SOLO分類理論在物理教學設計中的應用

王較過，趙歡苗

(陜西師范大學物理學與信息技術學院、教育部陜西師范大學基礎教育課程研究中心，陜西西安 710062)

SOLO分類理論在物理教學設計中的應用

王較過，趙歡苗

(陜西師范大學物理學與信息技術學院、教育部陜西師范大學基礎教育課程研究中心，陜西西安 710062)

本文通過利用SOLO分類理論分析物理學習結果和物理教學目標，指出了物理學習結果和教學目標與SOLO理論對思維層次分類之間存在一定對應關系;在此基礎上，以摩擦力教學為例，應用SOLO分類理論分析學習需要和學習任務、確定教學目標、選擇教學方法，結果表明把SOLO分類理論應用于教學設計不僅是可行的，而且為教學設計提供了科學的理論指導。

SOLO分類理論;物理;教學設計

科學的教學設計是順利實施教學方案，調控教學過程的前提，是確保教學效果，提高教學質量的保證。人們經過長期的教學實踐活動探索逐漸悟出，要減少和克服教學活動的盲目性和隨意性，增強和提高教學活動的有效性和可控性，必須在實施教學活動之前對其進行全面周密的計劃和精心巧妙的設計。［1］要進行科學有效的教學設計，就需要一定的教學理論作指導。教學的復雜性決定了指導教學設計理論的多樣性，而每個理論都在某一方面為教學設計提供了有力的指導。那么，有沒有一種理論可以從學生思維發展的角度對教學設計進行指導，進而使得教學設計更加符合學生思維發展的層次呢?

20世紀80年代，人們研究教學評價時，為了加強對思維過程的科學評價，提出了對學生質性評價的SOLO分類理論。專家學者對該理論進行了理論研究和在學科教學中的實踐探索，通過研究使該理論在學生學習結果質性評價方面取得的突破性進展，不僅提出了應用SOLO分類理論進行學生思維評價的方法，而且把SOLO分類理論應用于開放性試題的編制，高考試卷結構的設計，以及教學實踐的各個環節，取得了豐富的研究成果。［2］－［13］那么，SOLO分類理論是否能用于指導教學設計呢?筆者認為，答案是肯定的。本文將以SOLO理論為基礎，探討其在物理教學設計過程中的應用途徑和方法。

一、SOLO分類法與物理學習

1.物理學習結果的SOLO分類

SOLO是“Structure of the Observed Learning Outcome”的英文簡寫，其意為“可觀測的學習結果結構”。SOLO分類法是由比格斯(Biggs)教授首倡的一種以等級描述為基本特征的質性評價方法，它源自于皮亞杰的認知發展階段論，即兒童在成長的過程中，認知發展是有階段性的，不同階段之間的認知水平有著質的區別。比格斯教授及其同事經過大量的研究發現，人的認知水平不僅在總體上具有階段性，在執行某一具體事件時，人的思維也表現出階段性的特點，這些特點具有其外顯特性，可以通過比較、測試等監測手段觀察到。［14］同理，學生在學習具體物理知識的過程中，其思維水平也經歷著由低級認知到高級思維的一系列階段，教師可以根據學生對具體物理問題的回答來判斷和評價，從而監控學生的思維層次。

SOLO分類法將學生的學習結果按照思維由低級到高級分為五個不同層次，即前結構(prestuctural)、單點結構(unistructural)、多點結構(multistructural)、關聯結構(relational)、拓展抽象結構(extended abstract)等。

應用SOLO分類理論分析物理學習，得出物理學習結果五個層次的具體含義如下:

(1)前結構。任務雖然被關注，但學習者被先期階段或模式的無關方面所干擾或誤導，形成理解偏差。通俗地說，就是學生在進行物理學習時，基本無法理解所給出的物理現象，不能找出與之相關的物理知識或只能做出一些邏輯混亂，沒有任何依據的答案。例如對于“摩擦力是動力還是阻力”問題的解釋，如果學生不作回答或者做出類似“摩擦力是阻礙物體運動的力，當然是阻力”的回答，我們可以認為，該學生對摩擦力的性質及與之相關的物理知識沒有了解，其思維屬于前結構水平。

(2)單點結構。學習者的注意雖然集中到與問題相關的領域，但卻只關注到問題的一個方面。也就是說，學生針對物理問題，如果只找到了與問題相關的單一事件，就依據這個條件得出了結論(例如學習者對上例做出“摩擦力是阻礙物體相對運動或相對運動趨勢的力，既然阻礙，則一定是阻力。”的回答)，或者僅對問題中一條明顯的信息(如題目中所提及的物理概念，物理規律名稱等)進行闡釋和說明，而忽略了問題本身(比如“收集資料，并利用動能定理解釋剎車距離與車速的關系”的學習任務中，如果學生僅對動能定理做出概念上的復述，而沒有實施方案的設計以及其他針對該現象的回答)，其思維就屬于單點結構水平。

