（课程与教学论专业论文）高中学生形成物理概念的元认知训练研究.pdf

高中学生形成物理概念的元认知训练研究 学科专业；课程与教学论 研究方向：学科教学论 指导教师：廖伯琴教授 作者：青春( 9 7 1 3 1 ) 摘要 ，越来越多的研究表明，结合学科教学进行的元认知训练，能显著提高学生的元认 、 知水平、学业成绩和学习能力。夕、一一 本研究运用“问题启发一参予互动”的元认知训练模式，结合物理概念的教学对 高中学生进行元认知训练，以揭示提高学生元认知水平与形成物理概念的关系，探索 ， 高中物理概念教学的有效途径和科学方法。体研究的结果表明： ( 1 ) 学生掌握物理概念的能力与其元认知水平呈显著的正相关关系。 ( 2 ) 本训练能有效地提高学生的元认知水平和掌握物理概念的学业成绩，其效果 可以得到较好地保持和一定程度的迁移。 ( 3 ) 本训练对不同水平学生效果不同，对中等学生的效果最为显著。 ( 4 ) 本训练对男、女学生均有效，但女学生在效果的保持和迁移上弱于男学生。 关键词：物理概念元认知元认知训练 、，广 ar e s e a r c ho f m e t a c o g n i t i v et r a i n i n g o fs e n i o rm i d d l es c h o o l s t u d e n t si nt h ea c q u i s i t i o no f p h y s i c sc o n c e p t s m 曩j o r ：c o u r s ea n dm e t h o d o l o g y s p e c i a l i t y ：s u b j e c tm e t h o d o l o g y t u t o r ：p r o f e s s o rl i a o b o q i n a u t h o r ：q i n gc h u n ( 9 7 1 3 1 ) a b s t r a c t m o r ea n dm o r er e s e a r c h e ss h o wt h a tm e t a c o g n i t i v et r a i n i n g ，c o m b i n e dw i t hs u b j e c t t e a c h i n g ，c o u l ds i g n i f i c a n t l yi m p r o v e s t u d e n t s l e v e lo f m e t a c o g n i t o n ，a c a d e m i c p e r f o r m a n c ea n da b i l i t yt os t u d y i nt h i sr e s e a r c h ，w ec a r r yo u tt h em e t a c o g n i t i v et r a i n i n go nt h es e n i o rm i d d l es c h o o l s t u d e n t si nt h ee x p e r i m e n t a lc l a s si nt h ec o u r s eo f p h y s i c sc o n c e p t st e a c h i n g i nt h er e s e a r c h ， t h em e t a c o g n i t i v et r a i n i n gp a t t e r n ，c a l l e d “q u e s t i o ni n s p i r i n g i n t e r a c t i v ep a r t i c i p a t i o n ，i s u t i l i z e dt or e v e a lt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ni m p r o v e m e n to fs t u d e n t s m e t a c o g n i t i v el e v e l s a n df o r m a t i o no f p h y s i c s c o n c e p t s i nt h d i rm i n d ，a n dt oe x p l o r et h ee f f e c t i v ea p p r o a c h e sa n d s c i e n t i f i cm e t h o d so np h y s i c sc o n c e p t st e a c h i n gi nt h es e n i o rm i d d l es c h 0 0 1 t h er e s u l t s h o w st h a t ： 1 t h e r ew a sa no b v i o u s l yp o s i t i v er e l a t i o nb e