摘要：科學(xué)概念學(xué)習(xí)是科學(xué)教育核心素養(yǎng)的重要組成部分，融入“預(yù)測(cè)-觀察-解釋”策略（POE策略）的虛擬科學(xué)探究平臺(tái)能夠有效支持學(xué)習(xí)者通過(guò)科學(xué)探究學(xué)習(xí)科學(xué)概念。然而，由于虛擬科學(xué)探究環(huán)境中缺乏面對(duì)面的指導(dǎo)，元認(rèn)知支架顯得尤為關(guān)鍵。為了考察元認(rèn)知支架對(duì)小學(xué)高年級(jí)虛擬科學(xué)探究中科學(xué)概念學(xué)習(xí)影響及其機(jī)制，以兩種實(shí)驗(yàn)條件（有元認(rèn)知支架、無(wú)元認(rèn)知支架）為自變量，以科學(xué)概念學(xué)習(xí)結(jié)果（包括再認(rèn)、理解和遷移）、信心判斷為因變量，考察元認(rèn)知支架對(duì)小學(xué)高年級(jí)虛擬科學(xué)探究中科學(xué)概念學(xué)習(xí)影響。研究結(jié)果表明：元認(rèn)知支架能夠顯著提高小學(xué)高年級(jí)學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解和遷移，且顯著提高其對(duì)于科學(xué)概念學(xué)習(xí)的信心判斷。中介效應(yīng)分析進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，元認(rèn)知支架能夠部分通過(guò)提高小學(xué)高年級(jí)學(xué)生對(duì)科學(xué)概念遷移的信心判斷來(lái)提高其遷移成績(jī)。研究結(jié)果為虛擬科學(xué)探究活動(dòng)中元認(rèn)知支架的設(shè)計(jì)及教育應(yīng)用提供了重要參考。

關(guān)鍵詞：虛擬科學(xué)探究；科學(xué)概念學(xué)習(xí)；元認(rèn)知支架；信心判斷

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

* 本文系2024年度國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目“教育神經(jīng)科學(xué)視角下人機(jī)協(xié)同環(huán)境中學(xué)習(xí)策略的構(gòu)建及發(fā)生機(jī)制研究”（項(xiàng)目編號(hào)：62407022）、江蘇省高校哲學(xué)社會(huì)科學(xué)研究重大項(xiàng)目“iVR學(xué)習(xí)環(huán)境中學(xué)習(xí)者的認(rèn)知與情感交互作用機(jī)制研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2023SJZD030）研究成果。

一、引言

2022年4月教育部印發(fā)了《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（簡(jiǎn)稱新課標(biāo)），明確提出立足學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。核心素養(yǎng)包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐和態(tài)度責(zé)任，其中，科學(xué)觀念“既包括科學(xué)、技術(shù)與工程領(lǐng)域的一些具體觀念，如對(duì)物質(zhì)、能量、結(jié)構(gòu)、功能、變化的認(rèn)識(shí)；也包括對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，對(duì)人與自然關(guān)系的認(rèn)識(shí)，以及對(duì)科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境之間關(guān)系的認(rèn)識(shí)；還包括科學(xué)觀念在解釋自然現(xiàn)象、解決實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用”。由此可見(jiàn)，科學(xué)概念不僅包括科學(xué)知識(shí)和思維方式的基本概念，還包括體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)和科學(xué)應(yīng)用價(jià)值的科學(xué)概念，是科學(xué)教育核心素養(yǎng)的重要組成部分，應(yīng)得到充分重視。

科學(xué)概念通常具有抽象性、復(fù)雜性等特點(diǎn)，學(xué)生在理解過(guò)程中可能會(huì)遇到認(rèn)知上的困難。小學(xué)高年級(jí)學(xué)生處于認(rèn)知發(fā)展的具體運(yùn)算階段向形式運(yùn)算階段過(guò)渡期，逐漸具備了抽象思維能力，然而在理解復(fù)雜科學(xué)概念時(shí)仍需要具體的、直觀的支持。智能技術(shù)（生成式人工智能和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等）支持下的虛擬探究平臺(tái)為科學(xué)探究活動(dòng)提供了一個(gè)豐富且互動(dòng)的學(xué)習(xí)平臺(tái)，在此環(huán)境中，學(xué)生可以通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)和探究式學(xué)習(xí)，深入理解科學(xué)概念。實(shí)證研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠更好地理解電路和電流等抽象概念[1]；虛擬探究活動(dòng)也有助于學(xué)生在學(xué)習(xí)物質(zhì)的性質(zhì)和變化時(shí)構(gòu)建更準(zhǔn)確的概念模型[2]。

元認(rèn)知支架也被證明在提升學(xué)生的科學(xué)概念學(xué)習(xí)方面具有積極作用[3]。由于虛擬科學(xué)探究環(huán)境中缺乏面對(duì)面的指導(dǎo)，元認(rèn)知支架顯得尤為重要。有研究在虛擬科學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究中使用了元認(rèn)知支架，并要求學(xué)生定期做出信心判斷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，元認(rèn)知支架不僅幫助學(xué)生提高了信心判斷，還促進(jìn)了科學(xué)概念的深入理解[4]。之前該領(lǐng)域研究大多數(shù)集中于高中階段[5][6]，考慮到小學(xué)高年級(jí)階段的元認(rèn)知監(jiān)控水平得到了較大發(fā)展且相對(duì)穩(wěn)定[7]，此階段也是核心素養(yǎng)發(fā)展的關(guān)鍵期，因此本研究以小學(xué)六年級(jí)學(xué)生為被試，借鑒前人關(guān)于元認(rèn)知支架對(duì)學(xué)業(yè)表現(xiàn)影響的研究范式[8][9]，通過(guò)元認(rèn)知監(jiān)控中信心判斷這一指標(biāo)，深入探討虛擬科學(xué)探究活動(dòng)中元認(rèn)知支架對(duì)學(xué)生科學(xué)概念學(xué)習(xí)的影響。

二、理論基礎(chǔ)與研究假設(shè)

