通過(guò)細(xì)致測(cè)評(píng)促進(jìn)物理深度學(xué)習(xí)
——以“覆杯實(shí)驗(yàn)”為例*

馮士季，朱立婭

(1.廣西師范大學(xué)教育學(xué)部，廣西 桂林 541004；2.佛山市順德區(qū)京師勵(lì)耘實(shí)驗(yàn)學(xué)校，廣東 佛山 528329)

0 引言

促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，是我國(guó)當(dāng)前基礎(chǔ)教育課程教學(xué)改革的重要目標(biāo)。所謂深度學(xué)習(xí)，是指在理解學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)者能夠批判性地學(xué)習(xí)新的思想和事實(shí)并將它們?nèi)谌朐械恼J(rèn)知結(jié)構(gòu)，進(jìn)而能夠?qū)⒁延械闹R(shí)遷移到新的情境中，用來(lái)作出決策和解決問(wèn)題。想要促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的發(fā)生，教師需要對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程和結(jié)果具有深入細(xì)致的了解。有效的學(xué)業(yè)測(cè)評(píng)手段，可以幫助教師達(dá)成這一目的。本文以“覆杯實(shí)驗(yàn)”教學(xué)內(nèi)容為案例，提出可以采用一種細(xì)致劃分學(xué)生解決物理問(wèn)題思維類(lèi)型的方法，對(duì)學(xué)生原認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的不足進(jìn)行有效檢測(cè)，進(jìn)而開(kāi)展教學(xué)反思，采取教學(xué)補(bǔ)救措施。

1 “覆杯實(shí)驗(yàn)”在日常教學(xué)中的應(yīng)用

在初中物理大氣壓強(qiáng)的教學(xué)中，大多教師常常采用“覆杯實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行課堂導(dǎo)入，證明大氣壓強(qiáng)的存在。常見(jiàn)的“覆杯實(shí)驗(yàn)”過(guò)程是：將杯子正立，裝滿水或裝半杯水，然后把紙片蓋在杯口，再用手按住后倒過(guò)來(lái)，輕輕松開(kāi)手，發(fā)現(xiàn)紙片不掉落。此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以證明大氣壓強(qiáng)的存在，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象明顯且出乎學(xué)生的意料，可以激發(fā)他們的好奇心和學(xué)習(xí)興趣。

“覆杯實(shí)驗(yàn)”之所以能夠成功，即杯口的紙片之所以不會(huì)掉落，不是因?yàn)椤八匙∩w片”“水內(nèi)有微小氣泡”等[2]，而是由于杯子內(nèi)外存在氣壓差，導(dǎo)致杯子倒轉(zhuǎn)后，紙片下方的氣壓大于上方的氣壓。很多教師也會(huì)通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)和生活中的例子幫助學(xué)生理解這一原理。但學(xué)生是否真正理解了呢？。

2 “覆杯實(shí)驗(yàn)”題目的命制

為了解學(xué)生是否已經(jīng)真正知道了大氣壓強(qiáng)的存在以及“紙片不掉落”是因?yàn)閴簭?qiáng)差的存在，我們編制了一道題目，并通過(guò)測(cè)試來(lái)了解學(xué)生面對(duì)以上問(wèn)題時(shí)的思維過(guò)程。題目如下：

拿一個(gè)透明的塑料杯，裝入半杯水，然后用一塊平整的薄塑料板蓋住杯口，再按住塑料板把杯子倒過(guò)來(lái)，并在如圖所示位置插上三根針（分別編號(hào)①②③），此時(shí)塑料板不會(huì)掉落（如圖1所示）。

圖1 覆杯實(shí)驗(yàn)

然后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)如下現(xiàn)象：如果拔掉②③號(hào)針，塑料板不會(huì)掉落；但是如果拔掉①號(hào)針，塑料板就會(huì)掉落。請(qǐng)分析出現(xiàn)此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因。