t w e e ns t u d e n t s a b i l i t yt om a s t e r p h y s i c s c o n c e p t sa n d t h e i rm e t a c o g n i t i v el e v e l 2 t h et r a i n i n gm e t h o di se f f e c t i v ei n i m p r o v i n gs t u d e n t s m e t a c o g n i t i v el e v e l a n d b e t t e r i n gt h e i ra c a d e m i cp e r f o r m a n c eo np h y s i c sc o n c e p t s i t se f f e c t sc a nb er e m a i n e da n d t r a n s f e r r e d 3 t h ee f f e c t i v e n e s so ft h i sm e t h o di sv a r i a b l ea c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n c eo fs t u d e n t s l e v e l hi sm o s to b v i o u s l ys e 圯no ns t u d e n t so f i n t e r m e d i a t ei e v e l 4 t h i sm e t h o dc a nb ee f f e c t i v eb o t ho nm a l es t u d e n t se n df e m a l es t u d e n t s t h e f e m a l es t u d e n t s ，h o w e v e r , a r e r e l a t i v e l yw e a k e r i nk e e p i n ga n d t r a n s f e r r i n gt h ee f f e c t s k e yw o r d s ：p h y s i c sc o n c e p t sm e t a c o g n i t i o n m e t a e o g n i t i v et r a i n i n g 2 一气 高中学生形成物理概念的元认知训练研究 1 前言 1 1 中学物理概念教学及其研究现状 重规律、轻概念，这是当前中学物理教学的一大通病。究其原因主要是传统教学 中对待物理概念教学，教师只求讲清楚，甚至照本宣科，常常忽视了概念在物理学中 的基石作用，忽视了包含于其中的科学思想和方法，更谈不上通过概念教学培养学生 的能力；学生则死记硬背，理解仅留在字面上，即使想深入，也不过是抠字眼。在一 些教师眼中，物理概念不过是名词解释，即使掌握得较好的学生，也常常是盲目地通 过习题反复“试误”而零星“深化”的。 其实，物理概念既是构建物理知识的基元，又是进行物理思维的基础。学生在物 理学习上出现的问题大多源于概念不清。因为，概念掌握得不好，规律和题意就难以 正确理解，也就更谈不上正确的解题了。随着素质教育的实施，教学改革的深入，许 多学者、教师也认识到了这一点，并作了一些探索。 关于中学物理概念教学的实践改革，就面上而言，许多中学仍是沿用老一套教学 模式，即使有“变化”，也不过是“新坛装旧酒”，少有实质性的变革。这是因为，一 方面大多数中学教师来自“应试教育”，习惯于应试教育；学生，特别是学生家长也 大多对应试教育感到踏实、放心，不愿成为素质教育的“试验品”，加之教育理论与 教学实际严重脱节，升学压力仍悬于学校和老师的头上等因素。另一方面，物理教学 研究还难以适应物理教学改革的需要。笔者查阅了大量相关资料，发现近年来关于中 学物理概念教学的研究文章，大致有下列几种类型：第一，研究教法改革的经验性文 章居多，其中有的来自教学实践，有的是从物理概念的特点进行探讨：有的则从心理、 教育理论上进行讨论。第二，探析形成错误概念或前概念的原因，包括：理论探讨、 调查分析、案例评析等。第三，关于中学物理概念学习方法的研究，主要是从中学物 理概念形成的过程、模式、关键环节以及中学生的认知特点等方面，结合某些实例进 行阐述。上述研究，共同的不足是空泛议论多、经验总结多、现象罗列多，而实证研 究少、系统探究少、针对性操作性强的研究少。这种现状若不改变，就难以真正提高 中学物理概念教学的效果。 一 t 1 2 元认知及其研究现状 元认知的思想渊源流长，“元”的概念产生于对内省法的自我证明悖论的哲学思 索l l l 。“元认知”这一概念则由美国儿童心理学家j h f l a v e l l 最先提出，并表述为“个 人关于自己的认知过程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地监测以及连续地调节和协调”1 2 1 。