新课程强调知识不是预设的,而是生成的。因此,在课堂教学中应注重构建开放性问题的设计,使学生在学习的过程中建构知识,同时在平时练习及测验试题设计时,也注重设置一些开放性问题,以达到高中物理课程标准提出的培养学生“创新精神与实践能力”的目标。但是高中物理传统的题目多为封闭性问题,如在现行人民教育出版社出版的高中物理新教科书(必修)中涉及的开放性题目很少,因而在新课程设施的过程中,加强对开放性题的研究显得非常必要。
一、开放题编制研究的现状
开放题的研究是一个新的领域,相关文献并不多。从开放题编制的理论和实践上看,有代表性的研究如下:
1.理论模型
从题目本身要求与被试的反应类型看,题目可以分为两大类:选择-反应(selected-response)类型和建构-反应(constructed-response)类型。美国学者梅克(Maker)将问题划分为以下五种类型[1],如表1。
从这一问题模型的建立可以看出,第3至第5类型为开放题,该模型为开放题的设计指出了其构成因素,同时也对开放题的设计提出了可操作的理论。
2.开放题的编制方法
依据问题的开放性,我国学者也做了大量的研究:如何善亮将物理开放题的编制方法分为[2]:
表1 问题体系表 | ||||
类型 | 对象 | 条件 | 方法 | 答案 |
1 | 教师 | 已知 | 已知 | 已知 |
学生 | 已知 | 已知 | 未知 | |
2 | 教师 | 已知 | 已知 | 已知 |
学生 | 已知 | 未知 | 未知 | |
3 | 教师 | 已知 | 一系列 | 一系列 |
学生 | 已知 | 未知 | 未知 | |
4 | 教师 | 已知 | 开放 | 开放 |
学生 | 已知 | 未知 | 未知 | |
5 | 教师 | 未知 | 未知 | 未知 |
学生 | 未知 | 未知 | 未知 |
①弱化陈题的条件,使其结论多样化;
②隐去成题的结论,使其指向多样化;
③在既要的条件或关系下,探讨多种结论;
④给出结论,寻求使结论成立的充分条件;
⑤比较某些对象的异同点;
⑥在既定条件或实际情景下,设计解决某些问题的方案。
吴维宁总结了对物理开放题的编制方法[3]:一是陈题新用,二是社会生活中寻找素材,三是设置黑箱式问题,四是利用假设情景,五是利用自编试题等。
而依据上述开放题的结构及编制方法命制的题目并没有考虑到学生的解答这些问题时如何评分的,换句话说题目的编制与评分是不吻合的,这也是为什么在大规模考试(如高考)中不能引入开放性试题的关键所在,以高凌飚教授为首的“教育部新课程学业评价”项目组主要研究了开放题的评分问题[4],他们依据澳大利亚心理学家比格斯(Biggs)教授所提出的“可观察的学习成果结构”,即“SOLO”分类法成功地解决了开放题的评分问题,提出了可以依据“SOLO”理论对开放性题目进行“前结构、单点结构、多点结构、关联结构、拓展抽象结构”等五级评分标准[5]。但问题是这种评分标准必须建立在开放题的设计与编制是以“SOLO”分类为标准的基础上,换句话说,不是不管什么样的开放题都能用“SOLO”分类法来评分,而必须使设计与评分一致。目前依据SOLO分类法编制试题,国内尚无有关研究成果报道,更没有在物理学科中进行开放题编制实践的报道。
二、“SOLO”分类理论
“SOLO”分类法是一种质性评价方法,其基本理念来源于皮亚杰的认知发展阶段论。比格斯认为人对具体知识的认知过程也存在阶段性,因此可以根据学生在解决问题时的表现来判断其思维发展的阶段,从而给予合理的评分.“SOLO”将学生的学习结果分为如下五个不同的层次:
⑴ 前结构:没有形成对问题的理解,回答问题时逻辑混乱
⑵ 单点结构:只能联系单一事件
⑶ 多点结构:能联系多个孤立事件、但未形成知识网络
⑷ 关联结构:能联想多个事件,并能将多个事件联系起来
⑸ 拓展抽象结构:能进行抽象概括,使问题得到拓展
“SOLO”分类标准代表了学生对某些具体知识的掌握水平,从学生对某个问题的回答中,老师可根据以上标准对学生掌握知识的情况作出评估。
由以上“SOLO”分类可知,学生在解决问题时思维过程是逐渐开放性的。因此可依据以上五个层次对开放题进行设计。
三、开放题建构
依据上述开放题的问题的构成要素,再对这些要素和“SOLO”分类中的层次进行重新组合,即可对开放题进行设计,同时,再对每一层次给出量化的分数,这样就也能依据“SOLO”分类进行评分。为此,我们将开放题的编制设计为如下几种:
