沈文炳　張志勇

(湖北省鄂南高級中學(xué)　湖北 咸寧　437100)

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基于SOLO理論的物理學(xué)史復(fù)習(xí)*

沈文炳張志勇

(湖北省鄂南高級中學(xué)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(xué)史試題，總結(jié)物理學(xué)史考查的特點是注重考查學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)和物理創(chuàng)新能力．嘗試提出4種復(fù)習(xí)策略，即編寫歌謠、設(shè)計概念圖、解決原始物理學(xué)史問題和挖掘物理史料．

SOLO理論物理學(xué)史復(fù)習(xí)

物理學(xué)史有利于學(xué)生理解物理概念和規(guī)律,掌握物理思想和方法,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)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(xué)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(xué)史考查的特點，并嘗試提出有效的復(fù)習(xí)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(zhì)性評價方法．SOLO分類評價理論將學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果按照思維從低到高分為5個不同層次：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)和拓展抽象結(jié)構(gòu)[1]．

(1)前結(jié)構(gòu)水平的學(xué)生基本上不能理解和解決問題．

(2)單一結(jié)構(gòu)水平的學(xué)生對問題有一點理解，但只是略知一二．

(3)多元結(jié)構(gòu)水平的學(xué)生對問題有了更多理解，但不全面．

(4)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平的學(xué)生對問題有了整體把握，能夠?qū)⒏鞣N相關(guān)信息進(jìn)行整合，解決較為復(fù)雜的具體問題．

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

1.2物理學(xué)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(xué)史試題，總結(jié)高考物理學(xué)史試題的特點和規(guī)律．

單點結(jié)構(gòu)的試題要求學(xué)生能夠了解、記憶單一的物理學(xué)史的知識，比如對某一個科學(xué)家的重要貢獻(xiàn)．多點結(jié)構(gòu)的試題要求學(xué)生能夠關(guān)注物理學(xué)史知識以及相關(guān)的概念、規(guī)律的理解．關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的試題要求學(xué)生能夠重復(fù)物理學(xué)家研究和發(fā)現(xiàn)物理問題的實驗或方法．拓展抽象結(jié)構(gòu)的試題要求學(xué)生能夠根據(jù)呈現(xiàn)的物理學(xué)家的研究結(jié)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(xué)史試題如表1所示．通過分析和總結(jié)，當(dāng)前高考關(guān)于物理學(xué)史試題的特點主要如下：

表1　近3年物理試題能力結(jié)構(gòu)分析

(1)全國各地將近三分之二的試卷都對物理學(xué)史進(jìn)行了考查，尤其是新課標(biāo)試卷每年都進(jìn)行了考查．全國各地有14套試卷，對物理學(xué)史進(jìn)行考查的試卷主要有新課標(biāo)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(xué)史的知識，有利于考查學(xué)生在復(fù)習(xí)過程中梳理物理學(xué)觀念、概念和規(guī)律的發(fā)展歷史，建立物理學(xué)史的知識體系．也有試卷嘗試從實驗和應(yīng)用題的角度來考查物理學(xué)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(yīng)方面的突破性進(jìn)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(xué)史考查的范圍主要是力學(xué)和電磁學(xué)部分．物理學(xué)史力學(xué)部分的考查主要是必修1，必修2的內(nèi)容，電磁學(xué)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(xué)和電磁學(xué)的試題幾乎各占一半．

(4)試題注重考查學(xué)生的學(xué)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(jié)構(gòu)能力層次的試題共5道，屬于多點結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)和拓展抽象能力層次的試題主要是通過考查學(xué)生對物理概念和規(guī)律的產(chǎn)生與發(fā)展過程、物理學(xué)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(nèi)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(xué)素養(yǎng)和物理創(chuàng)新能力[2]．值得關(guān)注的是，新課標(biāo)Ⅰ卷以考查學(xué)生的能力和科學(xué)素養(yǎng)為主．

2　物理學(xué)史的復(fù)習(xí)策略

2.1編寫歌謠記憶物理學(xué)史

基本物理學(xué)史的知識屬于單點結(jié)構(gòu)和多點結(jié)構(gòu)，包括科學(xué)家的歷史貢獻(xiàn)、研究歷程、經(jīng)典實驗、經(jīng)典思想以及與科學(xué)家相關(guān)的重要物理概念和理論，主要以理解和記憶為主．在復(fù)習(xí)過程中可以采用多種方式，可以在課堂上組織學(xué)生討論、展講；可以要求學(xué)生以作業(yè)的形式自己總結(jié)；也可以是教師總結(jié)．教師通過編寫歌謠的方式總結(jié)物理學(xué)史，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，便于學(xué)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(xué)物理學(xué)史，筆者嘗試用歌謠的形式對它們進(jìn)行總結(jié)，深受學(xué)生歡迎．靜電場和電流的物理學(xué)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(zhuǎn)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(jié)了指南針的發(fā)展、科學(xué)家的貢獻(xiàn)和研究歷程，還部分介紹了科學(xué)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?qū)Ь€電流通．