此后， 他又作了更简洁地概括，元认知是“反映和调节认知活动的任一方面知识或认知活 动。”1 3 1 从弗莱韦尔的理论中，我们可以知道：“元认知基本上是一个二级构造，认知 活动的对象是问题、数据之类的东西，而元认知活动的对象则是认知过程本身”1 4 1 。 值得一提的是，关于元认知的概念，还有不少心理学家提出了自己的看法。有的认为 元认知是“跳出个系统后去观察这个系统”的认知加工”1 5 1 ，是明确而专门指向个 体自己认知活动的积极的反省认知加工过程【“，是“任何以认知过程的结果为对象的 知识，是任何调节认知过程的认知活动”1 7 1 ，是“对一个认知过程的意识与控制。” s l ； 还有的认为元认知是“人对认知活动的自我意识和自我调节”1 9 | ，是关于个体对自己 认知的认知，是个人对自己的认知加工过程的自我觉知、自我评价、自我调节1 0 l i n l 等 等。可见，元认知这一概念包括了两个方面，一是有关元认知的知识，二是对认知的 调节。对于元认知的结构，b r o w n 认为包含两大成份：关于认知的知识和对认知的调 节l 】“。f l a v e l l 则认为其两大主要成份是；元认知知识和元认知体验【1 3 】。综合两者的观 点，元则认知主要由三个部分组成：元认知知识、元认知体验和元认知监控】。元认 知知识是指个体关于与自己的认知活动、过程、任务和方法等有关的信息和知识：元 认知体验是指伴随认知活动的展开，个体所产生的认知体验或情感体验，元认知监控 则是主体将自己正在进行的认知活动作为意识对象，不断地对其进行积极、自觉的监 控和调节。元认知结构中的这三个方面既功能各异，又相互影响、相互制约、相互联 系，构成一个有机整体，共同实现着对认知活动的计划、监控和调节作用。 目前，关于元认知的研究主要有两类吣1 ；一是对元认知理论的研究，主要涉及元 认知的概念、结构、元认知发展的年龄特征及其脑机制分析；二是元认知的实践研究， 其核心问题是元认知训练。本研究属于后者，在这方面已有大量成功的实验：s h o r t & r y a n ( 1 9 8 4 ) ”纠、h a i l e r ( 1 9 8 8 ) 0 7 1 、杜晓新( 1 9 9 7 ) 1 s l 等证明了阅读理解中的元认知训练 是有效的：d el a p a z & g r a h a n l ( 1 9 9 7 ) t ”i 、s c a r d a r n a l i a & b e r e i t e r ( 1 9 8 6 ) t 2 0 1 等则 发现元认知训练有助于提高学生的写作能力：d o r m i n o w s k ir 1 9 9 0 ) 1 2 1 1 、d e l c l co s & h a r r i n g t o n ( 1 9 9 0 ) 、a l i s i o nk i n g ( 1 9 9 1 ) 、b e r a r d i - - c o l e t t ae ta i ( 1 9 9 5 ) 1 2 4 1 等人证实了元 4 ，蔗 认知及元认知训练在问题解决中起着重要作用，特别是s w a n s o n ( 1 9 9 0 ) 1 2 5 l 通过实验发 现，高元认知能力组解决问题的成绩总比低元认知能力组的更好，其中，高元认知一 低一般能力组的成绩优于低元认知高一般能力组。可见，元认知能力不但能促 进般能力的发挥，而且能弥补一般能力的不足。元认知的研究日益受到人们重视， 已成为各国心理学家研究的一大热点。下面以欧洲为例谈谈元认知在教学领域的研 究：口”荷兰的研究者们提出了一种自我调节的学习理论，概括出教学过程中应遵循的原 则，即确定目标、计划、监控、自我检查、反馈和判断之类的元认知活动过程。在柏 林的德美联合研究所是欧洲较大的元认知研究机构，其主要目标是培养“好的策略使 用者( g o o ds t r a t e g yu s e r ) ”，使他们具有合理的认知策略、元认知知识以及伴随认知活 动而产生的认知体验或情感体验。后经修订，重新命名为“良好的信息加工者”，将 研究的重点从纯粹的策略观念转移到计划性、自信心、信念、欲求及学习环境的特征 等这样一些动机一社会因素上，该模式被广泛用于课堂教学，并取得了良好的效果。 葡萄牙的里斯本大学则进行了“学会思维”的课程教学改革，成功地引进了美国的阅 读理解和问题解决等方面的元认知训练。芬兰的教育家们也拟定了一个名为“认知教 育的常规目标”( f a c e ) 的教学计划，帮助教师理解教学中元认知的重要性。在希腊， 学者们发展了一种新皮亚杰学派( n e o - p i a g e f i a n 卜一认知发展模式，其中引人注意的一 个特征是对元认知一反应领域的重要性的不断加强。 1 3 高中物理概念形成的元认知训练模式的构建及其实施 实验证明，结合学科教学传授学习策略，如果能与元认知训练结合起来，就会十 分有效。国外的一项研究中”7 i ，以学历史的年级大学生的实验对象，将学生分成两 组：对比组运用传统的讲课方式并进行学习技能训练，实验组以元认知训练的方式进 行教学，加强元认知技能训练。