基于SOLO分類理論的教學實踐和改進

SOLO分類理論[1]是一種以等級描述為基本特征的質性評價理論.提出者比格斯和科利斯認為，個人的總體認知結構是一個純理論的概念，無法直接測量，稱為“設定的認知結構（HCS）”.在評價學生的學習時，關鍵不在于發(fā)展階段或設定的認知結構，而在于他回答具體問題時表現出來的思維結構，即“可觀察到的學習結果結構（SOLO）”. 比格斯根據學生回答出的不同復雜程序的學科具體問題，將循環(huán)出現的反應層次具體分成前結構、單點結構、多點結構、關聯結構、拓展抽象五種水平.近10多年來，SOLO理論被國內教育研究者廣泛應用于開放性試題的編制、高考試卷層次結構的設計等考試評價上，其實SOLO理論更大的價值還在于教學過程性評價、課程與教學的設計和改進，最終促進教學和評價的融合.

大學自主招生和保送生試題難度高于高考低于競賽，注重對優(yōu)秀學生的思維能力分層次考查，值得我們學習研究.筆者運用SOLO分類理論區(qū)別了在優(yōu)秀學生自主招生培訓教學過程中學生多角度解決問題時呈現的思維差異，分析了認知加工方式的差異和所處的思維結構，給出相應的教學診斷和教學改進. 下面以2013年北京大學保送生的光學測試問題為例.

一、測試問題與不同反應

（一）測試問題

（1）有一塊厚為d的玻璃磚，折射率為n，在其左側面距左邊x處有一點光源A，從P點向左看去，問A點由如圖1所示的兩條光線確定的像A′在玻璃磚左側面多遠處？對i取小角度時近似結果為多少？

（2）有兩塊等腰直角三角形棱鏡，折射率為n′=1.5，從P點向左看去，問A點經玻璃磚系統成像的A′點在何處？各點位置和玻璃磚位置、大小如圖2所示.

教學實踐表明學生在成功解決第一小題后在第二小題發(fā)生了分化，下面給出三種典型求解思路.

（二）不同反應

1.反應一：激活相關經驗 完成表征轉換

（1）設置情境 激活舊知

如圖3所示，分別為近軸情況下“人眼看魚”和 “魚眼看人”情境.人眼看到魚像的視深h視=，魚眼看到人像的視深h視=nh實.

（2）表征轉換 同化順應

本題中光源A發(fā)出的近軸光線經棱鏡平面折射后成像，這是視深問題，再經過棱鏡斜面全反射，可類比平面鏡反射成像.如此逐次成像（如圖4所示）可以得到點光源在各個面上的折射與反射后的物像位置.第一次經過豎直面折射成像為A1，像距為v1=n′u=1.5a. 經過斜面發(fā)生全反射后第二次成像為A2，像距為v2=2a.如此類推可得A6在P點左側v=v6+a=a.

2.反應二：概念驅動 程序求解

（1）邏輯演繹 一般到特殊

如圖5所示，球面成像公式+=.符號法則：實正虛負；若頂點O到球心C（OC方向）順著入射光方向時R取正，若OC方向逆著入射光方向時R取負.

①平面折射：當R→∞時，球面極化成平面，成像公式+=0.

②鏡面反射：當R→∞且n2=-n1時，成像公式+=0.

（2）光線追跡 逐次成像

對各個球面嚴格逐次應用成像公式進行分析，經過六次成像得A6，像距v6=-=-a.故A6在P點左側v=-a，負號表示成虛像.

3.反應三：概括表征 直覺頓悟

光在棱鏡斜面發(fā)生全反射，類比反射鏡把光路“拉直”， “A發(fā)出的光經棱鏡折射（1面）、反射（2面）、再折射（3面）的光路”等效于“B經過正方形玻璃磚兩次折射（4面和3面）的光路”，即棱鏡可以用邊長為a的正方形玻璃磚代替，如圖6所示.

同理，經過下棱鏡斜面時候再次把光路“拉直”，整個光路等效圖如圖7所示，即等效于經過兩個邊長為a的正方形玻璃磚折射成像.

利用第一小題的結論，每經過一個正方形玻璃磚像點側移一個Δx=a1-

=，故經玻璃磚系統成像在點左側C′P=CP-2Δx=5a-a=a.

二、教學認知診斷

（一）學生認知方式和反應水平分析

以上三種學生在問題解決中其認知本質特征都是用“概念”或“理論”指引問題解決.學生都必須掌握“平面折射”知識和“光線追跡”“逐次成像”等光學系統成像問題的一般概念和理論，在有機統一各種信息基礎上從整體上、宏觀上把握問題的性質，然后按部就班地分析解決，反應水平都處在“關聯結構水平”層次上.

學生的認知過程伴隨著概念驅動[2]加工與數據驅動加工的協同作用，兩者相互交互.例如第一種思路的學生不清楚或者已經忘記了“球面折射成像”這一背景知識，在問題情境中從事物的表面特征中提取已知信息，激活已有相關經驗，類比了高中階段常見的“視深情景”對此加以詮釋.這樣將新的刺激物與原有圖式同化，激活舊知這部分認知方式過程更傾向于數據驅動，其特點是表征的抽象性、概括性不是很高，要完成習題解決的認知操作就需要情境信息的激活或聯接.這說明他們對“平面折射”這一知識點只停留在離散的“點狀結構”.

與此值得對比的是第二種思路，這部分學生的“平面折射”知識已經通過聯系與區(qū)分、整理與提升成為更有結構、更有層次和更具穩(wěn)定性的知識結構.所以他們關注到問題的深層特征，并能自覺運用“球面折射成像”的一般規(guī)律推導出“平面折射和反射”的特殊情況，進而嚴格按照符號法則“逐次成像”，解決問題有一套規(guī)范的程序，即使遇到其他光具組（例如透鏡組）問題也能順利解決.可以看出兩類學生在“平面折射”這一知識點上處在不同的思維結構層次上，前者為單一結構水平，而后者則為關聯結構水平.

