物理觀念水平視角下物理試題的能力層次結構分析

項睿杰　徐瑩

摘 要：物理觀念是核心素養的基石，以物理觀念為本發展學生的素養和能力，學業質量與考試評價也包含對物理觀念的查考.隨著時代發展，對人才培養要求提高，高考形式也隨之變化.對試題的物理觀念分析既是試題能力結構的深入思考，也是對物理核心素養落實的評價.本研究基于SOLO分類理論，結合考試大綱，以物理觀念水平為依據，重新建立了物理試題的能力層次劃分標準.以2019年全國Ⅰ卷為例，對物理試題的能力層次、分值、題型、知識點分布進行了統計分析，并結合具體實例進行了試題的能力層次分析.通過對高考物理試題能力層次的分析，明晰試題能力層次結構的特點和專家命題意圖，以期對教師的教學與學生能力素養的培養提供一定的指導.

關鍵詞：SOLO分類理論;試題能力層次分析;高考物理考試大綱;物理觀念

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）01-0002-05

作者簡介：項睿杰（1996-），女，遼寧鞍山人，碩士研究生，研究方向：物理學科教學;

徐瑩（1987-），女，吉林松原人，博士，碩士生導師，研究方向：物理實驗教學研究、物理課程與教學論.

為實現物理學科核心素養的多方面培養落地，精心編排課程內容，提出考試評價不同要求，高考改革迎來了新的“3+3”模式.其中物理觀念是素養培養的基礎，教學中對物理概念和規律的學習，訓練學生的思維、研究及實驗能力.通過物理試題的形式評價學生的素養和能力層次，試題的物理觀念考查和能力結構層次的評價分析，不但要切合考試大綱和普通高中課程標準，也要結合學生的目前思維能力水平.目前基于SOLO理論[1]的物理試題能力層次的研究主要依據考綱的不同能力要求和SOLO分類理論的結構水平相結合進行分析.這僅僅把試題不同能力層次的分布簡單進行梳理，不能將試題中物理觀念的能力水平體現出來;而以物理學科核心素養的角度分析試題，又沒有明確的試題能力層次的劃分標準，這些分析不夠全面深入.本研究基于SOLO分類理論，結合考試大綱能力層次和物理核心素養的物理觀念水平，重新建立物理試題的能力層次劃分標準，并以2019年全國Ⅰ卷為例進行試題能力層次的相關分析.

1 SOLO分類理論

SOLO分類理論是由澳大利亞教育心理學家Biggs等人提出的，它的基本觀點來源于對布魯姆分類教學的提升和皮亞杰的認知發展階段理論[2].SOLO分類理論是指當人處在一個問題情境中，在解決問題時所表現出來的能力水平，可以劃分為5種層次水平（見表1）.這標志著學生在解決物理問題時候的能力層次是依次遞增的，也體現學生對解題的有關知識從無到有、從量到質的掌握情況.SOLO分類理論引入國內后，研究者們從起源、內容、各學科教學中應用以及開放性試題的評價標準等進行研究.SOLO分類理論的分層思想對高考物理試題的能力層次研究[3]具有一定的可行性.因為對試題能力層次的分析，不涉及到學生實際得分，減少不確定性，試題都是真實無誤的.

2 物理觀念

物理觀念是“科學思維、科學探究、科學態度與責任”素養培養與發展的基底.物理觀念主要包括物質觀念、運動與相互作用觀念、能量觀念等[4].2017年版的《普通高中物理課程標準》中凝練了學科核心素養，還圍繞核心素養的落地，精選、重組課程內容，指導教學設計，提出新的考試評價.課標中的學業質量水平和物理學科核心素養的水平劃分，都對物理觀念的水平進行了說明.本研究對其進行一定整理并實例說明，見表2.

3 基于SOLO分類理論的試題物理觀念與能力層次劃分標準

本研究的核心是制定試題的能力層次劃分標準.關于標準的界定，山麗娟[5]、王芳[6]結合考試大綱中的五種能力對解題所需知識點數量及之間關系的復雜度，提出試題SOLO的能力層次標準;郭晨躍[7]按照學生對物理知識反應情況的視角，對SOLO的5種水平進行了劃分;王振超在“基于SOLO分類理論的高考物理試題能力層次分析——以2016年全國卷Ⅰ為例”一文中，對題中考查的知識點和考試大綱融合建立試題能力層次的劃分標準[8].

