借鉴元认知理论，提升物理实验教学有效性

江小松

摘 要：在初中物理实验教学中借鉴元认知理论，让学生在学习物理实验的同时提升自我认知，在一定程度上开发了学生的智力，培养了学生的思维能力，让学生在实际学习过程中，真实掌握自我反省、认知、调整和突破，有效解决“如何学习”的困惑，从而提升课堂效率，提升教学有效性。

关键词：初中物理;实验教学;元认知理论

元认知，指的是一个人通过不同的学习活动，了解自我认知，从而在检验和调整活动中掌握并完善自我认知。初中生已经初步具备一定的知识感知和行为反思能力，需要借助一定的外界助力对其进行引导。在初中物理实验教学中，借鉴元认知理论，可以提升学生的思维能力、动手能力和探索能力，从而有效提升物理实验课堂效率。

一、预留思考时间，加工信息

初中物理实验是对课程的高度总结，要求学生在理解课程内容的基础上具备相应的操作和思考能力。但每个人的认知活动存在一定的滞后性，需要对学习的材料进行识别、对自己的知识系统进行构建和加工，才能对所学的知识有初步认知和体验。所以，在物理实验课程中，需要结合学生的实际认知程度，预留适当的思考时间，要求学生通过对课堂知识的认知加工，掌握物理实验原理，理解物理实验内容，明晰物理实验标准，并能通过实验结果初步判定实验操作是否正确规范。

例如学习“探究凸透镜成像的规律”，通过课本学生理解凸透镜成像规则，物体在不到一倍焦距的位置处光屏上什么也没有，在一倍焦距处有光，在一倍焦距和两倍焦距中间的位置为倒立放大的像，在两倍焦距处为倒立等大的像，在大于两倍焦距处为缩小的像。依次为研究理论，要求学生按照如下图1所示的顺序安放蜡烛、凸透镜和光屏，并测量计量凸透镜的焦距。

点燃蜡烛，个别小组学生在实验过程中发现不管怎么挪动蜡烛，光屏始终没有任何像，他们首先判断可能是凸透镜存在问题，和别的小组交换使用依然无法成像，笔者要求学生仔细阅读成像要求，学生猜测，可能新蜡烛在燃烧时其中心和透镜、光屏的中心不在同一个高度，对此，他们调整物件底座高度，并用尺子测量达到统一，之后点燃蜡烛观察成像，光屏依然没有任何信息，他们向远处挪动蜡烛时，光屏出现了像。学生为了保证焦距测量的准确性，采用倒立等大实像处的刻度作为测量标准，通过三次测量求平均值的方法计算得到凸透镜的焦距。

所以，在实际物理实验中，即使学生已经明白实验目标，但在具体操作过程中依然可能存在漏项，教师应为学生留一定的思考时间，学生在反思实验原理增强自己的记忆，构建知识系统。

二、鼓励重组改组，拓展空间

元认知理论要求学生在学习过程中，不仅可以实现知识的记忆和应用，经过一段时间的思考和探索，学生理解并掌握简单实验原理和操作流程，鼓励学生积极开动思维，对实验进行重组或者改组，开发智力，拓展实验空间，增长知识和见识。

例如学习“气体的压强”，问大家，是否能在现实生活中制造真空环境？要有真空环境必须有相应的隔离系统，学生生活中常见的吸盘是排出内部空气，如何在排出内部空气的同时还能留一定的空间呢？学生陷入沉思。有学生想到，喝饮料的时候塑料瓶中存在液体和气体交换，那么没有交换是不是就可以出现真空？如果实现没有交换的环境呢？要求瓶中充满液体，再续盛液体的环境。以此为基础，为学生提供量筒、水槽和水，学生在水槽中盛一定量的水，将量筒放入水槽中装满水，再倒立提起，如下图2所示。

当量筒提到一定高度时，量筒底部出现了空隙，液体高度不再变化，这个空隙里面是空气吗？是否可以根据量筒中液位高度测量大气压？

通过实验联想和重组，学生意识到大气压虽然看不见，但是真实存在的，甚至也提出问题，为什么我们感受不到大气压，以思考和实验打开新知探索，从而认识到物理实验不是复杂的学科研究，在生活中也充满实验，从而引发学生学习兴趣，激发学生拓展实验和思维空间的欲望。

三、加强思维监控，自我调节

元认知理论要求学生在实际学习过程中，能对自己的思维实现监控，并能通过调节自我知识储备实现个人能力的发展和进步。在初中物理实验课程中，引用该理论，有助于学生在实际实验操作中认真思考操作规程，利用所学知识解决实际问题，在实际生活中应用所学知识，从而能在不断自我调节中实现自我监管。

例如学习“电路连接的基本方式”，实验室提供两个小灯泡、电池组、两个开关、电线，要求①電路中只有一个开关，开关闭合，两个灯泡同时亮，开关开启，两个灯泡同时灭;②电路中有两个开关，分别控制两个灯泡（注意，实验室提供的灯泡瓦数相同）。

针对该实验课题①的要求，学生发现有的小组连接的灯泡暗一些，有的小组灯泡则亮一些;在实验②中，两个灯泡的亮度也相对亮一些。另外，有的开关在关闭的一瞬间会产生很小的电火花。在实验要求①中，为什么呈现不同的现象？要求学生仔细观察不同亮度电路的连接方式，是否一样呢？电火花的产生是因为开关关闭瞬间引发的电流较大，和生活中某些家用电器在接入插座的一瞬间火花是否相同？

通过思维监控训练，培养学生的问题意识和解决问题的能力，通过调节自我知识储备探索未知现象，从而提升学生的探索能力。

综上所述，将元认知理论应用于初中处理实验教学，既为学生提供了掌握基础物理知识认识现象的平台，又培养了学生的综合实验素养，同时拓宽了学生视野，有效促进了学生综合能力的发展。

注：本文系南通市教育科学“十三五”规划专项课题“指向科学素养的初中实验教学转型研究”（课题编号：GH2018081）研究成果之一。