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高一学生物理问题解决过程中元认知监控行为的调查
摘 要：元认知是影响人的认识活动效率的重要而高级的认知机能.本研究通过自编“学生物理问题解决元认知监控行为检视表”,对高一学生问题解决过程中的元认知监控行为进行分析,怀特图显示：学优生和学困生在元认知监控行为的“计划、调节、监察、检查、反思”五个项目的表现上都存在巨大差异；从解题前的计划到解题中的调节和监察,再到解题后的检查和反思,体的元认知监控行为表现越来越差.据此,提出高一物理教学建议：教会学生知识组织的方法；提升学生的策略性知识；提高学困生的解题信念；加强自我检查的学习体验；培养学生解题后自我反思的习惯.
关键词：问题解决；元认知监控行为；怀特图
中图分类号：G633.7 文献标识码：A doi:10.3969/j.issn.1005-2232.2018.01.010
一、元认知监控行为概述
“元认知是一种更高级别的思维,它包括对参与学习的认知过程的积极控制、实现特定学习任务的计划、对理解过程的监测和对任务进展情况的动态性评估.”[1] 目前,元认知已被公认为是影响人的认识活动效率的重要而高级的认知机能,不仅与个体的批判性思维有密切关系,更被当代心理学视为是智力或思维结构中最高级、最核心的决定成分,并成为开发智力潜能,提高学习能力的突破口和关键.
在教育领域内,大量的元认知研究都集中在问题解决的范畴,考察学生在解决问题过程中所运用的元认知策略与方法.斯腾伯格等认为,在问题解决过程中包含四种元认知过程,它们是确认并界定问题；形成对问题的心理表征；计划解决问题的进程；对你所知的操作过程作出评价.[3] 这四个过程都离不开元认知的监控.元认知监控是元认知的核心成分,是指对个体正在进行的认知活动进行监测、调节和控制的动态过程,反应了元认知的本质（Reader ＆ Schunn,1996）.Reader 曾指出,对于大多数使用“元认知”这一术语的研究者来说元认知具有两个最为核心的含义,对认知过程的检查和对认知过程的控制.
二、研究设计
（一）研究思路
基于对元认知监控行为的理解,本研究借鉴宋其争、沃建中和林崇德等老师的研究结果,将元认知监控能力结构分为计划、调节、监察、检验和反思5项,[5] 自编“学生物理问题解决元认知监控行为检视表”,采取记分制,如果在该项没有表现计0分,有表现但不完整或不正确计1分,完整且正确计2分.由2位研究者在对元认知监控行为检测表有充分沟通和一致理解的情况下,对转录的每位学生的口语报告进行独立评分,如有出入则进一步沟通后统一给定分数.然后运用Winsteps 软件对评分数据进行分析后生成怀特图,据此分析学生在解决物理问题时元认知监控行为的特点.怀特图是应用项目反应理论对数据资料进行分析后得到的一种结果图,它分析的不是被试获得的“分数”,而是被试的“反应”,这一“反应”属于顺序资料,即被试得分越高,对应的某一特征就越明显.它可以有效地避免测验依赖和样本依赖,更客观地量化被试的性质.
（二）选择被试
在海口市属重点中学随机选取一个高一年级普通班,在11月月考物理成绩排名前10的学生中抽取5名（男生4名,女生1名）,排名后10的学生中抽取5名（男生2名,女生3名）,共计10名学生,学生平均年龄16.5岁.
（三）测量方法
1. 发声思维训练
给学生提供发声思维训练单,并用一个常规的受力分析题训练学生使用口语报告法,引导学生进行发声思维.发声思维训练单包括3个方面：①解答计划.请表述：看完题目后你有什么想法？你觉得题目难不难？有哪些信息你觉得对解决问题是有用的？你有没有思路解决这个题目？你计划怎么做？你觉得解这个题目的关键点在哪里？②解答过程.请表述：你为什么要这么做？做的过程中有没有困难？困难在哪里？跟你之前的想法一致吗？需要调整思路吗？怎么调整？依据是什么？③检验答案.请表述：你觉得你的答案对吗？还没有别的解决方法？你觉得解这个题目最重要的关键点在哪里？通过这个题目你觉得还有哪些知识需要掌握？这个问题的解答方式跟以往的有何不同？这种解答方式可以用来解决哪种类型的题目？
2. 正式施测
汽车A 以标准速度20m/s 在平直公路上行使时,制动后40s 停下来.现A 在平直公路上以20m/s 的速度行使,发现前方180m 处有一货车B 以6m/s 的速度同向匀速行使,司机立即制动,能否发生撞车事故？
这是一个典型的运动学问题,高一学生刚刚学过这部分知识,排除了学生知识缺陷对研究造成困扰的可能性；而且题目具有一定的情境性,不是单纯地套用公式就可以解决的,需要学生更多元认知监控行为的参与；高一学生还没有经过高强度的此类题型的训练,不会表现出纯粹的机械模仿,因此他们在解题过程中表现出的元认知监控行为具有原生性的参考价值.
