（课程与教学论专业论文）在科学探究中发展学生的元认知能力.pdf

摘要 我国当前的课程改革，化学课程以提高学生的科学素养为主旨， 强调 “ 培养学生的独立性和自 主性” ;强调“ 在学习过程中力求使更多 的学生学会反思和自 我评价” ; 强调 “ 使学生在学习知识的过程中学会 学习” 。这些目标的实现都要以学生元认知能力的提高为前提。 本文首先通过对科学探究与元认知的相互关系的分析，认为，科 学探究与元认知是相互联系相互作用的，科学探究活动的进行能够激 发学生的元认知，而元认知能力的提高又可以促进科学探究能力的发 展，使科学探究得以顺利进行。科学探究为元认知的发挥提供了可以 监控的过程，从而为元认知的运用提供了舞台，也为元认知能力的发 展提供了一个平台，将成为元认知能力培养的重要途径。 其次，根据元认知理论，结合化学科学探究自 身特点提出了在化 学科学探究中培养学生元认知的四步循环模式， 即:1 .自 我评价、 任 务评价 ;2 .目 标设置、策略计划;3 . 策略执行、监控调节;4 . 反 思策略结果、过程评价。在此基础上对模式进行了细化和展开，进行 了案例分析 最后，提出了在科学探究中发展学生元认知能力的具体策略，分 别是: 丰富学生的元认知知识; 在探究实践中培养学生的元认知体验; 运用自 我提问法培养学生的自 我调节，自 我监控和自 我评价能力;运 用探究笔记加强学生对自己探究过程的监控与反思。 关键词:科学探究元认知培养模式 ab s t r a c t d e v e l o p i n g s t u d e n t s s c i e n t i f i c l i t e r a c y i s t h e m a j o r i d e a o f t h e n e w c h e m i s t ry c u r r i c u l u m r e f o r m . t h e f u ll y t i m e c o m p u l s o r y e d u c a t io n c u r r i c u l u m s t a n d a r d s o f c h e m i s t r y ( e x p e r i m e n t d r a f t ) m a k e g r e a t e m p h a s i s o n t h e c u l t i v a t i n g o f t h e q u a l it y o f i n d e p e n d e n c e a n d s e l f - d e t e r m in a t i o n. t h e k e y s o l u t i o n o f t h i s p r o b l e m i s t o d e v e l o p s t u d e n t s m e t a - c o g n i t io n . i n t h i s t h e s i s , w e f i r s t l y a n a l y s i s t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n m e t a - c o g n it i o n a n d t h e a b i l i t y o f s c i e n t i f i c i n q u iry . t h e n m a k e a c o n c l u s i o n t h a t m e t a - c o g n i t i o n p l a y a n i m p o r t a n t r o l e i n s c i e n t i f i c i n q u i ry a n d s c i e n t i f i c i n q u i ry w i l l b e a n e ff e c t i v e w a y i n t h e c u l t i v a t i n g o f m e t a - c o g n i t i o n . s e c o n d l y , w e e s t a b l i s h a f o u r s t e p s m o d e l o f i n s t r u c t i o n f o r t h e c u lt iv a t in g o f m e t a - c o g n i t i o n i n s c i e n t i f i c i n q u i ry b a s e d o n t h e p s y c h o l o g i c a l t h e o r i e s a n d t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f c h e m i c a l i n s t ru c t i o n a s f o l l o w s : s e l f - as s e s s m e n t a n d ass i g n m e n t - e v a l u a t