1.融入POE策略的虛擬科學(xué)探究學(xué)習(xí)環(huán)境

科學(xué)概念知識(shí)是科學(xué)素養(yǎng)的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，科學(xué)探究學(xué)習(xí)是提高學(xué)習(xí)者科學(xué)概念理解的重要方法[10]。虛擬科學(xué)探究通過(guò)提供多感官、多模式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，讓學(xué)生在不受現(xiàn)實(shí)條件限制的情況下，反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和探究，以加深對(duì)科學(xué)概念的理解。“預(yù)測(cè)—觀察—解釋”策略（Predict-Observe-Explain，簡(jiǎn)稱POE策略）[11]是一種有效的科學(xué)探究策略，有助于學(xué)習(xí)者的概念理解和科學(xué)學(xué)習(xí)[12]。POE策略可以應(yīng)用于促進(jìn)學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)并幫助其更好地理解科學(xué)知識(shí)的產(chǎn)生和發(fā)展。已有研究將虛擬探究活動(dòng)與POE策略相結(jié)合，并應(yīng)用于五年級(jí)學(xué)生的科學(xué)概念理解教育中，研究結(jié)果表明，融入POE策略的虛擬探究活動(dòng)可以顯著提高學(xué)生的科學(xué)概念理解[13]。

2.元認(rèn)知支架與科學(xué)概念學(xué)習(xí)

元認(rèn)知（Metacognition）是指?jìng)€(gè)體對(duì)自己認(rèn)知過(guò)程的認(rèn)知[14]，元認(rèn)知支架（Metacognition Scaffolding）作為一種教學(xué)策略，通過(guò)提供指導(dǎo)和支持，幫助學(xué)生更好地理解和控制學(xué)習(xí)過(guò)程，從而提升學(xué)習(xí)效果?？茖W(xué)教育中的元認(rèn)知支架通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度思考和反思，能顯著提升學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解和科學(xué)探究技能[15]。盡管有研究探討了元認(rèn)知支架在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中對(duì)學(xué)生科學(xué)探究技能的發(fā)展具有積極影響[16]，但元認(rèn)知支架對(duì)虛擬科學(xué)探究活動(dòng)中的影響研究還不夠深入、機(jī)制尚不清晰。

元認(rèn)知具有以下三個(gè)維度[17]：（1）可理解性：這個(gè)解釋對(duì)我來(lái)說(shuō)講得通嗎？（2）合理性：我認(rèn)為這個(gè)解釋是一個(gè)可能的解釋嗎？（3）廣泛適用性：我能把這個(gè)解釋?xiě)?yīng)用到我所學(xué)之外的情境中嗎？這三個(gè)維度對(duì)應(yīng)學(xué)習(xí)者如何處理、內(nèi)化和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的過(guò)程。學(xué)習(xí)者在接觸新知識(shí)時(shí)，首先需要能夠識(shí)別和再認(rèn)所學(xué)內(nèi)容，當(dāng)學(xué)習(xí)者在元認(rèn)知層面問(wèn)自己“這個(gè)解釋對(duì)我來(lái)說(shuō)講得通嗎”，實(shí)際上是在確認(rèn)自己是否能夠識(shí)別并初步理解所學(xué)內(nèi)容。合理性指的是學(xué)習(xí)者評(píng)估所學(xué)內(nèi)容是否在邏輯上合理或可能，這一步超越了簡(jiǎn)單的再認(rèn)，是深入理解和掌握概念的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。廣泛適用性關(guān)注學(xué)習(xí)者是否能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)應(yīng)用到新的情境中，這直接與遷移有關(guān)，即將學(xué)到的概念、原理或方法應(yīng)用到不同的領(lǐng)域或情境中。以此為基礎(chǔ)，本研究在虛擬科學(xué)探究活動(dòng)的POE階段設(shè)置相應(yīng)的元認(rèn)知支架，深入探討元認(rèn)知支架對(duì)學(xué)生科學(xué)概念學(xué)習(xí)的影響。

假設(shè)1：在虛擬科學(xué)探究活動(dòng)中，元認(rèn)知支架能夠顯著提升小學(xué)高年級(jí)學(xué)生科學(xué)概念的學(xué)習(xí)（包含再認(rèn)、理解和遷移）。

3.元認(rèn)知支架與信心判斷

信心判斷作為元認(rèn)知監(jiān)控的重要組成部分，是指學(xué)生在執(zhí)行任務(wù)時(shí)對(duì)自己表現(xiàn)的自信程度的判斷[18]。信心判斷不僅影響學(xué)生對(duì)任務(wù)的投入程度，還影響他們?cè)诿鎸?duì)挑戰(zhàn)時(shí)的堅(jiān)持與策略選擇。當(dāng)學(xué)生能夠準(zhǔn)確地判斷自己的信心水平時(shí)，他們更可能根據(jù)需要調(diào)整學(xué)習(xí)策略，從而提升學(xué)習(xí)效果。學(xué)生在科學(xué)探究學(xué)習(xí)過(guò)程中往往存在信心偏差，即他們對(duì)自己任務(wù)表現(xiàn)的信心判斷與實(shí)際表現(xiàn)不一致，這種偏差可能表現(xiàn)為過(guò)度自信或自信不足[19]。過(guò)度自信的學(xué)生可能會(huì)低估任務(wù)的難度，從而在學(xué)習(xí)過(guò)程中缺乏有效的策略調(diào)整；而自信不足的學(xué)生可能會(huì)低估自己的能力，從而減少對(duì)任務(wù)的投入或放棄挑戰(zhàn)。元認(rèn)知支架通過(guò)促進(jìn)學(xué)生的自我反思和自我評(píng)估，有助于減少信心偏差。例如，元認(rèn)知支架可以幫助學(xué)生識(shí)別任務(wù)中的關(guān)鍵難點(diǎn)，并通過(guò)提示或反饋，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)其表現(xiàn)進(jìn)行更為準(zhǔn)確的評(píng)估，這種支持不僅能提高學(xué)生的任務(wù)表現(xiàn)，還能增強(qiáng)他們的信心判斷的準(zhǔn)確性，從而促進(jìn)更加有效的自我調(diào)節(jié)[20]。

