首页 -> 2006年第8期
物理解题的元认知研究
作者：李黄川 郑修林
1．在解题前，元认知对物理问题解决有目标指向作用
元认知认知指的是以认知活动为对象所进行的注意、感知、记忆、思维等的认知活动。而在解决物理问题的过程中，元认知的作用使得解题过程具有明确的指向性，对问题类型、难度、陈述方式及知觉图示的难易程度有一个初步了解。然后再对将要进行的解题思维进行排序，进行优化组合。元认知理论表明，认知策略是揭示物理问题变量与问题解决方法之间关系的过程。在元认知的作用下，利用内化了的策略性知识的启发作用，能够保持或修改思考路线，调控，解决物理问题的方法。
物理问题解决具有明确的目标指向性，目标是问题解决者主观经验的知觉，它既是问题解决的出发点，也是问题解决的归宿，它影响和制约着问题解决的进程。因为问题解决者在自拟目标的影响下，将自己正在进行的认知活动作为意识的对象，不断发挥主动性和自觉性对问题解决的进程进行积极的、自觉的监视。一旦进程与目标不符，而又相信自己的进程时，则将怀疑其目标，对目标必将修改或放弃，以确定新的目标。对目标的修正必须由元认知来进行，通过元认知体验，在元认知知识的基础上，问题解决者要监控其解题计划，制定切实可行的目标结构，致使物理问题解决得以顺利进行。元认知对目标所起的作用是通过定向、调节和控制功能表现出来的。
2．在解题过程中，物理元认知的监控作用能帮助我们正确地解题
元认知的监控作用使得解题者能够在整个过程中随时对自己所采取的行动表现出清醒的意识，对目前的问题和解决方法及时作出评估，并对自己的行为作出相应的调整。
元认知监控就是主体在进行认知活动的全过程中，将自己正在进行的认知活动作为意识对象，不断地对其进行积极、自觉的监视、控制和调节。在物理问题解决中，元认知监控作用主要表现在学生对具体的物理思维活动开展前的目标确认、计划安排、结果预测及在进行过程中把握方向和解题后的自我反省。以李黄川 郑修林解题的思维过程为例，从解题方向的确定到解题计划的实施，最后到解题目标的实现，整个思维过程是一个有机的整体，对思维全程的监控就要从思维的各个环节的监控人手。首先，是对物理问题解决的总体方向的监控，它是根据题目信息、解题目标和自己已有认知水平而做出的方向性选择，它在物理思维发展中起着指挥作用，是物理问题解决的首要问题；其次，是对物理问题解决的方法、策略、步骤和程序的监控，看所用的方法、策略是否最优，步骤、程序是否合理，这是对物理问题解决监控的中心环节；再次，是在解题后检查其结论是否和题目目标相一致，若不一致，就要利用反馈信息纠正偏向、改变策略，使思维活动回到正确的轨道上来。思维品质的灵活性和批判性等都是元认知监控的外在表现。
3．在解题后，通过物理元认知体验能拓宽和优化我们的思路以及思维方式
元认知体验是任何伴随着认知活动的认知体验或情感体验。在物理思维中，主要表现在：一方面是新思路、新方法的建立，另一方面是对原有的思维方法、思维模式的不断扩充和完善。
元认知的作用使得解题者能够在解题结束以后并不马上停止思考，而会自觉地对整个解题过程加以回顾，并且对大脑中的原有认知结构进行调整来吸收刚刚完成解题过程中的有益成分，并为以后的解题积累经验。同时，研究表明，物理问题解决还是一个创造性思维过程，从物理问题的提出到问题的解决，其间会有许多失误与失败，这些困难、挫折、失误和失败会在解题者心理上表现出相应的元认知体验，促使主体对原有的构思和目标进行修正或重新确立，制定切实可行的解决问题计划。元认知体验贯穿在问题解决过程中的每个阶段，对每一阶段都要求主体事前有计划，事后有评价，通过自我教育丰富自己的物理元认知知识，促进智能发展。在物理问题的解决过程中，经常被感觉到的一种元认知体验就是怀疑感，即一种提出疑问的情绪体验，许多物理思想的诞生都源于这种元认知体验。例如物理学史上对“太阳中心论”的否定，卢瑟福原子模型的提出，量子理论和相对论理论的诞生，正是由于这种怀疑和设想，创立了物理学史上的一次次理论革命。
