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1、基于 SOLO 理论的电阻概念教学陶本友 （芜湖市第四十九中学，安徽 芜湖 241204）摘 要：物理概念是物理学的基石。当前学生学习物理概念，往往仅在表面层次上记住概念，不能理解概念的本质。在教学中，教师应研究学生对物理概念认知发展的阶段性及不同阶段学习水平的差异，按照不同阶段知识结构的层次级别，实施有效教学。关键词：物理概念 ；探究实验 ；思维活动1.问题的提出物理概念是研究物理现象、揭示物理本质属性的科学抽象，是对事物的共同特征做出归纳和概括的思维表象。物理概念是物理学的重要组成部分，是探索物理规律、建立物理理论的基础。学生理解了物理概念，可以有效促进他们应用知识解决问题，提升科学创新和
2、解决实际问题的能力，因而物理概念是学生学好物理的关键。而当前教材电阻教学却是这样的：先讲授导体对电流有阻碍作用，随即介绍电阻的概念和单位，再通过实验来研究电阻大小与哪些因素有关。这样安排教学，学生不明白建立电阻概念的必要性，也不能真正理解电阻的本质内涵。部分学生错误地认为：电流通过导体时有电阻，没有电流时，导体就没有电阻；电阻与电压成正比，与电流成反比等。在教学实践中，我们发现很多学生仅仅是死记硬背物理概念，遇到一些实际问题时，往往表现为不知所措、乱套公式等。这完全是知识框架式教学，对学生能力培养不利，表现为知识目的性不强、层次性不清，对概念的理解缺少阶梯性，而且在物理概念学习过程中没有直观的
3、感受，无法亲身体验到探究物理概念过程中成功的喜悦等。我们知道，SOLO理论从提出至今已经经过了长时间的修正和发展，在指导一些学科试题命制方面也已经取得了一些突破，并取得了良好的效果，而且现在对SOLO理论的研究视角呈现出多元化的趋势。但在物理课堂教学，特别是物理概念教学中，该理论体现的还不太充分，很多时候教师仅凭经验循规蹈矩式进行教学，学生的收获却离我们的期望相去甚远。如果在物理概念教学过程中，根据SOLO理论作些调整，让学生的学习活动能拾阶而上、循序渐进，这样可以达到更好的教学效果。本文就以电阻概念教学为例，谈谈笔者的拙见，以求能抛砖引玉。2. SOLO理论简介SOLO分类理论以皮亚杰认知发
4、展理论为基础，由澳大利亚著名教育心理学家比格斯和 他的同事科利斯提出的。比格斯等认为，人的认知不仅在总体上具有阶段性，在解决某个具体问题时也具有阶段性，这种阶段性可以被观察到，并可以将人们对问题的反应水平分为以下五个不同的层次。前结构水平。反应特征表现为学生对问题基本上不具备相关知识或被前概念困扰，思维混乱。单点结构水平。反应特征表现为学生对问题有一点理解，但只能找到一个方面的因素，然后直接得到结论，对问题的理解趋于表面和肤浅。多点结构水平。反应特征表现为学生能针对问题找到多个线索或资料，但还不能将它们进J行有机整合利用，有些支离破碎，包含一些不相关的结果。关联结构水平。反应特征表现为学生能对
5、问题有整体的把握，能将各种信息进行整合，能解决较为复杂的具体问题。拓展抽象水平。反应特征表现为学生对问题不仅有了整体把握，还能迁移于新的问题情境，并对问题进行抽象概括。SOLO理论具有一个由简单到复杂的层级结构，是从点到线，再到面、立体、系统的发展过程。其中，单点结构水平和多点结构水平主要表示学生学习的数量特征；关联结构水平和拓展抽象水平则侧重于表征学生学习的结构即质量特征。依据上述标准，通过观察学生对问题的不同反应，我们就可以判断学生对问题的把握水平，有利于我们对教学的主动调控。SOLO理论是一种量的测评和质的考查相结合的评价理论，是一种基于问题解决的等级描述式的评价方法，用它来指导我们的课
