基于SOLO分類理論的物理教材習題比較分析*
——以人教版高中《物理·必修1》兩個版本為例

2017年教育部發布了高中各學科核心素養版課程標準，以此為基礎編寫的人教版高中物理教材也在2019年出版，課程標準的改版不僅體現在教材在內容上的選取與編排有所變動，還體現在教材習題的設置，舊版教材的習題只有節后習題“問題與練習”，而新版教材的習題包括節后習題“練習與應用”和新增的章末習題“復習與提高”，習題數量增多，題目的內容改變．一般來說，習題用于考查學生對所學知識的掌握情況，還可以提高學生思維水平以及解決問題的能力，是教材的重要組成部分．筆者借助SOLO分類評價理論，根據學生解決物理問題時需要涉及的要素以及這些要素之間的相關聯系進行SOLO層次的分類，從學生發展規律和對教材內容的適切度等方面比較兩個版本教材的習題．

1 SOLO分類評價理論在分析物理試題中的應用

SOLO分類評價理論(Structure of Observed Learning Outcome)是由澳大利亞教育心理學教授Biggs等人以皮亞杰的認知發展理論為基礎建立的一種質性評價理論，將學生“可觀察的學習成果”的結果細化，由淺入深地分為5個層次——前結構(Prestructure)、單點結構(Unistructure)、多點結構(Multistructure)、關聯結構(Relational)、抽象拓展結構(Extended abstract)，來反映學生解決問題時的思維結構[1]．隨著國內學者對SOLO分類評價理論應用的不斷開發研究，該理論在試題研究方面也由最初的開放性測驗逐漸轉移到封閉性測驗[2]．在前人的研究中，認為SOLO分類理論劃分的5個層次描述了學生的思維由量變到質變的發展過程，單點結構、多點結構關注的是學生掌握知識的數量，關聯結構和抽象拓展結構關注的是學生綜合分析問題的高級思維能力[3]．學生在學習過程中存在知識量的積累和思維操作能力的提升，可以通過學生解決問題時涉及要素的數量以及關聯程度來判斷學生所處的SOLO層次[4，5]．而教材中的習題大多數屬于封閉性問題，學生進行習題練習時所需要回憶的知識，以及這些知識之間建立的相互聯系是明確的．筆者在研究普通高中物理課程標準(2017年版)時發現SOLO分類評價理論中5個水平與課程標準中的學習質量水平可以建立一定的聯系，因此本文根據課程標準的學習質量水平，制定了習題的SOLO層次劃分標準，具體表述如表1所示.

表1 SOLO層次劃分標準

根據以上分類標準，現以2019年人教版高中物理教材必修第二冊第五章第4節“拋體運動的規律”練習與應用第1題作為示例說明其應用．

【示例】用m，V0，h分別表示平拋運動物體的質量、初速度和拋出點離水平地面的高度，不考慮空氣阻力，以下物理量是由上述哪個或哪幾個物理量決定的？為什么？

A.物體在空中運動的時間

B.物體在空中運動的水平位移

C.物體落地時瞬時速度的大小

D.物體落地時瞬時速度的方向

2 兩個版本習題SOLO層次分布情況

人教版高中《物理·必修1》新、舊版本教材內容主要由“機械運動與物理模型”“相互作用與運動規律”兩個主題組成，將習題進行SOLO層次分類之后得到習題的SOLO層次分布統計表，如表2所示．

表2 人教版高中物理(必修一)兩版本習題SOLO層次分布統計表

新版的習題一共有139道，除了16道開放性問題外，題目的SOLO層次主要分布在單點結構、多點結構、關聯結構3個水平層次上，數量依次逐層遞減，有少量抽象拓展結構水平的題目，舊版習題數量一共有79道，同樣存在著題目主要分布在單點結構、多點結構、關聯結構3個水平層次上并依次遞減的特征．不同的是新版相對于舊版題量較多，其題目在3個水平上的分布較為均衡，單點結構、多點結構、關聯結構所占的百分比分別是36.69%、28.06%、20.86%．舊版題目則主要分布在單點結構，僅單點結構的題目就占了習題總量的51.90%，可以知道舊版習題主要針對學生對單個知識點的復現.新版教材中，多點結構和關聯結構層次的習題量增多意味著習題不僅對學生掌握知識點的數量有一定要求，還考查學生將多個知識點有機整合的能力以及分析綜合能力，抽象拓展結構的題要求學生具備質疑和創新的思維品質，而且符合新課標對核心素養的要求．

