基于SOLO分类理论的高中物理教学设计 ——以“闭合电路的欧姆定律”为例.pdf

第2 0 卷总第114期中学理科园地教学探讨基于SOLO分类理论的高中物理教学设计以“闭合电路的欧姆定律”为例胡君毓，李树明，高思镯，朱典禹，周金凤，冯国林*（宁夏师范大学物理与电子信息工程学院）摘要：文章基于SOLO分类理论，以物理学科核心素养为导向，结合课标、教材和学情，设计出符合高中学生认知发展水平的物理教学设计，以“闭合电路的欧姆定律”为例，通过设置前测题了解学生的学习起点，设置具体的教学环节促进学生的知识建构，设置评价题了解学生的学习效果，形成一个完整有效的教学设计，促进学生物理学科核心素养的发展，提高学生物理学科关键能力。关键词：SOLO分类理论；高中物理；教学设计引言学生的认知发展过程是螺旋上升的，包含不同的发展阶段，每个阶段对应的思维水平是递进的,基于SOLO分类理论的学习进阶可以细致地观察学生思维水平的发展节点!。高中物理课程难度高、内容多，在传统的物理教学模式下，教师在知识讲授过程中较缺乏关联逻辑，学生掌握的物理知识存在多、乱、散等情况，而SOLO分类理论可以很好地促进教学设计各环节和知识点之间逻辑的建立，促进学生认知逻辑化和结构化。为落实新课程改革提出的发展学生物理学科核心素养和提高学生物理学科关键能力，教师在进行教学设计时要了解学生的认知发展水平，根据学生认知发展的需求，设计出符合学生认知发展水平的循序渐进的教学环节，在宏观上把控教学，使各环节层层递进、环环相扣,促进学生自主建构知识框架 2 。1SOLO分类理论及其在高中物理教学设计中的可行性1.1 SOLO分类理论简介“SOLO的英文全称是“Structureofthe Observed Learning Outcome,彼格斯按照从低到高的顺序把学生针对某一问题的思维划分为五个水平 2 。笔者根据自己对每个层次的理解分解为如图1所示。1.2SOLO分类理论在高中物理教学设计的可行性分析设计一个完整的教学要综合关注学生、教材、方法、评价等方面，SOLO分类理论的五个水平循序渐进、逻辑灵活，可根据不同的情境进行不同的表述，只要符合“前一单点一多点一关联一抽象拓展”思维五个逻辑水平即可，因而其对逻辑性较强的高中物理教学设计具有独特的优势和指导作用，例如教学设计初始阶段的学情分析，可以通过设计几道层次渐进的前测题，分析学生的学习起点，但是前测题的水平不要高于多点结构水平，难度过高则失去了前测的意义。以SOLO分类法为理论基础设计高中物理教学，分析学生的学习需要，充分发挥学生的主体地位，很好地落实了“以人为本，立德树人”的教育理念，有助于促进学生知识结构化和逻辑化，也有助于教师对繁难知识点进行分步设计，理清教学逻辑,在一定程度上提高了教师的教学水平，同时SOLO分类理论在设计教学目标、选择教学方法、确定教学重难点和设计教学过程等方面都具有其他理论不具备的优势。2SOLO分类理论在高中物理教学设计的思路建构教学设计思路建构，主要是指基于课标、教材、学情、目标、重难点等分析并结合学科核心素养进行教学流程设计，即建立教学设计的大框架，以下以高中物理必修3第十二章第二节“闭合电路的欧姆定律”为例。学习者拒绝回答、答非所问、回答方向错前结构水平误或者回答逻辑错误学习者只能回答最浅显的概念性问题，或单点结构水平者只能回答某个问题的某一个点SOLO分学习者能回答多个问题，但认为各问题是多点结构水平类理论关联结构水平抽象拓展结构水平图1SOLO分类理论水平层级图独立的不能发现它们之间的联系学习者能发现各问题之间的联系，能理解定理、定律的推导过程，但不能触类旁通学习者逻辑思维清晰，能用图表等方式清晰表述，同时能联系实际，举一反三*通讯作者58R第2 0 卷总第114期2.1基于教材分析、以课标为导向确定教学目标笔者通过研读教材可知本课的教学内容是从能量的角度认识电源并引人电动势的概念，然后通过功能关系分析得出闭合电路的欧姆定律，通过对本课的学习能使学生从部分电路的认知上升到全电路规律的掌握，又能从静态电路的计算提高到对含电源电路的动态分析及推演。根据普通高中物理课程标准（2 0 17 年版2 0 2 0 年修订）（以下简称课标）对这节课的要求“理解闭合电路欧姆定律，会测量电源的电动势和内阻 131。基于物理学科核心素养和SOLO分类理论，笔者确定教学目标如表1所示。