陳麗珊
摘? 要:文章給出了2019年全國Ⅰ卷理綜25題的另一種解法,并依托概念圖對這一解法進行深度剖析,闡釋了利用概念圖可以促進學生物理學科核心素養(yǎng)的達成,為學業(yè)質(zhì)量水平層次的評價提供可視化的依據(jù)。
關(guān)鍵詞:概念圖;高考試題;深度分析
概念圖是由英文單詞“concept map”翻譯而來,是美國康奈爾大學心理學家約瑟夫D諾瓦克(Joseph D. Novak)提出的,他認為概念圖是一種知識以及知識之間的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖形化的表征,也是思維可視化的表征[1]。同時,概念圖也是概念的集合和概念之間的互連,使知識結(jié)構(gòu)具有可評估性。一幅概念圖一般由“節(jié)點”“鏈接”和有關(guān)“文字標注”組成。概念圖的應(yīng)用廣泛,功能較多。對高中物理學科核心素養(yǎng)的教學定位有指導作用,可以促進《普通高中物理課程標準(2017年版)》[2]中的“物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任”四個維度在教學中的有效達成。同時,對學業(yè)質(zhì)量水平層次的精準評價也有指導作用,對學業(yè)質(zhì)量水平層次中提到的問題情境的復雜程度、知識與技能的結(jié)構(gòu)化程度、思維方式或者價值觀念的綜合程度作出合理判斷。下面以一道高考題為例進行分析。
1? ? 原題示例
(2019年全國Ⅰ卷理綜25題) 豎直面內(nèi)一傾斜軌道與一足夠長的水平軌道通過一小段光滑圓弧平滑連接,小物塊B靜止于水平軌道的最左端,如圖1(a)所示。t=0時刻,小物塊A在傾斜軌道上從靜止開始下滑,一段時間后與B發(fā)生彈性碰撞(碰撞時間極短);當A返回到傾斜軌道上的P點(圖中未標出)時,速度減為0,此時對其施加一外力,使其在傾斜軌道上保持靜止。物塊A運動的v-t圖像如圖1(b)所示,圖中的v1和t1均為未知量。已知A的質(zhì)量為m,初始時A與B的高度差為H,重力加速度大小為g,不計空氣阻力。
(1)求物塊B的質(zhì)量;
(2)在圖1(b)所描述的整個運動過程中,求物塊A克服摩擦力所做的功;
(3)已知兩物塊與軌道間的動摩擦因數(shù)均相等,在物塊B停止運動后,改變物塊與軌道間的動摩擦因數(shù),然后將A從P點釋放,一段時間后A剛好能與B再次碰上。求改變前后動摩擦因數(shù)的比值。
2? ? 解析示例
(1)物塊A與物塊B相互作用,由動量守恒定律得:
3? ? 解后剖析
3.1? ? 建構(gòu)概念圖
與高考給出的參考答案的13個方程相比,思維量差不多。但這種解題思路定位更加精準,思維培養(yǎng)更有價值。因為這種解題思路更體現(xiàn)對物理學科核心素養(yǎng)的追尋,更突出學業(yè)質(zhì)量要求的水平層次,為了說明問題建立如圖2的概念圖。
3.2? ? 學科核心素養(yǎng)分析
通過對概念圖中提到的幾處關(guān)聯(lián)進行分析,使學生在物理觀念、科學思維、探究能力、實踐意識、科學態(tài)度等方面得到有效提升。關(guān)聯(lián)之處問題的解決可全面提高學生的問題解決能力,形成學科素養(yǎng)。利用概念圖能促進高中物理學科核心素養(yǎng)在教學中的有效達成,具體表現(xiàn)在以下幾個方面:
第一是在“物理觀念”方面,物塊A在斜面上運動與受力情況體現(xiàn)了“運動與相互作用”的觀念,物塊A與物塊B發(fā)生碰撞的過程體現(xiàn)了“能量”的觀念。
第二是在“科學思維”方面,物塊在斜面上向上與向下運動的內(nèi)在聯(lián)系,通過具體推理論證等科學思維方法,得出物塊在斜面上的運動情況是由tanθ與μ的大小共同決定,這是基于事實證據(jù)和科學推理進而提出創(chuàng)造性見解。
第三是在“科學探究”方面,兩物塊都在水平面上運動時可以探索出什么規(guī)律?從功能關(guān)系出發(fā),采用控制變量的思想,得出物塊A、B在水平面上發(fā)生的位移相等時,可以找到這一規(guī)律,它體現(xiàn)了動摩擦因數(shù)的不同對運動速度變化的影響情況不一樣。這樣的探究過程對形成學生的綜合能力非常有幫助。
