摘 要：STEM教育具有多學(xué)科整合、基于項(xiàng)目的協(xié)作學(xué)習(xí)和真實(shí)的問題解決情境等學(xué)科特征。然而，對于習(xí)慣于傳統(tǒng)教學(xué)方法的學(xué)生來說，由于缺乏系統(tǒng)的認(rèn)知能力和調(diào)節(jié)能力，容易導(dǎo)致STEM教育的教學(xué)效果不佳。元認(rèn)知能力是建立在一定的元認(rèn)知知識和情感的基礎(chǔ)上，對自身認(rèn)知活動進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制的高級能力。有研究表明，培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知能力可以提高其在STEM教育中的學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)成績和學(xué)習(xí)效果。然而，現(xiàn)有研究大多將某個策略應(yīng)用到STEM教育中培養(yǎng)元認(rèn)知能力，或者聚焦于元認(rèn)知能力某一維度的培養(yǎng)，缺乏系統(tǒng)全面的元認(rèn)知能力培養(yǎng)策略。因此，本研究根據(jù)元認(rèn)知的結(jié)構(gòu)和STEM教育的特點(diǎn)，提出了在STEM教育中全面系統(tǒng)地培養(yǎng)元認(rèn)知能力的策略模型。而后，本研究通過準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究法驗(yàn)證以上策略的應(yīng)用效果，在STEM課程中，實(shí)驗(yàn)組采用元認(rèn)知培養(yǎng)策略，對照組采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行教學(xué)。根據(jù)問卷數(shù)據(jù)的ANCOVA分析結(jié)果，得出以下結(jié)論：①元認(rèn)知培養(yǎng)策略可以有效提高學(xué)生的元認(rèn)知能力，包括元認(rèn)知知識、元認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)和元認(rèn)知監(jiān)控；②元認(rèn)知培養(yǎng)策略可以促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績和知識獲取。

關(guān)鍵詞：元認(rèn)知；元認(rèn)知技能；STEM；培養(yǎng)策略；初中

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-0069（2024）01-0063-08

引言

STEM課程是指由科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、

工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）等學(xué)科共同組成的跨學(xué)科課程，有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，對一個社會的未來發(fā)展具有重要的推動作用。影響STEM教學(xué)效果的因素眾多，其中自我調(diào)節(jié)是學(xué)生在STEM學(xué)習(xí)中取得成功的關(guān)鍵角色[1]。STEM課程具有豐富的跨學(xué)科學(xué)習(xí)知識和多樣化的認(rèn)知與實(shí)踐活動等特點(diǎn)，而學(xué)生由于缺乏系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力，容易在STEM課程的跨學(xué)科知識與多樣化認(rèn)知活動中出現(xiàn)信息迷航、認(rèn)知超載等問題，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果達(dá)不到預(yù)期。

元認(rèn)知是指反映或調(diào)節(jié)認(rèn)知活動的任一方面的知識或者認(rèn)知活動，被定義為監(jiān)控和控制認(rèn)知過程的能力[2]。元認(rèn)知能力可以促進(jìn)學(xué)生在STEM課程學(xué)習(xí)中的自我計(jì)劃和監(jiān)督、調(diào)節(jié)認(rèn)知過程，幫助學(xué)生更好地適應(yīng)STEM課程的學(xué)習(xí)[3]。因此，有學(xué)者采用問題教學(xué)、合作學(xué)習(xí)、真實(shí)學(xué)習(xí)等策略，在STEM教育中培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知能力[4]。然而，現(xiàn)有研究大多是將某個策略應(yīng)用于STEM教育中培養(yǎng)元認(rèn)知，或者聚焦于元認(rèn)知能力某一維度的培養(yǎng)，缺乏系統(tǒng)全面的元認(rèn)知能力培養(yǎng)策略。因此，本研究根據(jù)元認(rèn)知的整體結(jié)構(gòu)和STEM教育的特點(diǎn)，提出在STEM教育中全面系統(tǒng)地培養(yǎng)元認(rèn)知能力的策略模型。

一、文獻(xiàn)綜述

（一）元認(rèn)知理論結(jié)構(gòu)

目前，由董奇[5]提出的元認(rèn)知結(jié)構(gòu)模型被普遍認(rèn)同。這一模型的3個維度包括元認(rèn)知知識、元認(rèn)知體驗(yàn)和元認(rèn)知監(jiān)控，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。元認(rèn)知知識是指個體對于自身認(rèn)知能力、認(rèn)知對象和認(rèn)知策略的選擇的認(rèn)知，也就是個體在認(rèn)知過程中的自我審視，包括認(rèn)知主體、認(rèn)知任務(wù)和認(rèn)知策略3個維度。元認(rèn)知體驗(yàn)是個體在認(rèn)知過程中的直觀感受，包括對認(rèn)知過程中的學(xué)習(xí)感受、掌握知識后的感受和學(xué)習(xí)過程中的情緒變化，分為認(rèn)知體驗(yàn)和情感體驗(yàn)。元認(rèn)知監(jiān)控是個體對自身認(rèn)知過程的主動監(jiān)控和調(diào)節(jié)，從制訂合適的認(rèn)知計(jì)劃，到根據(jù)成果及評價(jià)進(jìn)行反饋調(diào)整，是個體自我提高、自我完善的機(jī)制，包括計(jì)劃、監(jiān)控、反思和調(diào)節(jié)。