(3)多點結構。學習者發現了與學習任務相關的多個事件，但并沒有把他們結合起來。即在回答物理問題時，針對多個事件做出了解答，甚至深入的分析，但卻沒有將所找到的事件整合起來，或者只是將事件用簡單的關聯詞連接，沒有形成知識網絡。在“收集資料，并利用動能定理解釋剎車距離與車速的關系”學習任務中，如果學生考慮到了與題目相關的至少兩種情況(如①對剎車距離做出解釋，在現實生活中收集了各種車速下的剎車距離;②用語言或者公式描述了動能定理;③指出剎車距離與車所受阻力有關;④分析出車受到摩擦力的作用，指出摩擦力與車重和地面情況有關;⑤考慮到其他相關的信息，如司機反應時間等)，但僅是簡單的羅列，并未指明知識間的內在聯系，就可以認為學生學習思維處于多點結構水平。

(5)拓展抽象結構。學習者能夠進行知識遷移，超越問題本身而進入一種新的推理方式，并作出抽象概括。即學習者能夠把所學物理知識整個概念化到更高的水平，并充分體會其中所蘊含的研究方法，利用學習的感悟研究新的領域，具有一定的拓展創新行為。這一層次是學生學習思維所能夠達到的最高層次。上例中，如果學生不僅很好完成了用動能定理解釋剎車距離的任務，同時指出，上述用動能定理所做的一切解釋都只是在慣性系中成立，如果在非慣性系中，實驗結果會大不相同，這是由于在推導動能定理時運用了牛頓第二定律，而此定律只能在慣性系中使用，如果在非慣性系中，動能定理的表達形式將發生變化，必須重新推導。這樣的回答說明，學生除了正確理解教科書的相關內容外，還對相關的課外知識進行了研究，思考更加深入細致，此時可以認定，學生的思維水平已經達到了學習思維水平的最高層次——拓展抽象結構水平。

2.物理教學目標的SOLO分類

教學目標是教師對通過教學，學生學習結果的預期，物理課程標準不但提出了物理課程的三維目標，而且對目標劃分了不同的認知水平，明確界定了各水平的具體含義，給出了描述它們的行為動詞。［15］以知識目標為例，課程標準將其劃分為“了解、認識、理解、應用”四個層次。那么這些層次與SOLO分類理論所界定的思維水平是否存在著對應關系呢?通過分析它們的含義不難發現，課程標準中各認知水平和SOLO思維水平之間存在著一定的對應關系，以知識目標為例，對應關系如表1所示。

表1 認知水平與SOLO 思維水平對應表

二、SOLO分類法在物理教學設計中的應用

教學設計是教師最重要的工作之一。要搞好教學設計，就必須對學習需要從學習內容和學生兩個方面進行客觀地分析，在此基礎上，清晰地闡明教學目標，正確地選擇教學策略，合理地利用教學資源，恰當地安排教學進度，準確地測量和分析教學效果，才能使得教學活動取得最優化的結果。SOLO分類理論依據學習結果監控學生的思維過程，應用該理論有助于教師清晰地判斷學生的思維層次，明確學生的學習需要，選擇教學策略，提高教學設計的有效性。下面就SOLO理論在教學設計中的作用進行探討。

1.利用SOLO分類法分析學習需要，確定教學目標

明確學生的學習需要是教學設計的起點。所謂學習需要是指學習者學習的目前狀況與所期望達到的狀況之間的差距，即學習者學習現狀與教學目標之間，目前水平與期望學習者達到的水平之間的差距。目前水平是指學習者在知識、技能、態度等方面的現狀，期望是社會發展對學習者提出來的要求或學習者自身的要求。［15］在學校教育中，每一具體學科對學習者的要求主要在課程標準中體現。因此，進行教學設計就必須研讀課程標準，分析課程目標，明確學生在知識和思維發展方面的學習需要。知識方面的學習需要通過研讀課程標準和分析教材就可以得出，而確定思維發展方面的學習需要則要利用SOLO分類理論對學生學習現狀和期望學習者達到的水平進行評定。以“摩擦力”①人民教育出版社等.普通高中課程標準實驗教科書物理1［M］.北京:人民教育出版社2006(1):57教學為例，《普通高中物理課程標準(試行)》指出，在相互作用與運動規律模塊，摩擦力的教學應該使學生“通過實驗認識滑動摩擦、靜摩擦的規律，能用動摩擦因素計算摩擦力”。［15］要達到這樣的要求，必須通過教學使學生知道滑動摩擦、靜摩擦以及動摩擦因素的內容及含義，那么這些內容在教材中如何體現呢?對摩擦力的知識體系分析如圖1所示。

