借鑒元認知理論，提升物理實驗教學有效性

江小松

摘 要：在初中物理實驗教學中借鑒元認知理論，讓學生在學習物理實驗的同時提升自我認知，在一定程度上開發了學生的智力，培養了學生的思維能力，讓學生在實際學習過程中，真實掌握自我反省、認知、調整和突破，有效解決“如何學習”的困惑，從而提升課堂效率，提升教學有效性。

關鍵詞：初中物理;實驗教學;元認知理論

元認知，指的是一個人通過不同的學習活動，了解自我認知，從而在檢驗和調整活動中掌握并完善自我認知。初中生已經初步具備一定的知識感知和行為反思能力，需要借助一定的外界助力對其進行引導。在初中物理實驗教學中，借鑒元認知理論，可以提升學生的思維能力、動手能力和探索能力，從而有效提升物理實驗課堂效率。

一、預留思考時間，加工信息

初中物理實驗是對課程的高度總結，要求學生在理解課程內容的基礎上具備相應的操作和思考能力。但每個人的認知活動存在一定的滯后性，需要對學習的材料進行識別、對自己的知識系統進行構建和加工，才能對所學的知識有初步認知和體驗。所以，在物理實驗課程中，需要結合學生的實際認知程度，預留適當的思考時間，要求學生通過對課堂知識的認知加工，掌握物理實驗原理，理解物理實驗內容，明晰物理實驗標準，并能通過實驗結果初步判定實驗操作是否正確規范。

例如學習“探究凸透鏡成像的規律”，通過課本學生理解凸透鏡成像規則，物體在不到一倍焦距的位置處光屏上什么也沒有，在一倍焦距處有光，在一倍焦距和兩倍焦距中間的位置為倒立放大的像，在兩倍焦距處為倒立等大的像，在大于兩倍焦距處為縮小的像。依次為研究理論，要求學生按照如下圖1所示的順序安放蠟燭、凸透鏡和光屏，并測量計量凸透鏡的焦距。

點燃蠟燭，個別小組學生在實驗過程中發現不管怎么挪動蠟燭，光屏始終沒有任何像，他們首先判斷可能是凸透鏡存在問題，和別的小組交換使用依然無法成像，筆者要求學生仔細閱讀成像要求，學生猜測，可能新蠟燭在燃燒時其中心和透鏡、光屏的中心不在同一個高度，對此，他們調整物件底座高度，并用尺子測量達到統一，之后點燃蠟燭觀察成像，光屏依然沒有任何信息，他們向遠處挪動蠟燭時，光屏出現了像。學生為了保證焦距測量的準確性，采用倒立等大實像處的刻度作為測量標準，通過三次測量求平均值的方法計算得到凸透鏡的焦距。

所以，在實際物理實驗中，即使學生已經明白實驗目標，但在具體操作過程中依然可能存在漏項，教師應為學生留一定的思考時間，學生在反思實驗原理增強自己的記憶，構建知識系統。

二、鼓勵重組改組，拓展空間

元認知理論要求學生在學習過程中，不僅可以實現知識的記憶和應用，經過一段時間的思考和探索，學生理解并掌握簡單實驗原理和操作流程，鼓勵學生積極開動思維，對實驗進行重組或者改組，開發智力，拓展實驗空間，增長知識和見識。

例如學習“氣體的壓強”，問大家，是否能在現實生活中制造真空環境？要有真空環境必須有相應的隔離系統，學生生活中常見的吸盤是排出內部空氣，如何在排出內部空氣的同時還能留一定的空間呢？學生陷入沉思。有學生想到，喝飲料的時候塑料瓶中存在液體和氣體交換，那么沒有交換是不是就可以出現真空？如果實現沒有交換的環境呢？要求瓶中充滿液體，再續盛液體的環境。以此為基礎，為學生提供量筒、水槽和水，學生在水槽中盛一定量的水，將量筒放入水槽中裝滿水，再倒立提起，如下圖2所示。

當量筒提到一定高度時，量筒底部出現了空隙，液體高度不再變化，這個空隙里面是空氣嗎？是否可以根據量筒中液位高度測量大氣壓？

通過實驗聯想和重組，學生意識到大氣壓雖然看不見，但是真實存在的，甚至也提出問題，為什么我們感受不到大氣壓，以思考和實驗打開新知探索，從而認識到物理實驗不是復雜的學科研究，在生活中也充滿實驗，從而引發學生學習興趣，激發學生拓展實驗和思維空間的欲望。

三、加強思維監控，自我調節

元認知理論要求學生在實際學習過程中，能對自己的思維實現監控，并能通過調節自我知識儲備實現個人能力的發展和進步。在初中物理實驗課程中，引用該理論，有助于學生在實際實驗操作中認真思考操作規程，利用所學知識解決實際問題，在實際生活中應用所學知識，從而能在不斷自我調節中實現自我監管。

例如學習“電路連接的基本方式”，實驗室提供兩個小燈泡、電池組、兩個開關、電線，要求①電路中只有一個開關，開關閉合，兩個燈泡同時亮，開關開啟，兩個燈泡同時滅;②電路中有兩個開關，分別控制兩個燈泡（注意，實驗室提供的燈泡瓦數相同）。

針對該實驗課題①的要求，學生發現有的小組連接的燈泡暗一些，有的小組燈泡則亮一些;在實驗②中，兩個燈泡的亮度也相對亮一些。另外，有的開關在關閉的一瞬間會產生很小的電火花。在實驗要求①中，為什么呈現不同的現象？要求學生仔細觀察不同亮度電路的連接方式，是否一樣呢？電火花的產生是因為開關關閉瞬間引發的電流較大，和生活中某些家用電器在接入插座的一瞬間火花是否相同？

通過思維監控訓練，培養學生的問題意識和解決問題的能力，通過調節自我知識儲備探索未知現象，從而提升學生的探索能力。

綜上所述，將元認知理論應用于初中處理實驗教學，既為學生提供了掌握基礎物理知識認識現象的平臺，又培養了學生的綜合實驗素養，同時拓寬了學生視野，有效促進了學生綜合能力的發展。

注：本文系南通市教育科學“十三五”規劃專項課題“指向科學素養的初中實驗教學轉型研究”（課題編號：GH2018081）研究成果之一。