6、堂教学应该是合适的和有效的3. SOLO 理论指导下的电阻概念教学案例3.1 引入电阻概念 学生达到学习水平的“懂”层级在本节教学中，教师先连接一个简单的电路，让小灯泡正常发光。然后在电路中串联一段电阻丝，闭合开关前，提出问题：同学们猜想一下，小灯泡的亮度会变化吗？如何变化呢？在学生带着疑问和满怀期待中，闭合开关，学生观察到小灯泡变暗了。创设这样的情景，学生自然明白导体对电流确有阻碍作用。教师接着提问：如何进一步认识电阻？电阻大小与哪些因素有关呢？继续引导学生猜想假设，并提醒学生联系生活实际，进行合理的类比，如水流，车流等。学生一般认为导体的密度、质量、体积、材料、长度、横截面积等会影响电阻的
7、大小。对此教师分析说明：如果导体的材料、长度、横截面积等因素确定时，那么导体的密度、质量、体积等也就固定不变了，这几个物理量可以不必考虑。因此我们只要研究材料、长度、横截面积等因素就行了。而如何研究这些因素对电阻大小的影响呢？采用控制变量法逐一探究每个因素对电阻的影响。控制变量法已经多次训练过，这里不再赘述。学生通过实验，不难得出电阻与材料、长度和横截面积之间关系的结论。在此基础上再举例类比，学生可以产生联想，以加深对这一结论的理解。例如：一条是泥泞的小路，另一条是平坦的水泥路，人走在水泥路上的时候受到的阻碍小一些（电阻与材料有关）；又如：当你在一条满是障碍物的跑道上跑步时，跑过的路程越长，所
8、受的阻碍会越大（电阻与长度有关） ；再如：下午放学时，门卫及时打开学校大门，这样可以让大家顺利通行( 电阻与横截面积有关 )。为了帮助学生巩固重点、突破难点知识，可以安排几道具有一定层次性的习题。例如：把一根导线剪去半段后使用，它的电阻怎样变化？为什么？把一根导线均匀拉长到原来的二倍后使用，它的电阻怎样变化？为什么？把一根导线对折后使用，它的电阻怎样变化？为什么？其中第一题学生容易解决，而第二题和第三题有点困难，因为变量不是一个了。教师可以提示学生：先假定其中一个量不变，分析J电阻的变化；再假定另一个量不变，分析电阻的变化，然后把两种情况结合起来分析就可以得出结果。教学实践证明，在教师的启发、
9、引导下，学生经过思考、讨论，多数人能够作出正确的判断和解释。因此，对物理概念的教学，一定要让学生经历有具体到抽象，再有抽象到具体的认识过程，经过认识上的两次飞跃，真正把握物理概念的内涵。3.2 巩固电阻概念 学生达到学习水平的“会”层级这节课教学中，安排学生实验：练习使用“滑动变阻器” 。首先，学生按要求连接好电路，教师指出：滑动变阻器是通过改变接入电路中电阻丝的长度改变电阻的，接下来，同学们移动滑动变阻器的滑片，观察小灯泡的亮度如何变化？电流表的示数怎样改变？如果在小灯泡两端并联电压表，则电压表的示数呢？于是，学生带着目的性很强的问题，进行实验操作和观察实验现象，在这一过程中，学生定会产生一
10、些疑问。教师及时抓住这个有益的教学情景启发学生：电路中的电阻改变了，会引起电流的变化，甚至改变了用电器两端的电压，既然如此，我们能否通过测量电流与电压，得到多组数据来深入研究电阻呢？我们可以做“伏安法”探究电阻实验（说明：这个探究实验的器材与“伏安法”测电阻实验的相同，但目的不是为了测电阻，而是为了探索电阻的规律） 。即分别用电压表测量某一段导体两端的电压，用电流表测量通过这段导体的电流，并调节滑动变阻器得到多组电压、电流值，请同学们按照这样的要求进一步进行探究，要收集、整理好实验数据，并认真分析。接着，学生进行实验，收集数据。学生分析数据后，清晰地认识到，当导体两端的电压变化时，通过这段导体
11、的电流相应地发生变化，在此基础上，再让学生画出电流与电压关系图象，不难发现通过同一段导体的电流与导体两端的电压成正比，即同一段导体的电压与电流之比是定值。而换用不同的导体时重复上述操作、测量，均得到一致的结果。只不过不同的导体，这个比值不同罢了。由此说明电压与电流的比值可以反映导体的一种本质特性，这种特性就用电阻来表示。这时候，再与密度概念的研究过程作对比，以加深对电阻概念的理解。3.3 关联电阻概念 学生达到学习水平的“熟”层级为了从更高的层面上来认识、理解电阻概念，教师指出：引入电阻概念是为了方便地研究欧姆定律。如果没有电阻概念，那么电路中电流的影响因素众多，不仅有电压，还要考虑导体的四个
