孟宇+楊絮+張海+羅立成

元認(rèn)知、學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)環(huán)境是影響學(xué)習(xí)的三大主要因素。很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，對(duì)元認(rèn)知的研究由于人的思維的暗默性，一直被視為是學(xué)習(xí)科學(xué)的一個(gè)難點(diǎn)領(lǐng)域。今天，由于基于計(jì)算機(jī)的學(xué)習(xí)環(huán)境的大行其道，教育大數(shù)據(jù)的搜集、整理和挖掘，漸漸成為現(xiàn)實(shí)，而對(duì)元認(rèn)知的研究，作為教育大數(shù)據(jù)研究的制高點(diǎn)之一，重新獲得了研究者們的關(guān)注和興趣。本文通過(guò)對(duì)元認(rèn)知技能評(píng)估的海外研究趨勢(shì)的歸納和案例的展示，期望為教育大數(shù)據(jù)研究者和一線(xiàn)教師提供參考和啟示。

● 何為元認(rèn)知？

元認(rèn)知是一種包含自我監(jiān)測(cè)和控制的自我認(rèn)知能力，這種元認(rèn)知技能為學(xué)習(xí)者提出了一套自我約束的規(guī)則。元認(rèn)知技能被認(rèn)為是一種非常重要的能力，在百分之四十的程度上影響著整體的學(xué)習(xí)效果，它與學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)環(huán)境共同構(gòu)成了影響學(xué)習(xí)的三大主要因素。元認(rèn)知對(duì)于學(xué)習(xí)的意義非同一般，但是元認(rèn)知技能作為一種內(nèi)在的自我指導(dǎo)能力，具有思維隱性特征，無(wú)法被我們直接捕獲，因而如何準(zhǔn)確讀取、驗(yàn)證和評(píng)估元認(rèn)知成為研究的一個(gè)難點(diǎn)。

元認(rèn)知是對(duì)學(xué)習(xí)者在傳統(tǒng)學(xué)習(xí)環(huán)境和計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)環(huán)境中對(duì)相關(guān)影響因子的認(rèn)知分析。元認(rèn)知技能通過(guò)運(yùn)用一種程序性的知識(shí)，監(jiān)測(cè)和控制個(gè)體的學(xué)習(xí)行為、方向、目標(biāo)設(shè)定、規(guī)劃、評(píng)估，以及對(duì)這幾項(xiàng)表現(xiàn)進(jìn)行概括總結(jié)?？茖W(xué)的實(shí)驗(yàn)評(píng)估包括離線(xiàn)評(píng)估和在線(xiàn)評(píng)估兩種方法，但由于在線(xiàn)評(píng)估能夠更加客觀有效地分析元認(rèn)知技能，因此計(jì)算機(jī)在線(xiàn)評(píng)估成為當(dāng)前的研究趨勢(shì)。同時(shí)，由于選擇在線(xiàn)記錄時(shí)，需要衡量學(xué)習(xí)者是否運(yùn)用元認(rèn)知技能，所以對(duì)元認(rèn)知技能的評(píng)估也作為元認(rèn)知能力的一部分，即元認(rèn)知的自我監(jiān)測(cè)與控制，以及對(duì)這一監(jiān)測(cè)控制的評(píng)估共同構(gòu)成了元認(rèn)知技能評(píng)估。

如何將這一內(nèi)隱的認(rèn)知能力，通過(guò)計(jì)算機(jī)有效評(píng)估？Marcel V.J. Veenman總結(jié)分析了尼爾森、納爾遜兩位學(xué)者的元認(rèn)知理論框架，提出了元認(rèn)知是一種獲得控制和調(diào)節(jié)自我指令任務(wù)的自上而下技能，并且通過(guò)三個(gè)實(shí)證研究、多種計(jì)算機(jī)在線(xiàn)的方法為元認(rèn)知技能的讀取及評(píng)估提供了一種有效解決途徑。

