基于SOLO分類理論的高考物理試題能力層次分析
——以2016年全國卷Ⅰ為例

王振超 李建彬 胡象嶺

(曲阜師范大學(xué)物理學(xué)系,山東 曲阜 273165)

1 引言

普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試(the National College Entrance Examination)簡稱高考(NCEE),物理科目是高考重要的組成部分,通過物理試題測試考生是否具有進(jìn)一步學(xué)習(xí)所需要的物理知識、技能、方法和能力．高考物理試題的能力結(jié)構(gòu)包括橫向分布和縱向分布兩個方面,其中能力結(jié)構(gòu)的橫向分布是指高考大綱所規(guī)定的5種能力(即理解能力、推理能力、分析綜合能力、應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?在試題中的分布,而能力結(jié)構(gòu)的縱向分布是指學(xué)生答題時所需要的能力水平層次在試題中的分布．分析高考物理試卷的能力層次分布情況,可以為高考試題的命制提供反饋,也可為教師更好地把握高中物理教學(xué)的方向提供參考．SOLO(structure of the observed learning outcome意為“可觀察的學(xué)習(xí)結(jié)果的結(jié)構(gòu)”)分類理論為能力層次分析提供了很好的視角．本研究便基于SOLO分類理論,以2016年高考理科綜合能力測試全國卷Ⅰ中的物理必考試題(簡稱“2016年全國卷Ⅰ物理必考試題”)為例,分析高考物理試題的能力層次．

2 SOLO分類理論

SOLO分類理論是澳大利亞學(xué)者約翰·比格斯(John B.Biggs)和凱文·科利斯(Kevin F.Collis)在其1982年出版的《Evaluating the Quality of Learning:The SOLO Taxonomy》[1]一書中提出的．SOLO分類理論的基本理念源于皮亞杰(Jean Piaget)的認(rèn)知發(fā)展階段理論．比格斯[2]認(rèn)為,人的認(rèn)知發(fā)展不僅在整體上具有階段性的特點(diǎn),在對具體知識的認(rèn)知過程中,也具有階段性．而且人在學(xué)習(xí)新知識過程中表現(xiàn)出來的思維結(jié)構(gòu)是可以觀察到的,學(xué)習(xí)結(jié)果的結(jié)構(gòu)可以劃分為以下5種層次水平.[3]

前結(jié)構(gòu)水平(Pre-structural level,簡稱“P水平”):學(xué)生基本上無法理解問題和解決問題,或被材料中的無關(guān)內(nèi)容誤導(dǎo),回答問題時邏輯混亂,或簡單重復(fù)、回答錯誤．

單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平(Uni-structural level,簡稱“U水平”):學(xué)生在回答問題時,只能關(guān)注到單一的要點(diǎn),找到一個解決問題的線索就立即跳到結(jié)論上去．

多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平(Multi-structural level,簡稱“M水平”):學(xué)生在解決問題的過程中,能關(guān)注多個孤立要點(diǎn),但這些要點(diǎn)是相互孤立的,彼此之間并無關(guān)聯(lián)或關(guān)聯(lián)性不大．

關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平(Relational level,簡稱“R水平”):學(xué)生在解決問題時,能夠關(guān)注多個要點(diǎn),并能將要點(diǎn)有機(jī)整合,對問題有一個整體的理解和把握,能解決較為復(fù)雜的問題．

擴(kuò)展抽象結(jié)構(gòu)水平(Extended abstract level,簡稱“E水平”):學(xué)生在解決問題時,需要在關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平的基礎(chǔ)上從理論的高度分析問題,而且能夠深化問題,使問題本身的意義得到拓展．

這5種水平反映了學(xué)生在解決問題時能力水平的高低程度,對應(yīng)著學(xué)生從不勝任到專家水平的能力層次,示意圖[4]見圖1．

圖1 從不勝任到專家水平的5個SOLO能力層次

由圖1,前3個水平表明學(xué)生的學(xué)習(xí)處于量的積累,而關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平、拓展抽象結(jié)構(gòu)水平則表明學(xué)生的學(xué)習(xí)在發(fā)生質(zhì)的變化,知識點(diǎn)之間聯(lián)系更為密切,學(xué)生在解決問題時的思維操作能力比較高．這樣一來,就可以通過學(xué)生在回答問題時所使用材料的數(shù)量及其關(guān)聯(lián)程度來判斷學(xué)生所處的SOLO層次,進(jìn)而評價學(xué)生思維能力水平的高低．

