元认知体验策略在物理教学中的应用

邓 颖

(江苏省无锡市市北高级中学,江苏 无锡 214000)

认知体验是伴随着认知活动而产生的认知体验或情感体验.它首先是一种生命历程,其次是内心的形成物．可能发生在教学认知活动的任一时刻:在学习前对学习材料的熟悉感、对学习任务的困难感和是否偏爱与厌恶感,能意识到在学习中可能成功或失败,在学习过程中学习判断学习任务所需的精力和时间,遇到学习障碍时的体验,学习策略的选择等;学习结束后由成功带来的喜悦、自我效能感或者由失败导致的困惑、焦虑、沮丧等,判断是否达到目标．元认知体验是把当前学习任务和过去的学习体验联系起来的桥梁,能够进一步促进学习．元认知体验下的教学实践活动就是“引导学生在体验中感悟、在体验中创造、在体验中提高物理核心素养”．

1 还原物理学发展史,培养元认知体验

纵观物理学的发展历史,物理实验无不经历了物理学家们的反复推敲和再创造,一次次地得出结论,一次次地再推翻,经历非同寻常的挫折．以“划时代的科学发现”的教学为例,在教学设计中把法拉第的探索过程改变成探究案例,了解法拉第探索的心路历程,学习物理学家如何有效调控认知活动.

(1) 在探究活动前目标明确.

① 法拉第研究的动机:“我因为对当时产生电的方法感到不满意,因此急于想发现电磁及感应电流的关系,觉得电学在这条路上一定可以有充分的发展”(法拉第语)．他认为世界万物是相互联系的,奥斯特发现电流的磁效应,让法拉第坚信磁应该也可以生电.

② 法拉第所处的时代的对称性思考只是某种有意义的思维导向,类似于类比方法或逆向思维．他认为基于静电感应(摩擦电感应摩擦电)、磁化(磁感应磁)、电流的磁效应(伏打电感应磁),法拉第运用类比思想考虑伏打电能否感应出伏打电、磁能否感应出伏打电．认为磁生电是稳定的,法拉第受“静变”思维的束缚,实验无数次失败.

(2) 探究过程中,屡战屡败的沮丧和坚持.

① 实验初期的失败实验.

法拉第在初期设计实验(可以让4个学生采用角色扮演的方式展示出来):

实验1:两根长4英寸导线并列放置,用两张厚纸将他们隔开,将其中一个导线接到电池两端(伏打电),另一根与电流计相连.

实验2:将空心螺线管接到电池两极,把一根导线引进螺线管,直导线两端与电流计相连.

实验3:将实验2中的直导线与电池两极相连,螺线管与电流计相连.

实验4:把两根导线相互缠绕着,先把其中一根的两头接到电池上通电,把另一根的两头接到检流计上．

对比同时代的科拉顿实验.(为了让学生有深刻印象,可同时播放动画或图片配合说明．)

② 长达10年的实验,屡败屡战,终获成功的迷茫.

图1

法拉第改进实验装置,发现电磁感应是一个短暂效应，如图1所示．他很疑惑:静电感应能够感应出稳定的静电,为什么“伏打电感应”却感应不出稳定的伏打电? 是A线圈中的伏打电感应出B线圈的伏打电,还是A线圈中的伏打电的磁感应出B线圈的伏打电呢?法拉第在给老友的信中说:“我想我捞到了一样好东西,可是没有把握,或许我花费了那么多劳动,捞到的不是一条鱼,而是一团水草”．

③ 穷则思变,终达目标.

(A) 改小磁针为弦线电流计,可以定量测量产生的感应电流．

(B) 铁环是实验的必要条件吗? 他改铁环为铁棒,又改为纸板做的芯子,重做实验成功．实验说明铁环不是实验的必要条件,但有“聚磁”作用．

(C)A线圈是必需的吗?为什么非要在A边的电流接通或切断的瞬间才能感应出电流呢?说明A产生磁场,在A边的电流接通或切断的瞬间产生电磁感应,说明这一现象的瞬时性．

(D) 如果把A线圈换成磁铁,让它相对于磁铁运动能否产生电磁感应现象?