（二）元認(rèn)知能力對STEM教育的影響

元認(rèn)知對STEM教育的影響包括直接影響和間接影響。就直接影響而言，高水平的元認(rèn)知技能可以促進(jìn)STEM課程的教學(xué)和學(xué)習(xí)，提高課堂效率，并實(shí)現(xiàn)更富有成效的學(xué)習(xí)目標(biāo)。例如，瑪麗莎·麥考利夫（Marisha McAuliffe）[6]指出，元認(rèn)知技能可以幫助學(xué)生更好地適應(yīng)STEM課程的學(xué)習(xí)。

就間接影響而言，元認(rèn)知通過影響其他能力或素質(zhì)來影響STEM教育。有研究指出，元認(rèn)知技能可以增強(qiáng)學(xué)生的反思能力和批判性思維，促進(jìn)學(xué)生任務(wù)知識的內(nèi)化和認(rèn)知策略的使用，提高學(xué)生的協(xié)作能力、創(chuàng)造性和探索性技能等，并通過增強(qiáng)學(xué)生的自我規(guī)劃和自我監(jiān)控來調(diào)節(jié)認(rèn)知過程，提高學(xué)生在STEM教育中的有效學(xué)習(xí)能力[7]。

（三）STEM教育中的元認(rèn)知能力培養(yǎng)策略

鑒于元認(rèn)知能力對STEM教育具有一定的積極影響，一些研究人員主張通過策略引入發(fā)展元認(rèn)知能力，從而提高STEM教育的效果，比如合作學(xué)習(xí)、思維可視化、真實(shí)教學(xué)等。有學(xué)者將合作學(xué)習(xí)方法與元認(rèn)知策略引入STEM課程中的數(shù)學(xué)課程[8]，在實(shí)驗(yàn)中，組1采用元認(rèn)知策略支持的合作學(xué)習(xí)方法，組2采用沒有元認(rèn)知策略支持的合作方法，組3采用傳統(tǒng)教學(xué)方法，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，組1的元認(rèn)知能力顯著高于組2，組2的元認(rèn)知能力又顯著高于組3。此外，組1學(xué)生表示在這樣的教學(xué)活動背景下，他們對問題的質(zhì)疑及其解決、分析錯誤和規(guī)劃能力都有所提高。葉兆寧等[9]結(jié)合教學(xué)案例的分析，指出教師可以使用監(jiān)控、調(diào)節(jié)、反思等多種認(rèn)知模式、策略和方法，將思維可視化，促進(jìn)學(xué)生元認(rèn)知能力的形成，比如采用學(xué)習(xí)單、集體記錄表、思維工具、可視化工具等記錄學(xué)習(xí)者的思考過程及結(jié)果，將學(xué)習(xí)者的思維具象化，以便學(xué)習(xí)者進(jìn)行監(jiān)控調(diào)節(jié)，促進(jìn)元認(rèn)知能力提升，但該研究未進(jìn)行實(shí)證研究。還有學(xué)者關(guān)注真實(shí)教學(xué)對于STEM教育中學(xué)生元認(rèn)知發(fā)展的促進(jìn)作用，并在教學(xué)中使用檔案袋來記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，幫助他們反思自己的想法和任務(wù)，然而研究結(jié)果顯示，在STEM教育中，雖然學(xué)生參與了元認(rèn)知活動，但是他們的元認(rèn)知能力沒有發(fā)生顯著性變化[10]。

綜上所述，現(xiàn)有的研究一般是基于某種策略在STEM教育中培養(yǎng)元認(rèn)知能力，只是聚焦元認(rèn)知能力某個維度的培養(yǎng)，而且培養(yǎng)效果也有差別：有的研究發(fā)現(xiàn)元認(rèn)知能力顯著提高，有的研究則發(fā)現(xiàn)元認(rèn)知能力沒有顯著變化。較少有文獻(xiàn)從元認(rèn)知整體結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，將一系列的綜合策略應(yīng)用到STEM教育中，全面、系統(tǒng)地培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知能力，以提高STEM教育的效果。因此，本文將提出一個全面、系統(tǒng)的元認(rèn)知能力培養(yǎng)策略模型，并采用準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究方法對其性能進(jìn)行研究。

二、策略模型設(shè)計(jì)

根據(jù)元認(rèn)知理論的結(jié)構(gòu)和STEM課程的特點(diǎn)，本研究從元認(rèn)知知識、元認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)和元認(rèn)知監(jiān)控的角度，構(gòu)建STEM課程中促進(jìn)學(xué)生元認(rèn)知能力發(fā)展的策略模型，如圖2所示。各個策略的解析如下：