3 研究方法

3.1 研究樣本

本研究的試卷樣本為2016年全國卷Ⅰ物理必考試題．該樣本試卷的題目分值共計(jì)95分,其中,第14～21題是選擇題,共8小題,每小題6分;非選擇題部分,第22題、23題是實(shí)驗(yàn)題,分值分別為5分、10分;第24題、25題是計(jì)算題,分值分別為14分、18分．該試卷適用地區(qū)為安徽、山東、河南、河北、湖南、湖北、山西、江西、廣東和福建．

3.2 研究過程

(1) 根據(jù)SOLO分類理論制定高考物理試題的SOLO層次劃分標(biāo)準(zhǔn)．

本研究的關(guān)鍵在于編制一個合理的試題SOLO層次劃分標(biāo)準(zhǔn)．從內(nèi)容上看,高考物理試卷有實(shí)驗(yàn)題和非實(shí)驗(yàn)題兩種題型,兩者考查的重點(diǎn)并不相同．因此,應(yīng)分別制定相應(yīng)的能力層次劃分標(biāo)準(zhǔn)．另外,在5種SOLO能力水平中,“前結(jié)構(gòu)水平”層次最低,指的是學(xué)生面對問題時不知如何正確解題、思維混亂的狀態(tài),而試題本身無法體現(xiàn)這種能力水平．換言之,高考物理試題中不存在前結(jié)構(gòu)水平的試題,故本研究將該水平刪除,保留了4個SOLO能力水平．

對于物理試題SOLO層次的界定,高凌飚[5,6]按照SOLO分類法的思路,通過理論分析和實(shí)例說明,提出并界定了高考物理試卷的能力結(jié)構(gòu)．郭晨躍等[7]從學(xué)生對物理知識反應(yīng)情況的角度,對SOLO 5種水平進(jìn)行了界定．山麗娟、[8]劉君昊[9]則根據(jù)試題被順利解出所需的知識點(diǎn)數(shù)量和彼此間聯(lián)系的緊密程度劃定試題層級,確立了劃分高考試題能力層次的依據(jù)．本研究采用山麗娟等人的劃分方法,并對其劃分標(biāo)準(zhǔn)作了補(bǔ)充完善,得到了本研究非實(shí)驗(yàn)題的SOLO層次劃分標(biāo)準(zhǔn),見表1．

表1 非實(shí)驗(yàn)題的SOLO層次劃分標(biāo)準(zhǔn)

對于非實(shí)驗(yàn)題,程柱建[10]基于高考考試說明中對實(shí)驗(yàn)與探究能力的要求,構(gòu)建了高考實(shí)驗(yàn)試題能力層次劃分標(biāo)準(zhǔn),并給出了劃分的關(guān)鍵詞．莊園[11]從實(shí)驗(yàn)題對學(xué)生能力要求的角度,構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)試題的SOLO能力量表．兩人建構(gòu)的劃分標(biāo)準(zhǔn)各有特點(diǎn),均有合理之處．整合兩人的劃分標(biāo)準(zhǔn),各取所長,得到了本研究中高考物理實(shí)驗(yàn)試題的SOLO層次劃分標(biāo)準(zhǔn),見表2．

表2 實(shí)驗(yàn)題的SOLO層次劃分標(biāo)準(zhǔn)

續(xù)表

(2) 依據(jù)2016年高考物理考試說明劃分物理知識點(diǎn),編制高考物理知識細(xì)目表．

高考物理考試說明規(guī)定了高考物理考查的內(nèi)容范圍和要求.本研究分析試題時,依據(jù)該說明劃分知識點(diǎn)．但由于考試說明中部分內(nèi)容條目是對多個知識點(diǎn)的整合,為了更準(zhǔn)確地判斷試題考查的知識點(diǎn)數(shù)量.本研究對高考物理考試說明中的知識內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化.例如,將考試說明中的內(nèi)容條目“位移、速度和加速度”細(xì)分為位移、速度、加速度3個知識點(diǎn)．匯總細(xì)分后的知識點(diǎn),編制成高考物理知識細(xì)目表．

(3) 按照制定的劃分標(biāo)準(zhǔn)和知識細(xì)目表分析高考物理試題,分析內(nèi)容包括題型、知識板塊、考查知識點(diǎn)、SOLO層次、分值等．對分析結(jié)果進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì),并從3個角度,即從試題整體角度、知識板塊角度和題型角度對數(shù)據(jù)進(jìn)行描述與分析,從而得到高考物理試題對能力層次的考查情況．

