影響高中物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)困難的元認(rèn)知因素及其教學(xué)策略

李建設(shè)

(合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院，安徽 合肥 230009)

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影響高中物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)困難的元認(rèn)知因素及其教學(xué)策略

李建設(shè)

(合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院，安徽 合肥 230009)

研究表明,學(xué)生學(xué)習(xí)困難的原因與其元認(rèn)知參與的缺乏有直接關(guān)系．本文結(jié)合元認(rèn)知理論,認(rèn)為任務(wù)知識(shí)薄弱、監(jiān)控失調(diào)、調(diào)節(jié)盲目和元認(rèn)知體驗(yàn)欠缺是影響高中物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)困難的主要元認(rèn)知因素．教師只有了解哪些方面元認(rèn)知技能的缺失會(huì)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)存在影響,才能對(duì)癥下藥,有針對(duì)性地提高學(xué)生的元認(rèn)知技能．

元認(rèn)知； 物理實(shí)驗(yàn)； 教學(xué)策略

學(xué)習(xí)困難領(lǐng)域一直是教育工作者關(guān)注的熱點(diǎn),尤其是學(xué)生在學(xué)習(xí)困難領(lǐng)域中的認(rèn)知與非認(rèn)知領(lǐng)域的特點(diǎn),及其與學(xué)業(yè)成就的關(guān)系更是備受關(guān)注,[1]而對(duì)學(xué)業(yè)成就產(chǎn)生影響作用的認(rèn)知與非認(rèn)知因素中當(dāng)屬元認(rèn)知．Kolligiall和Sternberg(1987)認(rèn)為，學(xué)生學(xué)習(xí)困難的原因與元認(rèn)知參與的缺乏,即元認(rèn)知技能的運(yùn)用不良有直接關(guān)系．有關(guān)物理問(wèn)題解決過(guò)程的研究也表明,物理學(xué)習(xí)困難的學(xué)生在某些元認(rèn)知的技能和能力方面存在困難．然而,有關(guān)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)困難的元認(rèn)知相關(guān)方面的研究并不多見(jiàn)．本文根據(jù)元認(rèn)知理論,結(jié)合學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)問(wèn)題解決過(guò)程中的具體表現(xiàn),深入探討影響高中物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)困難的元認(rèn)知相關(guān)因素．這對(duì)于有效地開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué),有針對(duì)性地指導(dǎo)高中學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí),使其由“學(xué)會(huì)”變成“會(huì)學(xué)”,提高實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性具有十分重要的實(shí)踐意義．

1 實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)困難的元認(rèn)知相關(guān)因素

由于學(xué)生頭腦中的實(shí)驗(yàn)知識(shí)體系存在缺陷,實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過(guò)程監(jiān)控不力,實(shí)驗(yàn)策略的調(diào)節(jié)盲目,因此不能有效地完成實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)而導(dǎo)致情緒低落,從而產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)困難，其在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中的主要具體表現(xiàn)如下.