i o n ; s e t d o w n t h e a i m s a n d p l a n s o f s t r a t e g i e s ; p e r f o r m a n d m o n i t o r t h e s tr a t e g i e s ; s e l f - c o m m u n i o n a n d p r o c e s s - e v a l u a t i o n . t h e n w e g i v e d e t a i l e d a n a l y s i s o n t h i s m o d e l a s s i s t a n t w i t h i n s t ruc t i o n a l d e s i g n . f i n a l l y , w e p u t f o r w a r d s o m e i n s t r u c t i o n a l s t r a t e g i e s f o r t h e c u l t i v a t i n g o f m e t a - c o g n i t i o n i n c h e m i c a l s c i e n t i f i c i n q u i ry , i n c l u d i n g e n r i c h t h e m e t a - c o g n i t i o n a l k n o w l e d g e , m e t h o d s f o r t h e d e v e l o p i n g o f m e t a - c o g n i t i o n a l , c u l t i v a t i n g t h e a b i l i t y o f s e l f - m o n i t o r t h r o u g h s e l f - q u e s t i o n i n g a n d t h e m e t h o d o f n o t i n g t h e p r o c e s s o f s c i e n t i f i c i n q u i ry . k e y w o r d s :i t i o n s c i e n t i f i c i n q u i ry i n s t r u c t i o n a l m o d e l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得东北师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 学位论文作者签名: b 日期: 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文 的规定，即:东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学 位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范 大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学 位 论 文 作 者 签 名 二 i 日期: 2 + 0 4 , 6 - s 指 导 教 师 签 名 :王 杏 卜 期: w .“ r 1 + 学位论文作者毕业后去向: 工 作 单 位 : 盛 t 电话:6。 夕 二 通讯地址: 邮 编: 1 2, 0 0 2- 4 一、问题的提出 上世纪七十年代，在关于儿童认知发展的研究领域中出现了一个 新的概念元认知。近年来，随着终身教育，实践与创新等一些新 教育观念的提出，元认知己成为世界范围内教育心理学研究的热点问 题之一。 当代社会新技术革命带来知识的突变，不但知识总量增长速度惊 人，知识的更新周期更是大大缩短，随着新学科的不断形成，知识门 类大量涌现，科学的高度分化与综合交叉，构成纵横交错的大知识群 落，使人类社会进入知识时代。现代社会要求现代教育与之相适应， 人们不再满足于对己 有知识的掌握，一次性教育为终身教育所代替。 现代教育更要使受教育者不但要学习知识和技能，而且首先要学会学 习。美国未来学家阿布文 托夫勒曾经说过，未来的文盲不再是不识 字的人，而是没有学会学习的人。 学会学习是指在明确的学习动机的支配下，学习者自 觉的发展学 习能力，善于根据自己的特点和任务的特点选择学习策略，能独立自 主的从事和完成学习活动并取得良 好效果的过程， 。由 此可见， 要学会 学习，学习者必须发展自主学习能力，驾御整个学习过程。而元认知 既 是自 主 学习的 心 理 基 础， 在整 个学习 过 程中 又扮 演 着喂 挥官” 的 角色，是保证学习得以 顺利进行的重要因素。 学生学习自 主性的发挥 必须以一定的心理发展水平为基础， 也就是要 “ 能学” 。 从发生学的角 度来看，自 主学习是在自 我意识产生之后才出现的，自 我意识应该是 自 主学习最基本的内部条件。