李建設(shè)

(合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院，安徽 合肥 230009)

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影響高中物理實驗學(xué)習(xí)困難的元認知因素及其教學(xué)策略

李建設(shè)

(合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院，安徽 合肥 230009)

研究表明,學(xué)生學(xué)習(xí)困難的原因與其元認知參與的缺乏有直接關(guān)系．本文結(jié)合元認知理論,認為任務(wù)知識薄弱、監(jiān)控失調(diào)、調(diào)節(jié)盲目和元認知體驗欠缺是影響高中物理實驗學(xué)習(xí)困難的主要元認知因素．教師只有了解哪些方面元認知技能的缺失會對學(xué)生實驗學(xué)習(xí)存在影響,才能對癥下藥,有針對性地提高學(xué)生的元認知技能．

元認知； 物理實驗； 教學(xué)策略

學(xué)習(xí)困難領(lǐng)域一直是教育工作者關(guān)注的熱點,尤其是學(xué)生在學(xué)習(xí)困難領(lǐng)域中的認知與非認知領(lǐng)域的特點,及其與學(xué)業(yè)成就的關(guān)系更是備受關(guān)注,[1]而對學(xué)業(yè)成就產(chǎn)生影響作用的認知與非認知因素中當(dāng)屬元認知．Kolligiall和Sternberg(1987)認為，學(xué)生學(xué)習(xí)困難的原因與元認知參與的缺乏,即元認知技能的運用不良有直接關(guān)系．有關(guān)物理問題解決過程的研究也表明,物理學(xué)習(xí)困難的學(xué)生在某些元認知的技能和能力方面存在困難．然而,有關(guān)實驗學(xué)習(xí)困難的元認知相關(guān)方面的研究并不多見．本文根據(jù)元認知理論,結(jié)合學(xué)生在物理實驗問題解決過程中的具體表現(xiàn),深入探討影響高中物理實驗學(xué)習(xí)困難的元認知相關(guān)因素．這對于有效地開展實驗教學(xué),有針對性地指導(dǎo)高中學(xué)生的實驗學(xué)習(xí),使其由“學(xué)會”變成“會學(xué)”,提高實驗學(xué)習(xí)的積極性、主動性和創(chuàng)造性具有十分重要的實踐意義．

1 實驗學(xué)習(xí)困難的元認知相關(guān)因素

由于學(xué)生頭腦中的實驗知識體系存在缺陷,實驗學(xué)習(xí)過程監(jiān)控不力,實驗策略的調(diào)節(jié)盲目,因此不能有效地完成實驗學(xué)習(xí)目標(biāo)而導(dǎo)致情緒低落,從而產(chǎn)生實驗學(xué)習(xí)困難，其在實驗學(xué)習(xí)中的主要具體表現(xiàn)如下.

1.1 任務(wù)知識薄弱,對問題的表征處于感性認知階段

調(diào)查發(fā)現(xiàn),實驗學(xué)習(xí)的困難與元認知知識中的任務(wù)知識薄弱相關(guān)很大．任務(wù)知識薄弱是指學(xué)生對實驗的認知只局限于在實驗操作的正確與否,對于課程的教學(xué)目的、具體項目的實驗?zāi)康恼J識不清或從未考慮過,認為實驗課程的主要目的就是完成實驗操作,測量實驗數(shù)據(jù),培養(yǎng)操作技能．由于學(xué)生的任務(wù)知識體系存在局限性,使得他們在審清具體項目的實驗?zāi)康?、運用實驗方法利用的信息量較少,且信息多處于膚淺的加工狀態(tài),導(dǎo)致學(xué)生對實驗問題的表征只是處于感性認知階段．特別是隨著實驗內(nèi)容復(fù)雜水平的提高,學(xué)生提取相關(guān)知識變得很困難,對于問題信息表征的準(zhǔn)確性也在下降．例如在測電源電動勢和內(nèi)阻的實驗中,學(xué)生對實驗的本質(zhì)不很清楚,對電路中電流表是采用外接法還是采用內(nèi)接法的理解不深,對于問題表征仍停留在物理概念、實驗現(xiàn)象、儀器操作等表面特征上,根本沒有考慮將實驗現(xiàn)象、實驗方法、實驗操作與實驗?zāi)康摹嶒炘砺?lián)系起來,他們只是按照教師或教材上提供的方案機械地選擇實驗器材,連接電路．如果改變實驗測量對象——測量電源的內(nèi)阻很大,學(xué)生就茫然不知所措了,不知道是選擇電源外接法或內(nèi)接法來連接電路．