1.1 任務(wù)知識(shí)薄弱,對(duì)問(wèn)題的表征處于感性認(rèn)知階段

調(diào)查發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的困難與元認(rèn)知知識(shí)中的任務(wù)知識(shí)薄弱相關(guān)很大．任務(wù)知識(shí)薄弱是指學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知只局限于在實(shí)驗(yàn)操作的正確與否,對(duì)于課程的教學(xué)目的、具體項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼J(rèn)識(shí)不清或從未考慮過(guò),認(rèn)為實(shí)驗(yàn)課程的主要目的就是完成實(shí)驗(yàn)操作,測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),培養(yǎng)操作技能．由于學(xué)生的任務(wù)知識(shí)體系存在局限性,使得他們?cè)趯徢寰唧w項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⑦\(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法利用的信息量較少,且信息多處于膚淺的加工狀態(tài),導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的表征只是處于感性認(rèn)知階段．特別是隨著實(shí)驗(yàn)內(nèi)容復(fù)雜水平的提高,學(xué)生提取相關(guān)知識(shí)變得很困難,對(duì)于問(wèn)題信息表征的準(zhǔn)確性也在下降．例如在測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)不很清楚,對(duì)電路中電流表是采用外接法還是采用內(nèi)接法的理解不深,對(duì)于問(wèn)題表征仍停留在物理概念、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、儀器操作等表面特征上,根本沒(méi)有考慮將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)操作與實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理聯(lián)系起來(lái),他們只是按照教師或教材上提供的方案機(jī)械地選擇實(shí)驗(yàn)器材,連接電路．如果改變實(shí)驗(yàn)測(cè)量對(duì)象——測(cè)量電源的內(nèi)阻很大,學(xué)生就茫然不知所措了,不知道是選擇電源外接法或內(nèi)接法來(lái)連接電路．

1.2 元認(rèn)知監(jiān)控失調(diào),難以對(duì)認(rèn)知過(guò)程做出合理的判斷

自我監(jiān)控對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果的影響日益增大,是影響學(xué)生學(xué)業(yè)成績(jī)的關(guān)鍵因素．[2]元認(rèn)知監(jiān)控涉及整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程,但實(shí)際情況是學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的監(jiān)控主要表現(xiàn)為“結(jié)果性”,而非“過(guò)程性”,缺乏整體性、過(guò)程性和計(jì)劃性,致使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的價(jià)值、難度,實(shí)驗(yàn)方案的合理性、煩瑣程度,實(shí)驗(yàn)過(guò)程的可操作性、安全性,實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的干擾性問(wèn)題的甄別和排除等難以作出準(zhǔn)確的估計(jì)和判斷．胡志海等人研究發(fā)現(xiàn),[3]學(xué)習(xí)困難的學(xué)生在計(jì)劃性、過(guò)程性與總結(jié)性方面較弱,而這3方面恰恰對(duì)應(yīng)于實(shí)驗(yàn)活動(dòng)前、進(jìn)行中、完成后3個(gè)不同階段．具體體現(xiàn)在:實(shí)驗(yàn)開(kāi)始階段,由于對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)任務(wù)的認(rèn)識(shí)不夠深入,大多數(shù)學(xué)生基本上處于忽略狀態(tài),不能將實(shí)驗(yàn)的安全性、準(zhǔn)確性、可操作性等綜合起來(lái)去考慮實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)．在實(shí)驗(yàn)進(jìn)程中,對(duì)于實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題不能做出準(zhǔn)確、合理的分析和判斷,學(xué)生往往只關(guān)注教師布置的實(shí)驗(yàn)測(cè)量任務(wù),對(duì)于實(shí)驗(yàn)操作步驟是否具有合理性、系統(tǒng)性、條理性基本不予理睬．在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,學(xué)生只關(guān)注實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的完成,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)往往是就事論事,對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差大的處理,往往只是在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上提了一句“本實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差很大”,就不了了之,沒(méi)有從深層次上去分析、總結(jié)實(shí)驗(yàn)相關(guān)因素對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的影響．

