基于SOLO理論的高中物理圓周運動模型建構(gòu)能力的評價

摘 要：為了在新課改背景下更好地開展高中物理教學(xué)，教師需要對高中生的物理建模能力進(jìn)行評估。傳統(tǒng)的教學(xué)評估往往是對學(xué)生進(jìn)行書面測試，無法全面體現(xiàn)學(xué)生的物理建模能力，而SOLO分類理論能夠?qū)Ω咧猩奈锢砩疃葘W(xué)習(xí)給出比較準(zhǔn)確的評價。文章以SOLO理論為基礎(chǔ)，通過教學(xué)案例分析，提出相應(yīng)的教學(xué)優(yōu)化策略，以期對學(xué)生物理建模能力和核心素養(yǎng)的培養(yǎng)起到一定的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：SOLO理論；高中物理；圓周運動；建構(gòu)能力；評價

作者簡介：常軒（1989—），女，甘肅省蘭州市第五十中學(xué)。

一、相關(guān)概念的定義和內(nèi)涵

（一）物理模型

“模型”一詞的基本含義是指澆注的形狀，根據(jù)物質(zhì)的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，對被研究的對象進(jìn)行必要的簡化，用合適的形式或規(guī)律來描述其基本特點，從而形成模型。建立模型方便對客觀事實進(jìn)行分析，從而為實際問題的進(jìn)一步求解提供幫助。用通俗的話來說，模型就是一種象征或某種形式。在物理學(xué)中，物理模型是對物理現(xiàn)象和物理規(guī)律等的抽象表達(dá)，強(qiáng)調(diào)其中主要的、關(guān)鍵的因素。

在物理學(xué)中存在許多復(fù)雜的問題，而要想了解其中的規(guī)律，就必須撇開問題的次要因素，抓住主體、突出本質(zhì)，這就是物理建模。這是一種更精確、方便、科學(xué)的思考物理學(xué)問題的方式。在高中階段，學(xué)生在學(xué)習(xí)和應(yīng)用物理模型的過程中，必須明確各種模型的適用條件，然后根據(jù)現(xiàn)實情況來判斷應(yīng)該使用哪些模型。

（二）SOLO理論

SOLO意為可觀察的學(xué)習(xí)結(jié)果的結(jié)構(gòu)。香港大學(xué)教育心理學(xué)教授比格斯在研究中意識到皮亞杰發(fā)展階段論的限制，因而為有效判斷學(xué)生的思維層次提出了一種系統(tǒng)化的評價方法，即SOLO分類評價法。這一理論突破了認(rèn)知結(jié)構(gòu)無法測量的限制，通過學(xué)習(xí)結(jié)果對學(xué)習(xí)者的知識層次進(jìn)行評價，從而使學(xué)習(xí)者的思維結(jié)構(gòu)變得可見、可測、可評價。根據(jù)皮亞杰的認(rèn)知層次理論，SOLO分類理論將學(xué)習(xí)者的思維結(jié)構(gòu)分成五個層次：前結(jié)構(gòu)、單點結(jié)構(gòu)、多點結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)、抽象擴(kuò)展結(jié)構(gòu)。在一定意義上，SOLO分類理論可以揭示學(xué)習(xí)者的整體學(xué)習(xí)質(zhì)量。

（1）學(xué)生盡管注意力集中在前結(jié)構(gòu)（P）任務(wù)上，但是會受到早期階段或非模型的不相關(guān)因素的影響或誤導(dǎo)。

（2）單點結(jié)構(gòu)：學(xué)生的注意力聚焦于有關(guān)區(qū)域，然后在某個方面進(jìn)行拓展。

（3）多點式結(jié)構(gòu)（M）：學(xué)生找到更多與問題相關(guān)的正確思路，但是不能將其整合在一起。

（4）關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)：學(xué)生能將不同的思路組合成一個體系結(jié)構(gòu)。

（5）抽象拓展（E）：學(xué)生將思路結(jié)構(gòu)抽象化，能深化并拓展問題。

在此基礎(chǔ)上，按照五個層次所對應(yīng)的學(xué)習(xí)特征，結(jié)合它們的差異和關(guān)聯(lián)，得出SOLO理論模型，見圖1。

二、SOLO分類理論與深度學(xué)習(xí)

從SOLO分類理論的角度出發(fā)，將學(xué)生的思考水平分為五個層次：前結(jié)構(gòu)、單點結(jié)構(gòu)、多點結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)、抽象拓展結(jié)構(gòu)。在實際教學(xué)中，教師需要有機(jī)整合SOLO分類理論和深度學(xué)習(xí)評估。

