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物理问题解决与元认知研究 【摘要】文章结合具体学科，分析了元认知在物理问题解决过程中的作用，以及如何通过物理问题解决对元认知进行有效开发。 【关键词】物理；问题解决；元认知 元认知( Metacognition）是弗拉维尔70年代提出的，此后关于元认知的研究越来越多，这些研究主要集中于阅读理解、记忆和问题解决三大领域，其中问题解决中的元认知研究是九十年代才开始的。研究表明学习能力强的学生元认知水平较高，元认知策略可以修补知识水平的欠缺以及补充、完善问题。 本文采取与具体学科相结合的方式，从物理学科的特点出发，从元认知的实质出发，探讨元认知在物理问题解决过程中的作用以及如何对其有效开发。 一、元认知在物理问题解决中的作用 1976年弗拉维尔对元认知的定义:一个人所具有的关于自己思维活动和学习活动的知识及其实施的控制，是任何调节认知过程的认知活动。 1979年Kluwe认为：元认知是明确专门指向个人的认知活动的积极的、反省的认知加工过程； Schraw & Dennison( 1994)定义：元认知是关于个人对自己学习反省、理解、控制的一种能力。元认知概念包括三方面的内容：元认知知识、元认知体验、元认知监控三种成分。三者相互作用，相互联系，其中元认知监控是元认知中的核心成分，它是学习成功的关键。 元认知对物理问题解决的目标进行修正。[1] 元认知使得解题过程具有明确的目标指向性，使解题者的心理活动都朝着目标靠拢。目标是问题解决者主观经验的知觉，它既是问题解决的开始，也是问题解决的归宿，它对问题解决的进程进行指导。解题中问题解决者要监控其解题计划，制订切实可行的目标，致使物理问题解决得以顺利进行。 元认知操作驱动物理问题解决的策略。解决物理问题需要一定的策略。策略是在思维模式的作用下反应出来的，它影响着物理问题解决的效率。问题解决者在解题过程中通过以下方式进行认知操作。（1）激活思维并制定策略，即以目标为出发点，将物理材料放入已有的知识背景中，在操作系统的作用下激活认知结构。在元认知基础上，根据材料系统在认知结构中的相似性，寻求物理认知结构中的“相似点”，把问题改组为适合原有知识的形式，或把以前知识通过经验加工成适合现有问题的形式，从而制订解题策略；（2）改组和实施策略，即通过对问题解决进程的反馈，面对问题，有多种解题方法，问题解决者要进行自我评价，实质上就是对问题解决策略的评价，如果发现目标确信无疑而又达不到或不能顺利达到目标时，则将怀疑其策略，有必要对策略进行调整。 元认知增强解题者在物理问题解决中的主体意识。鉴于物理学科的特点，一般解决物理问题有一定的困难，这就要求解题者能自我激活，发挥自我作用，排除障碍，产生问题解决的欲望。而元认知在整个问题解决过程中存在着内反馈的调节。（1）通过元认知知识，使解题者能审清题意，对问题的类型、难易程度、所用的知识有初步了解，使其能主动选择有效解题策略；（2）元认知体验的自我启发作用，调动非智力因素参与，产生“知”与“不知”的认知体验和情感体验，产生一些新的思路和方法，对原有的思维进行扩充，可以克服障碍，调动解题者的积极性和自信心；（3）元认知的监控作用，体现在解决问题的整个阶段，解题的前计划，解题过程中的监测，解后的评价、反思。 二、通过物理问题解决对学生进行元认知开发 学生的元认知能力往往在解题过程中体现，并在解题过程中培养出来，龚志宁（1999）研究发现元认知策略导致学困生成绩低于优生。有人曾经对比优生与物理学困生解题过程研究中。发现元认知能力的高低一定程度决定物理成绩高低。为了让学生“学会学习”，我们应加强学生物理问题元认知能力的培养。 1．激发学生的自我意识和培养学习动机。元认知能力的发展以一定的心理发展水平为基础，元认知在学生自我意识产生之后才发展起来。如果没有自我意识，学生不能对自己正在操作的认知对象进行积极的计划、监测、评价、反思。