法拉第先后设计了类似的几十个实验,最终找到电磁感应现象的秘密．

科学家研究工作是开拓性的,就像在一间黑夜中摸索,他们在探索中犯的错误不见得比我们少,只不过他们除了有敏锐的直觉、正确的思维方式之外,还有永不服输、永不止步的精神．

2 创设问题情境,让学生参与认知产生、发展的过程

引导学生建立学习目标,制定计划,提出问题,指导学生不断地对学习过程及其结果,学习策略及其效果进行监控、评价、修正．在学习中训练元认知策略．

在讲解运用切割方法产生感应电流时,教师通常的设计如下.设问:在初中学习中,如何产生电磁感应现象?学生会回答导体棒切割磁感线．教师演示实验后,让学生用示意图画出实验方案．收集比较典型的几种画法．总结出如图2所示.由此总结:是磁感应强度不变面积改变而产生感应电流,但对于学生来说,画出图2(b)是一个思维跳跃．所以先不急于总结学生的示意图,可以再设置两个实验,进一步感悟.

图2

任务： 利用长方体线框和弹性导体线框分别匀强磁场中切割磁感线运动,观察实验现象．

学生会发现长方体线框在匀强磁场中切割磁感线运动不能产生电磁感应现象(失败), 弹性导体线框在收缩或张大过程中会有电磁感应现象(成功).在学生对实验结论困惑时,引导学生深层原因．在我们寻找产生电磁感应的条件时,恰恰可以从不产生电磁感应的条件中找到成立的边界．在失败时寻找到解决问题的途径．从而诱发学生产生元认知体验.

3 分享交流,加深理解,丰富元认知体验

没有学生思维障碍的展示和暴露,就没有真正地做到有效教学．只有学生自己感悟并内化了的方法才有使用价值．加强“生生对话”,通过讨论,学生可以在听取其他同学的体验、感受的过程中,丰富自己的认知体验．例如,教师提出问题,让所有学生展开思考、分组讨论,提出解决问题的办法,然后请那些成功地解决了问题和那些没有解决问题的学生各自讲述自己的认知过程遇到困难和解决方案,使得其他同学获得了体验别人的认知过程,并且与自己的认知过程相比较.这样会促进学生去体验自己的思维与解法．在过程中会经历各种困难、失误.这些困难和挫败会让学生在心理上产生相应的元认知体验,促使学生基于自己的认知风格冷静地寻找解决困难的方法,补充、删除和修正元认知知识,把体验到的思维方法同化到知识结构中,建立新旧知识的联系,并提升高阶思维品质．

4 引导拓展,深化感悟,优化元认知体验

认知活动中需要学生在积极的思维过程中进行，只有强化思维过程，才能使学生的能力逐步提高.在课堂教学过程中,设计情境让学生先独立解决问题,然后教师通过示范的方法向学生讲述解决某个问题或学习某项新内容时的思维过程,学生在体验这样的认知过程时,深化对原有的元认知知识的理解,也会提高他们将来面临这些问题时运用合适的认知策略的意识和技能．在这样的活动中,教师要关注学生比较成功的问题解决过程和失败的问题解决过程间的不同,以及这些不同如何影响到后续的加工过程,并最终影响认知加工结果．学生在遭遇难以解决的问题时,难免会因困难而产生怀疑,因而导致思维混乱,产生挫败感,如果在教师引导下,学生对自己的体验有了正确认识之后,学会有效的监控和调节自己的学习．学生有了这种体验之后,就知道用好方法去思考,不会再用笨方法．

5 关注学生认知差异,从学生兴趣点切入,激发学习动机

在引课过程中为了激起不同风格学生的兴趣,教师要采取多种方式呈现:用图片、视频、各种实物模型展示;精炼的言语叙述;演示实验,角色扮演等,激发起学生探究的愿望．

不同风格的学生偏爱不同的学习方式．如果教学策略与学生认知风格相匹配会使学生在课堂上感到得心应手,如果教师采用的策略是一直与某种风格学生相匹配会让这类风格的学生浅尝辄止,不愿深入钻研;失配策略是让学生挑战并发展自己的弱势风格,如果教师采用的策略一直与某种风格学生失配,这种类型的学生会有挫败感,导致“习得性无助”;在教学过程中,有意识的轮换采用适合不同认知风格的教学策略,让学生经历匹配时的喜爱与兴趣,也承受失配方法的厌恶和焦虑．

积极的元认知体验能够激发学生兴趣,有效减轻学生学习压力,促使学生以更大的热情投入到学习中,不断找寻最有效的学习策略,从而提高学习能力．