 2022年4月23日，上海市中学生第十二届元认知讲义（数学）与思维可视化邀请赛的第一场教师工作坊圆满举行！由于疫情防控需求，本场活动采取线上形式进行。华东师范大学教授、博士生导师吴刚作为发言专家，为所有线上的教师带来了题为“元认知与学习”的学术大餐。 吴刚教授从元认知的内涵与结构;深度学习与元认知、及其相关案例；结合《学习如何发生：智能教学的七项研究性原则》；学习迁移与元认知；元认知的应用等方面综合阐述了元认知的理念与实践应用。 一、 元认知 （一）何谓元认知？ 元认知最简单的定义是“关于思考的思考”，这是指有效学习者表现出的 “自我调节”，这意味着他们知道自己的学习过程，并能在学习时衡量自己的学习效率。 本质上，元认知包括两个同时的思维层次:第一个层次是学生对特定学科内容的思考/学习，第二个层次是学生对他/她的学习的思考。 一个练习元认知的学生会问自己“我在想什么？”或者“我在学习过程中处于什么位置？我正在学习/理解这个话题吗？我怎样才能更有效地学习？”这两个层面是:知识和监管。 有元认知意识的学生表现出自知之明:他们知道在学习时什么样的策略和条件最适合他们。陈述性知识、程序性知识和条件性知识对于发展概念性知识(内容知识)是必不可少的。 调控是指学生关于策略实施的知识和监控策略有效性的能力。当学生进行调节时，他们会根据不断发展的自我知识不断发展和监控他们的学习策略。 （二）元认知的结构  二、 深度学习与元认知 深度学习在其机制上与元认知是相同的。它起源于瑞典的Marton和S�lj�对心理加工策略的研究。在一系列的实验中，他们考察了学生在阅读完一篇文章后被要求回答理解性问题时的学习方法。结果发现两种不同的行为：有些学生试图不加任何反思(表面方法)地存储孤立的事实；另一些人则批判性地处理它们，并试图将新信息与现有知识联系起来(深度方法)。 采用深度学习法的学生指导自己的学习，试图理解学习的内容和过程，并相应地修改自己的信念、行为和价值观。——元认知 与之相反的是，表层学习法的学习者对所学习的领域相当冷漠，受考试压力或压力的驱使，因此选择死记硬背。 相关案例： 约翰(John)和梅丽莎(Melissa)参加了机械工程学位必修的流体力学核心课程。约翰对工业工程有浓厚的兴趣，他看不出这门课程在短期或长期内对他有什么用处。因此，他在课堂和学习上逃课或相当不专心。他打算尽最大可能在期末考试中取得及格分数。 梅丽莎对该课程与以前的数学课程以及未来在各个领域的应用的联系很感兴趣。她在课堂上做笔记，提出问题，并被驱使去寻找和学习课程课本之外的其他材料。约翰的态度是一种表层学习方式，而梅丽莎则表现出一种深刻的、有意义的、深度的学习方式。 相关研究也确定了深度学习与元认知的相关性，其中六个学习概念的层次结构，即学生在学习过程中经历的阶段。最低的三个概念包括表层学习方法：定量知识积累、记忆和存储、获取事实以备将来使用。接下来的三个阶段是深度学习方法的典型阶段：通过抽象构建意义，重新概念化现实解释，最后是人的全面成长。——依赖元认知 此外，Ohlsson将深度学习定义为进行必要的、非单调的认知发展和变化的能力。其中，他确定了三种非单调的心理转移: (1)提出问题的新解决方案和创造性见解的能力; (2)通过重复试验调整认知能力； (3)通过批判性思维改变价值观和观念 深度学习是通过学生的积极参与，特别是有意义的建设活动来实现的。深度学习与多态思维(即创造性、批判性、反思性和关怀性)以及解决问题的过程和能力有关。 深度学习的概念不应与人工智能领域中用于数据分析和表示的深度学习计算处理技术相混淆。 三、 学习如何发生：智能教学的七项研究性原则 卡内基梅隆大学卓越教学和教育创新中心提出学习的七个原则 ： 1. 学生的先前知识可以帮助或阻碍学习。 2. 学生组织知识的方式影响他们学习和应用知识的方式。 3. 学生的学习动机决定、指导和维持着他们的学习行为。 4. 