從上述分析不難得出，摩擦力一節要求通過對靜摩擦力以及滑動摩擦力的內容及含義的學習，能夠準確的判斷摩擦力的存在，并分析出摩擦力大小和方向;能夠掌握摩擦力的性質，將摩擦力和生活中的各種運動實例相結合，探究出摩擦力的變化規律。由此可見，對學習者學習的期望在知識方面是要求學生掌握摩擦力的分類、產生條件和性質，學會應用摩擦力解釋生活中的簡單現象;思維水平方面是要求學生準確地把握摩擦力的本質及其與運動之間的內在聯系，使思維層次達到SOLO分類理論所界定的關聯結構水平。針對整個高中階段的物理教學，更高的希望是學生能夠自己探索摩擦力的奧秘，尋找摩擦力做功的特點和能量的轉化問題，體現出更好的抽象特征，能把前面所學的知識整個概念化到更高的層級，做出一些創新行為，達到拓展抽象的結構水平。

圖1 “摩擦力”的知識結構

對于學生來講，“摩擦力”的學習建立在初中對摩擦力的簡單認識和在日常生活中形成的一些與摩擦力有關的感性經驗的基礎上。初中階段對摩擦力的論述是:“一個物體在另一個物體表面上滑動時，會受到阻礙它運動的力，這種力叫做滑動摩擦力……對地面上的箱子施加了推力，但箱子卻沒有運動起來;用手握住玻璃杯，能使它掉不下來。這些現象說明箱子和杯子受到阻礙其運動的作用力。這種作用力稱為靜摩擦力。”［16］可見，初中階段，學生對摩擦力的認識是感性的，這樣雖然有助于學生感知摩擦力的存在，在對物體進行受力分析時很容易回憶起摩擦力的作用，但是卻容易造成誤解，即認為摩擦力總是阻礙物體運動的，物體運動越快，摩擦力越大，物體運動越慢，摩擦力越小。這些經驗和前科學概念干擾了學生對摩擦力性質的正確理解和繼續深入學習。由此可以判斷，學生在學習本節內容之前，對摩擦力的認識處于知覺階段，只能背誦它的定義，知其然而不知其所以然，思維層次是單點結構水平。

綜上可以得出，從知識上講，學生存在著從知道摩擦力的概念到能夠利用摩擦力相關知識解釋生活中簡單現象的學習需要;從思維水平上講，學生的思維水平存在著由單點結構到關聯結構再到拓展抽象結構發展的學習需要。根據上述分析，確定本節教學目標如下:

(1)了解摩擦力的概念，知道摩擦力的性質及分類;(單點結構)

(2)知道摩擦力產生的原因，能總結摩擦力產生的條件;(多點結構)

(3)理解動摩擦因素的物理意義，能準確計算滑動摩擦力的大小并判斷其方向;(多點結構)

(4)認識靜摩擦力，會用二力平衡的條件判斷靜摩擦力的大小和方向;(關聯結構)

(5)通過摩擦力的學習，能準確把握摩擦力與運動的關系，能在復雜的運動情境中區分出摩擦力，并應用相關的力學知識對摩擦現象進行解釋。(關聯結構)

2.依據SOLO分類明確學習任務

加涅認為，設計教學的最佳途徑是依據所期望的教學目標來安排教學工作，前面我們利用SOLO分類理論分析了教學目標，明確了它與SOLO思維水平的對應關系。面對學習目標，學生的學習任務是什么呢?依據SOLO思維水平和教學目標分析，摩擦力一節的主要學習任務如表2所示:

3.依據SOLO分類理論設計教學順序

一般而言，課程的學習是按照由簡單到復雜順序進行的，物理學科也不例外。對具體的學習任務，在學習目標的分解過程中實際上已經進行了SOLO思維等級認證和粗略的排序。由于每一個學習任務又是由若干個單元目標支撐的，每一個單元目標還可以進一步分解出子目標，它們與學生的SOLO思維水平也有一定的對應關系。因此，教學中應該在SOLO分類理論指導下分析學習任務，明確該任務所需的知識和思維層次，以便更加合理有效地安排教學。