與常見(jiàn)的半杯水“覆杯實(shí)驗(yàn)”不同的是，我們分別在如圖所示的①、②、③位置上插上大頭針。我們做此設(shè)計(jì)，一方面是與常見(jiàn)的“覆杯實(shí)驗(yàn)”在科學(xué)原理上保持一致，當(dāng)學(xué)生在分析塑料板是否掉落時(shí)，需要從杯內(nèi)外的氣壓差方面進(jìn)行分析。另一方面，學(xué)生還需要考慮到是否有空氣進(jìn)入杯中。拔掉、位置大頭針后，塑料板不掉落，是因?yàn)棰?、③位置處有水，空氣不易進(jìn)入，此時(shí)杯外氣壓仍大于杯內(nèi)氣壓，塑料板不易掉落。拔掉①位置的大頭針時(shí)，塑料板掉落，是因?yàn)檫@時(shí)有空氣進(jìn)入杯中，杯內(nèi)外大氣壓相等，不再存在氣壓差，導(dǎo)致塑料板掉落。對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，在分析難度上有所增加。

3 學(xué)生作答結(jié)果的精細(xì)分析

我們把該題目編入一份測(cè)量學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的試卷中，測(cè)試了324名八年級(jí)學(xué)生。根據(jù)學(xué)生的作答情況，我們使用“雙位編碼”（double-digit coding）的評(píng)分技術(shù)，將學(xué)生答案分成了中上水平、中等水平、中下水平回答和錯(cuò)誤回答四類(lèi)，并分別賦分為6分、4分、2分和0分。測(cè)試數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，所有學(xué)生的平均得分率為0.41，該題目的區(qū)分度（單題與總分的相關(guān)系數(shù)）達(dá)到了0.59。這說(shuō)明，該題目有一定的難度，而且對(duì)學(xué)生能力水平有很好的鑒別作用。

不同層次和類(lèi)型的學(xué)生答案及其所占比例如表1、表2、表3和表4所示。

表1 中上水平的回答（編碼3）

表2 中等水平的回答（編碼2）

表3 中下水平的回答（編碼1）

表4 錯(cuò)誤的回答（或未作答）（編碼7或9）

通過(guò)表1中對(duì)學(xué)生中上水平的答案進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，僅有10.5%的學(xué)生能夠準(zhǔn)確地分析出兩種情況下杯內(nèi)外的氣壓情況，能夠理解拔掉②③位置大頭針后塑料板不掉落，是因?yàn)槠績(jī)?nèi)外存在氣壓差，瓶外氣壓大于瓶?jī)?nèi)氣壓。拔掉①位置大頭針空氣進(jìn)入杯中，內(nèi)外氣壓相等，塑料板才掉落。

通過(guò)分析中等水平的學(xué)生答案我們發(fā)現(xiàn)，有18.5%的學(xué)生僅能對(duì)拔掉①位置大頭針和拔掉②③位置大頭針，兩種情況的其中一種做出完全正確的分析，說(shuō)明知識(shí)掌握并不牢固。一些學(xué)生僅知道拔掉①處的大頭針瓶?jī)?nèi)氣壓增大，但不能分析出此時(shí)內(nèi)外氣壓相等。一些同學(xué)在分析拔掉②或③位置的大頭針時(shí)，僅知道此時(shí)杯內(nèi)氣壓與杯外氣壓不相等，但不知道杯內(nèi)氣壓是小與杯外氣壓的。

通過(guò)對(duì)表3中中下水平的學(xué)生答案進(jìn)行歸類(lèi)分析發(fā)現(xiàn)，54.7%的學(xué)生雖然會(huì)考慮到，拔掉各位置大頭針會(huì)影響杯內(nèi)的空氣或改變大氣壓強(qiáng)，但不能做出細(xì)致正確的分析。甚至有19.3%的學(xué)生僅能夠知道是大氣壓強(qiáng)影響了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

通過(guò)表4我們可以看出，有8.4%的學(xué)生會(huì)認(rèn)為，拔掉大頭針，氣體會(huì)從杯子內(nèi)逸出，完全相反的理解了大氣壓強(qiáng)的作用。還有些學(xué)生認(rèn)為杯內(nèi)上方是真空的，說(shuō)明學(xué)生還沒(méi)有正確的理解真空的概念；還有8%的學(xué)生，沒(méi)有作答該題目，對(duì)大氣壓強(qiáng)的相關(guān)知識(shí)完全不知。