3. 评价量规
我们编制了“学生物理问题解决元认知监控行为检视表”（表1）,包含5个一级主题,分别是计划、调节、监察、检验和反思.其中,每个一级主题又分为若干二级主题.
三、研究结果与分析
通过输入10名学生在22个元认知监控行为二级主题的得分后,Winsteps 软件输出怀特图（如图1）,图中直线为固定尺度的标尺,标尺左侧为10名学生的元认知监控行为情况分布,其中,编号前面为YB 的表示11月份月考物理成绩排名靠前的男生,YG 表示11月份月考物理成绩排名靠前的女生,KB表示11月份月考物理成绩排名靠后的男生,KG 表示11月份月考物理成绩排名靠后的女生,由下往上表示元认知监控行为表现越来越出色；标尺右侧为22个元认知监控行为二级指标分布情况,数字对应二级指标编码,由下往上表示所有学生所得平均分越来越低.怀特图清晰地呈现出了学生元认知监控行为的巨大差异.
（一）学优生和学困生的元认知监控行为表现差异
高一阶段常常被喻为学生学习物理的分水岭,很多学生在高一阶段物理学习中表现不佳,甚至有些学生在初中时尚有比较好的学业成绩,但升入高一后却屡屡在物理学习中受挫.从图2中我们可以看出,物理学业成绩不同的学生在解题过程中的元认知监控行为表现上存在着巨大的差异,物理学业成绩优良的学生元认知监控行为表现明显优于学业成绩不良的学生,这在一定程度上可以说明学生元认知监控行为和物理学业成绩之间是有联系的.
1. 解题前的计划行为表现差异
从怀特图我们可以看出,计划项目的8个指标中只有1.8（找到解题的关键点）和1.4（挖掘题目隐含信息）超出了学生的平均水平,其余6个指标学生均表现较好.但学优生和学困生表现依然存在很大差异.通过分析KG1和KG3两名女生的口语报告,我们发现,这两名女生在解题过程中几乎没有计划.她们仅仅把题目中明确给定的一些条件进行了罗列,然后根据已知条件和头脑中存贮的和运动学有关的公式进行随意推导.“题目的意思是有两辆车,一辆车的速度是20m/s,还有一辆车的速度是6m/s,两车相距180米,问两车会不会相撞”（模型建构不完善）,“如果要两车不相撞,嗯,……需要后面的车尽快停下来”（关键条件判断错误）,“后面的车停下来需要40秒,前面的车（在这段时间内）行驶了240米,……”（不能用正向思维或反向思维考虑应如何解决问题,要解决的关键问题是什么,而是从题目已知条件出发,能推出什么结果就算什么）.从口语报告可以看出,她们在解决问题时完全靠数据驱动,无法在头脑中构建出完整的物理模型,判断解决问题的所需的条件,缺乏与原有知识系统建立联系的能力,只能对题目给出的数据进行堆砌,更谈不上对整个解题过程进行规划.5名学困生中只有1名男生（KB1）表现相对较好,没有盲目寻找给出的各个物理量之间可以用哪些公式直接联系,而是从题目所求出发,判断和所给条件之间的关系,努力找到所需的中间物理量,并确定了求出中间物理量的方法.
与此相反,学业成绩表现良好学生的口语报告显示他们在解决这个物理问题的过程中显示出了很强的计划性.“题目是一个运动学问题……追及问题……”（将要解决的问题和头脑中储存的原有解题经验进行对比,快速将问题进行分类,构建物理模型）,“……后面的车和前面的车不相撞的前提是后面的车减速,在撞之前速度减到和前面车的速度一样,前面的车是匀速……”（找到题目隐含的关键条件）,“关键是求出前后车分别移动的位移,差值小于180米就不会相撞”（找到解决问题的关键点）,“后面车是匀减速,前后速度都知道,知道加速度就可以求位移了,题目基本已经告诉了加速度,……后面的车是匀速,知道时间就行了,两车（运动）时间一样,好求……”（根据题目所求进行逆推,确定需要求出的中间量,再根据题目所给条件进行正向推理,显示了清晰的计划）.
