沈文炳　張志勇

(湖北省鄂南高級中學　湖北 咸寧　437100)

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基于SOLO理論的物理學史復習*

沈文炳張志勇

(湖北省鄂南高級中學湖北 咸寧437100)

運用SOLO分類評價理論分析近3年高考中物理學史試題，總結物理學史考查的特點是注重考查學生的學科素養(yǎng)和物理創(chuàng)新能力．嘗試提出4種復習策略，即編寫歌謠、設計概念圖、解決原始物理學史問題和挖掘物理史料．

SOLO理論物理學史復習

物理學史有利于學生理解物理概念和規(guī)律,掌握物理思想和方法,培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和創(chuàng)新精神，形成正確的價值觀和人生觀．新課程改革以來，物理學史的考查一直是熱點．本文嘗試運用SOLO分類理論分析近3年物理學史考查的特點，并嘗試提出有效的復習策略．

1　SOLO分類理論及分析

1.1SOLO分類理論簡介

SOLO(structureoftheobervedlearningoutcome)分類評價理論是由Biggs和Collis在1982年提出的一種以等級描述為基本特征的質性評價方法．SOLO分類評價理論將學生的學習結果按照思維從低到高分為5個不同層次：前結構、單點結構、多點結構、關聯(lián)結構和拓展抽象結構[1]．

(1)前結構水平的學生基本上不能理解和解決問題．

(2)單一結構水平的學生對問題有一點理解，但只是略知一二．

(3)多元結構水平的學生對問題有了更多理解，但不全面．

(4)關聯(lián)結構水平的學生對問題有了整體把握，能夠將各種相關信息進行整合，解決較為復雜的具體問題．

(5)拓展抽象水平的學生對問題不僅有整體把握，而且還能對問題進行抽象概括，解決新的問題．

1.2物理學史試題分析

現(xiàn)運用SOLO分類評價理論分析近3年全國各地高考卷中的物理學史試題，總結高考物理學史試題的特點和規(guī)律．

單點結構的試題要求學生能夠了解、記憶單一的物理學史的知識，比如對某一個科學家的重要貢獻．多點結構的試題要求學生能夠關注物理學史知識以及相關的概念、規(guī)律的理解．關聯(lián)結構的試題要求學生能夠重復物理學家研究和發(fā)現(xiàn)物理問題的實驗或方法．拓展抽象結構的試題要求學生能夠根據(jù)呈現(xiàn)的物理學家的研究結論來分析具體的物理問題．

運用SOLO分類評價理論統(tǒng)計的近3年各地高考試卷中物理學史試題如表1所示．通過分析和總結，當前高考關于物理學史試題的特點主要如下：

表1　近3年物理試題能力結構分析

(1)全國各地將近三分之二的試卷都對物理學史進行了考查，尤其是新課標試卷每年都進行了考查．全國各地有14套試卷，對物理學史進行考查的試卷主要有新課標Ⅰ和Ⅱ卷、海南卷、山東卷、天津卷、江蘇卷、北京卷、安徽卷、重慶卷、四川卷等．

(2)試題考查以選擇題為主．選擇題能夠覆蓋較多的物理學史的知識，有利于考查學生在復習過程中梳理物理學觀念、概念和規(guī)律的發(fā)展歷史，建立物理學史的知識體系．也有試卷嘗試從實驗和應用題的角度來考查物理學史．比如2013年山東理科綜合試卷第21題從實驗的角度涉及到了中國近期在霍爾效應方面的突破性進展，2015年重慶理科綜合試卷第8題從計算題的角度涉及到了伽利略時期的演示實驗裝置．

(3)物理學史考查的范圍主要是力學和電磁學部分．物理學史力學部分的考查主要是必修1，必修2的內容，電磁學部分主要是選修3-1，選修3-2部分．從表1統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，力學和電磁學的試題幾乎各占一半．

(4)試題注重考查學生的學科素養(yǎng)和物理創(chuàng)新能力．從表1中可以看出，屬于單點結構能力層次的試題共5道，屬于多點結構、關聯(lián)結構能力層次的試題共4道，屬于拓展抽象能力層次的試題共7道．屬于多點結構、關聯(lián)結構和拓展抽象能力層次的試題主要是通過考查學生對物理概念和規(guī)律的產生與發(fā)展過程、物理學家探索發(fā)現(xiàn)物理概念和規(guī)律的過程和研究方法等內容的了解，鑒別考生掌握物理概念和規(guī)律的程度，反映考生的科學素養(yǎng)和物理創(chuàng)新能力[2]．值得關注的是，新課標Ⅰ卷以考查學生的能力和科學素養(yǎng)為主．

2　物理學史的復習策略

2.1編寫歌謠記憶物理學史

基本物理學史的知識屬于單點結構和多點結構，包括科學家的歷史貢獻、研究歷程、經典實驗、經典思想以及與科學家相關的重要物理概念和理論，主要以理解和記憶為主．在復習過程中可以采用多種方式，可以在課堂上組織學生討論、展講；可以要求學生以作業(yè)的形式自己總結；也可以是教師總結．教師通過編寫歌謠的方式總結物理學史，可以提高學生學習的興趣，便于學生記憶．

高中物理課本選修3-1和選修3-2主要涉及電磁學物理學史，筆者嘗試用歌謠的形式對它們進行總結，深受學生歡迎．靜電場和電流的物理學史主要涉及庫侖、法拉第、密立根.

