發展學生元認知水平促進初中物理探究式教學

摘要：基礎教育課程改革要求發展學生的核心素養，物理學科的核心素養包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任。這就要求義務教育階段的物理教學應倡導探究式學習，以促進學生自主學習、全面發展為教學目標。而發展學生的元認知水平，能夠有效提高學生探究式學習的能力。因此，提高學生的元認知水平，形成科學有效的探究式教學模式正是本次研究的主題。本研究采用了文獻調查、問卷調查和行動研究的方法，經過理論分析和實踐研究總結出元認知理論下探究式教學的實施方法，通過這些方法可以有效地培養學生的自主探究學習能力，提高學生的物理學科核心素養。

關鍵詞：探究式學習" 元認知" 初中物理

2001年新課程改革開始提倡探究式教學，《義務教育物理課程標準（2022年版）》強化了課程的育人導向，著力培養學生的核心素養，進一步規定科學探究是物理課程要培養的核心素養之一。因此，如何科學有效地實施探究式教學成了教育工作者需要解決的問題。大量研究結果表明，元認知在閱讀理解、寫作、科學探究、問題解決以及各種自主學習中都起著重要作用。提高學生的元認知水平，有助于學生習得學習策略，并把它們運用到新的學習情境中，從而提高自主學習、科學探究的能力。新一輪國家基礎教育課程改革的一個重要目標就是改變學生被動接受的學習方式，倡導學生主動參與的探究式學習。本文試圖闡述如何從發展學生元認知水平方面實施探究式教學，讓學生經歷科學探究過程，改變學習方式，并在探究學習中培養學生分析問題、解決問題的實踐能力和科學思維能力，促進其核心素養的發展。

一、元認知理論研究及其在探究式學習中的價值

元認知是指人們具有的關于自己思維和學習過程的認知以及對它們的調節，它主要體現了個體對自我認知過程的意識和監控。1976年，弗拉維爾在《認知發展》一書中提出了元認知的概念，其核心意義是：元認知是主體對認知的認知。大衛·迪紹夫在《元認知 改變大腦的頑固思維》一書中，提出了元認知是對思維的思考。另有學者的調查研究說明好學生和差學生的元認知水平有著相當大的差異，進而證明了元認知水平影響著學習者的學習成果。

國內的研究者大多認可元認知包含三個要素：元認知知識、元認知體驗和元認知監控。元認知知識是主體通過經驗而積累起來的關于認知活動的一般性知識。元認知監控是主體在認知活動的過程中，把自己的認知活動作為認知對象，不斷對其進行積極自覺的監視、控制和調節。元認知體驗是主體在認知活動時產生的認知體驗和情感體驗，它可以是對知的體驗，也可以是對不知的體驗，可以是積極的情感體驗，也可以是消極的情感體驗。

我國的元認知研究始于20世紀80年代，董奇首次引進了“元認知”的概念，并對中學生的元理解和兒童的元認知發展做了一定的研究。目前，國內很多學者更多的是進行關于元認知策略的研究，而對于元認知學習策略的專項研究十分缺乏。筆者查詢相關文獻發現，元認知學科教學策略研究主要涉及記憶、閱讀理解等相關內容，元認知與中學物理探究式教學的專項研究較少。

探究式學習是需要學生積極參與的學習方式。學生的整個探究學習過程，是一種自主學習過程，離不開對探究過程的計劃、監測、控制和評價，這些正是元認知的要素。探究式學習離不開元認知的支持。同時，學生的元認知能力在探究學習的過程中得到了鍛煉和提升。元認知能力和科學探究能力在學習過程中是緊密聯系、相互促進的。研究表明，學優生與學困生之間的元認知能力的發展有差異。大多數學業成功的學生有較好的自我調節能力，能很好地監控自己的學習活動，自覺確立學習目標、制訂學習計劃，能選擇和使用有效的學習策略，能正確評價自己的學習，調節、完善自己的學習。而學困生缺乏有效學習的策略和自我調節的技能，缺乏自我監控，不能將注意力保持在學習任務上，不能正確評價自己的學習，即使發生了認知錯誤，也渾然不知。發展學生的元認知水平，進行元認知學習策略的指導可以提高學生的學業成績。

