指向思维进阶的初中物理情境复习教学
——基于SOLO分类理论的视角

濮婷婷

(西安交通大学苏州附属初级中学,江苏 苏州 215000)

指向思维进阶的以“情境—问题”的方式架构复习教学,在多元化的情境下,创设富有层次的问题激发学生的兴趣与思考,重构物理知识体系,搭建学生思维进阶的平台,关注学生的信息提取的过程与语言表达的凝练,重视学生对技能的训练与方法的把握,既能达成中考物理考查目标,也能与高中物理课程相衔接,为高中物理学习打下基础,促进学生核心素养的发展。本文从SOLO分类理论的视角,以“受力分析”复习为例,进行教学情境设计,探索指向思维进阶的中考物理复习途径。

1 SOLO理论简介

Structure of the Observed Learning Outcome(缩写SOLO)意为:可观察的学习结果的结构。SOLO理论是由香港大学教育心理学教授比格斯在1982年首创的一种学生学业评价理论,它基于学生对某一具体问题反应的分析,对学生解决问题时所达到的思维水平进行由低到高的五个基本结构层次的等级划分,分别是:前结构水平(P)、单一结构水平(U)、多元结构水平(M)、关联水平(R)和扩展的抽象水平(E)。[1]同时,学生在学习新知识过程中表现出来的思维阶段是可以观察到的。比格斯还划分了认知发展的5种功能方式、4种知识类型和表征方式、获得每种方式的相应年龄、每种方式下所获得的知识类型,揭示了各种方式之间转化的路径(图1)。

图1

5种方式从低层向高层依次排列,低层次方式出现在更小年龄,每种方式内U-M-R的循环表明了学习的大致发展途径。A是理想的发展途径,对于中学生来说主要发展具体符号方式下的关联反应和形式方式下的单一反应。基于该路径的教学设计能够识别学生已有的反应水平和教学的目标反应水平,诊断学生学习中存在的问题,提出教学改进的建议。基于SOLO分类理论开展情境复习教学,以螺旋上升式的思维能力要求架构课堂教学设计,既能确定学生不同的思维认知水平,又能引导学生进行高层次的学习体验。

2 指向思维进阶的初中物理情境复习教学实践

笔者以苏科版物理八年级下册“受力分析”为例,[2]展示指向思维进阶的初中物理情境复习教学实践。

2.1 创设并列式情境,揭示物理概念的内涵

2.1.1 情境创设

要求学生画出图2中物体受力的示意图,图2甲中的小球静止,图2乙中的物体静止在斜面上,图2丙中的木块被拉着水平向右匀速运动。

图2

2.1.2 问题设置

问题1：3个物体都受到重力作用吗?所受重力是如何产生的?谁是施力物体?

问题2：3个物体都受到弹力作用吗?所受弹力是如何产生的?谁是施力物体?

问题3：3个物体都受到摩擦力作用吗?所受摩擦力是如何产生的?谁是施力物体?

问题4：3个物体的受力有什么共同的特征?

设计意图：以静止的小球、斜面上静止的物体、沿水平方向匀速运动的木块创设情境,创设的素材源于教材。3个物体均处于平衡状态,但其受力的复杂程度逐步增加,这些问题可以训练学生受力分析的基本技能与方法,也可以使学生回顾重力、弹力与摩擦力的概念。问题1、2、3的解决只需学生具备单一结构的思维能力,引导学生重现重力、弹力和摩擦力的概念。问题4的解决要求学生具备多元结构的思维能力,在对各个物体进行受力分析后,先判断物体处于平衡状态,再确定物体受到的是平衡力。该环节的设计体现了图1中D的学习途径,自下而上地促进高级学习,要求学生对情境中三个具体的物体进行受力分析,并归纳出共同特征。

2.2 创设基础性情境,突破思维难点

2.2.1 情境创设

如图3所示,叠放在一起的物体A、B静止在水平面上。

图3

2.2.2 问题设置

问题1：分析A、B的受力情况,找出平衡力与相互作用力。

问题2：A所受重力的反作用力是哪一个力?

问题3：若将物体A、B放在电子秤上(图4),电子秤的示数表示什么?

