（课程与教学论专业论文）中学物理科学方法教育中学生元认知能力培养的初步探究.pdf

独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究 工作所取得的成果。据我所知，除了特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。对本人的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本声明的法律结果由本人 承担。 学位论文作者签名： 学位论文使用授权书 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 复印件和电子版，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、汇编本学位论文。 ( 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： 日期： 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 指导教师签名： 日期： 电话： 邮编： 摘要 新世纪的人才是善于驾驭信息并能迅速应对外界状况做出正确抉择的人，这 就需要有高水平的认知能力。我国的物理学科教育发展至今，在“学会生存，学 会学习”的号召之下，人们也越来越注重能力的培养。在物理教学中进行科学方 法教育也变得很急切，因为科学方法的教育对于培养学生的思维创新能力有着很 关键的作用，并且提出了物理科学方法教育这一教育理念。另一方面随着教育改 革的深入，在教与学的双向性互动行为中，国内外专家学者越来越重视对学生认 知过程的研究，对于认知心理学中的元认知理论的研究也越来越深入，并提出将 元认知能力的培养与具体的学科教学进行结合，也即在具体的学科教学中培养学 生的元认知能力。具体到物理学科，就是在物理学科教学中培养学生的元认知能 力。笔者从物理科学方法教育和元认知两方面进行探究，结合相似论学说、操作 性条件作用和信息加工过程的理论对在物理科学方法教育中进行学生元认知能 力的培养的原则和方法进行了分析。再在这些工作的基础上进行了两个教学案例 设计并提出了基于培养学生元认知能力的物理科学方法教育的几条建议，于是就 形成了本文“中学物理科学方法教育中学生元认知能力培养的初步探究”。 关键词：科学方法；元认知；信息加工；操作性条件作用 a b s t r a c t t h el a t e n t so fn e w c e n t u r yi sag o o dp i e c eo fi n f o r m a t i o na n ds h o u l dm a k et h e r i g h tc h o i c eq u i c k l yo nt h es i t u a t i o n , i tn e e d sah i g hl e v e lo fc o g n i t i v ec a p a c i t y f o l l o w i n gt h ed e v e l o p i n go fo u rc o u n t r y sp h y s i c se d u c a t i o n , u n d e rt h es l o g a no f ”l e a r nt os u r v i v e ，t ol e a r n i n g ”a n dt h ep e o p l ep a ym o r ea n dm o r ea t t e n t i o nt ot r a i n i n g s t u d e n t s a b i l i t y t h es c i e n t i f i cm e t h o do fe d u c a t i o nh a v eb e c o m ev e r ye a g e ri np h y s i c s t e a c h i n g ，b e c a u s et h es c i e n t i f i cm e t h o do fe d u c a t i o nh a sav e r yi m p o r t a n tr o l et o c u l t i v a t et h es t u d e n t s a b i l i t yo fi r m o v a t i v et h i n k i n g ，a n do f f e r e dac o n c e p to f e d u c a t i o nw h i c hi st h ee d u c a t i o no fp h y s i c ss c i e n t i f i cm e t h o d o nt h eo t h e rh a n d s ， w i t ht h ee d u c a t i o nr e f o r m i n g ，i nt h et w o - w a yi n t e r a c t i o no ft e a c h i n ga n dl e a r n i n