● 元認(rèn)知技能評(píng)估研究的理論框架

元認(rèn)知理論的主要代表學(xué)者有尼爾森、納爾遜等人。尼爾森較早嘗試建立其理論框架，他將元認(rèn)知分為“目標(biāo)能力（object level）”和“元認(rèn)知水平（meta-level）”兩個(gè)系統(tǒng)。首先，低階的認(rèn)知活動(dòng)通常被認(rèn)為屬于目標(biāo)執(zhí)行過(guò)程，如當(dāng)解決數(shù)學(xué)問(wèn)題時(shí)，通過(guò)讀題的過(guò)程來(lái)陳述問(wèn)題，并計(jì)算出結(jié)果。其次，高階的認(rèn)知活動(dòng)是對(duì)結(jié)果的評(píng)價(jià)和對(duì)初階對(duì)象的規(guī)劃。元認(rèn)知對(duì)這兩個(gè)階段得出的信息進(jìn)行預(yù)判，低階的信息通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳達(dá)到高階元認(rèn)知，高階指令通過(guò)控制傳達(dá)給低階對(duì)象。而納爾遜模式本質(zhì)上是一個(gè)自下而上的過(guò)程模型，低階的任務(wù)執(zhí)行觸發(fā)了監(jiān)控活動(dòng)，反過(guò)來(lái)激活了在控制過(guò)程中元認(rèn)知對(duì)目標(biāo)對(duì)象的處理。然而這個(gè)模型并沒(méi)有闡明監(jiān)視過(guò)程是如何自己激活的。此外，納爾遜的模型忽視了人類(lèi)解決問(wèn)題的目標(biāo)導(dǎo)向性和學(xué)習(xí)行為，因?yàn)檫@兩個(gè)因素在控制過(guò)程中不是自發(fā)激活的，也無(wú)法事先監(jiān)測(cè)（Veenman，2011）。

Koriath、Ma'ayan和Nussinson（2006）已經(jīng)表明了監(jiān)測(cè)和控制之間的因果關(guān)系，監(jiān)控和控制過(guò)程是雙向的。像尼爾森強(qiáng)調(diào)的，監(jiān)測(cè)過(guò)程可以引出控制過(guò)程，但控制過(guò)程也可以在沒(méi)有事先監(jiān)測(cè)的情況下激活，隨后，引出監(jiān)測(cè)過(guò)程。問(wèn)題是，這些控制過(guò)程如果不是通過(guò)純粹的巧合激活，那么是怎樣激活的呢？

Veenman（2011）首先分析Nelson的自下而上模型，提出了自上而下的方法，元認(rèn)知技能被認(rèn)為是一個(gè)獲得控制和監(jiān)測(cè)自我指令任務(wù)的技能。每當(dāng)學(xué)習(xí)者面對(duì)較為熟悉的任務(wù)時(shí)，這個(gè)自我指示系統(tǒng)就會(huì)被激活，因?yàn)檫@個(gè)新的任務(wù)之前曾有類(lèi)似任務(wù)實(shí)施過(guò)，這些循環(huán)的自我指示將推動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)有規(guī)律可循的系統(tǒng)（Anderson，1996；Winne，2010）。其次，Veenman強(qiáng)調(diào)了自我指示是元認(rèn)知能力激活各種認(rèn)知以應(yīng)用于任務(wù)執(zhí)行的重要環(huán)節(jié)。尼爾森、納爾遜的模型中都提出了自我指示概念，這種自我指示能力促進(jìn)了有效元認(rèn)知能力的形成（Veenman等人，2006）。元認(rèn)知評(píng)估的目的是讀取學(xué)習(xí)者自我指示程序的元級(jí)，然而，元認(rèn)知技能的自我指示不可直接查獲，需要通過(guò)離線(xiàn)評(píng)估和在線(xiàn)評(píng)估兩種方法來(lái)嘗試捕獲學(xué)習(xí)者的元認(rèn)知能力，但元認(rèn)知技能的離線(xiàn)自我報(bào)告存在評(píng)估有效性問(wèn)題。

