淺談高中物理課堂的探究式教學(xué)
——如何在探究教學(xué)中發(fā)展學(xué)生的元認(rèn)知能力

劉華揚(yáng)

(廣東北江中學(xué)，廣東 韶關(guān) 512026)

1 引言

新課程的核心理念是“人本思想”,而“人本”的核心是學(xué)生的自主學(xué)習(xí)．自主學(xué)習(xí)相對(duì)于被動(dòng)、機(jī)械和他主學(xué)習(xí)而言,更為強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)策略和學(xué)習(xí)成果等方面進(jìn)行自我設(shè)計(jì)、自我管理、自我調(diào)節(jié)、自我監(jiān)控、自我評(píng)價(jià)和自我轉(zhuǎn)化等．自主學(xué)習(xí)能激活學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,促進(jìn)學(xué)生思維能力發(fā)展,優(yōu)化學(xué)生思維品質(zhì),養(yǎng)成終生學(xué)習(xí)能力．

以探究的方式學(xué)習(xí)物理,可以使學(xué)生領(lǐng)悟到物理奇妙莫測(cè)、應(yīng)用廣泛的“本色”,滿足學(xué)生好奇、好動(dòng)、好思的學(xué)習(xí)心理,能夠引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)物理知識(shí),主動(dòng)獲取物理信息,主動(dòng)參與物理科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)等．探究也能使學(xué)生關(guān)注生活、關(guān)注自然、關(guān)注社會(huì)熱點(diǎn),因此探究式教學(xué)是一種溝通學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)與人文素養(yǎng)交融的渠道．

元認(rèn)知,指的是人對(duì)自己認(rèn)知過(guò)程的認(rèn)知,元認(rèn)知能力,是人區(qū)別于動(dòng)物所擁有的一種能力,元認(rèn)知能力關(guān)乎個(gè)人在認(rèn)知過(guò)程中知識(shí)的調(diào)節(jié),以及學(xué)習(xí)和思維活動(dòng)中知識(shí)的控制．因此在科學(xué)探究過(guò)程中,元認(rèn)知能力至關(guān)重要,我們?cè)诳茖W(xué)探究中要著重培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知能力．

筆者在物理課堂中將探究式教學(xué)與元認(rèn)知能力培養(yǎng)相結(jié)合,提出一種物理教學(xué)的新思路,旨在發(fā)展學(xué)生的元認(rèn)知能力,同時(shí)追求更高的教學(xué)效率,進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展．

2 元認(rèn)知概述

元認(rèn)知(metacognition)由美國(guó)心理學(xué)家約翰·弗拉維爾(J.H.Flavell)于1976年提出．這一概念提出后很快成為認(rèn)知心理學(xué)的熱門課題,并受到教育心理學(xué)家的熱切關(guān)注．此后多位心理學(xué)家都對(duì)元認(rèn)知做了定義,雖然每個(gè)人的定義和側(cè)重點(diǎn)不盡相同,但基本思想都是一致的,即元認(rèn)知是對(duì)認(rèn)知過(guò)程的認(rèn)知．

元認(rèn)知包括元認(rèn)知知識(shí)、元認(rèn)知體驗(yàn)和元認(rèn)知監(jiān)控．元認(rèn)知知識(shí)是認(rèn)知主體關(guān)于自己或他人的認(rèn)知活動(dòng)、過(guò)程、結(jié)果以及相關(guān)信息的知識(shí)．元認(rèn)知體驗(yàn)是認(rèn)知主體隨著認(rèn)知活動(dòng)而產(chǎn)生的一種認(rèn)知或情感體驗(yàn)．元認(rèn)知監(jiān)控是認(rèn)知主體為使認(rèn)知活動(dòng)達(dá)到預(yù)定目標(biāo)而對(duì)認(rèn)知活動(dòng)所進(jìn)行的監(jiān)測(cè)和調(diào)控．這3個(gè)方面雖相互獨(dú)立,實(shí)則密不可分．元認(rèn)知知識(shí)是產(chǎn)生元認(rèn)知體驗(yàn)的基本條件,元認(rèn)知體驗(yàn)是形成元認(rèn)知監(jiān)控的前提,元認(rèn)知監(jiān)控是元認(rèn)知的目的和核心,這3個(gè)方面相互作用,循環(huán)往復(fù),三者動(dòng)態(tài)有機(jī)的結(jié)合，即構(gòu)成了元認(rèn)知．

3 元認(rèn)知能力培養(yǎng)模式的構(gòu)建

學(xué)生的元認(rèn)知能力隨年齡的增長(zhǎng)而增強(qiáng),并呈“先慢后快”的發(fā)展趨勢(shì)．在高中階段,學(xué)生大多處于15-18歲,這一時(shí)期認(rèn)知結(jié)構(gòu)的各種要素發(fā)展迅速,認(rèn)知能力不斷完善,是培養(yǎng)和提高元認(rèn)知能力的最好時(shí)機(jī)．探究作為物理課堂重要的教學(xué)和學(xué)習(xí)方式,既為學(xué)生提供了運(yùn)用各種學(xué)習(xí)方法、科學(xué)方法和元認(rèn)知方法的機(jī)會(huì),又能充分激發(fā)學(xué)生的元認(rèn)知體驗(yàn)和監(jiān)控意識(shí),因此探究式教學(xué)將成為元認(rèn)知能力培養(yǎng)的重要途徑．

