基于SOLO理論的物理學(xué)史復(fù)習(xí)*

沈文炳　張志勇

(湖北省鄂南高級(jí)中學(xué)　湖北 咸寧　437100)

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基于SOLO理論的物理學(xué)史復(fù)習(xí)*

沈文炳張志勇

(湖北省鄂南高級(jí)中學(xué)湖北 咸寧437100)

運(yùn)用SOLO分類評(píng)價(jià)理論分析近3年高考中物理學(xué)史試題，總結(jié)物理學(xué)史考查的特點(diǎn)是注重考查學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)和物理創(chuàng)新能力．嘗試提出4種復(fù)習(xí)策略，即編寫歌謠、設(shè)計(jì)概念圖、解決原始物理學(xué)史問題和挖掘物理史料．

SOLO理論物理學(xué)史復(fù)習(xí)

物理學(xué)史有利于學(xué)生理解物理概念和規(guī)律,掌握物理思想和方法,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新精神，形成正確的價(jià)值觀和人生觀．新課程改革以來(lái)，物理學(xué)史的考查一直是熱點(diǎn)．本文嘗試運(yùn)用SOLO分類理論分析近3年物理學(xué)史考查的特點(diǎn)，并嘗試提出有效的復(fù)習(xí)策略．

1　SOLO分類理論及分析

1.1SOLO分類理論簡(jiǎn)介

SOLO(structureoftheobervedlearningoutcome)分類評(píng)價(jià)理論是由Biggs和Collis在1982年提出的一種以等級(jí)描述為基本特征的質(zhì)性評(píng)價(jià)方法．SOLO分類評(píng)價(jià)理論將學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果按照思維從低到高分為5個(gè)不同層次：前結(jié)構(gòu)、單點(diǎn)結(jié)構(gòu)、多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)和拓展抽象結(jié)構(gòu)[1]．

(1)前結(jié)構(gòu)水平的學(xué)生基本上不能理解和解決問題．

(2)單一結(jié)構(gòu)水平的學(xué)生對(duì)問題有一點(diǎn)理解，但只是略知一二．

(3)多元結(jié)構(gòu)水平的學(xué)生對(duì)問題有了更多理解，但不全面．

(4)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平的學(xué)生對(duì)問題有了整體把握，能夠?qū)⒏鞣N相關(guān)信息進(jìn)行整合，解決較為復(fù)雜的具體問題．

(5)拓展抽象水平的學(xué)生對(duì)問題不僅有整體把握，而且還能對(duì)問題進(jìn)行抽象概括，解決新的問題．

1.2物理學(xué)史試題分析

現(xiàn)運(yùn)用SOLO分類評(píng)價(jià)理論分析近3年全國(guó)各地高考卷中的物理學(xué)史試題，總結(jié)高考物理學(xué)史試題的特點(diǎn)和規(guī)律．

單點(diǎn)結(jié)構(gòu)的試題要求學(xué)生能夠了解、記憶單一的物理學(xué)史的知識(shí)，比如對(duì)某一個(gè)科學(xué)家的重要貢獻(xiàn)．多點(diǎn)結(jié)構(gòu)的試題要求學(xué)生能夠關(guān)注物理學(xué)史知識(shí)以及相關(guān)的概念、規(guī)律的理解．關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的試題要求學(xué)生能夠重復(fù)物理學(xué)家研究和發(fā)現(xiàn)物理問題的實(shí)驗(yàn)或方法．拓展抽象結(jié)構(gòu)的試題要求學(xué)生能夠根據(jù)呈現(xiàn)的物理學(xué)家的研究結(jié)論來(lái)分析具體的物理問題．

運(yùn)用SOLO分類評(píng)價(jià)理論統(tǒng)計(jì)的近3年各地高考試卷中物理學(xué)史試題如表1所示．通過(guò)分析和總結(jié)，當(dāng)前高考關(guān)于物理學(xué)史試題的特點(diǎn)主要如下：

表1　近3年物理試題能力結(jié)構(gòu)分析

(1)全國(guó)各地將近三分之二的試卷都對(duì)物理學(xué)史進(jìn)行了考查，尤其是新課標(biāo)試卷每年都進(jìn)行了考查．全國(guó)各地有14套試卷，對(duì)物理學(xué)史進(jìn)行考查的試卷主要有新課標(biāo)Ⅰ和Ⅱ卷、海南卷、山東卷、天津卷、江蘇卷、北京卷、安徽卷、重慶卷、四川卷等．