g ， e x p e r t sa n ds c h o l a r sf r o mh o m ea n da b r o a da r ep a y i n gm o r ea n dm o r ea t t e n t i o nt o r e s e a r c h i n gt h ec o g n i t i v ep r o c e s so fs t u d e n t a n dt h er e s e a r c ho fm e t a c o g n i t i o ni n c o g n i t i v ep s y c h o l o g yt h e o r yi sa l s od e e p l y a n da tt h es a m et i m et h e yp r o p o s et h e c o m b i n a t i o no ft h et r a i n i n go fc o g n i t i v ea b i l i t y 州t 1 1as p e c i f i cs u b j e c tt e a c h i n g ，i ta l s o m e a n st ot r a i n i n gs t u d e n t s m e t a c o g n i t i o ni nas p e c i f i cs u b j e c tt e a c h i n g t ot h e p h y s i c a ls c i e n c e s ，t h a tm e a n s t od e v e l o p i n gt h es t u d e n t s c o g n i t i v ec a p a c i t yi np h y s i c s s c i e n t i f i ce d u c a t i o n ir e s e a r c hf r o mt w oa s p e c t s ，o n ei st h ep h y s i c a ls c i e n t i f i c m e t h o d se d u c a t i o n ，t h eo t h e ri st h et h e o r yo fm e t a c o g n i t i o n t h e nu n d e rt h et h e o r i e s o ft h eo p e r a n tc o n d i t i o n i n ga c t i o na n dt h ei n f o r m a t i o np r o c e s s i n gp r o c e d u r e ，im a d ea a n a l y s i sw h i c hi sa b o u tt h ep r i n c i p l e sa n dm e t h o d so ft r a i n i n gs t u d e n t s m e t a c o g n i t i o n c a p a c i t yi np h y s i c a ls c i e n t i f i cm e t h o d se d u c a t i o n t h e n0 1 1t h eb a s i so f t h ew o r kih a v e d o n e ，im a k et w oc a s e so ft h et e a c h i n go fd e s i g na n dp u tf o r w a r ds o m es u g g e s t i o n s f o r t r a i n i n gs t u d e n t s m e t a c o g n i t i o nc a p a c i t y i nt h ep h y s i c a ls c i e n t i f i cm e t h o d s e d u c a t i o n ，a tl a s tif o r mt h ea r t i c l e ”t h ep r e l i m i n a r ye x p l o r a t i o no ft r a i n i n gs t u d e n t s m e t a c o g n i t i o nc a p a c i t yi nm i d d l es c h o o l sp h y s i c ss c i e n t i f i cm e t h o d se d u c a t i o n k e y w o r d s ：s c i e n t i f i cm e t h o d ；m e t a c o g n i t i o n ；i n f o r m a t i o np r o c e s s i n g ； o p e r a n tc o n d i t i o n i n ga c t i o n i l 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目录i i i 