为了掌握技能，学生必须掌握各种技能组件，进行整合练习，并知道何时应用所学知识。 5. 目标导向的实践加上针对性的反馈提高了学生的学习质量。 6. 学生当前的发展水平与课程的社会、情感和智力氛围相互作用， 从而影响学习——学习环境。 7. 要成为自主学习者，学生必须学会监控和调整自己的学习方法 （元认知）。 成功的学习者需要参与各种元认知过程：监督和控制他们的学习——评估手头的任务；评估自己的优势和劣势；计划他们的方法；应用和监控各种策略；反思他们目前的方法发挥作用的程度。不幸的是，学生往往不会自然地参与这些过程。当学生发展了参与这些元认知过程的技能时，他们就会养成思维习惯，这不仅能提高他们的学习成绩，还能提高他们作为学习者的效率。  四、 学习迁移与元认知 （一）学习是为了更好的迁移 依据迁移发生的自动化程度，可以将迁移分为低路迁移（low-road transfer）和高路迁移（high-road transfer）。  （二）刷题是保证低路迁移 低路迁移是指以一种自发的或自动的方式所形成的技能迁移。低路迁移是通过在各种情境中的练习获得的，其发生几乎是不需要或很少需要意识、思维的参与。 例如，修理设备之间迁移。——最典型的，是每天反复操练差不多类型的题目，以便考试能够提高答题速度。 （三）元认知数学是实现高路迁移 高路迁移是指有意识地将某种情境中学到的抽象知识应用于另一种情境中的迁移。例如：学生在一种情境中抽取出了一种规则、原理、图式、范例等，然后运用于新的情境，这便是高路迁移。如人体解剖学的知识运用于人体素描课(达�芬奇)。 （四）高路迁移与低路迁移的区别 (1)高路迁移是有意识地对情境进行考察，然后决定用什么策略去解决问题；低路迁移是自动运用某种规则去解决问题。 (2)高路迁移更多应用的是程序性知识和条件性知识；低路迁移基本上涉及的是陈述性知识。  五、 元认知的实践应用 （一）自我提问 教师教学生进行自我提问，学生通过定期停下来提问和回答问题主动响应文本的过（Lohfink， 2012。学生在提问之后，会做预测，是为“基于所知的猜想”。接着学生将寻找答案，看看他的预测是否正确。 根据布鲁姆的目标分类理论，学生的提问是有不同层次的。  Anderson认知目标分类学（2001） 以物理学科为例，如“我需要记住什么科学原理？”属于记忆的层面；“对于书本内容，我目前了解多少？”属于理解层面；“我怎样才能把我的经验与作者告诉我的联系起来呢？”属于应用层面；“在这个过程中，每个因素之间的关系是什么？”属于分析层面；“我们的观察是否符合我们正在学习的原理？”属于评价层面；创造层面的问题包括“我如何看待我现在生活的自然世界？”不同层面的反思都能发展他们的元认知能力。 （二）元认知与问题解决 所有的问题都包含三个重要的组成部分：给定条件、目标和障碍。可以把“给定”指的是构成问题情境初始状态的元素、它们之间的关系和条件，而“目标”指的是问题的解决方案或预期结果。 元认知帮助问题解决者：认识到有一个问题需要解决；找出到底是什么问题；然后理解如何达成解决方案。 由此可确定了四个元认知过程，这些过程对广泛领域的问题解决表现有重要贡献： （1）识别和定义问题 （2）在大脑里表征问题 （3）计划如何进行解决 （4）评估你对自己表现的了解 （三）元认知与数学问题解决 元认知在解决数学问题中的作用 研究发现，学生在学习中无法执行所需的监控和控制过程是数学成绩低下的原因，而不是缺乏数学知识。因此，当学生能够监控和控制他自己的学习过程时，问题解决过程的有效性将会增加。教师需要明确地指导学生的自我监控并随后调节他们的学习过程，以便使他们在数学问题解决中更加自我导向。 学生对数学问题的元认知思考是：(a)问题的结构，(b)新知识和现有知识之间的联系， (c)适合解决新问题的具体策略和原则。 