二、發展學生元認知水平，開展探究式物理教學

（一）創設真實問題情境

教師在進行教學設計時，可以通過創設真實情境來實現對學生元認知能力的訓練，提升探究式教學效果。在探究式教學中，如何引入探究課題，激發學生的學習興趣和探究動機，將學生的注意力集中到探究課題上，是教師首先要解決的問題。根據元認知學習理論，創設真實問題情境可以讓學生在一定的物理情景中聯系大腦中已有的知識和經驗去思考問題，感受到新知識與原有知識之間的沖突，產生認知失衡，從而形成學生的探究需要和學習動機。學生只有通過物理情景認識到探究問題是什么，才能明確探究目標、制訂實驗計劃。創設真實問題情境能激發學生學習興趣，能引導學生通過觀察、實驗和思考提出探究問題，明確探究任務，從而鍛煉學生的元認知能力和科學探究能力，達成探究式學習目標。

1.設計課堂實驗引出探究問題

為了有效激發學生學習興趣、發展學生元認知能力，實驗的設計也要遵循一定的要求，實驗現象應直觀、可見度高，便于學生觀察和思考；實驗應簡單鮮明，能使學生集中注意力觀察主要的物理現象。

教學案例：初二物理“科學探究 凸透鏡成像”

這節課引入課題就可以用演示實驗創設問題情境：用一個放大鏡（凸透鏡）去觀察你身邊的物體，如一只勺子或者別人的眼睛。近看，遠看，你看到了什么？改變距離看到的像一樣嗎？有什么變化？為什么會出現不同的像？學生在觀察現象、思考問題的過程中認識到用自己的原有知識無法解釋實驗現象，從而產生求知欲。通過認知沖突引發學生深入思考，提出本節課探究問題：凸透鏡成像有什么規律？學生在真實情境中能更好地明確探究任務。

2.利用生活中的實例引入探究課題

引導學生觀察生活中的物理現象并思考：這些現象有什么相同點嗎？為什么會產生這種現象？你可以解釋嗎？用已有的經驗、知識去解釋是正確的嗎？你產生了什么疑惑？學生思考后發現無法解釋這些生活中的物理現象，教師由此引出探究課題。

教學案例：初二物理“動與靜”

師：世界上有絕對靜止的物體嗎？請你舉例說明。生：課桌、樹、房子等是靜止的。師：地球是靜止的嗎？生：不是，地球圍繞太陽轉動。師：既然地球在運動，那么課桌、房子能說是靜止的嗎？生：不能，它們也是運動的。此時，學生發現自己認知的矛盾，感受到認知的失衡。師：世界上沒有絕對靜止的物體，我們平時描述一個物體是靜止的說法是不科學的，那么，在物理學上我們該怎么描述一個物體是運動還是靜止的呢？通過本節課的學習我們就能解決這個問題。

3.設計探究式問題指導元認知策略

初二開學初，在對學習效果的反饋提問中，發現學生對物理知識的理解并沒有達到要求，究其原因是學生已經習慣了被動接受、死記硬背的學習方式，不知道物理學習的方法是運用邏輯思維，要深入理解才能掌握。部分學生缺乏元認知能力，不會探究式學習。

因此，筆者采取提問的方式，設計探究式問題，嘗試對學生進行元認知能力的培訓，提高其探究式學習能力。

教學案例：初二物理“動與靜”

提問1：小明坐在正在行駛的汽車里，小明是運動還是靜止的？為什么？

針對問題，學生習慣性地看書尋找答案，這時教師應鼓勵他們用自己的知識和經驗大膽猜想和探索，并指出：看書背答案是學不好物理的，要靠自己的思考才能真正理解。這里讓學生反思自己的學習方法，認知到物理學習的正確策略是探究式學習，從而提高學生的元認知水平。

