高中物理解題的元認知水平及其訓練方法探討

劉玉中+任小超+程福華

摘 要：元認知技能在物理解題過程中發揮著重要的作用，在物理課堂教學中采用傳授元認知知識、暴露解題思維和利用問題單進行解題思維訓練等多種方法對學生進行元認知訓練可以提高學生在物理解題方面的元認知水平，進而促進物理解題能力的提高.

關鍵詞：元認知；元認知技能；物理解題

作者簡介：劉玉中（1972-），中學一級教師，碩士，研究方向物理課程與教學論.

物理解題活動是一種認知活動同時伴隨著元認知活動，物理解題能力水平不但反映了個體解題的認知能力水平也體現了個體解題過程的元認知水平.解題能力水平高的學生相應的元認知水平也高，而那些解題能力水平差的學生，其元認知水平也較低[1].若采用一定的訓練方法提高物理解題的元認知水平，將能夠提高學生的物理解題能力.本文擬對高中物理解題過程的元認知水平和元認知水平訓練方法做進一步的探討.

1 物理解題過程的元認知水平

物理解題過程是一種認知活動，其認知活動的對象是題目本身所包含的各種信息，需要解題者調動自身認知結構中的物理知識和解題思維方法.解題過程同時也需要解題者從解題過程中獲得反饋信息，及時調節自己的認知活動，這就是解題過程的元認知活動.元認知在解題活動中起支配作用，它對解題活動的監控作用減少了解題的盲目性和沖動性，是成功解題的保障.根據元認知概念的內涵和解題的思維過程，可以把物理解題過程的元認知水平分成以下幾個方面.

1.1 元認知知識水平

物理解題的元認知知識包括物理解題的一般思維過程的知識、個體在解題當中的思維調節作用的知識及影響解題的知識因素和心理因素的知識.依據現代認知心理學對知識的分類，可以把物理解題的元認知知識分為陳述性知識、程序性知識、條件性知識.陳述性知識是指那些對事實、規則等的描述性知識.程序性知識是以“如果/那么”表征的產生式規則.陳述性知識需要轉換為程序性知識才能被執行而發生知識的作用[2].條件性知識是何時、為何要使用陳述性和程序性知識的知識.比如楞次定律本身是一種陳述性知識，在根據楞次定律判斷感應電流的方向時，學生要把楞次定律這樣的陳述性知識轉化為這樣的程序性知識：回路中原磁場的方向→磁通量的變化→感應電流的磁場方向→感應電流的方向，而 “有閉合回路、有磁通量變化”就是判斷感應電流的條件性知識.元認知知識水平還跟元認知知識的在大腦中的構建方式有關.有組織、有序列的元認知知識比零碎、無序的元認知識更有利于大腦的檢索、提取和應用.為了更好地發揮元認知技能在物理解題當中的調節作用，教師應圍繞怎樣成功解題這一中心幫助學生形成合理完善的元認知知識結構，這也是提高物理解題能力的重要途徑.

1.2 元認知技能水平

元認知技能是學生在解題思維活動中運用元認知知識監測、調節和評估自己認知行為和心理狀態的能力.例如，在解題時保持心理不緊張、有自信心；能夠在認真審題的前提下尋找解題的方法和計劃，能夠執行解題計劃，并不斷監視和評價解題的進程，發現某一步驟或思路存在某些錯誤，能及時地進行調整或修正；準確判斷困難程度并依據困難程度分配時間；解題結束時能夠對解題過程進行回憶、評價、總結，反思自己在解題中取得的新收獲和所犯的錯誤.個體必須通過對元認知知識的理解與運用，通過解題實踐活動不斷積累、完善元認知知識和經驗，才能促進元認知技能水平的提高.

1.3 元認知體驗水平

元認知體驗包括認知體驗和情感體驗.認知體驗是指對當前解題當中的認知進展情況的覺察，情感體驗是指解題當中個體的情緒體驗的感受.元認知體驗能喚醒解題者調用元認知技能保證解題活動的順利進行.例如，當學生在解題時不知道該用哪個物理公式時，這可能會促使他聯想到該題涉及的是哪一物理現象或什么物理模型；解題時遇到困難也可能會體驗到有焦慮的情緒產生，這時會使他想到這樣對解題是不利的，若隨即讓心態平靜下來，重新認真審題，反而能夠找到解題的思路.在實際認知活動中，元認知體驗與元認知技能是密不可能分的，元認知體驗為元認知技能運用提供必需的信息，使元認知技能的運用具有針對性.

