元認(rèn)知視角下物理習(xí)題課的教學(xué)追求

朱加沐

［摘 要］習(xí)題課教學(xué)不僅承載著喚醒學(xué)生對知識的記憶、知識體系的重構(gòu)等認(rèn)知活動，更是學(xué)生對解題思維過程的再認(rèn)知過程。因此，學(xué)生在習(xí)題課上不僅要考慮解法的優(yōu)劣性和過程分析的合理性，還要監(jiān)控自己的解題過程，調(diào)控自己的注意力，評估解法，總結(jié)反思等。文章探討了習(xí)題教學(xué)中，學(xué)生借助元認(rèn)知對自己的解題過程進(jìn)行自我調(diào)整的方法。

［關(guān)鍵詞］元認(rèn)知；習(xí)題課；科學(xué)思維

［中圖分類號］? ? G633.7? ? ? ? ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）14-0053-03

與傳統(tǒng)高考相比，新高考的試題更加靈活，這就要求課堂教學(xué)要以學(xué)生為中心，關(guān)注學(xué)生的個性發(fā)展。長久以來，習(xí)題課尤其是高三復(fù)習(xí)課氣氛沉悶，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的激情和熱情，缺少了深度思考的課堂學(xué)生缺乏獲得感。此外，習(xí)題課的教學(xué)目的之一是教會學(xué)生學(xué)習(xí)，而學(xué)會學(xué)習(xí)很大部分源自學(xué)習(xí)策略的獲得與調(diào)整，包括學(xué)生會用什么策略來理解試題的意圖，怎樣獲得有效的證據(jù)支持自己的觀點，怎樣自建理論有效地進(jìn)行解釋，等等。在實際教學(xué)中，讓學(xué)生學(xué)會元認(rèn)知思考，借助元認(rèn)知策略，可有效提高習(xí)題課教學(xué)效率。

一、元認(rèn)知理論要義解讀

元認(rèn)知的研究者弗拉維爾（Flavell）將元認(rèn)知定義為，個體對自己認(rèn)知狀態(tài)和過程的意識和調(diào)節(jié)，即對認(rèn)知的認(rèn)知［1］。元認(rèn)知是學(xué)生對自己認(rèn)知發(fā)展水平的客觀認(rèn)識情況，在內(nèi)容上多數(shù)學(xué)者認(rèn)為可以包括元認(rèn)知知識、元認(rèn)知體驗和元認(rèn)知監(jiān)控三個部分［2］。

習(xí)題課元認(rèn)知教學(xué)，包括：（1）習(xí)題課元認(rèn)知知識，是指學(xué)生對影響習(xí)題認(rèn)知過程和結(jié)果的那些因素的認(rèn)識，是經(jīng)過一定量的習(xí)題教學(xué)之后累積起來的關(guān)于認(rèn)知活動的影響因素及其影響方式的一些知識，對調(diào)整、反思起著關(guān)鍵性作用。（2）習(xí)題課元認(rèn)知體驗，是指學(xué)生對問題的表述而產(chǎn)生的理性和感性的綜合體驗，主要有問題的難易度、熟悉度、相似度、抽象度、障礙度、達(dá)成度、困惑度、成就感等。（3）習(xí)題課元認(rèn)知監(jiān)控，是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中對習(xí)題課教學(xué)整個過程的計劃、控制與調(diào)整，包括學(xué)生明確題意、回憶相關(guān)知識、選擇解題策略，確定思路，檢查錯誤，優(yōu)化思路，小結(jié)收獲，糾正錯誤，排除障礙，調(diào)整思維等［3］。

二、元認(rèn)知視角下習(xí)題課教學(xué)的策略

［引入相似情境，讓學(xué)生充分表達(dá)］

［例1］如圖1所示，甲、乙兩人在冰面上“拔河”，兩人中間位置處有一分界線，約定先使對方過分界線者為贏。若繩子質(zhì)量不計，冰面光滑，則下列說法正確的是（）。