一、绪论1 ( 一) 课题提出背景1 ( 二) 研究的意义2 ( 三) 研究的目标及内容4 ( 四) 研究方法4 二、课题研究的理论探讨6 ( 一) 课题研究的理论依据6 ( 二) 相关概念的界定8 ( 三) 物理科学方法教育和元认知能力培养相结合的优势分析l o ( 四) 科学方法教育中培养元认知能力的原则1 2 三、课题的实践探究1 6 ( 一) 中学物理科学方法教育中培养学生元认知能力的内容1 6 ( 二) 基于培养学生元认知能力的物理科学方法教育的教学案例研究1 8 四、基于本课题研究对物理教师的几点建议2 6 ( 一) 教师要加深职业拓展，提高自身的元认知能力2 6 ( - - ) 教师要充分做好引导者2 6 ( 三) 教师要有研究创新意识2 7 五、结束语2 8 六、参考文献2 9 七、致谢3 2 n i 东北师范大学硕士学位论文 ( 一) 课题提出背景 一、绪论 在我国全面建设小康社会和社会主义现代化建设的关键时期，在全面落实科 教兴国、人才强国和可持续发展战略的关键阶段，党中央、国务院印发了国家 中长期教育改革和发展规划纲要( 2 0 1 0 - 2 0 2 0 年) ( 以下简称教育规划纲要) ， 召开了新世纪以来第一次全国教育工作会议，胡锦涛总书记、温家宝总理发表了 重要讲话。全国教育工作会议的召开和教育规划纲要的印发，是我国教育事 业改革发展一个新的里程碑，意义重大，影响深远。教育规划纲要中的战略 主题的第三条是坚持能力为重“优化知识结构，丰富社会实践，强化能力培 养。着力提高学生的学习能力、实践能力、创新能力，教育学生学会知识技能， 学会动手动脑，学会生存生活，学会做人做事，促进学生主动适应社会，开创美 好未来 当今时代的教育主题是使学生学会学习、学会生存。物理学科作为自然基础 科学中的重要部分，它的研究内容是物质世界中最基本、最普遍的物质结构、相 互运动、运动规律以及研究过程中采用和形成的实验手段和思维方式。物理学科 本身的内容、性质和研究对象等特性决定着物理学科的发展对社会的巨大作用。 物理学不仅促进了科学技术的高速发展，更是推动社会、文化和经济发展的重要 因素。同时物理学科的教学在促进学生的认知能力的发展、培养学生感知外界事 物的能力、发展学生的理性思维、奠定学生唯物主义理念、培养学生科学态度和 科学价值观等等方面都具有自己举足轻重的地位。课程改革下的新课程标准认为 “高中物理课程有助于学生继续学习基本的物理知识与技能；体验科学探究过 程，了解科学研究方法；增强创新意识和实践能力，发展探索自然、理解自然的 兴趣与热情；认识物理学对科技进步以及文化、经济和社会发展的影响；为终身 发展，形成科学世界观和科学价值观打下基础。( 高中物理新课程标准前 言) 。并且物理课程目标理念强调“高中物理课程在精选终身学习必备的基础知 识与技能，关注物理学与其他学科的联系，培养学生基本能力的同时，应促进学 生自主学习，让学生积极参与，乐于探究，勇于实验，勤于思考。 近年来，随 。国家中长期教育改革和发展规划纲要( 2 0 1 0 - - 2 0 2 0 年) 国家中长期教育改革和发展规划纲要工作小组办 公室2 0 1 0 7 2 9 雪普通高中物理课程标准( 实验) 中华人民共和围教育部2 0 0 3 4 每普通高中物理课程标准( 实验) 中华人民共和国教育部2 0 0 3 ，4 l 东北师范大学硕士学位论文 着专家学者们对物理学科教学的内容和模式在培养学生能力方面的研究的深入， 越来越多的学者认为物理科学方法教育在培养学生各种能力方面具有自己独特 的作用。同时，在认知心理学的研究范畴，学者认为认知主体的高级思维过程中 元认知能力的发展对于学生学会学习、发展各方面的能力具有战略性的意义。笔 者基于这样的背景，提出了本课题研究，将认知心理学范畴中学生元认知能力的 培养具体到物理科学方法教育中进行。 ( 二) 研究的意义 1 理论价值 物理学既是一种知识，又是一种方法。知识是在一定的方法上形成的，而一 定的方法又是知识发展的产物，因此知识和方法始终紧密结合在一起。从事任何 一项工作，都要讲究方法，鉴于此，掌握科学方法并以此作指导，可以增加学习 的主动性，克服盲目性。我们提倡素质教育，而创新教育是素质教育的核心。创 新教育旨在培养受教育者的创新能力，创新能力包括创新意识、创新精神、创新 方法。而创新方法又是创新能力的核心。因此在我国，在我们的物理教育范畴内 就有了物理科学方法教育，新课程标准已经把科学方法教育确定为中学物理教学 的目标之一，把科学方法确定为中学物理教学内容的一部分，这充分体现新课程 标准对科学方法教育的重视。物理科学方法是物理学家认识物理运动规律的工具 和手段，它肩负着发现、建立、检验、运用和发展物理规律的职能。物理教学时， 我们在学习物理知识时，以知识为载体，运用科学方法，重走物理知识的科学发 现之旅。即在科学发展的进程中，经过科学家们艰辛的努力，在高度自我意识监 控下的不断地假设猜想，设计实验方案，进行实验验证，结果分析。 在学生学习的认知过程中，对自己的学习认知过程的自我觉察、自我评价和 自我调节是所谓的元认知。元认知理论从提出之日开始就引起了广大学者的关 注，有关各种“元 研究很多，对元认知的研究和发展以及元认知在实践教学中 的应用也是显有成果。