这是因为，如果没有自 我意识的形成， 个体不可能有 “ 主我”与 “ 客我”的分化，就不可能既将自己视为学 习活动的主体，又将自己视为学习活动的客体，有意识的控制、调节 自己正在进行的学习活动。在现代认知心理学中，自 我意识大致等同 刘电 芝. 学习策略研究. 人民教育出版社.2 0 0 1 于元认知 。由 此可见， 如果学生的元认知能力没有发展起来， 就不可 能将自己的学习活动作为意识的对象，主动做出监控和调节，也就无 以发挥学习的自 主性。 我国当前的课程改革，化学课程以提高学生的科学素养为主旨， 强调 “ 培养学生的独立性和自 主性” ; 强调“ 在学习过程中力求使更多 的学生学会反思和自 我评价” ; 强调“ 使学生在学习知识的过程中学会 学习” z 普 通高中 化学 课 程标准 ( 实 验稿)更明 确提出 学 生要“ 能 对自己的化学学习过程进行计划、反思、评价和调控，提高自 主学习 化学的能力。 ” 那么， 如何提高学生学习化学的自 主性?如何使学生学 会学习?这些问题的解决都要以学生元认知能力的提高为前提。 国内对元认知的研究已有十多年的历史，对元记忆、元注意、元 理解、元学习等能力的发展研究已经取得了大量的成果。我国学者董 奇，杜晓新等分别进行了大量元认知能力培养的实验研究，创造了一 些元认知能力培养的方法和技术，并进一步证明了，通过对儿童元认 知的培养和训练可以改进和提高儿章的学习能力并促进其智力的发 展。但是，在学科领域的元认知培养研究却少有报道，现有研究也大 都集中在数学、物理和英语学科领域，关于化学教学中 元认知能力培 养的研究较少。令人鼓舞的是随着课程改革的深入，化学教育工作者 己经意识到了元认知在学生学习中的重要作用，并已着手开展有关研 究。 元认知能力的培养宜结合具体的教学内容来进行。适当的给学生 创设一种问题情景，引导学生建立学习目 标、制定计划、提出问题， 引导学生不断的对学习过程和结果、学习策略及其效果进行监控、评 价和修改，是培养元认知能力的重要途径。课程改革提倡建立以 科学 探究为主的多样化的学习方式。科学探究是一种自 主性学习，学生的 自 主性在科学探究过程的各个环节上都有体现。本文将通过论证，阐 明科学探究与元认知能力发展的相互联系，并据此构建在化学科学探 庞维国.华东师范大学学报 ( 教育科学版 )2 0 0 1 . 6 2中华人民共和国教育部制订.全日 制义务教育化学课程标准 ( 实 验稿) . 北京师范大学出 版社. 2 0 0 1 究中培养学生元认知能力的教学模式，提出相关策略，力求为化学教 学实践提供一定的参考。 二、理论基础 ( 一) 元认知 1 . 元认知的内涵 ( 1 )认知 元认知与认知是密切相关的两个概念，要深入理解元认知，首先 要明确什么是认知。 在心理学中， 认知 ( c o g n i t i o n )一直是个难解的术语。心理学家 从不同的角度给认知下过不同的定义。如现代认知心理学的主要代表 人物之一奈瑟从信息加工的角度出发认为，认知是指转化、简约、加 工、储存、提取和使用感觉输入的所有过程。美国著名心理学家希尔 加德认为，认知即指人的思维、认识、解释、理解或观念等。我国学 者刘范认为，认知大体可分为三个范畴:感知、表象和概念。 可见，认知心理学并不把注意力只局限在少量孤立的现象上，而 是要探讨在头脑里发生的事情。我们可以用一些不同的方式来看待认 知活动。可以把认知看作一种信息加工的活动，可以列举认知活动的 种种要素，也可以用认知活动的主要特征为研究对象。 本文在研究中，把认知视为知觉、记忆、思维、和问题解决的过 程1 。 ( 2 ) 元认知 元认知( m e t a c o 厕t i o n ) 是近二十几年来西方心理学和教育学领域 提出的新概念。对元认知概念的解释至今尚 无统一的定义。 在众多的 元认知定义中以元认知研究的开创者弗拉维尔 ( f l a v e l l )所做的界定 最具代表性。1 9 7 6 年，他将元认知表述为 “ 个人关于自己的认知过程 ， 袁运开主编.施良芳著.学生认知与优化教学. 中国 科学技术出 版社. 1 9 9 1 及结果或其它相关事情的知识” ，以及 “ 为完成某一具体目 标或任务， 依据认知对象对认知过程进行主动的监测及连续的调节和协调” 。 1 9 8 1 年他对元认知作了更简练的概括:元认知即 “ 反映或调节认知活动的 任一方面的知识或认知活动” 。 其他人的定义虽然各自 不同，但核心思想是一致的。如，布郎 ( a .l .b r o w n )与贝克 ( b a k e r )认为，元认知是 “ 个人对认知领域的 知识与控制” ; h o f s t a d t e r ( 1 9 7 9 ) 认为元认知就是“ 跳出一个系统去观 察这个系统”的知识; k lu v e ( 1 9 8 2 ) 将元认知定义为“ 明确的 专门 指 向个人自己的认知活动的积极的反省的认知加工过程” 总之，元认知是对认知的认知。更通俗的说，元认知是指向个人 对自己的认知加工过程的自 我觉察、自 我评价和自 我调节。 2 . 元认知的构成 对于元认知的构成，不同的心理学家也有不同的看法。人们普遍 认同的一种观点是元认知由元认知知识、元认知体验和元认知监控三 部分组成。 