12、属性，即长度、材料、横截面积、甚至温度等，这样研究起来非常复杂。而把导体的长度、材料、横截面积和温度这几个属性划归、综合成一个物理量，即电阻概念时，欧姆定律表达式才能够显得简洁、明晰。此外，大家既然知道了电阻概念实际上是对导体四个属性的综合和概括，其大小是由导体自身因素决定的这个道理，那么同学们自然会明白：电阻与外界的电压、电流变化无关；不管导体是否接入电路，电阻总是存在的。由此可见，通过这样的就学，学生不仅学习了多种科学研究方法，还可以体会到电阻概念的本质内涵及建立电阻概念的意义、价值。3.4 拓展电阻概念 学生达到学习水平的“巧”层级J经过这些教学环节，学生会真正理解电阻概念的。他们也就不
13、会犯这样的错误：电阻与电压成正比，与电流成反比。而没有理解电阻概念的学生有时乱套公式，往往与欧姆定律相混淆，经常出现上述错误。由此可以看出，学生在经历探究的学习活动中，会感悟到真知，领会其本质，从而最终在头脑中形成正确的物理概念。这样教学，不仅清楚地得出电阻概念及透彻地阐明其本质属性，还从另一角度来认识欧姆定律，因为电阻是电压与电流的比值，将这个式子变形，即得到欧姆定律的表达式。不仅如此，学生在做“伏安法”探究电阻实验过程中，因为要描绘图象收集了大量数据，在各小组交流、全班汇报时，能得到多组电流与电压关系（电阻一定）以及电流与电阻关系（电压一定）的数据，这样得出欧姆定律也显得较方便。众所周知，
14、欧姆定律历来是电学一大难点，学生普遍感到困难：实验电路设计问题；如何调节滑动变阻器及为什么向某个方向移动滑片等问题。而这样安排教学有效回避了传统教学中的困难。由此看来，我们的教学不必千篇一律、循规蹈矩。此外，在学生切实经历了上述学习过程的基础上，可以进一步指出：电阻概念是从导体阻碍电流的角度定义的，而我们还可以从另一角度来认识导体的性质，即导体的导电能力。例如：在材料、横截面积和温度等因素相同时，导体越短，导电性能越好，从而自由电荷可以更顺畅地定向移动，这实际上就是电导概念，在“伏安法”探究电阻实验中，电流与电压变化关系图象的斜率就直接反映了这个特性。可见，简介电导概念，学生不仅领悟了表示同一
15、事物特征可以有不同的途径，物理概念的建立并不是一成不变的这个道理，而且对电阻概念的理解更加完整、深刻。4. 比值定义电阻概念教学的几点思考4.1 电阻概念教学过程中的知识结构层级事实上，学生在电阻概念的学习过程中，知识构建经历一个从量变到质变的过程，每发生一次跃变，学生在对电阻的认知就进入更高一级的阶段。根据学生学习过程中表现出的思维水平可以把学生的学习水平分为五个层次，分别是：前结构水平，表现为学生不知道电阻概念，缺乏相关知识储备；单点结构水平，表现为学生知道电阻的含义，能说出电阻大小的影响因素；多元结构水平，表现为学生能在实验探究的过程中，能联系到电流和电压物理量，但还不具备这几个物理量的
16、融合关系；关联结构水平，表现为学生能够联想到影响电阻各个因素，并能将这些因素联系起来，整合成一个综合体，说明学生真正理解了电阻概念；拓展抽象结构水平，表现为学生能够从分析图象中延伸到欧姆定律，深化对电阻概念的理解，从电导概念的学习中使物理概念的意义得到拓展。4.2 比值定义概念的理论依据比值定义物理概念的基础就是比较。事物之间是彼此联系的，相互依存的，事物之间既有个性又有共性，按照一定的标准把相联系的事物放在一起加以对比，找出共性，而本文中电压与电流的比值就是事物的共性，在一定条件下比值是常数时，恰好能反映事物的J本质特征，这就是比较的意义所在。因而采用比值法可以定义揭示物理本质属性的概念。4.3 科学探究在概念教学中的作用科学探究是新课程的核心理念，在探究过程中，学生可以学到控制变量法、类比法、分析综合法等科学研究方法，领悟科学思想和科学精神，更重要的是在科学探究的学习活动中，学生经历了建立物理概念的全过程，