最能體現學生思維價值的是第三種思路，固然其概念驅動的支點仍然是“逐次成像”理論，而更有特色的是其中有直覺思維和形象思維的交互參與.利用平面鏡反射和棱鏡全反射的相似性兩次拉直光路，類比第一個問題推導的平行玻璃磚側移成像的已有知識巧妙建模.既體現了學生大幅度跳躍式提取和加工信息用來戰(zhàn)略性認識事物本質的直覺思維，又呈現了學生利用已有知識的本質特征（如“利用反射可以拉直光路”而不拘泥于“何種反射具體形式”）和想象經過重新配合與加工從而創(chuàng)造出新形象（將“類潛望鏡成像系統”轉化成“兩個正方形玻璃磚”）的形象思維.這表明學生不僅有了對于問題的整體把握，而且還能對問題進行抽象概括出新的物理模型，使之適用于新的問題情境.其反應水平處在“拓展抽象水平”層次.

（二）試題編制意圖分析

學生通過高中的學習已經熟悉“平行玻璃磚能發(fā)生一定側移”的定性表征，命題者先通過第一個問題引導學生定量推導和演算上升到“近軸光線能側移成像”的概括水平，然后期待著具有關注“問題本質特征”能力的學生的頓悟.很明顯，第一種和第二種思路的學生沒有展示出這種獨特素質，盡管他們在解決第二個問題時都向評價者呈現了“用所學知識對物理問題進行嚴密的論述分析，做出完整的解釋”的“關聯結構”的反應水平.但他們解決一二兩個問題時沒有連貫性，說明他們“對新舊命題精細加工生成新意義”的能力有待于加強.顯然命題者將看起來毫無關聯的兩小題設置在一起是為了讓具有“拓展抽象水平”思維結構水平的學生有一個更好的呈現機會.

（三）學習成果SOLO分類和量化賦分

基于以上的分析，我們可以根據學生在解決問題的各種反應判斷其思維發(fā)展水平所處的層次，并設置相對合理的量化賦分，以“量的測評”和“質的考查”相結合的方式來解釋學生解決問題過程中認知發(fā)展的層次和規(guī)律，如圖8所示.

三、教學改進和教學建議

認知心理學已經揭示了能力的本質含義：能力就是好的知識結構.學生是否具有能力其實就是知識結構中是否有思想方法與實踐經歷.[3]基于這些思考我們首先要清楚目前認識教學目標存在著缺陷，需要在傳統的“二基”教學目標中增加 “基本思想”和“基本經歷”，[4]因為教學目標是一切教學的起點和終點，所以完善教學目標是改善教學的基礎.其次明確學生的學習需要是教學設計的必要條件.以上述精準的認知診斷為前提，針對學生在知識結構上存在的缺陷，我們可以設計教學過程引導他們去親歷物理概念的形成過程、物理規(guī)律的發(fā)現過程以及物理問題的解決過程.

在本例中針對在“平面折射”這一知識點上處于不同的思維階段的學情，我們需要設計合適的教學過程“由特殊到一般”、“從簡單到復雜”逐層遞進發(fā)展變化的過程來揭示各知識點的內在聯系，讓學生在比較鑒別中認識新舊知識的聯系和區(qū)別，對問題的分類完成從表面相似到本質相同的提升，使“關聯結構水平”的知識結構得到更深層次的整理與提升.其知識序、認知序、教學序的統一如圖9所示.

為了促使學生思維結構從關聯水平進一步質變到拓展抽象水平，可以設計“既有同能力的伙伴間的水平互動又有和教師的垂直互動”的教學對話來共享第三種學生的解題思維經歷，通過學生的互動、磋商、討論，直至形成共識。最后可以設置后問題（如圖10所示，求AB經過光具組成的像）檢測策略是否已經自動化. 總之需要讓學生經歷“求解過程—感知策略—提煉總結策略—運用策略”，最后習得策略，實現知識結構的優(yōu)化.具體教學流程如圖11所示.

自主招生和保送生試題有高層次學生的選拔功能，對學生思維結構的考查更為精細化.一方面我們要組織學生參加學科知識競賽、知識拓展類選修課、研究性學習等形式引導學生平時開展具有深度的學習和研究.另一方面還要引導學生在課堂之外關注社會生活中原汁原味的實際問題，注重物理知識與科技、生產、生活的緊密聯系，體現STEM教育的思想，這樣讓學生經歷分析與綜合，認清關鍵特征，忽略次要因素建立物理模型，運用物理規(guī)律求解這些需要多種思維參與及保持思維活性的問題解決過程，積累活動的經驗，最終促使學生思維水平的優(yōu)化和提高.[□][◢]

參考文獻：

[1] BIGGS J B， COLLIS K F.學習質量評價：SOLO分類理論（可觀察的學習成果結構）[M].高凌飚，等譯.北京：人民教育出版社，2010.

[2] 邢紅軍.從數據驅動到概念驅動：物理問題解決方式的重要轉變[J].課程·教材·教法，2010，30（3）：50-55.

[3] 梁旭.基于對學生錯誤進行認知診斷的教學[J].物理教學，2013，35（11）：57-61.

[4] 梁旭. 拓展物理教學目標的內容[J].物理教學，2012，34（9）：8-11.

[5] 黃晶.高考新題剖析及面對新課程的教學分析與思考[J].物理教學，2013，35（7）：73-78.