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中學(xué)物理元認(rèn)識的訓(xùn)練教學(xué)方案
中學(xué)物理元認(rèn)識的訓(xùn)練教學(xué)方案
元認(rèn)知是七十年代國外一些心理學(xué)家對學(xué)習(xí)過程進(jìn)行認(rèn)知成分的分析時提出來的概念,1983年介紹到我國后即引起心理學(xué)界及教育界的重視,近年來已由理論探討發(fā)展到學(xué)科教學(xué)領(lǐng)域。元認(rèn)知概念提示我們對認(rèn)知進(jìn)行再認(rèn)知,為教育工作者進(jìn)行教學(xué)改革,提高教育質(zhì)量打開了一條新的思路。
元認(rèn)知“是個體對自身認(rèn)知過程的知識和意識,也可稱為檢驗、調(diào)整和評價個體思維能力。”①元認(rèn)知這一概念的內(nèi)涵筆者認(rèn)為可以分為三個部分:元認(rèn)知知識(指認(rèn)識自己的認(rèn)知過程所需的一切知識);元認(rèn)知能力(指認(rèn)識、評價、監(jiān)督、調(diào)控自己的認(rèn)知過程所需要的一切能力);元認(rèn)知體驗(指伴隨認(rèn)知過程所產(chǎn)生的理智和情感的體驗)。而個體的元認(rèn)知知識與元認(rèn)知能力的綜合則表現(xiàn)為其元認(rèn)知水平”。②將元認(rèn)知概念及其理論引入中學(xué)教學(xué),那么,強(qiáng)化學(xué)生的元認(rèn)知意識、增進(jìn)學(xué)生的元認(rèn)知知識、發(fā)展學(xué)生的元認(rèn)知能力、提高學(xué)生的元認(rèn)知水平,就必然進(jìn)入我們的教學(xué)目標(biāo),使教學(xué)目標(biāo)不再單指向各能力層次的知識的獲得,而將向認(rèn)識活動的過程移動,并且由認(rèn)知目標(biāo)擴(kuò)展到了元認(rèn)知目標(biāo);教學(xué)目標(biāo)不再單指向外顯型的行為目標(biāo),將更多地向內(nèi)隱型的心理活動目標(biāo)移動;教學(xué)目標(biāo)不再以教師控制的外控型目標(biāo)為滿足,而向?qū)W生自控型的目標(biāo)發(fā)展。教學(xué)目標(biāo)的擴(kuò)展和深化,必然引起教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及教學(xué)評價諸領(lǐng)域的相應(yīng)變化。顯然,學(xué)生的元認(rèn)知知識和能力,是學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)的基礎(chǔ),今天的教改應(yīng)當(dāng)深入到這個層次。
1、元認(rèn)知知識的傳授
元認(rèn)知知識涉及的面很寬。例如,關(guān)于學(xué)習(xí)活動的元認(rèn)知知識有:知道學(xué)習(xí)有哪些環(huán)節(jié),明確各環(huán)節(jié)的要求,理解怎樣才能做到這些要求的建議等;關(guān)于認(rèn)知活動的元認(rèn)知知識有:了解認(rèn)知有若干心理過程,明確每一心理過程有若干環(huán)節(jié)或子過程,理解個體心理過程有品質(zhì)的差異及改善品質(zhì)的若干策略等;關(guān)于學(xué)科學(xué)習(xí)的元認(rèn)知知識又是因?qū)W科的不同而不同的,關(guān)于物理學(xué)習(xí)的元認(rèn)知知識有:知道物理學(xué)習(xí)有概念、規(guī)律、實驗、思想方法等若干方面,明確學(xué)習(xí)每一方面的意義和具體要求,理解學(xué)習(xí)物理知識的不同層次的水平差異等。
