高中物理解题的元认知水平及其训练方法探讨

刘玉中+任小超+程福华

摘 要：元认知技能在物理解题过程中发挥着重要的作用，在物理课堂教学中采用传授元认知知识、暴露解题思维和利用问题单进行解题思维训练等多种方法对学生进行元认知训练可以提高学生在物理解题方面的元认知水平，进而促进物理解题能力的提高.

关键词：元认知；元认知技能；物理解题

作者简介：刘玉中（1972-），中学一级教师，硕士，研究方向物理课程与教学论.

物理解题活动是一种认知活动同时伴随着元认知活动，物理解题能力水平不但反映了个体解题的认知能力水平也体现了个体解题过程的元认知水平.解题能力水平高的学生相应的元认知水平也高，而那些解题能力水平差的学生，其元认知水平也较低[1].若采用一定的训练方法提高物理解题的元认知水平，将能够提高学生的物理解题能力.本文拟对高中物理解题过程的元认知水平和元认知水平训练方法做进一步的探讨.

1 物理解题过程的元认知水平

物理解题过程是一种认知活动，其认知活动的对象是题目本身所包含的各种信息，需要解题者调动自身认知结构中的物理知识和解题思维方法.解题过程同时也需要解题者从解题过程中获得反馈信息，及时调节自己的认知活动，这就是解题过程的元认知活动.元认知在解题活动中起支配作用，它对解题活动的监控作用减少了解题的盲目性和冲动性，是成功解题的保障.根据元认知概念的内涵和解题的思维过程，可以把物理解题过程的元认知水平分成以下几个方面.

1.1 元认知知识水平

物理解题的元认知知识包括物理解题的一般思维过程的知识、个体在解题当中的思维调节作用的知识及影响解题的知识因素和心理因素的知识.依据现代认知心理学对知识的分类，可以把物理解题的元认知知识分为陈述性知识、程序性知识、条件性知识.陈述性知识是指那些对事实、规则等的描述性知识.程序性知识是以“如果/那么”表征的产生式规则.陈述性知识需要转换为程序性知识才能被执行而发生知识的作用[2].条件性知识是何时、为何要使用陈述性和程序性知识的知识.比如楞次定律本身是一种陈述性知识，在根据楞次定律判断感应电流的方向时，学生要把楞次定律这样的陈述性知识转化为这样的程序性知识：回路中原磁场的方向→磁通量的变化→感应电流的磁场方向→感应电流的方向，而 “有闭合回路、有磁通量变化”就是判断感应电流的条件性知识.元认知知识水平还跟元认知知识的在大脑中的构建方式有关.有组织、有序列的元认知知识比零碎、无序的元认知识更有利于大脑的检索、提取和应用.为了更好地发挥元认知技能在物理解题当中的调节作用，教师应围绕怎样成功解题这一中心帮助学生形成合理完善的元认知知识结构，这也是提高物理解题能力的重要途径.

1.2 元认知技能水平

元认知技能是学生在解题思维活动中运用元认知知识监测、调节和评估自己认知行为和心理状态的能力.例如，在解题时保持心理不紧张、有自信心；能够在认真审题的前提下寻找解题的方法和计划，能够执行解题计划，并不断监视和评价解题的进程，发现某一步骤或思路存在某些错误，能及时地进行调整或修正；准确判断困难程度并依据困难程度分配时间；解题结束时能够对解题过程进行回忆、评价、总结，反思自己在解题中取得的新收获和所犯的错误.个体必须通过对元认知知识的理解与运用，通过解题实践活动不断积累、完善元认知知识和经验，才能促进元认知技能水平的提高.

1.3 元认知体验水平

元认知体验包括认知体验和情感体验.认知体验是指对当前解题当中的认知进展情况的觉察，情感体验是指解题当中个体的情绪体验的感受.元认知体验能唤醒解题者调用元认知技能保证解题活动的顺利进行.例如，当学生在解题时不知道该用哪个物理公式时，这可能会促使他联想到该题涉及的是哪一物理现象或什么物理模型；解题时遇到困难也可能会体验到有焦虑的情绪产生，这时会使他想到这样对解题是不利的，若随即让心态平静下来，重新认真审题，反而能够找到解题的思路.在实际认知活动中，元认知体验与元认知技能是密不可能分的，元认知体验为元认知技能运用提供必需的信息，使元认知技能的运用具有针对性.