假設(shè)2：在虛擬科學(xué)探究活動(dòng)中，元認(rèn)知支架可以提高小學(xué)高年級(jí)學(xué)生對(duì)科學(xué)概念學(xué)習(xí)的信心判斷。

4.信心判斷在元認(rèn)知支架和科學(xué)概念學(xué)習(xí)中的中介作用

信心判斷是學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)自己任務(wù)表現(xiàn)和理解程度的主觀評(píng)估，它反映了學(xué)生對(duì)自己學(xué)習(xí)過(guò)程的掌控感。信心判斷對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成就有著重要的影響，當(dāng)學(xué)生能夠準(zhǔn)確地判斷自己的信心水平時(shí)，他們更可能根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整學(xué)習(xí)策略，從而提高對(duì)科學(xué)概念的理解，研究發(fā)現(xiàn)，信心判斷更準(zhǔn)確的學(xué)生在最終的科學(xué)概念測(cè)試中表現(xiàn)更好[21]。元認(rèn)知支架對(duì)科學(xué)概念學(xué)習(xí)的影響不僅僅是直接的，更是通過(guò)信心判斷這一中介機(jī)制間接實(shí)現(xiàn)的。元認(rèn)知支架提高了學(xué)生對(duì)其學(xué)習(xí)過(guò)程的自我監(jiān)控能力，而這種增強(qiáng)的自我監(jiān)控能力反映在信心判斷上；信心判斷進(jìn)一步影響了學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)中的策略選擇和堅(jiān)持性，從而最終影響了科學(xué)概念的理解水平。有研究者探討了信心判斷在學(xué)習(xí)策略選擇中的作用，并強(qiáng)調(diào)了元認(rèn)知支架如何通過(guò)增強(qiáng)學(xué)生的信心判斷，促進(jìn)其科學(xué)概念的理解[22]。

假設(shè)3：信心判斷影響科學(xué)概念的學(xué)習(xí)。

假設(shè)4：信心判斷在元認(rèn)知支架和科學(xué)概念學(xué)習(xí)之間起到正向中介作用。

三、研究方法與設(shè)計(jì)

1.研究設(shè)計(jì)

本研究采用單因素兩水平組間設(shè)計(jì)，以北京師范大學(xué)鄭婭峰團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的小水滴在線虛擬科學(xué)探究平臺(tái)為實(shí)驗(yàn)環(huán)境[23]，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)組使用了元認(rèn)知支架，控制組沒(méi)有元認(rèn)知支架支持，開(kāi)展為期三周的實(shí)驗(yàn)，因變量為科學(xué)概念的學(xué)習(xí)結(jié)果（包括概念測(cè)試的再認(rèn)、理解、遷移）和信心判斷。

融入POE策略的虛擬科學(xué)探究平臺(tái)中元認(rèn)知支架的設(shè)計(jì)：POE策略鼓勵(lì)學(xué)生先對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出預(yù)測(cè)，然后觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，最后解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果?！靶∷翁摂M科學(xué)實(shí)驗(yàn)自主探究學(xué)習(xí)平臺(tái)”是基于POE策略的在線虛擬科學(xué)探究平臺(tái)，在POE各個(gè)階段設(shè)置相應(yīng)的元認(rèn)知支架，元認(rèn)知支架的設(shè)計(jì)如表1所示，（1）預(yù)測(cè)階段：通過(guò)元認(rèn)知計(jì)劃視頻字幕提示，提供預(yù)測(cè)引導(dǎo)問(wèn)題情境，幫助學(xué)生預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以促進(jìn)學(xué)生提前思考實(shí)驗(yàn)過(guò)程及其可能結(jié)果，提升科學(xué)概念的初步理解，具體視頻內(nèi)容為：“家里停電了，小明設(shè)計(jì)了一個(gè)水力發(fā)電的裝置，打開(kāi)水龍頭，水流帶動(dòng)風(fēng)車(chē)轉(zhuǎn)動(dòng)，燈泡會(huì)發(fā)出可見(jiàn)光”。（2）觀察階段：在系統(tǒng)提供線索后，如果學(xué)生仍然無(wú)法回答問(wèn)題，系統(tǒng)會(huì)提示學(xué)生觀察特定科學(xué)現(xiàn)象的演示或閱讀相關(guān)信息，例如選擇對(duì)應(yīng)觀察現(xiàn)象（例如，水流流動(dòng)方向）、推理能量變化過(guò)程（例如，從高處流下的水流具有什么能）。（3）解釋階段：如果學(xué)生在觀察演示和閱讀相關(guān)信息后仍然無(wú)法回答問(wèn)題，系統(tǒng)會(huì)提供答案的解釋?zhuān)瑤椭鷮W(xué)生反思和解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果（例如，基于什么理由得出這樣的結(jié)論），促進(jìn)學(xué)生深度思考實(shí)驗(yàn)結(jié)果的意義，加深對(duì)科學(xué)概念的理解。

2.參與者

本研究選取南京市玄武區(qū)C小學(xué)六年級(jí)的兩個(gè)班級(jí)：一個(gè)班級(jí)38名學(xué)生（男生21人，女生17人）為實(shí)驗(yàn)組（即元認(rèn)知支架組），另一個(gè)班級(jí)33名學(xué)生（男生19人，女生14人）為控制組，兩組參與者的性別比例不存在顯著差異（χ2=0.038，p=0.845）。在參加準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)前，實(shí)驗(yàn)得到學(xué)校官方的許可，學(xué)生和家長(zhǎng)在告知研究目的、研究方法和相關(guān)程序后簽署了同意書(shū)。兩個(gè)班級(jí)是同一位授課老師，教學(xué)內(nèi)容是蘇教版小學(xué)科學(xué)六年級(jí)下冊(cè)“神奇的能量”這一專(zhuān)題，包括三個(gè)知識(shí)單元：什么是能量、各種各樣的能量、能量的轉(zhuǎn)換。在準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，有2名助教觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程并及時(shí)解答虛擬仿真科學(xué)探究平臺(tái)使用過(guò)程中的問(wèn)題。

