基于元認(rèn)知理論的初中物理解題模式探索

摘 要：元認(rèn)知是提高學(xué)習(xí)效果的重要因素.初中物理解題是一種復(fù)雜的認(rèn)知活動(dòng)，需要學(xué)生運(yùn)用元認(rèn)知技能來(lái)監(jiān)控及調(diào)整自己的思維過(guò)程.文章從元認(rèn)知理論的基本概念入手，探討了基于元認(rèn)知理論的初中物理解題模式，包括解題前的計(jì)劃、解題中的監(jiān)控及解題后的評(píng)價(jià)三個(gè)階段.結(jié)合具體的例題分析在各階段應(yīng)采取的元認(rèn)知策略，旨在提供更有效的解題模式，幫助學(xué)生提高物理解題能力.

關(guān)鍵詞：元認(rèn)知；初中物理；解題模式

中圖分類號(hào)：G632"" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"" 文章編號(hào)：1008-0333（2024）23-0103-03

收稿日期：2024-05-15

作者簡(jiǎn)介：李勇（1981.4—），男，江蘇省連云港人，本科，中學(xué)一級(jí)教師，從事初中物理教育教學(xué)研究.

解題是中學(xué)物理的重要學(xué)習(xí)內(nèi)容.解題是檢驗(yàn)學(xué)生物理知識(shí)掌握程度及運(yùn)用能力的有效方式，可促進(jìn)學(xué)生深層次學(xué)習(xí)和創(chuàng)新思維的發(fā)展.很多學(xué)生在物理解題時(shí)遇到困難，表現(xiàn)出缺乏主動(dòng)性、策略性和反思性等問(wèn)題，這些問(wèn)題與學(xué)生缺乏有效的元認(rèn)知思維和方法有關(guān)［1］.元認(rèn)知是指對(duì)自己的認(rèn)知過(guò)程的認(rèn)識(shí)和調(diào)節(jié)，是提高學(xué)習(xí)效果的重要因素.

1 元認(rèn)知理論概述

元認(rèn)知這一概念最早由美國(guó)心理學(xué)家弗拉維爾

于1976年提出，他將其定義為“認(rèn)知的認(rèn)知”，即對(duì)自己或他人任何形式的記憶、思維或其他認(rèn)知活動(dòng)的認(rèn)知.后來(lái)，許多學(xué)者對(duì)元認(rèn)知進(jìn)行了進(jìn)一步的研究和發(fā)展，將其分為元認(rèn)知知識(shí)和元認(rèn)知調(diào)節(jié)兩個(gè)方面.

元認(rèn)知知識(shí)是指?jìng)€(gè)體對(duì)自己和他人的認(rèn)知能力、任務(wù)特點(diǎn)和策略效用的了解.包括三個(gè)維度：人際知識(shí)、任務(wù)知識(shí)和策略知識(shí).人際知識(shí)是指?jìng)€(gè)體對(duì)自己和他人的認(rèn)知能力、優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)的認(rèn)識(shí)［2］.

元認(rèn)知調(diào)節(jié)是指?jìng)€(gè)體對(duì)自己的認(rèn)知活動(dòng)進(jìn)行控制和調(diào)整的過(guò)程.包括三個(gè)階段：計(jì)劃、監(jiān)控和評(píng)價(jià).計(jì)劃是指?jìng)€(gè)體在開(kāi)始認(rèn)知活動(dòng)之前，根據(jù)自己的目標(biāo)、能力、任務(wù)特點(diǎn)和可用資源，制定合適的策略和時(shí)間安排等.監(jiān)控是指?jìng)€(gè)體在進(jìn)行認(rèn)知活動(dòng)的過(guò)程中，不斷地檢查自己的理解程度、進(jìn)展情況和出現(xiàn)的問(wèn)題等，并及時(shí)調(diào)整策略或?qū)で髱椭?評(píng)價(jià)是指?jìng)€(gè)體在完成認(rèn)知活動(dòng)之后，對(duì)自己的表現(xiàn)、結(jié)果和所用的策略進(jìn)行反思總結(jié)，并根據(jù)反饋信息進(jìn)行改進(jìn).