目前，深度學(xué)習(xí)研究方興未艾，是當(dāng)前科學(xué)教育領(lǐng)域的熱門話題，它的特征是注重學(xué)習(xí)者對知識的理解、整合、建構(gòu)、反思和遷移應(yīng)用。新時代背景下，物理學(xué)科教學(xué)需要重視對學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，為實現(xiàn)這一目的，教師需要一些具體的教學(xué)路徑。經(jīng)過專業(yè)的理論研究、教學(xué)實踐以及優(yōu)秀教師的調(diào)查研討，深度學(xué)習(xí)被證明是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的有效方法之一。在深度學(xué)習(xí)評估中，最重要的就是將學(xué)生的知識理解層次展現(xiàn)出來，幫助學(xué)生將淺層知識轉(zhuǎn)化為更深層次的知識。SOLO分類理論是一種評估體系，它以學(xué)習(xí)活動為基礎(chǔ)，SOLO分類理論中的前三個層次都是淺層學(xué)習(xí)的表征，第四層次的關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)和第五層次的抽象拓展是學(xué)習(xí)者對知識的深層理解，包括復(fù)雜的認(rèn)知活動。

深度學(xué)習(xí)與教學(xué)評估是當(dāng)前教育領(lǐng)域的一個重要課題，而SOLO分級評估可以從師生之間的多維對話、問題解決、批判的自我監(jiān)督等方面來判斷學(xué)生的發(fā)展水平，并能幫助教師改善課堂教學(xué)方法，提高學(xué)生的深度學(xué)習(xí)思維和深度學(xué)習(xí)能力，實現(xiàn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提升，從而實現(xiàn)以評促學(xué)、以評促發(fā)展。

三、圓周運動模型及其建構(gòu)過程

（一）圓周運動模型

不同的圓周運動模型有各自的特性，體現(xiàn)在受力情況、臨界條件等方面。圓周運動基礎(chǔ)物理模型都和現(xiàn)實生活密切相關(guān)，這些模型中的受力情況都有很大的不同，需要學(xué)生自己去感受和理解，而不是死記硬背。

（二）圓周運動模型建構(gòu)過程

要更好地理解模型，需要對模型建構(gòu)過程有一定的認(rèn)識。圓周運動模型的建構(gòu)過程包括：問題形成、系統(tǒng)特征因素確定、模型架構(gòu)確定、模型建立、模型真實性驗證。以下是具體步驟。

問題形成：從真實情境中抽象出有研究意義的物理問題。

系統(tǒng)特征因素確定：基于對問題的初步研究，總結(jié)與問題本質(zhì)關(guān)系最緊密的相關(guān)因素，即最有代表性的要素，作為建構(gòu)物理模型的關(guān)鍵。

模型架構(gòu)確定：依據(jù)已掌握的主要要素，忽視次要要素，突出本質(zhì)，確定物理模型的基本架構(gòu)和理論指導(dǎo)。

模型建立：依據(jù)特性因素和物理規(guī)律，建立相應(yīng)的物理模型。

模型真實性測試：基于建構(gòu)好的物理模型，引入數(shù)據(jù)進(jìn)行測試，以驗證實際情況與所構(gòu)建的模型是否相符、是否滿足其基本特征和規(guī)則。

四、評價研究

高中物理把物體的運動劃分成直線運動和曲線運動兩種形式，大部分學(xué)生對直線運動的認(rèn)識和應(yīng)用都比較好，但對曲線運動的理解和應(yīng)用就顯得有些吃力了，特別是學(xué)習(xí)到圓周運動時，學(xué)生們的物理素養(yǎng)常常會顯現(xiàn)出較大差距。因此，圓周運動模型的建構(gòu)是非常重要的，對于培養(yǎng)學(xué)生的物理思維和物理問題解決能力具有十分積極的作用。

（一）SOLO理論視角下的試題分析

如圖2所示，小球在豎直放置的光滑圓形管道內(nèi)做圓周運動，管道內(nèi)側(cè)壁半徑為R，小球半徑為r，則下列說法中正確的是（? ）

A.小球通過最高點時的最小速度vmin=g（R+r）

B.小球通過最高點時的最小速度vmin=0

C.小球在水平線ab以下的管道中運動時，內(nèi)側(cè)管壁對小球一定無作用力

D.小球在水平線ab以上的管道中運動時，外側(cè)管壁對小球一定有作用力

題目解析：這道題的正確答案是B、C。本題需要學(xué)生對小球在管道內(nèi)進(jìn)行圓周運動的過程中的受力情況進(jìn)行分析，并以此求解。雖然這是一道選擇題，但是教師可以從學(xué)生的答題情況判斷學(xué)生對這一圓周運動物理模型的掌握情況，并根據(jù)SOLO理論進(jìn)行評級。如果學(xué)生選擇了B選項，那就意味著學(xué)生知道這是一個圓周運動模型，并且知道小球運動的特性和臨界狀態(tài)，說明這些學(xué)生的思維層次已經(jīng)具備了多點結(jié)構(gòu)。選擇C選項的學(xué)生，他們的能力較強(qiáng)，能夠?qū)A周運動模型中小球的受力情況進(jìn)行全面分析，從而判斷出小球在特定位置的狀態(tài)，他們的圓周運動模型建構(gòu)能力與SOLO分級中的關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)相匹配。如果學(xué)生選擇了其他選項，則說明他們的思維層次還比較低，沒有實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

