SOLO分類理論指導(dǎo)下的實驗試題分析

摘 要：SOLO分類理論能夠有效地確定學(xué)生回答問題時的思維水平。本文基于這一理論，嘗試對2023年高考全國三套理科綜合試卷中的物理實驗試題進行分析，旨在探究最新高考試題對學(xué)生實驗探究能力的具體考查層次要求，為今后的教學(xué)提供有益的參考。

關(guān)鍵詞：SOLO分類理論；高考物理；實驗試題分析；探究能力

《中國高考評價體系》中提出的四層考查內(nèi)容之一是關(guān)鍵能力［1］，而實驗探究能力不僅是物理學(xué)科關(guān)鍵能力的重要組成部分，也是實現(xiàn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)所必須掌握的能力。在2023年全國高考物理的甲、乙卷以及新課標(biāo)卷中，新穎的實驗試題重點考查了學(xué)生

的實驗探究能力。利用SOLO分類理論——一種目前較為流行且科學(xué)的評價方法，筆者對試卷中的實驗試題進行分析，以明確考查的重點和方向，提高未來實驗教學(xué)的效率。

1 SOLO分類理論簡介

教育心理學(xué)家約翰·彼格斯（John B.Biggs）認(rèn)為，人在回答某一問題時所表現(xiàn)的思維結(jié)構(gòu)是可以檢測的，

他以皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展階段理論為基礎(chǔ)，提出了學(xué)習(xí)質(zhì)量評價理論——SOLO分類理論。SOLO是英文“Structure of the Observed Learning Outcome”（意為：可觀察的學(xué)習(xí)結(jié)果的結(jié)構(gòu)）的縮寫。［2］SOLO分類理論根據(jù)學(xué)生回答問題的結(jié)果按照思維層次的高低分為前結(jié)構(gòu)水平、單點結(jié)構(gòu)水平、多點結(jié)構(gòu)水平、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平、抽象擴展結(jié)構(gòu)水平等五個層次，反映學(xué)生由淺入深的思維過程。

SOLO分類理論認(rèn)為，若學(xué)生無法理解問題或只能提供沒有根據(jù)的答案，則其思維處于前結(jié)構(gòu)水平；若學(xué)生僅能找到一種與問題相關(guān)的信息并直接給出答案，則其思維處于單點結(jié)構(gòu)水平；若學(xué)生能找到多種相關(guān)信息，但無法有效地整合這些信息，則其思維處于多點結(jié)構(gòu)水平；若學(xué)生能夠?qū)⒍喾N信息整合并能解決較復(fù)雜的問題，則其思維處于關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平；若學(xué)生能夠?qū)栴}進行抽象概括，綜合分析信息，并進行遷移應(yīng)用，從而深化問題并拓展其意義，則學(xué)生的思維水平達(dá)到了抽象擴展結(jié)構(gòu)水平。后兩個階段是前三個階段的提升，代表了質(zhì)的飛躍，這也是教師在課堂教學(xué)時應(yīng)努力引導(dǎo)學(xué)生達(dá)到的目標(biāo)。

將SOLO分類理論應(yīng)用于高考實驗試題分析，不僅可以明確高考對學(xué)生實驗探究能力的考查標(biāo)準(zhǔn)和考查方向，還能為未來的實驗教學(xué)提供寶貴的參考依據(jù)。

2 實驗試題分析

試題分析建立在學(xué)生能夠理解并解答具體問題的基礎(chǔ)之上，因此不考慮前結(jié)構(gòu)水平。借助已有的

研究成果［3，4］，筆者對所在省份的高考試卷（新課標(biāo)卷）進行了深入分析，以確定學(xué)生在各個能力層次上的表現(xiàn)。

例1 （2023年理科綜合新課標(biāo)卷第22題）在“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實驗中，所用器材如下：電池、電容器、電阻箱、定值電阻、小燈泡、多用電表、電流表、秒表、單刀雙擲開關(guān)以及導(dǎo)線若干。