元认知是学习策略中的高级水平。正对当前学生的情况， 培养学生的元认知能力就显得极为重要。元认知训练即对学生元认知知识、技能 的教授、培养与开发。其主要内容是教会学生如何根据自己的特点、材料的特点、 学习的任务与要求等灵活地制定相应的计划，采取适当的有效策略，并在学习活 动中积极地进行监控、反馈、调节，及时地修正策略和过程，以尽快和有效地达 到目标，这实质上也就是设法让学生学会学习。 本课题研究是在通过探究物理科学方法教育和元认知能力培养两方面的理 论知识的基础上，把元认知能力培养放入物理科学方法教育中的实践性应用研 究。通过本课题研究不仅加深了对这两方面的知识的理解，拓宽了相似论学说、 2 东北师范大学硕士学位论文 操作性条件作用和学习的信息加工过程理论的应用范围，深化了教学理论和学习 理论，还促进了物理学科教学和元认知能力培养这二者的进一步联系，拓宽了研 究教与学的研究领域，升华了教与学的关系。 2 现实意义 物理学是自然科学和技术科学发展的基础，对促进经济与社会发展具有重要 作用。物理知识在生活、生产和科学技术中有广泛的应用。物理学的研究方法对 于探索自然现象具有普遍意义。学生在高中物理课程中学到物理基础知识和实验 技能，受到科学方法和科学思维的训练，受到科学态度和科学作风的熏陶，这对 于他们提高科学素养、适应现代生活、形成终身学习的能力，都是十分重要的。 物理教育长期以来以传统的物理教学模式进行教学，强调基础知识、基础理论、 基本技能的三基训练，不少教师教学观念陈旧，教学方法单纯，教学中照本宣科， 方法含量少，教师讲、学生听。同时许多教师在高中物理教学活动中，常常只看 重成绩的高低，而对实际存在的学生学业元认知水平及学业自我概念的状况及影 响则关注不够，忽视了引导学生元认知水平的发展和树立正确的自我概念的工 作，我国物理教学中长期存在着教学效率低、学生学物理难、学业成绩低下、物 理学习兴趣下降等问题。大量学生成为物理学习困难的学生，不能达到国家物理 教学目标的要求，得不到全面发展。这些问题长期困扰着这些学生，也给教师教 学带来了相应的阻力。这些情况对进一步提高高中物理教学质量和水平是不利 的。近几十年来一直在进行教育改革，但在物理学科方面问题仍然严峻。学生觉 得物理难学，不乐去学，在问题面前退缩，放弃物理! 未来的文盲不是不识字的人，而是没有学会怎样学习的人。一个人在学生时 代不需要也不可能把一生的文化知识都学完，中小学教育除了向学生传授必要 的基础知识，更加重要的是使学生掌握学习方法，养成学习习惯，形成独立获 取知识和应用知识的能力，从而为学生的将来奠定学习和发展的基础。一句话， 要教学生学会学习。掌握和运用有效的学习策略，既是有效学习的条件，也是减 轻学生学业负担过重的重要措施。现代最重要的教学任务是教会学生学会学习， 最重要的学习任务是学会学习。近年来，我国不少中小学开展了学习方法的教学， 对学生进行学法指导，取得了一定的效果，但也存在不少问题：侧重从教师的 角度谈学生的学习而不是从学生的角度谈学习：在学习方法的教学中忽略了对 影响学习方法选用的变量因素( 学习者本人的特点、学习材料、学习时间) 的说 明，使学生虽掌握了学习技能，却未能做到策略性的学习：将学会学习简单地 等同于学习方法等等。笔者认为，要使学习方法的教学富有成效，重视元认知理 论的研究成果，对把学习方法的教学与探索提高到一个新的水平是很有现实意 义的。只有“会学 ，才能“学会”。新世纪的人才是善于驾驭信息并能迅速应 东北师范大学硕士学位论文 对外界状况做出正确抉择的人，这就需要有高水平的认知能力。高水平的认知能 力的核心是元认知能力。我们的口号是素质教育! 基于当前教学是为了学生学会 学习的理念，物理教学是为了培养全体学生的科学素养，我们应致力于培养学生 较高的自我意识，自我监控和自我调节等能力，使得学生能够有方法、自觉地随 着自己的意识去从事一些事情，而不是盲目乱闯。 ( 三) 研究的目标及内容 1 研究目标 时至今日，物理科学方法教育和元认知这两方面的理论和实践研究已相对成 熟，但对于在具体学科教学中培养学生的元认知能力的研究却是很少的，目前国 内外只有在英语和数学这两个学科上有学者进行了较多的研究，物理学科就比较 少了，具体到物理科学方法教育暂时是没有相关的研究，因此笔者就抛砖引玉， 对在物理科学方法教育中培养学生的元认知能力做了一个初步探究，希望将来有 更多的学者专家对这方面进行研究并获得理想的成绩，这将对我们的物理有效教 学、培养高素质的懂得如何学习的人才有极大的帮助和贡献，即加深了学生对物 理科学方法的学习，也培养了学生的元认知能力，使学生达到一个较高层次的认 知水平，同时又能使物理课堂教学高效有序的进行。 2 研究内容 本课题基于当前的国际教育形势，致力于通过文献分析、归纳、总结找出物 理科学方法教育和元认知的连接点，整理出了相关的概念定义，探讨了在物理科 学方法教育中培养学生元认知能力的理论依据、原则和策略途径，研究设计了物 理科学方法教育下的元认知能力培养的两个教学案例。 ( 四) 研究方法 本文主要采用以下两种研究方法。 