課堂教學(xué)的內(nèi)容主要由教科書提供,各學(xué)科教科書中蘊(yùn)藏著以上元認(rèn)知內(nèi)容的某些部分。但教科書是以各學(xué)科知識結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)來編寫的,關(guān)于元認(rèn)知的內(nèi)容是不系統(tǒng)的,而且往往是隱含的、點(diǎn)滴的,散見的,因此需要發(fā)掘教材中的元認(rèn)知成分,并加以系統(tǒng)化。而且元認(rèn)知知識與科學(xué)知識在學(xué)生心目中的地位也是不一樣的:后者是各種重要的、非重要的考試的對象,而前者從不是考試的對象,因而多數(shù)學(xué)生只把后者作為學(xué)習(xí)對象,于是加大了教學(xué)的難度。同時,還有一些元認(rèn)知知識(如認(rèn)知活動)是不出現(xiàn)在教材中的,因此還需要補(bǔ)充一些講座和文字材料、音像材料或微機(jī)軟件。
元認(rèn)知理論的引入,使教學(xué)內(nèi)容由教科書中外顯的知識深入到了書中蘊(yùn)藏的元認(rèn)知因素;使教學(xué)內(nèi)容由以教材為主擴(kuò)展到課外教育書籍或教師針對自己學(xué)生撰寫的補(bǔ)充材料;使教學(xué)內(nèi)容以學(xué)科內(nèi)容為主而又滲透了必要的、少量的、能為學(xué)生接受的心理學(xué)內(nèi)容及行為規(guī)范、學(xué)習(xí)習(xí)慣等教育內(nèi)容。
筆者于最近六年時間中,努力致力于元認(rèn)知知識的傳播。除物理課堂教學(xué)滲透外,還在認(rèn)真洞察分析學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,針對學(xué)生實際分?jǐn)M“作業(yè)要求”、“怎樣上好早讀”、“怎樣上好課”、“怎樣在家復(fù)習(xí)功課”等一、兩千字的短文印發(fā)給學(xué)生,和其他教師一起向?qū)W生宣講短文內(nèi)容,努力擴(kuò)展學(xué)生有關(guān)學(xué)習(xí)活動的元認(rèn)知知識。組織一、兩百個學(xué)生參加的“學(xué)習(xí)與心理”系列講座,和其他教師一起講演關(guān)于立志、意志、情感、注意、記憶各專題,努力擴(kuò)展學(xué)生關(guān)于認(rèn)知過程的元認(rèn)知知識。
2、元認(rèn)知能力的訓(xùn)練
元認(rèn)知能力是區(qū)別于記憶力、想象力、思維能力等一般認(rèn)知能力的特殊能力,這種特殊能力通過意識(元認(rèn)知方面的認(rèn)識和傾向)、判斷(對自己知識、能力現(xiàn)狀及認(rèn)知特點(diǎn)的評價)等心理活動及調(diào)控行為(對自己學(xué)習(xí)目標(biāo)、手段、情緒實施調(diào)節(jié)控制)表現(xiàn)出來的。其中,核心是調(diào)控。對某一具體的元認(rèn)知活動來說,調(diào)控又可分為相統(tǒng)一的兩個階段。一個是監(jiān)測,即對自己某一認(rèn)識活動的判斷和評價;一個是控制,即對繼續(xù)下去的認(rèn)知活動的調(diào)節(jié)。控制以監(jiān)測為基礎(chǔ),監(jiān)測以控制為目的。
元認(rèn)知知識的獲得與學(xué)科知識的獲得一樣,是通過信息的傳遞來完成的,元認(rèn)知能力的培養(yǎng)與各種一般能力的培養(yǎng)一樣,是通過行為規(guī)則的訓(xùn)練來完成的。同時,元認(rèn)知能力又是較一般認(rèn)知能力層次更高的能力,因而關(guān)于元認(rèn)知能力訓(xùn)練的難度必然大于一般認(rèn)知能力訓(xùn)練的難度。
我們先來看一個含有元認(rèn)知知識教學(xué)及能力培養(yǎng)的教學(xué)過程。