S-A1：自我審視，強(qiáng)化個體認(rèn)知。這是指通過自我反省來加強(qiáng)個人對自己的認(rèn)知。只有更充分地了解自己，學(xué)習(xí)者才能更好地融入學(xué)習(xí)活動。在STEM課程中，教師可以創(chuàng)造自我反省的環(huán)境，例如，指導(dǎo)學(xué)生在家中對著鏡子審視自己，或者回答問題：“今天的課程主題是我的學(xué)科專長嗎？”“我有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)計(jì)算能力，我能做些什么？”等等。此外，教師可以制作“自我評估表”，幫助學(xué)生完成自我評估，讓學(xué)生對自己的認(rèn)知更直觀。

S-A2：巧用工具，整理任務(wù)知識。在STEM教育中，學(xué)生應(yīng)該學(xué)會使用學(xué)習(xí)工具幫助自己設(shè)定和執(zhí)行學(xué)習(xí)目標(biāo)，有序地組織和消化知識，從而在復(fù)雜的跨學(xué)科知識和多維認(rèn)知目標(biāo)中完成知識的內(nèi)化。培養(yǎng)學(xué)生的“工具意識”，并允許他們使用合適的工具來組織和協(xié)助知識內(nèi)化，提高知識保存和解決問題的效率。例如，思維導(dǎo)圖可用于幫助學(xué)生記錄復(fù)雜的跨學(xué)科知識，并有效地連接來自不同學(xué)科的知識。對于抽象思維能力較差的學(xué)生來說，思維導(dǎo)圖獨(dú)特的“圖像記憶”可以幫助他們更容易地記住知識。

S-A3：量身定制，選擇合適策略。這意味著教師需要提供個性化的服務(wù)，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知風(fēng)格、思維習(xí)慣以及學(xué)習(xí)和掌握知識的方法，幫助他們制定合適其認(rèn)知特征的學(xué)習(xí)策略。學(xué)生掌握和使用適合的學(xué)習(xí)策略，可以促進(jìn)學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)，按照學(xué)習(xí)目標(biāo)和程序進(jìn)行學(xué)習(xí)，以便獲得系統(tǒng)的知識，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的目標(biāo)[11]。

S-B1：創(chuàng)設(shè)情境，豐富認(rèn)知體驗(yàn)。教師通過在學(xué)習(xí)過程中創(chuàng)造情境，為學(xué)生提供充分的認(rèn)知條件，豐富認(rèn)知體驗(yàn)，為知識內(nèi)化提供有利的情境條件。學(xué)生可以在輕松、真實(shí)的學(xué)習(xí)情境中產(chǎn)生積極的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，從而激勵他們沉浸式練習(xí)和體驗(yàn)。例如，STEM課程的教師可以結(jié)合圖片和聲音，在學(xué)生面前展示教科書的內(nèi)容，將知識可視化；或應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在學(xué)生面前逼真地展示真實(shí)的亞馬孫森林、太空等自然情景，以增強(qiáng)他們的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

S-B2：共享調(diào)節(jié)，增強(qiáng)情感體驗(yàn)。教師引導(dǎo)學(xué)生使用共享的調(diào)節(jié)機(jī)制，在團(tuán)隊(duì)或課堂上分享情感體驗(yàn)，以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)情感體驗(yàn)。教師應(yīng)及時(shí)與學(xué)生溝通，了解學(xué)生的心理感受，鼓勵學(xué)生以積極樂觀的心態(tài)進(jìn)行學(xué)習(xí)。有時(shí)學(xué)生在STEM教育中面對系統(tǒng)繁復(fù)的跨學(xué)科知識，會產(chǎn)生負(fù)面的情感體驗(yàn)，此時(shí)教師需要引導(dǎo)學(xué)生講述自己內(nèi)心的真實(shí)想法，進(jìn)行群體交流，從而改善情感體驗(yàn)。

S-C1：統(tǒng)籌兼顧，制訂執(zhí)行計(jì)劃。培養(yǎng)學(xué)生統(tǒng)籌兼顧、制訂切實(shí)可行的學(xué)習(xí)計(jì)劃并按計(jì)劃完成學(xué)習(xí)任務(wù)的能力，對幫助學(xué)生合理利用時(shí)間、提高學(xué)習(xí)效果有顯著作用。然而，初中生的計(jì)劃能力尚未成熟，缺乏前瞻性和全局觀，而STEM課程中的項(xiàng)目學(xué)習(xí)是一個復(fù)雜的過程，需要學(xué)生通過制訂學(xué)習(xí)計(jì)劃來逐步完成學(xué)習(xí)，因此教師要幫助、引導(dǎo)學(xué)生制訂合適的學(xué)習(xí)計(jì)劃。教師在學(xué)習(xí)過程中，應(yīng)根據(jù)學(xué)生自身的認(rèn)知習(xí)慣和能力水平，采取整體方法，制訂適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)計(jì)劃，包括總體計(jì)劃和過程計(jì)劃，并將其付諸實(shí)踐。例如，在每節(jié)課開始前，教師可以讓學(xué)生在課前擬定好當(dāng)天的課時(shí)計(jì)劃，包括預(yù)計(jì)掌握的知識點(diǎn)和每個學(xué)習(xí)步驟以及小組合作的合作步驟，提高學(xué)生兼顧全局的意識，完成自我規(guī)劃。

