Solo視野下促進物理思維發(fā)展策略的研究

韓艷華

摘要：促進學生物理思維能力發(fā)展一直是物理教學的終極目標。關于學生物理思維能力在以往的教學中過多探討的是思維的分類，沒有形成在教學過程中可操作的思維層級。本文結合物理教學實踐內容有針對性地提出促進學生物理思維能力的策略。

關鍵詞：Solo；知識結構；思維；物理思維能力發(fā)展

中圖分類號：G633.7

文獻標識碼：A

文章編號：1671-1580（2017）12-0025-03

促進物理思維能力發(fā)展是物理教學過程中的重要問題。由于受升學壓力的影響，許多物理教師和學生無暇顧及物理思維能力的發(fā)展和應用物理知識解決物理問題的方法以及策略提升的研究。而物理思維能力的發(fā)展和解決物理問題策略的形成，是影響一個學生終生學習能力的積極重要因素。本文主要依據solo分類理論，結合物理學科特點對物理思維能力進行層級分類，探索在教學過程中促進學生物理思維能力發(fā)展的策略。

一、Solo理論

“SOLO”是英文“Structure of the Observed Learning Outcome”的首字母縮寫，意思是“能觀察到學習成果的結構”。Solo理論起源于英國心理學家艾德文.皮爾（Edwin Peel）的研究成果，澳大利亞的教育心理學家JonhB.Biggs和Kevin F.Collis發(fā)展了其理論體系，并提出：學生在學習一門新學科時，剛開始是以量的方式獲得彼此不太相關、零碎的內容，但隨著學習過程的不斷深入和發(fā)展，學生的學習由原來對知識量的積累逐漸發(fā)生質的變化，把以往看似零散的、不成系統(tǒng)的知識相互連結起來，形成一個前后相互聯(lián)系的整體知識組塊。在學生思維最高層次上建立起相應的抽象體系，衍生出新維度，如形成新科學假設以解決以前從未遇到過的問題。

Biggs和Collis把學生對某部分知識內容學習的過程和結果由低到高劃分為五個層次：知識學習前知識結構、認知知識過程中單點結構、應用知識解決問題過程的多點結構、提升解決問題通過時的關聯(lián)結構和促進思維發(fā)展的抽象拓展結構。

（一）知識學習前知識結構

在未接觸本知識前學生對與本知識相關的問題，只是一些感知層面的認識，沒有邏輯關系，基本上不能運用其解決具體的問題，當然對于與本知識相關的問題也談不上去解決。

（二）認知知識過程中單點結構

學生對于一些關于什么是什么的公式應用條件有了一些初步的了解，對于一些簡單、可直接應用公式得出結論的問題形成一定的思路和方法，但只是一一對應地去解決問題。

（三）應用知識解決問題過程的多點結構

學生在已有的陳述性知識的基礎上，已經掌握一些運用公式和規(guī)律解決一些涉及程序化的問題，初步形成運用物理規(guī)律解決問題的思路和方法，并在一定程度上能把有關的思路整合成一個有效的方法。

（四）提升解決問題時運用的關聯(lián)結構

學生已經形成了關于某一類問題的多個思路和方法，并在一定程度上可能找到與此情境相關的物理思維方法和解題策略，并能把這個方法有意識地遷移到另一個問題情境中去。

（五）促進思維發(fā)展的抽象拓展結構

學生能夠對已經學習和解決過的物理問題有意識地進行抽象的概括，從方法論的高度來分析問題、提升方法，同時從類別和問題的本質上進行有意義的拓展。

Solo是一個立體的、由點到面、由簡單到復雜的思維結構，它摒棄了以往只是在宏觀上探究學生思維能力的弊端，能夠從具體可操作的點人手，有針對性地探討學生思維能力的量與質的關系，從而更加科學、合理和客觀地評價學生的物理思維能力。

二、物理思維能力形成的動態(tài)過程

物理思維能力的發(fā)展和解決物理問題策略的形成是影響一個學生終生學習能力的積極有效的方式和方法。關于物理思維能力的發(fā)展一直以來各家看法各不相同，但大都停留在對能力的分類方面，而真正從能力的層次上加以評價的卻是少之又少。

熱力學第一定律是高中物理選修3-3第十章第三節(jié)內容，普通高中物理課程標準對它的要求是：能運用熱力學第一定律解釋自然界中能量的轉化問題。選修3-3中比較核心的兩部分內容：一個是氣體三個定律和理想氣體狀態(tài)方程；二是熱力學第一定律。在教學過程中，其定律內容描述很清晰，學生從表面上也能理解得很好。它的結論是在前兩節(jié)功和內能、熱和內能兩節(jié)的基礎上得出的，應該說從知識的邏輯體系而言是很清晰的。在知識講解過程中，讓全體學生都處于單點結構也完全可以做到，但課程標準把熱力學第一定律定位在：能運用熱力學第一定律解釋自然界中能量的轉化問題。要達到這樣的目標，僅有單點層次知識結構和多點層次知識結構是遠遠不夠的，最終要達到關聯(lián)結構甚至于抽象擴展層次。那么，如何從單點知識結構、多點知識結構擴展到相關知識結構呢？

（一）單點知識結構

1.作功可以改變物體的內能，用公式表示W=△U。

2.系統(tǒng)不從外界吸收熱量，也不向外界放熱，這樣的過程叫絕熱過程：Q=0。

3.熱傳遞可以改變物體的內能：Q=△U。

4.熱力學第一定律：一個熱力學系統(tǒng)的內能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它做的功的和，公式：△U=Q+W。