萬有引力促靈感，庫侖扭秤很奇特，

兩球均分測電荷，懸絲扭轉方便測．

電場首創(chuàng)法拉第，條條場線形象極；

密立根實驗油滴，電子電荷首確立．

磁場部分主要涉及中國指南針、奧斯特、安培、法拉第、洛倫茲，歌謠總結了指南針的發(fā)展、科學家的貢獻和研究歷程，還部分介紹了科學家的趣聞軼事.

王充論衡述司南，鄭和航海用羅盤；

富蘭克林新發(fā)現(xiàn)，衣針磁化因放電．

丹麥大家奧斯特，電磁統(tǒng)一夢想濃，

偶然發(fā)現(xiàn)磁針動，皆因導線電流通．

電學牛頓是安培，手中懷表變卵石，

馬車車廂做黑板，電流名詞為首創(chuàng)；

磁場方向右手判，四指彎曲拇指直；

分子電流是假說，磁鐵電流本質同．

右手定則兩處用，四指伸直拇指立；

洛倫茲力安培力，微觀宏觀本質一．

電磁感應部分主要涉及法拉第、楞次、紐曼和韋伯，歌謠總結了法拉第研究電磁感應的歷程，形象地描述了楞次定律和紐曼、韋伯的貢獻.

法拉第十年一劍，電磁感應最終現(xiàn)；

楞次定律情感添，相見時難別亦難．

紐曼韋伯總結強，電磁感應定律立；

綠葉只為襯紅花，后人命名法拉第．

編寫歌謠要注意歌詞和物理學史的基本內容相結合，歌詞朗朗上口，可以運用比喻、對稱、押韻等手法，便于理解和記憶．

2.2畫概念圖理解物理學史

概念圖是康奈爾大學的Novak教授根據(jù)Ausubel的有意義學習理論提出的一種教學技術．概念圖是表示概念和概念之間相互關系的空間網絡結構圖，是用來組織和表征知識的工具．它是由節(jié)點和連接節(jié)點的線段所組成的，能形象地表達某一命題中個概念間的內在邏輯關系．

物理概念、規(guī)律、思想的發(fā)展和演變屬于多點結構和關聯(lián)結構．利用概念圖可以促進物理學史知識的結構化、系統(tǒng)化．學生通過建立物理學史間聯(lián)系促進對物理學史的深入理解，使零散的物理學史知識結構化、條理化、系統(tǒng)化．

高中物理課本必修1和必修2主要涉及經典力學的發(fā)展，筆者嘗試利用概念圖來總結力學發(fā)展歷史、伽利略研究思想的魅力、牛頓對萬有引力定律研究的過程．圖1為教師指導、學生集體討論得到的關于經典力學發(fā)展的概念圖．

如果說王觀澄等中國傳統(tǒng)文人士大夫締造的“古典桃源盛世”被一場欲望的大火所吞噬，那么由大執(zhí)念而促成的千秋家國夢在集體無意識的支配下，隨著歷史車輪的滾滾向前進入到了20世紀五六十年代社會主義建設時期，遙遠的無邊大夢此時已經在一種叫作共產主義的國家構想中得以實現(xiàn)。如果說格非在《人面桃花》中描述的是一個孩童還尚未進入夢鄉(xiāng)就已被雜亂的社會紛擾所激醒，那么《山河入夢》就像是一個成人在經歷了一朵開花的夢之后，承受著夢醒后的悲愴與荒涼。

圖1　力學發(fā)展史概念圖

在概念圖的制作過程中，要讓學生經歷示范、模仿、應用3個過程，讓學生學會自己制作物理學史復習概念圖，這樣才能提高學生自我總結和自我反思的能力，有利于學生創(chuàng)造性思維的發(fā)展．

2.3解原始問題掌握物理學史

原始物理問題指自然界及社會生活、生產中客觀存在且未被加工的物理問題[3]．物理學發(fā)展歷史上，物理學家研究的問題就屬于原始問題．物理學史考查中，涉及考查物理學家做過的實驗、物理學家對實驗現(xiàn)象的思考和解決過程、運用科學家的結論分析具體問題等屬于關聯(lián)結構和拓展抽象結構能力層次．

