数形结合思想即在数学推理过程中将学习者使用的文字和公式与其头脑中产生的形象相互之间建立起紧密的联系。具备某些方面数学能力和个人素质的“数学资优生”群体也在近几年被加以重视。本研究着眼于数学资优生,依据高中数学课程标准、元认知理论、错题分类与归因理论等分析框架,从元认知角度出发,观察、分析和思考学生在问题解决的过程中策略的选择、认知监控和评价等相关行为,从而深入探究高中数学资优生的数形结合能力,进一步挖掘元认知与问题解决两者的相互影响。本研究通过编制一套与数形结合思想相关的学生测试卷、元认知调查问卷,了解高中数学资优生运用数形结合思想的具体表现情况;探究在解决数形结合思想相关数学问题过程中学生的元认知水平、元认知与数形结合能力间的相关性问题。研究发现,第一、绝大多数高中数学资优生能准确找到“由数到形”或“由形到数”等合适的解题方法,但运用数形结合思想方法时,学生所犯知识性错误较多,多集中于学生不能准确将三种数学语言两两相互转化,不能有效根据自己的推理过程进行后续的表征转换。第二、从元认知水平出发,（1）在数学问题解决中,高中数学资优生元认知水平较为集中,呈现中等水平,其中元认知知识“任务”水平较高,元认知策略能力（策略选择、及时检测结果并进行相应监控和调节能力）相对较低。（2）元认知各因素之间,存在六组相关因素。其中元认知知识“个体”,即学生个体对自身实力的清晰认识是促进个体的认知能力及解决数形结合相关数学问题的学习成就达成的一个关键因素。（3）男生在元认知活动中,其元认知体验“认知”及策略“计划”能力远高于女生。第三、元认知知识“任务”、元认知体验“认知”与“情感”以及元认知策略“调控”均与学生数形结合能力水平存在正相关性,同时基于元认知各因素之间的潜在作用,研究表明,元认知水平越高的高中数学资优生,运用数形结合思想的能力水平越高。最后本研究结合上述研究结果,提出一些有关数学资优生教育的教学建议。如数学资优生的“特殊化”教育,根据资优生数学学习特点及发展情况,给予学生非标准的挑战性思维题目或具有批判性思维的数学问题,通过创造性的飞跃模式来训练学生自我调节元认知的能力;元认知能力上,采用出声训练法或自我提问法等进行培养,关注学生个体认识及发展;加强数形结合解题策略的使用、加深对数学问题解决的信念,引导学生构建完整的知识体系,从而理解数学思想方法的重要性。