基于“Solo分类表现”提升学生思维能力的“讲解策略”——例谈初中物理学生实验困惑的答疑

许 志 李秋霞

(1. 南京市教学研究室，江苏 南京 210001； 2. 南京市栖霞区教师发展中心，江苏 南京 210028)

比格斯的Solo分类评价有以下5个方面:前结构层次、单点结构层次、多点结构层次、关联结构层次和拓展抽象结构层次．评价基于这样一种理念:任何学习结果的数量和质量都是由学习过程中的教学程序和学生特点决定的．它告诉我们:学习过程中,教师要依据学生的学习特点合理安排教学程序．学生经常用这样一句话来评价他喜欢的物理教师,“他讲的真好”．这句话的核心就是一个字——“讲”．讲的好的老师一定是教学程序安排合理的老师．在初中物理实验教学中,实验结论大多基于实验现象和实验数据,以下笔者围绕实验过程中的3个方面,基于学生Solo能力的具体表现,谈谈教师应该如何通过“讲解”,帮助学生厘清“实验困惑”,从而培养学生的高阶思维能力,最终发展学生的思维能力达到拓展抽象结构层次．

1 针对“现象判断”,讲解要“关注条件”

1.1 案例

如图1所示,蜡烛位于凸透镜焦点以内,在透镜另一侧可以观察到放大的虚像．若将一不透明的光屏置于图中虚线处,则蜡烛的像

图1

(A) 会消失. (B) 成在光屏上.

(C) 没有变化. (D) 亮度变暗.

1.2 Solo层次分析

表1

本题参考答案是(C).试题很好地考查了学生对凸透镜成像规律的理解．由于不透明光屏的出现,不少学生会误选(A)、(B)、(D),主要原因都是学生的思维能力层次处于“单点”和“多点”附近,这3个选项对学生都有迷惑性．如何让学生理解答案是(C)呢?有位教师这样讲解.

教师:同学们,当物距小于一倍焦距时,物体成像的性质是什么?

学生:正立放大的虚像.

教师:虚像不能成在光屏上,所以(B)是错误的．由于虚像实际上是不存在的,但人眼能看到,所以(C)正确,其他答案错误．

从这位教师的解答过程中,我们很难看出原因和结果之间的对应关系,学生往往就是似懂非懂地点点头．

还有的教师为了让学生们理解(A)、(D)也是错误的,利用“现场实验”的方法,让学生利用实验室的器材现场观察(事先备好实验器材),结果学生发现在图中位置放上不透明的光屏后,还能看到正立放大的虚像,所以答案(C)是正确的．如果是在实验室,教师用这种“现场实验”的方法也许可以做到让学生知道答案(C)是正确的．但如果没有实验器材怎么办?而且学生即使知道答案是(C),但是还是不明白答案(C)的理论依据,这样的讲解很难培养学生的“关联和拓展”能力．

1.3 讲解策略

本题变换实验条件后,要求学生判断“实验现象”,教师在讲解时一定要抓住与现象对应的“条件”,只有明确实验条件,才能引导学生的思维从“单点、多点”走向“关联和拓展”,才能正确判断“实验现象”,我们可以问学生以下两个问题．

问题1:人眼是如何看到像的?条件是什么?

问题2:在图中位置放上不透明的光屏后,对人眼看到像的“条件”有影响吗?

人眼能看到正立放大虚像的条件有两条,首先要有光线(这里是蜡烛经过凸透镜后的折射光线)进入人眼,其次是蜡烛到凸透镜的距离小于一倍焦距．在图中位置放上不透明的光屏后,以上两个“条件”都没有变化,也就是说光屏的介入对这两个条件没有任何影响,所以像没有任何变化．通过这样的讲解才能使学生真正理解“看到像”的含义,不仅让学生知其然,更知其所以然．为了检测学生是否真正理解本题的含义,可以追问学生以下问题:光屏的大小会影响所看到像的大小吗?光屏在图示位置左右移动,人眼还能看到像吗?光屏放在什么位置就不会有像了?光屏放在什么位置人眼看到的像会亮度变暗?光屏放在什么位置有像存在但人眼看不到了?这些问题的设计就是引导学生的思维能力向拓展抽象结构层次去发展．以上问题,只要我们心中有判断的“条件”,对照条件不难逐一解决．

2 针对“方案设计”,讲解要“动静结合”

2.1 案例

图2

在探究“影响电功大小的因素”实验中,学生们猜想有3个因素:电压、电流和通电时间．如何研究电压对电功大小的影响呢?教师让学生们选择器材进行实验,要求学生画出实验的电路图并加以说明．结果不少学生画出了以下设计的电路图,如图2所示.