第四是在“科學態(tài)度與責任”方面,圖2中的構(gòu)建方式還有改進和完善的地方,可以引導學生去改進。不同的認知水平可以構(gòu)建出不同的概念圖。概念圖可以引導學生認識科學本質(zhì)、形成科學態(tài)度。對物理問題的研究是創(chuàng)造性的工作,概念圖還可以促進和評價學生學習和研究物理的內(nèi)在動機。
3.3? ? 學業(yè)質(zhì)量層級評價
高中物理學業(yè)質(zhì)量根據(jù)問題情境的復雜程度、知識與技能的結(jié)構(gòu)化程度、思維方式或價值觀念的綜合程度等劃分為不同水平[3],但這樣的表述很宏觀、抽象,操作性不強。通過概念圖的建構(gòu),問題情境的復雜程度、知識與技能的結(jié)構(gòu)化程度、思維方式的綜合程度就可視化了,在建構(gòu)出的概念圖中,層級結(jié)構(gòu)能夠充分展現(xiàn)概念與下屬概念的層級關(guān)系[3],根據(jù)概念圖中的層級關(guān)系對學業(yè)質(zhì)量等級進行劃分就有可信的參考依據(jù)。
第一,在問題情境的復雜程度方面,通過建構(gòu)出的概念圖,可觀察橫縱向的層級多少。在概念圖中橫縱向?qū)蛹壍亩嗌袤w現(xiàn)了問題情境的復雜程度,尤其縱向的層級體現(xiàn)得最為明顯。
第二,在知識與技能的結(jié)構(gòu)化程度方面,通過建構(gòu)出的概念圖,觀察橫縱向的層級多少。比如,在圖2中從橫向可以看出,在斜面上向上運動時的受力、向下運動時的受力、向上運動時的運動規(guī)律、向下運動時的運動規(guī)律;在水平面上物塊A的運動規(guī)律、物塊B的運動規(guī)律等。在概念圖中橫縱向?qū)蛹壍亩嗌袤w現(xiàn)了知識與技能的結(jié)構(gòu)化程度,尤其橫向的層級體現(xiàn)得最為明顯。
第三,在思維方式的綜合程度方面,通過建構(gòu)出的概念圖,觀察橫縱向的關(guān)聯(lián)多少與出現(xiàn)的位置。比如,在圖2中可以看出,運動與受力的關(guān)聯(lián)、不同受力情況的關(guān)聯(lián)、不同運動情況的關(guān)聯(lián)、相互作用的關(guān)聯(lián)等共有五次,在關(guān)聯(lián)的地方就有物理規(guī)律呈現(xiàn)或者物理量間關(guān)系的出現(xiàn),這里也是學科核心素養(yǎng)維度具體體現(xiàn)的地方。在概念圖中關(guān)聯(lián)的多少體現(xiàn)了思維方式的綜合程度,尤其關(guān)聯(lián)在橫縱向?qū)蛹壸疃嗟奈恢?,思維的綜合程度要求越高。
根據(jù)解析及概念圖(圖2)可以看出,第一問考查了水平2與水平3,第二問考查了水平3,第三問考查了水平4,這與新課標的要求相符。
4? ? 結(jié)? 語
美國認知教育心理學家奧蘇貝爾的有意義的學習,即學生學習新知識的過程是以已有的知識經(jīng)驗為基礎(chǔ),它揭示了學生知識學習的最本質(zhì)的特征之一。美國康奈爾大學(comell University)一直從事元認知研究的諾瓦克教授根據(jù)奧蘇貝爾的理論開發(fā)了概念圖這樣一種新的認知工具,使得抽象的知識可視化,知識的可視化正成為我們有效獲取知識、建構(gòu)知識的有效方式。在教學中,依托概念圖指導教學實踐可以讓理論得到提升,讓實踐得到落地。教師可以更好地把握學業(yè)質(zhì)量要求,結(jié)合教學內(nèi)容,落實合理水平層次的教學設(shè)計,精準地促進學生物理學科核心素養(yǎng)的提升及相關(guān)水平的達成。在考試中,依托概念圖指導學業(yè)水平考試命題,可以落實發(fā)展學生學科核心素養(yǎng)的課程目標,有利于將題目難度控制在相應(yīng)的水平層次,避免考試中出現(xiàn)偏題、怪題、超標題,為考什么、怎么考、考到什么程度提供了依據(jù)。
參考文獻:
[1]約瑟夫D.諾瓦克.趙國慶,吳金閃,唐京京,等譯.概念圖促進企業(yè)和學校的學習變革[M].北京:人民郵電出版社,2019:37.
[2]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準(2017年版)[S].北京:人民教育出版社,2018:45.
[3]陳棟梁.概念圖教學提升物理思維品質(zhì)的策略研究[J].物理教師,2019,40(3):20-22,25.
(欄目編輯? ? 陳? 潔)