2 基于元認(rèn)知理論的初中物理解題模式

2.1 解題前的計(jì)劃

解題前應(yīng)根據(jù)自己的目標(biāo)、能力、任務(wù)特點(diǎn)和可用資源，制定合適的策略和時(shí)間安排.首先，確定解題目標(biāo).學(xué)生需明確自己要解決的問(wèn)題是什么以及要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)是什么［3］.其次，分析解題任務(wù).學(xué)生需分析題目的類型、難度、要求和條件等，如這道題難度較大，需用到牛頓第二定律、動(dòng)能定理等公式，自己是否熟悉相關(guān)公式，是否知道如何運(yùn)用等.再次，選擇解題策略.學(xué)生應(yīng)根據(jù)解題目標(biāo)、任務(wù)選擇合適的解題策略，預(yù)測(cè)效果.最后，安排解題時(shí)間.學(xué)生應(yīng)該根據(jù)自己的能力及題目特點(diǎn)，合理分配解題時(shí)間，并設(shè)定一些時(shí)間節(jié)點(diǎn)來(lái)檢查自己的進(jìn)度等.

例1 一個(gè)質(zhì)量為2 kg的物體A，在光滑水平面上受到一個(gè)大小為10 N的恒力作用，開(kāi)始時(shí)速度為0，經(jīng)過(guò)5 s后，物體與水平面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2，求t時(shí)間內(nèi)恒力對(duì)物體所做的功以及物體在受力作用下移動(dòng)的距離.

首先，確定解題目標(biāo).求出t時(shí)間內(nèi)恒力對(duì)物體所做的功以及移動(dòng)的距離，寫出完整的解題過(guò)程及正確的單位符號(hào)等.

其次，分析解題任務(wù).該題為運(yùn)動(dòng)學(xué)應(yīng)用題，難度較大，需要用到牛頓第二定律、動(dòng)能定理等公式，需學(xué)生熟悉相關(guān)公式，并知道如何運(yùn)用公式.

再次，選擇解題策略.可采用以下幾種策略來(lái)解該題：（1）畫出物體的受力示意圖，列出合力方程，求出加速度；（2）根據(jù)加速度和初速度求出末速度；（3）根據(jù)動(dòng)能定理求出物體所做的功；（4）根據(jù)功、阻力求出物體移動(dòng)的距離等.這些策略都是有效的，但也有可能出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤或單位不統(tǒng)一等問(wèn)題.

最后，安排解題時(shí)間.分配10分鐘求解該題，每完成一個(gè)步驟檢查是否正確.

2.2 解題中的監(jiān)控

解題中的監(jiān)控是指學(xué)生在進(jìn)行物理解題的過(guò)程中，不斷檢查自己的理解程度、進(jìn)展情況和出現(xiàn)的問(wèn)題等，及時(shí)調(diào)整策略或?qū)で髱椭?以例1為例，這一階段主要涉及以下幾個(gè)方面.

首先，檢查解題步驟.學(xué)生應(yīng)該在每完成一個(gè)解題步驟后，檢查自己是否正確運(yùn)用了公式、符號(hào)、單位等，是否符合物理規(guī)律和邏輯推理等.如在求出加速度后，檢查一下是否正確地使用了牛頓第二定律，是否考慮了物體的質(zhì)量和受力的方向等.

其次，檢查解題結(jié)果.學(xué)生應(yīng)該在求出最終答案后，檢查自己是否達(dá)到了解題目標(biāo)，是否滿足了題目的要求和條件等.如在求出物體移動(dòng)的距離后，檢查一下是否寫出了完整的解題過(guò)程和正確的單位和符號(hào)，是否符合常識(shí)和實(shí)際情況等.