（1）用多用電表的電壓擋檢測電池的電壓。檢測時，紅表筆應(yīng)該與電池的_______________（填“正極”或“負(fù)極”）接觸。

（2）某同學(xué)設(shè)計的實驗電路如圖1甲所示。先將電阻箱的阻值調(diào)為R1，將單刀雙擲開關(guān)S與“1”端相接，記錄電流隨時間的變化。電容器充電完成后，開關(guān)S再與“2”端相接，相接后小燈泡亮度變化情況可能是_______________。（填正確答案標(biāo)號）

A. 迅速變亮，然后亮度趨于穩(wěn)定

B. 亮度逐漸增大，然后趨于穩(wěn)定

C. 迅速變亮，然后亮度逐漸減小至熄滅

（3）將電阻箱的阻值調(diào)為R2（R2＞R1），再次將開關(guān)S與“1”端相接，再次記錄電流隨時間的變化情況。兩次得到的電流I隨時間t變化如圖1乙中曲線所示，其中實線是電阻箱阻值為_______________（填“R1”或“R2”）時的結(jié)果，曲線與坐標(biāo)軸所圍面積等于該次充電完成后電容器上的_______________（填“電壓”或“電荷量”）。

分析：第（1）問考查紅黑表筆的用法。學(xué)生僅需要知道“紅進黑出”的原則，即可判斷出紅表筆應(yīng)當(dāng)與電池的正極連接，這屬于單點結(jié)構(gòu)水平。第（2）問則需要學(xué)生清楚實驗原理，知道開關(guān)S與2連接，電容器通過L和R0放電。學(xué)生通過考慮電容器放電電流逐漸減小的特點，可以分析出小燈泡會先瞬間變亮，隨后亮度減小至熄滅，這屬于多點結(jié)構(gòu)水平。第（3）問則需要學(xué)生理解實驗原理，即電阻越大，充電電流越小。因此實線對應(yīng)的阻值是R2，根據(jù)公式I＝Qt，可以得到I-t圖像

中曲線與坐標(biāo)軸

圍成的

面積表示電容器充電的電荷量，不需要復(fù)雜的計算，這屬于多點結(jié)構(gòu)水平。

例題2 （2023年理科綜合新課標(biāo)卷第23題）一學(xué)生小組做“用單擺測量重力加速度的大小”實驗。

（1）用實驗室提供的螺旋測微器測量擺球直徑。首先，調(diào)節(jié)螺旋測微器，擰動微調(diào)旋鈕使測微螺桿和測砧相觸時，發(fā)現(xiàn)固定刻度的橫線與可動刻度上的零刻度線未對齊，如圖2甲所示，該示數(shù)為_______________mm；螺旋測微器在夾有擺球時示數(shù)如圖2乙所示，該示數(shù)為_______________mm，則擺球的直徑為_______________mm。

（2）單擺實驗的裝置示意圖如圖2丙所示，其中角度盤需要固定在桿上的確定點O處，擺線在角度盤上所指的示數(shù)為擺角的大小。若將角度盤固定在O點上方，則擺線在角度盤上所指的示數(shù)為5°時，實際擺角_______________（填“大于”或“小于”）5°。

（3）某次實驗所用單擺的擺線長度為81.50cm，則擺長為_______________cm。實驗中觀測到從擺球第1次經(jīng)過最低點到第61次經(jīng)過最低點的時間間隔為54.60s，則此單擺周期為_______________s，該小組測得的重力加速度大小為_______________m/s2。（結(jié)果均保留3位有效數(shù)字，π2取9.870）

分析：第（1）問考查螺旋測微器的讀數(shù)，要求學(xué)生能夠準(zhǔn)確讀數(shù)。圖甲讀數(shù)為0.006mm （或0.007mm），圖乙讀數(shù)為20.035mm（或20.034mm、20.036mm），則

