生物教育心理学：培养元认知训练与元学习能力

1.元认知训练方法

很多的实践可以表明，针对学生的学习过程进行专门的元认知训练，可以有效增强元认知的水平，提高学习效率。但是，对于不同的学科和背景而言，所运用的元认知训练方法是不同的，一般来说，在生物学的学习中，进行元认知的主要方法有以下几种。

（1）自我提问法

自我提问法是指在思考的过程中通过自己问自己一系列问题来引导自己在正确的思考方向上不急不慢地思考。自我提问的方法是在训练的过程中培养自我解决的能力，在自我提问的过程中，学生将清晰地认识自我，实现自我监控、自我评定。通过不断地分析自我，学生自主学习的能力和解决问题的能力将得到提升。

大量研究发现，许多学生学习表现不佳的原因是没有良好的思维习惯，他们在回答问题或者解答习题时，经常没有完全把握题意就开始答题，结果思考很长时间不得其解，之后发现自己“没有看清楚题目”，浪费了很多时间，并且增加了学习上的挫败感。为此，我们可以借助波利亚解题表（表5－2）来训练学生自我提问的习惯。

表5－2　波利亚解题表

（2）相互提问法

相互提问的方法是将学生进行分组的方式来解决问题。每两个人组或一个小组，每个人都针对上面所说的自我提问的清单进行分析和解决问题，彼此可以互相提出问题并作出回答。实践证明，相互提问的方式更有助于学生的思考并能更好地将元认知发展下去。

（3）出声思维法

让学生在问题解决或推理的过程中，将其思路用言语报告出来，这种言语报告的方式被称为出声思维。出声思维的方法是德国心理学家邓克尔首先提出来的。出声思维要求学生在解决问题时说出“为什么那样做”的理由，可以激发元认知加工过程，促使学生把注意力从指向问题本身转变为指向自己在解决问题时正在做什么，使学生重新审视自己解决问题的思维过程，有利于在头脑中提取出新的与问题有关的知识，并理解这些知识在解决问题中的应用。

研究表明，出声思维既是评估自我监控水平的重要途径和手段，又是培养自我监控能力的重要环节。而且许多研究都发现，人们在解决复杂问题时，习惯于出声思维，这种言语活动不仅提高了解题速度，还能提高解决其他问题时的迁移水平。

如在学习“基因在染色体上”这一节内容时，教师展示摩尔根的果蝇杂交实验，根据遗传图解，启发学生得出控制白眼的基因在性染色体上的位置有三种假设：①控制白眼的基因是在Y染色体上，而X染色体上没有它的等位基因；②控制白眼的基因在X，Y染色体上，即X染色体上有它的等位基因；③控制白眼的基因在X染色体上，而Y上不含有它的等位基因。究竟哪种假设是正确的呢？在问题抛出之后，学生先自主思考，形成自己的思维过程。接着，教师要求学生与同伴交流，发表自己的观点，形成小组内认同的假说，提出支持该假说的证据以及得到该证据的思路和方法。再由小组代表交流，不仅说出其支持的假说，还要说出其推导论证的思路和方法。通过一系列的逻辑推理和探究，学生重温了摩尔根成功的喜悦，有效地掌握了核心概念，并最终具有自我观察、自我意识的能力。

在课堂上，教师利用出声思维法，让学生通过自己的思考后表达出自己的观点，展现他们的思维过程，能够暴露其思维中的缺陷，使学生监测到自己思维上的漏洞，及时调整思考角度，优化学习和解题的思维。比如在学习孟德尔遗传规律的现代解释时，有学生提出：自由组合定律可以研究两对基因，但这两对基因可以在两对同源染色体上，也可能在一对同源染色体上，怎么办？其他学生也跟着这位学生的思路思考起来，教师引导画减数分裂图，并把基因标在染色体上，然后根据学生的疑惑分情况探究。学生之间开始热烈讨论、争执，在一次次的反思修正中完成了探究历程，从而真正掌握了有关知识。当学生提出困惑时，意味着其开始直视自己的思维过程与思维冲突，学生通过问题、争论监控着自己的学习过程及结果，提高了自身的思维能力。

（4）自我反思法

制作思维导图既可以作为学生学习效果的一种评价方式，也可以作为一种教学的技能和策略，同时也可以是一种元认知策略。在每节课后，通过制作思维导图，学生的思维跃然“纸”上，学生在此过程中不断地反思自己的学习行为和学习效果，发现自己的问题，让知识系统化结构化，提升自身的思维品质和问题解决能力，提高其生物学的核心素养。

与此同时，教师要充分利用课外练习、反思日记的评价与诊断功能，创设课堂学习情境，及时启发学生进行自我分析评价，对自己的学习过程进行有效的监控与调节。如让学生在阅读资料时自问：“我完成了阅读目标吗？”“我理解了什么？”“我的解题思路正确吗？有没有更好的解题方法？”……在课外练习批改后，教师尝试让学生填写错题分析表，检查题目出错的原因及类型，评价自己的学习状态，找出薄弱点，有选择地加强对知识的巩固学习。学习了一章内容后，教师要求学生尝试写反思日记，内容主要包括：这一章的知识网络是怎样的？本章内容还有什么不懂，哪里感兴趣？不懂的地方你是如何弄清楚的？你觉得容易出错的地方在哪？你如何巩固这部分知识……