通過(guò)細(xì)致的評(píng)價(jià)過(guò)程我們發(fā)現(xiàn)，大多學(xué)生都能從大氣壓強(qiáng)角度對(duì)此題進(jìn)行分析，說(shuō)明學(xué)生基本已經(jīng)知道了大氣壓強(qiáng)的存在。但學(xué)生對(duì)大氣壓強(qiáng)的作用、覆杯實(shí)驗(yàn)的原理還是一知半解。學(xué)生對(duì)知識(shí)的模糊理解，督促我們對(duì)日常教學(xué)進(jìn)行反思，實(shí)施補(bǔ)救教學(xué)。

4 導(dǎo)向深度學(xué)習(xí)的教學(xué)改進(jìn)

細(xì)致的測(cè)評(píng)過(guò)程幫助我們?cè)\斷出學(xué)生在大氣壓強(qiáng)學(xué)習(xí)中存在的問(wèn)題與不足，同時(shí)反映了我們教學(xué)中可能存在的問(wèn)題。這些問(wèn)題啟示我們可從以下幾方面改進(jìn)教學(xué)：

4.1 加強(qiáng)物理概念和物理原理的深度理解

我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生在分析上述“覆杯實(shí)驗(yàn)”題目時(shí)，錯(cuò)誤地認(rèn)為杯內(nèi)處于真空狀態(tài)，說(shuō)明學(xué)生對(duì)于“真空”概念還不是很理解。還有些學(xué)生對(duì)大氣壓強(qiáng)大小的認(rèn)識(shí)還很模糊，不能夠正確地理解在同一海拔高度上，同一環(huán)境中大氣壓強(qiáng)相等，導(dǎo)致學(xué)生認(rèn)為拔掉①位置大頭針，杯內(nèi)大氣壓會(huì)增大到大于杯外大氣壓。物理概念是物理知識(shí)的重要組成部分，是構(gòu)建物理規(guī)律、建立公式和完善理論的前提和基礎(chǔ)，對(duì)概念的正確理解是學(xué)好物理的前提條件[3]。所以在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)該注重物理概念的講解，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物理概念的提出和物理原理的發(fā)現(xiàn)過(guò)程形成深度理解。

4.2 注重物理實(shí)驗(yàn)的深度體驗(yàn)

在分析學(xué)生答案時(shí)我們不難發(fā)現(xiàn)，有些學(xué)生認(rèn)為拔掉②③位置大頭針時(shí)，水會(huì)溢出或有水會(huì)流進(jìn)去，說(shuō)明學(xué)生還沒(méi)有真正理解到此時(shí)瓶外氣壓處處大于瓶?jī)?nèi)氣壓，從而對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了錯(cuò)誤的猜測(cè)。所以在日常的教學(xué)活動(dòng)中，教師要更加注重物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生通過(guò)親自觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或深度體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程來(lái)學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，使知識(shí)的記憶和理解更加深刻。

4.3 關(guān)注已有知識(shí)的靈活應(yīng)用

本次設(shè)計(jì)的“覆杯實(shí)驗(yàn)”題目?jī)H是常見(jiàn)“覆杯實(shí)驗(yàn)”的一個(gè)變式，我們就發(fā)現(xiàn)了學(xué)生在概念理解和科學(xué)知識(shí)原理理解等方面的問(wèn)題。所以我們?cè)谝院蟮慕虒W(xué)當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)更加注重物理學(xué)習(xí)的遷移與應(yīng)用，不僅僅要學(xué)會(huì)用科學(xué)知識(shí)分析各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，更應(yīng)該將知識(shí)的學(xué)習(xí)遷移到生活情境中去分析和解決實(shí)際問(wèn)題。例如，在學(xué)習(xí)大氣壓強(qiáng)相關(guān)知識(shí)時(shí)，可以讓學(xué)生分析吸盤(pán)掛鉤是怎樣吸在墻上的、用吸管是怎樣將水吸上來(lái)的等等這些實(shí)際問(wèn)題，讓學(xué)生真正地做到知識(shí)的靈活運(yùn)用。

注重概念教學(xué)，把握科學(xué)本質(zhì)，讓學(xué)生在做中學(xué)，在情境中學(xué)，才能讓他們真正進(jìn)入深度學(xué)習(xí)的狀態(tài)。