這里有幾點需要說明:第一，由SOLO分類法認定的學習結果結構是由簡單技能到復雜技能的排序，對于同一的問題，處于單點結構的思維水平總是低于處于多點結構、關聯結構等思維水平，低層次的SOLO思維水平是構成高層次思維水平的基礎，即SOLO思維水平是由簡單的前提技能到復雜的靶技能的排序;第二，對于不同的學習任務，任務之間存在著SOLO思維水平等級的高低，但不同任務的下位技能的SOLO思維水平之間沒有可比性，例如上述任務中“動力、阻力、摩擦力概念"的多點結構思維水平與學習目標中“知道摩擦力產生原因”的多點結構思維水平并不屬于同一思維水平等級，沒有可比性;第三，一般而言，要達成單元教學目標，常規教學的講解順序可按照SOLO思維水平高低進行。教學內容的整體排序應在SOLO思維水平的基礎上，結合物理學知識內部的邏輯關系，根據教師個人風格及所采用的教學方法進行適當的調整。

表2 SOLO思維水平與學習任務的對應關系

4.依據SOLO理論選擇合適的教學方法

“教學有法、教無定法、貴在得法”，簡潔說明了選擇教學方法的重要性。前述分析了教學內容與學生思維水平的對應關系，指出了教學目標要求學生達到的思維水平。要達成教學目標，教學還必須根據學生的思維特點選擇合適的教學方法。

研究指出，學生的思維水平由單點結構發展到多點結構只是一個知識存貯與提取量的變化，屬于量的積累，［15］教師只需適當的引導學生進行知識的擴充及回憶，就能使其思維水平得以提升。這說明，教師在引導學生思維水平由單點結構發展到多點結構的過程中，主要工作就是利用多種手段創設條件，使學生盡可能多的接受或者回憶起物理概念、規律，增加其物理知識的密度和容量。如上例中，如果學生只回憶起了摩擦力的概念，教師便可以通過多媒體展示各種運動情景(如自行車剎車、手推車傳送帶等運動情景)，引導學生觀察力對運動物體的作用效果，幫助學生回憶動力、阻力等相關的概念，使其思維水平達到多點結構，為后續教學做鋪墊。

要使思維水平由多點結構發展到關聯結構，學生就要經歷思維由簡單機械記憶到對提取的知識進行思維整合的過程，此時思維品質發生了質的變化。在這個過程中，教師要想方設法幫助學生找到不同物理知識之間的關聯點，并且對其進行合理規劃，在新的問題中為其找到合適的位置。同時，教師應加強學生抽象與概括能力的訓練，訓練學生分析問題的全面性和推理的嚴密性，教給學生探究的手段，引導學生總結分析物理問題的思維方法。例如上例中，教師不僅要引導學生分析出力與運動之間的關系，讓學生明白“力既可以加快物體的運動，為其運動狀態的變化提供動力，還可能阻礙其運動，成為阻力，而決定力是動力還是阻力的關鍵點就在于力的方向與物體運動方向是否一致”，更重要的是使學生對分析這一問題的過程進行反思。

三、結束語

本文以摩擦力為例，應用SOLO分類理論針對物理學習結果和物理教學認知目標進行了分析，在此基礎上把該理論應用于指導物理教學設計，初步的嘗試表明，用SOLO分類理論指導教學設計是可行的，它對提高教學設計的科學化水平有積極意義。盡管如此，筆者的研究還只是初步的探討，如何應用SOLO分類理論指導具體教學實踐，提高物理教學的有效性和教學質量還有待進一步深入研究。

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Applying SOLO Taxonomy Theory in Physical Instructional Design

WANG Jiao-guo，ZHAO Huan-miao

(College of Physics and Information Technology，Shaanxi Normal University，Research Center for Basic Education Curriculum，SNNU of the Ministry of Education，Xi’an710062，China)

This article describes a developmental sequence for students’understandings about conductivity in learning Physics.The criteria used for making decisions about the different levels in the sequence are described and also how these decisions were generalized within the framework of the Structure of the Observed Learning Outcome(SOLO)Model.Some professional development implications are identified for instructional objectives of Physics learning result and instructional objectives levels.Then，the SOLO Taxonomy Theory was applied in teaching design of“Friction Force”，including analyzing learning needs，learning tasks and instructional objective.The results show that applying SOLO Taxonomy Theory in physical instructional design is not only feasible，but also provides theoretical basis for physical instructional design.

SOLO Taxonomy Theory;Physics;Instructional design

G420

A

1674－2087(2012)01－0057－06

2011－02－23

國家教師教育985優勢學科創新平臺建設項目子項目:教師教育理論創新和研究中心建設(GJ9850102);陜西師范大學研究生培養創新基金(2010CXS041)

王較過，男，陜西臨潼人，陜西師范大學物理學與信息技術學院教授，主要從事物理課程與教學論研究;趙歡苗，女，陜西戶縣人，陜西師范大學物理學與信息技術學院碩士研究生，主要從事物理課程與教學論研究。

［責任編輯張淑霞］