(2)試題考查以選擇題為主．選擇題能夠覆蓋較多的物理學(xué)史的知識(shí)，有利于考查學(xué)生在復(fù)習(xí)過(guò)程中梳理物理學(xué)觀念、概念和規(guī)律的發(fā)展歷史，建立物理學(xué)史的知識(shí)體系．也有試卷嘗試從實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用題的角度來(lái)考查物理學(xué)史．比如2013年山東理科綜合試卷第21題從實(shí)驗(yàn)的角度涉及到了中國(guó)近期在霍爾效應(yīng)方面的突破性進(jìn)展，2015年重慶理科綜合試卷第8題從計(jì)算題的角度涉及到了伽利略時(shí)期的演示實(shí)驗(yàn)裝置．

(3)物理學(xué)史考查的范圍主要是力學(xué)和電磁學(xué)部分．物理學(xué)史力學(xué)部分的考查主要是必修1，必修2的內(nèi)容，電磁學(xué)部分主要是選修3-1，選修3-2部分．從表1統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，力學(xué)和電磁學(xué)的試題幾乎各占一半．

(4)試題注重考查學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)和物理創(chuàng)新能力．從表1中可以看出，屬于單點(diǎn)結(jié)構(gòu)能力層次的試題共5道，屬于多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)能力層次的試題共4道，屬于拓展抽象能力層次的試題共7道．屬于多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)和拓展抽象能力層次的試題主要是通過(guò)考查學(xué)生對(duì)物理概念和規(guī)律的產(chǎn)生與發(fā)展過(guò)程、物理學(xué)家探索發(fā)現(xiàn)物理概念和規(guī)律的過(guò)程和研究方法等內(nèi)容的了解，鑒別考生掌握物理概念和規(guī)律的程度，反映考生的科學(xué)素養(yǎng)和物理創(chuàng)新能力[2]．值得關(guān)注的是，新課標(biāo)Ⅰ卷以考查學(xué)生的能力和科學(xué)素養(yǎng)為主．

2　物理學(xué)史的復(fù)習(xí)策略

2.1編寫歌謠記憶物理學(xué)史

基本物理學(xué)史的知識(shí)屬于單點(diǎn)結(jié)構(gòu)和多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，包括科學(xué)家的歷史貢獻(xiàn)、研究歷程、經(jīng)典實(shí)驗(yàn)、經(jīng)典思想以及與科學(xué)家相關(guān)的重要物理概念和理論，主要以理解和記憶為主．在復(fù)習(xí)過(guò)程中可以采用多種方式，可以在課堂上組織學(xué)生討論、展講；可以要求學(xué)生以作業(yè)的形式自己總結(jié)；也可以是教師總結(jié)．教師通過(guò)編寫歌謠的方式總結(jié)物理學(xué)史，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，便于學(xué)生記憶．

高中物理課本選修3-1和選修3-2主要涉及電磁學(xué)物理學(xué)史，筆者嘗試用歌謠的形式對(duì)它們進(jìn)行總結(jié)，深受學(xué)生歡迎．靜電場(chǎng)和電流的物理學(xué)史主要涉及庫(kù)侖、法拉第、密立根.

萬(wàn)有引力促靈感，庫(kù)侖扭秤很奇特，

兩球均分測(cè)電荷，懸絲扭轉(zhuǎn)方便測(cè)．

電場(chǎng)首創(chuàng)法拉第，條條場(chǎng)線形象極；

密立根實(shí)驗(yàn)油滴，電子電荷首確立．

磁場(chǎng)部分主要涉及中國(guó)指南針、奧斯特、安培、法拉第、洛倫茲，歌謠總結(jié)了指南針的發(fā)展、科學(xué)家的貢獻(xiàn)和研究歷程，還部分介紹了科學(xué)家的趣聞?shì)W事.

王充論衡述司南，鄭和航海用羅盤；

富蘭克林新發(fā)現(xiàn)，衣針磁化因放電．

丹麥大家奧斯特，電磁統(tǒng)一夢(mèng)想濃，

偶然發(fā)現(xiàn)磁針動(dòng)，皆因?qū)Ь€電流通．

電學(xué)牛頓是安培，手中懷表變卵石，

馬車車廂做黑板，電流名詞為首創(chuàng)；

磁場(chǎng)方向右手判，四指彎曲拇指直；

分子電流是假說(shuō)，磁鐵電流本質(zhì)同．

右手定則兩處用，四指伸直拇指立；

洛倫茲力安培力，微觀宏觀本質(zhì)一．

電磁感應(yīng)部分主要涉及法拉第、楞次、紐曼和韋伯，歌謠總結(jié)了法拉第研究電磁感應(yīng)的歷程，形象地描述了楞次定律和紐曼、韋伯的貢獻(xiàn).

