往往不同，通常采用多模態組合的方式協同完成教學任務。

基于多模態組合思想的教學設計，不僅有利于學生元認知知識庫的擴充，還有利于課堂教學實踐中學生良好元認知體驗的形成。通過包括輔助模態在內的多模態組合，學生對視頻或文獻等教學材料進行自定步速的學習，從中知悉教學目標與教學任務，判斷教學材料的難易程度，從自身認知水平和學習知識的風格特點出發，思考如何運用認知策略開展學習，能夠從枯燥單一的傳統學習模式中脫身，提升學習的自信心和成就感，激發正向元認知體驗。例如，在對信息科技學科中“人機對話的實現”一課進行教學設計時，教師可考慮引導學生利用智能音箱等智能設備，使用語言、視覺、聽覺、身勢等多模態組合，讓學生知曉本課時的學習任務是“理解人機對話的原理，用編程實現簡易的人機對話”，同時呈現運用到的部分算法流程圖，布置思考問題，讓學生協調多模態進行課前的自主探索和知識的初步建構。

（三）實行多模態互動，推進教學組織，激發元認知監控

多模態互動包括多模態互動方式和多模態互動策略。多模態互動方式包括師生互動、生生互動、小組互動、人機互動等，師生、生生、小組之間的教學互動也分為線下面對面互動、線上實時互動和線上非實時互動，打破了傳統教學互動的時空限制[10]；多模態互動策略包括角色轉換、角色扮演、虛擬現實、課堂報告、小組協商等。

多模態的互動形式彌補了傳統課堂教學中面對面單一的、靜態的語言互動的不足，使得教學互動更具有動態性、豐富性和高效性，因此，恰當地進行多模態互動，有利于教師組織多樣化的教學活動，讓盡可能多的學生全身心地參與到課堂教學中，激活其元認知監控的能力。教師可以借助豐富多樣的多模態資源和平臺，創設快樂活躍的教學氛圍，實現對學習者的多感官刺激，讓學習者關注教學重難點并集中注意力，在輕松的學習狀態下促成知識內化。

仍以“抽象與建模”一課為例，在課堂上，教師首先讓智能設備為學生講解人機對話系統的發展歷程，其次利用虛擬仿真教學平臺讓學生組隊完成相關人機對話指令的編寫實驗，最后用板書和動畫相結合的方式總結歸納人機對話實現的原理及關鍵技術。教師將所教授的知識具象化、立體化、可視化，讓學生對自己的學習過程進行規劃和反思，在良性元認知體驗中加深對所學內容的理解和記憶，在較為真實的情境下對知識有更加直觀的把握。

（四）綜合多模態資源，推動資源建設，彌補元認知短板

隨著多模態與教育教學的深度融合，多模態資源整合、多模態教學資源建設引起人們的廣泛關注，5G技術、全息投影技術、智能白板、智慧學習筆、VR/AR/MR設施等多種形態的智聯終端和教育技術裝備被廣泛用于多模態智慧教學的實踐一線，教師開發優質多模態教學資源，有利于學生多感官協同參與學習，借助現代化工具優化認知過程，彌補元認知短板，建構更深層次的知識體系，讓多模態課堂真正落地，實現技術賦能教育。因此，一方面，應大力鼓勵數字化多模態教育教學資源的開發與建設，完善多模態教學工具，拓展多模態教育環境，使場景能夠適配資源，讓資源能夠服務教學；另一方面，應積極提升師生信息素養，開展一系列培訓教研活動，鼓勵教師挖掘智能助教、智能教學終端、虛擬仿真教學平臺等多模態教學資源，并根據學科教學實際對多模態教學資源進行再設計，協同各類技術，最大限度地促進學生認知過程的優化。

（五）借助多模態評價，優化教學管理，促進元認知發展

在多模態教學場景中，教師應采用多模態方法評價教學效果，即采用多種模態組合的方式對學生的學習過程、學習環節、學習效果進行評價[11]，深入貫徹“教學評”一致性理念，充分結合學情，優化教學管理，引導學生通過教學評價挖掘興趣特長、認識先前經驗的不足、了解認知風格和認知習慣，從而及時調整認知策略，促進元認知能力長遠發展。