个体内差异知识 个休间差异知识 个体认知相似性的知识 声|又1|、 识识 曰目口目 鑫士牛川 的的 人务 个任 于于 关关 元认知知识 认知策略 关于策略的知识 元认知策略 元认知体验 认知体验 情感体验 元认知 元认知监控 计划 监控 调节 图2 - 1元认知的 构成 ( 1 ) 元认知知识 元认知知识是个体具有的关于认知活动的一般性知识，即人们对 于什么因素影响人的认知活动的过程与结果，这些因素是如何起作用 的，他们之间是怎样相互作用的等问题的认识。元认知知识包括三方 面的内容。 关于认知主体的知识。 该知识是指我们具有的关于自己和他人 作为认知加工者的一切知识。其一是关于个体内差异的知识，包括个 人的兴趣、爱好、能力及其程度等，主要着眼于个人自己同自己的比 较。其二是关于个体间差异的知识，着眼于个人同他人的比较，如意 识到自己的观察能力比别人强而动手能力比别人差。其三是认知个体 间认知相似性的知识，这是指认识到人类认知的普遍性特点，如知道 人的认知能力可以提高，理解有不同水平，一心不能二用等。 关于认知任务的知识。 主要指任务包含的信息和任务目 的的不 同特点对认知活动的影响。该知识包括两方面。一方面指关于任务中 有关信息特点的知识，如认知材料的性质、熟悉性、结构特点、逻辑 性等。另一方面指对任务要求的目的的认识。这方面的知识使我们能 认识到，即使所得到的信息相同，但由于目 标不同，认知加工也应有 所不同。 有关认知策略的知识。 这方面涉及到的内容很多， 如进行认知 活动有哪些策略，各种认知策略的优点和不足是什么，它们应用的条 件和情境如何，对于不同的认知活动和认知任务，什么样的策略可能 是有效的等等。 也有人 ( p a r i s ) 从陈述性知识，程序性知识和条件性知识的角度 对元认知知识进行分类。 ( 2 ) 元认知体验 元认知体验是个体伴随着认知活动而产生的认知体验和情感体 验。其中认知体验包括考试中怀疑自己所解的某题有错，或感到阅读 材料很复杂等。 情感体验，如估计自己 成绩理想而沾沾自 喜或忽然解 悟某题答错而无比沮丧等。对于这些体验，学生可能完全意识到而且 能够表达出来，也可能是模糊不清而不容易表达出来。学生伴随着认 知活动而产生的认知体验，可长可短，可简可繁，可能发生在认知活 动展开期间的任何时刻。元认知体验的出现与学生在认知活动中的位 置、己经取得的进展和可能取得的进展有关。一般认为，它常产生在 学生期望对自己的认知活动进行有意识的调节和控制的时候。 ( 3 ) 元认知监控 元认知监控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，不断的对其进行积极、自 觉的监视、控制 和调节。它主要包括以下几方面: 制定计划， 即根据认知活动的 特点、目 标， 在一项认知活动之 前计划各种活动，选择策略，预计结果，构想出各种解决问题的可能 方法并预估其有效性。 实际控制，即在认知活动进行的实际过程中， 及时评价、 反馈 认知活动进行的各种情况，发现认知活动中存在的不足并据此及时修 正调整认知策略。 检查结果，即根据有效性标准， 评价各种认知行动、 策略的效 果，根据认知目标评价认知活动的结果，正确估计自己达到目 标的程 度、水平。 采取补救措施，即根据对认知活动结果的检查， 在发现问题时 采取相应的补救措施。 在实际的认知活动中，元认知知识、元认知体验和元认知监控三 者是相互联系，相互影响和相互制约的。元认知知识有助于人们在实 际的认知活动中，对活动进行有效的监控和指导。同时，它也能引起 有关自身、任务、目的的各种各样的元认知体验，帮助人们理解这些 元认知体验的意义和它们在行为方面的含义。元认知体验和元认知知 识是相辅相成的，且它们之间有部分重叠，持续而稳定的元认知体验 可能成为元认知知识，而元认知知识又指导着元认知体验，并在一定 程度上成为元认知体验的内容。在对实际认知活动的监控中，元认知 体验有助于人们确定新的目标，修改或放弃旧的目 标;有助于激活认 知策略和元认知策略。同时，元认知知识和元认知体验又离不开人们 对认知活动的监控过程。元认知知识大多来源于人们对认知活动进行 监控调节的过程，元认知体验也与认知活动相伴而生。 3 . 元认知的模式 下面列举两个有代表性的元认知模式，以便更清晰的阐沐元认知 各要素在认知过程中的作用及它们的相互联系。 ( 2 ) 弗拉维尔的元认知模式 图2 - 2弗 拉 维尔 的 元 认 知 模 式， 由 模式图我们可以 看到: 认知目 标 ( 任务) 会影响元认知过程，不同的认知目 标会激发 学习者不同的元认知体验，调动不同的元认知知识，从而使学习者采 取不同的认知策略。以阅读为例， 消遣与应对考试所表现的阅读行为， 所采用的认知策略将有所不同。 认知行为 ( 为达成认知目 标所采取的行为或策略)受元认知知 识及元认知体验的影响和支配。元认知知识的丰富程度决定认知行为 的准确性和适应性。同时，通过对认知行为的反省和监控，又会丰富 元认知知识。元认知体验产生于认知行为中，又反作用于认知行为。 不同的元认知体验会激活不同的元认知策略和行为。积极的元认知体 验促进认知过程的发展，消极的元认知体验阻碍认知的发展。 ( 2 ) 元认知的控制系统模式 图2 - 3元认知的控制系统模式z ， 林崇德主编.蒯超英著. 学习策略. 湖北教育出 版社. 1 9 9 9 z 刘电 芝主编. 学习策略研究 . 人民 教育出版社. 2 0 0 1 7 由于元认知理论是基于控制理论产生的， 所以我认为这一元认知的 控制系统模式更能说明元认知及元认知过程的实质。 由模式图，我们看到: 模式中，元认知知识与元认知体验间的灰色部分表示两框有部分 重叠。该两框与认知过程之间的虚线表示元认知知识与元认知体验是 通过认知产生的，但一旦形成，又可反作用于类似的认知过程的开始 阶段。如我们通过某种认知活动总结出适合该活动的知识和策略，以 后再遇到类似的认知活动，就可以先根据认知个体的特点和认知任务 选定有效的策略，并预见成功的可能性，制定计划，然后再根据预定 的计划进行该认知活动。 认知过程开始后，整个认知过程通过元认知监控的反馈和控制作 用与元认知知识和元认知体验一起构成回路，循环往复，从而元认知 知识与元认知体验既作用于该过程中又作用于该过程后，使学习者能 随时根据自己对认知活动的认知，不断的对认知过程进行调节、改进 和完善，使认知活动不断的向预定目 标逼近。通过监控还可以积累、 纠正和完善元认知知识，修正预定计划，且得到成功或失败的体验， 从而更有助于本次认知任务和今后类似任务的完成。 完成认知任务的过程中，元认知知识、元认知体验和元认知监控 不断的根据认知过程的变化相互联系，相互促进，相互作用，共同实 现对认知活动的调节。具体来说，缺乏元认知知识则元认知监控将丧 失理论指导，元认知体验也会陷入茫然之中。反过来，元认知体验强 则元认知监控强，元认知知识也通过反省而增强。 4 . 元认知在学习中的作用 调用或修正 图2 - 4元认知在学习中的作用 由元认知在学习过程中的作用示意图，我们可以看到，元认知是 学习策略中的动力系统，在整个学习过程中扮演着 “ 领导者”和 “ 检 察官”的角色，不断的激活学习活动，分析了解学习情况，并对学习 进行评价、监控和调节，最终使学习者顺利的完成学习任务。 具体的，元认知在学习中的作用表现在以下几个方面: ( 1 ) 学习活动前 计划 性: 指学生 在学习 前 对学习 活 动的 计划和安 排。 如学习 之 前先作好计划， 对学习哪些内容， 如何去学以及学习时间等进行安排。 准备性: 指学生在学习前为学习活动作好各种具体的准备。 如 学习之前准备好学习用具，创设好学习环境，调节好情绪与精力 ( 2 ) 学习活动中 意识性:指学生在学习活动中清楚学习的目 标、对象和任务。 如上课时知道老师为什么要讲这些内 容。 方法性: 指学生在学习活动中讲究策略， 选择并采取合适的学 习方法。如在不懂的地方做上记号，听讲时弄清老师讲课的思路，采 取理解记忆的方法。 执行性: 指学生在学习活动中控制自己去执行学习计划， 排除 有关干扰，保证学习的顺利进行。如坚持在完成学习任务后才能做其 林崇德主编.蒯超英著. 学习策略. 湖北教育出版杜. 1 9 9 9 9 它事情。 ( 3 ) 学习活动后 反馈性: 指学生在学习活动后对自己的学习状况及效果进行检 查、反馈和评价。 补救性: 指学生在学习活动后根据反馈结果对自己学习采取补 救措施。 如一旦发现某一部分内 容学得不好时， 就花些时间或想一些 办法去学好它。 总结性:指学生在学习活动后思考和总结学习的经验和教训。 如总结自己或借鉴别人或书本上好的学习方法和经验，不断提高和完 善自己学习的方式、方法。 5 . 元认知的发展特点 对于人来说，认知活动是随着年龄的增长从无到有，从少到多而 逐渐增加的。受此制约，元认知也只能从无到有并随年龄的增长而增 强。心理学研究表明，随着年龄增长，儿童的元认知能力按照从外控 到内控;从无意识到有意识再到自 动化;从局部到整体的方向发展。 从年龄与发展的关系上看，儿童从小学四年级到初中一年级，元认知 能力变化较小，从 1 3 岁到 1 6 岁期间元认知发展变化较大，在不同方 面表现出不同的发展趋势。而高中生已经具备了一定的元认知基础， 为元认知能力的继续发展提供了条件。 元认知不是先天就有的，这也就说明元认知需要在后天习得，即 元认知可以在后天加以培养，以促进其发展。有关实验表明，有意识 的培养可以加快学习者的元认知水平的发展，而且在教学中教师不仅 可以 教会学生有关学习 方面的 元认知知识， 还可以 通过训练提高学生 的元认知水平。 6 . 高一学生化学元认知能力现状调查 ( 1 ) 量表的设计 本调查将元认知的三个重要组成部分 ( 元认知知识、 元认知体验、 元认知监控)和科学探究水平作为研究变量，根据问卷编制的一般原 则和学生学习的实际，编制了调查问卷 ( 见附录1 1 ) 。问卷包括两大部 分:化学元认知水平量表和探究性化学习题。在元认知水平量表中， 根据元认知构成要素分三个分量表: 表2-， 元认知水平分量表 1分 量 表相 关 题目 元认知知识量表 元认知体验量表 元认知监控量表 ( 一 ) 1 ( 一 )4 、2、5( 二 )1 ( _ )5 、2, 3 , 4, 8 , 1 4 ( 一 )3 , 4( 二 )6 , 9 , 1 1 , 1 2 , 1 3 , 1 6 , 1 5 量表采用选择式问题和顺序式问 题 ( 李克特量表)两种形式，每 道问题都有5 个备选答案，要求被试者从中选择一个与自己实际情况 相符或最接近的答案。