方案設計類問題解決中發展學生元認知的嘗試

吳翀云

摘要：方案設計題是近幾年高考的熱點之一，難度大、綜合性強。運用元認知思想設計的“自我提示表”有利于幫助解決復雜的方案設計問題。在培養元認知能力時，需要按照由淺入深的原則，將提煉提示語的行為從自發走向自覺。

關鍵詞：實驗方案設計；有機合成；化學解題；元認知；提示語

文章編號：1005–6629（2017）4–0044–05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 方案設計類題型的特點

方案設計題在高考中常見的是有機合成和實驗方案設計，這兩類題要求學生能根據設計的目的和有關反應原理，結合所提供的儀器和藥品等，設計出合理的方案和步驟。這類題型是近幾年高考的熱點之一，年年必考，具有很高的連續性和穩定性。由于設計方案時需考慮的因素很多，如制備或合成的條件控制，物質的分離和提純，方案的簡約性和經濟性，對提供的試劑進行合理取舍等，所以，這是一類難度大、綜合性強的題型。學生如不學會用適當的方法指導自己進行思維的加工，并且在分析和解決問題的過程中不斷有意識地進行自我詰問、自我反省，那么這類復雜的問題是較難被解決的。

2 元認知簡介

2.1 元認知的概念

元認知（metacognition，又譯反省認知、后設認知），是美國心理學家弗拉維爾（Flavell）于20世紀70年代在其著作《認知發展》中提出來的。是個體對自己的注意、記憶、思維等認知活動的認知[1]，是“為完成某一具體目標或任務，認知主體依據認知對象對認知過程進行主動的監測，以及連續的調節和協調”[2]。后來，他對元認知進行了更簡練地概括——反映或調節認知活動的任何一方面的知識或認知活動。

2.2 波利亞的元認知思想

著名數學教育家波利亞在《怎樣解題》一書中給出的“怎樣解題表”對數學解題的影響巨大，他給出了一系列的解題提示語，如：未知數是什么？已知數據（指已知數、已知圖形和已知事項等的統稱）是什么？條件是什么？這些問題不是問別人，而是問自己，實際是解題者的自我反省。這些問題并沒有直接涉及問題的具體內容，完全是針對主體自身思維，是對自身解題思維活動的反詰，是自我監察，自我意識，自我預測，自我調節，自我監控[3]。

在《怎樣解題》中，波利亞提出了“目標意識”，即“盯著目標”。波利亞指出：目標啟示著手段，對目標的考慮可能會啟發找到一個途徑。考慮了目標，問題就一個接著一個出來了；……這些提問引導了一條“倒退”的途徑；如果能發覺了推出問題未知量的“已知量”，那就可以把這些“已知量”選做輔助問題的目標，就可以從后往前推了[4]。

2.3 元認知和認知的區別

元認知和認知是兩個不同的概念，二者的關系可以從以下幾方面來分析：

2.3.1 活動內容

認知活動的內容是對認知對象進行某種智力操作，如書寫硫酸鋁中加入碳酸鈣的反應的方程式，是按照化學方程式書寫時遵循的質量守恒、電荷守恒進行書寫和配平。而元認知活動則是以對認知活動進行調節和監控為活動內容，如在書寫上述方程式時涉及的元認知可以有：該反應發生的原理是什么？各物質的作用分別是什么？我是否見過類似原理的反應？我書寫離子方程式時是否已經明確各物質是否能拆成離子形式？是否有未參加反應的離子存在？

2.3.2 活動對象

認知活動的對象是外在的、具體的事物，如硫酸鋁、碳酸鈣在離子方程式中能不能拆開，鋁離子是以氫氧化鋁的形式存在的，書寫離子方程式時需要遵循質量守恒和電荷守恒定律，而內在的、抽象的認知過程或認知結果等則是元認知的活動對象。因此，元認知活動必須把自身作為一種獨立的客體看待。如我有沒有認清該反應的反應物和生成物？質量守恒定律和元素守恒，哪一種能最快速幫助完成配平？我是否見過類似原理的反應？認知活動的目的是使認知主體取得認知活動的進展，而元認知活動的目的是監測認知活動的進展，并間接地促進這種進展。