電學(xué)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(zhì)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(zhì)一．

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

法拉第十年一劍，電磁感應(yīng)最終現(xiàn)；

楞次定律情感添，相見時難別亦難．

紐曼韋伯總結(jié)強，電磁感應(yīng)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(xué)史的基本內(nèi)容相結(jié)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(xué)史

概念圖是康奈爾大學(xué)的Novak教授根據(jù)Ausubel的有意義學(xué)習(xí)理論提出的一種教學(xué)技術(shù)．概念圖是表示概念和概念之間相互關(guān)系的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(dá)某一命題中個概念間的內(nèi)在邏輯關(guān)系．

物理概念、規(guī)律、思想的發(fā)展和演變屬于多點結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)．利用概念圖可以促進(jìn)物理學(xué)史知識的結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化．學(xué)生通過建立物理學(xué)史間聯(lián)系促進(jìn)對物理學(xué)史的深入理解，使零散的物理學(xué)史知識結(jié)構(gòu)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(jīng)典力學(xué)的發(fā)展，筆者嘗試?yán)酶拍顖D來總結(jié)力學(xué)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(dǎo)、學(xué)生集體討論得到的關(guān)于經(jīng)典力學(xué)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(jìn)入到了20世紀(jì)五六十年代社會主義建設(shè)時期，遙遠(yuǎn)的無邊大夢此時已經(jīng)在一種叫作共產(chǎn)主義的國家構(gòu)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(jìn)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(jīng)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(xué)發(fā)展史概念圖

在概念圖的制作過程中，要讓學(xué)生經(jīng)歷示范、模仿、應(yīng)用3個過程，讓學(xué)生學(xué)會自己制作物理學(xué)史復(fù)習(xí)概念圖，這樣才能提高學(xué)生自我總結(jié)和自我反思的能力，有利于學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)展．

2.3解原始問題掌握物理學(xué)史

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

關(guān)于物理學(xué)史中原始問題的解決模式如圖2所示．現(xiàn)以2015年新課標(biāo)Ⅰ第19題為例來說明物理學(xué)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(xué)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(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針，如圖3所示．實驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時，磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動起來，但略有滯后．下列說法正確的是

A.圓盤上產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢

B.圓盤內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)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(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動．

圖3

解析：小磁針相當(dāng)于條形磁鐵．可以把銅盤沿半徑方向分割成若干根導(dǎo)體棒，當(dāng)銅盤轉(zhuǎn)動時，相當(dāng)于若干導(dǎo)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(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢不同．可以取所處磁場最強的那根導(dǎo)體棒AB分析，如圖4(b)所示．把導(dǎo)體棒AB所處磁場分解，如圖4(c)所示，用右手定則確定導(dǎo)體棒電流由A流向B．由左手定則確定導(dǎo)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(zhuǎn)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(xué)家提出的原始問題，學(xué)生體會了分析、綜合、抽象、概括等科學(xué)思維，學(xué)會了假設(shè)、類比、等效模型、近似等科學(xué)方法，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)造性解決問題的思維．

2.4挖掘史料拓展物理學(xué)史

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

比如關(guān)于奧斯特的物理學(xué)史，物理教材中主要描述奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的過程．教師可以對奧斯特的生平、主要科學(xué)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(yīng)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(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)．在奧斯特實驗中，將直導(dǎo)線沿南北方向水平放置，指針靠近直導(dǎo)線，下列結(jié)論正確的是

A.把小磁針放在導(dǎo)線的延長線上，通電后小磁針會轉(zhuǎn)動

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

C.把小磁針平行地放在導(dǎo)線的下方，給導(dǎo)線通以恒定電流，然后逐漸增大導(dǎo)線與小磁針之間的距離，小磁針轉(zhuǎn)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(dǎo)線的下方，通電后黃銅針會轉(zhuǎn)動

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

3　結(jié)論

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

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

2李勇，程力.課程標(biāo)準(zhǔn)高考物理學(xué)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(xué)研究”，課題編號：HBWL-XJ14043和“生成性教學(xué)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(xué)及研究.