提問2：小明有可能是靜止的，你能解釋一下嗎？

學生各抒己見，互相評價不同的觀點，提高了元認知水平。教師給予鼓勵和表揚，學生主動參與課堂問題的解決，積極思考，大膽回答，體驗到了探究式學習的樂趣和成功。學生不但學習了知識，鍛煉了思維，還獲得了積極的學習體驗；而積極的學習體驗又會激發學生的學習動機，使其培養探究的能力。

（二）強化學生積極的學習體驗

成功的喜悅會讓學生產生積極的體驗，提高學生的自信心和意志力，促使學生更加順利地完成實驗探究，形成良性循環。而消極的體驗會給學生帶來挫敗感，容易讓學生失去學習信念，產生畏難情緒。在探究式教學的課堂上，筆者注意到學困生在物理學習中很快就放棄對問題的自主探究，遇到困難選擇逃避，不愿意思考，容易喪失學習信念，形成惡性循環。學習信念對在探究過程中調用元認知技能起到了先導作用，沒有學習信念就無法調用元認知技能促進自主學習。為了提高學生的學習信念，教師要幫助學生分析探究中出現的問題，搭建完成探究任務的思維階梯，引導學生選擇正確有效的認知策略去解決問題，讓學生有“會”的體驗。有了成功的認知體驗，學生就會越來越自信，通過積極的認知體驗和情感體驗促進自身科學探究能力的發展。

（三）實施形成性評價

形成性評價是對學習過程的監測和反饋，它不是學習結束后的評價考核，而是在探究學習開始之前、探究學習進行期間的評價，能反映學生探究學習過程中的思維能力。形成性評價的方式有自我評價和同伴互評等。自我評價和同伴互評可以鍛煉學生的元認知監控能力，提高學生的探究學習能力。

利用評價幫助學生控制和管理他們自己的學習行為正是教育的最終目標。教師在教學中，可以借助檢查表等工具幫助學生進行自我反思，發展元認知能力，成為積極的學習者。

元認知能力強的學生會常常自評，從元認知的角度去思考自己的學習，例如：我今天發揮創造性了嗎？我提出盡可能多的想法了嗎？我嘗試從不同視角思考問題了嗎？我怎樣做研究的？我評估我使用的實驗方案的可靠性了嗎？我有沒有認真觀察探究實驗的現象？我有沒有認真做筆記？我記錄下探究過程的數據信息了嗎？我的探究項目做得好嗎？它是否給出了足夠的信息？我有邏輯性和說服力嗎？我整理筆記的方式是否有助于我的學習項目呢？探究學習過程中遇到問題我會怎么辦？我對我的進步滿意嗎？這個任務我還能想出其他解決方案嗎？

學生可以通過“出聲思維”分享探究過程來進行同伴互評。“出聲思維”就是說出自己的想法，教師可以讓學生描述他們思維過程的各個步驟，檢查和分析他們的策略是否有效。例如：學生一起討論他們的探究過程，分享他們的研究過程，并接受反饋，通過評價同伴的學習過程，了解到如何通過不同方式展示學習技能，如何用不同方案解決問題。

總之，以學生為主體的自評和互評，可以鍛煉學生的元認知技能，有助于學生明確探究的問題，選擇有效的研究策略，監控探究學習的過程，及時發現問題、解決問題，調整方案，完善探究過程，實現探究目標。這也有助于學生在探究學習的過程中培養探究能力和探究精神。

三、結論

本研究把元認知水平的發展和探究式學習能力的培養緊密結合，嘗試形成新的基于元認知能力的探究式物理教學模式，力求在提高學生物理成績的同時發展其元認知能力和探究式學習能力，實現學生的全面發展。在課堂教學中，學生在學習伊始，知道提出探究問題、做好自己的知識準備，能明確學習目標和任務要求；學生在學習過程中，能做好學習計劃，能設計探究實驗方案，能對自身的探究學習活動、發展情況進行檢測、反思、評價和調整；學生在學習活動結束時，能對學習結果進行檢測、評價和反思，提升探究學習能力，實現自主學習能力的發展和元認知水平的提升。

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責任編輯：趙瀟晗