实验认知活动中的元认知理论对物理实验教学的启示

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1、2 0 1 4年 1 0月 V o 1 3 2 N o 2 0 中学 物理 实验认 知 活动中的元认 知理论 对 物 理 实验 教 学 的启 示 梁 蓉 ( 苏州市吴中区木渎实验中学江苏 苏州2 1 5 1 0 1 ) 2 0世纪 7 0年代初， 美国心理学家弗莱维尔首先提出了元 认知概念， 它是指个体对 自身认知过程的认识和意识， 其核心 意义是“ 对认知过程的再认知” 在随后的几十年里， 元认知研 究已成为心理学界和教育学界的一个世界性前沿研究课题， 与 学生的认知活动密不可分 同样 ， 元认知理论也给初中物理教 学带来了启示， 尤其是在物理实验教学中， 元认知理论在实践 上对开发学生智力

2、， 特别是解决“ 教会学生如何学习”等问题 有着十分重要的意义， 主要表现为： 学习者能根据教师给出的 具体的实验要求， 选择适当的认知策略， 监控认知活动过程， 不 断取得信息并反馈信息， 评价每种认知策略的有效性， 坚持或 更新解决问题的方法和手段， 做到及时调节 自己的认知过程 为此 ， 笔者根据实验认知活动中的元认知理论的启示， 对初 中 物理实验教学做了必要的改进， 取得了较为理想的效果 ， 在此 与大家共勉 1 预留思考时间， 调节认知加工缺陷 在学生本身的认知活动中， 可以接受的能量不可能是无限 的， 总是存在着一定的认知活动障碍， 即： 无论是在对所学材料 的识别、 加工和处理

3、的各个阶段， 学生接受的能量都不可避免 的存在无法逾越的理论极限， 认知结构的缺陷很容易造成学生 的认知障碍 在初中物理实验教学中， 学生的认知能量也受到 实验内容的难易程度、 学生已有知识经验的结构以及认知加工 策略等的限制， 他们在短时间内很难理解并掌握大量的信息 这就需要教师给学生留有一定的思考时间， 引导学生对重要的 信息进行加工， 有效利用元认知调节认知加工资源有 限的 缺陷 以“ 探究凸透镜成像规律”一课的教学为例， 这是初中物 理学生必做实验之一， 也是教学中的重点 ， 难点， 因此本课以学 生的探究活动为主旋律 “ 在科学探究活动中， 应鼓励学生积 极、 大胆地参与， 避免包办

4、代替、 简单否定等 ”给要给学生留 有一定的思考时间： ( 1 )问题的提出： 请学生用凸透镜近距离的看书上的字、 远处的景物， 让学生把产生的疑问记录下来 ， 小组内进行交流 ： 凸透镜成像为什么会有时成放大的像， 有时成缩小的像? 什么时候成放大的像， 什么时候成缩小的像? ( 2 ) 提出猜想： 凸透镜成像的不同与什么因素有关? 你这 样猜想的根据是什么? ( 3 ) 设计实验： 如何研究像的性质与物距的关系? 使用哪 些器材来完成本次探究活动? 你认为实验中还应注意什么? ( 4 )进行实验收集证据 ： 把蜡烛、 凸透镜和光屏依次摆放 到光具座上， 并使它们的中心在同一高度 ； 逐次改

5、变蜡烛与凸 透镜的距离并记录， 移动光屏使光屏上成清晰的像， 记录像距 和像的性质 ( 5 ) 分析论证， 得出结论 1 6 在上述的每一个环节对于大多数同学来说都是有一定困 难的， 教师都应给学生留有一定 的思考时间， 引导学生对凸透 镜成像的性质与什么因素有关进行大胆的猜想并运用实验加 以验证 ： 像的大小与物距是否有关? 当物距在什么情况下成 缩小的像或放大的像? 像的正倒与物距是否有关? 当物距在 什么情况下成正立的像或倒立的像? 像的虚实与物距是否有 关? 当物距在什么情况下成虚像或实像? 有没有正立的实像或 倒立的虚像? 在学生充分讨论总结的基础上得出凸透镜成像规 律口决记忆法：