為了培養(yǎng)學(xué)生良好的解題習(xí)慣,首先必須回答什么是良好的解題習(xí)慣,于是結(jié)合課堂教學(xué)逐漸向?qū)W生傳授有關(guān)物理的良好解題習(xí)慣的元認(rèn)知知識:第一、解題前充分思維的習(xí)慣。專心地、仔細(xì)地閱讀題目,分析題目所描述的物理現(xiàn)象,弄清已知量、所求量和繁體結(jié)構(gòu),在估計解題方向的基礎(chǔ)上選擇最佳解題方案,都必須通過充分思維。第二,利用圖形輔助解題的習(xí)慣。圖形能夠把題目所描述的或者思考過程中的物理現(xiàn)象具體化、形象化、模型化,使已知與未知條理化。第三,解題中書寫必要文字?jǐn)⑹龅牧?xí)慣。文字?jǐn)⑹鍪撬季S外顯的方式之一,書寫文字?jǐn)⑹龅倪^程也是理清解題思路、糾正偏差的過程。第四,解后反思的習(xí)慣,審視答案的正確性、真實性,回顧解題所用的知識、技能、思想方法,使解題中取得的感性經(jīng)驗逐漸積累、升華為理性的知識、觀念。講解中既說明什么是良好的解題習(xí)慣,而且也說明為什么這是良好的解題習(xí)慣,以便于學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上去實踐。
但是,學(xué)生明確什么是和為什么是良好的解題習(xí)慣到愿意實踐到真正形成良好的解題習(xí)慣,往往還有一個很長的過程。尤其是解后反思,很多學(xué)生認(rèn)為不必要,即使認(rèn)為必要也不想付諸實踐,學(xué)生在這個問題上的元認(rèn)知意識一般比針對自己學(xué)習(xí)方法的元認(rèn)知意識要差得多。于是,教師在傳授元認(rèn)知知識的基礎(chǔ)上,需要創(chuàng)設(shè)問題情境,為學(xué)生提供實踐機(jī)會,開展元認(rèn)知能力的訓(xùn)練工作。
例如為培養(yǎng)解后反思的習(xí)慣,某次訓(xùn)練中教師給出如下課外練習(xí):“把四個阻值均為1歐的電阻與電動勢為6伏,內(nèi)阻為1歐的電源連接起來,要使外電路消耗的電功率為最大,其外電路的總電阻是多少?這四個電阻應(yīng)該怎樣連接?”請同學(xué)們用盡可能多的方法去解這個問題。由于教材中已刪去了電源最大輸出功率的內(nèi)容,因而同學(xué)們沒有現(xiàn)成的思路可以利用。教師收集學(xué)生的多種解法,讓學(xué)生陳述自己的思路,將各種解法的主要思路反饋給全體學(xué)生。在這以后,解后反思的元認(rèn)知過程就開始了。
教師首先讓各種解法的學(xué)生敘述是如何得到這種解法的,促使學(xué)生把自己(和同學(xué))的認(rèn)知過程作為研究對象。
其次讓學(xué)生討論這些解法是否可以歸類,促使學(xué)生評價同一認(rèn)知結(jié)果的不同認(rèn)知過程,由于不同解法收集了七、八種之多,使得歸類工作富有創(chuàng)造性,學(xué)生討論得很有興趣。最后一致認(rèn)為主要解法有三類:一類是利用輸出功率P的關(guān)系式求極值。其中又有利用P與外電阻R的關(guān)系和P與干路電流I的關(guān)系兩種方法。每一方法中由于求極值的方法的不同而又有物理思想相同,數(shù)學(xué)思路不同的各種解法。第二類是直接利用物理判斷解決問題。如當(dāng)外電阻等于內(nèi)電阻時,P有極大值。或電路中電流為短路電流的一半時,P有極大值。第三類是用窮舉法解決問題。算出這四個電阻所有可能接法消耗的電功率,其中必有一個功率最大反過去就找到了功率最大時外電路的總阻值及各電阻的接法。
歸類工作完成之后,進(jìn)行第三步,讓學(xué)生討論還有沒有其它解法,促使學(xué)生利用有意的思考激活相關(guān)知識,進(jìn)一步獲得元認(rèn)知體驗。結(jié)果學(xué)生們發(fā)現(xiàn)進(jìn)行比較歸類有提示新的思路的作用。由于P還與端電壓U有關(guān)系,于是又找出用P與U的關(guān)系和P與I、U的關(guān)系的兩種屬于求極值一類的解法并獲得一個新推論:當(dāng)端電壓等于干路電流與內(nèi)阻的.乘積時,P有極大值。