3.工具

在這項(xiàng)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究中，學(xué)習(xí)活動(dòng)在3節(jié)課中進(jìn)行。在干預(yù)前后，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組都進(jìn)行了關(guān)于“能量轉(zhuǎn)換”相關(guān)概念的紙筆測(cè)試以及信心判斷。

（1）科學(xué)概念理解測(cè)試題目的設(shè)計(jì)。研究中的科學(xué)概念測(cè)試是依據(jù)《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》針對(duì)虛擬科學(xué)探究學(xué)習(xí)內(nèi)容專(zhuān)題進(jìn)行的題項(xiàng)設(shè)計(jì)，題項(xiàng)中的概念有：機(jī)械能、化學(xué)能、勢(shì)能、動(dòng)能等概念，通過(guò)測(cè)試學(xué)生概念解釋、記憶識(shí)別、知識(shí)運(yùn)用方面的能力來(lái)評(píng)估學(xué)生的科學(xué)概念學(xué)習(xí)。再認(rèn)測(cè)試題目包括三個(gè)選擇題（每題1分），四個(gè)判斷題（每題1分），總分為7分；理解測(cè)試題目包括四個(gè)選擇題（每題1分），四個(gè)填空題（每題1分），總分為8分；遷移測(cè)試題目包括四個(gè)選擇題（每題1分），一個(gè)論述題（每題4分），總分為8分。得分越高，表示對(duì)科學(xué)概念的掌握程度越高。這些題目依據(jù)新課標(biāo)中的學(xué)業(yè)要求和學(xué)業(yè)質(zhì)量并結(jié)合蘇教版小學(xué)科學(xué)期末測(cè)試內(nèi)容設(shè)計(jì)。測(cè)試內(nèi)容經(jīng)過(guò)兩位經(jīng)驗(yàn)豐富的小學(xué)科學(xué)老師的審核，以確認(rèn)測(cè)試的內(nèi)容有效性。

（2）信心判斷題目的設(shè)計(jì)。特定任務(wù)的信心度量已成功用于評(píng)估元認(rèn)知監(jiān)控過(guò)程[24]，學(xué)生在完成概念測(cè)試的每個(gè)測(cè)試題目后，都要對(duì)自己的表現(xiàn)進(jìn)行信心判斷（具體題目為：對(duì)上面作答的信心程度如何？），采用4點(diǎn)記分，0表示非常不自信，3表示非常自信。最后轉(zhuǎn)換為1分制，0分對(duì)應(yīng)非常不自信、0.33分不自信、0.67分自信、1分非常自信。

4.實(shí)驗(yàn)流程

在本研究中，為了多維度地測(cè)試小學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的學(xué)習(xí)情況，研究者設(shè)計(jì)了一套涵蓋再認(rèn)、理解和遷移三個(gè)層次的測(cè)試題目。為了控制無(wú)關(guān)因素干擾，專(zhuān)注元認(rèn)知支架對(duì)小學(xué)生科學(xué)概念學(xué)習(xí)的支持作用，本研究前測(cè)與后測(cè)試卷相同。這些題目旨在全面評(píng)估學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解深度、識(shí)別能力以及將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于新情境的能力。

第一次課：虛擬科學(xué)探究平臺(tái)初探（預(yù)備課程）。第一次課的知識(shí)單元主題為“什么是能量”和“各種各樣的能量”，幫助學(xué)生理解機(jī)械能等能量的基本概念。所有學(xué)生首先通過(guò)虛擬科學(xué)探究平臺(tái)的預(yù)備課程熟悉平臺(tái)操作（包括平臺(tái)賬號(hào)登錄和課程選擇）。學(xué)生將了解POE策略中各模塊的特點(diǎn)，并學(xué)習(xí)如何在平臺(tái)內(nèi)進(jìn)行正向與反向跳轉(zhuǎn)，這些跳轉(zhuǎn)功能能夠反映學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中尋找證據(jù)和完善論點(diǎn)的過(guò)程。該過(guò)程旨在幫助學(xué)生為后續(xù)的正式探究做好準(zhǔn)備。最后，學(xué)生將完成一個(gè)簡(jiǎn)單的探究任務(wù)，以便適應(yīng)平臺(tái)操作和探究流程。

第二次課：虛擬科學(xué)探究——基于元認(rèn)知支架的虛擬科學(xué)探究。第二次課知識(shí)單元主題為“能量的轉(zhuǎn)換”，在學(xué)生理解能量的形式的基礎(chǔ)上，探討不同能量形式之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程，幫助學(xué)生理解能量如何在不同形式之間轉(zhuǎn)化，并應(yīng)用于實(shí)際生活中。實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生將接受基于元認(rèn)知支架的虛擬科學(xué)探究。課程將從預(yù)測(cè)階段開(kāi)始，通過(guò)元認(rèn)知計(jì)劃的視頻字幕提示，引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并促進(jìn)他們對(duì)科學(xué)概念（學(xué)習(xí)哪些科學(xué)概念）的初步理解。在觀察階段，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)提供線索，幫助他們集中注意力于特定的科學(xué)現(xiàn)象，并推理能量的變化過(guò)程。在解釋階段，系統(tǒng)將為無(wú)法正確回答問(wèn)題的學(xué)生提供解釋?zhuān)瑤椭麄兎此疾⒓由顚?duì)科學(xué)概念的理解。對(duì)照組學(xué)生將同樣完成探究任務(wù)，但沒(méi)有元認(rèn)知支架的指導(dǎo)。

第三次課：虛擬科學(xué)探究結(jié)果反饋——虛擬科學(xué)探究結(jié)果反饋與元認(rèn)知支架鞏固。第三次課不再額外教授知識(shí)單元，而集中于探究結(jié)果的反饋與技巧的鞏固。對(duì)照組學(xué)生將獲得正確答案，以驗(yàn)證其探究結(jié)果的準(zhǔn)確性；實(shí)驗(yàn)組學(xué)生除了得到正確答案外，還將完成一個(gè)元認(rèn)知監(jiān)控任務(wù)單，引導(dǎo)學(xué)生記錄下探究過(guò)程的預(yù)測(cè)結(jié)果、探究現(xiàn)象、科學(xué)解釋與自我反思。該任務(wù)單旨在通過(guò)分步驟的記錄與反思，強(qiáng)化學(xué)生的元認(rèn)知能力，并幫助他們更深入地理解科學(xué)概念。