在实验组里，学生两人或凡人一组，互相比较，看别 人是如何完成作业的，完成作业时是怎样思考的，运用了什么策略，用这种方法学习 对学习策略的监控和调节。学习结束时，元认知教学组比传统教学组更多地采用学习 策略，作业完成得更好，他们的学习方法已从量变进入了质的飞跃。另一项研究指出 ”，对学习生物学的一年级大学生来说，提高他们的学习策略有三种不同方法：( 1 ) 学 生中心的教学。( 2 ) 策略教学。( 3 ) 元认知教学。所有三个组在学习讨论时注意力都指 向了生物学的知识内容，但是侧重点不同。结果表明，后两组无论在学习方法上还是 学习结果上，都比第一组更优。但是，在减少表面策略的运用上，第二组更优，而在 深层策略的改进上，第三组更优。这是由学生自己进行的讨论，由于对哪些策略可能 是有用的心中无数，没有方向，所以，其效果不佳。麦克奇等( 1 9 8 4 ) 2 1 提出了关于元 认知训练的另一种不同方法，即知识传授法。他们向学心理学的学生讲述学习理论方 面的知识，以此来帮助他们掌握调节自己学习过程的元认知方法，让学生自己产生适 当的学习策略。其结果，学生的学习方法有了显著改进。一项对单纯的学习策略训练 法和加进了元认知监控的学习策略训练法加以细致比较的实验【2 7 l ，所教的课程是计算 机程序，所教的策略也是针对程序内容学习的。结果发现，就描述性知识( 对程序的 记忆) 而言，几组之间无明显差异：但就知识的应用而言，实验组更优。而且实验组 的学习兴趣更浓，学习结束后愿意继续选学更高级课程的人数比例也更高。由此可见， 元认知班级和传统班级相比，存在着质的差别。在国内也有人i ”i 通过例题教学和元认 知监控单对不同认知风格的小学生进行元认知训练，研究元认知训练对小学生解应用 题能力的影响，结果发现：思维策略的元认知训练比一般思维策略训练对小学生解应 用题的能力和元认知能力的发展有更明显的促进作用。还有人运用绘有“解决数学应 用题思维方法流程图”的自我调控单，对初二学生进行解答数学应用题的元认知训练 o 5 1 ，实验结果证实：元认知( 监控) 训练是提高解题能力的重要途径之一。在一项运用 “思维策略提示卡”对高学生进行解决物理力学问题的元认知训练研究中f 2 8 1 ，实验 结果显示：缺乏解题策略和元认知技能是造成学生解题困难的原因之一，结合学科知 识的传授进行思维策略训练可以提高学生解中等难题的能力，在此基础上进行元认知 训练，可提高学生解决复杂难题的能力，且实验效果在相近学科存在一定迁移。 学生在学校获得元认知能力的途径通常有三种。一是通过学生的自身学习经验自 发地获得。学生全凭自己探索，教师不承担任何责任。二是通过教师的教学活动在无 形中习得。教师通过科学地组织教学内容，安排教学程序，选择教学方法，使学生在 完成学习任务的同时，逐步提高元认知能力。三是通过专i 1 + 1 1 练明确地获得。教师或 心理咨询工作者在通常课程之外专门进行的元认知训练就属这一类。第一种做法好像 是给了学生更多的自主权，但研究表明多数学生并不把自己看成是一个主动求学的学 习者1 2 “。因此，对教师而言，这是一种不责任的做法。第二种是值得赞扬和提倡的 做法，但就我国中小学教育的现状来说，必须对大多数教师进行专门的培训，才可能 收到实效。考虑到时间及实验条件的控制等因素，本实验采用的第三种做法，如果获 得成功，今后再向第二种做法过度。渗透到课堂教学中去。而且有关研究表明：中学 生自我调控方式表现为高级的知、情、意的整合调控，心理结构已基本形成，有啜强 的意志。”o l 随着年级的增长，学生学习的自我监控在各方面均得到不同程度的发展和 6 一 提高，特别是从初二到高二，学生在自我评价、组织和转换、目标制定和安排、寻找 信息、记录、环境结构、自我奖励、复述和记忆等1 4 种关于学习活动的自我监控的 总体水平有明显提高p “。因此，我们认为对高中学生的元认知开发可以结合学科内容 通过课外专门训练得以实现。 一些研究表明【l ：按“元认知问题单”启发式自我提问或有指导地相互提问，有 助于提高学生的元认知能力和解决问题的能力。我们认为此方法在物理概念学习中同 样有效，并由此构建出本研究的元认知训练模式，即“问题启发一参予互动”模式： 结合物理概念自编教材向学生传授必要的元认知知识，再利用“元认知训练问题单” ( 以下简称“问题单”) 采用启发式自我提问或有指导地相互提问的方法，对学生进行 元认知训练，并要求学生用于旧概念的复习和新概念学习，在运用中不断巩固提高， 使其学习物理概念的能力和元认知能力相互促进、相得益彰。“问题单”可根据学生 情况、学习内容及学习环节进行设计，要求也可有所灵活机动，但应做到基本统一和 相对稳定，即保持其系统性和一致性。至于“问题单”的内容可根据实际需要而设计， 但一般应包括以下三个彼此联系的环节m j ：( 1 ) 计划。根据认知活动特定的对象和任务 以及主体的特点，在认知活动之间规划活动的程序，预测结果，选择策略，构想出解 决问题的可能办法以及补救措施。