S-C2：共同監(jiān)督，加強(qiáng)監(jiān)控訓(xùn)練。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，可以通過來自自身、同學(xué)或者老師的反復(fù)提醒，加強(qiáng)對自身的監(jiān)控訓(xùn)練，按時(shí)完成學(xué)習(xí)計(jì)劃，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和完善。利用監(jiān)控訓(xùn)練，學(xué)生可以更好地把控自己的情緒、注意力狀態(tài)和認(rèn)知活動進(jìn)展，檢查錯誤，檢驗(yàn)思路是否可行，檢查距離認(rèn)知目標(biāo)的遠(yuǎn)近，為后續(xù)學(xué)習(xí)活動行為提供反饋的依據(jù)[12]。對于一些自我監(jiān)控能力較弱的學(xué)生，學(xué)生可以在自我提問單中寫下自我監(jiān)控的問題，例如項(xiàng)目需要什么材料、計(jì)劃何時(shí)實(shí)施等。集體監(jiān)控是指學(xué)生在集體環(huán)境中互相監(jiān)督學(xué)習(xí)活動，從而完成監(jiān)控訓(xùn)練。在集體中，同學(xué)之間相互監(jiān)督、相互提醒，當(dāng)有同學(xué)未能按時(shí)完成任務(wù)或者完成質(zhì)量較低時(shí)，其他同學(xué)可以及時(shí)提醒或提供必要幫助。教師監(jiān)控是教師根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)，幫助學(xué)生完成監(jiān)控訓(xùn)練。例如，有的學(xué)生時(shí)間觀念差，教師要提醒學(xué)生對學(xué)習(xí)的時(shí)間點(diǎn)和時(shí)長的把控。

S-C3：多元評價(jià)，反思學(xué)習(xí)成果。學(xué)生通過多方面的評價(jià)，包括自我評價(jià)、小組互評和教師評價(jià)等形式，來反饋學(xué)習(xí)成效，為發(fā)揮元認(rèn)知監(jiān)控的作用、改進(jìn)和完善學(xué)習(xí)策略提供依據(jù)。通過學(xué)生自評、生生互評及教師評價(jià)等多元評價(jià)，可以讓學(xué)生反思自己需要學(xué)習(xí)什么、應(yīng)該如何學(xué)習(xí)、已經(jīng)學(xué)到什么、還需做哪些努力以及學(xué)習(xí)能得到哪些支持等，從而監(jiān)控和調(diào)整自己的態(tài)度、認(rèn)知和行為。作為元認(rèn)知監(jiān)控的重要環(huán)節(jié)，反思學(xué)習(xí)成果既是學(xué)生對自我表現(xiàn)的評價(jià)，也是為接下來發(fā)揮元認(rèn)知監(jiān)控的作用、調(diào)整和改善學(xué)習(xí)策略提供依據(jù)。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)該營造一個師生關(guān)系和諧的環(huán)境，為積極互動、多元評價(jià)提供合適的場所[13]。

S-C4：改進(jìn)策略，調(diào)節(jié)認(rèn)知過程。學(xué)生在對自身學(xué)習(xí)過程進(jìn)行監(jiān)控和對學(xué)習(xí)成果進(jìn)行反思后，根據(jù)反饋發(fā)現(xiàn)自身在認(rèn)知過程中存在的問題，采取策略進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，完成對自身的元認(rèn)知監(jiān)控。元認(rèn)知調(diào)節(jié)是基于對監(jiān)控過程和效果反思的分析所采取的補(bǔ)救及改進(jìn)策略，是元認(rèn)知監(jiān)控的目的所在。教師要引導(dǎo)學(xué)生重新審視自己的認(rèn)知過程，反思和檢驗(yàn)每一個學(xué)習(xí)步驟，根據(jù)學(xué)生自身特點(diǎn)重新改進(jìn)和完善新的認(rèn)知策略，調(diào)節(jié)認(rèn)知過程。如果學(xué)生的學(xué)習(xí)策略不起作用，教師應(yīng)該指導(dǎo)學(xué)生重新制定合適的認(rèn)知策略。當(dāng)學(xué)生的認(rèn)知體驗(yàn)較差時(shí)，教師可以創(chuàng)新認(rèn)知情境，幫助學(xué)生獲得新的認(rèn)知感受。如果學(xué)生難以融入團(tuán)隊(duì)，教師可以使用分組策略幫助學(xué)生在新團(tuán)隊(duì)中找到自己的位置。

