基于元認(rèn)知理論優(yōu)化生物學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)

楊 丁 張穎之

(首都師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 100048)

弗拉維爾(Flavell)于1976年首次提出元認(rèn)知(metacognition)[1]。人能認(rèn)識(shí)世界，還能認(rèn)識(shí)自我，自我意識(shí)和自我知覺就是元認(rèn)知。元認(rèn)知是對(duì)思考進(jìn)行的思考，對(duì)認(rèn)知進(jìn)行的認(rèn)知[2]，包括元認(rèn)知知識(shí)、元認(rèn)知技能和元認(rèn)知體驗(yàn)。其中，元認(rèn)知知識(shí)又包括關(guān)于人的知識(shí)(對(duì)自我認(rèn)知特征、思維習(xí)慣有清晰的認(rèn)識(shí)，知曉自我優(yōu)缺點(diǎn)，知道自己知道什么不知道什么，還能了解同伴和他人，了解人類普遍性認(rèn)知規(guī)律)，任務(wù)的知識(shí)(清楚任務(wù)的要求、目的、實(shí)現(xiàn)條件)，策略的知識(shí)(以一系列策略、方法完成某項(xiàng)任務(wù)，認(rèn)知主體應(yīng)認(rèn)識(shí)使用的策略是什么，為什么及如何使用)。而元認(rèn)知技能幫助認(rèn)知主體對(duì)任務(wù)進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)整，包括計(jì)劃、引導(dǎo)、自我調(diào)控及評(píng)價(jià)。元認(rèn)知體驗(yàn)則包括認(rèn)知主體于某次任務(wù)過程中獲得的感受，如豁然開朗、迷茫；認(rèn)知主體長(zhǎng)期形成的對(duì)認(rèn)知的非邏輯、直覺性判斷。

現(xiàn)以高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課“探究影響酶活性的條件”為例，展示年輕教師R是如何利用元認(rèn)知優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)的。

1 認(rèn)識(shí)多樣化的教學(xué)設(shè)計(jì)

青年教師R對(duì)某一主題教學(xué)多樣化不清楚，因此她調(diào)控自我行為，通過聽課、與同行交流、查閱文獻(xiàn)，歸納出三種風(fēng)格的設(shè)計(jì)：①回顧實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生按實(shí)驗(yàn)步驟將酶專一性、酶高效性、酶影響因素(溫度、pH)多個(gè)實(shí)驗(yàn)在一節(jié)課上完成；②選擇兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，教師通過問題(如怎樣實(shí)現(xiàn)對(duì)照)帶領(lǐng)學(xué)生作簡(jiǎn)要分析，得出實(shí)驗(yàn)大致思路，學(xué)生照著有詳細(xì)步驟的學(xué)案實(shí)施實(shí)驗(yàn)；③以小組為單位，每組選擇影響酶活性的一個(gè)因素，課余時(shí)間設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)課2～3組學(xué)生作設(shè)計(jì)方案展示，教師給予點(diǎn)評(píng)修正，其余組根據(jù)點(diǎn)評(píng)思路修改方案，各組按照自己修改后的方案獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察并分析結(jié)果。

2 分析不同設(shè)計(jì)基于的價(jià)值立場(chǎng)

R教師沒有憑感覺主觀地從三種方式中隨意照搬一種，她試圖分析這三種課堂形式基于的價(jià)值立場(chǎng)。①將探究性實(shí)驗(yàn)改為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。原因可能有：學(xué)生探究能力不強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)探究很困難；實(shí)驗(yàn)思路已在非實(shí)驗(yàn)課上學(xué)習(xí)過了；學(xué)生剛接觸高中生物，實(shí)驗(yàn)課應(yīng)以培養(yǎng)興趣、操作練習(xí)為主；實(shí)驗(yàn)課加深對(duì)知識(shí)的理解，對(duì)每個(gè)影響因素都進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，利于考試。②學(xué)生的探究能力不強(qiáng)，因此帶領(lǐng)學(xué)生思考幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)(如單一變量原則)，討論出基本思路；選擇兩個(gè)因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，時(shí)間充沛；給出詳細(xì)步驟，可幫助學(xué)生得出理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利于興趣及自信心培養(yǎng)。③科學(xué)探究的精神和思維重于操作技能；學(xué)生學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，已接觸過科學(xué)興趣課；小組學(xué)習(xí)利于合作能力培養(yǎng)；從確定問題到實(shí)施反思，實(shí)現(xiàn)探究式教學(xué)。