( 2 ) 监视。根据计划控制认知活动程序的执行，及时 评价、反馈认知活动进行的各种情况，发现认知活动中的偏差，及时修正和调整认知 策略，控制无关因素对认知活动的影响，确保认知方向和认知目标的实现等等。( 3 ) 调 节。根据优化原则和认知目标，评价整个认知活动过程的各个环节，正确估价自己达到 认知目标的程度、水平，发现问题，立即采取有效的补救措施等。“问题单”于学生 好比是学步时的扶手，开始必须严格按照上面的问题，逐个自问自答，旦融合贯通， 形成习惯，则可灵活运用。由于本训练与学生十几年养成的学习习惯迥然不同，只有 通地不断强化，才能深入，才能使学生进入训练轨道，并由适应变为习惯。因此，训 练可以从浅显处入手，但一开始就要有较大强度，切忌形式主义。 1 4 理论假设 根据元认知训练的已有研究成果，我们假定： ( 1 ) 运用本研究所构建的“问题启发参予互动”训练模式能提高学生的元认知 能力和掌握物理概念的能力，并且两者有相互促进作用； ( 2 ) 在物理概念学习中的元认知训练，其功效在物理科本身和相邻学科中会有一 定迁移作用。 1 5 研究的意义 1 ，5 ，1 实践意义 首先，对学生进行元认知训练是素质教育的迫切需要。推进素质教育，减轻中小 学生课业负担已势在必行，但应注意到“在实际教学中，并不是简单地提供给学生更 多调节自己活动和自己承担学习责任的机会就能提高学习成绩。有的学生可能受益于 这些机会，而有的学生当其独立学习的时候，成绩反而更糟。因为，后者不习惯自我 支配和承担责任。因而可能没有能力去进行有效的独立学习。”1 3 2 其实，经过长期的、 填鸭式的应试教育，大多数学生已养成了学习上的依赖性，独立学习的能力相当差， 这可以说是实旌素质教育的一大障碍，提高学生的认知水平，指导学生学会学习已是 当务之急。因此，培养学生的元认知能力是素质教育的迫切需要。其次，对学生的元 认知训练，有助于其综合素质的提高。本文虽仅就物理概念的形成探讨对学生的元认 知训练。但元认知本身在个体认知中的地位和作用，使得它不但能促进一般认知能力 的发挥，而且能弥补一般认知能力的不足。所以，无论通过何种途径对学生进行元认 知训练，学生一旦掌握，就能利用内化了的策略性知识去修正思路，调控学习方法， 而且将会辐射到他的所有认知领域，提高其综合素质。因此，本研究对深化教学改革、 指导学科教学实践有一定参考价值。由于本研究按物理概念形成的各个主要环节给出 “元认知训练问题单”，运用“问题启发一参予互动”的元认知训练模式，结物理概 念教学，对学生进行元认知训练，因此本研究对物理概念教学效果的提高有直接的促 进作用。 1 5 2 理论意义 元认知是现代认知心理学研究的热点之一，它是关于认知调控的新观点，对认知 策略起统摄控制作用，己成功地进入了几乎所有的认知领域。在教学领域引入元认知 理论及其训练方法，已引起人们的高度重视，越来越多的研究表明，结合学科教学进 行元认知训练，能有效地提高学生的元认知水平和学习能力。不过国内这方面的研究 还刚刚起步，实验研究尚不多见，关于物理概念学习的元认知实验研究还未见报道， 本研究运用自己构建的“问题启发一参予互动”的元认知训练模式，结合物理概念 学习，对高中学生进行的元认知专门训练，以探索提高学生元认知水平和学习物理概 念的能力的有效途径，这对元认知研究和物理概念的学习理论无疑是一种补充和丰 富。 3 _ 、 2 研究方法 2 1 实验设计 本实验采用单因素分层等组实验设计。自变量是结合物理概念学习的元认知专门 训练模式，因变量是学生的元认知水平和物理概念学习能力的提高。 2 2 被试选择 被试选自重庆市第兼善中学高一年级同一物理教师任教的两个平行班。根据物理 概念的前测成绩对两个班的学生进行配对分组( 为了避免被试相互交流的影响，同一 自然班的学生在同一组】，配对的条件是：成绩相当、性别相同。再随机确定其中一 组为实验组，另一组为控制组，并分别隐蔽于两个自然班中。其中，中上成绩1 0 对， 中等成绩2 3 对，中下成绩1 1 对，男、女分别为1 9 对和2 5 对，总计4 4 对。 2 ，3 实验材料 2 3 1 元认知训练问题单 在学生中就物理概念学习进行普查，要求两班学生就其最熟悉的个物理概念具 体写出自己的学习过程，包括学习的方法及自己思维活动等，并找不同水平学生各5 名，进行分组座谈，了解他们学习物理概念的体会和困难。在此基础上，借鉴他人在 这方面的成功经验，编写出“元认知训练的问题单”。为了达到“双盲”效果，实验 中将“元认知训练问题单”更名为：用于物理概念复习的“关于物理概念复习的问题 单”( 见附录一) ，用于新物理概念学习的“关于新物理概念学习的问题单”( 见附录二) 。 2 3 2 状态元认知问卷( 见附录三) o 力 该阀卷是用来测验状态元认知的，所以在测查时，要求被试针对自己在刚刚结束 的考试之中的状况来回答问题。