1.3 元認(rèn)知調(diào)節(jié)盲目,引發(fā)學(xué)生隨意嘗試各種認(rèn)知策略

在解決問(wèn)題的過(guò)程中,如果沒(méi)有元認(rèn)知策略的使用,個(gè)體的認(rèn)知能力就得不到很好的發(fā)揮．[4]學(xué)習(xí)不成功者的困難不是由于缺乏具體的認(rèn)知策略知識(shí),而是在基于任務(wù)要求去選擇和使用策略上存在問(wèn)題,缺乏對(duì)與相應(yīng)問(wèn)題選擇有效策略的調(diào)節(jié)能力(Swanson,1985),即元認(rèn)知調(diào)節(jié)方面沒(méi)能得到很好的發(fā)展．當(dāng)他們面臨實(shí)際問(wèn)題時(shí),很難組織有效信息和頭腦中的相關(guān)圖式去激活相關(guān)問(wèn)題解決策略．當(dāng)某種認(rèn)知策略不成功時(shí),很難及時(shí)進(jìn)行策略轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)自己的認(rèn)知過(guò)程,[5]其思維活動(dòng)處于一種盲目、不可控狀態(tài),只能盲目地嘗試各種認(rèn)知策略以尋求任務(wù)起始狀態(tài)與目標(biāo)狀態(tài)的一系列聯(lián)系．例如學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)用伏安法測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的基本思路,能夠解決當(dāng)電路中有電壓表和電流表的前提下,測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的問(wèn)題．如果實(shí)驗(yàn)器材中缺少電壓表或電流表,或者所給的電壓表或電流表不符合實(shí)驗(yàn)需要時(shí),要求測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻．由于學(xué)生沒(méi)有從思維的抽象上升到思維的具體,不知道如何靈活應(yīng)用伏安法知識(shí),在猛地接觸到?jīng)]有電壓表或電流表,取而代之的是電阻箱等電學(xué)儀器時(shí)總感不適應(yīng)．他們頭腦中出現(xiàn)的信息往往是伏安法測(cè)定電阻的模型,實(shí)際表現(xiàn)出的實(shí)驗(yàn)行為是根據(jù)頭腦中的原有模型,嘗試構(gòu)建各種電路模型來(lái)解決問(wèn)題．

1.4 元認(rèn)知體驗(yàn)欠缺,導(dǎo)致自我效能感降低

積極的元認(rèn)知體驗(yàn)對(duì)認(rèn)知任務(wù)的完成有著重要的影響,它可以激活認(rèn)知策略知識(shí),幫助學(xué)生在完成認(rèn)知活動(dòng)時(shí)對(duì)相關(guān)策略進(jìn)行調(diào)節(jié),也能夠更好地監(jiān)控學(xué)習(xí)過(guò)程．認(rèn)知活動(dòng)的成功會(huì)產(chǎn)生積極的情感,失敗了會(huì)有消極的情感產(chǎn)生．消極的元認(rèn)知體驗(yàn)會(huì)使學(xué)生在面對(duì)挑戰(zhàn)性任務(wù)時(shí)會(huì)選取逃避或回避策略,面對(duì)失敗時(shí)會(huì)把原因歸于能力差,面臨困難時(shí)會(huì)選擇放棄,長(zhǎng)期積累會(huì)使學(xué)生的自我效能感逐漸降低．自我效能感是反映學(xué)生元認(rèn)知水平的一個(gè)重要指標(biāo),學(xué)生的自我效能感與元認(rèn)知體驗(yàn)呈顯著的正相關(guān),[6]這種相關(guān)在低成就學(xué)生身上表現(xiàn)得尤為顯著．在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中,如果學(xué)生不斷地遭遇實(shí)驗(yàn)失敗或挫折,會(huì)使他們逐漸降低對(duì)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)愿望,懷疑自己的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?降低對(duì)物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的結(jié)果期望,降低甚至完全喪失對(duì)物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的信心,致使他們不愿主動(dòng)地調(diào)動(dòng)非智力因素參與到實(shí)驗(yàn)中,缺乏改進(jìn)認(rèn)知加工過(guò)程的愿望,從而降低了實(shí)驗(yàn)活動(dòng)效率與成功的可能性．這種喪失實(shí)驗(yàn)信心的心理狀態(tài)叫做實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的習(xí)得性無(wú)助感．習(xí)得性無(wú)助感將使學(xué)生產(chǎn)生被動(dòng)、自卑、厭學(xué)的情緒,造成做不好物理實(shí)驗(yàn)的心理定勢(shì)．根據(jù)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)度=價(jià)值×期望的“期望——價(jià)值”理論,如果學(xué)生降低對(duì)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果的期望值,認(rèn)為“自己不是學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的料,或物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)沒(méi)有什么作用”,那么實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)就會(huì)減弱,從而抑制新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)．

