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思维和学习领域中的元认知研究
思维和学习领域中的元认知研究
张庆林邱江
（西南师范大学心理学院）
元认知（metacognition）这一术语最早由弗拉维尔（Flavell）通过对元记忆的研究而于1976年提出来的[1],随后很快成为当代认知心理学领域的热门课题。
对元认知的深入研究将弥补传统认知心理学忽视对人自身认知过程的意识和调节的不足，有利于进一步深入理解学生学会学习和思维的原因和动力。
本文首先对元认知的基本特点作一个简要的介绍，然后概述我们关于思维和学习过程中的元认知研究进展和成果。
一．元认知概述
对于元认知，目前尚无统一定义，不同的心理学家都有自己的看法[2]。
弗拉维尔认为元认知是一个人所具有的关于自己思维活动和学习活动的认知和监控。
他进一步指出，“元认知通常被广泛地定义为任何以认知过程与结果为对象的知识，或是任何调节认知过程的认知活动，它之所以被称为元认知，是因为其核心意义是对认知的认知。
”我们则把元认知看成是“个人对自己的认知加工过程的自我觉察、自我评价和自我调节”[3]。
从反映论的观点来看，元认知是大脑的一种机能，而且是最高级的机能，是人类大脑对自身认知的一种能动的自我意识。
它不同于一般的意识，因为一般意义上的意识主要是指向客体的意识。
它也不同于一般的自我意识，因为一般的自我意识虽然是指向主体的意识，但它包括主体自身的很广泛的特性，如，外表、行为、个性等等。
而元认知是仅仅指向主体自身脑机能和脑活动的自我意识。
人不仅能意识到周围事物和自己的物理存在，而且能意识到自己的精神存在，能意识到自己的感知、思考和体验，也能意识到自己有目的、计划和行动，能预测自己的行为后果，能调节自己的思想和行动。
元认知概念的提出对于心理学理论的发展具有不可低估的重要作用。
元认知既体现了人在认知活动中的意识性、反省性、自主性，同时元认知的概念不排斥实验室研究的科学发现，而是通过元认知知识、元认知体验、元认知监控等一系列元认知机制，将零碎分散的关于人类认知的研究发现综合成一个完整的人类认知的图画。
它使得当代认知心理学的比较分散、孤立、琐碎的实验室研究及其产生的许多概念走向综合，元认知研究具有更高的“生态学效度”。
所以，元认知研究在理论建设上的意义不容置疑。
元认知研究对于心理学的应用研究也具有不可低估的重要作用。
例如，关于社会认知的研究发现（菲斯克，泰勒，1994）[8]，人在社会知觉、社会推理、社会思维（如归因和决策）等方面都可能存在许多不自觉的“认知偏向”（cognitivebiases），只有借助于元认知对这样的“认知偏向”加以监视和控制，才能提高人对自己认知状况的认识水平和自觉性，因此，掌握元认知的自我监控技巧显得非常重要。
对于思维潜能的开发而言，研究也证明元认知对于成功的解决问题有重要的影响。
Swanson（1990）的研究表明，“高元认知-低一般认知能力”被试组的解决问题的成绩优于“低元认知能力-高一般认知能力”被试组[4]。
这一研究证明，如果没有元认知策略的使用，一个人的较强的一般认知能力在解决问题的过程中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，元认知能力能弥补一般认知能力的不足。
对学生而言，研究表明元认知能力的高低对于能否高效完成学习任务有重要的影响。
优生和所谓的“差生”在智力水平上并没有多大的差别，但是优生的元认知能力高于“差生”。
具体表现为：
优生具有更多的关于学习策略和思维策略方面的知识（元认知知识）；更善于根据教材、学习任务的不同灵活采用不同的策略（元认知监控）；更能感悟到运用思维策略的意义（元认知体验）。
可见，从元认知的角度来考虑，学习过程并不仅仅是对所学材料的识别、加工和理解的认知过程，而且同时也是一个对该过程进行积极的监控、调节的元认知过程。