為了能成功地將元認(rèn)知訓(xùn)練與科學(xué)探究活動(dòng)相結(jié)合,我們嘗試將元認(rèn)知能力培養(yǎng)嵌入以下培養(yǎng)模式中(見(jiàn)圖1).

這一模式主要包含4個(gè)環(huán)節(jié).

(1) 自我認(rèn)識(shí)、任務(wù)評(píng)價(jià)．認(rèn)識(shí)探究課題是哪方面的問(wèn)題,涉及哪些知識(shí),探究活動(dòng)的性質(zhì)、難易程度、所需工具、手段的種類,探究課題的最終目的和對(duì)探究者和探究活動(dòng)的要求等．認(rèn)識(shí)自己掌握了哪些與探究活動(dòng)相關(guān)的知識(shí),已有知識(shí)是否能滿足探究要求,根據(jù)自己先前表現(xiàn),判斷自己的認(rèn)知風(fēng)格,在探究能力方面有哪些優(yōu)勢(shì)和不足．

圖1 元認(rèn)知能力培養(yǎng)模式

(2) 目標(biāo)設(shè)置、策略計(jì)劃．制定探究計(jì)劃,確定探究可能用到的方法,策略,確定探究需要進(jìn)行哪些活動(dòng),收集哪些資料,活動(dòng)需要采取哪些方法和步驟,小組如何分工等．

(3) 策略執(zhí)行、監(jiān)控調(diào)節(jié)．實(shí)施計(jì)劃,根據(jù)探究體驗(yàn),不斷評(píng)價(jià)探究過(guò)程,獲得探究活動(dòng)質(zhì)量的信息,找出探究中出現(xiàn)的偏差并適時(shí)調(diào)整計(jì)劃,選用恰當(dāng)?shù)姆椒ǎ?/p>

(4) 反思策略結(jié)果、過(guò)程評(píng)價(jià)．反思制定的計(jì)劃是否實(shí)現(xiàn),哪些方法、策略發(fā)揮了作用;總結(jié)策略有效的條件;評(píng)價(jià)自己及小組在整個(gè)探究過(guò)程中的表現(xiàn);對(duì)探究中的“新、異”情況進(jìn)行反思．

循環(huán)的模式,體現(xiàn)元認(rèn)知能力的發(fā)展是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程,只有經(jīng)歷多次探究、反復(fù)進(jìn)行自我評(píng)價(jià)、策略計(jì)劃、和過(guò)程反思,才能豐富元認(rèn)知體驗(yàn)、內(nèi)化元認(rèn)知知識(shí)．

4 案例

下面通過(guò)案例“曲線運(yùn)動(dòng)”的探究教學(xué)來(lái)詳盡地闡述這一元認(rèn)知的培養(yǎng)模式.

4.1 情景引入

圖2

細(xì)線下面懸掛一個(gè)鋼球,細(xì)線上端固定在鐵架臺(tái)上，將圓形瓶蓋置于水平桌面上,使鋼球靜止于瓶蓋的圓心．用手帶動(dòng)鋼球,讓鋼球獲得初速度,使它沿圓形瓶蓋邊緣做圓周運(yùn)動(dòng)(見(jiàn)圖2)．

① 提出問(wèn)題:鋼球?yàn)槭裁纯梢宰鰟蛩賵A周運(yùn)動(dòng)?

② 任務(wù)評(píng)價(jià):探究課題是哪方面的知識(shí);探究課題所需的方法手段．

③ 自我評(píng)價(jià):有了力學(xué)知識(shí)和牛頓第二定律知識(shí)做基礎(chǔ),總體上可以把握探究過(guò)程．但為了更好地完成探究任務(wù),還需推演出向心力的表達(dá)式,以幫助確定探究方案．

④ 計(jì)劃安排:小組成員協(xié)商探究方案,實(shí)驗(yàn)技能較好的學(xué)生在旁監(jiān)督指導(dǎo)．反復(fù)琢磨教師所講解的演繹、歸納等邏輯方法,總結(jié)它們的適用條件和范圍,在探究過(guò)程中勤問(wèn)“為什么”．小組成員要建立和諧互助的關(guān)系,敢于發(fā)表看法．

⑤ 目標(biāo)細(xì)化:勻速圓周運(yùn)動(dòng)中的向心力的探究——如果物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其中的向心力的來(lái)源如何確定.

⑥ 探究流程.

教師: 鋼球在做勻速圓周運(yùn)動(dòng),什么力提供向心力?

