以项目式学习提升学生元认知水平和问题解决能力

袁蓓

〔摘    要〕  元認知，通常指个体所拥有的与自己的能力特点和认知过程有关的知识，对于提高学生问题解决的有效性、促进学生学业水平有促进作用。诸多研究表明，项目式学习（PBL）有助于提升学生科学探究能力、问题解决能力、元认知水平。本研究以小学STEM课程的项目式学习为例，对如何提升小学生元认知水平及其对问题解决能力的影响进行深入探究。

〔关键词〕  小学科学；项目式学习；元认知水平；问题解决能力

〔中图分类号〕  G424                〔文献标识码〕  A         〔文章编号〕  1674-6317    （2024）  02    004-006

一、文献综述

研究表明，小学1～2年级学生的元认知水平与学业成就及智力之间存在较高的正向相关性。也有研究发现，元认知能有效促进自我反思，优化学生在数学问题解决中的表现。比如，中小学学生的元认知水平越高，越有利于其在问题解决的过程中合理地运用相关知识和推理策略，解决复杂的、真实世界的问题可能性越大，这样的学生在语文、数学学业测试中越容易获得较高的分数。类似的结论在对大学生元认知水平与学业表现的研究中也得到了证明，大学生元认知水平与学业表现显著正相关，并且能在很大程度上预测其学科成绩。

二、研究方法

（一）研究对象

本研究对象为中山市某城区公立小学四年级两个平行班级的学生。参与实验的小学四年级学生已经具有一定的元认知和问题解决能力，且具备基本的阅读和电脑操作能力，可以较好地理解并完成调查问卷。

（二）测量工具

本研究采用学生元认知水平和问题解决能力量表来检验学生在实验前后的元认知水平和问题解决能力。

（三）实验设计

本研究随机抽取中山市某城区公立小学四年级两个班级的其中一个为实验组，另一个班级为对照组。其中，实验组学生接受PBL小学科学课程，对照组学生接受传统的小学科学课程。整个实验分为实验前测、实验处理和实验后测三个流程，整个实验历时一个学年，每周一个课时，每个课时40分钟。

（四）数据处理与分析

本研究使用SPSS20.0软件，并使用如下方法进行数据分析。

采用配对样本t检验分析对照组和实验组在活动前后元认知水平和问题解决能力变化情况；

采用协方差分析（ANCOVA），以学生前测元认知水平为协变量，分析PBL科学课程对学生问题解决能力是否有显著影响；

采用独立样本t检验分析STEM科学课程是否影响学生元认知水平和问题解决能力。

三、研究结果

删除没有参加前测或后侧的无效样本后，参与本研究的有效样本为88人。

（一）对学生元认知水平的影响

研究使用独立样本t检验分析对照组和实验组前测元认知水平的差异。结果显示，  对照组和实验组在元认知水平前测结果上不显著（t=1.89，p=0.06），说明对照组和实验组样本的元认知水平在实验前具有同质性。

为探究PBL小学科学课程是否有助于提升学生的元认知水平，以元认知后测分数为因变量，以STEM课程为自变量、元认知前测分数为协变量，对数据进行协方差分析。STEM课程与元认知前测分数的交互作用不显著，满足斜率同质性假设（F〔1，84〕=0.03，p=0.86），可进行进一步的协方差分析。结果表明，在排除前测的影响后，控制组和实验组在元认知后测分数没有显著差异（F〔1，84〕=3.57，p=0.06）。由此可知，PBL小学科学课程对学生元认知水平没有显著影响。

分别对对照组和实验组的前后测元认知水平进行配对样本t检验。分析结果显示，实验组学生的元认知水平在实验后有一定幅度的提升，均值从17.16上升到17.93， 但未达到显著程度（t=-1.22，p=0.23）；对照组学生的元认知水平在实验后有一定幅度的降低，  均值从18.34下降到17.00，  且达到显著水平（t=2.61，p=0.01）。使用独立样本t检验分析对照组和实验组后测元认知水平的差异（如表1所示），  分析结果显示后测中实验组学生的元认知水平略高于对照组学生的元认知水平，  但差异并未达到显著水平  （t=-1.91，p=0.06）。这表明PBL小学科学课程对于促进学生元认知水平的提升有一定的效果，但并不十分明显。