A.甲對繩的拉力與繩對甲的拉力是一對平衡力

B.甲對繩的拉力與乙對繩的拉力是對作用力與反作用力

C.若甲的質(zhì)量比乙大，則甲能贏得“拔河”比賽的勝利

D.若乙收繩的速度比甲快，則乙能贏得“拔河”比賽的勝利

在學(xué)習(xí)牛頓第三定律時解決過拔河問題。對于本題，學(xué)生第一直覺就是搜索兩種拔河比賽的相似之處——“拔河”，從而進(jìn)入到自認(rèn)為“熟悉”的情境中，因此錯誤地認(rèn)為與本題相匹配的要素只有作用力與反作用力。可學(xué)生還是會想當(dāng)然地認(rèn)為：質(zhì)量大，最大靜摩擦力大，拔河容易勝。但殊不知兩種拔河情境的差異在于，粗糙地面和光滑的冰面上“拔河”是不同的。為此，教師可以引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)知自我，思考：“正常的拔河，靠什么能贏？怎樣表明贏了？”“光滑的冰面上拔河沒有了摩擦力，是不是也是一方不動，另一方被拉過來？”“約定先使對方過分界線者為贏是什么意思？能否轉(zhuǎn)換成物理量？”“怎么推算運動到中點的時間？”

學(xué)生的表達(dá)不僅要有科學(xué)內(nèi)涵，還應(yīng)有社會內(nèi)涵?？茖W(xué)內(nèi)涵應(yīng)當(dāng)提供論據(jù)以支持論點；社會內(nèi)涵應(yīng)當(dāng)把自己作為特定類型的人來對待（如有道德的，誠信的，感性的等），學(xué)生易停留在社會內(nèi)涵的層面上。但平時的感性體驗易造成情境的似是而非，因而容易產(chǎn)生混淆。如果物理教師和其他學(xué)生總是以科學(xué)的內(nèi)涵對待試題，對不同表述做出反應(yīng)，能讓學(xué)生自行找異同、提問題的話，就有助于學(xué)生把反應(yīng)與原來展示科學(xué)論點的情境相聯(lián)系，增加試題情境的識別度，久而久之，學(xué)生的思維能力就會得到提升。

［合理設(shè)問，謹(jǐn)防思維定式］

［例2］如圖2所示，質(zhì)量為M的木板上表面水平，放在水平桌面上，木板上面有一質(zhì)量為m的物塊，剛開始均靜止。物塊與木板及木板與桌面間的動摩擦因數(shù)均為[μ]，若要以水平外力[F]將木板抽出，則力[F]的大小至少為（設(shè)最大靜摩擦力與滑動摩擦力大小相等）（）。

A. [μmg] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?B. [μ（M+2m）g]

C. [μ（m+2M）g] ? ?D. [2μ（M+m）g]

學(xué)生錯誤地認(rèn)為木板所受的外力[F=f1+f2] ，[F]的方向向右，如圖3所示?？梢砸龑?dǎo)學(xué)生這樣認(rèn)知：“如果真是這樣，分析物體受力會發(fā)現(xiàn)向左的摩擦力分別為[f1]和[f2]，且[F'1=f1+f2]，[F'1]對物體的作用效果怎樣？”“可以看到怎樣的現(xiàn)象？”“何謂抽出呢？對應(yīng)著哪些物理量？”“我們的思路要做怎樣的調(diào)整？”

現(xiàn)代學(xué)習(xí)觀認(rèn)為，學(xué)生有時會利用已獲得的碎片化知識斷章取義地理解或解讀新知識，但事實上是大部分學(xué)生必須通過大量的事實性知識和相應(yīng)訓(xùn)練，才能有效地向新情境遷移。因此，如果利用物理中的一些二級結(jié)論或者熟記一些常見的模型，一方面會影響學(xué)生對周圍環(huán)境的關(guān)注，還會影響學(xué)生對相關(guān)問題素材的組織和解釋，在條件不變的情況下有利于學(xué)生快速解題；另一方面，也會使學(xué)生的學(xué)習(xí)過程變得僵化，會影響思維量較高問題的正確答題，也不利于學(xué)生推理能力以及獲取、更新知識能力的提升。習(xí)題課教學(xué)中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生設(shè)置問題，并參與分析、破除思維定式。

