基于SOLO分類理論的物理試題分析與啟示

王龍湊

(廣東省深圳市龍華區(qū)教育科學(xué)研究院，廣東 深圳 518109)

1 SOLO分類理論簡介

“SOLO”(Structure of the observed learning outcome)即“可觀察的學(xué)習(xí)成果結(jié)構(gòu)”，是由澳大利亞學(xué)者John B. Biggs和Kevin F. Collis等人在皮亞杰認(rèn)知發(fā)展階段理論的基礎(chǔ)上提出。該理論把學(xué)習(xí)者對某一具體問題的回答由低級到高級劃分為五個層次，分別是：前結(jié)構(gòu)(Prestructural)、單點(diǎn)結(jié)構(gòu)(Unistructural)、多點(diǎn)結(jié)構(gòu)(Multistructural)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)(Relational)和抽象拓展結(jié)構(gòu)(Extended abstract)。

(1) 前結(jié)構(gòu)層次：學(xué)習(xí)者基本上沒有理解問題，對問題要么不作答，要么答非所問。思維處于混亂狀態(tài)，基本上沒有邏輯性可言。

(2) 單點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次：學(xué)習(xí)者對問題的理解不充分，只能關(guān)注到問題的一個方面，對問題沒有進(jìn)行分析與思考，一有思路就立即跳到答案上去。

(3) 多點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次：學(xué)習(xí)者對相關(guān)問題有多方面的知識儲備，關(guān)注到了問題的多個方面，但只能零亂地列出一些相關(guān)內(nèi)容，卻不能把這些內(nèi)容有機(jī)地整合起來。

(4) 關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)層次：學(xué)習(xí)者的問題解決方式比較成熟，對問題的思考已經(jīng)比較全面，能夠從多角度看待和解決問題。

(5) 抽象拓展結(jié)構(gòu)層次：學(xué)習(xí)者不僅能從理論的高度來分析問題，對提出的問題進(jìn)行抽象概括，還能把問題遷移到不同情境中，在新情境中創(chuàng)造性地對問題進(jìn)行歸納、演繹，使問題本身的意義得到拓展。

人的認(rèn)知不僅在總體上要經(jīng)歷階段性發(fā)展過程，對具體問題的認(rèn)識也是如此，SOLO分類理論展示了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能力從低級到高級、思維能力由簡單到復(fù)雜的層次類型。

2 基于SOLO分類理論的物理試題分析

利用SOLO分類理論對物理試題進(jìn)行分析，獲知其考查的思維層次，可為物理教學(xué)提供依據(jù)，現(xiàn)以近三年深圳市中考物理試題為例來進(jìn)行分析。

2.1 不同結(jié)構(gòu)類型試題舉例

2.1.1 單點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次試題

例1：下列屬于光的直線傳播現(xiàn)象的是( )。

A. 患近視的同學(xué)佩戴凹透鏡

B. 深圳灣大橋在海面形成倒影

C. 太陽光透過三棱鏡形成彩色光帶

D. 太陽光透過樹葉縫隙形成圓形光斑

說明：學(xué)生只需要知道常見的光的直線傳播現(xiàn)象，如人的影子、小孔成像、日食、月食等，無需考慮問題的多個方面。

2.1.2 多點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次試題

例2：深圳大疆新推出的“精靈4”無人機(jī)具有自動返航功能，下列說法中正確的是( )。

A. 無人機(jī)勻速上升時，動能轉(zhuǎn)化為重力勢能，機(jī)械能守恒

B. 無人機(jī)停在地面時，它受到的重力與它對地面的壓力是一對平衡力

C. 無人機(jī)自動返航時，以地面為參照物它是運(yùn)動的

D. 無人機(jī)的功率越大，機(jī)械效率就越高

說明：此題以無人機(jī)為背景，考查了動能與重力勢能的轉(zhuǎn)化、機(jī)械能守恒、平衡力、靜止與運(yùn)動的相對性、機(jī)械效率等知識點(diǎn)，這些知識點(diǎn)之間幾乎無關(guān)聯(lián)性，各自獨(dú)立。