再次，調(diào)整解題策略.學(xué)生應(yīng)該在發(fā)現(xiàn)自己的解題步驟或結(jié)果有誤或不理想時(shí)，及時(shí)調(diào)整自己的解題策略，嘗試其他的方法或途徑等.如在發(fā)現(xiàn)自己的計(jì)算結(jié)果與參考答案不一致時(shí)，重新檢查自己的計(jì)算過(guò)程，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在，然后重新計(jì)算并修正自己的答案等.

最后，尋求解題幫助.學(xué)生應(yīng)該在遇到自己無(wú)法解決或不清楚的問(wèn)題時(shí)，主動(dòng)尋求他人的幫助，借鑒他人的思路、方法等.如在不理解題目中的某個(gè)概念或條件時(shí)可以向老師或同學(xué)求助，聽(tīng)取他們的解釋和建議等［4］.

基于元認(rèn)知理論的初中物理解題監(jiān)控階段的要求，以例1為例說(shuō)明如何進(jìn)行解題監(jiān)控.

解析：首先，畫出物體的受力示意圖如圖1，并列出合力方程

F-Ff=ma

其中，F(xiàn)是恒力，F(xiàn)f是摩擦力，m是物體質(zhì)量，a是物體加速度.根據(jù)元認(rèn)知理論，學(xué)生需檢查是否正確使用牛頓第二定律，是否考慮物體的質(zhì)量、受力方向等，經(jīng)檢查確認(rèn)沒(méi)有問(wèn)題繼續(xù)下一步.求出加速度a=F-Ffm=10-μmg2，其中，μ是動(dòng)摩擦因數(shù)，g是重力加速度.同樣檢查是否正確使用公式，是否符合物理規(guī)律、邏輯推理等，確認(rèn)正確后繼續(xù)下一步.根據(jù)加速度、初速度求出末速度v=v0+at其中，v是末速度，v0是初速度，t是時(shí)間.由于題目中給出了物體開(kāi)始時(shí)速度v0為0，經(jīng)過(guò)5 s后，物體與水平面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)變?yōu)?.2，所以可分兩段求解.

第一段：當(dāng)t≤5時(shí)，μ=0，所以a=Fm=102=5 m/s2，v=v0+at=0+5t=5t m/s.

第二段：當(dāng)tgt;5時(shí)，μ=0.2，所以a=F-Ffm=10-0.2×2×9.82=3.02 m/s2

，v=v0+at=5×5+3.02（t-5）=（28.9+3.02）t m/s.

檢查是否正確使用公式，確認(rèn)無(wú)問(wèn)題繼續(xù)下一步.根據(jù)動(dòng)能定理求出所做的功W=△Ek=12mv2-12mv20，其中，W是功，Ek是動(dòng)能.

同樣可以分兩段求解.

第一段：當(dāng)t≤5時(shí)，μ=0，所以W=12mv2-12mv20=12×2×（5t）2-12×2×02=25t2 J.

第二段：當(dāng)t＞5時(shí)，μ=0.2，所以W=12mv2-12mv20=12×2×（28.9+3.02t）2-12×2×（5×5）2=（83.64t2+175.56t-250） J.

檢查解題過(guò)程確認(rèn)沒(méi)有問(wèn)題，繼續(xù)下一步.根據(jù)功、摩擦力求出物體移動(dòng)的距離W=（Fs-Ff）d，其中Fs是恒力，F(xiàn)f是摩擦力，d是物體移動(dòng)的距離.

仍然分兩段求解.第一段：當(dāng)t≤5時(shí)，μ=0，所以W=Fsd-Ffd=10d-0d=10d J，由此可得d=

W10=2.5t2 m.

第二段：當(dāng)t＞5時(shí)，μ=0.2，所以W=Fsd-Ffd=

10d-0.2×2×9.8d=6.04d J.