基于以上學(xué)理分析，筆者選擇了在計(jì)算機(jī)在線(xiàn)日記文件中記錄對(duì)元認(rèn)知技能的評(píng)估，這一實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需要解決三個(gè)問(wèn)題：一是（Veenman，2011）自我指示本身的生產(chǎn)系統(tǒng)具有隱蔽和不可評(píng)估的特征，計(jì)算機(jī)的編譯系統(tǒng)不能讀取，如語(yǔ)義模糊性。二是計(jì)算機(jī)在線(xiàn)日記文件評(píng)估能否準(zhǔn)確有效地捕獲學(xué)習(xí)者元認(rèn)知自我指示能力，涉及選擇哪些認(rèn)知活動(dòng)可能是元認(rèn)知調(diào)節(jié)的結(jié)果。三是元認(rèn)知能力隨著學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、學(xué)習(xí)環(huán)境等的變化而發(fā)展，并呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)特征。多種在線(xiàn)記錄的驗(yàn)證方法是建立一套完整的元認(rèn)知技能日志文件指標(biāo)的必由之路（Veenman，2007；Winters etal，2008）。三個(gè)實(shí)證研究解決了元認(rèn)知技能在線(xiàn)評(píng)估面臨的困難，同時(shí)肯定了計(jì)算機(jī)在線(xiàn)日記文件對(duì)元認(rèn)知技能評(píng)估的意義。

● 元認(rèn)知技能的三個(gè)海外研究案例

1.“發(fā)聲思維”使元認(rèn)知技能顯性化

在對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過(guò)程的分析中，若單純對(duì)顯性外在的學(xué)習(xí)過(guò)程記錄，不能把握學(xué)習(xí)者元認(rèn)知的自我指示過(guò)程，研究便陷于“知其然不知其所以然”的困境。Veenman大膽嘗試讓學(xué)習(xí)者將元認(rèn)知自我指示的思維過(guò)程，發(fā)聲讀出來(lái)供計(jì)算機(jī)記錄，這是計(jì)算機(jī)在線(xiàn)記錄研究的首要環(huán)節(jié)。

1993年，Veenman在研究中把實(shí)驗(yàn)者分為兩組，其中一組參加實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)者借助計(jì)算機(jī)環(huán)境，將他們思考的過(guò)程讀出來(lái)，可供計(jì)算機(jī)記錄，另外一組在實(shí)驗(yàn)中沉默。Veenman和他的同事評(píng)估了40個(gè)參與者的元認(rèn)知技能日志文本，這些參與者在計(jì)算機(jī)模擬的加熱實(shí)驗(yàn)室中發(fā)聲思考或靜默工作。參與者為物理學(xué)領(lǐng)域的新人，他們的任務(wù)是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量物體的熱量，計(jì)算機(jī)記錄了他們所有的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。研究者使用相同的方法分別對(duì)發(fā)聲思考與靜默工作進(jìn)行分析，從主文本中的日志文件獲得綜合得分，最終得出發(fā)聲思考的參與者在元認(rèn)知能力方面與靜默工作者無(wú)異，也就是說(shuō)發(fā)聲思考并沒(méi)有影響元認(rèn)知過(guò)程，故可以讓學(xué)習(xí)者在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將思維過(guò)程通過(guò)語(yǔ)言表述出來(lái)，以供計(jì)算機(jī)讀取和記錄。

2.計(jì)算機(jī)評(píng)估元認(rèn)知技能的可行性分析

元認(rèn)知思維“發(fā)聲”并沒(méi)有影響最后的學(xué)習(xí)效果，接下來(lái)就可以展開(kāi)關(guān)于計(jì)算機(jī)能否準(zhǔn)確捕獲元認(rèn)知知識(shí)，學(xué)習(xí)者是否在計(jì)算機(jī)監(jiān)督的環(huán)境下運(yùn)用元認(rèn)知，以及對(duì)學(xué)習(xí)效果產(chǎn)生影響的實(shí)驗(yàn)。