1.2 元認知監(jiān)控失調(diào),難以對認知過程做出合理的判斷

自我監(jiān)控對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果的影響日益增大,是影響學(xué)生學(xué)業(yè)成績的關(guān)鍵因素．[2]元認知監(jiān)控涉及整個實驗過程,但實際情況是學(xué)生對實驗任務(wù)的監(jiān)控主要表現(xiàn)為“結(jié)果性”,而非“過程性”,缺乏整體性、過程性和計劃性,致使學(xué)生對實驗項目的價值、難度,實驗方案的合理性、煩瑣程度,實驗過程的可操作性、安全性,實驗中出現(xiàn)的干擾性問題的甄別和排除等難以作出準(zhǔn)確的估計和判斷．胡志海等人研究發(fā)現(xiàn),[3]學(xué)習(xí)困難的學(xué)生在計劃性、過程性與總結(jié)性方面較弱,而這3方面恰恰對應(yīng)于實驗活動前、進行中、完成后3個不同階段．具體體現(xiàn)在:實驗開始階段,由于對實驗?zāi)康暮蛯嶒炄蝿?wù)的認識不夠深入,大多數(shù)學(xué)生基本上處于忽略狀態(tài),不能將實驗的安全性、準(zhǔn)確性、可操作性等綜合起來去考慮實驗方案的設(shè)計．在實驗進程中,對于實驗中出現(xiàn)的問題不能做出準(zhǔn)確、合理的分析和判斷,學(xué)生往往只關(guān)注教師布置的實驗測量任務(wù),對于實驗操作步驟是否具有合理性、系統(tǒng)性、條理性基本不予理睬．在實驗結(jié)束后,學(xué)生只關(guān)注實驗數(shù)據(jù)處理的完成,對實驗結(jié)果的評價往往是就事論事,對于實驗結(jié)果誤差大的處理,往往只是在實驗報告上提了一句“本實驗結(jié)果誤差很大”,就不了了之,沒有從深層次上去分析、總結(jié)實驗相關(guān)因素對實驗測量的影響．

1.3 元認知調(diào)節(jié)盲目,引發(fā)學(xué)生隨意嘗試各種認知策略

在解決問題的過程中,如果沒有元認知策略的使用,個體的認知能力就得不到很好的發(fā)揮．[4]學(xué)習(xí)不成功者的困難不是由于缺乏具體的認知策略知識,而是在基于任務(wù)要求去選擇和使用策略上存在問題,缺乏對與相應(yīng)問題選擇有效策略的調(diào)節(jié)能力(Swanson,1985),即元認知調(diào)節(jié)方面沒能得到很好的發(fā)展．當(dāng)他們面臨實際問題時,很難組織有效信息和頭腦中的相關(guān)圖式去激活相關(guān)問題解決策略．當(dāng)某種認知策略不成功時,很難及時進行策略轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)自己的認知過程,[5]其思維活動處于一種盲目、不可控狀態(tài),只能盲目地嘗試各種認知策略以尋求任務(wù)起始狀態(tài)與目標(biāo)狀態(tài)的一系列聯(lián)系．例如學(xué)生通過學(xué)習(xí)用伏安法測量電源電動勢和內(nèi)阻的基本思路,能夠解決當(dāng)電路中有電壓表和電流表的前提下,測定電源電動勢和內(nèi)阻的問題．如果實驗器材中缺少電壓表或電流表,或者所給的電壓表或電流表不符合實驗需要時,要求測量電源的電動勢和內(nèi)阻．由于學(xué)生沒有從思維的抽象上升到思維的具體,不知道如何靈活應(yīng)用伏安法知識,在猛地接觸到?jīng)]有電壓表或電流表,取而代之的是電阻箱等電學(xué)儀器時總感不適應(yīng)．他們頭腦中出現(xiàn)的信息往往是伏安法測定電阻的模型,實際表現(xiàn)出的實驗行為是根據(jù)頭腦中的原有模型,嘗試構(gòu)建各種電路模型來解決問題．