在三個(gè)課時(shí)結(jié)束后進(jìn)行后測(cè)。為了保持測(cè)試難度一致，后測(cè)題目與前測(cè)相同，旨在評(píng)估元認(rèn)知支架對(duì)于小學(xué)生科學(xué)概念學(xué)習(xí)的作用。實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示。

四、數(shù)據(jù)分析

1.描述性結(jié)果與操作性檢驗(yàn)

為了考察元認(rèn)知支架對(duì)小學(xué)高年級(jí)虛擬科學(xué)探究中科學(xué)概念學(xué)習(xí)影響及其機(jī)制，以兩種實(shí)驗(yàn)條件為自變量，以科學(xué)概念學(xué)習(xí)結(jié)果（包括再認(rèn)、理解和遷移）、信心判斷為因變量，進(jìn)行分析。本研究涉及的各變量描述性統(tǒng)計(jì)如表2所示。

盡管本研究隨機(jī)選擇了兩個(gè)班級(jí)作為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，但為了進(jìn)一步確保實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組平行，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)對(duì)兩組被試對(duì)科學(xué)概念學(xué)習(xí)內(nèi)容掌握情況的前測(cè)（包括前測(cè)的再認(rèn)、理解和遷移）進(jìn)行差異性檢驗(yàn)，兩組被試科學(xué)概念學(xué)習(xí)的前測(cè)存在顯著差異：理解前測(cè)：t=-4.90， p=0.00， d=-1.17，實(shí)驗(yàn)組（元認(rèn)知支架組）再認(rèn)前測(cè)顯著高于控制組，遷移前測(cè)：t=-4.24， p=0.001， d=-1.01，元認(rèn)知支架組遷移前測(cè)顯著高于控制組；在再認(rèn)前測(cè)上不存在顯著差異，t=-1.89， p=0.06。因此，在后續(xù)分析中，為了控制兩組在前測(cè)上的差異對(duì)本研究結(jié)果的影響，在后續(xù)分析中將理解前測(cè)和遷移前測(cè)作為協(xié)變量，采用協(xié)方差分析（ANCOVA）考察元認(rèn)知支架對(duì)學(xué)科概念學(xué)習(xí)的影響。

2.元認(rèn)知支架對(duì)科學(xué)概念學(xué)習(xí)和信心判斷的影響

3.信心判斷在元認(rèn)知支架和科學(xué)概念學(xué)習(xí)的中介效應(yīng)檢驗(yàn)

基于上述分析，元認(rèn)知支架對(duì)科學(xué)概念學(xué)習(xí)和信心判斷的影響具體表現(xiàn)為對(duì)理解和遷移的影響，因此，中介效應(yīng)的分析聚焦于理解信心判斷和理解成績(jī)、遷移信心判斷和遷移成績(jī)分別進(jìn)行模型構(gòu)建和檢驗(yàn)。采用Hayes編制的SPSS工具包Process[25]中的Model 4，在控制理解前測(cè)和遷移前測(cè)后，使用Bootstrap法，通過(guò)5000次樣本抽樣估計(jì)中介效應(yīng)95%CI對(duì)假設(shè)的模型進(jìn)行檢驗(yàn)，以p<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

對(duì)理解成績(jī)來(lái)說(shuō)，路徑分析結(jié)果（非標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)）表明：支架類(lèi)型可以顯著正向預(yù)測(cè)理解信心判斷（β=0.20， p=0.02），但無(wú)法正向預(yù)測(cè)理解成績(jī)（β=1.04， p=0.10），理解信心判斷無(wú)法顯著正向預(yù)測(cè)理解成績(jī)（β=1.20， p=0.18）。采用Bootstrap抽樣的方法對(duì)中介效應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明支架類(lèi)型到遷移成績(jī)的直接效應(yīng)量為1.04，95%CI為[-0.22， 2.29]，包含0，直接效應(yīng)不顯著；支架類(lèi)型到遷移成績(jī)的間接效應(yīng)量為0.24，95%CI為[-0.07， 0.85]，包含0，因此間接效應(yīng)不顯著。該結(jié)果提示：理解信心判斷在元認(rèn)知支架和科學(xué)概念學(xué)習(xí)理解成績(jī)中的中介作用不顯著。

對(duì)遷移成績(jī)來(lái)說(shuō)，路徑分析（非標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)）結(jié)果表明：支架類(lèi)型可以顯著正向預(yù)測(cè)遷移信心判斷（β=0.23， p=0.01），遷移信心判斷顯著正向預(yù)測(cè)遷移成績(jī)（β=1.88， p=0.05），支架類(lèi)型顯著正向預(yù)測(cè)遷移成績(jī)（β=1.73， p=0.01），如圖2所示。相關(guān)影響路徑圖如圖2所示。采用Bootstrap抽樣的方法對(duì)中介效應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明支架類(lèi)型到遷移成績(jī)的直接效應(yīng)量為1.73，95%CI為[0.35， 3.11]，不包含0，直接效應(yīng)顯著；支架類(lèi)型到遷移成績(jī)的間接效應(yīng)量為0.44，95%CI為[0.004， 1.19]，不包含0，因此間接效應(yīng)顯著。該結(jié)果提示：遷移信心判斷在元認(rèn)知支架和科學(xué)概念學(xué)習(xí)遷移成績(jī)中起到中介的作用。

