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教育科學研究院，廣東 深圳 518109)

1 SOLO分類理論簡介

“SOLO”(Structure of the observed learning outcome)即“可觀察的學習成果結構”，是由澳大利亞學者John B. Biggs和Kevin F. Collis等人在皮亞杰認知發展階段理論的基礎上提出。該理論把學習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：前結構(Prestructural)、單點結構(Unistructural)、多點結構(Multistructural)、關聯結構(Relational)和抽象拓展結構(Extended abstract)。

(1) 前結構層次：學習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，基本上沒有邏輯性可言。

(2) 單點結構層次：學習者對問題的理解不充分，只能關注到問題的一個方面，對問題沒有進行分析與思考，一有思路就立即跳到答案上去。

(3) 多點結構層次：學習者對相關問題有多方面的知識儲備，關注到了問題的多個方面，但只能零亂地列出一些相關內容，卻不能把這些內容有機地整合起來。

(4) 關聯結構層次：學習者的問題解決方式比較成熟，對問題的思考已經比較全面，能夠從多角度看待和解決問題。

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

人的認知不僅在總體上要經歷階段性發展過程，對具體問題的認識也是如此，SOLO分類理論展示了學習者的學習能力從低級到高級、思維能力由簡單到復雜的層次類型。

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行分析，獲知其考查的思維層次，可為物理教學提供依據，現以近三年深圳市中考物理試題為例來進行分析。

2.1 不同結構類型試題舉例

2.1.1 單點結構層次試題

例1：下列屬于光的直線傳播現象的是( )。

A. 患近視的同學佩戴凹透鏡

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：學生只需要知道常見的光的直線傳播現象，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 多點結構層次試題

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

A. 無人機勻速上升時，動能轉化為重力勢能，機械能守恒

B. 無人機停在地面時，它受到的重力與它對地面的壓力是一對平衡力

C. 無人機自動返航時，以地面為參照物它是運動的

D. 無人機的功率越大，機械效率就越高

說明：此題以無人機為背景，考查了動能與重力勢能的轉化、機械能守恒、平衡力、靜止與運動的相對性、機械效率等知識點，這些知識點之間幾乎無關聯性，各自獨立。

2.1.3 關聯結構層次試題

例3：小燕發現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、桿和衣架的總質量為1kg，5件濕衣服的總質量為4kg，經過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小；

(2 ) 拉力所做的功；

(3) 拉力做功的功率；

(4) 該晾衣桿的機械效率。

說明：此題以自動晾衣桿為背景，考查了滑輪組繩子段數的判斷、拉力與物重和動滑輪重之間的關系、功和功率及機械效率的計算等知識點，這些知識點之間關聯度很大，牽一發而動全身。

2.1.4 抽象擴展結構層次試題

例4：如圖2所示，圖甲是某種電動出水的電熱水瓶的結構剖面圖，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。當出水定位燈發光時，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) 已知圓柱形內膽的底面積為250cm2，出水口比最高水位高3cm。當內膽中裝有2L水時，按住出水開關20s，出水電動機恰好能抽出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用與計算，涉及光學、熱學、力學和電學等內容。題目內容新穎、形式靈活，涉及知識的遷移應用和對相關內容的合理拓展，要求學生具備較強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科是合卷考試，總分100分,化學試題分值為40分,物理試題分值為60分。中考是對學生初中學業水平的評價，也具備高中選拔的功能，中考試題不存在前結構層次的試題，因此，物理中考試題可分為單點結構層次、多點結構層次、關聯結構層次和抽象拓展結構層次，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行統計，結果見表1。

表1

由表1可知：2016年深圳市中考物理試題涉及的結構層次為U(單點結構)、M(多點結構)、R(關聯結構層)，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構層次類試題。

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行統計，結果見表2。

表2

由表2可知：2017年深圳市中考物理試題涉及的結構層次也為U(單點結構)、M(多點結構)、R(關聯結構層)，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構層次類試題。

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行統計，結果見表3。

表3

由表3可知：2018年深圳市中考物理試題涉及的結構層次還是U(單點結構)、M(多點結構)、R(關聯結構層)，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構層次類試題。

2.2.4 近三年深圳市中考物理試題的特點

由近三年深圳市中考物理試題SOLO分類結果統計可知，有以下特點：

(1) 無抽象拓展結構層次試題；

(2) 多點結構層次試題占大多數，無論是選擇題、實驗題還是開放題，均占比較大。單點結構層次試題占比較少，一般出現在選擇題中。關聯結構層次試題所占比例也較大，常出現在實驗題和計算題中，特別是計算題幾乎均為此層次試題；

(3) 關聯結構層次試題所占比例有上升趨勢。

3 啟示

3.1 教學啟示

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新時代的發展，提升學生的核心素養成為物理課程目標。教育的最終目的是培養知識的創造者，而不是知識的接收者，因此，在物理教學中最重要、最核心的任務是培養學生的科學思維能力，教師關注學生思維的狀態與發展將成為今后教學的常態。利用SOLO分類理論開展試題分析，可以有效地通過學生的答題情況來了解學生思維的狀態與層次，及時調整教學，針對不同思維層次的學生采取相應的措施，促進學生思維能力的發展。如某次單元檢測結果顯示班上學生的思維層次大部分是處于多點結構層次，那說明學生在本單元學習到的知識是零散的，知識的框架與邏輯關系沒有建立起來。在接下來的教學中，教師應引導學生建構本單元的知識的框架和邏輯關系，使學生的思維層次上升到關聯結構層次。

3.2 命題啟示

在章節、期中、期末檢測命題時，應以多點結構層次試題為主，減少單點結構層次試題的比例，適當增加關聯結構層次試題。

3.3 備考啟示

在總復習的教學設計、例題設計與講解、作業設計等備考活動中，應重點關注學生的多點結構與關聯結構這兩個層次。同時，對于優秀的學生，也可適當培養他們的抽象拓展結構層次思維，以便他們適應高中物理的學習。

SOLO分類理論將量的評測與質的考查相結合，能全面深入地了解學生的認知水平和思維結構，助力我們的物理教學。