（二）对学生解决问题能力的影响

研究使用独立样本t检验分析对照组和实验组前测问题解决能力的差异。结果显示，  对照组和实验组在元认知水平前测结果上不显著   （t=1.89，p=0.06），说明对照组和实验组样本的元认知水平在实验前具有同质性。

为探究PBL小学科学课程是否有助于提升学生的问题解决能力，以问题解决能力后测分数为因变量，以STEM课程为自变量、问题解决能力前测分数为协变量，对数据进行协方差分析。STEM课程与问题解决能力前测分数的交互作用不显著，满足斜率同质性假设（F〔1，84〕=2.08，p=0.15），可进行进一步的协方差分析。协方差结果表明，在排除前测的影响后，控制组和实验组在问题解决能力后测分数有显著差异（F〔1，84〕=5.53，p<0.05）。由此可知，PBL小学科学课程对学生问题解决能力有显著影响。

分别对对照组和实验组的前后测问题解决能力进行配对样本t检验。配对样本t检验结果显示，实验组学生的问题解决能力在实验后得到显著提升（t=-2.24，p=0.03），均值从11.68上升到12.68；对照组学生的问题解决能力在实验后均值从11.77下降到12.34， 但未达到显著水平（t=1.43，p=0.16）。使用独立样本t检验分析对照组和实验组后测问题解决能力的差异（如表2所示），分析结果显示，后测中实验组学生的问题解决能力显著高于对照组学生的问题解决能力（t=-2.33，p=0.01）。这表明PBL小学科学课程能有效促进学生问题解决能力的发展。

考虑到本实验中所测得的元认知水平和问题解决能力均为非连续性数据，故采用斯皮尔曼等级相关对实验组学生实验后的元认知水平和问题解决能力进行相关分析。结果显示，学生的元认知水平和问题解决能力呈显著的正向相关关系（如表3所示）。

四、研究结论

本研究结果显示，小学科学PBL课程比传统的小学科学课程更能促进学生问题解决能力的发展，这说明小学PBL课程有助于培养学生的问题解决能力。学生在项目式学习中，通过收集资料、获取信息、讨论方案、操作实践来解决基于真实情境的问题，并在解决问题的过程中学会综合运用所学知识与技能，从而引发深度的学习，构建有意义的知识。

此外，小学科学PBL课程比传统的小学科学课程对学生的元认知水平有一定的促进作用，但效果并不十分显著，说明小学PBL课程对于学生的元认知水平发展有正向作用，但提升效果不如对学生的问题解决能力显著。本研究结果显示，小学生在科学学科的元认知水平与问题解决能力存在显著正相关关系，表明学生的元认知水平与问题解决能力具有正向显著相关关系在学生的年龄上具有一致性和连续性。

当项目式学习与学科教学相融合的时候，包括元认知和问题解决能力在内的学生的学科领域知识和技能也得到有效提高。在项目式学习的整个过程中，学生往往选取自己的学习任务，并在此基础上自己发现问题，通过思考和讨论设计解决问题的思路并收集有效信息，最后在解决问题的基础上完成项目。如何通过小学PBL课程的设计、开发与实施引导学生通过搜集和利用解决问题需要的知识和技能来解决实际的问题，体验和经历完整的学习过程、教育过程和成长过程是能否有效培养学生元认知水平和问题解决能力的关键所在。当学生成为课堂上学习的主体，能够主动地调动和搜集一切对完成任务和解决问题有用的信息和资源、从认知发生和知识发展角度来完成各项任务，就是学生元认知和问题解决能力发展的时候，也就是实现学科核心素养提升的时候。

参考文献

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[5]王彦宇.面向问题解决能力培养的小学开源硬件项目式学习设计与实践[D].长春：东北师范大学，2021