2. 解题过程中的监察和调节行为表现差异
在调节和监察方面,学优生和学困生同样表现出了很大的差异.从怀特图也可以看出,除了一个学困生在2.1（用自己的语言重新构建表述问题）和2.3（调用不同解题经验帮助解题）两个指标表现尚可,学困生在解决问题的过程中基本都没有在2（调节）和3（监察）两个项目上的元认知监控行为表现.从学生留在答题纸上的痕迹来看,有3名学困生反复写出各个匀速直线运动公式和匀变速直线运动公式,不断地把题目中已知的物理量代入,希望在反复试错的过程中找到解决问题的办法.整个试错的过程从公式列写的顺序来看,毫无程序性可言,他们也没有从前次的试误中得到任何有价值的信息,每次的试误都显得很盲目,他们的口语报告也没有显示出对解题过程的调节.另2名学生则很快算出了汽车的加速度,但在对前后两车不相撞的关键条件上判断出错,在做题过程中并没有觉察到自己的错误,也未进行修正.学优生在这两个方面总体表现良好.他们能快速地判断出这个问题属于运动学的追及问题,然后通过双向推理进行解题规划,在解题的过程中能根据以往的解题经验判断自己的解题步骤是否正确（“……这种求法应该没错,加速度已经求出来了,前后速度也应该没错,追车问题就是这样,套公式就可以了,……卡车就是匀速（运动）,时间和小车的一样,应该也没问题……”）.在整理口语报告时我们也发现,学优生基本都能找对关键条件,并对此题进行很好的解题规划,因此,在解题过程中很少出现发现错误后进行思路调整和改变解题计划的行为,反倒是学困生因为采取的是试误的方法解题,不断地进行尝试,但并非是在正确解题思路指引下的调节行为.
3. 解题后的检查和反思行为表现差异
怀特图显示,在解题后的检查和反思两项指标上,体表现欠佳,但学优生的表现还是明显优于学困生,学优生中YB4在两项指标上的表现较差,其他4名学生的表现皆为中等；而学困生在这两项指标上表现都很差.从口语报告来分析,学优生基本都能确定自己的解题思路和方法是否正确,能够说出解决这类题目的策略（“运动学的题目基本就只有4个物理量,位移、时间、速度和加速度,找到他们的关系就行了,……追及问题主要看位移,……”）而学困生大多由于没有解题思路,无从对解题思路的正确与否给出相应的判断.虽然有2个学困生除了对关键条件判断错误,其他思路基本正确,但他们却无法对自己的解题过程和结果进行判断,“我也不是很清楚,可能是这样吧,……当然也有很大可能是错的……”,学困生对解题过程的检查并不是从题目所考察的知识和技能出发,而是根据过去解题的成败经验进行对错估计,解题的自我效能感不高.
（二）学生在五项指标上的表现不均衡
我们发现,从计划到调整再到反思,学困生和学优生之间的差异越来越大,学生行为表现也越来越不尽如人意.总体来说,学生在解决问题过程中的计划行为较强,调节和监察行为较弱,检查和反思行为是明显的短板.过去的很多研究更多地关注了学生在解题计划方面表现出的差异,但从解题过程的整体表现上来看,需要引起更多重视的应该是学生在解题后的检查和反思.
怀特图显示,除1.4（挖掘题目隐含信息）和1.8（找到解题的关键点）两个指标得分较低外,学生在计划行为的其它几个指标上的得分都比较高,说明多数学生在做题之前头脑中对如何解题是有规划的.他们的口语报告也反映出多数学生看完题目后,能够判断出这是一个追及问题；有6个学生随手画了简单的图示（并非位移- 时间图和速度- 时间图）；所有学生都能判断出这是运动学的问题,常用的物理量只有位移、时间、速度和加速度4个；但有4个学生建立的模型基本都犯了同一个错误（他们认为后面的汽车必须要停下来才不会和前面的货车相撞）.在建模的基础上,学生会根据所学知识试图建立题目中已知量和未知量之间的联系,在这个过程中,学优生和学困生的表现差异较大,学优生大多采用了先逆推,后正推,两者结合的推导方式.学困生的思维方式则不够明朗,“……后面的小车要停下来,40秒,……嗯,40秒前面的车走了240米,……两车相距180米,……后面的车要追上来（？？）……”可以看出,学生都会解题之前进行一个大概的计划,明确解题的方向,但学困生由于知识掌握方面的缺陷往往很难选定正确的解题方向.