五、討論

本研究主要考察了元認(rèn)知支架對(duì)小學(xué)高年級(jí)虛擬科學(xué)探究中科學(xué)概念學(xué)習(xí)影響。本研究對(duì)于元認(rèn)知支架的作用有如下發(fā)現(xiàn)：首先，元認(rèn)知支架通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自我監(jiān)控，SyEPbQi2SlqGdTLEvSqZ6g==幫助學(xué)生意識(shí)到自己的理解和學(xué)習(xí)進(jìn)程，這種自我反思能夠促使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中進(jìn)行調(diào)整，提高學(xué)習(xí)效果；其次，學(xué)習(xí)效果的提升主要表現(xiàn)在對(duì)科學(xué)概念的理解和遷移上；再者，元認(rèn)知支架顯著提高其對(duì)于科學(xué)概念學(xué)習(xí)的信心判斷；最后，中介效應(yīng)分析進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，元認(rèn)知支架能夠通過(guò)部分通過(guò)提高小學(xué)高年級(jí)學(xué)生對(duì)科學(xué)概念遷移的信心判斷來(lái)提高其遷移成績(jī)，這揭示了元認(rèn)知支架影響小學(xué)高年級(jí)學(xué)生虛擬科學(xué)探究中科學(xué)概念學(xué)習(xí)的可能機(jī)制之一。本研究為教育工作者和技術(shù)設(shè)計(jì)者提供了科學(xué)依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)，幫助其更好地設(shè)計(jì)和應(yīng)用虛擬科學(xué)探究平臺(tái)中的元認(rèn)知支架，從而優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

1.元認(rèn)知支架能夠顯著提升小學(xué)高年級(jí)學(xué)生科學(xué)概念學(xué)習(xí)的理解與遷移

本研究發(fā)現(xiàn)，元認(rèn)知支架對(duì)學(xué)習(xí)者科學(xué)概念理解和遷移有顯著的促進(jìn)作用，這與已有研究發(fā)現(xiàn)一致[26]，即在編程教育中元認(rèn)知支架不僅有助于促進(jìn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，而且?guī)?lái)更好的遷移表現(xiàn)。元認(rèn)知是一種強(qiáng)大的學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)器[27]，元認(rèn)知實(shí)踐可以提高不同年齡和不同認(rèn)知能力的學(xué)習(xí)者在不同學(xué)習(xí)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)成就，包括科學(xué)概念的理解和遷移[28]。劍橋評(píng)估國(guó)際教育簡(jiǎn)報(bào)指出，元認(rèn)知技能幫助學(xué)生將知識(shí)從一個(gè)情境遷移到另一個(gè)情境或新的學(xué)習(xí)任務(wù)中。由此可見(jiàn)，在科學(xué)探究活動(dòng)中，教師可以通過(guò)提供支持來(lái)幫助學(xué)生掌握元認(rèn)知技能，例如解釋如何將學(xué)過(guò)的知識(shí)應(yīng)用于新的學(xué)習(xí)任務(wù)中。然而，本研究結(jié)果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)元認(rèn)知支架對(duì)科學(xué)概念再認(rèn)的積極作用，可能的原因是再認(rèn)往往只涉及識(shí)別或辨認(rèn)之前學(xué)過(guò)的信息或知識(shí)，這種表層信息的再認(rèn)可能更多依賴于記憶的自動(dòng)化過(guò)程，而不是通過(guò)元認(rèn)知策略的深度加工。因此，元認(rèn)知支架在促進(jìn)深度學(xué)習(xí)和知識(shí)理解、遷移方面可能更為有效，但對(duì)簡(jiǎn)單再認(rèn)的影響則相對(duì)有限。認(rèn)知理論強(qiáng)調(diào)元認(rèn)知的核心在于對(duì)認(rèn)知過(guò)程的監(jiān)控和調(diào)節(jié)，而非僅僅增強(qiáng)對(duì)信息的記憶[29]。因而，元認(rèn)知支架旨在幫助學(xué)習(xí)者更好地理解和應(yīng)用知識(shí)，而不僅是記住知識(shí)的表面形式。

2.元認(rèn)知支架可以提高學(xué)生對(duì)科學(xué)概念學(xué)習(xí)的信心判斷

本研究發(fā)現(xiàn)，元認(rèn)知支架組對(duì)于科學(xué)概念再認(rèn)、理解和遷移的信心判斷顯著高于控制組，這一結(jié)果提示元認(rèn)知支架能夠顯著提高學(xué)生對(duì)科學(xué)概念學(xué)習(xí)的信心判斷。根據(jù)元認(rèn)知理論[30]，元認(rèn)知支架通過(guò)促進(jìn)學(xué)生對(duì)自己學(xué)習(xí)過(guò)程的監(jiān)控和調(diào)節(jié)，增強(qiáng)了學(xué)生的自我效能感。元認(rèn)知支架提供的反饋和自我評(píng)估工具使學(xué)生能夠清晰地了解自身的學(xué)習(xí)進(jìn)展，從而提升了對(duì)自身能力的信心。本研究結(jié)果在虛擬科學(xué)探究的在線學(xué)習(xí)環(huán)境中為元認(rèn)知理論提供了實(shí)證支持。此外，本研究結(jié)果也與近期實(shí)證研究結(jié)果一致[31]，該研究討論了信心和不確定性的心理、計(jì)算和神經(jīng)基礎(chǔ)，以及這些因素如何影響人類(lèi)元認(rèn)知，對(duì)自己（假設(shè)的）決策或行動(dòng)的命題置信度。命題置信度是由觀察者的世界模型及其認(rèn)知系統(tǒng)決定的，這些模型可能或多或少準(zhǔn)確，從而解釋了為什么元認(rèn)知判斷是推理性的，有時(shí)與任務(wù)表現(xiàn)存在偏差。因此，盡管元認(rèn)知支架能提升學(xué)習(xí)者的信心，但這種信心與實(shí)際學(xué)習(xí)表現(xiàn)之間的關(guān)系可能受到多種因素的影響，包括認(rèn)知模型的準(zhǔn)確性和任務(wù)要求。這一發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了在教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)關(guān)注如何優(yōu)化元認(rèn)知支架的設(shè)計(jì)，以更準(zhǔn)確地反映和提升學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)效果。