表1“闭合电路的欧姆定律教学目标层级物理学科本课时教学目标核心素养了解闭合电路、负载和路端电压的概念物理观念从能量、做功角度理解电源、电动单点向多点结构水平势概念了解电势差和电动势的区别与联系科学思维理解基于等效法建立的有内阻电源的模型理解闭合电路的能量转换推导闭合电路的欧姆定律表达式讨论分析并总结路端电压与负载科学探究的关系描绘分析路端电压与负载的关系关联向抽象拓展结构图像联系生活实际提高用电安全意识科学态度通过探究规律发展创新精神和实与责任践能力2.2基于学情分析、以目标为导向确定教学重难点学生通过之前的学习，在知识层面，初步了解了电源的概念和静电力做功与电能转化，能够理解静电力做功与电荷量、电势差的关系，但不能从能量角度理解电源，也不了解非静电力和电动势，对于路端电压、电动势、电压容易产生混淆；在思维层面，对于外电路例如并联电路等的分析较为熟悉，为本节课的学习打下一定基础，但由于之前学习的知识较为浅显和片面，容易在本课学习中产生思维困顿和认知冲突。根据2.1中确定的各水平教学目标，结合学情分析，笔者将本课的教学重点确定为从能量角度理解电源和电动势概念，应用功能关系推导闭合电路欧姆定律并进行相关的电路分析和计算，理解路端电压与负载的关系，教学难点为分析路端电压与负载的关系并描绘图像。2.3基于SOLO分类理论、以核心素养为导向确定教学流程59中学理科园地通过上一章“电源与电流”的学习，我们知道电源是怎样一种装置？课堂为什么接入电源的电路中小灯泡能发光？前侧初中阶段学习的欧姆定律适用条件是？引入闭合电路、电源、电动势等概念基于等效法的有内阻的电源模型建立教学教学流程环节教学评价SOLO分类水平单点结构水平发展多点结构水平多点向关联结构水平发展关联结构水平水平发展关联结构水平抽象拓展结构水平教学探讨单点结构水平多点结构水平多点结构水平单点结构水平一多点结构水平多点结构水平多点结构水平一关学习闭合电路的欧姆定律并进行能量分析联结构水平关联结构水平一抽分析路端电压与负载的关系象拓展结构水平电路中的总电流如何变化？单点结构水平电压表V的示数如何变化？多点结构水平电流表A,的示数如何变化？关联结构水平关联结构水平抽电流表A，的示数如何变化？象拓展结构水平图2“闭合电路的欧姆定律”教学流程对应SOLO水平图通过对课标、教材、学情、目标、重难点等进行分析并以物理学科核心素养为导向，在 SOLO分类理论的指导下,将“闭合电路的欧姆定律”的教学流程设计如图2。3SOLO分类理论在高中物理教学设计中的具体应用根据上述分析设计如下教学过程，包括课堂前测、教学环节和习题评价三大部分。3.1课堂前测基于SOLO分类理论，在开展本课教学之前，教师可以通过课前检测了解学生对于将要学习的知识点所处的思维水平，为本节内容的讲解做铺垫 4。教师可设计以下几道前测题对学生进行提问：问题1：通过“电源与电流”的学习，我们知道电源是怎样一种装置？预设：学生忘记电源的概念，处于前结构水平；学生能说出电源的概念，处于单点结构水平。问题2：为什么接入电源的电路中，小灯泡能发光？预设：学生对于这个现象是“知其然而不知其所以然”，即处于前结构水平；学生能够说出“电流”这个原因，处于单点结构水平。问题3：初中阶段学习的欧姆定律适用条件是什么？预设：学生能够回忆起1=是这个公式但不能很好地用文字表述该定律，处于前结构水平；学生能够用文字表述该定律但不知其适用条件，处于单点结构水平；学生能清晰表述该定律并明确其适用于导线上的导体两端，处于多点结构水平。3.2教学环节以下对“闭合电路的欧姆定律”教学流程中的四个教学环节进行具体展开，其中每个环节包括：教学活动、设计思路、核心素养三个部分，如表2 所示。第2 0 卷总第114期【问题情境1】为什么电源、小灯泡、导线、开关串联的电路，闭合开关后小灯泡会亮（引出闭合电路以及内外电路的概念）【知识回顾】回顾上一章第一节“电源与电流”中电源的概念教学活动【问题情境2】那为什么电路中的小灯泡能持续发光呢（引出非静电力做功的实质和从能量角度描述电源的概念）【问题情境3】不同的电源他们的非静电力做功是一样的吗？