2.3.3 活動目的

元認知和認知活動在終極目標上是一致的，它們都是為了使認知主體完成認知任務，實現認知目標。

2.3.4 作用方式

認知活動可以直接使認知主體取得認知活動的進展，而元認知只能通過對認知活動的調控，間接地使主體的認知活動有所進展。

2.4 元認知的結構

元認知由元認知知識、元認知體驗和元認知監控等構成。元認知知識包括認知主體的知識、認知對象的知識和認知活動的策略知識。元認知體驗是指主體伴隨著認知活動而產生的認知體驗或情感體驗。元認知監控是指主體在進行認知活動的全過程中，根據元認知的知識、體驗積極地對認知活動進行積極的、及時的、自覺的監控和調節，以達到預定目標的過程。元認知監控包括制定計劃、實際控制、檢查結果和采取補救措施等四個環節。

元認知知識、元認知體驗和元認知監控三者互相依賴、相互制約，有機構成一個對認知活動具有高水平的自我意識、自我調節功能的開放的動態系統。

2.5 元認知的作用

信息加工心理學家發現，“元認知水平是影響學習效率的重要條件”[5]。在認知活動中始終處于支配地位。元認知與一般能力傾向存在獨立性，實驗發現[6]：元認知可以彌補一般能力傾向的不足，它是作為與一般能力傾向相對獨立的一種因素起作用的。

3 幫助學生發展元認知的一個嘗試

3.1 建立方案設計類題型的自我提示表

依據波利亞的“怎樣解題表”，結合元認知的結構，列出了方案設計類題型的四部曲，第一步，運用元認知知識，緊盯設計目標，根據目標為自己確立完成任務的子目標；第二步，根據提供的試劑，逐項完成子目標，實現元認知體驗；第三步，結合原料或產品的性質，對現有方案進行檢驗和反思，實現元認知的監控功能；第四步，調整完善方案，形成最終設計。依據上述四部曲，得到如下自我提示表，見圖1。

3.2 依據自我提示表，實施解題程序

例1 （2015江蘇·19節選）實驗室用下圖所示裝置制備KClO溶液，并通過KClO溶液與Fe（NO3）3溶液的反應制備高效水處理劑K2FeO4。已知K2FeO4具有下列性質：①可溶于水、微溶于濃KOH溶液；②在0～5℃、強堿性溶液中比較穩定；③在Fe3+和Fe（OH）3催化作用下發生分解；④在酸性至弱堿性條件下，能與水反應生成Fe（OH）3和O2。

提純K2FeO4粗產品[含有Fe（OH）3、KCl等雜質]的實驗方案為：將一定量的K2FeO4粗產品溶于冷的3 mol·L-1 KOH溶液中， （實驗中須使用的試劑有：飽和KOH溶液，乙醇；除常用儀器外須使用的儀器有：砂芯漏斗，真空干燥箱）。

分析：根據上述解題表，結合實際問題，可以得到以下分析過程，見表1。

研究發現，需解決的問題較容易時，元認知似乎是自動加工的，學習者可能不會意識到自己的理解監控過程，如例1和例2中對目標的細化，而當遇到信息較多，思路不明晰的問題時，自動加工的流暢性被打斷，調控行為介入，以彌補理解的不足，如例2中對第③步信息的挖掘與運用。因此，在培養元認知能力時，需依據由淺入深的原則，讓學生逐漸意識到元認知能力對解題的重要性和有效性，并能將提煉提示語的行為從自發走向自覺。

參考資料：

[1][5]皮連生主編.教育心理學[M].上海：上海教育出版社，2011：125.

[2] Flavell J H. Metacognitive Aspects of Problem Solving [C]. In： L B Resnick ed. The Nature of Intelligence. Hillsdale， NJ： Erlbaum， 1976： 232.

[3]鄭毓信.問題解決與數學教育[M].南京：江蘇教育出版社，1994：87.

[4]涂榮豹.數學解題學習中的元認知[J].數學教育學報，2002，（4）：6～11.

[6] Swanson H L. Influence of Metacognitive Knowledge Andaptitude on Problem Solving [J]. Journal of Educational Psychology， 1990， 82（2）： 306～314.

[7][10][美]瑪格麗特·馬特林.認知心理學：理論、研究和應用[M].北京：機械工業出版社，2016：90.

[8][9][美]戈爾茨坦.認知心理學[M].北京：中國輕工業出版社，2015：440.