4 試題SOLO層次分析實(shí)例

根據(jù)上述試題SOLO層次劃分標(biāo)準(zhǔn),以2016年全國卷Ⅰ物理必考試題中有代表性的題目為例,說明試題SOLO層次劃分的方法和依據(jù)．

4.1 單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平(U水平)

2016年全國卷I第23題問題(2):

在電路中應(yīng)選用滑動變阻器____________(填“R1”或“R2”)．

分析:本題是實(shí)驗(yàn)題,考查的是學(xué)生對滑動變阻器的選擇．由表2,“實(shí)驗(yàn)儀器的選擇”的關(guān)鍵詞為“操作”,屬于單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平(U水平),因而將本題的SOLO層次記為U．

4.2 多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平(M水平)

2016年全國卷Ⅰ第18題.一質(zhì)點(diǎn)做勻速直線運(yùn)動,現(xiàn)對其施加一恒力,且原來作用在質(zhì)點(diǎn)上的力不發(fā)生改變,則

(A) 質(zhì)點(diǎn)速度的方向總是與該恒力的方向相同．

(B) 質(zhì)點(diǎn)速度的方向不可能總是與該恒力的方向垂直．

(C) 質(zhì)點(diǎn)加速度的方向總是與該恒力的方向相同．

(D) 質(zhì)點(diǎn)單位時間內(nèi)速率的變化量總是不變．

分析:本題是非實(shí)驗(yàn)題．根據(jù)高考物理知識細(xì)目表,本題考查的是“牛頓第二定律”、“加速度”、“曲線運(yùn)動力與方向的關(guān)系”3個知識點(diǎn),并且知識點(diǎn)之間關(guān)聯(lián)不大,學(xué)生只要能正確回憶、應(yīng)用每個知識點(diǎn)就能解答．由表1,將本題考查的能力水平判定為多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平(M水平),SOLO層次記為M．

4.3 關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平(R水平)

圖2

根據(jù)高考物理知識細(xì)目表,第25題問題(1)考查內(nèi)容涉及“動能定理”“力的分解”“滑動摩擦力”等多個知識點(diǎn),學(xué)生必須回憶再現(xiàn)多個知識點(diǎn),并且將多個信息與回憶的知識點(diǎn)有機(jī)聯(lián)系起來才能正確解題.本題要求學(xué)生對力學(xué)知識有一個整體的理解和把握．由表1,第25題問題(1)主要考查了關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平(R水平),在統(tǒng)計(jì)分析時將本小題的SOLO層次記為R．

4.4 擴(kuò)展的抽象結(jié)構(gòu)水平(E水平)

分析:P離開D點(diǎn)后做平拋運(yùn)動,將物塊的運(yùn)動分解即可求出物塊在D點(diǎn)的速度;E到D的過程中重力、彈簧的彈力、斜面的摩擦力做功,由功能關(guān)系即可求出物塊P的質(zhì)量．本題主要考查“平拋運(yùn)動”、“動能定理”、“機(jī)械能守恒定律”等多個知識點(diǎn)．同時,第25題問題(3)的正確解答要建立在問題(1)、(2)的基礎(chǔ)上,題干給定的信息量多,題目考查的知識廣泛,試題情境比較新穎,題目正確解答要求學(xué)生在R水平的基礎(chǔ)上,經(jīng)過抽象思維和擴(kuò)展思維,把已知的結(jié)論推廣到更新、更廣泛的領(lǐng)域,得到更抽象、更廣泛的結(jié)論．由表1,第25題問題(3)考查的是E水平,在統(tǒng)計(jì)分析時將本小題的SOLO層次記為E．

第25題共有3個分問題,對于第25題整體的SOLO層次,取最高層次．第(3)問達(dá)到了E水平,故將25題的SOLO層次記為E．

5 研究結(jié)果

按照上述試題分析方法,得到了2016年全國卷Ⅰ物理必考試題SOLO層次分析結(jié)果,見表3．其中,SOLO層次用相應(yīng)水平的字母表示,題型一欄中,A表示客觀題,B表示主觀題．