2.1.3 關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)層次試題

例3：小燕發(fā)現(xiàn)家中自動晾衣桿是由定滑輪和動滑輪組成的滑輪組，她觀察后畫出了如圖1所示的原理圖。已知動滑輪、桿和衣架的總質(zhì)量為1kg，5件濕衣服的總質(zhì)量為4kg，經(jīng)過5s衣服勻速上升了0.5m，不計繩重及各處的摩擦，g=10N/kg，求上升過程中：

圖1

(1) 在繩子自由端施加的拉力大??；

(2 ) 拉力所做的功；

(3) 拉力做功的功率；

(4) 該晾衣桿的機(jī)械效率。

說明：此題以自動晾衣桿為背景，考查了滑輪組繩子段數(shù)的判斷、拉力與物重和動滑輪重之間的關(guān)系、功和功率及機(jī)械效率的計算等知識點(diǎn)，這些知識點(diǎn)之間關(guān)聯(lián)度很大，牽一發(fā)而動全身。

2.1.4 抽象擴(kuò)展結(jié)構(gòu)層次試題

例4：如圖2所示，圖甲是某種電動出水的電熱水瓶的結(jié)構(gòu)剖面圖，圖乙是它的電路示意圖，其中電源板的作用是將220V的交流電變成低壓直流電，供出水電動機(jī)和出水定位燈使用，水的比熱容為4.2×103J/(kg·℃)。

圖2

(1) 出水定位燈的作用是方便夜間判斷出水的位置，避免燙傷。出水定位燈是由小凸透鏡、刻有圖案“WH”的透明膠片和小燈泡組成。當(dāng)出水定位燈發(fā)光時，會在放置電熱水瓶的桌面上留下一個清晰明亮的像，相對于定位燈中透明膠片上的圖案“WH”，桌面上所成的像是(選填“WH”“HW”“HM”或“MH”)，而且這個像是(選填“放大”“等大”或“縮小”)的。

(2) 該電熱水瓶的說明書上標(biāo)注著“12分鐘快速沸騰的條件：水溫25℃，水量4kg，沸騰溫度100℃，電壓220V”。若加熱管的電阻為24.2Ω，則在此快速沸騰的條件下，該電熱水瓶的加熱效率為多少？

(3) 已知圓柱形內(nèi)膽的底面積為250cm2，出水口比最高水位高3cm。當(dāng)內(nèi)膽中裝有2L水時，按住出水開關(guān)20s，出水電動機(jī)恰好能抽出1L的水。若不計出水管的體積和水的流速，則出水電動機(jī)的輸出功率約為多少？

說明：此題以電熱水瓶為背景，考查了凸透鏡成像規(guī)律、吸熱公式、電能、電功率、效率、克服重力做功等多個知識的應(yīng)用與計算，涉及光學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)和電學(xué)等內(nèi)容。題目內(nèi)容新穎、形式靈活，涉及知識的遷移應(yīng)用和對相關(guān)內(nèi)容的合理拓展，要求學(xué)生具備較強(qiáng)的知識遷移和問題解決能力。

2.2 近三年深圳市中考物理試題分析

目前深圳市中考理化兩個學(xué)科是合卷考試，總分100分,化學(xué)試題分值為40分,物理試題分值為60分。中考是對學(xué)生初中學(xué)業(yè)水平的評價，也具備高中選拔的功能，中考試題不存在前結(jié)構(gòu)層次的試題，因此，物理中考試題可分為單點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次、多點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)層次和抽象拓展結(jié)構(gòu)層次，分別用符號U、M、R、E來表示。

2.2.1 2016年深圳市中考物理試題分析

利用SOLO分類理論對2016年深圳市中考物理試題進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果見表1。

表1

由表1可知：2016年深圳市中考物理試題涉及的結(jié)構(gòu)層次為U(單點(diǎn)結(jié)構(gòu))、M(多點(diǎn)結(jié)構(gòu))、R(關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)層)，其中U類試題有4道，分值為6分，占試題總分的10%；M類試題有18道，分值為49.5分，占試題總分的82.5%；R類試題有2道，分值為4.5分，占試題總分的7.5%，整份試卷無抽象拓展結(jié)構(gòu)層次類試題。