為了將元認(rèn)知培養(yǎng)策略更好地應(yīng)用在STEM教育中，本研究根據(jù)策略模型設(shè)計(jì)教學(xué)活動，構(gòu)建了促進(jìn)學(xué)生元認(rèn)知能力發(fā)展的STEM教學(xué)模式，如圖3（見下頁）所示。本教學(xué)模式將STEM課程實(shí)施分為4個階段：明確主題、執(zhí)行計(jì)劃、展示成果、總結(jié)收獲。在明確主題階段，通過創(chuàng)設(shè)情境，增強(qiáng)學(xué)生的認(rèn)知體驗(yàn)；引導(dǎo)學(xué)生通過溝通交流建立團(tuán)隊(duì)，增強(qiáng)學(xué)生的情感體驗(yàn)；在收集資料過程中引導(dǎo)學(xué)生采用思維導(dǎo)圖，加強(qiáng)認(rèn)知策略使用的意識；引導(dǎo)學(xué)生通過學(xué)習(xí)任務(wù)單明確主題，制訂計(jì)劃。在執(zhí)行計(jì)劃階段，采用任務(wù)完成流程圖和過程記錄表，幫助學(xué)生進(jìn)行合理分工和團(tuán)隊(duì)協(xié)作，增強(qiáng)學(xué)生的認(rèn)知體驗(yàn)和情感體驗(yàn)。在展示成果階段，各小組展示成果，其他小組通過作品評價(jià)表進(jìn)行評價(jià)；而后各小組根據(jù)教師和其他小組的評價(jià)對作品進(jìn)行反思調(diào)整、迭代完善，達(dá)到監(jiān)控任務(wù)的效果。在總結(jié)收獲階段，教師進(jìn)行各小組項(xiàng)目成果及小組合作情況的總結(jié)評價(jià)，填寫教師評價(jià)表；學(xué)生對組員進(jìn)行評價(jià)，填寫學(xué)生互評表；每位同學(xué)填寫自我評估表，反思、內(nèi)化提升自己的收獲；通過多方綜合評價(jià)，促進(jìn)學(xué)生反思和調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)策略。

三、研究設(shè)計(jì)

（一）研究假設(shè)

為驗(yàn)證前文所提出的STEM課程中促進(jìn)學(xué)生元認(rèn)知能力發(fā)展的策略模型的有效性，本研究進(jìn)行準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究。研究假設(shè)如下：①元認(rèn)知培養(yǎng)模式可以有效提高學(xué)生的元認(rèn)知能力，包括元認(rèn)知知識、元認(rèn)知體驗(yàn)和元認(rèn)知監(jiān)控，這些策略適用于不同水平的學(xué)生；②元認(rèn)知的培養(yǎng)模式可以促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績提升和知識獲取。

（二）研究對象與課程安排

研究對象來自兩個初中八年級班級，實(shí)驗(yàn)組有30名學(xué)生，對照組有32名學(xué)生。該實(shí)驗(yàn)基于STEM課程“廚余垃圾中的寶藏”進(jìn)行。本課程時(shí)長為12周，可分為3個項(xiàng)目主題，分別是“垃圾分類推廣”“果蔬堆肥”和“環(huán)保酵素制作”，其中項(xiàng)目驅(qū)動和小組協(xié)作是本課程的主要依托形式。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，學(xué)生可以學(xué)習(xí)跨學(xué)科知識，例如果蔬堆肥、制作環(huán)保酵素的方法和堆肥過程中包含的生物、化學(xué)等多學(xué)科知識。本課程的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維、實(shí)踐能力以及解決問題的能力，樹立學(xué)生的環(huán)保意識和社會責(zé)任意識。

（三）測量工具

1.元認(rèn)知能力量表

本文以元認(rèn)知理論和STEM教育的特點(diǎn)為指導(dǎo)，參照楊雙麗[14]提出的“中學(xué)生元認(rèn)知問卷”，編制了元認(rèn)知量表。問卷由3個部分組成，包括元認(rèn)知知識、元認(rèn)知體驗(yàn)和元認(rèn)知監(jiān)控，采用李克特5級量表的形式（“1”表示強(qiáng)烈不同意，“5”表示強(qiáng)烈同意）。通過小規(guī)模預(yù)測試，問卷信效度如下：Cronbach’α為0.822＞0.70，KMO值為0.793＞0.70。因此，調(diào)查問卷的信度和效度較高。

2.課程表現(xiàn)評價(jià)表

STEM教育注重學(xué)生整體表現(xiàn)和能力的發(fā)展，因此對學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行評估非常重要。本研究采用培生教育的“STEM課程學(xué)習(xí)績效評估表”來評估學(xué)生的課程學(xué)習(xí)表現(xiàn)，其中包括管理信息、思維、解決問題和決策、設(shè)計(jì)和創(chuàng)造力、協(xié)作和自我管理5個維度，每個維度有5個指標(biāo)，每個指標(biāo)有4個分值，總分100分。