如何比较不同电源非静电力做功的本领大小（引出电动势的概念）【问题情境4】电动势和之前所学的电势差有什么相似之处【设计思路】本环节通过问题导向法和知识回顾让学生理解基础概念，从能量角度理解电源，进人单点结构水平，并采用类比法将电势差和电动势进行比对，促进学生理解记忆，进入多点结构水平核心素养道通过创设实验情境和问题情境，以及对前面章节知识的回顾，使学生从能量角度认识物理概念，形成初步的物理观念【实验情境1 对比电路实验演示(与新旧电池分别串联的小灯泡电路，上下两个电路除了电池新旧程度不同其他几乎都一样）教学活动【问题情境5】为什么两个小灯泡亮度不同（引出电源有内阻的实质）【设计思路】本环节主要采用实验演示法导人，以实验现象激起学生疑问，引导学生思考并讨论得出原因，采用等效法建立有内阻的电源模型，学生此时仍然处于多点结构水平理解基于等效法建立有内阻电源的理想模型，能在电路分析中应用该模型；通过理论分析明白闭合电路中的功能转换，后续能对核心素养相关问题进行解答【问题情境6 在整个闭合回路当中，外电路减少的电势能就等于电源增加的电势能【问题情境7 内外电路减少的电势能转化为什么能？闭合电路中的能量是怎样转换的教学活动【实际推演1】学生在作业本上推导分析I、E和r的关系【问题情境8 非纯电阻电路的欧姆定律如何表示？有没有通用的表述方式【实际推演2】学生在作业本上推导出非纯电阻电路的欧姆定律表达式【设计思路】本环节采用问题导向法引入，学生由于初学易忘记电源内阻消耗电势能，此时处于多点即将进人关联结构水平阶段，在明确此点后引导学生思考讨论闭合电路的功能关系,并推导 I、E和的关系式,即由能量守恒关系式qgE=FR+Fn 和 4=Ih可得出 I=R可类比初中所学欧姆定律促进学生进一步理解，最后引导学生通过“电路中的能量转换”的内容推导出非纯电阻电路的欧姆定律的表达式：把FRt改成Ult，且E=U外+U适用于所有电路，学生基本已处于关联结构水平核心素养具有清晰的物理观念，能建构物理模型解题，能对综合性物理问题分析推理并得出结论【实验情境2】并联电路实验演示（电路设计为三个小灯泡各处于一个支路分别并联在电源和总开关电路两端）【问题情境9 外阻的变化如何引起路端电压的变化教学活动【实际推演3】学生在作业本上对环节三得出的闭合电路的欧姆定律的公式进行变型，得出y=kx+b形式的表达式，并在作业本上粗略画出其对应的大致图像【课程思政】联系日常中用电安全的生活实际【设计思路】本环节采用实验演示法引起学生认知冲突，在引人相关概念后引导学生思考讨论得出R增大，U增大，反之亦然，并让学生对闭合电路的欧姆定律公式进行变型再粗略描绘图像，可得到U=-Ir+E,这是一条向下倾斜的直线，紧接着引导学生关注轴交点，即断路和短路的情况，并在短路这里联系用电安全的生活实际。最后引导学生总结出：R减小时，I增大，U减小；R增大时，I减小，U增大，此时学生完全处于关联结构水平，并有向拓展抽象结构水平发展的趋势核心素养能分析物理现象，提出探究思路，进行初步假设并推理验证结果；认识到物理学与生活存在相互联系，具有安全用电的意识3.3习题评价本课的教学评价主要是在课堂结束之前检验学生对本课基础知识的掌握情况，通过改编一道习题来进行检验。原题：在图3所示的电路中，E为电源电动势，r为电源内阻,R,和R，均为定值电阻,R2为滑动变阻器。当R2的滑动触点在a端时合上开关S，此时三个电表ArA,和V的示数分别为I、I 和U。现将滑动触点向b端移动,则三个电表示数的变化情况是怎样的？中学理科园地表2“闭合电路的欧姆定律”具体教学环节环节一：引入闭合电路、电源和电动势的概念环节二：基于等效法的有内阻的电源模型建立环节三：学习闭合电路欧姆定律及进行能量分析环节四：分析路端电压与负载的关系aRVE图3原题电路图教学探讨R+rRRS60第2 0 卷总第114期分析：原题是一道选择题，在此不列出选项。本题是一道典型的电路动态分析题，考察了闭合电路的欧姆定律，串并联电路特点等知识，难度中等，找准题目中的不变量作为分析该题的起点是关键。原题的问法较为综合，初学者容易无从下手，不知道以什么为基点进行分析。改进：笔者基于SOLO分类理论，通过不同层次的问题串的设计，展现思维层次的有序提高，具体操作为将原题的综合性问法拆解为四个小问题，难度和思维水平循序渐进，分别对应SOLO分类理论的四个水平，促进学生形成解题的思维逻辑链 5。（1)电路中的总电流如何变化？（单点结构水平）(2)电压表V的示数如何变化？（多点结构水平）（3）电流表A，的示数如何变化？（关联结构水平）（4)电流表Az的示数如何变化？