詹凱、田成良在“聚焦核心素養、凸顯課改特色——2018年北京高考物理試題分析”一文中，對2018年的試題從物理學科核心素養的物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度和責任的四個方面對試題進行分析[9];在“秉承科學育人、強化探究過程、發展思維品質——2019年北京高考物理試題分析”一文中，從科學思維中的模型建構、科學推理等維度對2019年北京高考物理試題分析[10].可以看出對試題分析的角度變得更加精細和深入.有了觀念，才可以對事物有一定的認識，進而言語、邏輯、思維等會有一定程度的發展.從物理觀念的角度對試題分析是有一定價值的.

通過相關文獻的思考與分析，不難發現考試大綱中能力考查和物理觀念的劃分與SOLO分類理論存在一定的關聯性，本文將二者結合建立試題能力層次劃分標準.在5種結構水平中，“前結構水平”是學生面對問題時不能正確解題、思維混亂.高考試題無法表現這層能力水平，即高考物理試題中保留了4個能力水平，本研究在制定試題標準時刪除了前結構水平;物理試題的本質內涵，是對學生核心素養的考查，物理觀念水平體現在試題中都是確定的有關的知識和問題情境，因此水平1和水平2可以體現在單點結構層次中，得到2019年物理試題的物理觀念與能力層次標準，見表3.

4 2019年全國Ⅰ卷物理試題能力結構分析

結合前面確定試題的物理觀念與能力層次標準，本研究以2019年全國Ⅰ卷為例，對物理試題的能力層次進行一定的統計分析，便于分析數據背后的深層含義.從題型、分值、試題能力層次、物理觀念水平以及知識模塊的角度統計分析.詳細說明物理觀念的層次，如果不進行分析，僅僅是羅列試題的考查知識點，又回到將物理知識體系割裂成單個知識點，物理核心素養中物理觀念提出學生具有清晰、系統的知識，去解決實際問題.這樣也更加貼近考試大綱的考查.2019年全國Ⅰ卷物理必考題能力層次的統計情況，見表4.

由上面數據進一步整理得到表5.

數據描述：2019年全國Ⅰ卷必考題內容知識模塊主要是力學和電磁學.由表5可知，力學試題總分數為49分，占試卷總分值的51.6%;電磁學試題總分數為46分，占試卷總分值的48.4%.試卷考查力學占比略大于電磁學.其中R結構水平考查最多，占試題的56.8%，主要為難題;U、E結構水平考查最少，U結構層次主要是以基礎題為主，占試題的11.6%;E結構層次占比為11.6%，主要為綜合拓展題;M結構層次試題，主要是中難題.

4.1 數據分析

試題能力層次方面，本試題M、R、E的占比保留整數處理為3∶5∶2.山麗娟提出并分析了試題M、R、E能力層次的分布比為3∶5∶2[4]，試題具有明顯的區分度.2019年試題能力層次的比例關系為1.1∶2∶5.7∶1.1，與往年比較也是有變化的.從中可以看出隨著課程改革的發展和物理核心素養的提出，結合杜霞在“全國新課標Ⅰ卷物理試題變化剖析”一文中，對學生的知識掌握、思維能力、實驗能力、數學處理技巧等能力培養變化的分析[11]，發現本試題的能力層次要求也符合對學生能力從低到高的要求.這套試題難度稍高，拓展要求適中，符合高考試題能力層次的特點，同時對物理觀念的考查也是具有合理的分布.