圖3

分析探究:學(xué)生動(dòng)手畫圖(見(jiàn)圖3),對(duì)鋼球進(jìn)行受力分析,并在教師引導(dǎo)下找出提供向心力的合力．繩子的拉力和鋼球的重力提供向心力，向心力的大小為mgtanθ.

問(wèn)題討論: a. 實(shí)驗(yàn)的原理是什么?

b. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理,你們需要知道哪些物理量?

c. 哪些物理量是必須測(cè)量的? 哪些物理量可以不測(cè)?

d. 需要哪些實(shí)驗(yàn)儀器呢?

⑦ 模型延伸.

a. 變速圓周運(yùn)動(dòng)中的向心力的探究——如果物體做變速圓周運(yùn)動(dòng),其中的向心力的來(lái)源如何確定.

b. 一般曲線運(yùn)動(dòng)的探究——如果物體的運(yùn)動(dòng)軌跡不是直線,而是曲線,如何對(duì)一般的曲線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究．

4.2 變速圓周運(yùn)動(dòng)分析

一鏈球運(yùn)動(dòng)員在拋球前正加速旋轉(zhuǎn),鏈球在該過(guò)程做的是加速圓周運(yùn)動(dòng)并把視頻中將要拋出前的某一鏡頭暫停,讓學(xué)生觀察與前面的勻速圓周運(yùn)動(dòng)有何不同.

① 觀察結(jié)論:鐵鏈斜了,但圓心并不在鐵鏈方向上(教師畫出抽象示意圖).

② 問(wèn)題討論:這樣的合力將對(duì)鏈球的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生怎樣的效果?

圖4 鏈球受力分析

③ 學(xué)生討論并回答:(前面已經(jīng)分析過(guò),學(xué)生應(yīng)該能分析出)把該合力分解,如圖4，F(xiàn)n指向圓心,提供向心力,改變物體的運(yùn)動(dòng)方向;Fτ與物體速度方向一致,改變物體速度的大?。?/p>

4.3 一般曲線運(yùn)動(dòng)分析

讓學(xué)生把做圓錐擺的繩解下,把球置于桌面,手握住繩一端,讓球在桌面上做加速圓周運(yùn)動(dòng),觀察加速過(guò)程中繩是否過(guò)圓心．

① 拓展延伸:比變速圓周運(yùn)動(dòng)更為常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)是一般曲線運(yùn)動(dòng)．在物理學(xué)中,我們把運(yùn)動(dòng)軌跡既不是直線也不是圓周的曲線運(yùn)動(dòng)叫做一般曲線運(yùn)動(dòng)．那么如何對(duì)一般曲線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究呢?

圖5

② 組間討論(教師參加):在教師引導(dǎo)下從極限思想的角度思考對(duì)一般曲線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，可以把曲線分割成很多小段圓弧，圓弧的彎曲程度不一樣,說(shuō)明它們具有不同的半徑．然后分析某點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)時(shí),就可以按圓周運(yùn)動(dòng)處理了(見(jiàn)圖5)．

4.4 探究評(píng)價(jià)

① 反思評(píng)價(jià):對(duì)探究中的表現(xiàn)、認(rèn)知和情感方面的收獲進(jìn)行評(píng)價(jià)．

② 個(gè)人評(píng)價(jià):學(xué)生在探究中通過(guò)參與實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)基本操作技能有所提高,真正體驗(yàn)到了通過(guò)自己的努力獲得知識(shí)的喜悅,增強(qiáng)學(xué)好物理的信心．

③ 組內(nèi)評(píng)價(jià):對(duì)探究中小組表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)．例如，在探究中小組成員配合較好,大家思維都很積極等．

④ 組間評(píng)價(jià):展示小組探究方案、實(shí)驗(yàn)記錄表、所查找的相關(guān)資料,小組代表敘述小組探究過(guò)程(包括遇到的問(wèn)題及問(wèn)題是如何解決的)及組內(nèi)評(píng)價(jià)結(jié)果．教師和學(xué)生共同參與評(píng)選最佳探究團(tuán)隊(duì),最佳探究方案,最佳實(shí)驗(yàn)員,最佳實(shí)驗(yàn)記錄表等．

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)曲線運(yùn)動(dòng)逐步深入的探究,學(xué)生在認(rèn)知物理現(xiàn)象的過(guò)程中也鍛煉了自己的認(rèn)知能力,因此探究為元認(rèn)知能力的發(fā)展提供了一條有效的途徑．在探究過(guò)程中,有意識(shí)地指導(dǎo)學(xué)生對(duì)探究過(guò)程和方法進(jìn)行計(jì)劃、監(jiān)控、調(diào)節(jié)和評(píng)價(jià),在促進(jìn)科學(xué)探究順利進(jìn)行的同時(shí),學(xué)生的元認(rèn)知能力也會(huì)得到訓(xùn)練和發(fā)展．