按照答案所反映的元认知水平的高低，其得分 分别为5 分、4 分、3 分、2 分、1 分，量表总分满分为 1 0 0 分。 探究性化学习题测试表包含 3道探究性习题，分别对学生的选择 探究方法和制定探究计划能力 ( 3 0 分) ， 进行假设与验证能力 ( 3 0 分) 和形成结论与解释能力 ( 4 0 分)进行测试，试卷满分 1 0 0 分。 ( 2 ) 量表的试测 为了检验量表的质量和可操作性，我们选择长春汽车厂六中高一 ( 4 ) 班为试测对象进行检测， 试测后共回收试卷5 0 份，无效卷 1 份， 有效卷4 9 份。 根据试测结果， 对问卷中个别题目 的备选答案进行了修 改和增删，对后面的探究习题也进行了适当的调整，使该问卷具有了 一定的信度和效度。 ( 3 ) 被试取样 本调查采取整群抽样的方法，在长春汽车厂六中、市实验和省实 验三所不同类型的学校分别抽取高一两个班 ( 共3 0 0 名学生)作为调 查对象。 ( 4 ) 数据收集 用修改后的问卷按统一时间要求进行施测和收集数据，共回收问 卷2 9 9 份，有效问卷2 8 4 份。 ( 5 ) 数据的录入和统计分析 对回收的问卷进行核查， 取得有效答案和得分， 将数据录入电脑， 用s p s s ( 1 . 1 )软件对数据进行统计分析。 ( 6 )结果和分析 高一学生元认知发展水平分析 表2 - 2高一学生元认知各要素发展水平 元粼匆劲v v元众 勿 w元众勿篮控 x平均 标准差 。 2 6 . 7 / 4 5 4 3 . 2 6 . 5 4 / 1 0 1 . 7 0 2 8 . 0 / 4 5 2 8 . 6 由 表2 - 2我们看到， 高一学生元认知三要素都有一定程度的发展， 但由各题目 具体的得分情况可以看到，在元认知知识方面，大多数学 生对化学学科自身特点认识不足，自 我效能感也普遍较差，不能很好 的估计自 身能力和化学知识水平;元认知体验方面，面对成功和失败 多数学生有较积极的体验，不会采取漠然的态度，但是很少有学生能 够根据这些体验来正确的指导认知的调节和监控:元认知监控方面， 部分学生具备了一定的反思和监控认知过程的意识，但就大多数学生 而言， 他们不善于根据学习任务来选择和运用相关策略进行有效学习， 也不能很好的运用认知结果对自己的学习活动进行反思，缺少有效的 监控和调节。 由三要素的标准差 a值可知， 学生元认知知识和元认知监控水平 的离散程度较大，说明学生之间的发展存在显著的差异，而元认知体 验的发展比较均衡。 表2 - 3不同类型学校高一学生元认知水平差异 汽六中放英 毖j舀 飞 英 珊f道显者世欢平 x平均 e x 2 n 由表 著差异。 5 8 . 1 3 3 5 5 9 6 7 9 6 3 6 5 7 1 6 9 3 4 1 3 8 2 9 9 5 3 . 6 5 p0 . 0 5 2 - 3可知，不同类型学校学生的化学元认知发展水平存在显 一 姐狡一 扭 红井 斗裁 - - s - - 元认 陈a i 只 元认知体验 一 。 -元认知监控 二. - - - 七 考 州 黔 犷不峰 戮 蚌 珠 长 瑞丧赫橄封 漆纵 势奥 舞棋 森犷 续 赘 舞粼岁拟 粼睿 图2 - 5不同类型学校高一学生元认知各要素发展水平比 较 不同类型学校学生的化学元认知发展水平存在显著差异。这种差 异，充分证明了元认知水平与学业成绩有显著的正相关。而这种差异 的产生， 我认为， 有学生智力水平差异的自 身因素， 有教师的教学理 念、学习环境等客观原因，而且可能是这种主观原因及客观原因交互 作用的结果。虽然从整体来看，有的学生元认知三要素的发展是不平 衡的，但由图 2 - 5看出，不同类型学校学生元认知发展水平由 三个要 素共同决定。总体上不同类型学校学生的化学元认知三个要素发展是 均衡的。 根据调查我们看到，高一学生具备了一定的元认知基础，为元认 知的深入发展提供了可能，而他们在元认知发展上存在的不足又决定 了元认知培养工作的必要性。高中教学应创设适当的环境，加强学生 元认知能力的培养以促进学生独立性和自 主性的发展。 ( 二)化学科学探究 1 . 科学 探究 培养学生的科学素养，是化学课程改革的根本性目 标。从基础理 科教育的角度，科学素养主要包括科学兴趣、 科学知识、科学方法、 科学思想四大要素。科学知识和科学方法是科学素养结构的基础。现 代科学观认为，科学并不仅仅包括科学知识，还包括探索科学知识的 科学过程与方法，所以只有创设情景，使学生亲自 经历科学知识与科 学过程和方法的相互作用，才能使他们在掌握科学知识和科学过程、 方法的同时，真正理解科学的本质。所以课程标准中明确提出 “ 将科 学探究作为课程改革的突破口”并强调 “ 科学探究是重要的学习活动 和实践过程” ， “ 是一种有效的学习方式气 所谓探究，就其本意来说，是探讨和研究。探讨就是探求学问， 探求真理和探本求源; 研究就是研讨问题， 追根求源和多方寻求答案， 解决疑问。