自我意识是以主体及其活动为意识对象，对人的认知活动起着监控作用。在解题学习中，人的自我意识是对自己在问题感知、表征、思考、记忆和体验的意识，对自己的目的、计划、行动以及行动效果的意识。 2．剖析思维过程，加强思路教学。以往教师解题只注重解题过程本身以及解题的结果，而忽略学生元认知作用的过程。元认知是认知的认知，元认知时刻在发挥作用，要提高学生的元认知水平，应该让学生体会教师的元认知发挥过程。遇到一个新问题时，向学生示范自己如何分析、寻找有效策略，最终解决问题的整个过程。有时教师也会进入死胡同，但有能力排除障碍。有时教师也犯错，但他运用元认知监控可以修正问题…总而言之，展示教师思维过程，将教师自身过程的自我监控、自我调节展现给学生。[2] 3．传授解题的元认知策略 （1）善于利用波利亚“自我提示语” Polya波利亚在他的解题理论著作中所给出很多提示语，都是属于元认知的范畴。在解题时经常自觉地运用这些提示语，是提高解题元认知能力的有效途径。如果问得合适，就可能引出好的答案，引出正确的想法。他的基本模式为： 第一步——阅读题意，表征问题；第二步——拟定计划，执行步骤；第三步——评价和反思 （2）同学之间相互质问（Inquiry）和争论（Argument） 质问是学生常采用的方法。学生对一些问题常常被动的接受，争论很少受到重视，但它与询问一样重要，（下转第194页）（上接第184页）通过争论对问题的理解能力比被动地接受强四倍，对一些思考型强的、有多种解法的问题，留给学生讨论，让学生说出自己的解题思路。为什么那样做？原因是什么？为什么选择这种方法？让同学之间相互质疑和争论，每个人对自己和他人的做法进行深入思考和反思，使学生对自己所解的题目有更深层的含义。 4．加强不良结构问题的教学 结构不良问题(ill-structured problem)相对结构良好问题（well-structured problem ），学生经常面对的是结构良好问题，目标定义明确，提供多种解题方法，而结构不良问题比较模糊，问题不明确，具有不清楚的目标和多样的解题方法，同时又属于开放型题目，对问题很难得到明确的方法。学生对知识不能迁移，而教育者往往对这方面重视不够。国外有这方面的研究，表明经过结构不良问题的训练，学生的元认知解题能力有很大提高。 总之提高学生物理问题解决的元认知水平非一朝一夕所能实现的，需要师生共同协作。教师应把学生的元认知能力培养纳入自己的教学目标中，在问题教学中，不断渗透元认知知识和策略的训练内容。调动学生的主体意识，注意元监控的实施，只有这样，学生的元认知水平在物理问题解决中得到开发。 【参考文献】 [1]朱德全，宋乃庆谈数学教学中的问题解决与元认知开发[J]学科教育研究，1997，（6）． [2]周丽芳元认知及其培养[J]天津市教科院学报，2002，（1） 希望对您有帮助。
这是我在网上看到的一篇物理论文范文，希望对你有帮助。摘要：可靠性问题一直以来是各个行业关注的重点，伴随着电子工业的迅猛发展，可靠性分析将会越来越多的应用到该领域。在过电压防护领域中，SPD(Surge Protection Device)及浪涌保护系统的可靠性在电源、信号及射频显得尤为重要。本文使用系统性分析的方法对SPD的可靠性进行了分析，提出了提高SPD可靠性的途径，为今后的SPD技术发展提供了参考。关键词：可靠性；SPD；过电压；浪涌保护0 引言近代科技中，对元器件、零部件、整机、系统的可靠性提出了越来越高的要求。随着人们越来越多的使用电子元器件，电子元器件不能承受过电压和过电流的缺陷导致过电压保护器件在越来越多的行业中使用。于是各个行业针对SPD的可靠性提出了更高的要求。因此，为了适应现代科技的发展及基于设备、系统安全的考虑，对SPD的可靠性问题进行系统的分析并提出提高其可靠性的途径是很有必要的。1 串联系统与并联系统的可靠性评价方法由于包括SPD在内的各种产品都是通过若干个单元为了完成规定的功能而组合在一起的。