（1）元認(rèn)知能力讀取的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2004年，Veenman及其同事選擇了113名年齡在9～22歲之間的兒童和青少年，讓他們完成（植物生長(zhǎng)和食物任務(wù)）四個(gè)計(jì)算機(jī)模擬的學(xué)習(xí)任務(wù)。實(shí)驗(yàn)做了年齡越大，元認(rèn)知能力越強(qiáng)，學(xué)習(xí)效果更好的預(yù)設(shè)，實(shí)驗(yàn)的目的是檢測(cè)計(jì)算機(jī)記錄的在線(xiàn)日記數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)是否一致，也就是對(duì)計(jì)算機(jī)在線(xiàn)日志評(píng)估準(zhǔn)確性的判定。

參與者完成了兩個(gè)生物學(xué)任務(wù)（一個(gè)植物生長(zhǎng)任務(wù)和一個(gè)食物任務(wù)）以及兩個(gè)地理任務(wù)（一個(gè)關(guān)于水獺棲息地的保護(hù)，另一個(gè)關(guān)于老齡化）。在每個(gè)任務(wù)中，有五個(gè)獨(dú)立變量，獨(dú)立變量和因變量之間關(guān)系的模型是相同的；兩個(gè)獨(dú)立變量彼此相互作用；一個(gè)變量具有非線(xiàn)性效應(yīng)（反作用）；兩個(gè)變量不相關(guān)。每個(gè)任務(wù)模型都對(duì)應(yīng)一個(gè)現(xiàn)實(shí)生活現(xiàn)象。如下圖所示，在食物任務(wù)中同理。

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果

Veenman和他的同事（2004）歸納了計(jì)算機(jī)記錄的植物生長(zhǎng)任務(wù)和水獺任務(wù)的元認(rèn)知自我指示能力數(shù)據(jù)，并綜合分析得出，計(jì)算機(jī)日記文件顯示的元認(rèn)知技能與實(shí)驗(yàn)預(yù)設(shè)的不同年齡段學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果一致，證明計(jì)算機(jī)日記文件能夠準(zhǔn)確讀取元認(rèn)知能力。

（3）學(xué)習(xí)者元認(rèn)知技能運(yùn)用評(píng)估

上面的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了計(jì)算機(jī)能夠準(zhǔn)確讀取元認(rèn)知技能，下面增加實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性，讓學(xué)習(xí)者反復(fù)操作以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)其在重復(fù)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中是否運(yùn)用元認(rèn)知能力，以及對(duì)學(xué)習(xí)效果產(chǎn)生了哪些影響。

選擇一組初中生來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中變量之間的數(shù)值關(guān)系變得更加復(fù)雜，關(guān)系變量包括相互作用效應(yīng)。將這次實(shí)驗(yàn)的日記文件與2004年Veenman及其同事收集的元認(rèn)知評(píng)估日志文件數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)者在經(jīng)歷多次實(shí)驗(yàn)在線(xiàn)評(píng)估和重復(fù)實(shí)驗(yàn)后，運(yùn)用了元認(rèn)知技能，且學(xué)習(xí)效果確實(shí)得到了改善。

三個(gè)實(shí)驗(yàn)表明，計(jì)算機(jī)讀取“發(fā)聲思維”顯性化元認(rèn)知技能是可行的，計(jì)算機(jī)能夠有效讀取元認(rèn)知能力，且元認(rèn)知能力確實(shí)改善了學(xué)習(xí)效果。