1 文献法：通过阅读科学方法和元认知方面代表性的理论书籍和期刊 论文、物理教学方面的书籍和期刊论文，相关的脑科学、思维科学的论著， 引发了自己对物理科学方法教育和元认知能力这两方面的兴趣，产生了在物 理科学方法教育中培养学生元认知能力的设想。 2 归纳总结法：在文献阅读的基础上，通过分析、归纳总结提炼出科 学方法、物理科学方法、物理科学方法教育和元认知能力等概念，并针对实 际教学对这些概念进行了阐释，探讨了物理科学方法教育与元认知能力培养 4 东北师范大学硕士学位论文 的联系。最后建设性的提出了寓元认知能力培养于物理科学方法教育的原则 和途径，研究设计了两个实际教学案例并相应的对物理教师提出了几点要 求。 东北师范大学硕士学位论文 课题研究的理论探讨 ( 一) 课题研究的理论依据 1 相似论及其启示 “相似论是首任思维科学研究所所长张光鉴提出的，是从“相似性这一 独特视角建立起来的思维科学理论。他在相似论探讨相似在科学技术和思 维发展过程中的作用与规律中指出，所谓相似是指客观事物存在的同与变异的 矛盾统一；相似论旨在用辩证唯物主义的观点，对客观世界中大量存在的相似现 象和原理进行探讨。客观世界发展过程中的相似现象会反映到人们的大脑中来， 所以人们总是在自觉不自觉地按照相似的规律去认真世界、改造世界。人们在思 维和解决问题时，其头脑中与问题情景相似的“相似块”相似的知识单元或 经验单元起着决定性的作用，无论是抽象思维、形象思维，还是所谓直觉、灵感 概莫能外，这就是思维的相似性原理。“并且提出了静态相似和动态相似的概念， 认为研究和把握事物在动态情况下的相似关系非常重要。 对于物理科学方法教育中培养学生元认知能力的启发。物理科学研究的一般 过程是：“在科学条件的制约下，经过精确、严密的观察实验和严格的逻辑推理， 去粗取精，去伪存真，由表及里，由此及彼，找出事物内部之间以及事物与外部 环境的相互关系和作用，从而确定由相互作用产生的结构、运动变化和因果关系， 形成规律性知识。 这一科学研究动态过程跟学生在进行认知活动的内部思维活 动元认知过程有着极大的动态相似。有了相似关系才有迁移的可能。具有较 高元认知水平的个体能很好的在多种情境中迁移认知策略及元认知策略，触类旁 通! 笔者认为，物理科学方法教育和元认知能力的培养就是这一相似现象。只有 存在着同和变异，我们学术研究才有发展的可能，在学习理论和教学理论方面才 能有更深入的探究，二者也能更好的紧密联系结合起来，为我们人类自身的发展 做出贡献。“寓教于乐，寓乐于教”，同理，我们寓元认知能力的培养于物理科学 方法教育，寓物理科学方法教育于元认知训练。二者合理结合共同达到促进教师 教会学生学习，学生学会学习，使物理教学向科学、高效方向发展。 。张光鉴相似论【m 】江苏：江苏科技出版社，1 9 9 2 2 1 - 2 5 张宪魁物理科学方法教育【m 】青岛：中国海洋大学出版社，2 0 0 0 ，3 6 东北师范大学硕士学位论文 2 行为主义学习理论及其启示 行为主义学习理论中，斯金纳的操作性条件作用指在某种情境中，由机体自 发的反应产生的结果导致反应强度的增加，并最终与某一刺激建立新的联系的过 程。强化是操作性条件作用中最主要的自变量，是提高操作性反应概率的刺激或 事件，表现为各种刺激或各种活动亦或反应。斯金纳认为“强化是操作性条件反 射得以形成的关键因素，并且重要的刺激是反应之后伴随的刺激而不是反应之前 的刺激。山当机体建立起某种行为反应之后还存在着行为的消退和维持、分化和 泛化等规律。 对于本探究的启发。能力的获得是要通过学习主体在日常生活中不断的实践 经验慢慢积累形成的，不是一朝一夕就能炼就，有一个形成的时间问题。而在行 为能力形成过程中，根据操作性条件作用学说，如果不进行适当的强化的话就会 出现行为消退现象。因此，我们在物理科学方法教育中培养学生的元认知能力就 要做到坚持长期并且合理的在教学中训练学生的元认知能力，让学生在学习科学 方法的过程中获得积极的元认知情绪体验及时地对自己的认知活动进行强化，使 自己的行为能力得以维持。并且针对泛化规律，在教学中可以设计多种内容不同 但在学习过程中使用的认知策略和元认知策略大致一样的教学情境，使学生能及 时进行行为能力的情境性迁移使用，成功的解决各种情境下的问题能提高学生的 元认知情绪体验，获得较高的自我学业效能感，这样又进一步的对学生的认知行 为进行了强化。 3 加涅的信息加工学习理论及其启示 人的学习和记忆包括一系列的信息加工流程：从外界接受和采集信息，进行 识别编码和保存，而后在需要的时候从长时记忆中提取出来，加以应用。“在进 行信息加工过程中，学习者不断的进行执行控制，通过各种策略来调节、促进自 己对记忆信息的获取、编码、存储和提取。”以此为基础，加涅还把学习过程分 成八个基本阶段：“( 1 ) 注意；( 2 ) 目标预期；( 3 ) 提取先前知识；( 4 ) 选择性 知觉；( 5 ) 语义编码；( 6 ) 作出反应；( 7 ) 反馈强化；( 8 ) 提取应用。 固 对在物理科学方法教育中培养学生元认知能力的启发。根据加涅的学习 信息加工过程和学习八阶段分法，在物理科学方法教育中，教师要知道如何针对 不同的学习阶段对学生进行元认知能力训练，如何诱导学生回忆起曾经所学过的 知识、激发学生的学习兴趣调动学习积极性以及对学生的学习活动进行评价。