物理对意识的研究论文

据国外媒体报道，知名物理学家爱德华·维顿(Edward Witten)近日提出，意识究竟为何物也许永远是一个未解之谜。但其它物理学家并未被这话吓倒，仍在努力寻求答案。

没错，正是“物理学家”。

过去，意识几乎完全被视作只有哲学家才会思考的问题。毕竟它是那么虚无缥缈，无从下手研究。但随着科学的进步，我们解决思维之迷的能力也在不断加强。生物学家加入了研究队伍，神经科学家也带着大脑扫描仪紧随其后。但直到不久前，一部分物理学家才把注意力从宇宙大爆炸、量子信息和电动力学等概念上转移开来，略微关注一下意识的问题。

牛津大学的数学物理学家罗杰·潘洛斯爵士曾公开表达过疑问，意识是否与量子力学微观世界中的微弱相互作用有关。加州大学圣巴巴拉分校物理学家、诺贝尔奖得主戴维·格罗斯则提出了不同的见解。他猜测意识或许类似于物理学家所说的“相变”(phase transition)，即在发生一系列微观变化之后、突然发生了剧烈的跃变。例如，某些金属温度下降到特定水平之后，便会突然拥有超导能力，这就是相变的例子之一。

格罗斯说的也许有道理。该领域的主流理论之一由威斯康辛大学的神经科学家朱利奥·托诺尼提出。与格罗斯的相变理论相似，托诺尼认为，随着大脑整合的信息不断增加，在跨过了某一下限之后，便突然达到了一种新状态：意识就此产生。根据该理论，只有特定的脑区才能整合所有的信息，而这些脑区加在一起，便构成了意识的基础。

以色列巴伊兰大学物理学家尼尔·拉哈夫近日对上述意识活动的核心区域展开了搜寻。他召集了一支包含神经科学家和数学家的跨学科团队，利用对六颗人脑的详细扫描结果，合成了一幅人脑皮层(即大脑外层的神经元组织)的信息网络图。凭借该网络图，他们观察并记录了大脑皮层的特定区域是如何与其它部分联系的，并标出了联结程度较高的区域和较低的区域。该网络图大致体现了信息在皮层中“流动”的方式，还能反映出信息流动最集中的区域，这样的区域也许就是意识的诞生之处。

拉哈夫将连接点最多的区域称为“核心区”，该部分主要包含额上回、扣带皮层、韦尼克区和布洛卡区。虽然这些部分散落在大脑各处，但彼此密切相连。“这一独特的层级关系是大脑的一个联结紧密的组成部分，使大脑可以实现高水平的数据整合与处理，这也许是为了满足最高级的认知功能需要。”拉哈夫与同事在论文中写道。

他们指出，这或许就是大脑中产生意识的地方。“核心区包含的所有脑区的确都与意识活动有关。”研究人员写道，“因此，核心区很适合开展高度整合性的工作，意识也很可能源自其中。”拉哈夫接下来计划对整个大脑进行分析，不仅限于大脑皮层。而在这一研究之外，他还有更大的野心。

“物理学家试图利用数学公式揭开自然的基本法则之谜，解释尽可能多的自然现象，”拉哈夫指出，“这些数学公式确实能揭露一些本质问题。如果我们真想弄清意识为何物，了解大脑的运作原理，我们就需要列出人脑和意识思维所采用的数学公式。但我们还做不到这一点，甚至还差得很远。但我认为我们应当以此为目标。而且我们已经迈出了前进的第一步。”

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。1. 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。2. 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。3. 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。