3.動(dòng)態(tài)環(huán)境下學(xué)習(xí)者元認(rèn)知技能運(yùn)用評(píng)估

如何更好地將元認(rèn)知技能運(yùn)用于教學(xué)實(shí)踐，提高學(xué)習(xí)者的元認(rèn)知技能，是文章開(kāi)頭提到的難點(diǎn)，也是問(wèn)題的關(guān)鍵。2010年，Veenman及其同事的另一項(xiàng)研究中，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)任務(wù)，將隱馬爾可夫統(tǒng)計(jì)模型運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)分析，對(duì)元認(rèn)知這種隱形的能力在變化過(guò)程中進(jìn)行隱含參數(shù)分析，并探討了這種能力隨著學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的累積、學(xué)習(xí)情境的變化，其運(yùn)用情況的變化情況。

實(shí)驗(yàn)選擇了153名預(yù)備中學(xué)的學(xué)生，按照隨機(jī)順序，完成植物生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)和老齡化實(shí)驗(yàn)。隨著時(shí)間的推移、實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的重復(fù)，參與者變得更加活躍，在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中體現(xiàn)出更多的積極性，對(duì)于實(shí)驗(yàn)操作的控制能力在提升，說(shuō)明重復(fù)的練習(xí)，可以提高學(xué)習(xí)者運(yùn)用元認(rèn)知技能的自覺(jué)性，掌握到的豐富的元認(rèn)知運(yùn)用技能，將改善學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果。

● 元認(rèn)知的未來(lái)研究趨勢(shì)及挑戰(zhàn)

對(duì)元認(rèn)知的研究是揭示學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)秘密的重要途徑。通過(guò)“發(fā)聲思維”顯性化元認(rèn)知思維，在線(xiàn)日記記錄元認(rèn)知能力準(zhǔn)確性判斷，學(xué)習(xí)者運(yùn)用元認(rèn)知對(duì)學(xué)習(xí)效果的影響，得出計(jì)算機(jī)在線(xiàn)日記文件是一種有效的元認(rèn)知評(píng)估方法，重復(fù)的實(shí)驗(yàn)練習(xí)達(dá)到了提高學(xué)習(xí)者元認(rèn)知技能的目標(biāo)，這給教育實(shí)踐研究的探索打開(kāi)了一扇窗戶(hù)。

然而，研究者們發(fā)現(xiàn)，元認(rèn)知技能的評(píng)估面臨以下兩個(gè)主要的挑戰(zhàn)：第一，計(jì)算機(jī)捕獲的元認(rèn)知技能的自我指示可能不完整，研究人員必須通過(guò)推斷學(xué)習(xí)者自我指示與計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)譯自我指示之間的關(guān)系來(lái)填補(bǔ)空白。首先，需要推斷學(xué)習(xí)者的自我指示，通過(guò)“發(fā)聲思維”是否能完全傳達(dá)；其次，喚醒元認(rèn)知知識(shí)只是瞬時(shí)性的心理作用，這是計(jì)算機(jī)無(wú)法讀取的。記錄者需要結(jié)合學(xué)習(xí)者面臨的環(huán)境等眾多因素來(lái)綜合考量。第二，在實(shí)際的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)習(xí)者總是面臨不同的學(xué)習(xí)情境，簡(jiǎn)單重復(fù)的元認(rèn)知技能練習(xí)，不能真正實(shí)現(xiàn)元認(rèn)知技能對(duì)學(xué)習(xí)者的指導(dǎo)。

值得肯定的是，在線(xiàn)日志文件評(píng)估這種潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲的方法，通過(guò)客觀記錄學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)日記，對(duì)元認(rèn)知技能評(píng)估有著舉足輕重的作用，因?yàn)閷?duì)學(xué)習(xí)者在線(xiàn)評(píng)估的日志文件的驗(yàn)證是對(duì)其元認(rèn)知評(píng)估的先決條件，此外，在線(xiàn)文件對(duì)元認(rèn)知技能運(yùn)用自覺(jué)性評(píng)估還能有效促進(jìn)元認(rèn)知能力的提高。終極的元認(rèn)知技能評(píng)估將包括不同的在線(xiàn)方法，可能由于學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)而改變，遺憾的是，到目前為止，關(guān)于元認(rèn)知的多方法研究依舊鳳毛麟角。