擺

球的直徑為20.029mm（或20.028mm、20.030mm）。該問只涉及基本的讀數(shù)和簡單的計算，屬于單點結(jié)構(gòu)水平。

第（2）問考查學(xué)生對實驗的理解和運用數(shù)學(xué)知識分析實驗現(xiàn)象的能力。若將角度盤固定在O點上方，角度盤所對應(yīng)的圓弧弧長不變，而圓弧對應(yīng)的半徑變小，因此對應(yīng)的實際擺角大于5°（如圖3所示），該問涉及的知識點較多且需要建立不同知識點之間的聯(lián)系，屬于關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平。

第（3）問考查學(xué)生對單擺擺長的認(rèn)識和數(shù)據(jù)處理能力。單擺擺長等于擺線長加上擺球的半徑，據(jù)此可以計算得到擺長為82.5cm，屬于多點結(jié)構(gòu)水平。在理解實驗原理的基礎(chǔ)上，能夠分析得到54.60s共有30個周期，進而計算得到T為1.82s，屬于多點結(jié)構(gòu)水平。計算重力加速度，需要學(xué)生使用公式T＝2πLg，并進行有效的數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過相應(yīng)的數(shù)學(xué)計算得到g＝9.83m/s2，該小問需多種相互關(guān)聯(lián)的知識，屬于關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平。

3 研究結(jié)果

根據(jù)上述分析方法，筆者統(tǒng)計了2023年高考三套全國卷物理實驗試題的分析數(shù)據(jù)（如表1所示）。

根據(jù)表中分析數(shù)據(jù)，實驗試題覆蓋了多數(shù)SOLO層次，能力層次分明，呈現(xiàn)出明顯的能力梯度，區(qū)分度良好，符合高考選拔人才的需求。試卷中以多點結(jié)構(gòu)水平的試題為主（占比40.7 %），其次是單點結(jié)構(gòu)水平（占比33.3 %）和關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平（占比25.9 %）。然而，本次全國卷高考實驗試題未涉及抽象擴展結(jié)構(gòu)水平，這表明試題設(shè)計側(cè)重于通過創(chuàng)新的物理情境，考查學(xué)生對實驗操作、理解和分析的基本能力，充分展現(xiàn)了試題的創(chuàng)新性和基礎(chǔ)性。

不同試卷在考查重點上各有特色。在每套高考試卷中，第22題的考查能力層次普遍低于第23題。對于第22題，盡管三套試卷考查的知識點不同，但問題設(shè)置都側(cè)重于在理解實驗原理的基礎(chǔ)上進行回答。具體來看，甲卷中的多點結(jié)構(gòu)水平與關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平各占50 %，而乙卷和新課標(biāo)卷則不包含關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平的問題。這意味著學(xué)生不需要通過復(fù)雜計算來得出試題結(jié)論，強調(diào)了實驗的基礎(chǔ)性，同時也說明甲卷的難度相對較高。至于第23題，甲卷和新課標(biāo)卷都設(shè)有7個填空，單點結(jié)構(gòu)與多點結(jié)構(gòu)水平的問題數(shù)量相近，關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平的問題占比均為28.6 %，難度屬于中等。而乙卷在單點結(jié)構(gòu)和多點結(jié)構(gòu)水平的問題占比較低，關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平的問題占比高達(dá)50 %；顯然，乙卷第23題考查的實驗?zāi)芰σ蟾摺４送庵档靡惶岬氖?，新課標(biāo)卷的實驗題總分達(dá)到18分，與全國甲、乙卷相比，更加強調(diào)對學(xué)生實驗?zāi)芰Φ目疾椤Ｐ抡n標(biāo)卷的實驗題目以《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）中唯一的觀察性實驗——觀察電容器的充、放電

現(xiàn)象

以及用單擺測量重力加速度的大?。?］為背景設(shè)計，不僅考查了學(xué)生的基本實驗技能，而且深刻體現(xiàn)了《課程標(biāo)準(zhǔn)》與考試內(nèi)容、范圍的密切關(guān)聯(lián)性。

4 教學(xué)啟示

通過對實驗試題所考查的具體能力進行分析，并結(jié)合實際教學(xué)經(jīng)驗，筆者認(rèn)為，除了重視基礎(chǔ)知識、真實實驗操作、回歸實驗原理、實施單元教學(xué)和引導(dǎo)知識遷移運用之外［6］，教師還可以從以下幾個方面著手來提升學(xué)生的實驗探究能力。