3.知識能力評價(jià)表

在STEM課程結(jié)束后，根據(jù)STEM課程的主題及相關(guān)知識，本研究設(shè)計(jì)了課程的知識能力評價(jià)表，用于課程結(jié)束后檢驗(yàn)學(xué)生有關(guān)知識和能力的水平，共計(jì)17道題，滿分50分。其中，前13道題為選擇題；后4道題為問答題。

（四）研究過程

實(shí)驗(yàn)過程如下：實(shí)驗(yàn)前，使用元認(rèn)知能力問卷調(diào)查對實(shí)驗(yàn)組和對照組的元認(rèn)知能力水平進(jìn)行調(diào)查分析，各維度均無顯著差異（F＝0.19，p＝0.67＞0.05），符合實(shí)驗(yàn)條件。實(shí)驗(yàn)以元認(rèn)知培養(yǎng)策略為自變量，將學(xué)生的元認(rèn)知能力作為因變量，確保實(shí)驗(yàn)組和對照組的教學(xué)時(shí)間、教學(xué)內(nèi)容和項(xiàng)目工作等保持一致。在實(shí)驗(yàn)組中，采用元認(rèn)知培養(yǎng)策略來提升學(xué)生的元認(rèn)知能力。在對照組，教師采用傳統(tǒng)教學(xué)方法，根據(jù)STEM教育的一般流程開展教學(xué)活動。實(shí)驗(yàn)后，對實(shí)驗(yàn)組和對照組進(jìn)行元認(rèn)知能力后測調(diào)查。通過比較實(shí)驗(yàn)組和對照組元認(rèn)知能力的變化，以及實(shí)驗(yàn)組前后元認(rèn)知能力的變化，驗(yàn)證元認(rèn)知能力發(fā)展策略的有效性。

（五）數(shù)據(jù)處理方法

為了驗(yàn)證研究中提出的策略，使用協(xié)方差（ANCOVA）方法分析數(shù)據(jù)，將前測作為協(xié)變量，通過后測數(shù)據(jù)分析判斷實(shí)驗(yàn)組和對照組之間是否存在差異。首先進(jìn)行ANCOVA假設(shè)檢查，以確保分析數(shù)據(jù)滿足使用ANCOVA的條件。接著使用SPSS 26.0對ANCOVA的假設(shè)和推理統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)行測試。結(jié)果表明，協(xié)變量與自變量之間沒有相互作用（F＝1.23，p＝0.27＞0.05），方差的齊次性也得到滿足（F＝2.18，p＝0.15＞0.05），表明可采用ANCOVA。

四、研究結(jié)果

（一）元認(rèn)知能力

實(shí)驗(yàn)組與對照組后測元認(rèn)知能力水平的比較。表1顯示了ANCOVA的結(jié)果和對學(xué)生考試后元認(rèn)知分?jǐn)?shù)的描述性數(shù)據(jù)分析，可以看出，使用元認(rèn)知策略教學(xué)方法的實(shí)驗(yàn)組得分明顯高于使用傳統(tǒng)的STEM教學(xué)方法的對照組（F＝5.29，p＜0.05）。此外，在元認(rèn)知知識（F＝4.09，p＜0.05）、元認(rèn)知體驗(yàn)（F＝5.86，p＜0.05）和元認(rèn)知監(jiān)控（F＝6.84，p＜0.05）中，實(shí)驗(yàn)組的得分也顯著更高。

結(jié)果表明，在元認(rèn)知能力發(fā)展策略教學(xué)實(shí)驗(yàn)后，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生各維度的元認(rèn)知能力水平均高于對照組。其中，元認(rèn)知監(jiān)控的差距最為顯著，其次是元認(rèn)知體驗(yàn)，而元認(rèn)知知識的差距最小。這表明元認(rèn)知監(jiān)控發(fā)展策略在培養(yǎng)學(xué)生元認(rèn)知能力方面更為有效，教師通過思維工具、計(jì)劃制訂、相互監(jiān)督、評價(jià)反思等方法，幫助學(xué)生不斷調(diào)節(jié)自己的學(xué)習(xí)活動，顯著提高了學(xué)生的監(jiān)控和調(diào)節(jié)能力。數(shù)據(jù)分析結(jié)果與本研究意圖通過提高學(xué)生的調(diào)節(jié)能力來提高元認(rèn)知能力，進(jìn)而提高STEM教育教學(xué)效果的目的相一致。

（二）課程表現(xiàn)與知識能力

本研究抽取部分研究對象作為代表，以分析學(xué)生的STEM課程表現(xiàn)和知識能力。實(shí)驗(yàn)組抽取10名學(xué)生，分為兩個小組（A1和A2）；對照組抽取10名學(xué)生，分為兩個小組（B1和B2）。在元認(rèn)知能力的預(yù)測試中，4個小組的元認(rèn)知能力沒有顯著差異。