学生的元认知活动是渐进的，元认知训练要遵循规律，分阶段，逐步实行。教师可以先通过多种途径激发学生学习生物的兴趣，然后经常让学生回顾与分析解决问题的过程，来进行自我的监控，最后，要求学生通过对解决问题的反思，获得解决问题的经验，提高解决问题的能力。

2.生物学元学习能力的培养方法(www.xing528.com)

传统的学习理论研究人学到了什么和如何去学习，而元学习则研究人是如何意识和控制自己的学习的。前者注重教学生“学会”，后者更关注学生是否“会学”和“爱学”。元学习是“关于学习的学习”，它既包括对个体自身学习的评价与监控，又包括对学习策略的指定与创设，还包括对学习心理的调整与优化。元学习理论认为，一个会学习的学习者应具备如下能力：能够确立自己的学习目标；能够意识到不同的学习方法，并且产生不同的学习结果；能够意识到自己当前所用的学习方法，因此能监视自己的心理活动；能够从自己采用的学习方法所产生的结果中获得反馈信息，进一步评价自己的学习方法，因而能够依据是否有助于达成学习目标来调节自己所采用的学习和行为方式，以便更好地达到学习目标；学习主体有预见性，能预料事物的发展进程和结果，所以，既能事先拟定学习计划，也能在执行计划的过程中依据反馈信息适当调整自己的学习计划。总之，元学习理论相信人是积极主动的机体，人能够监视现在、计划未来，有效控制自己的学习过程。元学习理论给生物学教师一个全新的启示：即教师要善于系统地传授生物学学习的各种方法和策略，培养学生的元学习能力，从而调动学生学习生物学的主动性、自觉性、自主性，充分发挥学生的主体作用，提高学习效率。教师在生物学教学中培养学生元学习能力主要有以下策略：

（1）激发学习兴趣

学生如果对生物学学习缺少兴趣，就会缺乏进行元学习的内部动机，根本谈不上自我激励和主动学习。因此，摆在生物学教学面前最重要的任务就是：激发学生学习生物学的兴趣。学生只有在有兴趣学习的基础上，才能养成学习的自我激励机制，形成元学习的品质。

激发学生学习兴趣的方法很多，在生物学教学中，将知识点与学生生活关联起来，使学生对所学内容感到亲切而熟悉，是激发学生学习兴趣的有效方法之一。例如，在学习《细胞呼吸》时，如果只是简单地讲授课本知识，列表对比，学生会觉得索然无味；教师可以指导学生自己酿甜酒：蒸熟的糯米拌上酒药装到容器里，中间挖一个洞，把盖子盖好，和热水袋一起用棉被包起来。一天之后，就出酒了。教师可以一边做实验，一边解释：酒药内有大量酵母菌，它是一种兼性厌氧型的微生物；糯米中间挖一个洞是使容器中有空气，酵母菌可以进行有氧呼吸，产生大量能量，使自身能够大量繁殖；酵母菌有氧呼吸产生水将挖的洞淹没，容器内缺少氧气，酵母菌就只能够进行无氧呼吸，产生大量酒精。学生通过实验和教师的解释，明白了酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的过程。这样的实验可以拉近生物学与生活的距离，让学生深切感受到科学的真实性，感受到科学与日常生活的关系。学生如果觉得生物学知识很有趣、很重要，有了“要学”的欲望，形成了激励自己的学习动机，变“要我学习”为“我要学习”，就会从根本上转变生物学学习的观念。一旦学习的内因作用发挥出来，学生自我激励的机制调动起来，学生的元学习意识就得到了提高。

（2）确立学习目标

认知学习理论认为，无目标的学习是一种偶然学习，不是有意义学习，所以不能达到“顿悟”水平。教师应使学生通过确立自己的目标，明确学习目的，从而激发学习动机。Taylor认为，元学习就是指学生给自己订立“个人学习契约”。在开始学习任务时，学生自我设计：我要达到什么目标；我该做些什么；实现不了目标，我该怎么办？目标分为远期目标、中期目标和近期目标，有目标的学生学习更努力，成绩更优异。若为目标具体规定时限，学生就更有压力和动力，更有成就感。开展目标学习时，教师要做好如下工作：引导学生确立目标体系，目标要适中可行；指导学生选择适合的策略；指导学生适时调整自己的学习方法；鼓励学生善于总结自己的学习方法。目标学习能力是“如何开展学习”的独立能力，是元学习的基础能力。有了目标才能产生自我激励，自我激励能燃起学生强烈的求知欲和学习的主动性，利于培养学生的意志力，形成良好的学习行为。