卷中2 0 个题目的类别及题号如下：1 ) 自我意识( 1 、5 、 9 、1 3 、1 7 ) ：2 ) 认知策略( 3 、7 、1 1 、1 5 、1 9 ) i3 ) 计划( 4 、8 、1 2 、1 6 、2 0 ) ：4 ) 自我 检查对错( 2 、6 、1 0 、1 4 、1 8 ) 。对这2 0 个题，都要求被试者进行自我评价，以自己 “从不会这样”到“总是这样”，分四级计分( 1 4 ) 。 2 3 3 物理概念测试卷( 见附录四) 同原任课教师就已学物理力学概念，共同命制难度相当、题型相同的测试卷两份， 随机选择一份用于前测，另一份用于后测。然后，在训练结束后一个月，根据当时正 在学习的新概念( 光学部分) 编制一份与前两份难度相当的测试卷。试题主要来源于高 考、会考、教师用过的测试卷及学生的练习题等，以利于教师把握试题难度。 9 2 3 4 自编元认知训练教材( 见附录五) 在了解学生学习物理概念的情况的基础上，运用所学教育心理学知识，结合自己 近二十年的物理教学经验编写而成( 其中包含了元认知训练问题单及其使用) 2 3 5 调查问卷( 见附录六) 用于了解实验效果，为实验分析提供参考 2 4 实验处理 2 4 1 方法 实验组：结合训练教材传授必要的元认知知识和技巧，并发给“关于物理概念复 习的问题单”，( 关于“新物理概念学习的问题单”两个月后再发) ，采用“问题启发一 一参予互动”的元认知训练模式对学生进行训练。 控制组：在相同的时间里，由原任课教师组织学生自行进行物理概念的复习。 2 4 2 具体操作 ( 1 ) 实验组采用讲解一示范练习的方法，每次授课4 0 分钟，先由教师系统讲 授、具体示范，再当堂练习( 可让学生示范，教师当场评价) 。课后布置少量练习加以 巩固，要求学生自己将所学方法用于正在进行的物理概念学习中，并写出自我报告及 每周小结。 ( 2 ) 为了控制实验条件，在训练时间内，实验组训练内容尽量不涉及要考查的物理 概念，控制组也以自习为主。 总之，训练不能干扰两组的原任课教师的物理教学，保证两组的物理课堂教学是 同一教师、同一教材、同一教法、同样练习、同样时间。 2 5 实验程序 实验时间为两个月，其中训练时间为1 个月，每周2 课时，共8 课时，其操作过 程为： ( 1 ) 前测 物理概念测试：用于配对分组，均衡被试。 状态元认知测试：要求学生针对刚进行物理概念测试回答问题( 下同) ，用于考查 学生的元认知水平。 ( 2 ) 实验处理( 训练) ( 3 ) 后测i ：训练结束后，在试题难度相当，测试时间、评分标准阅卷教师相同的 条件下，进行物理概念和状态元认知测试，了解训练效果。 1 0 ( 4 ) 后测i i ：训练结束一个月后。针对新学概念进行同样测试，考查实验效果的保 持和迁移情况 ( 5 ) 问卷调查：利用问卷要求学生就实验效果，进行自我评定。 ( 6 ) 数据处理：在计算机上，运用s p s s 8 0f o rw i n d o w s 软件包对实验数据进行统计 分析。 3 实验结果 3 1 实验组与对照组的整体比较 3 1 1 关于物理成绩与元认知水平的相关性研究 表1物理成绩与元认知水平的相关性 由表1 的数据信息可知：训练前后学生的物理成绩与其元认知水平呈显著正相关 关系( p o 0 5 或p o 0 1 ) ，只是经过元认知训练后，相关的显著程度有所提高( p o 0 5 ) ，但在后则i 中两者的差异变得非常显著( p o 0 1 ) ，说明本实验所 进行的训练，对提高学生的元认知水平和掌握物理概念的能力都是有效的。在后测l l 中，实验组的元认知水平及物理成绩同样明显高于对照组的( p 0 0 5 对照组2 3 4 7 9 1 3 0 6 6 8 0 5 测 实验组1 1 4 2 8 1 8 2 6 9 2 5 6 f0 0 5 9p 0 0 5 对照组l i4 3 0 0 0 0 6 8 5 5 7 实验组l o 5 9 6 0 0 0 7 5 3 0 7 上2 3 5 5 p 0 0 5 对照组1 05 0 。9 0 0 0 8 5 6 9 3 后 实验组 2 35 5 3 9 1 3 7 1 4 5 2 测 中3 9 2 6p 0 ，0 5 对照组l l4 7 0 9 0 9 士6 7 0 0 1 1 2 表3 的数据信息表明：两组中上、中、下三种不同水平学生的元认知前测成绩均 无显著差异( p o 0 5 ) 。对于两组中下水平的学生后测i 、后测i i 的元认知水平也无明 显差异( p o 0 5 ) ，说明对中下水平学生而言，训练效果不显著。