3 選擇價(jià)值立場(chǎng)

R教師對(duì)價(jià)值立場(chǎng)進(jìn)行反思：學(xué)生對(duì)生物學(xué)科的適應(yīng)和興趣培養(yǎng)是初中階段的核心內(nèi)容，而且物理、化學(xué)、生物等學(xué)科經(jīng)常進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，時(shí)間不應(yīng)分配來(lái)專門練習(xí)操作技能。生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，高中生物學(xué)課程從必修一就逐漸滲透關(guān)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的知識(shí)，必修一中已涉及多個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，其中“探究影響酶活性的條件”，明確要求學(xué)生利用提供的實(shí)驗(yàn)材料和器具進(jìn)行完整的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

因此，R教師分清主次，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的精神和思維為主，只選擇一個(gè)影響因素(溫度)，創(chuàng)設(shè)情境，學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

4 分析學(xué)情及策略，確定教學(xué)目標(biāo)

第三類設(shè)計(jì)更符合R教師的價(jià)值選擇，但不能照搬。R教師的學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的學(xué)習(xí)處于保持和回憶階段，不能獨(dú)立完成知識(shí)遷移。故R教師決定按照“提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)施實(shí)驗(yàn)、結(jié)果記錄與分析、思維拓展”的探究式教學(xué)的步驟來(lái)推進(jìn)課堂。但為了避免探究式教學(xué)法帶來(lái)探究步驟機(jī)械化的刻板印象，R教師考慮簡(jiǎn)要列舉真實(shí)的科學(xué)研究過程，強(qiáng)調(diào)真實(shí)的探究可以只包含其中的某步或某幾步，科學(xué)探究的全過程將靠多個(gè)科研團(tuán)隊(duì)才能完成。同時(shí)，為避免傳統(tǒng)講授法的灌輸式教育，R教師在講授中融入探究，以問題串的形式引導(dǎo)學(xué)生完成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶骄糠桨冈O(shè)計(jì)。

最終教學(xué)目標(biāo)確定為：①知識(shí)目標(biāo)：概述溫度對(duì)酶活性的影響，說(shuō)明酶的特性；②能力目標(biāo)：探究0～100 ℃對(duì)工業(yè)淀粉酶活性的影響，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)原則設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，正確使用實(shí)驗(yàn)用具；③情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程，認(rèn)同科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性。

5 形成詳細(xì)的教學(xué)計(jì)劃

教師將元認(rèn)知運(yùn)用于教學(xué)設(shè)計(jì)中，并啟發(fā)學(xué)生從哪些角度思考探究任務(wù)，如何判斷、評(píng)價(jià)任務(wù)的進(jìn)程，以促進(jìn)學(xué)生元認(rèn)知的發(fā)展。

5.1 提出問題 溫度對(duì)酶活性的影響，這不是一個(gè)問題。溫度如何影響酶的活性？這也不是一個(gè)具體的研究問題。教師引導(dǎo)學(xué)生思考什么樣的問題是好的問題，好問題的標(biāo)準(zhǔn)是可研究、可操作。因此，引導(dǎo)學(xué)生補(bǔ)充研究問題：0～100℃溫度范圍如何影響工業(yè)淀粉酶的活性？