表3 2016年全國卷Ⅰ物理必考試題SOLO層次分析結(jié)果

進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)處理表3中的數(shù)據(jù)(對于一道題目包含多個小題的情況,只統(tǒng)計(jì)每個小題具體考查的SOLO層次),得到了兩個知識板塊及所有必考試題的SOLO層次分布,見表4．

表4 兩個知識板塊及整套試卷的SOLO層次分布

利用表4中必考試題的數(shù)據(jù)做成餅狀圖,以直觀地觀察4個層次水平試題的占比情況,見圖3．

圖3 樣本試卷各SOLO水平試題所占百分比

由表4和圖3,樣本試卷考查了4種SOLO能力水平,水平從低到高試題的總分值分別為10分、23分、54分、8分．整套試題中,R水平試題所占比重最大,達(dá)到了56.84%．可見,2016年全國卷Ⅰ物理必考試題主要考查學(xué)生將多個知識點(diǎn)有機(jī)整合的能力以及分析綜合能力,即不僅要求學(xué)生正確回憶、再現(xiàn)多個知識點(diǎn),還要求學(xué)生對問題有一個整體的認(rèn)識和理解,能夠?qū)⒖疾榈闹R點(diǎn),以及知識點(diǎn)與給出的信息有機(jī)聯(lián)系起來,對學(xué)生的能力要求較高．M水平試題占比為24.21%,居于第二位．這類題目主要考查學(xué)生對知識掌握的全面性,考查的知識點(diǎn)之間是獨(dú)立的或關(guān)聯(lián)性不大,學(xué)生只要正確回憶再現(xiàn)知識點(diǎn)即可得分．U水平試題和E水平試題的比重相近,占比最低．這兩個水平的試題,前者要求學(xué)生只要正確回憶再現(xiàn)一個知識點(diǎn)便可,主要考查學(xué)生對基本概念、基本規(guī)律等基礎(chǔ)知識的理解,對學(xué)生的能力要求最低;后者則要求學(xué)生在R水平的基礎(chǔ)上,經(jīng)過抽象思維和擴(kuò)展思維,把已知的結(jié)論推廣到更新、更廣泛、更具有普遍性的領(lǐng)域,得到更抽象、更廣泛的結(jié)論,對學(xué)生的能力要求最高．由此可見,樣本試卷對4種不同的SOLO能力水平都進(jìn)行了考查,試題能力層次劃分清晰,存在明顯的SOLO能力梯度．但試卷對各能力水平的側(cè)重則不盡相同,樣本試卷主要考查代表著較高能力水平的關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平,對于能力要求過高和過低的試題也都有所涉及,但比重很低,這表明試卷具有較好的區(qū)分度．

從考查知識板塊角度來看,本套試卷考查了力學(xué)和電磁學(xué)兩個板塊,力學(xué)題目總分為47分,電磁學(xué)題目總分為48分,分別占物理必考題總分值的49.47%和50.53%．力學(xué)板塊以R水平試題為主,占力學(xué)題目總分值的59.57%,M水平試題分值占力學(xué)題目總分值的23.40%,E水平試題占17.02%,沒有考查U水平的力學(xué)題目．在電磁學(xué)板塊中,R水平試題占到了板塊總分的54.17%,M水平試題占25.00%,U水平試題占20.83%,沒有考查E水平的電磁學(xué)題目．可見,兩個板塊的試題都以考查學(xué)生將多個知識點(diǎn)有機(jī)整合的能力以及學(xué)生對知識掌握的全面性為主．其中,部分力學(xué)題目比較新穎,對學(xué)生能力要求較高,電磁學(xué)試題則注重考查學(xué)生對電磁學(xué)基本概念和基本規(guī)律的理解和整合．

基于表3的數(shù)據(jù),得到了各試題題型的SOLO層次分布情況,見表5．

表5 試題題型的SOLO層次分布

由表5,本套試題的客觀題與主觀題的分值分別為49分與46分,各占物理必考題總分值的51.58%和48.42%．在客觀題中,R水平試題占61.22%,M水平試題占36.73%,U水平試題占2.04%,沒有考查E水平的客觀題．在主觀題中,R水平試題占52.17%,M水平試題占10.87%,U水平試題占19.57%,E水平試題占17.39%．兩種題型對比來看,主觀題對學(xué)生能力水平的考查范圍更廣．并且試卷中的E水平試題集中在主觀題,因而該題型更能將思維能力強(qiáng)的學(xué)生選拔出來．

