“元认知”这个概念一经提出就成为心理学，特别是教育心理学的研究热点。大量研究表明，培养学生的元认知能力有助于学生形成正确的认知导向、有助于调动学生学习的主动性、有助于提高学生学会学习的能力、充分发挥学习者的主体作用，促进学生素质的全面提高。三十多年来，对于元认知的研究，无论是在理论方面还是应用方面都取得了很大的成果。但是元认知理论应用到学科领域的研究相对集中于英语、数学、语文等科目，结合地理科目进行的研究很少。本文在对元认知理论和教学设计理论进行梳理的基础上，以董奇的元认知三大结构为核心，结合高中地理教学设计的现状分析，设计出培养学生元认知能力的地理教学设计模式，即“四大过程—五大认知”模式。“四大过程”指确定教学目标、完善教学过程、美化教学评价、修正教学反思，“五大认知”指计划认知活动、监督认知活动、评价认知活动、调控认知活动、提高元认知水平；在充分分析高一学生元认知特点的基础上，结合其他学科元认知能力量表，设计出高一学生地理元认知能力量表，运用问卷调查法对芜湖市第十一中学高一年级两个班进行地理元认知能力的测量和分析，运用实证研究法对上述两个班级进行为期一个学期的教学实验。实验过程中实验班使用本研究中的地理教学设计模式，控制班使用常态下的地理教学模式。实验结束后，再次对两个班级进行地理元认知能力的测量。测量结果表明，实验班后测的元认知能力水平得分明显高于前测，而控制班没有明显的变化。从实验实施过程来看，该实验设计较为合理，可操作性较强。研究表明，制定的高一学生地理元认知能力量表具有一定的可行性，有一定的信度和效度，设计的培养学生元认知能力的地理教学设计模式可以在很大程度上提高学生的地理元认知能力，对中学地理教学有一定的启发和促进作用。