教 师要引导学生感受和意识自己的每一个阶段的学习过程，意识到自己如何做( 包 括自己的学习策略选择和情绪调节) 才能获得成功。 。姚梅林学习心理学：学习与行为的基本规律【m 】北京：北京师范大学出版社2 0 0 6 ，9 国全困十二所重点师范院校联合编写心理学基础【m 】北京：教育科学出版社，2 0 0 2 2 3 4 臼陈琦，刘德儒主编教育心理学【m 】_ e 京：高等教育出版社，2 0 0 5 1 2 1 1 2 4 7 东北师范大学硕士学位论文 ( 二) 相关概念的界定 1 物理科学方法教育相关概念的界定 ( 1 ) 科学方法 认识世界和改造世界都有一个方法问题。毛泽东同志曾说：“我们不但要提 出任务，而且要解决完成任务的方法。我们的任务是过河，但是没有桥或没有船 就不能过。不解决桥或船的问题，过河就是一句空话。不解决方法问题，任务也 就是瞎说一顿。科学方法是在科学研究的过程中产生的，主要是指正确进行科 学研究的理论、原则、方法和手段。科学研究是研究者认识和反映对象的过程， 遵循着认识过程的一般规律。所以科学方法从本质上说“是认识世界、改造世界 的方法。 圆科学方法有广义和狭义之分，广义的科学方法是指在人类的一切活动 领域研究和解决问题的合理有效方式、策略和途径，包括自然科学方面、社会科 学方面、思维科学方面的方法，是具有普遍意义的科学方法。狭义的科学方法是 人类在认识和改造自然界的实践活动中形成的正确的行为方式和思维方式，是在 进行自然科学研究和解决自然科学问题中所采用的策略、途径和手段。从哲学角 度看，人类认识客观世界的方法按其普遍性程度可分为三个层次：各门自然科学 中的特殊研究方法，各门自然科学中的一般研究方法和普遍性的哲学方法。哲学 方法不仅适用于自然科学，也适用于社会科学和思维科学，是一切科学的最普遍 的方法。狭义的科学方法实际上就是自然科学方法，属于自然科学方法论的范畴， 是解决人和自然矛盾的方法。固 ( 2 ) 物理科学方法 物理科学方法就是指狭义的科学方法。物理科学方法就是“研究物理现象、 描述物理现象、实施物理实验、总结物理规律、检验物理规律时所应用的各种手 段与方法。 固与此同时，我们的物理科学方法也有广义和狭义之分。广义上讲物 理科学方法包括物理学的研究方法、物理学理论体系的建立方法、物理学理论的 学习与传播方法。狭义的物理科学方法就是指的物理学的研究方法。物理学的研 究方法又可以分为两大类，一类是具有规律和方程式的常规方法，比如逻辑思维、 数学方法和实验观察等，一类是非常规方法，例如直觉、灵感、想像、猜测，物 理美学，物理学家的失误以及物理悖论等。 ( 3 ) 物理科学方法教育 物理科学方法教育是指在物理教学过程中，有目的有组织有意识地渗透和传 授物理学研究方法，使学生在逐步掌握科学方法的同时增强科学素养的活动。“物 国毛泽东关心群众生活，注意工作方法【m 】毛泽东选集第一卷，人民出版社，1 9 9 1 1 3 9 国吴兀棵科学方法论摹础( 增补本) 【m 】北京：中国社会科学出版，2 0 0 8 7 伍功荣高中物理教学中渗透科学方法教育的实践研究【d 1 ：【硕十学位论文】福建：福建师范大学，2 0 0 8 8 张宪魁物理科学方法教育【m 】青岛：中国海洋大学出版社，2 0 0 0 ，3 3 东北师范大学硕士学位论文 理科学方法教育包涵弘扬科学精神、掌握科学方法、树立科学态度这三方面的内 容。 2 元认知能力相关概念的界定 ( 1 ) 元认知 弗拉维尔( 1 9 7 6 ) 将元认知( m e t a c o g n i t i o n ) 表示为“个人关于自己的认 知过程及结果或其他相关事情的知识”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以及连续的调节和协调”。后来弗拉维尔 ( 1 9 8 1 ) 又认为元认知是“反映或调节人的认知活动的任一方面的知识或认知活 动”。1 9 8 5 年，又对元认知的概念做了一次小变动，把元认知定义为某种知识或 认知活动，它以认知活动为对象，或用于调节认知活动。圆在元认知研究发展过 程中，许多其他学者对元认知有其他见解，但都是建立在弗拉维尔最初的对元认 知的界定上，因此，时至今日，关于元认知的最典型、最具代表性的定义，仍然 是弗拉维尔提出的定义。我们又可以简单的把元认知看作是关于认知的认知。根 据弗拉维尔的观点，“元认知包括元认知知识、元认知体验和元认知监控三种成 分。 这三种成分相互联系、紧密结合，缺一不可。元认知的实质是对于认知活 动的自我意识和自我调节。自我意识是能感知到自我的存在，对自我的感觉、情 绪、思维和体验有所意识，能对自己的行为有所意识，能根据实际情况调节和改 变自己的思维和行为。“自我意识是最高级的意识形式，它以主体及其活动为意 识的对象，对人的认知活动起检测和控制作用。监控是指个体获得认知活动的进 展、效果等信息的过程，控制是指个体对认知活动作出计划、调整的过程。 回 ( 2 ) 元认知能力 能力是指认知主体顺利完成某项任务的主观条件，元认知能力即是指认知主 体所具有的对于认知活动的自我意识和自我调节的能力。 ( 3 ) 物理科学方法教育中的元认知能力 具体到物理科学方法教育中，元认知即是指学习主体在学习物理知识和科学 方法的过程中，根据自己对所学的知识和方法以及自身在完成学习任务的把握度 等等因素的了解，伴随着学习过程中带来的情绪体验，采取正确有效的学习策略 和方法时时监控和调节自己的学习过程，使得物理学习过程顺利完成，获得相应 的学习效果。相应地说，元认知能力就是学生能时刻意识到自己进行的物理科学 方法学习过程的内部思维活动并对其进行监控和调节的能力。从元认知的三种成 分分析来看，元认知知识就是指认知主体在学习新的物理知识和方法时，根据自 。张宪魁物理科学方法教育【m 】青岛：中国海洋大学出版社，2 0 0 0 ，3 连榕主编认知心理学【m 】j e 京：高等教育i l 版社，2 0 1 0 1 9 0 莫雷教育心理学【m 】广州：广州高等教育 l ；版社，2 0 0 2 2 2 2 连榕主编认知心理学【m 】北京：高等教育出版社，2 0 1 0 1 9 1 1 9 2 9 东北师范大学硕士学位论文 己已有的知识经验和情绪体验，对于自己是否对所学内容感兴趣、能否胜任这次 学习任务、相比较其他同学而言自己有什么优势能获得多大的物理学业自我成就 感、在学习策略方面有哪些不足而又该如何取长补短以及针对此次学习任务该采 取怎样的认知策略、如何进行监控和调节等等的认识。元认知体验是指在以物理 知识为载体的科学方法教育中，学生主体对于当前的学习任务的好奇心和兴趣程 度、自己能否完成认知任务的焦虑和挫败感、当自己成功的完成了学习任务时的 自信和成就感等等的伴随着认知活动产生的认知体验和情绪情感。元认知监控则 是指在科学方法教育中，学习主体根据自己已有的物理科学方法方面的元认知知 识制定学习计划、预测自己的学习结果，伴随着自己的认知体验和情绪情感，时 刻监督、评估和调节自己的学习过程，针对具体的认知环节调整和采用不同学习 策略和方法，及时的对自己的认知活动、学习策略的使用效果进行评价和修正。 ( 三) 物理科学方法教育和元认知能力培养相结合的优势分析 物理科学方法，如观察、实验、理想化和类比等等这些静态的物理知识本 身并不能对元认知能力的培养产生重大的影响，元认知是属于高级的内部的思维 过程，是动态的。于是我们就化静为动，在物理教学中渗透科学方法教育。因为 在分析和归纳物理教材中存在的科学方法因素的过程中，在向学生展现科学家在 科学研究过程中是如何进行观察实验、如何做出推理和假设、又是如何对自己提 出的假设进行试验验证、并对实验结果进行分析和处理而反过来又对先前的实验 过程进行调整和修正的过程中，在向学生进行科学方法教育的过程中等等的认知 过程都是我们有意识或是无意识的认知和元认知过程。所以科学合理的在中学物 理教学中进行科学方法教育能促进学生元认知能力的培养，因此笔者强调在物理 科学方法教育中能培养学生的元认知能力。元认知属于认知心理学的范畴，伴随 着学生的心理发展而发展，下面笔者从学生的心理特征方面来探讨寄元认知能力 于物理科学方法教育中的优越性。 1 学生的认知发展方面 中学生认知能力的发展不是线性的，从1 3 岁到1 8 岁将出现阶段性的高原期 和飞速发展期。元认知是对认知过程的监控调节，元认知能力与认知能力同属于 认知心理学的范畴，认知能力的飞速发展会促进元认知能力的发展，给元认知能 力的发展奠定基础。“高中阶段的学生，认知能力的发展接近于成熟的程度，能 运用抽象的适用于形式逻辑的( 演绎或归纳的) 推理方式去思考解决问题，可以 进行独立的探究活动和自主的研究性学习。高中生的抽象、逻辑思维能力不断增 强，使得其思维更具有预计性和内省性。 也即是在高中阶段随着认知能力的发 。郑渊芳、陈峰，子课题高中学生学习心理研究研究报告，2 0 0 2 年上报教育部基础教育司。 l o 东北师范大学硕士学位论文 展成熟，学生具有运用各种学习策略、对自己的思维活动进行预测和监控等等元 认知能力，达到能独立自主学习的层次。这在另一个层面极大地促进了学生物理 学科的学习。 另外一项有关概念获得和问题解决的研究表明：“正式学习物理之前，学生 头脑中存在前概念、直觉概念、朴素概念以及在学习过程中形成的相异概念、错 误概念对教学造成巨大阻力，是造成学生物理学习困难的一个重要原因。用认 知心理学范畴的知识解释就是学生的认知能力和物理学科相关的元认知知识影 响了学生当前的学习。有时正规的物理科学教育并没有改变学生的错误前概念， 在对学生的问题解决产生正面影响的同时，还会产生新的错误概念，这就需要我 们在物理学科教学中渗透科学方法教育，授予学生正确的思维方法，形成科学态 度和科学价值观，发展元认知能力。学生物理概念的形成和问题解决还受到已获 的专业知识、数理基础、元认知水平、问题的熟悉程度、问题的情境特征、问题 表征等方面的影响。元认知能力包括了对问题任务、自身在完成任务的全方位的 认识，还能在认知过程进行监控调节，调整学习策略的使用。因此把握住学生元 认知水平并进行提高培养，能很好的促进物理学科的学习。 2 学生的个性发展方面 从后儿童期过渡到青春期的中学生，自身的独立意识开始觉醒，具有一定的 分辨是非的能力。高中生在行为导向上基本有了自己的价值观念与伦理标准。