图4

问题4：从力的角度分析,它反映的是哪个力的大小?

设计意图：问题1是多元结构,要求学生区分平衡力和相互作用力。问题2考查学生对相互作用力的判断,进一步对其内涵进行解读,思维能力要求为单一结构水平。问题3要求学生基于生活经验判断电子秤的示数,从力学角度分析电子秤的示数反映物体对其压力的大小等于物体的重力大小,思维能力要求为多元结构水平。

2.3 创设主题式情境,提升问题解决能力

2.3.1 情境创设

利用电子秤测量物体的密度(图5)。

图5

2.3.2 问题设置

问题1：图5中电子秤的示数分别为m1、m2、m3,物体A的质量和体积分别是多少?

问题2：从力的角度分析,三次电子秤的示数分别反映了什么力的大小?

问题3：按以上步骤操作,所测密度大小存在误差吗?为什么?

2.4 创设同质性情境,聚焦高阶思维能力的培养

2.4.1 情境创设

如图6甲所示,一个容器中盛有密度为ρ的液体,容器底面积为S1。图6乙所示为将底面积为S2的木块A放入液体中,图6丙所示为将物体B吊在A下方放入容器中处于静止状态,图6丁所示为将剪断绳后,A和B均处于静止状态时的位置。

图6

2.4.2 问题设置

问题1：图6乙中物体A静止时液面上升的高度为h,则A的重力是多少?

问题2：若图6丙中液面高度又上升了h,则B的重力为多少?

问题3：若B的密度为ρ的两倍,将图6丁和图6丙中情形进行对比,容器中液面会上升、下降或不变?若液面位置会改变,改变的高度是多少?

问题4：若液体的总重力为G,4种情况下液体对容器底的压力分别为多少?

设计意图：运用4个具有层次性的问题,驱动学生思考物体排开液体的体积大小、物体漂浮条件的应用以及物体排开液体的变化情况等,对于问题1、问题2的解决,学生要运用单一结构、多元结构思维,对于问题3,学生需要利用浮沉条件整体考虑物体A和B的浮力大小关系,图6丙中物体A排开液体的体积比图6丁中更大,进而判断液面变化问题,要求学生具备关联结构的思维能力。教师可使用生活器材演示实验,在理论分析的基础上用实验加以验证,消除学生的主观错误印象对学习的干扰,培养学生严谨的科学态度。问题4要求学生具备扩展抽象结构的思维能力,对利用电子秤测量物体密度的活动进行拓展,计算液体对容器底的压力,学生需要先分析再得出结论。图6丁中物体B沉底,将图6丁与图6甲、图6乙进行对比分析,以液体为研究对象,为思维的发展搭建台阶,促进学生的深度学习。

3 教学反思

3.1 注重螺旋式的思维进阶

将SOLO理论融入复习课,不仅能精准定位学生的思维水平,还可以聚焦于提升他们的科学思维水平的教学设计。以典型情境揭示问题本质,以问题链驱动学生思维,以交流表达的方式提炼问题解决的方法。学生的思维发展是一个具有可塑性、层次性、相对性的认知转变过程,复习教学要依据初中生的认知特点,注重课堂设计的整体架构,注重螺旋式的思维进阶过程,在动态的、立体的多维循环过程中促进学生思维能力的提升。

3.2 关注情境化的问题设计

学生在真实情境中分析问题、探索解决问题的方案,可培养他们的批判性思维能力。一是问题的来源体现了一体化特点,将教材资源、学生错误观念与生活情境进行有机整合,统筹设计问题解决过程,为学生的思维进阶搭建良好的平台;二是问题的结构体现了系统性特点,设计的问题多样化、目标化、台阶化,既有基础性知识的巩固,又有拓展性知识的延伸,形成内部自洽、外部相融的问题链。

3.3 重视跨学科实践的设计

跨学科实践活动具有开放性、综合性和实践性等特点,通过活动探究、问题解决与作品制作等形式,既注重知识技能的培养,又关注学生合作的团队建设。将物理学科与其他学科融会贯通,发展学生的核心素养,培养学生的创新意识。