调节行为、监察行为表现相似,总体来说,学生表现平平,除2.1（用自己的语言重新构建表述问题）,2.3（调用不同解题经验帮助解题）,3.1（对解题思路的对错有所判断）三项指标,其余各指标都在学生的平均表现水平之上.据笔者在现场的观察,大多数学生在解题前进行计划后就会按照自己的计划奋笔疾书,在这个过程中他们很少停笔考虑自己的解题规划是否合理,解题步骤是否正确.即使有学困生在提笔解答的过程中不断地遇到障碍,他们的口语报告和答题痕迹显示,他们也几乎不曾真正思考出现问题的原因是什么,应如何调整思路.
从怀特图上可以看出,学生在解题后的检查和反思两个项目上表现最差,尤其是反思,项目中4.3（判断是否还有其它解题方案）和5.2（比较和原有解题经验的异同）两个指标在所有学生元认知监控行为反应表现之上,这一点和我们平时的教学体验是吻合的.反思是五个项目中唯一一项指向未来学习的,它要求学生对解决问题过程中所用的知识、方法、思路、策略等进行抽象、总结、概括,以促进学习的迁移.而学生的口语报告显示：学优生往往获得正确答案就心满意足,不在解题后总结解题的关键,进一步追求更好的解法,更不考虑将思想方法推广到同类问题中去,以及对问题进行推广引申,他们关注的是解题本身“我觉得学习物理就是要多学多练吧”“还有很多知识都需要掌握……”“这个题目不算很难吧,我觉得还行,……”学困生则缺乏对自我解题效果归因的反思,结束解题后他们想到的仅仅“我不会做,我物理学的不好……”而不去反思自己在解题中遇到障碍的原因是什么,是知识缺陷还是方法缺陷？知识方面的漏洞在哪里？应如何补救？解题的具体策略是什么？这个策略是自己原本就不具备还是在解题时无法适时提取？如果是无法提取,原因是什么？这个策略应用的具体环境是什么？
四、教学建议
研究发现,物理学业水平不同的学生在解题过程中表现出的元认知监控行为存在着巨大的差异,这说明学生的物理学业水平影响着学生在解决物理问题过程中的元认知监控行为；学生在解题过程中的元认知监控行为表现发展不均衡,从计划到调节,再到反思,学生的表现不断下降,这是以往研究中较少注意到的问题.由此,我们提出几点教学建议.
（一）教会学生知识组织的方法
研究中发现,解题前的正确计划是顺利解决问题的基础,也是学生元认知监控行为的良好开端,而知识的结构化水平又是学生进行解题计划的基础.学优生可以很快地判断出此题考查的是运动学中的追及问题,并能很快地提取解这类问题相关的陈述性知识（匀速直线运动和匀变速直线的相关公式）和程序性知识（解决追及问题的关键条件,运动学的相关解题方法等）来解决问题,表明学优生的知识结构是组块化,有层次性的；学困生虽然也能判断出题目是运动学问题,但却无法调用相关的知识来解决问题,只能在头脑中提取出零星的知识片段（匀速直线运动的位移公式,匀变速直线运动的加速度公式等）,甚至有学生在草稿纸上把他头脑中所有关于直线运动的相关公式都罗列了出来,企图从中找到解决问题的方法.可以看出,学困生与学优生相比,最大的问题并不是他们没有掌握足够的内容性知识,而在于他们头脑中的知识都是碎片化的、不成体系的,他们只能根据题目条件推断解决这个问题可能会用到哪些物理公式,导致他们在解决问题的过程中不断地试误,而无法对问题进行准确的表征.这提醒我们,在进行高中物理教学的过程中要教会学生知识组织的方法,利用总结、类比答疑等方式对知识进行精细加工,建立起新信息和已有知识的联系,以此来增强新信息的意义,降低学生的知识记忆负担,提升知识结构的能动功能,进而使学生的解题策略从数据驱动上升到概念驱动.