2.2 Solo层次分析

表2

要研究电压对电功大小的影响需要用控制变量法,即控制电流和通电时间一定,改变电压的大小,如何观察电功的大小呢?可以利用能量的转化通过灯泡的亮度来定性比较电功的大小．学生对以上观点也普遍认同．不少学生对图2是这样解释的:因为要比较电功的大小,所以我选择了灯泡,用灯泡的亮度来显示电功的大小;因为要控制电流一定,所以我选择了滑动变阻器．问题是依据图2怎样才能说明电压对电功大小的影响呢?显然对这个实验的设计,学生是“只见端倪,不明就里”,思维层次大多属于单点结构层次．本实验正确的电路图(方法之一)如图3所示．不少教师在这个教学环节处理草率,往往用这样一句话:“因为要比较电功的大小,所以我们需要两个不同规格的灯泡”,就帮助学生完成了实验方案的设计过程．实际上,在方案设计环节,如何引导学生去思考,让他们顺利地由图2过渡到图3,从而思维能力由“单点”走向“多点”,最终走向“关联和拓展”,教师的讲解非常重要．

图3

2.3 讲解策略

很多探究性实验的结论都是通过实验现象或数据的对比来实现的,对比有“同时对比”和“先后对比”,我们往往首选“同时对比”,而同时对比就要把实验过程中需要控制的因素和改变的因素同时显示出来．要探究电压对电功大小的影响,为了做到“同时对比”,实验需要哪些器材?我们的研究对象是谁?如果以灯泡为研究对象,为了同时对比,应该选一个灯泡,还是两个灯泡?如果选择两个灯泡,它们应该如何连接?电路还可以如何进一步优化?

以上问题的设问是环环相扣的,在优化电路环节加滑动变阻器一来可以保护电路,二来在实验中可以选择合适的数据方便我们分析数据得出结论．在师生讨论的过程中,由于涉及到的实验细节较多,所以,遇到这类实验方案的设计,教师应该采取“动静结合”的方法和学生进行交流,这里的“动”是指师生的对话,而“静”则是指“板书”,我们应该在师生交流的同时,也在黑板上留下“静”的板书,让静态的板书留下“思维”的痕迹．这样对整个实验的方案学生就能有一个整体的框架．否则学生很可能讨论到后面又忘掉前面,以上实验方案的设计我们可以用图4所示的板书来呈现．

图4

值得一提的是,对图2的方案,有的教师还没等学生表达完整就匆匆否定了学生的设计,这是不可取的．因为不少学生有“先后对比”的习惯,如果以图2为电路图,分两次进行实验,第一次实验选灯泡甲做实验,记下电流表的读数；第2次用另外规格的灯泡乙替换甲再做一次实验(通过滑动变阻器调节和第一次电流相同),比较两次实验中灯泡的亮度也是可以得到实验结论的．只是“先后”对比的结果不如“同时对比”明显而已．

3 针对“变量分析”,讲解要“抓不变量”

3.1 案例

在学完浮力的相关知识后,经常会遇到要求学生判断浮力大小的问题．如将同样一个实心铁球先后放入水和水银中,铁球静止后,在水中和水银中受到的浮力哪次大?

3.2 Solo层次分析

表3

要比较浮力的大小,学生往往首先想到的是阿基米德原理．即利用液体的密度和物体排开液体的体积这两个因素来加以判断,问题是铁球在水中最终沉底,在水银中最终处于漂浮状态,如图5所示．而水的密度小于水银的密度,铁球在水中排开水的体积却大于它在水银中排开水银的体积,当用阿基米德原理判断这两个因素的乘积谁大时,学生就会遇到困难．这是刚学浮力的时候,不少同学遇到的困惑．主要问题也是学生的思维层次处于“单点、多点”的缘故．遗憾的是不少教师往往直接告诉学生用浮沉条件来判断得出结论,这里“浮沉条件”是关联因素,这样的讲解对学生而言失去了面对困难寻求其他途径的“思维历程”,面对这类变量较多的问题,我们应该如何讲解呢?

图5

3.3 讲解策略

图6

记得一位学者说过这样一段有哲理的话,物理学就是在“变中找不变”,在“不变中找变”．这句话对我们很有启发．当我们用阿基米德原理判断浮力的大小出现困难时,是因为影响浮力变化的两个因素都在变,此时,我们应该告诉学生要坚信,当变化的因素较多且在干扰我们的判断时,我们要先抛开变量,努力去寻找不变量,再考虑相关问题和这个“不变量”的关系,就是我们解决这类问题的突破口．这个过程就是引导学生的思维层次从“单点、多点”向“关联和拓展”发展的过程．本题的不变量是谁呢?学生经过思考,得出这个不变的量是“球重”,铁球在水中浮力小于重力,在水银中浮力等于重力,从而问题迎刃而解．这道题目虽然简单,但是通过这样的讲解告诉我们一个真理,就是在“变中找不变”是解决这类问题的思路．这样的讲解有助于对学生科学思维能力的培养．如果学生在大脑中树立了这样的意识,那么在碰到类似问题时就会“触类旁通”．例如在图6所示的电路中,电源电压恒定,当滑片P向右移动时,电压表的示数如何变化?如果总想到用电阻和电流的乘积来判断就很难解决这个问题了,因为滑片右移时,电阻变大,电流变小,很难判断它们的乘积是变大还是变小,但如果借助“变中找不变”的思想,抓住电源电压不变和定值电阻R的阻值不变就很容易解决这类问题．

教师的职业是传道授业解惑,这个“解”字,大有学问．以上笔者只是以实验教学过程中3个环节为平台,谈了教师基于学生Solo认知能力表现,如何提升学生认知能力的一些讲解策略,主要是希望教师在答疑讲解过程中,学生能“一点就通”并“融会贯通”,以期学生的思维层次由低阶向高阶发展,看到这样的结果才是我们教师职业幸福感的真正源泉．