6 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明,2016年全國卷Ⅰ理科綜合能力測試物理必考試題考查了4種SOLO能力水平,其中,R水平試題所占比重最大,其次是M水平試題,U水平和E水平試題相近,占比最低．整體上看,樣本試卷能力層次劃分清晰,存在明顯的SOLO能力梯度,具有較好的區(qū)分度．本套試卷涵蓋了力學(xué)和電磁學(xué)兩個板塊,部分力學(xué)題目比較新穎,對學(xué)生能力要求較高;電磁學(xué)試題則注重考查學(xué)生對電磁學(xué)基本概念和基本規(guī)律的理解和整合．從題型上看,不論客觀題還是主觀題,都以考查R水平能力為主,但主觀題的能力考查范圍更廣．

試題考查能力層次的變化和發(fā)展趨勢是很有價值的信息．將本研究的結(jié)果與莊園[11]對2015年全國卷Ⅰ物理試題的SOLO能力水平的分析結(jié)果進(jìn)行比較,比較結(jié)果見圖4．

圖4 2016年和2015年全國卷Ⅰ物理必考試題

由圖4可以看出,試卷對思維能力的考查由2015年的以M水平為主提高至2016年的以R水平為主．兩份試卷中,U水平試題和E水平試題的占比均最低,但2016年試卷降低了U水平試題比重而增大了E水平試題的比重．這兩個變化均表明,全國卷I物理試題對學(xué)生思維能力水平的要求有所提高．但考慮到兩個研究的分析結(jié)果難免存在差異,這一比對僅具有參考價值．

高考試卷的區(qū)分度也是非常重要的指標(biāo)．山麗娟[8]在分析高考物理必考試題(未分析實(shí)驗(yàn)題)能力層次的基礎(chǔ)上,認(rèn)為能力層次分布按照M水平∶R水平∶E水平為3∶5∶2具有較好的區(qū)分度．程麗冰[12]基于對高考物理全部試題(包括必考題、選考題)能力層次的分析,認(rèn)為試題能力層次按照M水平:R水平:E水平在4∶5∶1與3∶5∶2之間具有較好的區(qū)分度．本研究結(jié)果顯示,2016年全國卷I高考物理必考試題的能力層次分布比為U水平∶M水平∶R水平∶E水平接近1∶3∶5∶1,試題具有較好的區(qū)分度．可見,試卷能力層次的最佳比例與研究樣本有關(guān)．筆者認(rèn)為,對試題區(qū)分度的考查,應(yīng)全面分析某一年份各省市高考物理試題能力結(jié)構(gòu),并基于高考數(shù)據(jù),從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度來分析試題能力層次分布以何種比例為最佳．

1 J B Biggs, K F Co11is. Evaluating the Quality of Learning: The SOLO Taxonomy[M]. New York: Academic Press，1982.

2 J B Biggs, K F Collis. 學(xué)習(xí)質(zhì)量評價:SOLO分類理論——可觀察的學(xué)習(xí)成果結(jié)構(gòu)[M].高凌飚等譯.北京:人民教育出版社,2010:28-32.

3 吳有昌,高凌飚.SOLO分類法在教學(xué)評價中的應(yīng)用[J].華南師范大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版),2008(3):96-97.

4 馮翠典,高凌飚.現(xiàn)狀與反思:SOLO分類法國內(nèi)應(yīng)用研究十年[J].教育測量與評價,2009(11):4-9.

5 高凌飚,李勇.高考物理試卷的能力結(jié)構(gòu)(上)[J].中國考試(高考版),1999(4):14-16.

6 高凌飚,李勇.高考物理試卷的能力結(jié)構(gòu)(下)[J].中國考試(高考版),1999(5):29-30.

7 郭晨躍,王宏博,羅瑩.SOLO理論在高考物理試題比較研究中的應(yīng)用[J].物理教師,2012,33(1):1-3.

8 山麗娟.高考物理試卷能力結(jié)構(gòu)研究——將SOLO理論運(yùn)用于試題內(nèi)容分析初探[D].上海:華東師范大學(xué),2011：9-10.

9 劉君昊.SOLO理論對高考物理試卷考察能力分析——以近幾年全國卷Ⅱ選擇題為例[J].湖南中學(xué)物理,2015(11):64-75.

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12 程麗冰.SOLO分類理論在分析物理試題中的應(yīng)用——以近三年高考全國卷為例[D].福建:福建師范大學(xué),2016：39-41.