2 物理解題的元認知訓練方法

元認知訓練的目的是提高學生在物理解題時的元認知水平，具體訓練應圍繞提高元認知的知識水平、技能水平和體驗水平來進行.一般分為兩個階段：先向學生傳授元認知知識，然后訓練學生運用所學的元認知知識提高物理解題活動中的元認知技能水平和元認知體驗水平.

2.1 向學生傳授關于物理解題的元認知知識

在向學生傳授元認知知識的時候做到傳授陳述性、程序性和條件性元認知知識兼顧并舉.通過習題講解讓學生對物理解題的一般過程有基本的認知，讓學生知道解題過程中每一階段的知識和意圖.物理教學中解題的過程一般分為審題、尋找問題的解法、表述解法和檢查評估四個階段.

2.1.1 審題

審題的目的是理解、吸收題目所提供的各種外部信息，明確問題涉及的相關物理知識，弄清楚已知量和待求量，挖掘隱含條件，知道解題的大方向.在這個過程中，需要簡單地畫出恰當的示意圖，將己知量、待求量、隱含量全部標注在上面.畫示意圖或圖象并以具體的形態表明抽象的信息，實現了對題目信息的有效的外部表征，能夠減輕大腦的認知負荷，幫助學生分析物理過程及其內部知識間的聯系，經常會提高問題的解決速度[3].審題環節是極其重要的，影響到其它階段的有效進展，是成功解題的關鍵環節，優秀生用在審題上的時間通常比后進生多也說明了這一點.

2.1.2 尋找問題的解法

尋找解法的目的是找出解決問題的具體路徑，包括現象分析和算法分析兩個不同的分階段[4].現象分析的目的是弄清楚題目當中的基本物理現象及其聯系，找出物理模型并將相關的物理概念、定律和公式聯系起來.算法分析是找出已知量與待求量之間具體關系的思考過程.在算法分析階段需要選擇適用的物理公式、建立具體方程式，用于解題的公式與本題所特定的物理現象、過程是相關的.如果物理過程里有幾個研究對象，學生必須知道研究對象的轉移，對不同研究對象進行分析并發現它們之間的聯系，建立不同的方程式.在尋找解法的階段，要讓學生會選取合適的物理解題思維方法：如矢量分解合成法、圖象法、守恒法、等效法、臨界分析法、整體法、隔離法、逆向思維法等等.

2.1.3 表述解法

表述解法是把解法以書面文字的形式表達出來的過程.表述的基本要求是物理對象、過程、解題依據、題設字母符號表述要簡明，主要的步驟、方程式、結果表達式及數值和單位要分行呈現，物理定律、公式等述語的表達要準確.在書寫步聚時，要注意仔細審視每個解題步驟，發現錯誤及時修正、更正.

2.1.4 檢查評估

物理解答完成后是要對解題過程進行再認識，檢查前三個階段的進程中有無疏漏、錯誤，包括解題方法是否準確、書寫是否規范、有無計算錯誤、結果的合理性等.總結在解題當中的體驗、感悟以及自身是如何進行監控和調節的.

物理解題還應讓學生注意思維定勢的影響.思維定勢不利于解決物理情景相似但解題的某些細節又有區別的問題.要讓學生不要受已做過的題的解法的誤導，做題時要從物理原理和規律出發對物理問題認真的具體分析.在解題過程不但由認知成份的參與也有動機和情感成份的參與，元認知技能的運用還需要依賴于動機和情感[5].讓學生知道在解題過程時需要堅持、自我激勵、意志的控制以避免干擾并朝著目標前進.讓學生知道遇到問題時該做什么以及不該做什么，應當勇于解決問題而不是回避和容忍問題.此外解題當中要保持適度緊張的情緒和自信的態度，過度緊張的情緒和自卑的心理會抑制記憶和思維而導致解題的失敗[6].