（3）检测学习效果

在生物学学习中，教师要教会学生善于运用所确定的目标检测自己的学习效果，并充分利用反馈信息，调节自己的下一步学习。如果发现目标本身不恰当如过高或过低，就要调整目标；若发现知识上“准备工作”做得不够，就要查漏补缺；如果运用知识时熟练度不够，就要补充练习；如果发觉“知识面”过窄，就要博览群书；如果策略上效果不佳，就要不失时机地及时改进。只有这样，才能使教学目标与学生的学习水平保持一致，学生就不会因为难以达到教学目标而中途放弃。因此，元学习控制性培养的关键是不断调整教学目标，而调整教学目标的有效方法是培养学生自我询问的习惯和能力。

（4）掌握学习方法

有了学习目标，还要去努力实现。应指导学生根据自己的认知特点，确定适合的学习策略，并通过借鉴、思考和学习，调控自己的学习过程和策略。例如，“减数分裂”一节，教材的安排是先给出减数分裂的定义，再描述精子的形成，来阐述减数分裂的过程以及其中染色体行为的变化，但是染色体行为认知过程中先后伴随着精原细胞、同源染色体、联会、四分体、交叉互换、初级精母细胞、次级精母细胞等新术语的学习，还有染色质因形态变化的染色质与染色体术语的转换、因行为变化的染色体与姐妹染色单体的术语转换等，还有派生的非同源染色体、非姐妹染色单体等，这让多数学生感觉认知负荷超载。如果在本章导入中，通过初中教材中人体细胞染色体图谱（图5－3）激活学生关于染色体成对存在的观念；在本节导入中，弃用教材果蝇染色体图，用初中教材中的“生殖过程中染色体的变化”填图练习（图5－4）而顺势完成“同源染色体”概念的学习，则解决了长期困扰教学的“同源染色体”学习冲淡重点（减数分裂过程）进而导致的教学逻辑或层次感降低的教学问题，同时也分散了染色体行为变化学习中的认知负荷，利于理解记忆，从而提高学生学习的自信心。

图5－3　人体细胞染色体图谱

图5－4　生殖过程中染色体的变化

（5）加强反思总结

对学习方式方法的反思、总结和选择是元学习能力的又一重要表现。传统的生物学教学，教师对传递方式方法的研究远远优先于对学习方式方法的研究。教师在教学时，往往比较注重自己讲述的逻辑性和科学性，却没有多考虑学生是否能够理解。过去的很多教学论都默认为学生可以通过长期的耳濡目染，潜移默化地接受教师授课过程中隐含的思维方法，因而教师课堂上一般不会主动地向学生讲述自己备课和讲解的思路，更极少有教师专门对学生进行学习方式方法的训练。由于长期缺少学习方式方法的学习，学生对科学的学习方式方法缺少必要的认识和了解，也就无从选择适合自己的学习方式方法。为了改善学生学习的方式方法，生物学教师有必要结合生物学问题主动地引导学生了解各种思维方法。

例如，学习物质循环时，教师可提出如下问题：①物质循环概念中的物质是指什么？循环的范围在哪里？②在无机环境中碳、氮、硫以哪些形式存在？③在生物群落中碳、氮、硫主要以什么形式存在？循环的渠道是什么？④无机环境中的碳、氮、硫进入生物群落的途径有哪些？⑤生物群落中的碳、氮、硫回到无机环境的途径有哪些？⑥这三种物质在循环时的相同点与不同点有哪些？⑦物质循环平衡被打破对生物圈有什么影响？⑧在人类的物质生产活动中如何维护生物圈的稳定？⑨物质循环的动力来自哪里？教师通过以上问题由表及里，由浅入深，引导学生在问题中反思，在反思中总结，不仅在解决问题中学习了新知识，而且学会了解决问题的思维方法，培养了学生的反思能力。

又如，在复习生物学知识时，教师可以提出问题：“怎样确认植物叶肉细胞的死活？”通过启发学生分析、讨论、反思可总结出下列方法：①观察质壁分离法；②观察叶绿体和细胞质流动的方法；③红墨水染色法；④光照下测定是否有氧气生成；⑤黑暗中测定是否有氧气消耗等方法。这样的反思训练能促进思维的深刻性和发散性，培养学生认知能力、辨识能力和创新思维能力。

元学习是一种新的教育理念，很适合当前教学改革需要，是新时期教育所倡导和追求的重要目标。对元学习理论、元学习能力培养的研究，对于转变教育观念，正确确立教与学、主导与主体关系乃至建立新的教学机制都有十分重要的意义。元学习理论使教师形成了新的教育理念，使教学行为发生改变。例如，它使教学研究从注重如何“教”，转到了注重如何“学”；它使教学的目标从让学生“学会”转到“会学”。它重视学生获取知识的方法，即从授之以“鱼”转到授之以“渔”；它使教学评价从重视对教师教的评价转到重视对学生学的评价；它使对学的评价从重结果评价转到重过程评价。在生物学教学中进行元学习能力的培养，对于促进学生学会学习、培养创新型人才具有战略意义。