1.4 元認知體驗欠缺,導(dǎo)致自我效能感降低

積極的元認知體驗對認知任務(wù)的完成有著重要的影響,它可以激活認知策略知識,幫助學(xué)生在完成認知活動時對相關(guān)策略進行調(diào)節(jié),也能夠更好地監(jiān)控學(xué)習(xí)過程．認知活動的成功會產(chǎn)生積極的情感,失敗了會有消極的情感產(chǎn)生．消極的元認知體驗會使學(xué)生在面對挑戰(zhàn)性任務(wù)時會選取逃避或回避策略,面對失敗時會把原因歸于能力差,面臨困難時會選擇放棄,長期積累會使學(xué)生的自我效能感逐漸降低．自我效能感是反映學(xué)生元認知水平的一個重要指標(biāo),學(xué)生的自我效能感與元認知體驗呈顯著的正相關(guān),[6]這種相關(guān)在低成就學(xué)生身上表現(xiàn)得尤為顯著．在實驗學(xué)習(xí)中,如果學(xué)生不斷地遭遇實驗失敗或挫折,會使他們逐漸降低對實驗的學(xué)習(xí)愿望,懷疑自己的實驗?zāi)芰?降低對物理實驗學(xué)習(xí)的結(jié)果期望,降低甚至完全喪失對物理實驗學(xué)習(xí)的信心,致使他們不愿主動地調(diào)動非智力因素參與到實驗中,缺乏改進認知加工過程的愿望,從而降低了實驗活動效率與成功的可能性．這種喪失實驗信心的心理狀態(tài)叫做實驗學(xué)習(xí)的習(xí)得性無助感．習(xí)得性無助感將使學(xué)生產(chǎn)生被動、自卑、厭學(xué)的情緒,造成做不好物理實驗的心理定勢．根據(jù)學(xué)習(xí)動機的強度=價值×期望的“期望——價值”理論,如果學(xué)生降低對實驗學(xué)習(xí)結(jié)果的期望值,認為“自己不是學(xué)習(xí)實驗的料,或物理實驗的學(xué)習(xí)沒有什么作用”,那么實驗學(xué)習(xí)的動機就會減弱,從而抑制新實驗項目的學(xué)習(xí)．

2 提高學(xué)生元認知水平的教學(xué)策略

2.1 注重實驗思想和方法的傳授,完成任務(wù)知識體系

2.2 利用自我提問單,有效監(jiān)控實驗思維過程

研究表明，學(xué)生的自我監(jiān)控能力發(fā)展落后于其他能力的發(fā)展,自我監(jiān)控能力的培養(yǎng)是當(dāng)前實驗教學(xué)中的最大薄弱環(huán)節(jié)．在實驗教學(xué)中,教育者要以實驗認知活動作為意識對象,加強對實驗過程的監(jiān)控,使學(xué)生能夠積極而自覺地對實驗過程進行監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié),促進學(xué)生從“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”．教師要根據(jù)具體的實驗內(nèi)容,設(shè)計出對應(yīng)的自我提問單,讓學(xué)生進行自我診斷,自我改進．提問單內(nèi)容包括: (1) 理解實驗任務(wù)．要求準(zhǔn)確、全面把握實驗任務(wù),明確任務(wù)的特點、目標(biāo)以及需要達到的程度．(2) 分析實驗并制定相關(guān)計劃.包括分析器材的選取,構(gòu)思各種解決問題的可能辦法,估計其有效性等,這些是尋找解決實驗問題的突破口和關(guān)鍵．(3) 監(jiān)控計劃的實施．針對實驗過程中出現(xiàn)的異常情況,學(xué)生應(yīng)及時調(diào)整策略.(4) 檢查結(jié)果．根據(jù)結(jié)果及相關(guān)反饋信息及時評價策略和方法的效果,評估目標(biāo)和任務(wù)的完成程度,對發(fā)現(xiàn)的問題采取補救措施進行修改或調(diào)整等．例如在“單擺測重力加速度”的實驗中,教師可提出以下問題:第一，用單擺測量重力加速度是根據(jù)什么物理關(guān)系?如何推導(dǎo)出重力加速度的測量公式;第二，該實驗需要測量的物理量有哪些?各需要采用什么測量工具?測量工具的精度各是多少;第三，單擺應(yīng)當(dāng)選取什么樣的擺球,什么樣的線,線長的長度應(yīng)在什么范圍內(nèi)?第四，怎樣保證小球做簡諧振動?如若小球運動擺成圓錐擺,對測量周期有影響嗎?第五，怎樣測量單擺的周期?從何處開始計時,到何處停止計時等等．通過以上問題,學(xué)生可以自主監(jiān)控整個實驗過程,發(fā)現(xiàn)問題及時解決．

