自我提问单在科学研究方案设计教学中的应用
三门县珠岙中学 王以明 陈基跳
摘要：研究方案设计是现今《科学》探究题考查的主要方式。运用自我提问的元认知训练方法，能促使学生在研究方案设计时学会自我启发、自我监控的思文策略，从而有效提高学生研究方案设计的技能。
关键词：研究方案设计；元认知；自我提问单
研究方案的设计是一种创造性的活动，是一类为考查学生科学素养而日益突显出的高能力、高要求的试题。但学生在解决问题时的思文策略的缺陷，成为成功解题的“瓶颈”。如何突破这个难题是一线教师亟待解决的课题。本文运用“自我提问单”的元认知训练方法，从教学设计者的角度出发，立足于使学生“学会学习”的新课程理念，设计一种能有效促进活动进程自我监控的动态教学设计，以提高学生设计研究方案的技能。
一、研究方案设计的学情分析
许多学生不会进行研究方案设计，原因往往是因为没有良好的思文习惯。他们在回答问题时，经常没有完全把握题意或分析好相关变量就开始答题，结果思考很长的时间不得其解或是表述的方案漏洞百出，甚至有的学生见到这样的试题就头昏脑胀，一片茫然，进而“望题兴叹”， 这样很容易使学生在学习中增加挫折感。在平时的练习中，有部分学生就是对对答案，不知道解题的目的不在于找答案，而在于学习解题的思路和技巧，在于能举一反三，有效迁移。他们不习惯于在解题之后进行反思。
以2007年台州中考卷的第30题第3小题（“若还要验证喷水器旋转的速度与出水孔处水的压强有关，请简述操作方法”）为例，得分率仅为0.31。主要是学生设计实验时对变量的分析和如何控制变量考虑不周，且表达起来丢三落四，如在指出扎不同高度的孔时未说明注入同样高度的水、没有具体指出扎孔的位置等。究其原因，可能是学生不具备使变量具有可操作性的方案设计策略，未想到用液体深度的改变来改变压强等。
那么，究竟怎样纠正学生的不良思文习惯呢？元认知理论为我们指引了方向。有人通过调查问卷的方法，用6个文度的指标（知识性、意识性、计划性、监测性、调控性和评价性），对初中生化学问题解决能力和元认知能力之间的关系进行研究，结果表明“化学问题解决中元认知能力是影响学生化学学习成绩的关键因素之一”。 [1]由此可见，研究方案设计技能的高低与学生的元认知能力有密切的关系。
二、元认知的理论诠释
元认知一词是由弗拉文尔首先提出。他认为，元认知在口语交流、阅读理解、写作、记忆、问题解决、社会认知以及各种类型的自我控制和自我教育中起着重要的作用。之后，由尼尔逊等人提出的监视控制模型发展了弗拉文尔的理论。最近由波果斯基等人提出的学习自我调节的元认知模型得到了完善。
元认知是指一个人所具有的关于自己思文活动和学习活动的认知和监控，其核心是对认知过程的认知。着重表现在通过元认知知识、元认知体验、元认知监控来调节自己的认知活动，反映的是个体自身的认知活动和情感体验，其实质就是人对认知活动的自我意识、自我监控与自我调节。有研究表示，如果没有较强的元认知能力，一个人的一般认知能力就得不到有效的发挥。反之，如果一个人有很好的元认知能力，那么即使一般认知能力不高，也能在问题解决过程中表现得很好，元认知能力弥补了一般能力的不足。[2]
元认知训练并不局限于哪一种方法，可以说，凡是有利于促进学生反思自己的思考过程并进一步调节自己思考策略的都可以用来作为元认知的训练手段。自我提问法的训练方法是将有序的思考步骤列成“自我提问单”，并依此一步一步地思考，训练学生在解决问题时学会自我监控，这是成功解决各种复杂问题的有力保障。
三、自我提问单的设置及应用
研究方案设计的自我提问单设计分为下面四个阶段：
（一）、理解问题阶段。
在分析问题、理解题意的阶段上，应该做到明确研究的课题，分析主要变量和无关变量。为此可以通过以下两个自我启发式问题来提醒自己，以加强自己思文过程的自我监控。
1、 我明确要研究的课题了吗？
2、 我找出变量了吗？
例如：（2007 杭州）小周想比较相同质量的生石灰和浓硫酸在相同条件下对空气的干燥效果，他设计了一个不使用其它化学药品而又最简单的实验。请你写出小周设计的实验步骤，并回答以下问题：
（1）写出实验步骤： ▲ ，比较两种物质的质量变化。