2 提高學(xué)生元認(rèn)知水平的教學(xué)策略

2.1 注重實(shí)驗(yàn)思想和方法的傳授,完成任務(wù)知識(shí)體系

2.2 利用自我提問(wèn)單,有效監(jiān)控實(shí)驗(yàn)思維過(guò)程

研究表明，學(xué)生的自我監(jiān)控能力發(fā)展落后于其他能力的發(fā)展,自我監(jiān)控能力的培養(yǎng)是當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的最大薄弱環(huán)節(jié)．在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,教育者要以實(shí)驗(yàn)認(rèn)知活動(dòng)作為意識(shí)對(duì)象,加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的監(jiān)控,使學(xué)生能夠積極而自覺(jué)地對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié),促進(jìn)學(xué)生從“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”．教師要根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的自我提問(wèn)單,讓學(xué)生進(jìn)行自我診斷,自我改進(jìn)．提問(wèn)單內(nèi)容包括: (1) 理解實(shí)驗(yàn)任務(wù)．要求準(zhǔn)確、全面把握實(shí)驗(yàn)任務(wù),明確任務(wù)的特點(diǎn)、目標(biāo)以及需要達(dá)到的程度．(2) 分析實(shí)驗(yàn)并制定相關(guān)計(jì)劃.包括分析器材的選取,構(gòu)思各種解決問(wèn)題的可能辦法,估計(jì)其有效性等,這些是尋找解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的突破口和關(guān)鍵．(3) 監(jiān)控計(jì)劃的實(shí)施．針對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的異常情況,學(xué)生應(yīng)及時(shí)調(diào)整策略.(4) 檢查結(jié)果．根據(jù)結(jié)果及相關(guān)反饋信息及時(shí)評(píng)價(jià)策略和方法的效果,評(píng)估目標(biāo)和任務(wù)的完成程度,對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題采取補(bǔ)救措施進(jìn)行修改或調(diào)整等．例如在“單擺測(cè)重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中,教師可提出以下問(wèn)題:第一，用單擺測(cè)量重力加速度是根據(jù)什么物理關(guān)系?如何推導(dǎo)出重力加速度的測(cè)量公式;第二，該實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量的物理量有哪些?各需要采用什么測(cè)量工具?測(cè)量工具的精度各是多少;第三，單擺應(yīng)當(dāng)選取什么樣的擺球,什么樣的線,線長(zhǎng)的長(zhǎng)度應(yīng)在什么范圍內(nèi)?第四，怎樣保證小球做簡(jiǎn)諧振動(dòng)?如若小球運(yùn)動(dòng)擺成圓錐擺,對(duì)測(cè)量周期有影響嗎?第五，怎樣測(cè)量單擺的周期?從何處開(kāi)始計(jì)時(shí),到何處停止計(jì)時(shí)等等．通過(guò)以上問(wèn)題,學(xué)生可以自主監(jiān)控整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決．