1.条件开放型
题目往往提供多种信息,学生需要分析相关的有用信息采取分析联想,抽象概括再拓展,从而解决问题,其结构如表2所示。
表2 条件开放型试题结构 | ||||
单点结构 | 多点结构 | 关联结构 | 拓展抽象结构 | |
条件 | 一个 | 二个 | 多个 | 超越条件 |
开放程度 | 逐渐开放 |
例1.图1所示为一根竖直悬挂的不可伸长的轻绳,下端拴一小物块A,上端固定在C点且与一能测量绳的拉力的测力传感器相连,已知有一质量为m0的子弹B沿水平方向以速度v0射入A内(未穿透),接着两者一起绕C点在竖直面内做圆周运动,在各种阻力都可忽略的条件下测力传感器测得绳的拉力F随时间t的变化关系如图4-19所示,已知子弹射入的时间极短,且图中t=0为A、B开始以相同速度运动的时刻,根据力学规律和题中(包括图)提供的信息,对反映悬挂系统本身性质的物理量(例如A的质量)及A、B一起运动过程中的守恒量,你能求得哪些定量的结果?
SOLO理论认为各个结构层次的学生回答问题如下:
单点结构:A、B一起做圆周运动的周期为T=2t0
多点结构:当t=0时,F有最大值,当t=t0时,F有最小值为零。A、B之间存在动量守恒:m0v0=(m0 m)v1
关联结构:F最大值对应于圆周最低点,故有:
(m m0)g=(m m0)v22/L
F最小值对应于圆周运动最高点,故有:
Fm-(m m0)g=(m m0)v12/L
联想到v1与v2的关系,可由机械能守恒定律得:
2(m m0)gL 1/2(m m0)v22=1/2(m m0)v12
可解得:m=Fm/6g-m0
L=36m02v02/5Fm2
拓展抽象结构:由机械能守恒定律可将问题进一步拓展为更加抽象的问题,即在这一过程中的守恒量是机械能。 故有:
E=1/2(m m0)v12=3m02v02g/Fm
本题在高考中的难度为0.17,是全卷中最难的一题,其根本原因是试题的设计与传统的不同,学生不知道要求的结果是什么?即题目是越来越开放的,在阅卷时,由于学生回答各式各样,给评分带来了困难。但如果依据SOLO分类,试题可做如下设计,这样即便于评分的操作。
多点结构:从图中你可获得什么信息,这些信息各表示什么运动状态?
关联结构:A、B在运动过程中动量及机械能守恒吗?写出有关的方才程,看看可以求出什么物理量。
拓展抽象结构:那些物理量在运动过程中具有守恒这一普遍规律,写出定量的结果。
2.方法开放型
题目的条件往往太充分或不充分,可用不同的方法相互整合从而解决问题,题目设计与评分均可采用的结构如表3。
表3 方法开放型试题结构 | ||||
单点 | 多点 | 关联 | 拓展抽象 | |
方法 | 一种 | 多种 | 相互关联方法 | 拓展到通用方法 |
开放程度 | 逐渐开放 |
例2.一个容器中的水,通过容器底面上的一个孔流出,水流尽花的时间取决于两个条件:一是孔的大小,一是容器中的水量。对这一实验测出如下表4的结果容器中水流尽的时间(单位:秒),则水流时间t与高度h及孔的直径d有何关系?求出h=20厘米,d=4厘米时水流的时间。
表4 水流的时间与高度和孔的大小间的关系 | ||||
h(厘米) d(厘米) | 30 | 10 | 4 | 1 |
1.5 | 73.0 | 43.5 | 26.7 | 13.5 |
2 | 41.2 | 23. 7 | 15.0 | 7.2 |
3 | 18.4 | 10.5 | 6.8 | 3.7 |
5 | 6.8 | 3.9 | 2.2 | 1.5 |
SOLO理论认为各个结构层次的学生回答问题如下:
单点结构:当高度不变时,随着孔的增大,时间越来越小,或当孔的直径不变时,h越小,则时间也越来越小
多点结构:让高度不变,如h=30厘米时,作t-d图像,用描点法得出d=4厘米时的时间t1;让直径不变,取d=1.5厘米的情况,作t-h图像,用描点法得出h=20厘米时的时间t2
关联结构:从t-d的关系来看,两者的图像是曲线,考虑到孔的面积越大,在同样时间内流出的水量越多,进一步作出
的图像,由此可更精确的找出当d=4厘米时的时间t3
同时,从t-h图像上看,函数较复杂,但可以检验看一看这一种关系是否属于某一大类,如.