因此除了针对单个部件和真个产品性能的评估外，还需要对系统结构进行可靠性评价。针对系统最基本的评价方法有串联系统和并联系统两种，因为任意的系统均可由这两种关系组成。1 串联系统的可靠度串联系统指的是对于一个系统来说，如果只要有一个单元失效就导致整个系统的失效，或者只有当所有单元都正常工作时，系统才正常工作。串联系统的模型如图一所示：设在时间t内，SPD的压敏单元Ai正常工作的事件为Xi，则串联系统的可靠度R（t）就是所有这n个单元同时正常工作的概率。即：R（t）=P（x1•x2•……•xn ）若各单元可靠度相互独立，则串联系统的可靠度为：P（x1）= R1（t）P（x2︳x1）= P（x2）=R1（t）……P（xn︳x1•x2•……•xn ）= P（xn）=Rn（t）于是串联系统的可靠度为：R（t）= ∏ni-1 Ri（t）由此式可见，单元数目越多，串联系统的可靠度越低。2 并联系统的可靠度并联系统指的是只要有一个单元还未失效，则整个系统就不发生故障，或者说只有当所有单元都失效时，整个系统才失效。并联系统模型如图二所示：设在时间t内，压敏单元Bi，发生故障的事件分别为Yi，则系统不可靠度为：F(t)= P（y1•y2•……•yn ）同理得到：F（t）= ∏ni-1 Fi（t）则可得出，并联系统的可靠度为：R（t）=1- ∏ni-1 Fi（t）=1- ∏ni-1 [1-Ri（t）]由此式可见，单元数目越多，并联系统的可靠度越高。3 并串联系统的可靠度对于SPD和其他的产品来说，很少有单一串联的系统或单一并联的系统，往往都是综合两者的系统。串并联系统指的是各单元的关系先串联，然后并联组合。并串联系统指的是各单元的关系为先并联，然后串联组合。SPD的应用中多采取并串组合的方式，如图三所示：其中并串联系统的可靠度为：Rsp =1-（1-Rn）k由此可以看出，SPD最终采取的还是MOV与GDT的串联组合且系统已经简化到极致。因此要保证SPD的可靠性，均需要保证MOV和GDT单元的可靠性，即我们通常所讲的可靠度、瞬时故障率及平均故障间隔时间。2 保证和提高SPD可靠性途径基于上述的分析可以看出保证SPD可靠性的问题集中在保证MOV和GDT的可靠性上了，因此两个器件的参数正态分布将直接影响到SPD的可靠性。除此之外，选取器件的过程中，减额使用的原则也是非常重要的，即设计时让元器件、零部件和组件在低于负荷的情况下使用。1 静态参数一致性控制对于SPD中的静态参数来讲，在设计阶段均做过SPD的极限测试，即MOV和GDT电压分别在最高和最低情况下的不同组合，这样制定出的上限下限将作为器件参数正态分布时参考的关键指标。根据R（t）= ∏ni-1 Ri（t）可以看出，要保证R（t）越低，前提是保证RMOV（t）和RGDT（t）的可靠度。通过静态参数的正态分布图可以看出，只要保证参数的一致性即可在很大程度上保证系统的可靠度。如图四所示：3 器件的标准化选取标准化的器件和参数是经过权威部门鉴定或者长期的实验验证的结果，比起新设计的或者定制的器件更可靠。若保存或建立一个具有基本失效率值的标准元器件手册以备设计者选用，则产品的可靠性设计将大大减少系统可靠性设计的工作量。3 结论本文使用质量管理中的可靠性分析方法针对SPD进行了研究，根据SPD具体的系统设计及结构方式进行评估后，可以得出以下结论： 由于SPD系统通常均采用MOV与GDT串联的方式组合，因此SPD的可靠性主要由MOV和GDT的可靠性决定。 为了保证器件的可靠性，需要重点注意的是MOV与GDT的静态参数一致性，器件选型的标准化和减额使用的设计方法。 后续需要进一步就元器件的可靠性进行研究，以保证从工艺层面上寻找出更加有效的控制手段。[参考文献][1] 郎志正 质量管理及其技术方法 2003，345～[2] 马逢时 刘传冰 等 六西格玛管理统计指南--MINTAB使用指导 2007，第四章
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