2.3 強(qiáng)化積極的認(rèn)知體驗(yàn),提高自我效能感

元認(rèn)知體驗(yàn)即主體伴隨著認(rèn)知活動(dòng)而產(chǎn)生的認(rèn)知體驗(yàn)或情感體驗(yàn),知的體驗(yàn)和不知的體驗(yàn)．元認(rèn)知的體驗(yàn)會(huì)給學(xué)習(xí)者帶來(lái)滿足感和自豪感,但不知的體驗(yàn)卻會(huì)使學(xué)習(xí)者感到沮喪,產(chǎn)生焦慮．這是因?yàn)槔Щ蠡蚴〉捏w驗(yàn)可能使人放棄原定的目標(biāo);遭受挫折的體驗(yàn)可能放棄對(duì)自己已有的元認(rèn)知知識(shí)進(jìn)行補(bǔ)充、修改或刪除;而積極的認(rèn)知體驗(yàn)可以刺激認(rèn)知或元認(rèn)知策略的產(chǎn)生,會(huì)有意識(shí)地完善自己的元認(rèn)知知識(shí)體系．為了使學(xué)習(xí)者從不知的體驗(yàn)過(guò)渡到知的體驗(yàn),教師一方面要幫助學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題,避免焦慮感的產(chǎn)生;另一方面運(yùn)用情感策略調(diào)控學(xué)生的情緒,使他們克服焦慮心理,正確對(duì)待學(xué)習(xí)過(guò)程中的挫折,增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的自信心,獲得更多積極的情感體驗(yàn)．例如在利用電位差計(jì)測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻實(shí)驗(yàn)中,線路連接正常,但在測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)時(shí),檢流計(jì)指針始終朝一個(gè)方向偏轉(zhuǎn),學(xué)生可能會(huì)懷疑是線路連接錯(cuò)誤,幾次檢查線路連接都沒(méi)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,又懷疑是電池極性接反,經(jīng)檢查也無(wú)誤,學(xué)生顯得束手無(wú)策,急躁、焦慮情緒機(jī)會(huì)產(chǎn)生．對(duì)此教師要進(jìn)行有針對(duì)性地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析,及時(shí)疏導(dǎo)學(xué)生的焦慮感,引導(dǎo)他們找出具體的解決辦法．

2.4 利用問(wèn)題檢測(cè)卡,加強(qiáng)課后反思訓(xùn)練

為深化對(duì)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的理解,揭示出實(shí)驗(yàn)課題的本質(zhì),要求學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)課題后圍繞實(shí)驗(yàn)內(nèi)容思考相關(guān)問(wèn)題,促使學(xué)生元認(rèn)知技能的提高．通過(guò)長(zhǎng)期的訓(xùn)練可以使學(xué)生養(yǎng)成一套“設(shè)置課后問(wèn)題——學(xué)生反思——自我解釋”的實(shí)驗(yàn)思維訓(xùn)練模式,使學(xué)生深刻理解“在問(wèn)題中成長(zhǎng),在反思中成熟”的道理．例如學(xué)生在完成測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)后,設(shè)計(jì)問(wèn)題檢測(cè)卡以進(jìn)一步理解實(shí)驗(yàn):第一，電路中安培表的內(nèi)、外接法判斷依據(jù)是什么?第二，若是測(cè)量干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,則應(yīng)如何選擇電壓表和電流表,若實(shí)驗(yàn)中提供的電流表不符合需要,如何處理．第三，若圖像中縱坐標(biāo)的起點(diǎn)不是零點(diǎn),則如何處理數(shù)據(jù)以求出電池的內(nèi)阻．第四，教材中采用限流式接法連接滑動(dòng)變阻器,那是否可采用分壓式接法來(lái)連接,判斷依據(jù)是什么?第五，若采用外接法,測(cè)量的U-I曲線與實(shí)際的曲線在哪個(gè)軸上相交于一點(diǎn),真實(shí)曲線是在測(cè)量曲線的左方還是右方,并定性進(jìn)行分析;如若采用內(nèi)接法呢?等等．

元認(rèn)知理論為我們深入認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)困難學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和規(guī)律提供理論根據(jù),為實(shí)驗(yàn)教師轉(zhuǎn)變教育觀念、實(shí)施實(shí)驗(yàn)素質(zhì)教育提供一個(gè)積極的參考,為開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教育研究和教學(xué)實(shí)踐提供了一個(gè)新的切入點(diǎn)．

1 左志宏,席居哲. 三種學(xué)業(yè)成績(jī)水平學(xué)生元認(rèn)知、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)比較[J].中國(guó)特殊教育,2005(5):69-74.

2 董奇.關(guān)于學(xué)生學(xué)習(xí)自我監(jiān)控的實(shí)驗(yàn)研究[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),1995(1):87.

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2017-03-01)