（二）多點知識結構

1.做功和熱傳遞都可以改變物體的內能，其效果是相同的，但其本質卻是不同的，做功改變物體的內能是能量由一種形式轉化為另一種形式，熱傳遞改變物體的內能是熱量由一個物體轉移到另一個物體上。

2.一個系統(tǒng)如果是絕熱過程，也就是此系統(tǒng)既不從外界吸收熱量，同時也不會向外界放出熱量，那么此過程就隱含著：（1）系統(tǒng)是密閉的，如果不密閉就會有熱量的交換了；（2）系統(tǒng)內的研究對象質量是不變化的，如果變化，則其能量就變化了。

3.一個系統(tǒng)向外做功，必消耗能量，則w為負，我們就說功為負，即W<0；外界對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)獲得能量，我們就說功為正，即W>0。endprint

4.由前概念已知W=Fx

F=Ps

W=Psx=P（V2-V1）=P△V

（三）關聯(lián)結構

1.分子平均動能和分子勢能之和，統(tǒng)稱為內能。分子平均動能是物體溫度的標志，若物體的溫度相同，則其平均動能就相同，因此，物體的溫度變化是物體內能變化原因之一；分子勢能是由于分子間的距離發(fā)生變化，從而導致分子勢能發(fā)生變化，分子之間的距離發(fā)生變化，其宏觀表現(xiàn)為體積變化，因此，物體的體積變化是物體內能變化的另一原因，因此，溫度和體積是決定物體內能的兩個因素。如果研究對象是理想氣體，由于理想氣體是一種理想化的模型，它成立的前提是分子之間沒有相互作用力，也就是說，理想氣體的分子沒有分子勢能，其內能僅由溫度決定，與分子間距離無關。即理想氣體的內能只是由溫度決定，與體積無關。

2.熱力學第一定律與氣體實驗定律結合在一起解決問題，在理解熱力學第一定律的基礎上，熟練掌握氣體三個實驗定律及三個實驗定律的圖像，能準確判斷出氣體變化過程中壓強、體積和溫度的變化。如圖所示，一定質量的理想氣體從狀態(tài)A經等壓變化到狀態(tài)B，此過程，氣體的壓強P=1.5×10⁵Pa，吸收的熱量為Q=2×10²J，求此過程中氣體內能的增量。

要解決這個問題，首先想到單點結構：

①熱力學第一定律W+Q=△U；

②明確氣體從外界吸收熱量Q=2×10²J；

③氣體體積減小，外界對氣體做正功，那么W=？

要想解決這個問題，只擁有單點結構就不夠用了。

多點結構，W=P△V；要實現(xiàn)求W，我們必須得知道從A狀態(tài)到B狀態(tài)的過程中體積的大小。A狀態(tài)體積已知，可是B狀態(tài)的體積不知道。要想解決這個問題，就必須結合氣體的狀態(tài)看圖像了。

關聯(lián)結構：氣體從A狀態(tài)經等壓變化到B狀態(tài)，AB是一條等壓線，則從A到B，由蓋一呂薩克得V2=2升，則由此可得W=P△V=1.5J，Q=200J，則△U=W+Q=350J，此題正確解決。

三、促進學生思維由單點結構向關聯(lián)結構發(fā)展的策略

物理思維能力的形成是建立在具體的物理知識基礎之上的，但不等同于擁有物理知識物理思維能力就能自動形成。物理思維能力的形成不是具體物理知識的簡單積累，而是在對具體知識的本質屬性概括提升的基礎上，發(fā)展出超越具體知識，拓展到解決其他問題的帶有方法性質的思維方法。從知識的發(fā)生發(fā)展及變化過程來看，我們大致可以把知識分成三種類型：一是陳述性知識，也就是知道“什么是什么”，如力是物體和物體之間的相互作用；二是程序性知識，就是關于“怎么辦”“怎么做”的知識。形成程序性知識過程的第一步就是要掌握本知識組塊中的陳述性知識，陳述性知識經過各種變式訓練，以產生式進行表征和存儲于學生知識網絡中，并逐漸形成自動化的技能；三是在一定情境中，程序性知識依據圖示被逐漸提取出來，并應用于解決具體問題。如玻意耳一馬略特定律本身是陳述性知識，應用定律解決實際問題時就是程序性知識。應用本定律解決等溫問題時，首先要確定研究對象，其次看的是初狀態(tài)參量，再看經過狀態(tài)變化后，它的質量和溫度發(fā)生變化的情況。如果m和T都沒有發(fā)生變化就滿足P1V1=P2V2，代人數(shù)據就可以求得結果。這是一道典型的“怎么做”的問題，只是相對新手和相對專家有些差別：學生作為相對新手，從知識角度擁有陳述性知識，不會應用陳述性知識解決具體問題；作為相對專家的教師就要先從單點結構的思維方式引導學生應用陳述性知識，當單點知識在某一知識點上讓學生應用成熟了，就要擴展難度，引導學生應用知識解決問題，最后生成自動作化解決這一類問題的方法。當程序性知識形成自動化后，就要引導學生從單一的解決問題的方法跳開，從多角度多維度考量應用知識的角度，對同一類型問題構建一個模型。三是策略性知識，它是知識的最高境界。它從程序性知識形成自動的過程中，引導學生跳開具體物理問題的情境總結方法，從建立物理模型的角度引導學生去思考問題，不是單點對單點，而是單點集合體對關聯(lián)，這樣才能使學生會一題，知一類，提方法，促模型，有效地促進思維的發(fā)展，實現(xiàn)單點向多點關聯(lián)結構的發(fā)展。endprint