3 新舊版教材習題的比較

基于2017版課程標準的新教材習題部分的編寫，結合學生的認知規律，對學習內容的及時強化，以及對學生應用知識的能力有新的思考和體現．以上利用SOLO層次的分類，說明了新舊兩版教材的習題在各個SOLO層次上的比重和分布特征．應用各個SOLO層次上的比重和分布特征，通過計算每章習題加權平均值，用于表示習題SOLO層次的綜合水平，以區分新舊兩版習題之間的整體差異．為此，筆者通過下面公式來計算習題SOLO層次的綜合水平．

其中，d表示SOLO層次的綜合水平取值；di為該題目SOLO層次的權重(依水平分別取1，2，3，4，見表1)；ni則表示這組題目中屬于SOLO層次的第i個水平的題目個數，其總和等于該組題目的總數n．根據上面公式，得到了人教版高中物理必修1兩版本習題SOLO層次統計數據．由于新版本增加章末習題，所以單獨計算，統計結果如表3所示．

表3 人教版高中物理必修一兩版本習題SOLO層次統計表

為了更好了解每一章習題SOLO層次的綜合水平變化趨勢，將數據利用折線圖表示，如圖1所示，并得出如下結論．

圖1 SOLO層次綜合水平變化趨勢

(1)新版教材更加符合學生的認知規律

新版教材節后習題中，每一章“練習與應用”的SOLO層次的綜合水平取值分別是1.357，1.625，1.609，2.000，SOLO層次的綜合水平處于單點結構和多點結構之間，并且隨著學習進程，對學生SOLO層次的要求逐漸由單點結構過渡到多點結構，更注重考查學生掌握知識的數量．舊版節后習題中，每一章“問題與練習”的SOLO層次的綜合水平同樣處于單點結構與多點結構之間，取值分別是1.625，1.333，1.214，2.120，但每一節后習題SOLO層次的綜合水平沒有明顯的規律，可知新版教材節后習題的習題對學生知識掌握情況和思維能力的考查更注重一個由易到難、由低層次過渡到高層次的過程，符合學生的認知規律．

(2)新版教材習題能更好地實現學生學科素養的提升

對新版教材而言，第二章“勻變速直線運動的研究”內容是第一章“運動的描述”上的延續與應用，因此在設置習題時同樣需要涉及第一章內容的物理概念和規律，考查學生對“機械運動與物理模型”的掌握情況，要求學生綜合兩章知識進行訓練，在新版教材習題中得到體現，第二章節后習題和章末習題SOLO層次的綜合水平分別從1.357和1.273提高到1.625和2.417，由單點結構逐漸向關聯結構過渡．第三章的內容“相互作用——力”屬于“相互作用與運動規律”的知識模塊，涉及到新的知識，習題需要考查學生對新知識點的復現情況，關注學生掌握知識點的數量，體現在新版教材兩個習題板塊SOLO層次的綜合水平分別下降為1.609和2.000，向多點結構過渡．第四章“運動和力的關系”作為教材的最后一章，涉及整本書的知識內容，習題不僅考查學生掌握知識情況，還要考查學生綜合分析問題的能力，體現在新版教材中兩個習題板塊的SOLO層次的綜合水平分別提高到2.000和2.867．從數據可以看出，新版教材貫徹了編寫者“有理解、有辨析、有創造等練習，全面提升學生的素養”的編寫意圖[6]．從教材內容的角度上分析，后面教材內容會建立在前段學習基礎之上，所以隨著學習的深入習題的SOLO水平應該更高．而這些特點在舊版教材習題中沒有得到體現．

(3)新版教材章末習題有力地提升了學生思維能力，適應新的課程標準要求

每一章章末習題SOLO層次的綜合水平取值分別是1.273，2.417，2.000，2.867，除了第一章與節后習題接近外，第二、三、四章都明顯高于節后習題，分布在多點結構和關聯結構之間，是學生學完一整章的知識后進一步對學生知識掌握情況和思維能力的考查和訓練，關注學生掌握知識點的數量和培養學生綜合分析和解決問題的能力．這種結構更符合新課標提升學生科學思維這方面的核心素養要求，也貫徹了新課標中對學生學業水平等級評價的要求，以適應未來新的高考制度改革．

4 結束語

教材中的習題常被教育工作者忽視，學生在應試教育制度下更加傾向于市面上銷售的習題資料，往往造成學生課業負擔過重．在新課改背景下，教材習題的改變落實“立德樹人”的教育方針，培養學生核心素養，減少學生對課外習題的依賴．本文利用SOLO分類評價理論對教材習題進行分析，有助于教師對教材習題的合理利用．