法拉第十年一劍，電磁感應(yīng)最終現(xiàn)；

楞次定律情感添，相見時(shí)難別亦難．

紐曼韋伯總結(jié)強(qiáng)，電磁感應(yīng)定律立；

綠葉只為襯紅花，后人命名法拉第．

編寫歌謠要注意歌詞和物理學(xué)史的基本內(nèi)容相結(jié)合，歌詞朗朗上口，可以運(yùn)用比喻、對(duì)稱、押韻等手法，便于理解和記憶．

2.2畫概念圖理解物理學(xué)史

概念圖是康奈爾大學(xué)的Novak教授根據(jù)Ausubel的有意義學(xué)習(xí)理論提出的一種教學(xué)技術(shù)．概念圖是表示概念和概念之間相互關(guān)系的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，是用來(lái)組織和表征知識(shí)的工具．它是由節(jié)點(diǎn)和連接節(jié)點(diǎn)的線段所組成的，能形象地表達(dá)某一命題中個(gè)概念間的內(nèi)在邏輯關(guān)系．

物理概念、規(guī)律、思想的發(fā)展和演變屬于多點(diǎn)結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)．利用概念圖可以促進(jìn)物理學(xué)史知識(shí)的結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化．學(xué)生通過(guò)建立物理學(xué)史間聯(lián)系促進(jìn)對(duì)物理學(xué)史的深入理解，使零散的物理學(xué)史知識(shí)結(jié)構(gòu)化、條理化、系統(tǒng)化．

高中物理課本必修1和必修2主要涉及經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展，筆者嘗試?yán)酶拍顖D來(lái)總結(jié)力學(xué)發(fā)展歷史、伽利略研究思想的魅力、牛頓對(duì)萬(wàn)有引力定律研究的過(guò)程．圖1為教師指導(dǎo)、學(xué)生集體討論得到的關(guān)于經(jīng)典力學(xué)發(fā)展的概念圖．

如果說(shuō)王觀澄等中國(guó)傳統(tǒng)文人士大夫締造的“古典桃源盛世”被一場(chǎng)欲望的大火所吞噬，那么由大執(zhí)念而促成的千秋家國(guó)夢(mèng)在集體無(wú)意識(shí)的支配下，隨著歷史車輪的滾滾向前進(jìn)入到了20世紀(jì)五六十年代社會(huì)主義建設(shè)時(shí)期，遙遠(yuǎn)的無(wú)邊大夢(mèng)此時(shí)已經(jīng)在一種叫作共產(chǎn)主義的國(guó)家構(gòu)想中得以實(shí)現(xiàn)。如果說(shuō)格非在《人面桃花》中描述的是一個(gè)孩童還尚未進(jìn)入夢(mèng)鄉(xiāng)就已被雜亂的社會(huì)紛擾所激醒，那么《山河入夢(mèng)》就像是一個(gè)成人在經(jīng)歷了一朵開花的夢(mèng)之后，承受著夢(mèng)醒后的悲愴與荒涼。

圖1　力學(xué)發(fā)展史概念圖

在概念圖的制作過(guò)程中，要讓學(xué)生經(jīng)歷示范、模仿、應(yīng)用3個(gè)過(guò)程，讓學(xué)生學(xué)會(huì)自己制作物理學(xué)史復(fù)習(xí)概念圖，這樣才能提高學(xué)生自我總結(jié)和自我反思的能力，有利于學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)展．

2.3解原始問題掌握物理學(xué)史

原始物理問題指自然界及社會(huì)生活、生產(chǎn)中客觀存在且未被加工的物理問題[3]．物理學(xué)發(fā)展歷史上，物理學(xué)家研究的問題就屬于原始問題．物理學(xué)史考查中，涉及考查物理學(xué)家做過(guò)的實(shí)驗(yàn)、物理學(xué)家對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的思考和解決過(guò)程、運(yùn)用科學(xué)家的結(jié)論分析具體問題等屬于關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)和拓展抽象結(jié)構(gòu)能力層次．

關(guān)于物理學(xué)史中原始問題的解決模式如圖2所示．現(xiàn)以2015年新課標(biāo)Ⅰ第19題為例來(lái)說(shuō)明物理學(xué)史中原始問題的解決．

圖2　原始問題解決模式

【例1】1824年，法國(guó)科學(xué)家阿拉果完成了著名的“圓盤實(shí)驗(yàn)”．實(shí)驗(yàn)中將一銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針，如圖3所示．實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)圓盤在磁針的磁場(chǎng)中繞過(guò)圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，但略有滯后．下列說(shuō)法正確的是

A.圓盤上產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

B.圓盤內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng)

D.圓盤中的自由電子隨圓盤一起運(yùn)動(dòng)形成電流，此電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng)．