（抽象拓展结构水平）【改进意图】通过改进后的题，可以循序渐进地引导学生求解问题，同时掌握电路动态分析的基本解题思路，通过难度递增的四个小问题，可以反映出学生对于本课知识点的掌握程度，可以判断学生所处的认知水平，以便后续改进教学。4总结基于SOLO分类理论的高中物理课时教学设计是针对传中学理科园地统物理教学下教师在进行教学设计中没有将各环节知识点按照学生认知发展层级串联起来，导致学生无法建立起逻辑结构框架的问题的解决办法。笔者根据SOLO分类理论的五个递进层级，并以核心素养为导向，通过设计高中物理必修3中的“闭合电路的欧姆定律这一课时，阐述SOLO分类理论在高中物理教学设计中的可行性，落实了“立德树人”的教育理念，促进学生物理学科核心素养的发展，发展学生物理学科关键能力。参考文献：1李爽,徐莹.基于SOLO分类理论的高中物理“机械能”学习进阶研究 J.中学物理,2 0 2 1,39(2 3):2 9-32.2张静，朱巧萍，叶巧婷.SOLO分类理论在教学设计中的应用：以“摩擦力 教学为例 J.物理通报,2 0 2 2(1):8 3-8 8.3中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2 0 17 年版2 0 2 0 年修订 S.北京：人民教育出版社,2 0 17.4李丽，齐海燕.基于SOLO分类理论的“牛顿第三定律”教学设计 J.教育观察,2 0 2 1,10(35):6 9-7 2.5郭芳侠,李晓爽,王冰雪.进阶理论视野下物理习题结构设计及实践研究 J.中学物理,2 0 2 2,40(5):13-16.教学探讨252528528525252525285285252528528528525252852852528528528525252852852525285285255285252528528525252852852525285（上接第57 页）让学生能主动完成，发挥“最近发展区”优势，实现从旧知识向新知识的顺利过渡。2.3.2课中测，助力学习基于课前发现的学生“疑惑点”，进行梯度式的题目设计，引导学生深层次理解，达到释疑解惑的目的。同时以“疑惑点”为中心，进行知识的纵横关联、拓展提升，形成大单元知识网络。学生通过课中测练习思维展示，可以自由表达其存在的“疑惑点”,对于学生共性的点，可引导全体探究讨论共同来解决；对于个别“疑惑点”，可采用精准指导，单独突破。课中环节，主要以教师评价为主，以观察、提问形式实施教学评价，点评学生的优点和不足之处，针对性地引导学生完成学习任务。2.3.3课后测，促进学习课后测是物理学习过程中的重要环节,让学生课后进行总结、巩固，进而拓展、提升，作业的设计要有明确的目标导向，以物理情境为载体，巩固课堂知识，内化物理思维方法，进而落实素养目标。可以用不同类型题作为后测，考查学生对知识的掌握情况和学以致用的能力如何。后测可以帮助教师诊断学生对哪部分知识掌握不到位、理解不透彻，从而对后续课堂环节进行改进、重新塑造，做到“即教即评”。教学评价的设置要包括物理概念与思维、物理探究能力和科学的态度。对物理概念和思维的教学评价，一要注重广61义方面对概念的理解能力；二要注重狭义方面抽象、类比等思维能力的评价。对学生探究能力的教学评价要注重对理论知识的探究的评价。为了保证评价的效果，教师要对学生的科学思维能力及其它素养的发展进行客观如实的评价。同时，要综合应用形成性、发展性的评价方式来检测学生的学习情况，及时反馈，借此引导学生调整和改进学习方法。在评价学生主体层面，要以学生为主体，组织自评、互评等活动，让学生在多形式的评价过程中，不断提高科学思维能力。同时，教师也应进行自身的教学评价反思，及时纠正教学中存在的问题，调整教学方式，促进更好地教。落实课堂上教师的教、学生的学和课堂的评融为一体的物理教学,实现以学生的学为中心，将学生引人深度思考、课堂高度参与和课后积极探究实践的学习过程中，培养学生的核心素养。参考文献：1马佐辉.高中化学教学中应用“教、学、评”一体化教学模式 J.求知导刊,2 0 2 1(2 8):47-48.2邹万全,陈梅.关于物理核心素养形成的有效途径思考 物理教学探讨,2 0 2 0(4)：30-36.3张菊荣,周建国.教了不等于会了 M上海：华东师范大学出版社,2 0 17:12-32.