如圖4所示，經(jīng)過元認(rèn)知培養(yǎng)后，實(shí)驗(yàn)組兩組學(xué)生的平均課程表現(xiàn)得分均高于對照組。在信息管理方面，具有更豐富的元認(rèn)知知識的學(xué)生將通過STEM課程中的工具和策略來組織他們的學(xué)習(xí)。在解決問題和自我管理方面，學(xué)生將更全面地思考，積極監(jiān)控自己，積極反思。在創(chuàng)造力和協(xié)作方面，元認(rèn)知體驗(yàn)越豐富，學(xué)生在協(xié)作學(xué)習(xí)中就越有創(chuàng)造力，學(xué)習(xí)效率也越高。

如圖4所示，在知識與能力方面，實(shí)驗(yàn)組的兩組得分均高于對照組的兩組，這反映出實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生在知識組織和內(nèi)化方面比對照組更強(qiáng)。元認(rèn)知能力的提高將幫助個體加強(qiáng)對認(rèn)知任務(wù)的理解和吸收，促其主動制訂學(xué)習(xí)策略和計(jì)劃，并進(jìn)行監(jiān)測和反思調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)知識的有效吸收和應(yīng)用。

五、總結(jié)

本文基于對初中生元認(rèn)知能力水平的調(diào)查結(jié)果，結(jié)合元認(rèn)知理論的結(jié)構(gòu)和STEM教育的特點(diǎn)，提出了STEM教育中的元認(rèn)知能力培養(yǎng)策略模型，并將元認(rèn)知培養(yǎng)策略模型應(yīng)用到初中STEM課程中，而后采用準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究方法，驗(yàn)證了STEM教育中元認(rèn)知培養(yǎng)策略模式的有效性。研究結(jié)果表明，將元認(rèn)知培養(yǎng)策略引入STEM教育中，顯著提高了學(xué)生的元認(rèn)知能力，包括元認(rèn)知知識、元認(rèn)知體驗(yàn)、元認(rèn)知監(jiān)控，而且學(xué)生的課程表現(xiàn)和知識能力也得到了增強(qiáng)。本文的結(jié)論如下：

第一，本研究發(fā)現(xiàn)將元認(rèn)知策略融入STEM教學(xué)中，有效提高了學(xué)生的元認(rèn)知能力。這與許多學(xué)者的研究結(jié)果相一致。如有學(xué)者通過研究發(fā)現(xiàn)，在STEM教學(xué)中，小組學(xué)習(xí)對學(xué)生元認(rèn)知的改善有積極的影響[15]，強(qiáng)調(diào)了小組協(xié)作學(xué)習(xí)策略可以使學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為處于團(tuán)隊(duì)的監(jiān)控之下。周迎春[16]認(rèn)為組內(nèi)成員的討論有助于學(xué)習(xí)者反思自身觀點(diǎn)，從而有利于學(xué)習(xí)者自我監(jiān)控、調(diào)節(jié)，促進(jìn)學(xué)生元認(rèn)知能力的培養(yǎng)。由此可猜測，在本研究提出的教學(xué)模式中第二環(huán)節(jié)的團(tuán)隊(duì)合作以及提供的小組互評表、團(tuán)隊(duì)任務(wù)思維導(dǎo)圖等學(xué)習(xí)工具有利于提高學(xué)生的元認(rèn)知體驗(yàn)，從而提高元認(rèn)知能力。另外，有學(xué)者提出，STEM教育中的作品展示和反思評價(jià)也有助于提高元認(rèn)知能力[17]。由此可推測，本研究提出的教學(xué)模式中第三環(huán)節(jié)的成品展示和第四環(huán)節(jié)的綜合評價(jià)有利于提高學(xué)生的元認(rèn)知監(jiān)控，從而提高元認(rèn)知能力。

第二，本研究發(fā)現(xiàn)在STEM教學(xué)中有意識地培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知能力，可以提高學(xué)生的課程表現(xiàn)和課程成績。這也與一些學(xué)者提出的觀點(diǎn)一致。比如有學(xué)者認(rèn)為元認(rèn)知技能可以幫助學(xué)生更好地適應(yīng)STEM課程的學(xué)習(xí)[18]，也有學(xué)者認(rèn)為元認(rèn)知策略可以幫助STEM課程的學(xué)生以更高的質(zhì)量完成學(xué)習(xí)[19]。因此，元認(rèn)知能力的培養(yǎng)和提高確實(shí)有助于學(xué)生STEM課程的學(xué)習(xí)和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] SHELL D F， SOH L K. Profiles of motivated self-regulation in college computer science courses： differences in major versus required non-major courses[J]. Journal of Science Education and Technology， 2013， 22： 899-913.

[2]FLAVELL J H. Metacognitive and cognitive monitoring： a new era of psychological inquiry[J]. Am Psychol， 1979， 34： 906-1111.

[3]MANI M， ALKABOUR N， ALAO D. Evaluating effectiveness of active learning in computer science using metacognition[C]//2014 IEEE Frontiers in Education Conference （FIE） Proceedings. IEEE， 2014： 1-8.

[4]ANWARI I， YAMADA S， UNNO M， et al. Implementation of authentic learning and assessment through STEM education approach to improve students’ metacognitive skills[J]. K-12 STEM Education， 2015， 1（3）： 123-136.

