SOLO分類(lèi)理論在高中物理復(fù)習(xí)中的應(yīng)用①
——以“圓周運(yùn)動(dòng)”為例

李國(guó)榕 唐 政 張念依 鄧楚楚 林 琪 葉晴瑩

(1.福建師范大學(xué)物理與能源學(xué)院,福建 福州 350117;2.福建省福州市金山中學(xué),福建 福州 350008)

無(wú)論對(duì)于哪一學(xué)科而言,復(fù)習(xí)課都是教學(xué)的重要組成部分,運(yùn)用科學(xué)有效的教學(xué)方法,能更好地培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)、提高學(xué)習(xí)效率。在同一個(gè)班級(jí)中,出現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)水平不平衡是正?，F(xiàn)象,教師在復(fù)習(xí)課時(shí)可以根據(jù)學(xué)生的不同學(xué)習(xí)水平采取不同的教學(xué)方法,提高學(xué)生的復(fù)習(xí)效率,但如何將學(xué)生的水平進(jìn)行劃分又是教師在教學(xué)過(guò)程中要面對(duì)的難題。

中學(xué)物理教育應(yīng)注重對(duì)學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng),針對(duì)不同學(xué)習(xí)水平的學(xué)生采用合適的教學(xué)方法是提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力的關(guān)鍵。將SOLO分類(lèi)理論運(yùn)用于復(fù)習(xí)課的教學(xué)中,有助于教師分析學(xué)生學(xué)習(xí)水平層次,建立最近發(fā)展區(qū),提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

1 SOLO分類(lèi)理論簡(jiǎn)介

SOLO(Structure of the Observed Learning Outcome)分類(lèi)理論由澳大利亞心理學(xué)家比格斯(J.B.Biggs)率先提出，可譯為“可觀察的學(xué)習(xí)結(jié)果的結(jié)構(gòu)”，他將學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果由低到高分為五個(gè)層次水平。

(1)前結(jié)構(gòu)水平:面對(duì)問(wèn)題時(shí)學(xué)生無(wú)法理解、解釋或者答非所問(wèn)。

(2)單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平:學(xué)生能從問(wèn)題中找到一個(gè)解題條件,直接從該單一條件得出答案。

(3)多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平:學(xué)生能夠找到多個(gè)解題條件,聯(lián)想到相關(guān)的知識(shí),但不能將這些知識(shí)進(jìn)行有機(jī)整合。

(4)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平:學(xué)生能夠從多個(gè)角度對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析,能將各種有效信息結(jié)合起來(lái)思考,解決較為復(fù)雜的問(wèn)題。

(5)拓展抽象水平:學(xué)生能夠?qū)⒔佑|過(guò)的問(wèn)題遷移到新的情景中,并且能夠得到具有開(kāi)放性的結(jié)論,概括出更抽象的本質(zhì)屬性,使問(wèn)題本身的意義得到拓展。

這五個(gè)水平層次體現(xiàn)了學(xué)生對(duì)事物的理解階段:我不理解它——我知道了一個(gè)方面——我知道了大多數(shù)——我知道它們是怎么結(jié)合到一起的——我明白這個(gè)可以在多種情況下運(yùn)用。

2 SOLO分類(lèi)理論在“圓周運(yùn)動(dòng)”復(fù)習(xí)課中的應(yīng)用

SOLO分類(lèi)理論將學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)水平劃分成為層級(jí)結(jié)構(gòu),意味著學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)水平是由低級(jí)向高級(jí)、形象到抽象逐步發(fā)展的。教師可依據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)判斷學(xué)生處在哪個(gè)層次水平,從而設(shè)計(jì)物理教學(xué),本文以魯科版必修二第四章“圓周運(yùn)動(dòng)”的復(fù)習(xí)課為例。

2.1 前結(jié)構(gòu)水平

在學(xué)習(xí)完“圓周運(yùn)動(dòng)”后,教師要想了解學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，可以先通過(guò)基礎(chǔ)知識(shí)開(kāi)始,向?qū)W生提問(wèn):什么是勻速圓周運(yùn)動(dòng)?若有學(xué)生連這個(gè)問(wèn)題都回答不出來(lái),或者回答根本就與勻速圓周運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，教師可判斷該學(xué)生處于前結(jié)構(gòu)水平。

教師可以從基本概念入手,幫助學(xué)生建立基本的知識(shí)體系。首先可以列舉一些生活中圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例:摩天輪、過(guò)山車(chē)、月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)等,再引出勻速圓周運(yùn)動(dòng)的定義:在任意相等時(shí)間內(nèi)通過(guò)的弧長(zhǎng)都相等的圓周運(yùn)動(dòng)叫做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。通過(guò)實(shí)例與圖像相結(jié)合,讓學(xué)生逐漸建立起圓周運(yùn)動(dòng)的基本概念,順利將學(xué)生推向更高的學(xué)習(xí)水平。

2.2 單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平

處在單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平的學(xué)生,在物理學(xué)習(xí)上主要表現(xiàn)為：能用一個(gè)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)解釋物理現(xiàn)象,對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行簡(jiǎn)單分析,但分析過(guò)程會(huì)出現(xiàn)前后矛盾。例如對(duì)于勻速圓周運(yùn)動(dòng),有些學(xué)生則會(huì)抓住“勻速”二字,從而認(rèn)為勻速圓周運(yùn)動(dòng)是勻速運(yùn)動(dòng),表明學(xué)生處在單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平，這一類(lèi)型的學(xué)生思維單一,不會(huì)從多角度思考問(wèn)題。

