指向思維進階的初中物理情境復習教學
——基于SOLO分類理論的視角

濮婷婷

(西安交通大學蘇州附屬初級中學,江蘇 蘇州 215000)

指向思維進階的以“情境—問題”的方式架構復習教學,在多元化的情境下,創設富有層次的問題激發學生的興趣與思考,重構物理知識體系,搭建學生思維進階的平臺,關注學生的信息提取的過程與語言表達的凝練,重視學生對技能的訓練與方法的把握,既能達成中考物理考查目標,也能與高中物理課程相銜接,為高中物理學習打下基礎,促進學生核心素養的發展。本文從SOLO分類理論的視角,以“受力分析”復習為例,進行教學情境設計,探索指向思維進階的中考物理復習途徑。

1 SOLO理論簡介

Structure of the Observed Learning Outcome(縮寫SOLO)意為:可觀察的學習結果的結構。SOLO理論是由香港大學教育心理學教授比格斯在1982年首創的一種學生學業評價理論,它基于學生對某一具體問題反應的分析,對學生解決問題時所達到的思維水平進行由低到高的五個基本結構層次的等級劃分,分別是:前結構水平(P)、單一結構水平(U)、多元結構水平(M)、關聯水平(R)和擴展的抽象水平(E)。[1]同時,學生在學習新知識過程中表現出來的思維階段是可以觀察到的。比格斯還劃分了認知發展的5種功能方式、4種知識類型和表征方式、獲得每種方式的相應年齡、每種方式下所獲得的知識類型,揭示了各種方式之間轉化的路徑(圖1)。

圖1

5種方式從低層向高層依次排列,低層次方式出現在更小年齡,每種方式內U-M-R的循環表明了學習的大致發展途徑。A是理想的發展途徑,對于中學生來說主要發展具體符號方式下的關聯反應和形式方式下的單一反應?；谠撀窂降慕虒W設計能夠識別學生已有的反應水平和教學的目標反應水平,診斷學生學習中存在的問題,提出教學改進的建議?；赟OLO分類理論開展情境復習教學,以螺旋上升式的思維能力要求架構課堂教學設計,既能確定學生不同的思維認知水平,又能引導學生進行高層次的學習體驗。

2 指向思維進階的初中物理情境復習教學實踐

筆者以蘇科版物理八年級下冊“受力分析”為例,[2]展示指向思維進階的初中物理情境復習教學實踐。

2.1 創設并列式情境,揭示物理概念的內涵

2.1.1 情境創設

要求學生畫出圖2中物體受力的示意圖,圖2甲中的小球靜止,圖2乙中的物體靜止在斜面上,圖2丙中的木塊被拉著水平向右勻速運動。

圖2

2.1.2 問題設置

問題1：3個物體都受到重力作用嗎?所受重力是如何產生的?誰是施力物體?

問題2：3個物體都受到彈力作用嗎?所受彈力是如何產生的?誰是施力物體?

問題3：3個物體都受到摩擦力作用嗎?所受摩擦力是如何產生的?誰是施力物體?

問題4：3個物體的受力有什么共同的特征?

設計意圖：以靜止的小球、斜面上靜止的物體、沿水平方向勻速運動的木塊創設情境,創設的素材源于教材。3個物體均處于平衡狀態,但其受力的復雜程度逐步增加,這些問題可以訓練學生受力分析的基本技能與方法,也可以使學生回顧重力、彈力與摩擦力的概念。問題1、2、3的解決只需學生具備單一結構的思維能力,引導學生重現重力、彈力和摩擦力的概念。問題4的解決要求學生具備多元結構的思維能力,在對各個物體進行受力分析后,先判斷物體處于平衡狀態,再確定物體受到的是平衡力。該環節的設計體現了圖1中D的學習途徑,自下而上地促進高級學習,要求學生對情境中三個具體的物體進行受力分析,并歸納出共同特征。

2.2 創設基礎性情境,突破思維難點

2.2.1 情境創設

如圖3所示,疊放在一起的物體A、B靜止在水平面上。

圖3

2.2.2 問題設置

問題1：分析A、B的受力情況,找出平衡力與相互作用力。

問題2：A所受重力的反作用力是哪一個力?

問題3：若將物體A、B放在電子秤上(圖4),電子秤的示數表示什么?