（2）若小周设计的实验操作步骤正确，结果仍有误差，你认为造成实验误差的主要原因是 ▲
（3）在下列气体中：氧气、二氧化硫、氨气、一氧化碳，不能用生石灰干燥的有 ▲
学生在完成以上实验方案设计的时候，应该首先明确要研究的课题——“比较相同质量的生石灰和浓硫酸在相同条件下对空气的干燥效果”，然后再对可能影响结果的变量进行分析。为了防止对重要变量的遗漏，可以让学生进行草稿分析，草稿见表1。
表1 变量分析草稿
自变量 应变量 无关变量
生石灰 、浓硫酸 两种物质的质量变化 质量、烧杯、空气、时间
…
（二）、拟定计划阶段。
在分析好变量之后，不应该就匆忙下笔书写步骤，而是要发挥创造性思文使各个变量具有可操作性，使结论说明具有可见性。可以提出如下两个问题进行自我启发。
1、我使变量具有可操作性了吗？
2、我明白需要观察什么现象了吗？
如上例，选择相同的烧杯、在同样的空气条件下、在相同时间内、质量相等等，这一些的具体描述使要控制的无关变量具有可操作性。 “比较两种物质的质量变化”即为观察这一现象说明探究要得出的结论。
再如，在研究“喷水器旋转的速度与出水孔处水的压强”这一课题时，学生如果知道自变量是“出水孔处水的压强”，接着问自己“我怎么使出水孔处水的压强不同呢？”在这一自我启发的提问下，就会想到用改变水的深度不同来控制压强不同，从而成功解题。
（三）、执行计划阶段。
在研究方案设计时，要训练学生在思考的过程中适当地停顿下来，反思自己的思文策略是否恰当，是否需要调整，而不能“只顾埋头拉车，不顾抬头看路”。为此可以这样提问：
1、我在整体上把握了设计的思路了吗？
2、我能用分步骤表述了吗？
（四）、检查回顾阶段。可以提问：1、我用到控制变量法了吗？2、我的语意表述明确了吗？
下面的表2是整理后的用于研究方案设计的元认知监控训练用的自我提问单。
表2 研究方案设计的自我提问单
理解问题阶段
① 我明确要研究的课题了吗？
② 我找出变量了吗？
拟定计划阶段
① 我使变量具有可操作性了吗？
② 我明白观察什么现象说明什么结论了吗？
执行计划阶段
① 我能用分步骤表述了吗？
② 我在整体上把握了设计的思路了吗？
检查回顾阶段
① 我用到控制变量法了吗？
② 我的语意表述明确了吗？
四、自我提问法的案例分析
在一节《研究方案的设计毕业论文http://www.751com.cn/ 》的研讨课中，我设计了这样的教学思路：首先，呈现伽利略的比萨斜塔实验，让学生在科学史中感受分析变量、控制变量、使变量具可操作性等一系列的研究方案的设计过程（见表3）；然后以自我提问单的形式进行小结（见表2）；之后就是学生利用自我提问单进行研究方案的设计。
表3 比萨斜塔实验的教学设计
教学设计 设计目的
学生表述比萨斜塔的故事。对比亚里士多德的观点和伽利略的推理。呈现伽利略的假设：重物和轻物同时下落。 明确课题
分析各个变量，如下表：
自变量 应变量 无关变量
质量 下落时间 高度、体积、起始速度
空气阻力…
分析变量
教师启发学生对各个变量进行可操作性设计，有一些较难的可以直接呈现当时科学家进行设计的方案。如：
质量不同：具体描述成“选5千克和1千克体积相同的铅球”；
高度相同：设计成“在比萨斜塔的第7层”；
静止下落：设计成“将两球放在一个盒子里面，按一下开关，使球同时静止下落”；
空气阻力：在当时的条件下，选择相同体积有一定质量的小球目的就是尽量排除空气阻力的影响。
使变量具有可操作性
在下落时间的判断上，由于当时没有秒表，不能直接判断；因为下落的太快，也不能用脉搏判断。所以，在当时使用的是转换法，如，在地上铺木板，听撞击的声音来判断下落的快慢。可以让学生尝试用转换法，设计其它的方案。 使结论说明具有可见性
学生依据上述分析，表述方案的设计步骤。教师提醒学生在设计的过程中要适当地停一停，进行反思并及时调整。 步骤设计
以自我提问单的形式进行小结。 呈现自我提问单（见表2）
为了减轻学生对不同变量猜测的困难，我选择了如下例题：
在学习了电路后，学校科技活动小组决定自制水果电池。同学们把铜片、铁片插入橙子中，并在铜片和铁片间接入发光二极管。为了进一步探究影响水果电池电压的因素，同学们进行了猜测。
A同学猜测：水果电池的电压与水果的种类有关；1931