2.2 按照元認知訓練問題單進行解題訓練

元認知訓練的重要方法之一是教學生通過自我或他人提問來指導自己運用有效的思維程序去解題.具體做法是：向每位學生發一份“解決物理問題的元認知訓練問題單”，然后由教師在課堂上給學生示范訓練怎樣使用問題單，再由學生按照問題單自我提問或兩人一組相互提問進行元認知訓練.隨物理題目包含的物理知識不同，自我提問單的某些內容可做一些適當調整.教師要激發學生的主體意識，強化方法的練習，由有意識練習向自覺使用不斷過渡，最后形成元認知調控水平.

解決物理問題的元認知訓練問題單：

（1）審題階段：全面了解題目所給的信息？ 全部把握題中的己知、未知、隱含條件了嗎？必要時畫出示意圖.

（2）尋找解法階段：確定了研究對象嗎？該研究對象所適用的是什么物理模型？能想到哪些物理知識列出方程式？用到的解題思維方法合理嗎？

（3）表述解法階段：書寫的每個解題步驟都是正確的嗎？每一步的理論依據是什么？有無計算及物理語言表達規范錯誤.

（4）檢查評估階段：重新檢查前面的解題過程了嗎？什么地方是思維的關鍵？還有沒有其它的解法？

2.3 營造互動氛圍，暴露解題思維過程

解題思維的暴露就是把解題時大腦的思維活動用言語表達出來，在解題的每一階段向別人敘述自己的“理由”，目的是通過向別人展示自己解題的思維過程，讓別人發現自己的思維中存在的問題，以便于發展自己的思維調節技能.在展示物理題目之后，教師可以向學生示范自己解題的思維過程而不是單純講解題步驟，示范時要貼近學生實際，考慮到學生現有的知識基礎和思維水平.教師在平時習題的講解時也應多向學生呈現解題的思維過程和方法，讓學生領悟元認知技能應起到的作用，這樣有利于發展學生的思維能力和思維調節能力.

對話策略是發展學生的元認知技能的重要教學策略，在課堂教學時需要適時開展對話教學，無論是師生對話還是生生對話都是一種思維的展現過程，針對某個問題展開質疑、爭辯從迷誤走向豁然開朗，不但能讓學生領略思維的邏輯性，而且讓學生體驗到了如何監控思維、如何調節思維.在學生獨自解決物理問題的時候，雖然不能向別人暴露自己的思維，但可以指導學生通過內部語言也就是默聲的自言自語敘述解題每一步的理由，敘述理由本身是在進行思維調控，有利于解題成功.

2.4 建立錯題本，對錯題進行歸因性總結

優秀學生的常用物理學習方法之一就是建立錯題本.對錯題的總結不但是糾錯的過程，更是一種反省性思考的過程，有利于防止類似錯誤的重復發生，積累解題經驗，提升解題思維能力.學生解題的錯誤可以分為知識型錯誤和非知識型錯誤[7].知識型錯誤分為：基本概念不清；基本規律反映的關系及適用條件不明；不能正確識別或建立物理模型；對題設條件的物理含義和數學關系把握不準；數學知識和數學方法欠缺等.非知識型錯分為：思維邏輯性差；邏輯方法運用不當；忽視了隱含條件；被無關信息誤導；粗心大意；注意力不集中；情緒緊張；直覺的非邏輯性等.教師應指導學生按上述錯誤分類方法對錯題進行有針對性的錯誤歸因和總結，使學生養成一種習慣并堅持下去就會發現它的益處.

參考文獻：

[1]張雅明.元認知發展與教學[M].合肥：安徽教育出版社，2012：141.

[2]S.Ian Robertson著，張奇等譯.問題解決心理學[M].北京：中國輕工業出版社，2004：38.

[3]Robert.Sternberg著，趙海燕譯.思維教學[M].北京：中國輕工業出社，2001：38.

[4]袁守華.物理解題思維的理論和方法[M].北京：北京師范大學出版社，2013：93-143.

[5] 楊寧.從元認知到自我調節：學習策略研究的新進展[J].南京師大學報（社會科學版），2006（4）：104.

[6][7]葉建柱.物理教學中的邏輯[M].北京：科學出版社，2013：186，198，192.