科学探究是科学工作者针对自 然界提出问题并寻求问题答 案的活动过程。探究过程包括细致的观察和测量、实验、提出假设、 进行解释、得出结论、反思并确认自 身方法的优缺点等。科学家们运 用准确系统的科学方法进行科学探究，从而认识世界，丰富人类的知 识体系。 化学教学中的科学探究是指从化学学科领域或现实社会生活中选 择和确定研究课题，创设一种类似于科学研究的情景，通过学生自 主 独立的发现问题，对可能的答案做出假设与猜想、并设计方案，通过 实验、 操作、调查搜集证据， 对获得的信息进行处理，得出初步结论。 学生通过收集和处理信息、表达与交流等活动，获得知识、技能、方 法态度，特别是创新精神和实践能力等方面的发展。通过科学探究可 以激发学生对化学学习的兴趣， 增进对科学的情感， 理解科学的本质， 学习科学探究的方法，初步形成科学探究能力。这些目 标要充分体现 在科学探究的各个环节中。 图2 6 科学探究过程 学生的探究首先要在观察，讨论或新知识的内化，旧知识的演绎 过程中提出问题，在问题解决的过程中主要可以采取两条路径：归纳 路径和演绎路径。在归纳路径中，首先要大量的收集与问题有关的事 实材料，再通过数学运算或分析、比较等逻辑方法实现科学抽象，舍 去非本质的现象或属性，抽取出本质特征，最终得出结论。在演绎路 径中，首先要针对问题提出假定性结论，再通过收集资料或理论论证 证实( 或证伪) 假设，进而得出结论。 2 化学科学探究的特点 ( 1 ) 以实验为主要的探究方式 化学是一门以实验为基础的自然科学，与其它自然科学不同，化 学定位于研究分子( 这里的分子既包括各种单原子分子( 如稀有气体 原子) 、各种气态原子或单核离子，也包括以共价键结合的传统意义的 单晶以及各种聚合度不同的高分子) ，它主要研究分子的识别、修饰与 合成。中学生的化学科学探究是为了掌握常见物质的分子组成、结构、 性质和变化规律。然而，微观粒子如此复杂，又不易观察，所以要了 解微粒的微观运动特征，就要借助于对物质宏观表现的观察。另一方 面，从中学生的认知特点看，中学生的思维虽然是以抽象逻辑思维为 主要形式，但仍处于从经验型向理论型的过渡时期，对化学概念的认 识要以一定的感性认识做基础。化学实验正是这种能提供感性认识， 又可以展示物质宏观表现的科学活动。这就决定了化学科学探究要以 实验为主要的活动方式。 图2 7 义务教育“活动与探究建议”活动方式比较 图2 - 8 高中“活动与探究建议) 活动方式比较 郑长龙著化学课程标准与教学大纲的对比分析东北师大出版社2 0 0 3 5 1 6 从以上义务阶段和高中化学课程标准中“ 活动与探究建议”涉及 的探究活动方式的比较，我们也可以看到，实验在化学科学探究中确 实占有重要的地位，实验是化学科学探究的主要探究方式。 ( 2 ) 化学科学探究要完成由 宏观到微观的跨越 中学化学的许多知识游离于宏观与微观之间，例如对宏观现象的 观察分析必然抽象出某种物质的性质及某种规律，这些性质或规律又 可以用物质结构等基本理论来解释 ( 或从中推理出基本概念和基本理 论) 。 学生的认知过程要在宏观和微观， 外显和内在之间完成跨越。 也 就是说，在探究中学生还要对通过观察、实验、调查等感性活动获得 的信息进行理性加工， 刁 一 能获得最终的探究结果。 为了完成这一过程， 学生首先要掌握化学在其长期发展过程中形成的语言和文字化学 用语 ( 元素符号、化学式、结构式和化学方程式) ，同时还要能够科学 的运用逻辑方法、数学方法等理性方法。 ( 3 ) 化学科学探究有丰富的可利用资源 化学与人们的衣、食、住、行密切相关，这就为化学科学探究提 供了丰富的探究主题和素材。 大到环境保护、生命健康、 工农业生产， 小到我们每天喝的水，呼吸的空气都可以做为探究主题。另一方面， 探究中又有许多化学工业企业可以作为探究资料的来源。如探究水的 净化过程，可以参观自 来水厂，探究化工发展的前景和存在的问题， 可以参观当地的精细化工企业等等。学生可以从身边发现化学问题， 提炼成科学问题进行探究，也可以从身边获取探究证据，这就促进了 探究任务的顺利完成。 3 . 高一学生化学科学探究水平现状 表2 - 4不同类型学校学生探究能力水平比 较 选择探究方法进行假设与形成结论与 制定探究计划验证能力解释能力 一汽六中 市实验 省实验 1 8 .8 / ( 3 0 ) 1 3 .0 / ( 3 0 ) 2 3 .5 / ( 4 0 ) 2 0 . 0 / ( 3 0 ) 1 5 .8 / ( 3 0 ) 2 8 . 5 / ( 4 0 ) 2 0 .5 / ( 3 0 ) 1 6 .2 / ( 3 0 ) 3 2 . 1 / ( 4 0 ) - 刊 卜 -计划 - . 一有ir与哇征 一 ， 结 ilk 与 解耳 二一 峨 ， 件扮 弃沙汤协 啥斜 联冷1 介 气 二 二 ， 止 孟二 止三 沁井编 歼 吮汁燕哪男终抓 分二撰淤 协拒 获 洲厂洲淡 ;: 群翠 帷羚郭 趁 黯 半 姗思跳:班欢 一汰 娜3之胜 熊粗 邵 图2 - 9不同类型学校学生探究能力水平比 较 计划能力、假设与验证能力和解释与结论能力是科学探究能力的 三个主要因素，这三项能力的测试结果可以在一定程度上反映学生的 科学探究能力。 