［展示學(xué)生錯誤，分析歸納錯因］

［例3］如圖4所示，質(zhì)量[m=2 kg]的物體靜止在水平地面上，物體與水平面間的滑動摩擦力大小等于它們間彈力的0.25倍，現(xiàn)對物體施加一個大小為[8 N]、與水平方向成[θ=37°]角斜向上的拉力[F]，已知[sin37°=0.6]，[cos37°=0.8]，[g]取10 m/s2。求：

（1）物體在拉力作用下5 s末的速度大?。?/p>

（2）若5 s末撤去[F]，求再經(jīng)過3 s的速度大小。

歸類展示學(xué)生錯誤。

解析：（1）[f=μmg=5 N]（錯一），

[f=μFN=μ（mg-Fsinθ）=3.8 N]，[ma=Fcosθ-f] ，解得[a=1.3 m/s2] ，[v5=6.5 m/s] 。

（2）撤去[F]后，物體做勻減速直線運動，[v8=v5+at=6.5+（-1.3）×3=2.6 m/s2]（錯二），

撤去[F]后，[a2=fm=1.9 m/s2]（錯三），

撤去F后的受力分析有[f=μFN=μmg=5 N]，[ma2=f]，[a2=2.5m/s2]。

[v8=v5+at=6.5+（-2.5）×3=-1m/s2]，負(fù)號表示運動方向相反。（錯四）

剎車問題：[t停=Δv-a2=2.6 s<3 s] ，已停止，再經(jīng)過3 s的速度為零。

心理學(xué)研究表明，具體類型的教學(xué)可以使人們有選擇地感知輸入，進(jìn)而完成適應(yīng)性任務(wù)［4］。錯題歸類教學(xué)能夠功能性地重組人腦中原有的碎片化知識，并有效利用。知識只有在能夠被應(yīng)用或被批評的時候才具有價值，而要改變學(xué)生的邏輯錯誤，需要大量的證據(jù)與之進(jìn)行“對質(zhì)”，因此，適當(dāng)安排一些反例、重組問題或者典型錯誤的再認(rèn)知過程，能讓學(xué)生主動地思考自己或同學(xué)的解法特征與某些特定概念的關(guān)聯(lián)度，有助于學(xué)生關(guān)注試題中知識或者能力的新特征。

［分析試題情境，巧用圖像輔助］

［例4］將自行車轉(zhuǎn)彎近似看成繞某個定點[O]（圖中未畫出）做圓周運動。如圖5所示為自行車轉(zhuǎn)彎過程中某時刻的俯視圖，[A]點、[B]點分別為自行車前、后輪軸中心上的點，虛線表示前、后輪轉(zhuǎn)彎的軌跡，則[A]點和[B]點的（）。

A.線速度相同

B.角速度相同

C.向心加速度相同

D.線速度、角速度和向心加速度都不同

本題是2021屆上海寶山區(qū)高三二模的一道選擇題，改編自2013年上海嘉定區(qū)一模的填空題。相對原題而言，本題較為簡單，可是學(xué)生錯誤率較高。答案僅僅給出A、B兩點同時繞著O點轉(zhuǎn)動，所以具有相同的角速度，故B選項正確，但是學(xué)生還是一片茫然。學(xué)生的問題在于不能從題設(shè)的圖像讀出完整的物理信息。教學(xué)中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)知：自行車?yán)@某個定點O（圖中未畫出）做圓周運動，能不能定出圓心和畫出兩個輪子的圓軌跡？怎么確定圓心？前后輪的方向能說明什么？如果圓心確定了能否建立了如圖6所示的圓周運動的模型，描述圓周運動線速率或者角速度？同軸轉(zhuǎn)動模型中的兩點為什么角速度相等呢？本質(zhì)是什么？本題還可以設(shè)置關(guān)于兩個物體的哪些問題？（如幾何方面的，運動方面的）