3.遷移信心判斷在元認(rèn)知支架和科學(xué)概念學(xué)習(xí)遷移成績(jī)中起到中介作用

元認(rèn)知遷移理論指出，元認(rèn)知貫穿遷移過(guò)程的始終，元認(rèn)知水平越高，遷移產(chǎn)生的可能性和效果越好[32]。元認(rèn)知遷移理論強(qiáng)調(diào)了認(rèn)知策略在學(xué)習(xí)和問(wèn)題解決中的重要性，認(rèn)為成功的遷移需要學(xué)習(xí)者具備自我監(jiān)督與調(diào)控的能力。元認(rèn)知水平較高的學(xué)習(xí)者通常會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)程進(jìn)行計(jì)劃、監(jiān)控和評(píng)估，這有助于優(yōu)化學(xué)習(xí)效果并為后續(xù)的遷移提供良好基礎(chǔ)。雷威等人的研究探討了信心判斷如何影響決策處理以及信心水平如何與元認(rèn)知監(jiān)控相聯(lián)系的，研究表明信心判斷是元認(rèn)知監(jiān)控的一個(gè)重要組成部分，而元認(rèn)知監(jiān)控對(duì)于學(xué)習(xí)遷移同樣至關(guān)重要[33]。

遷移信心判斷作為元認(rèn)知的一部分，在促進(jìn)學(xué)習(xí)遷移過(guò)程中起到了關(guān)鍵作用，尤其是在元認(rèn)知支架的環(huán)境中，這種作用更為明顯。然而，理解信心判斷可能沒(méi)有起到中介作用，這可能是因?yàn)樗鼈?cè)重于對(duì)特定知識(shí)或技能掌握的評(píng)估，而不是對(duì)學(xué)習(xí)遷移過(guò)程中的自我監(jiān)督與調(diào)控。這一發(fā)現(xiàn)豐富了已有研究對(duì)元認(rèn)知支架作用機(jī)制的理解，表明信心判斷在學(xué)習(xí)過(guò)程中起到一定的中介作用。相關(guān)研究表明，學(xué)生的信心水平對(duì)其學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和成果具有顯著影響[34]。因此，在教學(xué)設(shè)計(jì)中融合能夠提升學(xué)生信心判斷的元認(rèn)知支架，有助于形成良性的學(xué)習(xí)循環(huán)，促使學(xué)生更加積極主動(dòng)地參與科學(xué)探究活動(dòng)。

六、結(jié)論與建議

本研究旨在探討元認(rèn)知支架對(duì)小學(xué)高年級(jí)虛擬科學(xué)探究中科學(xué)概念學(xué)習(xí)影響，研究證實(shí)了元認(rèn)知支架在虛擬科學(xué)探究中促進(jìn)小學(xué)高年級(jí)學(xué)生科學(xué)概念學(xué)習(xí)的有效性，揭示了信心判斷在其中的中介作用，為數(shù)字化教育環(huán)境中的教學(xué)設(shè)計(jì)提供了有益的參考。教育者應(yīng)重視在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中整合元認(rèn)知支架，幫助學(xué)生在探究過(guò)程中調(diào)動(dòng)元認(rèn)知監(jiān)控、促進(jìn)學(xué)習(xí)。

科學(xué)概念的學(xué)習(xí)不僅要求學(xué)生能夠識(shí)記和理解，還需要能夠?qū)⑵潇`活應(yīng)用于具體情境中。為了幫助學(xué)生更有效地掌握和應(yīng)用科學(xué)概念，虛擬科學(xué)探究環(huán)境中基于元認(rèn)知支架的科學(xué)概念學(xué)習(xí)策略應(yīng)包括目標(biāo)設(shè)定、預(yù)測(cè)與反思、概念理解與遷移、自我評(píng)估和調(diào)整等環(huán)節(jié)。（1）在科學(xué)概念學(xué)習(xí)的初始階段，應(yīng)設(shè)計(jì)具有明確目標(biāo)的學(xué)習(xí)任務(wù)，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自我監(jiān)控和反思。具體來(lái)說(shuō)，在學(xué)生進(jìn)入學(xué)習(xí)活動(dòng)前，要求他們根據(jù)已有知識(shí)進(jìn)行預(yù)測(cè)，例如預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果或現(xiàn)象。這種預(yù)測(cè)活動(dòng)有助于激活學(xué)生的先驗(yàn)知識(shí)，并為后續(xù)的學(xué)習(xí)活動(dòng)提供認(rèn)知框架。在預(yù)測(cè)之后，可以利用觀察和記錄工具幫助學(xué)生在實(shí)驗(yàn)或探究過(guò)程中進(jìn)行細(xì)致的觀察，以便收集足夠的數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋。（2）在概念理解階段，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)和反饋，以促進(jìn)他們對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的反思和自我調(diào)控?？梢酝ㄟ^(guò)問(wèn)題提示、思維導(dǎo)圖、或在線對(duì)話等形式，促使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中不斷反思他們的思維過(guò)程和理解程度。例如，要求學(xué)生解釋觀察到的現(xiàn)象，并對(duì)比與預(yù)測(cè)結(jié)果的差異。這種反思活動(dòng)不僅有助于學(xué)生構(gòu)建對(duì)科學(xué)概念的深層理解，還能幫助他們意識(shí)到認(rèn)知中的偏差或不足，從而進(jìn)行有效的自我調(diào)整。（3）在概念遷移階段，應(yīng)設(shè)計(jì)多樣化的任務(wù)情境，以培養(yǎng)學(xué)生的遷移能力。元認(rèn)知支架可以通過(guò)提供提示和引導(dǎo)，幫助學(xué)生在新情境中識(shí)別和應(yīng)用已學(xué)概念。例如，通過(guò)提出開(kāi)放性問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生將所學(xué)概念應(yīng)用于新的科學(xué)問(wèn)題或跨學(xué)科情境中。教師可以設(shè)計(jì)類(lèi)似于“假如你在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中遇到類(lèi)似情況，你會(huì)如何處理？”的問(wèn)題，幫助學(xué)生練習(xí)概念遷移。（4）為了進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的信心判斷，應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自我評(píng)估，反思他們?cè)诓煌蝿?wù)中的表現(xiàn)和感受。通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行階段性的自我測(cè)試和總結(jié)，增強(qiáng)他們對(duì)科學(xué)概念掌握情況的信心和理解。自我評(píng)估活動(dòng)能夠幫助學(xué)生更清晰地認(rèn)識(shí)到自己的進(jìn)步和不足，并為下一步的學(xué)習(xí)設(shè)定明確的目標(biāo)。