[5]董奇.論元認(rèn)知[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），1989（1）：

68-74.

[6]MCAULIFFE M. The potential benefits of divergent thinking and metacognitive skills in STEAM learning： a discussion paper[J]. International Journal of Innovation， Creativity and Change， 2016， 2（3）： 71-82.

[7]LEWIS A L. Putting the “H” in STEAM： paradigms for modern liberal arts education[C]. Emerging Technologies for STEAM Education： Full STEAM Ahead， 2015： 259-275.

[8]ERDO?AN F， ?ENGüL S. The effect of cooperative learning method enhanced with metacognitive strategies on students’ metacognitive skills in math course[J]. Egitim and science， 2017， 42.

[9]葉兆寧，周建中，楊元魁.小學(xué)一二年級如何開展STEM教育[J].人民教育，2020（Z1）：105-108.

[10]ANWARI I， YAMADA S， UNNO M， et al. Implementation of authentic learning and assessment through STEM education approach to improve students’ metacognitive skills[J]. K-12 STEM Education， 2015， 1（3）： 123-136.

[11]林崇德.簡論學(xué)校心理學(xué)的研究[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），1995（1）：59-66.

[12]畢曉白，楊梅玲.生物教學(xué)中元認(rèn)知監(jiān)控技能訓(xùn)練研究[J].課程.教材.教法，2008（5）：65-69.

[13]石維雪，趙可云.STEM教師知識框架構(gòu)建研究[J].數(shù)字教育，2022，8（1）：1-8.

[14]楊雙麗. 高中信息技術(shù)教學(xué)中學(xué)生元認(rèn)知能力培養(yǎng)探究[D].金華：浙江師范大學(xué)，2009.

[15]BAJURI M R， MAAT S M， HALIM L. Mathematical modeling from metacognitive perspective theory： a review on STEM integration practices[J]. Creative Education， 2018， 9（14）： 2203.

[16]周迎春.讓學(xué)生學(xué)會管理自己的思維：基于元認(rèn)知培養(yǎng)的STEM項(xiàng)目實(shí)施[J].人民教育，2019（12）：54-57.

[17]梁芮銘，姜強(qiáng)，晉欣泉，等.知識建構(gòu)環(huán)境下STEM學(xué)習(xí)發(fā)生的內(nèi)在機(jī)制及作用效度分析：面向深度學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)化變革研究之四[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)距離教育，2020（2）：43-50.

[18]McAuliffe M. The potential benefits of divergent thinking and metacognitive skills in STEAM learning： a discussion paper[J]. International Journal of Innovation， Creativity and Change， 2016， 2（3）： 71-82.

[19]CHOY S C， YIM J S C， TAN P L. A metacognitive knowledge， metacognitive experience， and its effects on learning outcomes for STEM and non-STEM Malaysian students[J]. International Journal of Advanced Research in Education and Society， 2020， 2（1）： 1-14.

（責(zé)任編輯 李強(qiáng)）

Research on Strategies of Metacognition Cultivation in Junior High School STEM Courses

Wang Hongjiang1， Liao Xiaoling1， Zhuang Caibin2， Ma Guiqiu1， Li Zuokun3

（1. School of Information Technology in Education， South China Normal University， Guangzhou， Guangdong， China 510631;

2. Shantou No.1 Middle School， Shantou， Guangdong， China 515022;

3. Faculty of Education， University of Macau， Macau SAR， China 999078）

Abstract： STEM education is characterized by disciplinary features such as multidisciplinary integration， project-based collaborative learning and authentic problem-solving situations. However， for students who are accustomed to traditional teaching methods， the lack of systematic cognitive ability and regulation ability can easily lead to poor teaching and learning in STEM education. Metacognitive ability is an advanced ability to regulate and control one’s own cognitive activities based on certain metacognitive knowledge and emotions. Some studies have shown that cultivating metacognitive ability can improve learning ability， learning performance and learning effect in STEM education. However， most of the existing studies apply a certain strategy to cultivate metacognitive ability in STEM education or focus on the cultivation of a certain dimension of metacognition， which has a limited cultivation effect and lacks a systematic and comprehensive strategy to cultivate metacognition. Therefore， based on the structure of metacognition and the characteristics of STEM education， this study proposes a strategy model for developing metacognitive ability in STEM education in a comprehensive and systematic way. And then， this study verifies the application effect of the above strategies through the quasi-experimental research method， in which the experimental group adopts metacognition cultivation strategies in STEM courses， and the control group adopts the traditional method for teaching. Based on the results of ANCOVA analysis of the questionnaire data， the following conclusions are drawn： （1） metacognitive cultivation strategies can effectively improve students’ metacognitive abilities， including metacognitive knowledge， metacognitive experience， and metacognitive monitoring; and （2） metacognitive cultivation strategies can promote students’ academic performance and knowledge acquisition.

Key words： Metacognition; Metacognitive skills; STEM; Developmental strategies; Junior High School