可见，这些体验对原有的元认知知识基础也在不断加强和完善，而新的元认知知识又促使思维过程有了新的升华，思维内容、思维层次又有了深层次的进展，又需要新的体验，从而循环往复、互促互动，使学生的物理思维水平不断地提高。
二、培养和发展学生的元认知来提高学生的物理解题能力
通过以上的论述我们可以看到，元认知具有认知、监控和调节三个方面作用，并且三者之间相互影响，相互促进，循环往复，共同为我们的物理解题发挥着积极的作用。正因为如此，我们在物理教学中注意培养和发展学生的元认知是非常重要的。那么如何在物理教学中培养和发展学生的元认知呢?我认为应该做好以下这几个方面。
1．元认知的培养必须首先实现学生认知结构的整体优化
要实现学生认知结构的整体优化，必须首先引导学生构建一个知识网路，通过这样一个知识脉络图使同学们能对所学的知识有一个整体的把握，并进一步弄清物理概念，物理规律间的逻辑体系，明确概念、规律和方法之间是怎样联系起来的，使头脑中的知识结构化，熟练化、策略化。通过这一系列工作，在遇到物理问题时，我们便能很快地从我们的知识体系里去寻找与此相关的知识，然后对问题解决进行定位。
2．注重培养学生养成良好的认知方法和思维策略
要让学生学会学习，成为真正的学习主体，教师应该引导学生在学习过程中养成适合其发展的学习方法，并在解题中注重对其解题思维的训练。同时教师也应该根据认知心理学家所推荐的解题策略，结合自身实践总结出一些在物理解题过程中常用的思维方法，向同学们介绍，并指导学生在练习中使用这些策略，并着重强调这些策略使用的条件，使策略成为“条件化的知识”，最后形成稳定而有效的思维过程控制的元认知技能，从而促进学生解决问题能力的提高和思维方式的迁移。
3．注重学生的目标激励和目标强化
在习题教学中，当学生阅读完题目后，不要立即急于进入具体的解题操作，应该首先让学生明确问题目标，并且要在后面的具体解题过程中时刻强化，进行目标激励。对于复杂的题目，应当引导学生建立一个有层次的目标体系，即把问题的解决分成有序的若干阶段，建立阶段目标，一步一步的逼近整个问题的解决，这样可以使学生在整个解题过程中都能清楚地认识自己目前所处的位置。
4．创设问题情境，加强思维教学
教师应当在传授知识和讲授策略的基础上，创设一些问题情境，引导学生建立学习目标，制定计划，提出问题，引导学生不断地对学习过程及其结果，学习策略及其效果进行监控、评价和修改。教师应当引导学生注重思维方式的培养，教师可以和学生互换角色，学生之间相互扮演教的角色，让学生各自陈述自己的解题思路，对不同的解法进行归类，讨论其他解法以及最优思路，叙述做不完或做错的原因，说出解题后反思收获，估计自己能否实现解题方法的迁移。平时作业要求学生写出解题思路，不只是列出公式和结果，不能只满足于结果，要注意提高解题的技巧性，充分发挥元认知本身所具有的监控特点，加强元认知体验，使元认知能力得到充分的发展。
5．解题后，要做好总结和反思
物理问题解决完成，但教学任务并没完成，总结是一个重要的环节。它的任务是反思解题过程，对解题过程进行再认识，从而扩大解题的收益，把有用的成分存人原有的认知结构并对原有认知结构进行重组。只有通过这样，学生的认知水平才能通过解题得到实实在在的提高。在以往的教学当中，总结阶段并非没有，但往往是侧重于题目所涉及的知识内容和相应的方法本身，而现在我们不仅要重视题目所涉及的知识内容和相应的方法，也要重视关于这次解题过程的认识、体验以及在解题过程中的监控和调节。
(责任编辑 孙晓雯)
本文为全文原貌 请先安装PDF浏览器
原版全文