由表2 - 4、图2 - 9 我们看到，不同类型学校学生的科学探究能力 存在着显著的差异。这种差异在形成结论与解释能力上表现的比较突 出。很显然，由于本次调查对象是高一新生，他们所处的学校类型由 中考成绩决定，而中考所显示的学业成绩主要是学生化学运算和推理 能力的反映，中考成绩高的学生，在结论与解释能力上自 然占有一定 的优势。 由进行假设与验证能力的比较我们看到，不同类型学校学生进行 假设与验证能力发展水平都不是很高，这与平时缺乏这方面的训练有 直接的关系。另一方面，普通高中学生在假设与验证能力上与省、市 重点的学生之间存在一定的差距，说明化学假设与验证能力的发展要 以扎实的化学知识为基础。 在选择探究方法和制定探究计划能力方面，不同类型学校学生之 间没有明显差异，而且问卷中，这一题的最高分还出现在普通高中， 说明选择探究方法和制定探究计划能力不仅仅由智力因素决定，还受 一定非智力因素的影响，而学生在这方面的发展，跟他们所处的家庭 环境和社会环境都有 一 定的关系。 ( 调查设计及实施见p i o - 1 ， 及附 录i i ) 三、科学探究与元认知的整合 ( 一) 科学探究中的元认知 1 元认知能力与科学探究能力相关的调查 表3 - 1 元认知各要素与科学探究能力的相关及显著性 元认知知识元认知体验元认知监控 相关系数r0 3 5 0 4 3 0 3 1 p 胪2 8 4 ) 0 0 1 0 0 1 0 0 1 由表3 - 1 可知，高一学生元认知各要素发展水平与科学探究能力 之间存在着显著的正相关。说明科学探究与元认知之间存在着一定的 内在联系和相互影响。 ( 调查设计及实施见p l o _ l l 及附录i i ) 2 科学探究中的元认知 笔者认为，元认知发展水平与化学科学探究能力间之所以存在这 种显著的相关关系，是因为元认知渗透在化学科学探究的各个环节中。 这种渗透可以通过图3 - 1 来表示： 图3 1 科学探究中的元认知 由图示我们可以看到元认知渗透在化学科学探究的各个环节中。 图中( 一) 部分体现的是元认知知识。制定计划前首先要对认知客 1 9 体进行认识，即掌握探究主题的特点，进行探究前的自我提问，进而掌 握课题是哪方面的问题，涉及哪些知识，探究活动的性质、难易程度、 所需工具、手段的种类，探究课题的最终目的和对探究者和探究活动的 要求等。通过这段认知可以为方法的选择指明方向。如，可判断出探究 主题是适合先提出假设再进行验证还是适合先进行证据收集再进行科学 抽象，或是适合其它途径。同时，还要对自身进行认识，了解自己掌握 了哪些与探究活动相关的知识，已有知识是否能满足探究要求；根据自 己先前表现，判断自己的认知风格，在探究能力方面有哪些优势和不足。 通过对自身认知特点的认识，可以指导探究方法的选择和探究行为的调 节。如，意识到自己定量实验能力较差，探究中就会主动寻求教师的指 导或比较其他同学的操作，找到差距，进而得到提高。在掌握了课题和 自身特点的前提下，根据课题和自身特点对相关的方法进行预览，建立 起方法库，需要时可随时提取，为科学的制定计划做好准备。化学科学 探究的相关方法策略( 以下简称探究方法) 可以概括的做以下总结： 图3 - 2 主要科学探究方法 2 0 图表说明：对探究方法进行科学的分类，是对其进行深刻认识的基础。在对 化学科学探究中的方法进行分类时，采取了二级分类的方法( 见上图) 。首先， 根据方法在学生认知中的作用，将捉究方法划分为认知方法和元认知方法。由于 学生的科学探究，一方面要经历科学家一样的探索知识的过程，而有别于科学研 究中的探究，学生在另一方面的重要任务是接受并掌握相对于他们而言的新知 识，将其纳入到原有的认知结构中，最终达到能解决相关化学问题的目的。所以 对认知方法，我们又根据探究中方法运用的不同阶段，将其划分为探索知识的方 法、接受知识的方法和交流知识的方法。 对元认知知识的把握水平将影响到探究过程中的元认知体验和元 认知监控。只有具备了对探究主题和探究方法的充分而准确的知识， 在探究中才能产生积极的体验并有效的监控探究过程。 图中( 二) 部分是元认知体验过程。元认知体验是保持和从事认 知活动时产生的认知和情感体验。科学探究过程中学生随时会产生元 认知体验，只不过这种体验是朦胧的，潜意识的。如，开始时对探究 主题感觉摸不着头绪，茫然无措；经过小组讨论对探究主题有了一定 的了解又顿感轻松，对探究产生信心；探究过程中因探究有了进展而 沾沾自喜，因某种恰当的方法带来的实效而赞叹不已；探究后，体验 到成功的喜悦或失败的沮丧等等。元认知体验是进行评价、监控和调 节的依据，积极的元认知体验能够促进认知任务的顺利完成。 探究结束，在探究体验的指导下进行反思，评价整个探究过程， 对元认知的发展和科学探究的顺利进行都起着重要作用。通过反思对 探究的各个环节和各方面因素进行评价可以促进探究方法的内化和迁 移，进一步了解认知主体的特点，为下一次探究的顺利进行提供技术 准备。如，经过反思发现通过线图和表格对探究问题或已获资料进行 表征，可以促进对问题的理解，使资料系统化，有利于问题的解决， 那么在下次的探究中，学生就会积极的对问题、资料进行