6、“ 一焦分虚实， 二焦分大小 ； 虚像同侧正， 物远像 变大； 实像异侧倒 ， 物远像变小” 这样更能帮助学生将课堂上 的短时记忆进入长时记忆 ， 将重要信息有效地纳入学生的认知 结构 2 传授策略性知识， 启发学生探求物理规律 策略性知识是指用以提高效率与效果， 直接作用于主体认 知过程( 或信息加工过程)的程序性知识， 它可以是一条规则 ， 可以是一个技巧或技能， 也可以是一个活动计划等 实验中， 策 略直接影响着实验问题解决的进程和质量 在教学中我们发 现， 具备较强元认知能力的学生在解决实验的过程 中， 可以灵 活的应用各种策略， 不断探索试验问题解决的空间， 最终达到 问题的解决 而

7、元认知能力差的学生， 则明显地不能做到及时 判断哪种策略是否有效， 不善于根据实验器材和实验 目的对实 验策略进行灵活调整 因此 ， 教师应加强策略性知识的传授， 引 导学生及时地对策略进行“ 领悟”和“ 反思” ， 以激活和改组实 验中所采取的策略 例如在估测大气压数值的实验中， 有小组同学采用吸盘法 估测大气压： 将塑料吸盘挂钩按压在光滑水平玻璃板下面， 挤 出塑料吸盘内的空气， 测出吸盘压在玻璃上的面积为S ； 将装适 量细沙的小桶轻轻挂在吸盘下面的挂钩上， 用小勺轻轻向桶内 加细沙 ， 直到塑料吸盘刚好脱落玻璃板， 测出此时塑料吸盘、 挂 钩 、 小桶和沙 的总重力 为 G 经过多次实

8、验发 现 ， 这种 实验方法 测出的数值误差较大 这时要让学生自己分析实验过程 中导致 误 差的原因 ， 再 由学生思考 怎样解决 问题 经过 了教材 上用 注 射器估测大气压的实验， 学生不难想到： 由于吸盘气密性不强 的原因会导致误差， 涂凡士林， 涂水等都能解决这一问题 也有 同学提出了吸盘脱落瞬间的圆形面积会变小也会使所测大气 压的数值有偏差 为克服这个问题， 有同学对实验过程进行反 思后琢磨出在吸盘 内部涂上酱油， 这样不但气密性问题解决 了， 而且酱油具有一定的粘滞性， 颜色较深， 能使吸盘在收缩的 同时将边缘的酱油痕迹一并收缩， 拉下 的瞬问， 测出深色圆形 酱油圈的直径即为大气

9、压作用在吸盘上的圆形直径 d ， 把面积 问题也一并解决了 但在操作过程中又发现了新的问题 ： 粘上 酱油的吸盘被拉动时容易在光滑玻璃表面移动位置， 所以此法 虽解决了一些问题 ， 但又节外生枝遇到了拉力F难以准确测 中学物理 V o 1 3 2 N o 2 0 2 0 1 4年 1 0月 实验研究 矿泉水瓶在初中物理实验教 学中的应 用 袁由均 ( 重庆市巴J i I 中学 物理是一门以探究和实验为基础的科学， 物理实验是激发 学生学习物理兴趣的有效手段 ， 也是初中物理教学中大面积提 高教学质量的重要一环 朱时全教授的瓶瓶罐罐做实验的指导 思想把它放在平常的物理教学中能创造性设计一些物理实

10、验， 激发学生学习物理的热情 初中年龄段的学生大都具有强烈的 操作兴趣， 希望亲自动手多做实验 教师要充分保护和利用这 种积极性， 让学生更多地参加物理实验和探究活动 新教材中的“ 想想议议” 、 “ 想想做做”和“ 动手动脑学物 理”等栏 目中的“ 小制作、 小实验”等内容占了比较大的比重， 而这些活动内容大部分可以用我们身边的物品来完成 使用身 边随手可得的物品进行各种物理实验和探究活动 ， 可以拉近物 理学与生活的距离， 让学生深切地感受到科学的真实性 ， 感受 到科学和社会、 科学和日常生活的关系 另一方面， 由于这些物 品本来的用途并不是进行物理实验 ， 所以这种做法本身就是一 种创

11、新 我们 日常生活中能用来做物理实验的物品很多 本文 结合笔者的教学经验， 介绍用矿泉水瓶演示和探究初中物理实 验的实例 1 声学 实验 1 1 探 究声音的音调 方法 a ： 在几个相同的矿泉水瓶中盛入不同深度的水 ， 将瓶 量的问题 为解决这一问题， 同学们又进行了思考 ： 为什么吸 盘容易移动位置呢? 在多次实验后， 他们发现是玻璃板放置不 水平的原因导致了吸盘移动， 于是他们找来了水平仪以确保玻 璃板水平放置， 从而完成了实验 在上述过程中， 通过对实验现象 的观察、 以及实验过程 的 分析 ， 激活 了学 生的认知结构 ， 学生 通过一 遍遍 的改 进实验 措 施 ， 获得重建新认知

