在科学探究活动中

郑健宁

从2010年起，元认知概念便被引进笔者所在学校的科学课程中，其在推动课程改革和学生有效学习方面发挥了积极作用，但也产生了一些新问题。比如，学生的元认知能力在科学课堂中究竟应该如何发展？对此，结合科学课堂教学和相应年段学生的心理发展水平，笔者所在学校对学生元认知能力进行了系列化研究，如利用各种途径和辅助手段，让学生的思维过程显性化等。现笔者就元认知相关问题与各位同行方家做一探讨。

一、元认知的概念及其价值

元认知概念最早出现在美国心理学家弗拉维尔在1976年出版的《认知发展》一书中。弗拉维尔对元认知作了一个简化的界定：反映或调节认知活动的任一方面的知识或者认知活动。通俗地讲，就是指人的自我学习能力。

元认知有两个基本功能：一是意识性，能使学习者明确自己拥有什么知识，自己正在做什么，做得怎样，进展如何；二是调控性，使学习者能随时根据自己对认知活动的认识，不断进行调整、改进和完善，并使认识活动能有效地向目标逼近。因此，元认知在学习中的作用体现为深层次提高学习者的自主学习能力，并从根本上提高学习效率。

二、元认知与科学课程的关联

《科学（3-6年级）课程标准》的总目标要求，通过小学科学课程的学习，让学生逐渐养成科学的行为习惯和生活习惯；了解科学探究的过程和方法，尝试应用于科学探究活动，逐步学会科学地看问题、想问题。在科学探究的分目标中，也有相应的要求：能用自己擅长的方式表达探究结果，进行交流，并参与评议。

综观儿童元认知发展的历程，元认知调节有一个从他控走向自控的过程。在这个过程中教师起着中介作用，故教师应当思考如何通过适当的教学策略，来使学生从他控状态进入自控状态。这有赖于教师的计划、策略、言语暗示和提醒等。在探究式科学活动中，关注学生元认知能力的发展，就是要把教师的授课策略不断转化为学生的学习策略，就是要增强学生科学学习的自主性及反思能力。

三、在探究实验中应用元认知监控的实践

笔者所在学校使用的是教育科学出版社的教材，其编写特色是让学生经历典型的探究活动。现以其中的五年级下册“时间的测量”单元中“摆的研究”一课为例，重点介绍如何在探究活动中抓住各种生成性问题，利用提问等教学方法，发展学生元认知能力，将学生的思维过程显性化，引发其思维的自我监控和自我调节。

实施教学目标中的“运用对比实验的方法，使学生认识到摆的快慢与什么有关系，知道对比实验中的定变量关系，让学生经历一个观察现象—推理判断—制订方案—论证计划的可行性活动过程”与“初步意识到精确测量结果的得到是需要反复测量的”这一部分时，就可用元认知监控理论，对学生面对的问题进行追踪指导，引导学生将面对的问题转化为可操作的测量实验，指导学生运用科学的方法来解决问题。

实验的关键在于分别针对“摆长、摆幅与摆锤重量”三个影响因素设计对比实验，最后进行数据分析，比较在相同时间内的摆动次数，分析得出影响摆的快慢的因素。但事实上，对于五年级的学生来说，“只改变一个条件，控制其他条件不变”的实验操作是有难度的。学生的关注点都在变量上，而注意控制变量，就会因为忽略对不变量的控制导致实验失误。

因此，在动手实验之前，教师可以先把这个问题提出来：“我们改变每次实验的摆绳长度，但是要保证摆锤和摆幅不变，如果忘记了怎么办？怎样做才能不忘记？”经过快速讨论，学生很快就能想到可操作的方法——把摆锤和摆幅的设定记录下来，写在表格的最左边。这时教师可以追加提问：“原来绳长、两倍绳长、三倍绳长设定为多少才合适？”每个小组先把实验参数写下来，快速浏览过后，笔者发现，对于摆绳长度的设计，有一个组是这样定的：2厘米、4厘米、6厘米（因为这套装置绳长可以设置到18厘米，因此这样的参数可以提出来讨论）。当笔者把这组参数提出来时，五年级的学生并没有出现“一面倒”的意见，对于这样的设置有什么不好的问题，只有个别组认为可以设置到18厘米的装置，而现在只用了6厘米，有点“浪费”材料。最后的讨论结果是，这个组还是按照这样的参数进行实验，但是每个组在实验时，更加注意可能出现的情况了。

经过全班讨论后的实验记录表，修改了实验参数的记录形式，于是三个参数都出现在记录表里了。其中不变的“摆锤”记录为“（ ）倍重力”，“摆幅”记录为“（ ）度”，而“摆绳的长度”则增加到“原来绳长：（ ）厘米；两倍绳长：（ ）厘米；三倍绳长：（ ）厘米”。通过增加了这样的记录，能提醒学生在实验过程中保证变量的有效控制，得出比较好的分析结果。

最后汇报添加实验的原因时，一组同学说：“实验参数的设置除了要有一定的规律外，还要考虑尽量把差距拉开，这个实验，如果只是改变了绳长的2厘米，就需要多做很多组，实验的时间和次数就要增加，原来练习册上提示成倍增加摆绳的长度，就是希望在3次实验之后能得到明显的结果。”这样，学生就真正思考到了实验参数的设置意义，初步了解到了设置参数的一些要求。这一系列过程，让学生的元认知能力得到了发展，做到了用科学的方法来解决问题。

四、实践后的思考

在实践过程中，师生也面对这样的问题：假设固定的一个小组是4个人，那么，4人的认知能力差异在这样的探究活动中便难以兼顾。小学生的元认知水平差异非常大，有的学生能够正确认识自己，有很强的自我监控能力；而有的学生则没有明确的学习动机，缺少自我效能感，更缺少自我监控和自我评价能力，学习上被动应付现象很严重。

同时，笔者通过长时间的教学观察发现：由于小组想要在限定时间内完成实验任务，其成员就会把决定权交给各方面综合能力较强的同学，由其担任组长，决定实验的内容、方式、步骤等，并进行实验数据的分析和得出结论；而其他同学则逐渐“被分工”，仅仅完成组长布置的任务和判断组长提出的结论；甚至小组中会有个别各方面能力较弱的同学，放弃思考和讨论，只负责操作。所以，小组中最后会出现比较明显的差别，尤其表现在认知能力方面的差异。而笔者倡导的元认知监控更多地强调自主监控，如果学生经常处于别人的监控之下，其元认知能力就会越来越低下。

可见，在某种程度上，教师对学生的元认知能力差异的定位、教学目标的定位还过于理想化。那么，怎样摆脱理想化，使每个学生都能得到发展，并提升自身的科学素养呢？这个问题还有待深入地思考。