因此，从宏观的角度看，学习能力应包括认知和元认知两方面的能力。
在研究中，同时从这两个方面入手并有机地将两者结合起来，将有助于进一步加深对学习过程的认识和对学生学习能力结构的理解。
虽然国际国内对元认知已经有了大量的研究成果，但是仍然存在着许多空白和争论。
近几年中，我们对思维和学习领域的元认识进行了一系列的实验研究，取得了一些进展。
二．思维领域中的元认知研究
对思维活动中的元认知，我们主要从概念形成、演绎推理以及顿悟问题解决三个方面对元认知的机制和作用进行了一些深入研究，提出了自己的一些见解。
（一）概念形成中的元认知研究
概念形成是个体的一种最基本的认知能力，而假设检验策略（hypothesis-testingstrategy）则是概念形成中的一种最常用的思维策略。
无论是在日常生活还是科学发明中，它都是一种重要的启发式思维策略。
在一项研究中，我们发展了国际通用的“二阶段”模型（提出假设——进行检验），根据科学探索的实际操作过程提出了假设检验策略的“三阶段”模型（提出假设——设计实验——实验操作）[9][10]。
实验结果得到了许多有意义的发现，例如，在假设形成阶段，受试者喜用“变化性启发”，而西蒙等人提出来的“不变性启发”此时并不重要了；在实验设计阶段，最常用的成功思维策略是“聚焦于自己的假设”，这很显然是一种“证真偏向”（这一研究结论和过去认为“证真偏向”是一种不好的“偏向”的观点正相反）；在实验检验阶段，最常用的成功策略是可得性启发、正例启发、求异启发。
就假设检验的策略而言，与失败组存在如下差别：
失败组似乎比成功组更少具有思维策略的指引；成功组更善于运用正例启发和求异启发。
总之，个体的假设检验过程涉及到形成假设、设计实验、实验检验三个问题空间的搜索，启发式搜索策略是假设检验中的重要策略，而个体间的差异主要表现为是否能随时监控自己的认知过程，及时根据反馈信息修正自己的假设，有效地限制搜索方向，防止盲目使用尝试错误的思维策略。
在另一个研究中，我们还探讨了小学儿童在策略提示条件下解决规则发现（合取规则和析取规则）的类比问题时，任务难度和表面相似性对策略迁移的影响，结果发现小学儿童的思维能力存在着较大的个体差异[11]。
他们在问题解决时主要使用单维检验策略,多数小学儿童缺乏较强的元认知监控。
有的儿童重复检验已经检验过的“维度”及“值”，有的被试得出的规则与问题所给的肯定样例不吻合，或并不适用于每一个已知样例。
在析取任务中，有的儿童从部分肯定样例中提取共同特征而形成规则，实际上缩小了正确规则的范围。
对于自己的推理过程儿童不能很好地进行监控，特别是在解决靶问题过程中儿童经常“遗忘”主试所教的策略，表现出较弱的元认知监控能力。
这一研究证明，发展儿童的元认知监控能力是重要的教育目标之一。
（二）演绎推理中的元认知
心理学界在逻辑推理领域内关于人类思维心理机制的一系列新探索和研究证明：
人类在日常生活中经常并不使用形式逻辑，而是运用某种“心理逻辑”进行思维。
在Wason的四卡问题研究中，按照形式逻辑规则，正确的选择应该是卡片P和卡片–Q，而实验结果表明，只有约10%的被试做出了正确的选择，近50%的被试选择了卡片P和卡片Q；有33%的被试仅选择了卡片P；其他一些被试还做出了另外一些错误选择，如选择卡片Q和卡片–P等[12]。
我们对四卡问题的研究也表明，人类在这类问题的推理中所使用的规则，的确不符合形式逻辑规则，而似乎是遵循着一种“朴素的生活逻辑”。
我们对四卡问题的研究还表明，这类问题困难的原因是多方面的，如匹配偏向、命题换位表征、不善于运用形式逻辑知识和生活图式知识等，另外一个重要的原因可能是多数被试在命题推理中不能有效地运用材料的内在逻辑结构，不能区分不同“证据”（卡片背面可能出现的情况）和命题检验之间的逻辑关系[13]。
为了深入探讨元认知监控在四卡问题解决中的作用，我们在研究中采用五种不同内容的命题在两种不同实验条件下（说理由与不说理由）研究了大学生解决四卡问题的困难原因及叙述理由的元认知调控作用[14]。