2.2.2 2017年深圳市中考物理試題分析

利用SOLO分類理論對2017年深圳市中考物理試題進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果見表2。

表2

由表2可知：2017年深圳市中考物理試題涉及的結(jié)構(gòu)層次也為U(單點(diǎn)結(jié)構(gòu))、M(多點(diǎn)結(jié)構(gòu))、R(關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)層)，其中U類試題有6道，分值為9分，占試題總分的15%；M類試題有11道，分值為19.5分，占試題總分的32.5%；R類試題有6道，分值為31.5分，占試題總分的52.5%，整份試卷無抽象拓展結(jié)構(gòu)層次類試題。

2.2.3 2018年深圳市中考物理試題分析

利用SOLO分類理論對2018年深圳市中考物理試題進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果見表3。

表3

由表3可知：2018年深圳市中考物理試題涉及的結(jié)構(gòu)層次還是U(單點(diǎn)結(jié)構(gòu))、M(多點(diǎn)結(jié)構(gòu))、R(關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)層)，其中U類試題有6道，分值為11分，占試題總分的18.3%；M類試題有16道，分值為32分，占試題總分的53.3%；R類試題有4道，分值為17分，占試題總分的28.4%，整份試卷無抽象拓展結(jié)構(gòu)層次類試題。

2.2.4 近三年深圳市中考物理試題的特點(diǎn)

由近三年深圳市中考物理試題SOLO分類結(jié)果統(tǒng)計可知，有以下特點(diǎn)：

(1) 無抽象拓展結(jié)構(gòu)層次試題；

(2) 多點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次試題占大多數(shù)，無論是選擇題、實(shí)驗題還是開放題，均占比較大。單點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次試題占比較少，一般出現(xiàn)在選擇題中。關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)層次試題所占比例也較大，常出現(xiàn)在實(shí)驗題和計算題中，特別是計算題幾乎均為此層次試題；

(3) 關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)層次試題所占比例有上升趨勢。

3 啟示

3.1 教學(xué)啟示

隨著信息與人工智能時代的到來，以傳授知識為主的教育方式已不適應(yīng)新時代的發(fā)展，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)成為物理課程目標(biāo)。教育的最終目的是培養(yǎng)知識的創(chuàng)造者，而不是知識的接收者，因此，在物理教學(xué)中最重要、最核心的任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，教師關(guān)注學(xué)生思維的狀態(tài)與發(fā)展將成為今后教學(xué)的常態(tài)。利用SOLO分類理論開展試題分析，可以有效地通過學(xué)生的答題情況來了解學(xué)生思維的狀態(tài)與層次，及時調(diào)整教學(xué)，針對不同思維層次的學(xué)生采取相應(yīng)的措施，促進(jìn)學(xué)生思維能力的發(fā)展。如某次單元檢測結(jié)果顯示班上學(xué)生的思維層次大部分是處于多點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次，那說明學(xué)生在本單元學(xué)習(xí)到的知識是零散的，知識的框架與邏輯關(guān)系沒有建立起來。在接下來的教學(xué)中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)本單元的知識的框架和邏輯關(guān)系，使學(xué)生的思維層次上升到關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)層次。

3.2 命題啟示

在章節(jié)、期中、期末檢測命題時，應(yīng)以多點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次試題為主，減少單點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次試題的比例，適當(dāng)增加關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)層次試題。

3.3 備考啟示

在總復(fù)習(xí)的教學(xué)設(shè)計、例題設(shè)計與講解、作業(yè)設(shè)計等備考活動中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生的多點(diǎn)結(jié)構(gòu)與關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)這兩個層次。同時，對于優(yōu)秀的學(xué)生，也可適當(dāng)培養(yǎng)他們的抽象拓展結(jié)構(gòu)層次思維，以便他們適應(yīng)高中物理的學(xué)習(xí)。

SOLO分類理論將量的評測與質(zhì)的考查相結(jié)合，能全面深入地了解學(xué)生的認(rèn)知水平和思維結(jié)構(gòu)，助力我們的物理教學(xué)。