（二）提升学生的策略性知识
策略性知识分为一般的策略性知识和具体策略性知识,它不同于以记忆为目标的陈述性知识,因为对策略性知识而言,学习者的存储远没有理解和适时的提取运用更为重要.学困生可以写出直线运动的全部公式,却不能正确地解决问题,其原因就在于他们不知道如何根据解题需要对公式进行选择,即他们无法适时地对策略性知识进行选择性提取和运用.在教学过程中,教师经常通过反复练习的方式强化某种具体的策略性知识,以加强学生的感知和理解,形成定向思维.然而,这种具体的策略性知识很难发生迁移,一旦学生面临的问题与平时训练的题目范式不匹配,学生就会陷入困境,因此,除了具体的策略性知识,在教学中应多向学生展示一般的分析和解决问题策略.学优生的口语报告显示,他们在解题时都是先从题目所求出发进行逆向思维,然后再结合具体问题情境选择合适的策略,“要解决什么问题——突破口是什么——需要什么条件——从哪里找这些条件”这就是一般的解决问题的策略.教师在教学过程中,经常按照这个策略把自己的思维过程显性化地表达出来,展现思考过程,展示提取关键信息的细节,有利于提高学生分析和解决问题的能力.
（三）提高学困生的解题信念
在进行测试的时候,我们注意到2名女生大约在10分钟后放弃了解题；在和任课教师的交流中,我们了解到部分女生在高中物理学习中尤其容易丧失解题信念,任课教师称之为“恶性循环”,“她们遇到不会做的题目就放弃,不愿意思考,然后就越来越不会”.解题信念对在解题过程中调用元认知技能起到了先导作用,没有合适的解题信念,就无法调用元认知技能帮助解题,2名女生的元认知监控行为表现在怀特图上的反应也证实了这一点.解题信念可以归为自我效能感,提高的方法有自我学习和同伴学习.高一物理和初中物理在能力要求上存在着鸿沟,很多学生升入高一后物理成绩一落千丈,物理解题信念也随之一降再降.渐进教学和分层策略也许是解决这个问题的良药.在高一物理教学中采取渐进的方法,尽量搭建和初中物理的联接,让学生有“听懂”的体验；在习题的设计上,采取分层的策略,让学生有“会做”的体验.有了成功的体验,学生就不会轻易给自己贴上“学渣”的标签,以至于对物理学习产生畏惧.
（四）加强自我检查的学习体验
学生在解题后的检查项目的表现上不尽如人意,反应出学生不善于进行自我评价,尤其是学困生,几乎没有检查的意识.学优生虽按照提示单有检查的行为,但在对学优生的口语报告分析时我们发现了一个有趣的现象,学生在对自己解题思路和解题结果的正确与否进行判断时,“应该”二字出现的频率很高,该词用在此处透露出怀疑的意味.
其实题目本身并不难,多数学优生也都能正确地解出此题,但在进行自我检查和判断时却流露出了不自信,这种不自信并不是学习效能感不高造成的,而是因为缺乏自我检查的学习体验.口语报告显示,有1名学优生在解题后进行检查时询问在场的老师“您看我做的对吗？”学生的这种表现是缺乏训练的体现,在平时的学习中,他们习惯于做完后交由教师评价,很少进行自评,缺乏自我检查的意识和能力.其实,对物理解答正确与否的判断是有策略可循的,高中物理问题无非是物理规律在某个具体情境下的应用,应用的正确与否一般可以采取把结果代入题目中进行逆推的方法,在教学中提高学生自我检查的能力,帮助学生对自己解答的正误做出判断,以便及时调整思路.另一方面,长期坚持加强学生自我检查的学习体验,对形成学生的自我认知也是大有裨益的.
（五）培养学生解题后自我反思的习惯
学优生和学困生在题后反思方面都是明显的短板,而反思是唯一指向未来学习的一项元认知监控行为.学优生和学困生在解题反思方面的需求不同,学优生需要加强的是对题解思路和方法的总结概括,以便日后的迁移和创造,教师对学优生自我反思的培养应以归纳问题图示为手段.问题图示是“由与问题类型有关的原理、概念、关系、规则和操作程序构成的知识综合体,具有多层涵义,并与成功解决问题密不可分.” 以问题图示为手段,就是要求学生在解题后,陈述解决此类问题所需的陈述性知识,归纳此类问题的内部结构性特征,分析解决此类问题的特定策略,并对不同类问题解决策略的异同进行比较,以此帮助学生在今后的学习中遇到熟悉的问题可以快速地进行表征,找到解决的方案,面对不熟悉的问题也可以有意识地寻找差异,找到解决问题的办法.
对学困生的培养应以学生错题为抓手,从分析错误原因入手,帮助学生学会分析自己在做题过程中遇到的障碍及其产生的原因,进而了解自己在具体学习模块上的薄弱环节,弥补知识方面的不足,然后逐步过渡到对题目进行归类整理,重视对一类题目解答策略的思考,最后能够自行制定计划进行有针对性的训练,避免低效地盲目做题,提高学习效率.
问题解决论文范文结:
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