4.1 借助SOLO分類理論實施實驗教學(xué)

課前，教師應(yīng)依據(jù)SOLO分類理論確定教學(xué)內(nèi)容或目標(biāo)對應(yīng)的實驗?zāi)芰蛹?，結(jié)合《課程標(biāo)準(zhǔn)》以及學(xué)生現(xiàn)有的學(xué)習(xí)水平，確定教學(xué)重難點；并根據(jù)學(xué)生的接受能力，利用現(xiàn)有教學(xué)資源，按照物理學(xué)的邏輯關(guān)系設(shè)計教學(xué)順序或任務(wù)，選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略或方法以實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。課堂上，教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)設(shè)計進行實際教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。課后，教師應(yīng)基于學(xué)生的課堂表現(xiàn)和能力發(fā)展需求，設(shè)計不同層次的作業(yè)和課外探究活動，以促進學(xué)生能力的不斷提升，同時教師應(yīng)引導(dǎo)他們向更高層次的抽象擴展結(jié)構(gòu)發(fā)展。此外，利用SOLO分類理論，教師還能評估每位學(xué)生的表現(xiàn)和思維層次。這些評估結(jié)果不僅為后續(xù)的精準(zhǔn)輔導(dǎo)提供依據(jù)，還為教學(xué)目標(biāo)和活動設(shè)計提供參考，從而提升教學(xué)設(shè)計的科學(xué)性（如圖4所示）。

4.2 混合式教學(xué)多角度進行實驗探究

《中國高考評價體系》構(gòu)成了新高考命題的理論基礎(chǔ)和實踐指南，而《課程標(biāo)準(zhǔn)》則界定了命題的范圍和依據(jù)。對于實驗探究類試題，《課程標(biāo)準(zhǔn)》要求學(xué)生必須完成的實驗（包括12個必修課程實驗和9個選修課程實驗）應(yīng)盡可能讓學(xué)生親自操作，同時教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生在實踐中思考規(guī)律的本質(zhì)。然而，在實際的實驗教學(xué)過程中，教師常常面臨實驗設(shè)備數(shù)量不足、質(zhì)量不達(dá)標(biāo)以及設(shè)備老化等問題。這些問題在經(jīng)濟欠發(fā)達(dá)地區(qū)尤為突出。［7］為此，筆者嘗試融合物理真實實驗與虛擬實驗，采用虛實結(jié)合的方式進行實驗教學(xué)（如圖5所示）。

課前，學(xué)生通過閱讀教材和相關(guān)補充資料（如文字材料和視頻），預(yù)習(xí)即將進行的實驗。了解實驗原理和所需器材，并依據(jù)導(dǎo)學(xué)案的問題提示設(shè)計實驗方案。教師根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況分析學(xué)情，以確定教學(xué)目標(biāo)和重難點。在教學(xué)過程中，教師先通過實際演示實驗操作、強調(diào)關(guān)鍵注意事項，然后指導(dǎo)學(xué)生使用虛擬實驗室進行自主探究，記錄和處理實驗數(shù)據(jù)，并總結(jié)實驗結(jié)論。課后，教師鼓勵學(xué)生重復(fù)進行虛擬或真實實驗操作，以熟悉流程、深化對實驗原理的理解，并完成相關(guān)評價作業(yè)，以鞏固學(xué)習(xí)成果。

在實際的教學(xué)中，實驗問題總是學(xué)生的“痛點”?！白x不懂題，得不到分”是學(xué)生的常態(tài)。教師為學(xué)生提供真實的操作體驗是解決這一問題的有效途徑之一。然而，由于實驗設(shè)備的限制以及教學(xué)任務(wù)和課時的壓力，學(xué)生很難獲得足夠多的實際操作機會。因此，教師結(jié)合真實實驗和虛擬實驗，充分利用兩者的優(yōu)勢來創(chuàng)新教學(xué)方法，是一種值得嘗試的策略。

參考文獻(xiàn)

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