由此可得d=W6.04=

（13.85t2+29.07t-41.39） m

這樣就求出了物體在不同時(shí)間范圍的移動(dòng)距離.可以發(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間的增加，物體的移動(dòng)距離也增加，但是增加的速率有所減小，這是因?yàn)槲矬w受到了摩擦力的作用.每個(gè)關(guān)鍵解題步驟都需要進(jìn)行檢查，這樣的解題監(jiān)控過(guò)程有助于學(xué)生保證自己的解題過(guò)程、結(jié)果正確有效，從而提高物理解題的能力和信心.

2.3 解題后的評(píng)價(jià)

解題后的評(píng)價(jià)是指學(xué)生在完成物理解題之后，對(duì)自己的表現(xiàn)、結(jié)果和所用的策略進(jìn)行反思總結(jié)，根據(jù)反饋信息進(jìn)行改進(jìn)等.以例1為例說(shuō)明如何進(jìn)行解題后的評(píng)價(jià).

首先，比較解題結(jié)果.學(xué)生應(yīng)該將自己的解題結(jié)果與參考答案或其他人的解題結(jié)果進(jìn)行比較，并分析其中的異同、優(yōu)劣.如將自己的解題結(jié)果與參考答案進(jìn)行比較，確認(rèn)是否得到正確的答案，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題可以及時(shí)糾正.

其次，評(píng)價(jià)解題過(guò)程.學(xué)生應(yīng)對(duì)自己的解題過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)，判斷自己是否有效地運(yùn)用元認(rèn)知技能、策略等.如對(duì)自己的解題過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)，確認(rèn)是否對(duì)解題過(guò)程進(jìn)行了計(jì)劃、監(jiān)控和調(diào)節(jié)等操作，解題時(shí)是否遇到太大的困難等.

再次，反思解題經(jīng)驗(yàn).學(xué)生應(yīng)從自己的解題過(guò)程中提煉出有用的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，并將其應(yīng)用到以后的物理解題中.如學(xué)生可以從例1的解題過(guò)程中提煉出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：

（1）畫出受力示意圖可以幫助分析物體受到的力、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；

（2）分段求解可以幫助簡(jiǎn)化復(fù)雜的問(wèn)題；

（3）檢查單位符號(hào)可以幫助避免一些常見(jiàn)的錯(cuò)誤等.

最后，改進(jìn)或獎(jiǎng)勵(lì)自己.學(xué)生應(yīng)該根據(jù)自己的解題表現(xiàn)、結(jié)果，給自己一些改進(jìn)或獎(jiǎng)勵(lì).

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，元認(rèn)知是提高學(xué)習(xí)效果的重要因素，可幫助學(xué)生更加主動(dòng)深入地參與到物理解題中，對(duì)自己的認(rèn)知過(guò)程進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)和調(diào)節(jié)等.通過(guò)運(yùn)用元認(rèn)知技能、策略，學(xué)生可以更好地理解物理知識(shí)，更有效地解決物理問(wèn)題，更深入地反思總結(jié)物理經(jīng)驗(yàn)，更積極地改進(jìn)或獎(jiǎng)勵(lì)自己.

參考文獻(xiàn)：

［1］ 黃志龍.初中物理解題中嵌入元認(rèn)知理論的分析［J］.數(shù)理化解題研究，2020（14）：62-63.

［2］ 林麗蓉.元認(rèn)知理論在初中物理解題中的應(yīng)用［J］.數(shù)理化解題研究（初中版），2017（6）：57-57.

［3］ 劉寧.初中生物理作業(yè)中元認(rèn)知能力的現(xiàn)狀調(diào)查與培養(yǎng)策略［D］.新鄉(xiāng)：河南師范大學(xué)，2016.

［4］ 樊克才.圍繞物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知能力：滑塊沿光滑斜面下滑問(wèn)題的9種解題方法［J］.物理通報(bào)，2023（1）：81-84.

［責(zé)任編輯：李 璟］