在 处理具体问题时，能够在自己的元认知知识和认知策略的协助下，独立的完成实 际生活行为。这一时期正好是中学阶段，学生各种能力快速发展并趋向成熟的阶 段。在小孩的这一成长阶段，我国的学校教育对于小孩的成长占据主导地位。在 注重具体学科教学发展学生各方面能力的现实下，大力发挥具体学科的教育作用 就显得极为重要。另一方面，处于青春期的中学生，兴趣爱好广泛，求知欲与好 奇心强烈，乐于参加各种创造性活动，对学习和科技活动有极大的兴趣爱好，对 于竞争性、冒险性和趣味性的活动更是乐此不彼。而我们的物理学科恰好就是这 样一门具有趣味性的科学，能在激发学生好奇心的同时，满足学生的求知欲。更 能促进学生兴趣爱好的形成和发展。特别是物理科学方法教育能给学生带来丰富 的认知体验和情绪体验，发展学生逻辑思维能力，提高学生的意识层次，扩展学 生的兴趣范围，能让学生根据自己已有的认知知识和元认知知识独立自主的发展 自己的兴趣爱好，培养学生的个性。同时伴随学生的个性发展，自己已经形成的 物理学业自我概念、成就动机、兴趣、对物理的元认知知识和元认知体验、以及 对父母的态度等都将会影响学生物理学科学习。 。郑渊芳、陈峰，子谍题高中学生学习心理研究研究报告，2 0 0 2 年上报教育部基础教育司。 1 l 东北师范大学硕士学位论文 3 学生的个体差异方面 学生的个性差异极大的影响了学生科学职业的选择和科学成就。个性差异主 要表现在四个方面：( 1 ) 理性的或直觉的；( 2 ) 判断的或知觉的；( 3 ) 外向的或 内向的；( 4 ) 思考型的或感知型的。学生的心理类型影响着学生对科学的兴趣， 某一种课程可能只适合于某一种心理类型的学生。因此学生个性的差异也会给物 理学科学习带来不均衡、不理想的结果。为了使学生获得全面发展，我们就要消 除这种个性差异，让学生获得科学正确的认知观。从认知心理学范畴上看，可以 认为是学生的已有的元认知知识、元认知体验和认知能力导致了学生的个性差 异。这就需要我们在进行学生元认知能力和认知能力的培养过程中消除这种差异 性。历来物理学科在培养学生理性、唯物的思维方式、抽象的思维能力、科学的 态度和价值观上具有自己独特的魅力。物理科学方法教育在培养学生元认知能力 上也具有自身的特性，能在缩减个性差异上发挥自己的作用。 另外性别差异也会引起学生的个性差异。一般认为，社会心理因素或生物心 理因素的差异导致了认知能力的性别差异，并且都是在学生学习兴趣上表现出了 性别的差异。有研究者认为，“男生和女生在科学成就、动机、态度上的差异主 要来自后天的教养，并非是天生的，社会期望是造成这种差异的最主要原因。 生物心理因素我们人力无法使其发生改观，但是对于外界强加的影响因素社 会心理因素，我们可以采用长期而直接的措施来改变性别方面的定势印象和角色 模式。外因要通过内因起作用，因此要改观这种现象，从学生的内部认知过程着 手势必会起到事半功倍的效果。在此笔者认为在物理学科中进行科学方法教育培 养学生的元认知能力，形成学生科学的认知观、世界观，相应的就会减小性别差 异带来的个性差异，为学生的全面发展、培养具有创新能力的高素质人才打下坚 实的基础。 ( 四) 科学方法教育中培养元认知能力的原则 在当前的国际经济形势和国际教育环境的大背景下，我国现阶段的教育越来 越趋向于合理和人性化，注重培养学生学习能力和创新性能力。在物理教育方面， 特别是中学物理教育对于训练学生的思维能力和学习技能有至关重要的作用，近 十几年越来越重视物理教育中科学方法的教育，因为学习了科学方法能使学习者 掌握正确的思想方法和工作方法，提高科学素养，指导学生进行创造性的研究工 作。基于此种情形提出了物理科学方法教育的教学模式，重在发展学生的各方面 的能力，提高学生的素质，使其以灵动的发展性适应新时代发展的要求。这是教 的方面，而在另一个方面，学生学的方面，我们就要从学生这个具有主动建构的 普通高中物理课程标准( 实验) 解读走进新课程丛书编委组织物理课程标准研制组编写武汉：湖北 教育出版社，2 0 0 3 1 2 东北师范大学硕士学位论文 主体出发。根据有些学者对学习策略跟学生的学习成绩的相关性的研究结果来 看，在很大程度上，那些学生成绩优秀，各方面表现突出跟该学生掌握的认知策 略和元认知能力有密切相关。物理学的发展存在着它自身的规律原则和方法，因 此我们在进行物理科学方法教育的教学行为也是受到一定规律的制约和引导。另 外我们的教学活动是人与人的交互行为，是教师与学生的认知发展的互动过程。 在这里笔者注重学生方面的分析，在中学教学阶段，也即中学生受教育的时期， 学生的生理和心理都处在一个自变量因素很多的不稳定的快速发展时期。所以， 我们就需要从这两方面考虑，顺应物理教育和学生发展的规律，遵循在物理科学 方法教育教学中培养学生元认知能力的原则，充分发挥物理科学方法教育的积极 作用，极大程度的培养学生元认知能力。 1 有机结合的原则 将元认知能力的培养与物理教学过程有机的进行结合。任何知识或技能的学 习都是以知识作为载体。元认知知识，在性质和形式上和一般的知识并没有区别， 只是在内容和作用上有区别。因此在物理教育中可以获得元认知知识。另外物理 教育是存在认知主体的知识建构过程，在认知的过程中，我们可以进行元认知监 控的