這許多解法使學(xué)生們興奮并思路開展,于是又進(jìn)行第四步,討論哪種解法更好,促使學(xué)生評價不同思路在達(dá)到解題這個認(rèn)知目標(biāo)中的優(yōu)劣,為認(rèn)知過程的調(diào)控打下認(rèn)識基礎(chǔ)。學(xué)生們認(rèn)為第三類解法局限性大,如果不給外電阻的情況就無法使用;第一類解法最正規(guī);第二類解法簡捷,但必須具有相關(guān)的物理知識。
第五步,請做錯或做不起的同學(xué)敘述原因,促使學(xué)生把出錯的認(rèn)知過程也作為研究對象,進(jìn)一步為認(rèn)知過程的調(diào)控打下認(rèn)識基礎(chǔ)。同學(xué)們發(fā)現(xiàn)做不起的原因主要是數(shù)學(xué)知識不熟,不會求極值。做錯的思路主要是兩種:一種認(rèn)為電路中電流越大,消耗的功率也越大因而將四個電阻并聯(lián);一種認(rèn)為電阻越大,消耗的功率越大,因而將四個電阻串聯(lián)。這兩種思路的錯誤都在于作了根據(jù)不充分的物理判斷。
在以上討論的基礎(chǔ)上,教師對用求極值的方法和用物理判斷求解物理量的最大值或最小值問題進(jìn)行了總結(jié),說明了這兩種方法的特點(diǎn)、聯(lián)系、區(qū)別及選用原則。
第六步,讓學(xué)生說說解后反思的收獲,或者說說自己是否能夠聽懂得各種解法,是否能夠掌握各種解法,在其它類似的情況下估計自己是否能想起并正確運(yùn)用這些解法,促使學(xué)生進(jìn)一步評價自己有關(guān)的知識與能力現(xiàn)狀,進(jìn)一步激發(fā)把自己(和同學(xué))的認(rèn)知過程作為對象來研究的意識,進(jìn)一步感受伴隨認(rèn)知過程所產(chǎn)生的理智的和情感的體驗。
這些討論本來已超出了一題多解的范圍而進(jìn)入了元認(rèn)知的領(lǐng)域,但當(dāng)教師把學(xué)生的思維閘門打開之后,學(xué)生的思路往往不一定按教師預(yù)先的設(shè)想進(jìn)行。學(xué)生們又提出了新的問題。
這道題按求極值的方法求出當(dāng)R=r=1歐時,輸出功率P有極大值,而所給外電路的四個電阻也恰好可以組合為1歐的電阻。那么如果外電路給的是三個1歐的電阻或五個1歐的電阻,用它們不能組合為剛好1歐的電阻時,答案又該是多少呢?于是再進(jìn)一步討論,一致認(rèn)為,找一個組合,使該組合的總阻值比其它組合的總阻值更接近1歐就可以了。又有同學(xué)提出,我們對這個問題全貌還不清楚,要真正的清楚這個輸出功率變化的問題,應(yīng)該畫一個輸出功率隨外電阻變化的P-R圖象。畫出的圖象又促使同學(xué)們修正自己的判斷:由于圖線最大值的兩則不對稱,因而應(yīng)將所有可能的外電阻值最接近1歐的一大一小兩個值帶入公式計算出功率,誰輸出功率大,誰就是答案。
同學(xué)們感嘆:沒想到這個問題表面上看不難,卻能這么深入地想下去,真有意思。
這個教學(xué)過程,對我們有以下幾點(diǎn)啟示。
第一,元認(rèn)知過程與認(rèn)知過程是相互交織、滲透的。元認(rèn)知是對認(rèn)知的認(rèn)知,因而它發(fā)生在認(rèn)知之后,但不斷地對正在進(jìn)行的認(rèn)知的各個局部進(jìn)行認(rèn)知,就使元認(rèn)知與認(rèn)知相互交織、滲透,有時能相互剝離,有時竟不能。從教學(xué)的角度看,這兩者能區(qū)分就區(qū)分,以有利于學(xué)生元認(rèn)知意識的形成;不好區(qū)分的就不區(qū)分,因為這兩者能同樣是為學(xué)生的發(fā)展作貢獻(xiàn)的。在這個例
子中,通過解后反思這個認(rèn)知與元認(rèn)知交織過程,學(xué)生對有關(guān)物理知識、思想方法、數(shù)學(xué)知識及其能力都得到增長和強(qiáng)化,學(xué)生對自己認(rèn)知過程的監(jiān)測、控制能力得到了訓(xùn)練,從中獲得了把認(rèn)知過程作為研究對象的成功的體驗。教師有必要反思整個教學(xué)過程的細(xì)節(jié),適當(dāng)區(qū)分認(rèn)知與元認(rèn)知,以獲得有關(guān)元認(rèn)知教學(xué)的反饋。對學(xué)生則只要留下解后反思好,把自己或同學(xué)的思路進(jìn)行深入研究很有必要的印象就達(dá)到元認(rèn)知教學(xué)的基本目的了。