圖4

問題4：從力的角度分析,它反映的是哪個力的大小?

設計意圖：問題1是多元結構,要求學生區分平衡力和相互作用力。問題2考查學生對相互作用力的判斷,進一步對其內涵進行解讀,思維能力要求為單一結構水平。問題3要求學生基于生活經驗判斷電子秤的示數,從力學角度分析電子秤的示數反映物體對其壓力的大小等于物體的重力大小,思維能力要求為多元結構水平。

2.3 創設主題式情境,提升問題解決能力

2.3.1 情境創設

利用電子秤測量物體的密度(圖5)。

圖5

2.3.2 問題設置

問題1：圖5中電子秤的示數分別為m1、m2、m3,物體A的質量和體積分別是多少?

問題2：從力的角度分析,三次電子秤的示數分別反映了什么力的大小?

問題3：按以上步驟操作,所測密度大小存在誤差嗎?為什么?

2.4 創設同質性情境,聚焦高階思維能力的培養

2.4.1 情境創設

如圖6甲所示,一個容器中盛有密度為ρ的液體,容器底面積為S1。圖6乙所示為將底面積為S2的木塊A放入液體中,圖6丙所示為將物體B吊在A下方放入容器中處于靜止狀態,圖6丁所示為將剪斷繩后,A和B均處于靜止狀態時的位置。

圖6

2.4.2 問題設置

問題1：圖6乙中物體A靜止時液面上升的高度為h,則A的重力是多少?

問題2：若圖6丙中液面高度又上升了h,則B的重力為多少?

問題3：若B的密度為ρ的兩倍,將圖6丁和圖6丙中情形進行對比,容器中液面會上升、下降或不變?若液面位置會改變,改變的高度是多少?

問題4：若液體的總重力為G,4種情況下液體對容器底的壓力分別為多少?

設計意圖：運用4個具有層次性的問題,驅動學生思考物體排開液體的體積大小、物體漂浮條件的應用以及物體排開液體的變化情況等,對于問題1、問題2的解決,學生要運用單一結構、多元結構思維,對于問題3,學生需要利用浮沉條件整體考慮物體A和B的浮力大小關系,圖6丙中物體A排開液體的體積比圖6丁中更大,進而判斷液面變化問題,要求學生具備關聯結構的思維能力。教師可使用生活器材演示實驗,在理論分析的基礎上用實驗加以驗證,消除學生的主觀錯誤印象對學習的干擾,培養學生嚴謹的科學態度。問題4要求學生具備擴展抽象結構的思維能力,對利用電子秤測量物體密度的活動進行拓展,計算液體對容器底的壓力,學生需要先分析再得出結論。圖6丁中物體B沉底,將圖6丁與圖6甲、圖6乙進行對比分析,以液體為研究對象,為思維的發展搭建臺階,促進學生的深度學習。

3 教學反思

3.1 注重螺旋式的思維進階

將SOLO理論融入復習課,不僅能精準定位學生的思維水平,還可以聚焦于提升他們的科學思維水平的教學設計。以典型情境揭示問題本質,以問題鏈驅動學生思維,以交流表達的方式提煉問題解決的方法。學生的思維發展是一個具有可塑性、層次性、相對性的認知轉變過程,復習教學要依據初中生的認知特點,注重課堂設計的整體架構,注重螺旋式的思維進階過程,在動態的、立體的多維循環過程中促進學生思維能力的提升。

3.2 關注情境化的問題設計

學生在真實情境中分析問題、探索解決問題的方案,可培養他們的批判性思維能力。一是問題的來源體現了一體化特點,將教材資源、學生錯誤觀念與生活情境進行有機整合,統籌設計問題解決過程,為學生的思維進階搭建良好的平臺;二是問題的結構體現了系統性特點,設計的問題多樣化、目標化、臺階化,既有基礎性知識的鞏固,又有拓展性知識的延伸,形成內部自洽、外部相融的問題鏈。

3.3 重視跨學科實踐的設計

跨學科實踐活動具有開放性、綜合性和實踐性等特點,通過活動探究、問題解決與作品制作等形式,既注重知識技能的培養,又關注學生合作的團隊建設。將物理學科與其他學科融會貫通,發展學生的核心素養,培養學生的創新意識。