12、所必需的感性材料， 使学生对实验方法和 操作过程认识深刻并记忆牢固， 从而优化了解决测量大气压数 值 的实验策略 3 关 注思维过程 ， 培 养学生的认知监控和调节能力 元认知能积极监控 、 调节 自身 学 习活动 的思维 过程 ， 学生 的思维与自我监控同时并存 ， 且相互联系、 相互作用 在初中物 理实验教学中， 如果能有效培养学生的自我监控和适时调节能 力， 并与物理实验方法很好的结合 ， 有助于学生在实际操作 中 更好的去解决问题， 使学生的学习达到最佳效果 因此学生在 知识形成和能力的发展中， 教师不能只关注实验结果， 而忽略 了对学生在实验过程 中的思维监控 例如在“ 探究液体压强

13、”的实验中， 笔者首先对学生强调 了必须遵守操作的规程 ， 但是在组间巡视过程中， 依然发现有 实验小组在操作时动作显得“ 果断” 、 不假思索， 缺乏该有 的 “ 谨慎”迹象和“ 反省”意识而出现错误 为此 ， 笔者针对“ 为什 么将压强计金属盒橡皮膜的方向进行改变后， 分别记录下在橡 皮膜朝上、 朝下 、 朝侧面的情况下 ， 压强计 U形管两边的液面高 度差不相等”的情况进行仔细分析， 将学生在实验过程中的思 孟万平 重庆4 0 2 5 6 0 ) 口移至嘴边吹气 ， 可以听到不同音调的声音产生 空气柱越短 的， 音调越高， 反之， 空气柱越长， 音调越低 方法 b ： 在饮料瓶中盛人小部

14、分水 ， 用手握住后 ， 将饮料瓶 口移到嘴边 、 吹气， 学生会听到一种音调的声音 若一边吹气， 一 边用手挤压饮料瓶水面升高时， 学生又会听见不同音调的 声音 1 2 探 究声音能传递能量 方法： 拿一个矿泉水瓶用剪刀去掉瓶底， 然后用一块橡皮 膜封好瓶底， 让瓶口对着点燃的蜡烛； 用手轻轻敲橡皮膜 ， 能看 到蜡烛火焰来回摆动甚至熄灭 ， 说明声音能传递能量 2 力学实验 2 1 演示力的作用效果 方法： 双手挤压塑料瓶， 可以使瓶发生不同程度的凹陷变 形， 说明力可以使物体发生形变 用手推装满水的塑料瓶使其 运动， 说明力可以改变物体的运动状态 2 2 演示力的三要素 方法 ： 双手挤

15、压塑料瓶 ， 如果施加 的力越 大 ， 瓶 子的形变程 度也就越大 ， 表明力的作用效果跟力 的大小有关 将矿泉水瓶 装满水正放在水平桌面上 ， 分别用大小不同的力沿同一方向推 可以演示力的作用效果与力的大小的关系， 分别用大小相同的 维过程充分暴露 最后学生 自己发现， 原来是由于将压强计的 金属盒放在同一深度后 ， 在转动橡皮膜朝 向的过程中， 有学生 扭曲了橡皮管 ， 因此出现了 u形管的液面高度差不相等的情 况 也有些同学在把金属盒朝上朝下转动时， 没有把橡皮膜放 在同一深度 ， 而是把金属盒中心放在同一深度而导致的高度差 不等 对于这些同学， 可以再提示他们思考液体压强是作用在 压强计金属盒的什么部位的， 所谓的“ 同一深度”应是金属盒 的什么部位在同一深度 找到问题的症结之处后， 学生们针对 实验中出现的问题及时给予纠正， 并在重新做实验的过程中， 每个小组都得出了同一深度液体向各个方向压强相等的结论 显然 ， 这是学生的 自我认知监控和调节发挥 了应有 的作用 在上述过程中， 教师通过对学生在实验过程中的思维监控 发现了问题的症结所在， 类似的情况在实验过程中经常会遇 到 ， 教师应针对实验中发现的问题引导学生进行分析， 并及时 给予纠正