為了從概念上區(qū)分認(rèn)知與元認(rèn)知(因為元認(rèn)知也是一種認(rèn)知),我們不妨把對客體的認(rèn)知稱為客體認(rèn)知,而把對客體認(rèn)知的認(rèn)知稱為元認(rèn)知。
第二,教學(xué)過程中,師生的相互作用增強(qiáng)了。教師的教學(xué)設(shè)計,不但要能指導(dǎo)學(xué)生的認(rèn)知活動,而且要能控制學(xué)生的元認(rèn)知活動較客體認(rèn)知更高層次的思維活動,教師對學(xué)生的作用加強(qiáng)了。學(xué)生的思路是教師用幾個程序性問題打開的,而學(xué)生思路一旦打開,就由他自己的方式開展,反過來又作用于教師,教師備課時只能在明確的教學(xué)目標(biāo)下,決定討論的主題,對可能的結(jié)果作大致的估計,不可能、也不必要把一切情況部估計到,對學(xué)生的反作用教師應(yīng)學(xué)會臨機(jī)應(yīng)變,學(xué)生對教師的作用也增強(qiáng)了。
第三,把元認(rèn)知引入教學(xué),需要相應(yīng)的教學(xué)時間。增強(qiáng)了元認(rèn)知知識的傳授和元認(rèn)知能力培養(yǎng)等教學(xué)內(nèi)容,自然需要增加相應(yīng)的教學(xué)時間,特別是為了讓更多的同學(xué)開展思維,加入到元認(rèn)知活動之中,必須留足充分思考、充分討論的時間。如剛才所舉的例子,且不說讓學(xué)生在課外思考討論所用的時間,單在課堂上匯集討論結(jié)果都需要較多的時間。為了獲得元認(rèn)知教學(xué)的時間,一是精心安排每堂課的教學(xué)內(nèi)容,適當(dāng)減少講解時間,增加師生共同活動時間,以便展現(xiàn)思維過程,并以它為對象進(jìn)行討論、研究。一是由課堂向課外延展,利用課外活動時間傳授非單純學(xué)科的元認(rèn)知知識。當(dāng)然上述詳盡討論只能是典型,不可能多,須仔細(xì)選擇和設(shè)計,以帶動零星訓(xùn)練。
由以上的啟示可知,將元認(rèn)知引入教學(xué)后,其元認(rèn)知訓(xùn)練與一般教學(xué)是相互滲透的,并不增加新的教學(xué)方法,只是各種教學(xué)方法使用頻率、使用時間的比例有所變化,使其中教導(dǎo)式的方法向論辯式的方法偏移,由課內(nèi)向課外延展。
當(dāng)前,把元認(rèn)知因素溶合到物理及各科教學(xué)中,是深入進(jìn)入教學(xué)改革,培養(yǎng)德智體全面、和諧發(fā)展的人材的可行的新思路。我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)學(xué)生現(xiàn)狀,針對一個年級、一個班級、一個學(xué)生反復(fù)進(jìn)行指導(dǎo)與訓(xùn)練,努力激發(fā)學(xué)生的元認(rèn)知意識,提高學(xué)生監(jiān)測、調(diào)控自己認(rèn)知過程的能力,力圖通過教學(xué)的控制作用,促使學(xué)生對認(rèn)知過程的認(rèn)識與監(jiān)控由無意識到有意識到自動化、習(xí)慣化的程度。六年來的實踐證明,在教學(xué)中加入了元認(rèn)知的內(nèi)容,有利于學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí),成為更為有效、更為靈活的學(xué)習(xí)者,這符合我們培養(yǎng)二十一世紀(jì)創(chuàng)造型人才的方向。
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