元认知训练——高中物理不能忽视的教学手段，本文主要内容关键词为：教学手段论文,高中物理论文,元认知论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
元认知概念最早是由美国心理学家非拉维尔于1978年提出来的。非拉维尔认为，元认知是一个人所具有的关于自己思维活动和学习活动的知识及其实施的控制，是任何调节认知过程的认知活动，即任何以认知过程与结果为对象的知识，都是认知主体对自身心理状态、能力、任务目标、认知策略等方面的认知。同时，元认知又是认知主体对自身各种认知活动的计划、监控和调节。按照非拉维尔的观点，元认知就是对认知的认知，因此，元认知又译为反思认知。Hobstadter认为：元认知就是“跳出一个系统后去观察这个系统”的认知加工。Kluwe认为：元认知是明确地专门指向个人自己的认知活动的积极、反省的认知加工过程。研究表明，学习能力强的学生在有关学习的元认知方面的发展水平都比较高，具有较多的有关学习及学习策略方面的知识，并善于监控自己的学习过程，能灵活运用各种策略来解决问题。因此，在高中物理教学中对学生进行元认知训练，是提高物理教学质量、教会学生学习的一种重要途径，也为我们提供了一个进行物理课堂改革的新视角。
一、在高中物理教学中实施元认知训练的一般步骤
1.新授课时，指导学生用流程图训练元认知（如下图）
2.在习题课上指导学生进行元认知训练（步骤如下）：
例如：质量为M、倾角为α的斜面静止在水平面上，斜面上放置一个质量为m的木块，现要保证木块相对斜面保持静止不动，问：对M需作用多大的推力？m与M的正压力多大？M与水平面之间的压力多大（不计一切摩擦）？
(1)分析题意阶段：①我准确理解题了吗？②我把握题目的整体了吗？（理解题目各个物理量的关系，哪些是已知的，哪些是未知的，有没有隐含条件，这些条件与要求的量、与学过的哪些知识能联系起来？画示意图帮助理解）
该题属于哪一类型：动力学部分涉及哪些概念和规律：力的合成；牛顿三大定律。
本题关键词：相对静止。
本题隐含的条件：m与M有相同的加速度。
本题涉及的知识：物体受力分析，牛顿定律的应用。
与之前知识的联系：连接体问题。
(2)解答习题阶段：利用已知条件列出方程求解，遇到困难时，自我提问下列问题：①我充分利用了已知条件吗？哪些应优先考虑，哪些还没有充分利用？②我出现思维定势了吗（要用发散思维，顺向推理，逆向推理，双向推理，寻找新视角）?③解本题需要哪些条件（包括隐含条件）?④想到了几种解法（提倡一题多解）?
(3)反思总结阶段：①这道题与以前做过的题有何区别，其独特之处是什么？②我应用了哪些技巧，都恰当吗？能不能用更简洁的方法解题？③我能实现举一反三吗？
二、在高中物理教学中培养学生元认知能力的具体策略
1.构建知识网络，实现认知结构的整体优化是前提
在物理教学中，教师必须引导学生构建知识网络，实现认知结构的整体优化。学生要能对物理学科的知识结构有一个清晰的整体把握，弄清物理概念、物理规律间的逻辑体系，并明确概念、规律和方法之间是如何联系起来的。同时，还要将头脑中积累的知识条件化、结构化，熟练化和策略化。例如，对于运动的研究，应从最简单的匀速直线运动开始。而变速直线运动比匀速直线运动要复杂，如果把某段变速运动等效处理成匀速运动，两者在相同时间内通过相同位移，那么，匀速运动中的速度定义式v=s/t，在变速直线运动中就可粗略表示运动的快慢，于是就获得了平均速度的概念。而在极短时间内，平均速度又可近似看做是某一时刻的瞬时速度，这样，在
三个概念中，后者在前者的基础上发展起来，形成了由简单到复杂的线索。因此，当我们面临有待解决的物理问题时，就能很快将问题材料融入自己的知识体系中，找到物理问题与原有知识组块中的“相似块”，并迅速地建立起物理问题的表征。
2.掌握学习方法和思维策略是基础
要让学生学会学习，真正成为学习活动的主体，就必须让学生掌握必要的学习方法和思维策略。教师可根据专家常用的方法、自己的教学经验以及认知心理学家所推荐的解题策略，总结出一些在物理问题解决过程中常用的思维方法，并向学生清晰地讲解各种解法的解义，通过具体的范例讲解各种方法的使用及其使用范围和条件，指导学生在练习中加以运用，强调这些策略的使用条件，使策略成为“条件化的知识”。同时，还可以运用自我提问单来督促学生坚持使用这些策略，使之对解题过程的监控由外控向内控不断过渡，最后形成以稳定而有效的思维过程控制元认知技能，从而促进学生解题能力的发展和解题技能的迁移。比如，瞬时速度概念的获得就运用了“极限法”的方法观念，在求匀加速直线运动的位移时也需要用到极限，即把匀变速运动分成多个小段，每一小段无限缩小时便处理成匀速直线运动。此外，曲线运动中速度方向的确定、向心加速度的大小、处理变力做功等问题中都需要用到极限。这样，在不断认识静与动、曲与直、变与不变的辩证关系中，学生逐步理解了极限这种思想方法对于解决复杂问题的重要性。
3.加强思路教学，活化问题解决是关键