物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維（包括了模型建構(gòu)），常需要學(xué)生自己建構(gòu)模型，把生活中的復(fù)雜情形理想化、進(jìn)行物理抽象，從而使問題簡化，以便分析理解，進(jìn)而有利于抓住物理現(xiàn)象的本質(zhì)。模型的建構(gòu)需要學(xué)生不斷調(diào)整題設(shè)信息，有效調(diào)動理解過程中的知識關(guān)聯(lián)，而借助圖像、圖示等工具，可使學(xué)生對物理問題的分析與重構(gòu)更高效、更靠近物理知識的本源，但前提是，學(xué)生要知道自己會遇到什么樣的困難，因此要注重發(fā)展學(xué)生的自我提問能力。

三、元認(rèn)知視角下習(xí)題課的教學(xué)追求

新知識的建構(gòu)必須始于已有知識，對這一教學(xué)觀的合理引申就是需要關(guān)注學(xué)生的原有知識及可能的問題，如在給定學(xué)習(xí)主題時，隨之而來的可能有對主題的不完整理解、錯誤觀念和對概念的天真解釋［5］。在習(xí)題課教學(xué)前，尤其是高三復(fù)習(xí)階段，學(xué)生已具備了一定的前概念，但還需要依據(jù)這些概念幫助學(xué)生對相關(guān)物理知識達(dá)到更加成熟的理解，從而有效培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。高中物理習(xí)題課中，教師應(yīng)有意識地引導(dǎo)學(xué)生調(diào)控自己的解題過程，發(fā)展學(xué)生的元認(rèn)知能力，尤其是要發(fā)展學(xué)生的習(xí)題課元認(rèn)知監(jiān)控能力，而不應(yīng)讓學(xué)生駐留在習(xí)題課元認(rèn)知體驗這一層面。

初期，教師可以提問學(xué)生“你是如何思考的？”“你是怎么做到的？”等。后期，可以要求學(xué)生以自我提問的方式澄清自己的選擇，如“我是怎么知道的？我怎么決定？為什么我這么認(rèn)為？這種做法錯誤的原因是什么？這種情境怎么建立模型并轉(zhuǎn)變?yōu)槲锢砹浚俊庇商釂栟D(zhuǎn)化成反問，由個人學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橥閷W(xué)，從而解決問題。因為問題解決是一種積極的應(yīng)對策略，教師引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到自己的解法問題所在，一方面可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，另一方面可以提高學(xué)生自我檢查、評估、修正的能力，并把這種能力運用到新的情境中，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，并使之遷移到今后的學(xué)習(xí)生活中。

借助元認(rèn)知策略，創(chuàng)設(shè)合適的場景，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己所面臨的問題，反思解法，討論錯誤概念，這樣更加有利于學(xué)生深度思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。習(xí)題課教學(xué)的元認(rèn)知策略，本質(zhì)上是學(xué)生的自我意識和自我調(diào)整，但歸根結(jié)底是以提升學(xué)生的科學(xué)思維能力，發(fā)展學(xué)生的物理素養(yǎng)為追求。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?］

［1］? 孫旭煒，肖洋，熊建文，等.物理實驗元認(rèn)知的含義、內(nèi)部關(guān)系模型與作用機(jī)制［J］.物理教師，2015（6）：2-7.

［2］? 王坤. 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下促進(jìn)閱讀元認(rèn)知的策略研究［D］.保定：河北大學(xué)，2008.

［3］? 姜樂，趙景春.物理教學(xué)過程中發(fā)展學(xué)生的元認(rèn)知技能［J］.網(wǎng)絡(luò)財富，2009（2）：119-121.

［4］? 賈冠杰.認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與雙腦外語教育模式［J］.外語與外語教學(xué)，2006（12）：20-22，66.

［5］? 賁友林.將學(xué)習(xí)科學(xué)應(yīng)用于課堂教學(xué)實踐：讀《人是如何學(xué)習(xí)的：大腦、心理、經(jīng)驗及學(xué)?！罚跩］.江蘇教育，2013（Z1）：125-126.

［6］? 張英豪，王友，朱光亮.物理試題分類精選、解析及誤區(qū)警示（上）［J］.試題與研究，2011（22）：50-72.

［7］? 徐飛翔.借用板塊模型構(gòu)建變式，培養(yǎng)物理思維能力［J］.高中數(shù)理化，2016（16）：28.

（責(zé)任編輯 易志毅）