（二）SOLO評價標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)每個選項包含的知識點，相應(yīng)的圓周運動模型建構(gòu)能力也被劃分為不同的層次。教師要做的就是打分，然后統(tǒng)計學(xué)生的成績，從而分析他們的思維水平（如表1），從而更好地對學(xué)生進(jìn)行評估和分析。綜合評分表上記錄有普通得分和SOLO理論下的得分，以此體現(xiàn)SOLO理論原則以及它與一般評分標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別。

對于基本的評分標(biāo)準(zhǔn)，教師根據(jù)每個選項所占分值給出相應(yīng)的分?jǐn)?shù)，而SOLO理論評分則存在著一定的差異。一般情況下，體現(xiàn)出單點結(jié)構(gòu)思維層次的回答可以得1分，這意味著學(xué)生可以從這個問題中獲得一些有用的信息，并且了解物理模型；體現(xiàn)出多點結(jié)構(gòu)思維層次的回答可以得2分，這說明學(xué)生在弄清楚物理模型類型的基礎(chǔ)上，能夠精確地構(gòu)建物理模型；體現(xiàn)出關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)思維層次的回答得3分，這說明學(xué)生能夠較好地利用物理模型來解決物理問題。

（三）評價結(jié)果

這一問題是多項選擇題，它不但要求學(xué)生分析垂直平面上的圓周運動，建立圓周運動模型，還要求學(xué)生能分辨出這個圓周運動模型是繩模型還是桿模型。對于桿模型，學(xué)生需要了解其運動特征、臨界條件以及運動過程中各個部件對球施加的力，以此進(jìn)行問題求解。

五、教學(xué)建議與反思

（一）教學(xué)建議

物理是一門非?？简瀸W(xué)生的思維邏輯的學(xué)科，學(xué)習(xí)物理必須要有悟性，要善于思考，努力理解和分析問題的本質(zhì)，只有不斷地思考與領(lǐng)悟，才能真正理解物理規(guī)律。所以，在物理教學(xué)中，教師必須教會學(xué)生構(gòu)建物理模型，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

在日常教學(xué)中，教師要運用物理基礎(chǔ)模型來進(jìn)行物理問題的分析與求解，并從物理概念、物理現(xiàn)象、物理情境等方面研究物理問題，找到物理基本規(guī)律，并掌握物理模型的建構(gòu)條件以及求解物理問題的方法和技巧。根據(jù)SOLO理論評估結(jié)果，在教學(xué)實踐中，教師要針對不同能力層次的學(xué)生進(jìn)行專門的指導(dǎo)，力求使每個學(xué)生的能力層次都能獲得有效提升。如果學(xué)生能找到物理問題的關(guān)鍵，就能把自己所熟知的理想化物理模型提取出來，慢慢地建立起學(xué)習(xí)自信心。

（二）反思

教育教學(xué)的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)能力和深層思考能力，這也是教師教學(xué)的兩個基本問題。運用SOLO分類理論對以上教學(xué)過程進(jìn)行評估，可以看出SOLO理論的每個思維層次都能在學(xué)生的解題思路和答題上有所體現(xiàn)，說明SOLO理論在評價高中生的物理建模能力方面具有較好的應(yīng)用性。此外，教師應(yīng)該意識到當(dāng)前的SOLO理論研究還不夠成熟，還需要根據(jù)實際教學(xué)情況不斷優(yōu)化理論以及有的放矢地應(yīng)用教學(xué)評價方法。

結(jié)語

目前仍有很大一部分高中生的物理建模能力不佳，造成了他們學(xué)習(xí)高中物理難度大等問題。物理本身是一門非常有趣的學(xué)科，涉及許多有趣的自然現(xiàn)象，教師要加強(qiáng)對學(xué)生的指導(dǎo)，運用生動形象的物理模型，使學(xué)生感受到學(xué)習(xí)物理的樂趣，并在此基礎(chǔ)上運用SOLO理論來有效判斷和評價學(xué)生的物理建模水平，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提高，幫助他們建立學(xué)習(xí)自信心。

［參考文獻(xiàn)］

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