教师应当在传授知识和讲授学习策略的基础上，适当为学生创设一种问题情景，引导他们建立学习目标，制订计划，提出问题，从而不断地对学习过程、结果、学习策略及其效果进行监控、评价和修改。教师应当改变过去“满堂灌”的做法，在课堂上，特别是习题课上应该加强思路教学，注重物理问题解决的思维过程，展开逻辑思维，采用合适的思维方法进行分析、综合、比较、分类、抽象、概括等。要抓住已知和未知及新、旧知识间的联系，使“静”态知识内化到“动”态的物理思维中去思考和认识。例如，在足够大的匀强磁场里，垂直于磁场方向运动的带电粒子，其运动轨迹是一个圆。当磁场区域较小或者带电粒子从磁场边界进入磁场时，其运动轨迹可能是部分圆周。针对这种情况，如果还是先假设磁场区域足够大，那么带电粒子的运动轨迹就是完整的圆。然后，再从完整的圆周轨迹入手，寻找符合题目已知条件的情景，即可建立清晰的几何关系，最终达到解题目的，这就是所谓的“还原法”。例如，一匀强磁场，磁场方向垂直于xy平面，在xy平面上，磁场分布在以O为中心的一个圆形区域内。一个质量为m、电荷量为q的带电粒子，由原点O开始运动，初速为v，方向沿x正方向。后来，粒子经过y轴上的P点，此时速度方向与y轴的夹角为30°，P到O的距离为L，如图2所示。由几何知识可得，其圆心必落在v轴上，且圆形磁场区域不能覆盖到P点，只有从Q点射出磁场，方可满足从P点与y轴成30°射出的已知条件。
还原：在图1中，过O点以v方向为x轴正向建立直角坐标系，则圆弧OQ即为带电粒子在圆形磁场区域内实际运动的轨迹，如图2所示。
由几何关系知(L-r)sin30°=r①
根据牛顿第二运动定律得
②
联立①②解得
因带电粒子从Q点射出磁场，故OQ应是圆形磁场区域的半径。由几何关系知：
。
图1
图2
教师还可以和学生互换角色，学生之间相互扮演教的角色，让他们各自陈述自己的解题思路，并对不同的解法进行归类，讨论其他解法以及最优思路，叙述做不完或做错的原因。说出解题过程后，还要反思收获，思考自己能否实现解题方法的迁移。在平时作业中，教师应要求学生写出解题思路，而不只是列公式和结果。不能只满足于结果，要注意提高解题的技巧，充分发挥元认知本身所具有的监控特点，加强元认知体验，使元认知能力得到充分的发展。
4.加强不良结构问题的教学是深化
结构不良的问题是相对于结构良好的问题而言的。在学生通常遇到的问题中，提供了已知条件，问题也明确地提出来了，这就是结构良好的问题。但为了较快提高学生解决物理问题的能力，教师应该多进行结构不良问题的训练。比如，在物理问题中提供多个已知条件，让学生去选择，或者不提供足够的已知条件，要求学生补充或创设问题情景，也可以要求学生自编习题，这样就能有效地提高他们的思维能力。例如，电站向某地远距离输电，如果发电机输出功率为P，输送电压为U（即经升压变压器升压后的电压），恰好能满足该地原来的用电需要。现由于该地经济发展，用电量增大，要求用电功率增加20%，采取以下哪种措施恰好可达到这一新的用电要求？
A.保持输送电压和输电线结构不变，发电机输出功率增加20%；
B.保持输电线结构不变，发电机输出功率和输送电压都增加20%；
C.发电机输出功率、输送电压及输电线的截面积都增加20%；
D.保持输送电压不变发电机输出功率及输电线的截面积都增加20%。
由于学生在审题过程中不能自觉地将物理问题与实际相联系，因而难以发现这个问题中的隐含条件，即输电到目的地时，前后两种情况下的电压应该是一样的，这就直接导致了学生的解题错误。又如，在有关抽水的问题中，有些同学不清楚正常情况下直接抽水最多只能上升10m这样的隐含条件，也会导致问题解答的错误。要解决这些问题，学生就必须扩大知识面，做到理论联系实际，重视理论与实践相结合。因此，教师应当在物理教学过程中经常给学生提供反馈的机会，尽量把问题一般化、抽象化、模型化、规律化，力争做到举一反三、触类旁通，这也有助于知识的系统化。此外，学生还可以以学习日记的形式将元认知能力的训练延伸到课外。
三、在高中物理进行元认知训练的收获
1.学生的元认知水平明显提高
通过训练，学生认识了自己在学习中的优、缺点，并知道了以后该怎么办，其策略迁移能力明显增强，且能够根据不同情况加以灵活运用。
2.学生的主体意识明显增强
在之前的预习中，学生只看看本节课要讲什么。经过元认知训练后，他们会先思考自己有没有完全掌握之前学过的知识，会尝试着寻找前面学过的知识与本节知识内容的关系。这样，既复习了前面的知识，又增强了已学知识和新知识的联系，真正达到了预习的目的。
3.学习能力得到提高
通过训练，学生的学习有了自己的计划，在解题过程中由于要叙述理由，使思维外显，出错的机会明显减少。碰到难题时，他们会按照训练的步骤，多问几个为什么，也能找出解题的关键。这样，学生在学会学习的同时，也提高了学习效率。
高中物理教学中元认知能力的培养不同于一般知识的教学，它需要一个比较长期的过程，需要教师在日常的教学中不断地渗透，并结合日常教学进行持之以恒的培养和提高。