结果发现，叙述理由的元认知调控作用有利于调动逻辑知识和图式知识，促进四卡问题的正确解决；叙述理由的大学生解答经典四卡问题的正确率为41.2%，而对比组只有17.6%，但是，如果被试不具备相关的逻辑学知识和相关的图式知识，那么叙述理由的元认知调控则起不到积极的作用。
这个结果和国外的一些研究结论是一致的，例如，研究发现（Cheng，1986），让大学生学完一个学期的逻辑学课程，并未导致解决四卡问题正确率的提高，也就是说关于思维的一般课程仅仅传授一些关于思维策略的知识，未能教给学生如何去运用这些策略的自我调节方法，因此对大学生的符合逻辑的思维能力帮助不大。
该研究还进行了认知训练的对比研究，结果表明，认知课程的学习有利于大学生了解自己的认知特点，并加强对自己认知过程的元认知控制，从而有利于比较复杂问题的解决。
（三）顿悟问题解决中的元认知
Metcalfe（1986）曾对顿悟问题解决中的预热感（feelingofwarmthjudgment：
被试在解决问题过程中所做出的自己离“已经找到答案”有多远的判断）做了研究[15]。
结果发现，对于常规问题，随着被试的思维越来越接近问题的正确解答，他们在感觉上也会感到越来越热（能够意识到自己离正确答案越来越近）；而对于顿悟问题来说，则没有这种感觉上的逐渐累加的变化。
后继研究表明，在顿悟问题解决过程中，成功的解决者与一般的个体在评估自己离正确答案的距离时不存在差异，尽管前者已经注意到问题中的关键信息（问题马上就能得到解决），他们仍然认为自己离正确答案还很遥远。
也就是说个体对关键信息的注意，并不会改变个体对预热感的判断。
这一研究结果似乎证明，元认知在顿悟问题的解决过程中没有多大的作用。
但是，在一项关于残缺棋盘问题的实验研究中，我们证实，元认知策略在顿悟问题的解决中起着重要的作用[16]。
该项研究认为，顿悟问题解决的关键在于问题表征的转变，而元认知策略对问题表征的转变有着重要的作用。
这里所谓的元认知策略，是指被试在问题解决过程中不断依据反馈信息调节自己搜索策略的自我监控策略。
例如，“力图改变”（tryaswitch）的策略就是一种“元启发”（meta-heuristics）策略。
该实验结果表明，问题解决者在问题解决的过程中，必须善于审视自己对问题的表征，经常考虑是否有必要改变这种表征，这样才能促进顿悟的出现，并成功解决问题。
三．学习领域中的元认知研究
我们根据国内外的研究，思考归纳了元认知三种有效训练方法。
在运用这些方法进行训练时，先运用“专家”与“新手”解决学科问题思维过程的对比方法总结出解决学科问题的通用思维策略，然后在学科教学领域进行了一系列思维策略与元认知训练的对比实验，证明了元认知训练的可行性和重要性。
在此基础上，我们提出了有利于元认知能力发展的“策略性知识六阶段课堂教学模式”，并对元学习能力做了深入探讨。
总之，在学习领域中的元认知研究方面，我们已经取得了一些成绩。
（一）学生元认知能力的训练方法
我们认为，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手段都可以用来作为元认知的训练手段。
通过对当前国内外有关元认知训练方法的比较，我们归纳了元认知训练的三种有效方法[18]。
1．叙述理由法
一项实验证明（Dominowski,1990）[6]，要求学生在解决问题时自己解释理由，能够引发执行的控制加工过程，如调节、计划、注意问题特征等，这些活动导致问题解决的成功率更高。
另一个实验也证明（Berardi-Coletta等，1995）[7]，向学生问“你为什么那样做”之类的问题，可以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，从问题的水平移至加工过程的水平，即观察问题解决者自身的认知加工过程的水平。
出声思维是指伴随学习者的思维过程而出现的言语活动。