2.3 強化積極的認知體驗,提高自我效能感

元認知體驗即主體伴隨著認知活動而產(chǎn)生的認知體驗或情感體驗,知的體驗和不知的體驗．元認知的體驗會給學(xué)習(xí)者帶來滿足感和自豪感,但不知的體驗卻會使學(xué)習(xí)者感到沮喪,產(chǎn)生焦慮．這是因為困惑或失敗的體驗可能使人放棄原定的目標(biāo);遭受挫折的體驗可能放棄對自己已有的元認知知識進行補充、修改或刪除;而積極的認知體驗可以刺激認知或元認知策略的產(chǎn)生,會有意識地完善自己的元認知知識體系．為了使學(xué)習(xí)者從不知的體驗過渡到知的體驗,教師一方面要幫助學(xué)生分析實驗中遇到的問題,避免焦慮感的產(chǎn)生;另一方面運用情感策略調(diào)控學(xué)生的情緒,使他們克服焦慮心理,正確對待學(xué)習(xí)過程中的挫折,增強實驗學(xué)習(xí)的自信心,獲得更多積極的情感體驗．例如在利用電位差計測電動勢和內(nèi)電阻實驗中,線路連接正常,但在測量電池的電動勢時,檢流計指針始終朝一個方向偏轉(zhuǎn),學(xué)生可能會懷疑是線路連接錯誤,幾次檢查線路連接都沒發(fā)現(xiàn)問題,又懷疑是電池極性接反,經(jīng)檢查也無誤,學(xué)生顯得束手無策,急躁、焦慮情緒機會產(chǎn)生．對此教師要進行有針對性地引導(dǎo)學(xué)生進行分析,及時疏導(dǎo)學(xué)生的焦慮感,引導(dǎo)他們找出具體的解決辦法．

2.4 利用問題檢測卡,加強課后反思訓(xùn)練

為深化對實驗問題的理解,揭示出實驗課題的本質(zhì),要求學(xué)生在完成實驗課題后圍繞實驗內(nèi)容思考相關(guān)問題,促使學(xué)生元認知技能的提高．通過長期的訓(xùn)練可以使學(xué)生養(yǎng)成一套“設(shè)置課后問題——學(xué)生反思——自我解釋”的實驗思維訓(xùn)練模式,使學(xué)生深刻理解“在問題中成長,在反思中成熟”的道理．例如學(xué)生在完成測電源電動勢和內(nèi)阻的實驗后,設(shè)計問題檢測卡以進一步理解實驗:第一，電路中安培表的內(nèi)、外接法判斷依據(jù)是什么?第二，若是測量干電池的電動勢和內(nèi)阻,則應(yīng)如何選擇電壓表和電流表,若實驗中提供的電流表不符合需要,如何處理．第三，若圖像中縱坐標(biāo)的起點不是零點,則如何處理數(shù)據(jù)以求出電池的內(nèi)阻．第四，教材中采用限流式接法連接滑動變阻器,那是否可采用分壓式接法來連接,判斷依據(jù)是什么?第五，若采用外接法,測量的U-I曲線與實際的曲線在哪個軸上相交于一點,真實曲線是在測量曲線的左方還是右方,并定性進行分析;如若采用內(nèi)接法呢?等等．

元認知理論為我們深入認識學(xué)習(xí)困難學(xué)生的學(xué)習(xí)特點和規(guī)律提供理論根據(jù),為實驗教師轉(zhuǎn)變教育觀念、實施實驗素質(zhì)教育提供一個積極的參考,為開展實驗教育研究和教學(xué)實踐提供了一個新的切入點．

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2017-03-01)