2 物理解题的元认知训练方法

元认知训练的目的是提高学生在物理解题时的元认知水平，具体训练应围绕提高元认知的知识水平、技能水平和体验水平来进行.一般分为两个阶段：先向学生传授元认知知识，然后训练学生运用所学的元认知知识提高物理解题活动中的元认知技能水平和元认知体验水平.

2.1 向学生传授关于物理解题的元认知知识

在向学生传授元认知知识的时候做到传授陈述性、程序性和条件性元认知知识兼顾并举.通过习题讲解让学生对物理解题的一般过程有基本的认知，让学生知道解题过程中每一阶段的知识和意图.物理教学中解题的过程一般分为审题、寻找问题的解法、表述解法和检查评估四个阶段.

2.1.1 审题

审题的目的是理解、吸收题目所提供的各种外部信息，明确问题涉及的相关物理知识，弄清楚已知量和待求量，挖掘隐含条件，知道解题的大方向.在这个过程中，需要简单地画出恰当的示意图，将己知量、待求量、隐含量全部标注在上面.画示意图或图象并以具体的形态表明抽象的信息，实现了对题目信息的有效的外部表征，能够减轻大脑的认知负荷，帮助学生分析物理过程及其内部知识间的联系，经常会提高问题的解决速度[3].审题环节是极其重要的，影响到其它阶段的有效进展，是成功解题的关键环节，优秀生用在审题上的时间通常比后进生多也说明了这一点.

2.1.2 寻找问题的解法

寻找解法的目的是找出解决问题的具体路径，包括现象分析和算法分析两个不同的分階段[4].现象分析的目的是弄清楚题目当中的基本物理现象及其联系，找出物理模型并将相关的物理概念、定律和公式联系起来.算法分析是找出已知量与待求量之间具体关系的思考过程.在算法分析阶段需要选择适用的物理公式、建立具体方程式，用于解题的公式与本题所特定的物理现象、过程是相关的.如果物理过程里有几个研究对象，学生必须知道研究对象的转移，对不同研究对象进行分析并发现它们之间的联系，建立不同的方程式.在寻找解法的阶段，要让学生会选取合适的物理解题思维方法：如矢量分解合成法、图象法、守恒法、等效法、临界分析法、整体法、隔离法、逆向思维法等等.

2.1.3 表述解法

表述解法是把解法以书面文字的形式表达出来的过程.表述的基本要求是物理对象、过程、解题依据、题设字母符号表述要简明，主要的步骤、方程式、结果表达式及数值和单位要分行呈现，物理定律、公式等述语的表达要准确.在书写步聚时，要注意仔细审视每个解题步骤，发现错误及时修正、更正.

2.1.4 检查评估

物理解答完成后是要对解题过程进行再认识，检查前三个阶段的进程中有无疏漏、错误，包括解题方法是否准确、书写是否规范、有无计算错误、结果的合理性等.总结在解题当中的体验、感悟以及自身是如何进行监控和调节的.

物理解题还应让学生注意思维定势的影响.思维定势不利于解决物理情景相似但解题的某些细节又有区别的问题.要让学生不要受已做过的题的解法的误导，做题时要从物理原理和规律出发对物理问题认真的具体分析.在解题过程不但由认知成份的参与也有动机和情感成份的参与，元认知技能的运用还需要依赖于动机和情感[5].让学生知道在解题过程时需要坚持、自我激励、意志的控制以避免干扰并朝着目标前进.让学生知道遇到问题时该做什么以及不该做什么，应当勇于解决问题而不是回避和容忍问题.此外解题当中要保持适度紧张的情绪和自信的态度，过度紧张的情绪和自卑的心理会抑制记忆和思维而导致解题的失败[6].