圖3

解析：小磁針相當(dāng)于條形磁鐵．可以把銅盤沿半徑方向分割成若干根導(dǎo)體棒，當(dāng)銅盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于若干導(dǎo)體棒切割磁感線，如圖4(a)所示．小磁針形成的磁場(chǎng)在銅盤各處強(qiáng)弱不同，每根導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不同．可以取所處磁場(chǎng)最強(qiáng)的那根導(dǎo)體棒AB分析，如圖4(b)所示．把導(dǎo)體棒AB所處磁場(chǎng)分解，如圖4(c)所示，用右手定則確定導(dǎo)體棒電流由A流向B．由左手定則確定導(dǎo)體棒AO，OB部分受力如圖4(c)所示．由牛頓第三定律可以確定銅盤對(duì)小磁針的作用力是使小磁針隨銅盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)．從而可以判斷選項(xiàng)A,B正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．由圖4(b)可以判斷選項(xiàng)C錯(cuò)誤．

圖4

通過(guò)解決物理學(xué)家提出的原始問題，學(xué)生體會(huì)了分析、綜合、抽象、概括等科學(xué)思維，學(xué)會(huì)了假設(shè)、類比、等效模型、近似等科學(xué)方法，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)造性解決問題的思維．

2.4挖掘史料拓展物理學(xué)史

高中物理學(xué)史的內(nèi)容不是很豐富，有時(shí)有淺嘗輒止之嫌．在物理學(xué)史復(fù)習(xí)過(guò)程中可以利用物理史料拓展相關(guān)的物理學(xué)史，這樣不僅使學(xué)生對(duì)相關(guān)想物理學(xué)史有更深刻的認(rèn)識(shí)，還能培養(yǎng)學(xué)生正確的價(jià)值觀和人生觀，提高學(xué)生思想道德水平和文化素養(yǎng)．如果能夠進(jìn)一步把物理史料編寫成對(duì)應(yīng)的物理學(xué)史試題，更能激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)史學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)生解決物理學(xué)史問題的能力．

比如關(guān)于奧斯特的物理學(xué)史，物理教材中主要描述奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的過(guò)程．教師可以對(duì)奧斯特的生平、主要科學(xué)成就做一個(gè)介紹，可以介紹一下奧斯特與童話大師安徒生的交往及相互影響，還可以把奧斯特在發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)編寫成試題，比如下列例題2．

【例2】1820年丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)．在奧斯特實(shí)驗(yàn)中，將直導(dǎo)線沿南北方向水平放置，指針靠近直導(dǎo)線，下列結(jié)論正確的是

A.把小磁針放在導(dǎo)線的延長(zhǎng)線上，通電后小磁針會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)

B.把小磁針平行地放在導(dǎo)線的下方，在導(dǎo)線與小磁針之間放置一塊鋁板，通電后小磁針不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)

C.把小磁針平行地放在導(dǎo)線的下方，給導(dǎo)線通以恒定電流，然后逐漸增大導(dǎo)線與小磁針之間的距離，小磁針轉(zhuǎn)動(dòng)的角度(與通電前相比)會(huì)逐漸減小

D.把黃銅針平行地放在導(dǎo)線的下方，通電后黃銅針會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)

在利用史料拓展物理學(xué)史時(shí)，不能過(guò)分地用趣聞?shì)W事來(lái)取悅學(xué)生，而應(yīng)該通過(guò)拓展的史料來(lái)豐富學(xué)生對(duì)物理學(xué)史的理解，利用科學(xué)家崇高的個(gè)人品德影響學(xué)生，教育學(xué)生如何做人．

3　結(jié)論

本文利用SOLO分類評(píng)價(jià)理論對(duì)近3年的高考物理學(xué)史試題進(jìn)行了分析總結(jié)，指出了高考物理學(xué)史的考查主要是注重學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)和物理創(chuàng)新能力．同時(shí)對(duì)物理學(xué)史的復(fù)習(xí)提出了4點(diǎn)建議，以期從不同角度來(lái)促進(jìn)學(xué)生更好地掌握物理學(xué)史，培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)和思想道德水平，提升學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力．

1蔡永紅.SOLO分類理論及其在教學(xué)中的應(yīng)用. 教師教育研究，2005，18(1)：34～40

2李勇，程力.課程標(biāo)準(zhǔn)高考物理學(xué)史考查的理念和方法研究.中國(guó)考試，2015(3)：15～21

3邢紅軍，陳清梅.論原始物理問題的教育價(jià)值及其啟示.課程·教材·教法，2005(1)：56～61

2016-01-04)

*系“初高中銜接教學(xué)研究”，課題編號(hào)：HBWL-XJ14043和“生成性教學(xué)研究”，課題編號(hào)：HBWL-SC14085，兩課題的階段性成果之一．作者簡(jiǎn)介：沈文炳(1973-)，男，碩士，中教高級(jí)，主要從事高中物理教學(xué)及研究.