它可能是思考者的自言自语，也可能是由实验者引发出来的被试者的言语活动。
研究证明，出声思维法能调动学生正确使用自我监控策略，从而提高学习知识和解决问题的效率。
运用出声思维法的研究已经为我们提供许多有效措施。
例如让学生在学习过程中讲出自己解决问题所依据的规则或理由；让学生陈述问题的目标及达到目标的计划；叙述并评价自己解答问题思考过程的优缺点；发现并述说解题过程中可能不同的思维方向（或思路）等都有利于调动自我监控策略的功能，提高学习的效率。
2．他人提问法
虽然出声思维法被证实是有效的自我监控策略培养方法，但学生由于所处心理发展阶段的限制不一定能自觉地使用此法。
因此需要外部线索的提示来督促学生运用自我监控策略。
一般可采取两种方式：
一种是训练者（教师或实验者）在被试解决问题的过程中提供一些指向自我监控的问题；另一种是学生之间相互提问。
在教学中，教师可向学生提出这样的问题：
你是如何确定这一解题步骤的？
你认为这一步骤对这道题有何作用？
你如何确定这一步骤是最有效的？
在一项问题解决的研究中发现，利用一些通用性问题（如“……和……有相似之处”，“如果……将会发生什么”）来训练中学生和大学生针对课文内容相互提出策略性问题并相互讨论，能够提高他们的用自我监控策略的主动性。
3．自我提问法
他人提问虽有助于学生使用自我监控策略，但自我监控策略的调用毕竟是属于一种自我调节性的行为。
所以我们提倡采用“自我提问单”的方式来培养学生掌握自我监控策略的积极性。
所谓自我提问法就是在自我监控策略训练中，通过提供一系列供学生自我观察、自我评价和自我控制的问题清单，不断促进学生自我反省而提高问题解决能力的方法。
自我提问法对于学生有如下帮助：
确定学习的目的；辨别出问题的重要部分；提出需要理解了题意之后才能给予正确回答的问题；考虑问题答案的时候，控制自己的注意指向。
这一训练方法能导致学生积极监控自己的学习活动，并能使其采用一定的学习策略。
自我提问单使学生更加意识到解决问题时自己的认知加工策略，更有意识地调节自己的认知加工过程，更自觉地使用所学到的有效知识工具和策略方法。
（二）解决学科问题的通用思维策略和元认知监控策略
我们认为，学科领域的问题解决的思维过程，可以分为三个阶段：
分析问题、解决问题、思路总结[19]。
我们还根据对“专家”与“新手”解决学科问题思维过程的对比分析，总结出了解决学科问题的三个阶段上的七条通用思维策略。
为了便于进行系统的实证研究，我们还专门编写了针对这七条通用思维策略的一系列训练教程，这类教程都包含了元认知监控训练。
所传授的七条策略是：
①解题时，不要匆忙解答，先要准确理解题意；②从整体上把握题意；③在理解题的整体意义的基础上判断解题的思路方向；④充分利用已知条件（顺向推理）；⑤要善于运用双向推理（顺向推理和逆向推理相结合）；⑥克服思维定势，进行扩散性思维；⑦解题后要总结思路，举一反三。
以上七条策略中，策略1至3是分析问题（表征问题）阶段上的思维策略，策略4至6是解决问题（思维推理）阶段上的思维策略，策略7是解题后反思（思路概括）阶段上的思维策略。
尽管这七条思维策略是通用思维策略，但是，要将这七条通用思维策略迁移到各门学科的问题解决中去，还必须结合不同的学科内容进行训练，因此需要编写一系列的各门学科的“通用思维策略训练教程”。
当然，在不同的学科中，这七条通用思维策略的重要性会有所不同，因此。
相应的教程所包含的思维策略也略有所不同。
在这类通用思维策略的一系列训练教程中，为了保证在传授这七条策略之后，学生能在训练以后坚持使用所学到的策略，还特意设计了一个自我提问单，让学生在策略训练之后的一段时间里反复运用这个自我提问单来加强元认知的自我监控[3]。
例如，表1就是数学应用题解题思维策略教程中所使用的《自我提问单》。
表1解答数学应用题元认知训练的《自我提问单》
分析题意阶段
1、我准确理解题意了吗？
特别要注意题目中的定性的和隐含的条件！
2、我把握了题目的整体结构了吗？