对于两组中等水平 学生，后测i 、后测i i 的元认知水平的差异均达到显著程度( p o 0 5 对照组 1 06 4 3 0 0 0 4 - 4 2 1 7 7 前 实验组2 35 0 5 6 5 2 4 6 6 9 3 中0 1 3 9 p o 0 5 对照组2 35 0 3 9 1 3 4 - 3 4 7 3 8 测 实验组 l l3 5 4 5 4 5 4 - 3 9 5 8 9 下0 4 8 lp o 0 5 对照组 1 13 4 4 5 4 5 4 9 8 7 3 实验组 1 07 5 2 0 0 0 6 2 5 0 3 上0 5 8 0p o 0 5 对照组1 07 3 0 0 0 0 8 8 】9 2 后 实验组 2 36 2 6 9 5 7 4 - 6 9 3 1 1 测 中2 6 8 6p o 0 5 对照组 l l4 2 2 7 2 7 9 8 0 9 l 实验组 l o7 4 6 0 0 0 6 8 8 3 2 上1 0 4 0p o 0 5 对照组 1 06 8 0 0 0 0 1 4 9 9 6 3 后 实验组2 36 6 4 2 4 8 9 4 9 0 8 测中 2 4 9 7p o 0 5 对照组 1 1 5 4 5 4 5 5 1 0 2 4 0 7 表4 中的数据信息表明，两组中上、中、下三种不同水平学生的物理前测成绩均 无显著差异( p 0 0 5 ) 。对于中上、中下水平学生，后测i 、后测n 的物理成绩也无显 著差异( p o 0 5 ) ，说明对中上、中下水平学生而言，训练后其掌握物理概念的能力 无显著提高。对于中等水平的学生，后测i 、后测i l 的物理成绩的差异均达到显著程 度( p o 0 5 兀 对照组2 54 8 8 4 0 0 6 2 6 2 9 认 实验组2 55 6 4 8 0 0 7 4 6 1 7 知 后测i 4 5 5 7p 0 0 5 ) ，但在后测i 中有显著性差异( p o o l ，p o 0 5 对照组1 94 5 4 2 l l 8 1 8 0 7 认 实验组1 95 6 6 8 4 2 8 6 0 0 0 知后测i4 1 8 6p o 0 1 对照组1 94 5 1 0 5 3 4 - 8 9 9 3 2 水 实验组1 9 5 3 0 5 2 6 7 7 7 8 0 后测i i3 3 2 1p o 0 5 物对照组1 94 9 2 6 3 2 4 - 9 2 5 4 7 理实验组1 96 4 2 6 3 2 4 - 9 9 7 6 9 后测i2 2 7 3p o 0 5 成对照组1 95 7 7 3 6 8 4 - 1 6 3 5 3 2 绩实验组1 96 7 2 1 0 5 4 - 1 1 5 1 1 2 后测i i2 4 7 4p o 0 5 ) 。在后测i 中则出现明显差异( p o o l ，p o 0 5 ) ，说明训练能较好地提 高男学生的元认知水平和学习物理概念的能力。在后测i l 中，元认知水平和物理成绩 同样呈显著性差异( p o o l ，p o 0 5 ) ，说明对男学生而言，训练效果的保持和迁移都 较好。 4 讨论 4 1 物理溉念学习中的元认知知识 弄清物理概念学习中有哪些重要的元认知知识，是本实验应首先解决的问题。通 过分析，我们将物理概念学习中的元认知知识概括为以下三方面。 4 1 i 关于物理概念的元认知知识 物理概念是客观事物的物理本质属性在人们头脑中的反映。是人们进行物理思维 的基础。学生掌握一个物理概念，就意味着形成相应的“概念图式”，该图式包括概 念的引入、概念的定义、定义式和量度式、物理量的测量和测量方法、物理量的运算 法则、各概念间的区别与联系、概念形成解决了什么样的物理问题、概念形成的科学 方法等啪1 。可见，掌握一个物理概念应达到下列要求： 3 4 1 其一，必须懂得物理概念是如何建立起来的。物理概念是观察、实验和科学思维 的产物。在充足的感性认识的基础上，利用观察和实验丰富学生的表象，通过分析、 综合、抽象、概括、类比、等效的思维过程，上升到物理概念。在这一过程中，要特 别注意科学方法的学习。 其二，透彻理解物理概念所反映的本质特征，即掌握物理概念的内涵。这主要包 括：知道该物理概念反映的是哪一类客观事物的哪些本质属性；知道物理概念是如何 定义的，如果是物理量，则其量值是怎样测量和计算的，单位是什么。但应注意，构 成物理概念内涵的本质属性可能是一个，也可能是多个。也就是说，在理解物理概念 内涵时，不能把物理概念理解为是某类事物的所有属性。 其三，弄清物理概念的运用条件和适用范围，即掌握物理概念的外延。衡量或判 断是否掌握物理概念外延的标准是：能否准确地把握该概念的适用范围和条件；是否 弄清该物理概念与其相邻概念之间的区别和联系。 其四，能运用物理概念解决实际问题( 尤其是实验操作和习题解答) 。这包括两层 含义：一是指物理概念的建立解决了一类物理问题：二是指概念建立后，应用物理概 念去解决具体的物理问题。学会运用物理概念的过程，不仅是巩固、深化和活化物理 概念的过程，亦是掌握运用概念的方法的重要途径，有助于培养学生分析和解决物理 问题的能力。 4 1 2 关于策略的元认知知识 根据奥苏贝尔( d p a u s u b e l ) 的认知一意义接受理论1 3 5 】，新学习的物理概念同认 知结构中的原有内容相结合的方式可分为下位关系、上位关系和并列关系，对应着下 位学习、上位学习和并列学习三种学习类型。按照皮亚杰( j p i a g e t ) 的认知一发展理论 3 6 1 ，物理概念的形成过程，实质就是通过同化和顺应两种基本方式对原有认知结构的 扩展、更新或重建，进而达到新的平衡。