教學中的多模態評價可以是過程性的，也可以是產品性的，前者是針對學生學習過程的全時段、多環節，在較為寬松和開放的氛圍中采用多模態組合評價的方式考量學生的學習成績、學習表現、學習策略、學習態度等方面，可使用文字描述、等級評定、評分的形式，最后形成綜合性的整體評價；后者常用于評價學習過程中易于量化的方面，通常是在一個學習階段結束時，對學生的口頭或書面作業、卷面測試、論文、項目、制作產品及成果等進行多模態評價，相較于過程性多模態評價，此評價方式一般在較為嚴肅和封閉的氛圍中進行。

在多模態教學環境中，認知主體的視覺、聽覺、觸覺等多感官通道產生的數據資源和教學活動融為一體，教師可以借助基于多模態理論而設計的多模態學習行為分析平臺，采用大數據挖掘技術實時采集、分析學生產生的多方面數據，如測驗成績、課堂評價分數、學習任務完成周期、學習目標完成情況等，結合多模態課堂中學生的發言次數、小組合作表現評分、有效提問次數、有效解答次數等數據，對采集到的課堂學習數據進行合理的診斷分析，實現基于學生多模態數據的教學決策和過程性評價與反饋，精準評測，以學定教。此外，教育數字化轉型要求新時代的教師積極擁抱新技術，教師應學習使用自然語言處理、認知網絡分析、社交網絡分析、推薦系統等技術，將教育教學中的數據轉換成可視化圖表，清晰呈現學生的能力水平，動態監測學習效果，及時提供反饋意見。

五、結語與展望

本研究貫徹教育信息化轉型的理念，關注中小學信息技術學科教學現狀，強調元認知在個體學習過程中的關鍵作用，構建了元認知導向的多模態教學模式，并系統分析了其在促進學生元認知知識、元認知體驗、元認知監控等方面的理論機制和實際應用策略，為教師開展促進學生元認知發展的多模態教學提供了實踐路徑。本研究認為，元認知導向的多模態教學模式能夠助力教師在多模態教學場景之下，將自身教學經驗與現代化多模態技術深度融合，賦予學生積極調動多感官參與學習，并對其認知過程進行主動計劃、監測、調整、協調的能力。基于這一研究結論，教師應成為教學活動的設計者、智慧課堂的管理員、教育數據的分析師、學生發展的引路人，努力踐行促進學生元認知發展的多模態教學模式。

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（責任編輯 李強）

Construction and Path Exploration of Metacognition-Oriented Multimodal Teaching Model

Sun Linjun， Cao Meimeng， Zhang Yichun

（School of Education Science， Nanjing Normal University， Nanjing， Jiangsu， China 210024）

Abstract： As a higher-order implicit thinking process， metacognition empowers individuals in a learning society to plan， monitor， and adjust cognitive activities in a dynamic way. The rise of multimodality has given rise to a new teaching mode of multisensory collaborative learning and meaning construction， which prompts learners to focus on their own cognitive learning experience while using multiple senses， and promotes the formation and development of metacognition to a certain extent. Based on the current teaching situation of primary and secondary IT courses， new countermeasures and practical paths are offered in this paper for teachers to explore how to promote and develop students’ metacognition and construct a metacognition-oriented model under the perspective of multimodal teaching.

Key words： Metacognition; Multimodal teaching; Information technology teaching

基金項目：2023年江蘇省高等教育教改研究重點課題“教育數字化轉型下高校教師數字化教學能力框架及發展路徑研究”（2023JSJG173）作者簡介：孫林君（2001— ），女，江蘇鎮江人，碩士研究生，研究方向為信息技術與教育應用；曹美夢（1999— ），女，廣西北海人，碩士研究生，研究方向為信息技術與教育應用；張一春（1970— ），男，江蘇南京人，教授、博士生導師，研究方向為信息技術與教育應用。