理清题目中各种数量关系，必要时画一个图！
3、这个题属于哪一种类型？
不要急于列方程，先看这个题涉及了哪些概念、定理、定律！
解答习题阶段
4、我充分利用了已知条件了吗？
没有充分利用的已知条件优先考虑！
5、我进行双向推理了吗？
设法将已知条件和未知条件联系起来！
6、我出现了思维定势了吗？
运用扩散性思维，寻找新的视角！
反思总结阶段
7、我能够举一反三吗？
力图发现这一题的独特思路并考虑还能用于什么场合！
（三）学科领域问题解决思维策略的元认知训练的实验研究
我们不仅编写了包含元认知训练的针对七条通用思维策略的一系列训练教程，而且还进行了一系列严格的对比实验来加以检验。
这些实验都证明了元认知训练的有效性。
1.解决平面几何问题的元认知训练
通过对专家（优等生）与新手（中差生）解决几何问题的思维过程的比较，我们发现优生和中差生的思维过程存在的主要差异为[20]：
①优生善于直觉判断题的类型，有明确的思维方向；而中差生多采用盲目试误的方法，不能依据题目的整体结构来明确思维大方向。
②优生具有多条思路，一个方向走不通，会换一个角度去思考；而中差生一般只有一条思路。
③优生善于采用顺向推理，充分利用已知条件，使信息增殖，缩短与未知条件的“思路距离”；而中差生往往不能充分使用已知条件，所以不能正确解答问题。
④优生善于运用未知条件进行逆向推理，充分考虑如何使已知与未知取得联系，特别是未充分使用上的已知条件与未知条件的联系；而中差生的思路则带有随意性，不知道用未充分使用的已知条件与未知条件作为启发信息来促使自己顿悟。
⑤优生善于在解题之后总结概括自己的思路，考虑自己解这一题的方法“和过去的解法有什么不同之处”，“这种思路还可以用来证明什么类型的题”，因此能举一反三；而中差生解完一个题就只学会了解这一个题，不善于总结概括思路，不能迁移。
根据该研究结果，我们总结了成功解决几何问题的思维策略，编写了相应的思维策略训练教程（6课时），并运用“解决平面几何问题的思维流程图”来进行元认知训练。
实验选取了两所省级重点中学（Ⅰ、Ⅱ），在初三年级随机选择两个班做为实验班，一个班做为习题班，一个班做为常规班；两所厂矿子弟校（Ⅲ、Ⅳ），分别在初三年级随机选择一个班作为实验班，一个班作为习题班。
在训练中，主要传授了5种相互联系的思维策略：
①直觉判断题的类型（明确思维大方向）。
在准确理解题意的基础上，先直觉判断题的类型，可以问自己：
这一道题属于哪一种类型呢？
或问：
它和过去解过的哪一种题相类似呢？
②充分利用已知条件（顺向推理）。
直觉地判断优先考虑的思路之后，就要充分利用已知条件进行顺向推理。
③使已知与未知取得联系（双向推理）。
不仅要善于运用问题作为思维推理的方向（逆向推理），指引顺向推理，而且要考虑如何使已知条件与未知条件取得联系。
④使已知与未知取得联系（作辅助线）在双向推理的基础上才能考虑辅助线（便于充分利用已知条件的简单连线除外）。
⑤解题后的反思（总结概括思路）。
在解题之后考虑这个题和过去学过的题在什么地方不一样，这一题思路中的“不一般”之处还可以用到其他什么样的情境中。
实验结果表明，训练教程起到了显著的促进作用（结果详见表1和表2），由于常规班在结束新课后，已开始正常的复习课，所以未与实验班做比较。
总体而言，4所学校的6个实验班中有5个实验班在后测中成绩显著高于对比班[21]。
表1学校Ⅰ、Ⅱ实验结果的协方差分析
学校组别人数前测平均分后测平均分调整后后测平均分t值p值
Ⅰ训练班5070.0380.9482.1921.23.000**
训练班4967.3051.1655.229.78.002**
习题班4174.1542.0038.90——
常规班3972.3844.4142.390.53.467
Ⅱ训练班3776.4772.0065.674.29.041*
训练班4260.7556.9260.202.77.286
习题班5073.1058.0454.99——