對(duì)于這種學(xué)習(xí)水平的學(xué)生,在教學(xué)中可以適當(dāng)?shù)貙?duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，可提示學(xué)生:速度是矢量,既有大小又有方向,“勻速運(yùn)動(dòng)”是指速度大小和方向都不變的運(yùn)動(dòng),而勻速圓周運(yùn)動(dòng)是曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng),速度大小不變,但速度方向不斷改變,所以勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度是變化的。

2.3 多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平

學(xué)生對(duì)待物理問(wèn)題能從多個(gè)角度出發(fā),提取相應(yīng)的物理量,但不能將這些物理量整合起來(lái)解決問(wèn)題，下面以一道例題為例予以說(shuō)明。

例1:如圖1所示,光滑圓軌道半徑為R,軌道AB光滑,軌道BC水平長(zhǎng)度為s，動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,為使小球能夠通過(guò)圓軌道的最高點(diǎn)D,小球從AB上下滑的高度至少為多少？

圖1

對(duì)于這類(lèi)臨界問(wèn)題，學(xué)生能解決以下幾個(gè)問(wèn)題：(1)在AB段只有重力做功,在BC段摩擦力做負(fù)功;(2)能正確分析小球在圓周的最低點(diǎn)、最高點(diǎn)的受力情況;(3)能夠用語(yǔ)言或者公式描述動(dòng)能定理。但僅僅是簡(jiǎn)單羅列,不能將它們結(jié)合起來(lái)解決問(wèn)題。

處于多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平的學(xué)生能提取的知識(shí)較為零散,教師要著力于幫助學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的遷移,建立知識(shí)之間的聯(lián)系,讓學(xué)生的知識(shí)形成網(wǎng)絡(luò)、融會(huì)貫通。

2.4 關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平

處于該水平的學(xué)生在物理學(xué)習(xí)上主要表現(xiàn)為：能從物理問(wèn)題中提取全部或大部分有效信息,有條理、嚴(yán)密地解決問(wèn)題。當(dāng)處于此層次水平的學(xué)生遇到上述例題時(shí),能夠給出小球恰好能夠通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的速度大小,判斷出小球從軌道由靜止下滑到圓的最高點(diǎn)的過(guò)程中各力做功的情況,會(huì)應(yīng)用動(dòng)能定理解決問(wèn)題。

教師不僅要求這類(lèi)學(xué)生會(huì)做題,還應(yīng)要求學(xué)生建立物理模型,以提高學(xué)生的思維水平。對(duì)于上述圓周運(yùn)動(dòng)臨界問(wèn)題,當(dāng)小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí),會(huì)出現(xiàn)以下兩種臨界狀態(tài):

圖2

圖3

處于關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平的學(xué)生在教師的幫助下，不僅能正確建構(gòu)物理模型,還能發(fā)現(xiàn)單軌道模型只適用于繩拉球的情況,管道模型也可應(yīng)用于桿拉或壓球的情況,能舉一反三,朝更高水平層次發(fā)展。

2.5 拓展抽象水平

拓展抽象水平是學(xué)生思維發(fā)展的最高層次,學(xué)生能夠?qū)?fù)雜的實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為物理模型,能提出自己的觀點(diǎn)。例如在上述例題中,小球在圓軌道上升或者下降時(shí),學(xué)生就會(huì)產(chǎn)生疑問(wèn):既然向心力只能改變線(xiàn)速度的方向,那么又是什么力改變了線(xiàn)速度的大小呢?

學(xué)生提出的問(wèn)題涉及物體在切向方向所受的合外力和切向加速度,雖然高中物理教學(xué)對(duì)這一知識(shí)點(diǎn)沒(méi)有作要求,但是對(duì)于處在拓展抽象水平的學(xué)生,教師卻可以以此為契機(jī),引導(dǎo)學(xué)生更深入地理解變速圓周運(yùn)動(dòng)。如圖4所示,當(dāng)小球向上運(yùn)動(dòng)到圓弧的D點(diǎn)時(shí),受到軌道的支持力N和重力mg,根據(jù)力的平行四邊形定則,可以得到結(jié)論：合外力F合并不指向圓心。此時(shí)引導(dǎo)學(xué)生將F合正交分解,得到指向圓心的力F向和與圓周相切的力F切(圖5),不難發(fā)現(xiàn)F向?yàn)橄蛐牧?F切產(chǎn)生了切向加速度。當(dāng)F切與線(xiàn)速度方向相反,該力將使小球減速上升。教師還可以讓學(xué)生自行分析小球沿圓弧向下的運(yùn)動(dòng),從而深入理解切向加速度,解決學(xué)生內(nèi)心的困惑。

圖4

圖5

處于拓展抽象水平的學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)有較大的興趣,教師可對(duì)這些學(xué)生提出更高的要求,如參加物理競(jìng)賽。在實(shí)踐操作中,將處于該水平的學(xué)生組班上課,由經(jīng)驗(yàn)豐富、專(zhuān)業(yè)知識(shí)扎實(shí)的教師團(tuán)隊(duì)給他們上課,拓展物理教學(xué)的層次,例如在變速圓周運(yùn)動(dòng)的教學(xué)中向?qū)W生深入介紹切向加速度的求解及應(yīng)用等。

3 結(jié)語(yǔ)

筆者以SOLO分類(lèi)理論為指導(dǎo),以“圓周運(yùn)動(dòng)”的復(fù)習(xí)課為例,對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平進(jìn)行了分析,并將該理論用于教學(xué)，初步的教學(xué)實(shí)踐表明：將SOLO分類(lèi)理論應(yīng)用于高中物理復(fù)習(xí)教學(xué)是可行的。