为了检验这一点,作出logt对logh的关系图,故可得出 n的值。
拓展抽象结构:把由图像得出的t-d关及t-h关系联系起来,抽象拓展到更普遍意义上的结果,即t与d的函数表达式,从而计算出当h=20 厘米,d=4厘米时的t值。并把这一结果与前面由图得出的结果比较一下,可得出哪一个比较可靠。
由以上分析,我们可将此题依据“SOLO”评分标准设计为如下的题目,做到题目设计与评分的一致性.
单点结构:从表中的观察,你可得出什么信息?
多点结构:当h=30厘米时,d=4厘米时,流出的时间t为多少?
关联结构:分别求出t与d及t-h的函数关系如何?
拓展抽象结构:分别用计算法和作图法求出h=20厘米,d=4厘米时,流出的水的时间为多少?并进行比较,哪种可精确?
3.方案开放型
根据题目的条件,随着思维的深入思考,问题呈现不同的结果。其结构模型如下表5。
表5 方案开放型试题结构 | ||||
单 点 结 构 | 多 点 结 构 | 关联结构 | 拓展抽象结构 | |
答案 | 一个 | 多个 | 几个相关 | 抽象具有普通意义 |
开放程度 | 逐渐开放 |
例3. 已知引力常量为G,月球中心到地球中心的距离为R和月球绕地球运行的周期为T,地球表面的重力加速度为g.利用这些数据可求出哪些物理量?如果你是一位天文学家,你如何确定一未知的正在绕地球运动的天体的物理量。
关联结构:由M和r,可求出地球的密度ρ
拓展抽象结构:由于地球的一些物理量是已知的,如地球质量为M,半径r,及重力加速度g,则可通过对天体的观察确定其运行的周期,则可通过计算求出该天体到地球中心的距离及其运行的速度等。
基于以上SOLO的分类,我们可将此题做如下设计:
单点结构:求出M
多点结构:求出r及v
关联结构:求出ρ
拓展抽象结构:如要确定哈雷彗星运行的一些物理量,我们应测量哪些地球运行的物理量。
该例从个例出发拓展抽象到具有普遍意义的情况,有助于学生的创造性思维能力的培养与测量。
上述依据SOLO分类理论建立起来的开放题,从设计到评分都具有较强的可操作性,教师可以通过学生在解决这些问题中表现出的思维发展阶段给其划定合理的思维层次结构,从而定量评分,克服传统对开放题的采点打分的方式,使得评分误差得到较好的控制,从而发挥了开放题的题型功能效度。通过把以上编制的几道试题在我市学生中进行的测验实践看,这种开放题的构建达到了较高的测量信度,获得了老师们的广泛认可,为开放题进入大规模学生考试奠定了理论与实践的基础,同时也培养了学生的创造性思维能力,进一步有力地推动了新课程的实施,使得依据课程标准的教学与测验更加匹配,起到了较好的教学效果。
参考文献:
1.梅汝莉.多元智能与教学策略[M].北京:开明出版社, 2003:116
2. 何善亮.高中物理开放题的初步研究[D].南京师范大学硕士学位论文,2001年
3.吴维宁.物理开放题的编制方法[J].物理教师,2003,(10):36
4. 高凌飚主编.普通高中新课程模块学业评价[M].北京:高等教育出版社,2005:6
5. Biggs.Evaluating the quality of learing—the SOLO taxonomy. New york :Academic Press,1982
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