常规班4164.4556.2562.351.15.100
注：
*p<0.05,**p<0.01
表2学校Ⅲ、Ⅳ实验结果后测分数的t检验
学校组别人数前测平均分后测平均分t值p值
Ⅲ训练班2575.36（5.82）75.32（5.89）
习题班2575.04（7.56）68.37（6.35）3.93＜0.001
Ⅳ训练班2574.40（11.93）73.80（15.79）
习题班4075.22（9.47）61.47（16.38）2.95＜0.01
注：
括号内数字为标准差。
2.解决代数应用题的元认知训练
我们通过对优等生（专家）与中差生（新手）解决应用题的出声思维记录分析发现，学生解决复杂应用题的困难原因主要有4个方面：
基本概念并未真正形成，或熟练程度不够，所以容易错误地判断题的类型；不善于从整体上把握题目中的数量关系，因此不能正确识别题的类型；未能把解题模式抽象成为一种思维策略，所以难以识别非典型的复杂应用题；不能进行双向推理，所以难以接通已知条件和未知条件的关系[22]。
在另一研究中，我们探讨了24名小学六年级学生表征应用题的元认知监控能力[23]。
研究选取了四类应用题：
结构良好、条件多余、条件不足和情节叙述。
结果表明，小学六年级学生在应用题的结构表征和文字表征上，元认知监视能力都比较低，但文字表征的监视能力高于结构表征的监视能力，也就是说小学生在分析和理解应用题时，较多注意监控自己对文字的把握，而较少对结构表征加以有意识的元认知监视和控制。
另外对个体所使用的策略进行的分析发现，差生主要使用复述策略（22人，占45.8%），而优生使用的结构表征策略（12人，占25%），才是有利于元认知监控和正确解题，是最佳的表征方式。
根据以上两个研究，研究者自编了一套《代数应用题思维策略的元认知训练教程》，并进行了代数应用题思维策略的元认知训练。
该训练分两个阶段：
第一阶段主要传授解决代数应用题的四种思维策略：
准确理解题意，理清复杂数量关系，寻找隐含数量关系，总结解题思路。
第二阶段进行相应的元认知技能训练。
具体方法是：
要求学生在做习题的过程中，严格按照“解决数学应用题思维方法流程图”的自我调控单来完成解题过程，促使学生主动、自觉地使用调控单，监控自己的解决问题的思维过程以确保运用所学过的思维策略。
该研究进行了严格的对比实验，结果发现经过第一阶段的训练，结果表明，前测两班成绩几乎一样，分别为73.24分和73.37分，p＞0.05，训练后进行的后测，实验班上升为80.41分，而对比班只有73.52分，两者差异上分显著，p＜0.001。
经过第二阶段的训练，两组的成绩差异进一步拉大，实验班平均分为56.90分，而对比班只有41.79分；表示差异的t值大小由3.76上升到7.76，直觉上看，第一次训练后，实验班的平均分比对比班高9.37%，而第二次训练后高36.2%。
可见，元认知训练在提高学生解决数学应用题的思维能力方面，起到了积极的促进作用[24][25]。
另一有关解答数学应用题思维策略训练的实验研究再次证实了元认知训练的促进效应[26]。
3.解决物理力学问题思维策略的元认知训练
我们还对解决物理力学问题的思维策略训练和元认知训练进行了严格的对比实验[27]。
研究者选择三个高一年级的班级，随机作为控制组、思维训练组、思维与元认知训练组，实验的具体程序为前测、思维训练、后测一、元认知训练、后测二。
元认知训练的方法是教学生学会使用“思维策略提示卡”。
该卡所包括的自我提示有：
第一阶段，分析题意。
我全面、仔细、深入地分析题意了吗？
第二阶段，思维推理。
我灵活、坚毅地进行双向推理了吗，充分利用已知条件了吗？
第三阶段，思路总结。
这个题的奥妙在什么地方？
这个奥妙还能用来解什么问题？
后测一结果表明，两个思维训练班的成绩平均为25.84分，控制班为21.20分，差异显著，
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