關于物理學史中原始問題的解決模式如圖2所示．現(xiàn)以2015年新課標Ⅰ第19題為例來說明物理學史中原始問題的解決．

圖2　原始問題解決模式

【例1】1824年，法國科學家阿拉果完成了著名的“圓盤實驗”．實驗中將一銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細線懸掛一枚可以自由旋轉的磁針，如圖3所示．實驗中發(fā)現(xiàn)，當圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉時，磁針也隨著一起轉動起來，但略有滯后．下列說法正確的是

A.圓盤上產生了感應電動勢

B.圓盤內的渦電流產生的磁場導致磁針轉動

D.圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成電流，此電流產生的磁場導致磁針轉動．

圖3

解析：小磁針相當于條形磁鐵．可以把銅盤沿半徑方向分割成若干根導體棒，當銅盤轉動時，相當于若干導體棒切割磁感線，如圖4(a)所示．小磁針形成的磁場在銅盤各處強弱不同，每根導體棒切割磁感線產生的感應電動勢不同．可以取所處磁場最強的那根導體棒AB分析，如圖4(b)所示．把導體棒AB所處磁場分解，如圖4(c)所示，用右手定則確定導體棒電流由A流向B．由左手定則確定導體棒AO，OB部分受力如圖4(c)所示．由牛頓第三定律可以確定銅盤對小磁針的作用力是使小磁針隨銅盤一起轉動．從而可以判斷選項A,B正確，選項D錯誤．由圖4(b)可以判斷選項C錯誤．

圖4

通過解決物理學家提出的原始問題，學生體會了分析、綜合、抽象、概括等科學思維，學會了假設、類比、等效模型、近似等科學方法，培養(yǎng)了學生創(chuàng)造性解決問題的思維．

2.4挖掘史料拓展物理學史

高中物理學史的內容不是很豐富，有時有淺嘗輒止之嫌．在物理學史復習過程中可以利用物理史料拓展相關的物理學史，這樣不僅使學生對相關想物理學史有更深刻的認識，還能培養(yǎng)學生正確的價值觀和人生觀，提高學生思想道德水平和文化素養(yǎng)．如果能夠進一步把物理史料編寫成對應的物理學史試題，更能激發(fā)學生對物理學史學習的興趣，提高學生解決物理學史問題的能力．

比如關于奧斯特的物理學史，物理教材中主要描述奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應的過程．教師可以對奧斯特的生平、主要科學成就做一個介紹，可以介紹一下奧斯特與童話大師安徒生的交往及相互影響，還可以把奧斯特在發(fā)現(xiàn)電流磁效應時的實驗編寫成試題，比如下列例題2．

【例2】1820年丹麥物理學家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應．在奧斯特實驗中，將直導線沿南北方向水平放置，指針靠近直導線，下列結論正確的是

A.把小磁針放在導線的延長線上，通電后小磁針會轉動

B.把小磁針平行地放在導線的下方，在導線與小磁針之間放置一塊鋁板，通電后小磁針不會轉動

C.把小磁針平行地放在導線的下方，給導線通以恒定電流，然后逐漸增大導線與小磁針之間的距離，小磁針轉動的角度(與通電前相比)會逐漸減小

D.把黃銅針平行地放在導線的下方，通電后黃銅針會轉動

在利用史料拓展物理學史時，不能過分地用趣聞軼事來取悅學生，而應該通過拓展的史料來豐富學生對物理學史的理解，利用科學家崇高的個人品德影響學生，教育學生如何做人．

3　結論

本文利用SOLO分類評價理論對近3年的高考物理學史試題進行了分析總結，指出了高考物理學史的考查主要是注重學生的學科素養(yǎng)和物理創(chuàng)新能力．同時對物理學史的復習提出了4點建議，以期從不同角度來促進學生更好地掌握物理學史，培養(yǎng)學生的物理學科素養(yǎng)和思想道德水平，提升學生的創(chuàng)造性思維能力．

1蔡永紅.SOLO分類理論及其在教學中的應用. 教師教育研究，2005，18(1)：34～40

2李勇，程力.課程標準高考物理學史考查的理念和方法研究.中國考試，2015(3)：15～21

3邢紅軍，陳清梅.論原始物理問題的教育價值及其啟示.課程·教材·教法，2005(1)：56～61

2016-01-04)

*系“初高中銜接教學研究”，課題編號：HBWL-XJ14043和“生成性教學研究”，課題編號：HBWL-SC14085，兩課題的階段性成果之一．作者簡介：沈文炳(1973-)，男，碩士，中教高級，主要從事高中物理教學及研究.