5.2 作出假設(shè) 教師引導(dǎo)學(xué)生思考怎樣的假設(shè)是好的假設(shè)？假設(shè)是陳述句，不關(guān)乎對(duì)錯(cuò)，但應(yīng)符合已有的信息邏輯。教師提問學(xué)生假設(shè)是什么，為何做出該假設(shè)？預(yù)計(jì)學(xué)生基于信息“工業(yè)淀粉酶的常用環(huán)境60℃左右，低溫抑制酶的活性，高溫使酶失活”作出假設(shè)“0～60℃，酶活隨溫度升高而增大；60～100℃，酶活隨溫度升高而降低至失活。”

5.3 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 教師以問題串的形式引導(dǎo)學(xué)生思考關(guān)鍵問題：自變量、因變量和無(wú)關(guān)變量各有什么？自變量溫度如何設(shè)置并保持穩(wěn)定性？實(shí)驗(yàn)材料是否會(huì)影響溫度？反應(yīng)過程中如何保持溫度？能以室溫下加入“淀粉+淀粉酶”的試管作為對(duì)照嗎？對(duì)照組不加酶就是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?duì)照組了嗎？實(shí)驗(yàn)中除酶影響淀粉的分解，還有什么因素可能影響底物的分解？如何避免實(shí)驗(yàn)結(jié)果的偶然性？實(shí)驗(yàn)材料劑量對(duì)實(shí)驗(yàn)有影響嗎？如何確定結(jié)果檢測(cè)指標(biāo)？該實(shí)驗(yàn)應(yīng)采取哪種結(jié)果檢測(cè)方法？最后，從頭至尾梳理實(shí)驗(yàn)步驟。

5.4 實(shí)施實(shí)驗(yàn)及結(jié)果 分析每個(gè)溫度需處理的試管較多，時(shí)間緊張。教師問學(xué)生此時(shí)該怎么辦？(分組實(shí)驗(yàn)，最后對(duì)比結(jié)果。)全班分為6個(gè)組，分別進(jìn)行0、20、40、60、80、100℃下實(shí)驗(yàn)。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：應(yīng)分析哪些現(xiàn)象，才能說(shuō)明每個(gè)溫度對(duì)酶活性的影響？(對(duì)比每個(gè)溫度之間的對(duì)照組，分析溫度是否會(huì)直接影響底物的分解，再對(duì)比每個(gè)溫度對(duì)酶催化效率的影響。)

5.5 思維拓展 教師問：如果現(xiàn)在臨時(shí)發(fā)現(xiàn)淀粉酶已變質(zhì)不能使用，此時(shí)該怎樣應(yīng)對(duì)以完成溫度對(duì)酶活性影響的探究？實(shí)驗(yàn)室有蔗糖、蔗糖酶、蛋白溶液、蛋白酶等物質(zhì)。是否能用蔗糖+蔗糖酶替換淀粉+淀粉酶？否，還原糖的檢測(cè)需要水浴加熱。是否能用蛋白溶液+蛋白酶進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)？否，酶是蛋白質(zhì)，難以分清底物和酶，無(wú)法用雙縮脲試劑檢測(cè)。如果要用蛋白質(zhì)和蛋白酶完成實(shí)驗(yàn)該怎么辦？將蛋白質(zhì)固化，觀察不同溫度下蛋白質(zhì)在蛋白酶作用下的體積變化。

6 教學(xué)反思

元認(rèn)知在教學(xué)中的滲透，要求教師和學(xué)生能清楚地意識(shí)到自己是如何思考的，為什么要這樣思考，是如何決定的，為什么要這樣決定，目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)是什么，離任務(wù)完成還有多遠(yuǎn)。當(dāng)自我無(wú)法回答這些問題時(shí)，表現(xiàn)出探索新知的行為。本節(jié)課教師在備課過程中對(duì)自我思維和行為進(jìn)行了反思和監(jiān)管。學(xué)生也在教師的引導(dǎo)下思考什么是科學(xué)研究，該怎樣思考探究問題，為什么要這樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

若在教學(xué)中融入對(duì)任務(wù)、策略和客觀規(guī)律的追問和反思，則可極大提高學(xué)生的元認(rèn)知能力，進(jìn)而幫助學(xué)生發(fā)展認(rèn)知領(lǐng)域。