教师在教学过程中应考虑的步骤，用IMPROVE(这是组成该方法的指令步骤的缩写)表达，包括：引入新概念(I)、元认知提问(M)、练习(P)、回顾和减少困难(R)、掌握(O)、验证(V)和充实(E)。 元认知学习策略采用思维导图。这是学生在处理数学问题时的思维地图，这将有助于他们监控和调整他们的思维以促进其提高。提供足够的时间练习和为数学活动提供充分的准备。 2.影响数学问题解决的认知和情感变量 根据400项策略的元分析，有效策略的关键要素是：（1）投入于学习的意愿；（2）探索未知的好奇心和意愿；（3）与深度理解内容相关的技能；（4）参与结构（例如同伴指导、合作/协作学习）。  （四）学科学习的元认知方法 “元认知”采取的回应策略是以反观的方式，对自己的行为做出评价。学生在学习的时候，经常跳脱目前的学习情况，而以一种“反观者”的身份，审视自己的学习过程。例如，是不是理解了学习内容，采用的方法是不是得当，遇到了困难应该怎么解决等。 教师可以采用问题的释义、整合、计划和问题执行的元认知方法进行数学教学， 帮助学生反思自己的学习行为并为解决问题提供思路。 比如引导学生自问： （a）我理解这个问题中关键词的含义吗？问题是什么？——问题释义 （b）我是否拥有解决问题所需的所有信息？我需要什么类型的信息？——问题整合 （c）我是否知道如何组织信息解决问题？我应该采取哪些步骤？我先做什么？——解题规划 （d）我该如何计算解决方案？我有哪些操作有困难？——问题执行  元认知讲义将学生自问转化为可视化的结果 （五）学生元认知思维习惯的培养 （a）让学生接触一般的问题解决技巧、思考技巧和策略，以及如何运用这些技巧解决问题 （b）鼓励学生思考他们用来解决特定问题的策略和方法 （c）为学生提供需要计划(同一问题的替代方法-解决前)和评估(解决后)的问题 （d）鼓励学生寻找解决，并检查答案的适当性和合理性 （e）让学生讨论如何解决特定问题，并解释他们解决问题的不同方法。 （六）有效提高学生解决问题的能力 （a）数学日志写作——学生通过写作活动培养一种解决数学问题的元认知方法。 （b）有效的提问技巧——教师建立一种环境，在这种环境中，教师和学生都可以就解决问题的过程不断提问，以便更好地理解、监控和指导学生的认知过程。 （c）识别问题的结构属性——教师不断要求学生识别不同解决方法之间的相似性和差异，以及涉及不同背景的问题的结构属性。 （d）结对和分组解决问题——学生结对和/或分组工作，大声朗读并互相采访，以便更好地了解并更有意识地调节问题解决者的思维过程。 研究证明：同侪学习有助于更好解决问题。同侪学习策略与解题成绩之间存在显著的 (p < 0.10)关系。这表明合作学习可以带来更好的结果。学生参与技巧有助于学习过程。 人们越来越担心，我们目前的教育体系可能无法让学生为明天的工作做好准备。这项研究的发现表明，同侪学习可能是成功的预测因素。因此，鼓励教育工作者考虑将协作解决问题(CPS)模块纳入他们的课程，因为在当前的劳动力中，员工在面对面互动以及在线使用跨界技术时会进行协作。  研究出处 （七）课堂中师生的责任 学习是通过与他人的互动进行的，当这些互动是有意图的时，就会发生特定的学习。我们不需要更多的规定性教学，而是需要更精准的教学。 精准教学要求教师充分了解学生和学科内容，定期评估学生对学科内容的理解，并有目的地计划课程，将责任从教师转移到学生身上。正是通过这种非常意图的的课堂结构，学习才得以发生。 四种教学安排包括：焦点课程、引导性教学、合作学习、独立任务。 责任模型的逐步释放展示了你如何帮助学生学习新的策略以发展技能。  以上内容是<上海市中学生第十二届元认知讲义（数学）与思维可视化邀请赛>第一场教师工作坊活动现场吴刚教授的发言整理。 吴刚，教授，博士生导师。主要从事教育社会学、比较教育、教育基本理论、课程与教学论等领域的研究。 |
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