2.2 按照元認知训练问题单进行解题训练

元认知训练的重要方法之一是教学生通过自我或他人提问来指导自己运用有效的思维程序去解题.具体做法是：向每位学生发一份“解决物理问题的元认知训练问题单”，然后由教师在课堂上给学生示范训练怎样使用问题单，再由学生按照问题单自我提问或两人一组相互提问进行元认知训练.随物理题目包含的物理知识不同，自我提问单的某些内容可做一些适当调整.教师要激发学生的主体意识，强化方法的练习，由有意识练习向自觉使用不断过渡，最后形成元认知调控水平.

解决物理问题的元认知训练问题单：

（1）审题阶段：全面了解题目所给的信息？ 全部把握题中的己知、未知、隐含条件了吗？必要时画出示意图.

（2）寻找解法阶段：确定了研究对象吗？该研究对象所适用的是什么物理模型？能想到哪些物理知识列出方程式？用到的解题思维方法合理吗？

（3）表述解法阶段：书写的每个解题步骤都是正确的吗？每一步的理论依据是什么？有无计算及物理语言表达规范错误.

（4）检查评估阶段：重新检查前面的解题过程了吗？什么地方是思维的关键？还有没有其它的解法？

2.3 营造互动氛围，暴露解题思维过程

解题思维的暴露就是把解题时大脑的思维活动用言语表达出来，在解题的每一阶段向别人叙述自己的“理由”，目的是通过向别人展示自己解题的思维过程，让别人发现自己的思维中存在的问题，以便于发展自己的思维调节技能.在展示物理题目之后，教师可以向学生示范自己解题的思维过程而不是单纯讲解题步骤，示范时要贴近学生实际，考虑到学生现有的知识基础和思维水平.教师在平时习题的讲解时也应多向学生呈现解题的思维过程和方法，让学生领悟元认知技能应起到的作用，这样有利于发展学生的思维能力和思维调节能力.

对话策略是发展学生的元认知技能的重要教学策略，在课堂教学时需要适时开展对话教学，无论是师生对话还是生生对话都是一种思维的展现过程，针对某个问题展开质疑、争辩从迷误走向豁然开朗，不但能让学生领略思维的逻辑性，而且让学生体验到了如何监控思维、如何调节思维.在学生独自解决物理问题的时候，虽然不能向别人暴露自己的思维，但可以指导学生通过内部语言也就是默声的自言自语叙述解题每一步的理由，叙述理由本身是在进行思维调控，有利于解题成功.

2.4 建立错题本，对错题进行归因性总结

优秀学生的常用物理学习方法之一就是建立错题本.对错题的总结不但是纠错的过程，更是一种反省性思考的过程，有利于防止类似错误的重复发生，积累解题经验，提升解题思维能力.学生解题的错误可以分为知识型错误和非知识型错误[7].知识型错误分为：基本概念不清；基本规律反映的关系及适用条件不明；不能正确识别或建立物理模型；对题设条件的物理含义和数学关系把握不准；数学知识和数学方法欠缺等.非知识型错分为：思维逻辑性差；逻辑方法运用不当；忽视了隐含条件；被无关信息误导；粗心大意；注意力不集中；情绪紧张；直觉的非逻辑性等.教师应指导学生按上述错误分类方法对错题进行有针对性的错误归因和总结，使学生养成一种习惯并坚持下去就会发现它的益处.

参考文献：

[1]张雅明.元认知发展与教学[M].合肥：安徽教育出版社，2012：141.

[2]S.Ian Robertson著，张奇等译.问题解决心理学[M].北京：中国轻工业出版社，2004：38.

[3]Robert.Sternberg著，赵海燕译.思维教学[M].北京：中国轻工业出社，2001：38.

[4]袁守华.物理解题思维的理论和方法[M].北京：北京师范大学出版社，2013：93-143.

[5] 杨宁.从元认知到自我调节：学习策略研究的新进展[J].南京师大学报（社会科学版），2006（4）：104.

[6][7]叶建柱.物理教学中的逻辑[M].北京：科学出版社，2013：186，198，192.