從教育實(shí)踐角度出發(fā)，在融入POE策略的虛擬科學(xué)探究活動(dòng)中，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平和學(xué)習(xí)需求，設(shè)計(jì)針對(duì)性的元認(rèn)知支架，幫助學(xué)生在科學(xué)探究中反思學(xué)習(xí)過(guò)程，監(jiān)控理解進(jìn)度，并通過(guò)簡(jiǎn)明的提問(wèn)和引導(dǎo)，幫助學(xué)生逐步深化對(duì)科學(xué)概念的理解[35]。同時(shí)，在“預(yù)測(cè)-觀察-解釋”各環(huán)節(jié)中，設(shè)置反思提示，鼓勵(lì)學(xué)生在不同階段反思和監(jiān)控學(xué)習(xí)進(jìn)展。這種反復(fù)反思有助于增強(qiáng)學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的掌握及遷移能力。最后，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)提供及時(shí)反饋，并動(dòng)態(tài)調(diào)整支架的難度與形式，逐步減少支架支持，促使學(xué)生在不同水平上逐漸增強(qiáng)學(xué)生信心與自我調(diào)節(jié)能力。

本研究具有以下創(chuàng)新：首先，本研究聚焦于虛擬科學(xué)探究環(huán)境中的教育應(yīng)用，在虛擬科學(xué)探究平臺(tái)中考察元認(rèn)知支架的效果，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)研究多集中于面對(duì)面教學(xué)情境、以及普通在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的局限，為遠(yuǎn)程或在線學(xué)習(xí)中的元認(rèn)知支架設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供了重要參考。其次，本研究采用多維度的科學(xué)概念學(xué)習(xí)評(píng)估：通過(guò)對(duì)科學(xué)概念學(xué)習(xí)的再認(rèn)、理解、遷移以及信心判斷進(jìn)行綜合評(píng)估，采用了更為全面的評(píng)價(jià)體系，深化了對(duì)其教育效果的理解。再者，本研究深入探討了元認(rèn)知支架對(duì)科學(xué)概念學(xué)習(xí)的影響機(jī)制，區(qū)別于以往主要關(guān)注元認(rèn)知支架對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果的直接影響，本研究探討了其通過(guò)提升學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的信心，從而間接促進(jìn)遷移能力的機(jī)制，拓展了元認(rèn)知支架的影響機(jī)制研究。最后，從研究群體來(lái)看，本研究以小學(xué)高年級(jí)學(xué)生為對(duì)象，探討元認(rèn)知支架在這一特定年齡段的適用性與有效性，填補(bǔ)了該領(lǐng)域關(guān)于低齡學(xué)生群體的研究空白，拓展了元認(rèn)知支架對(duì)科學(xué)概念學(xué)習(xí)影響的群體邊界。

本研究也存在以下不足：第一，本研究只考察了元認(rèn)知策略，以往研究發(fā)現(xiàn)其他學(xué)習(xí)策略，例如自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)策略[36]在科學(xué)探究活動(dòng)中的作用，因此未來(lái)研究有必要進(jìn)一步拓展不同學(xué)習(xí)策略對(duì)科學(xué)探究活動(dòng)影響的邊界。第二，本研究沒(méi)有考慮到學(xué)生的個(gè)體差異，已有研究表明學(xué)習(xí)者的先前元認(rèn)知能力會(huì)影響元認(rèn)知策略的使用及其問(wèn)題解決[37]，未來(lái)研究有必要進(jìn)一步考察元認(rèn)知策略對(duì)不同個(gè)體差異學(xué)習(xí)者的影響。

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作者簡(jiǎn)介：

單美賢：教授，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)在教育中的應(yīng)用、CSCL環(huán)境中的情感。

徐睿文：在讀碩士，研究方向?yàn)榻逃斯ぶ悄堋?/p>

上官晨雨：講師，博士，研究方向?yàn)閷W(xué)習(xí)心理、心理健康。

鄭婭峰：研究員，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樵诰€學(xué)習(xí)分析、教育數(shù)據(jù)挖掘、人工智能賦能科學(xué)教育。

An Empirical Study on the Impact of Metacognitive Scaffolding on Scientific Concept Learning in Virtual Science Inquiry Among Senior Primary School Students

Shan Meixian1， Xu Ruiwen1， Shangguan Chenyu1， Zheng Yafeng2

1.College of Education Science and Technology， Nanjing University of Posts and Telecommunications， Nanjing 210023， Jiangsu 2.Center for Educational Science and Technology， Beijing Normal University， Zhuhai 519087， Guangdong

Abstract： Scientific concept learning is a crucial component of core competencies in science education. Virtual science inquiry platforms， integrating the "Predict-Observe-Explain" （POE） strategy， effectively support learners in acquiring scientific concepts through inquiry-based learning. However， due to the absence of face-to-face guidance in virtual inquiry environments， metacognitive scaffolding becomes particularly important. This study investigates the effects and underlying mechanisms of metacognitive scaffolding on scientific concept learning in virtual science inquiry among senior primary school students. Two experimental conditions （with and without metacognitive scaffolding） were used as independent variables， while learning outcomes in scientific concepts （including recognition， understanding， and transfer） and confidence judgments served as dependent variables. The findings revealed that metacognitive scaffolding significantly enhances students’ understanding and transfer of scientific concepts， as well as their confidence in concept learning. Mediation analysis further suggests that metacognitive scaffolding partially improves students’ transfer performance by boosting their confidence in concept transfer. These results provide valuable insights for the design and educational application of metacognitive scaffolding in virtual science inquiry activities.

Keywords： virtual science inquiry； scientific concept learning； metacognitive scaffolding； confidence judgments

收稿日期：2024年8月29日

責(zé)任編輯：趙云建