下位学习对应于下位关系，即所学习的物理 概念类属于学生认知结构中已有的、包摄性较广的概念。这类学习将丰富、扩展学生 的认知结构( 但不会发生根本性变化，只起扩容作用) 。在下位学习中需要学生积极地 把所学概念与自己认知结构中原有的相关知识相联系，把所学概念纳入原有物理认知 结构中，同时使所学习的概念与原有的相关知识进一步分化和融会贯通，组成一个有 机的整体，这一过程主要是同化。例如。高中学生的学习万有引力概念时就首先必 须把力 有引力与其原有认知结构中已有的力的概念相联系。把万有引力纳入力的概念 1 6 中( 它具有力的共性) ；其次，他必须使万有引力概念与原有重力、弹力、摩擦力等概 念精确分化( 它也有其个性) ；当然，他还必须把万有引力概念与原有的力、重力、弹 力、动量、圆周运动等概念及牛顿定律等规律融会贯通，形成一个有机的整体( 综合、 运用、深化) 。同样，上位学习则对应于上位关系，即所学习的概念是一种包摄性较 广，可以把一系列原认知结构中已有的概念归属于其下的物理概念。这类学习将拓展 学生的认知结构的外延，增加认知结构的层次，它需要重构或改组认知结构。这要求 学生积极唤起头脑中已有的相关物理观念，与所学习的概念产生联系，通过归纳、概 括，抽象出共同因素，上升到更高的概念网络层次，这主要是一个顺应的过程。并列 学习则对应于并列关系，指所学习的物理概念与认知结构中已有的物理知识既不是从 属关系，又非总括关系，而新的学习同已有的知识又具有潜在的联系。这类学习实质 上也是一个顺应过程，但它不是更新原有认知结构，而是受已有认知结构的迁移作用， 构建与原有认知结构相并列的认知结构，这显然比前两类学习要困难些。在中学物理 中，并列学习的比重较大，这也是中学生普遍认为物理难学的原因之一。 学生在学习物理概念时，习惯于同化，而不能自觉地采用顺应的认知方式，从而 造成学习的失败。当然，这也和物理概念教学的现状有关，传统的学校教育传授的知 识大多局限于描述性知识而忽略了程序性知识和条件性知识的传授。我们向学生传授 的策略知识，不仅包括了描述性知识，而且还应包括程序性和条件性知识。因此，仅 让学生知道策略是什么还不能使学生恰当地使用策略，更重要地是还应让他了解如何 运用以及在什么时候、什么条件下运用，才能达到目标，即在指导学生学习物理概念 时，不仅应该让他知道该选用什么策略，而且要让他知道“为什么”要用这策略。 学生意识到某一策略的运用理由时，实质上已理解这一策略的运用条件，以后遇到类 似条件，就会自动激活有关的策略知识。 41 3 关于学生自身特点的元认知知识 在学习物理概念时，学生首先应对自身的相关情况进行全面的了解和评价。例如， 对所进行的物理概念的学习的目的和任务是否明确，有无兴趣；与同伴相比自己的学 习能力如何：对与该物理概念相关的背景知识了解多少：知道哪些建立物理概念的方 法和学习策略，能否运用：以往学习物理概念的过程中，得到的经验和教训有哪些； 自己学习习惯等等。 1 7 4 2 关于元认知训练 4 2 1 训练方法 由于训练课时很少( 共8 课时) ，因此，对每节课都应精心设计，突出重点，即重 方法指导，重解决实际问题。 传授元认知知识时，要尽量不引入心理学方面的术语或概念，利用学生熟悉的物 理概念进行例释，而且只讲必要的，不可随意发挥，讲得过多。同时要求学生采用“例 中学”和“做中学”的学习方法，尽快熟悉训练所必需的元认知知识。实际情况是， 学生对关于物理概念的元认知知识很感兴趣，对训练本身却缺乏热情，尤其是训练之 初，学生很不适应，对“问题单”上的问题大多觉得难以回答，有的甚至认为太过麻 烦，还不如过去的学习方法好，因而产生畏难情绪和排斥心理。针对这一情况，可在 具体示范的基础上，选择一些学生熟悉而又易于学习的概念( 例如，初中物理中的典 型概念) 让学生练习、示范，并与学生共同讨论、分析、修改。课后要求学生就当前 所学概念中的部分简单概念，按照“问题单”上的问题，逐一笔答在作业本上，然后 再大声念出来，或同桌两人利用训练时间及课余时间相互提问。这种强化训练，可以 使学生尽快适应训练方法，熟悉所学策略知识及其应用。当然。初始阶段对学生的回 答不能求全责备，关键在于熟悉方法。待学生初步习惯训练方法后，再告诉他们可根 据自身特点及所学概念的特点灵活运用，这时不少学生已感受到了训练的效果，通过 与学生交谈及批阅训练小结发现，多数学生认识到了物理概念的重要性，而且有相当 一部分学生认为训练帮助他们克服了学习上的一些坏习惯，诸如，“不能尽快进入学 习状态，每次都为选择学习内容耽误很久。”、“学习过程中一遇困难就放弃，或变 更学习内容，或干脆做与学习无关的事情。”等等。这时，可让这一部分学生在班上 交流经验、谈体会、以带动其同学，并起到示范的作用。 4 2 2 训练原则 科学的训练原则是取得训练效果的保障，在本训练过程中，主要贯彻了以下几条 原则。 ( 1 ) 明确目标 教师在实施训练之前一定要有明确培养目标，也就是