試題物理觀念能力層次方面，試題中多以關聯結構水平（R）為主，對物理知識考查要求較高，學生需要掌握在復雜的物理情景中進行情境推理，完善物理過程并對相關的物理知識進行整合與推理及一定的數學能力等.拓展結構層次（E）出現在力學計算題中，其綜合性比較強，且對學生思維要求高.力學部分重視學生知識的系統性，也重視學生在復雜的需要進行物理情節推理的問題中，學生創新能力、具有清晰和系統的物理知識、拓展能力和逆向思維等能力.與電磁學試題相比較，力學對學生知識能力水平要求更高.電磁學的實驗題的最后一個問題是拓展結構層次（E），強調對學生實驗能力和技巧的考查，也是對考試大綱中考查使用已有的方法和原理設計新的實驗.多點結構層次（M）對物理知識的考查一般是問題情境熟悉，具有一定的物理觀念，并不需要進行歸納分類，進行簡單的數學計算分析得到結果.能力層次要求較高，一般多在選擇題中出現.單點結構層次（U）中試題中的問題簡單，對能力要求低，一般出現在選擇第一題和實驗題的前幾問.這些簡單獨立的物理知識，緩解學生考試的緊張感，便于考生以最好的狀態完成考試.

4.2 試題能力劃分范例

由上面數據統計結果的分析，對試題能力層次的考查關聯結構層次比重最大.下面選取本試題中的25（1）為關聯結構典型實例進行分析.

豎直平面內一傾斜軌道與一足夠長的水平軌道通過一小段光滑圓弧平滑連接，小物塊B靜止于水平軌道的最左端，如圖1所示.t=0時刻，小物塊A在傾斜軌道上從靜止開始下滑，一段時間后與B發生彈性碰撞（碰撞時間極短）;當A返回到傾斜軌道上的P點（圖1中未標出）時，速度減為0，此時對其施加一外力，使其在傾斜軌道上保持靜止.物塊A運動的v-t圖像如圖1（b）所示，圖中的v1和v2均為未知量.已知A的質量為m，初始時A與B的高度差為H，重力加速度大小為g，不計空氣阻力.

（1）求物塊B的質量.

分析：本題考查了彈性碰撞，結合動量守恒定律和機械能守恒定律的知識.本題屬于關聯結構水平.學生需要分析物理情境碰撞前后的速度已知，質量不變，為彈性碰撞，列出動量定理;但從數學角度一個方程解不出兩個未知量，同時整個碰撞過程機械能守恒，通過機械能守恒定律列式，可以將兩個式子聯立，求物塊B的質量.

根據SOLO能力層次劃分標準，涉及到物理情境分析、三個物理觀念，需要運用數學工具.物理情境困難需要推理分析且應用到物理知識的有關推論、物理推論的深層理解，數學計算困難，所以該試題可以確定為關聯結構水平層次.

5 試題能力層次分析的啟示

5.1 教學方面

備課時，教師對不同物理概念、規律按照試題能力層次劃分標準的模式，結合學生目前的能力層次，明確對知識的講解要達到的是M、R、E哪個層次.通過一系列的問題串，預設出學生實際所在的層次水平，并在課堂隨時進行調整.同時教師不能將知識點割裂，要把有關知識整合起來，將物理觀念系統化，幫助學生分析問題.

5.2 學生能力培養方面

高考模式“3+3”的推出也是將物理核心素養落地，對學生的物理觀念、科學思維、模型建構等能力的考查.在課堂教學中，例如在涉及到與機械能有關的知識時，使用能力層次標準對機械能的含義、基本公式、使用條件、與動能之間的轉化、新問題情景中機械能是否守恒等有關的問題，讓學生進行劃分.結合物理情境和物理觀念推理，把大問題拆分成有聯系的幾個小問題，理清物理過程.學生對機械能的知識由淺入深地掌握.這也讓學生明白要對知識掌握有不同的深度.

5.3 學生反思能力的訓練

通過試題能力層次分析，2019 年高考物理試題注重物理過程分析推理以及知識點綜合運用能力的考查.因此，教師在課后練習選題時要密切聯系生活實際，對知識分成不同層次由淺入深地進行訓練，要增強學生對物理情境分析，多設置一些變式情境，幫助學生物理觀念、科學思維等能力的提高.尤其是高三學生，計算題有時一題多解或答案不是唯一解的情況，要結合相關知識推導，理解知識間深層的關系，可告別題海戰術的復習模式.教師在課后對學生練習題的反思結果（也包括學生自己對試題的知識劃分表）進行訂正.教師對知識間的聯系整理脈絡，建立清晰、系統的物理觀念.

參考文獻：

[1]李佳，吳維寧.SOLO分類理論及其教學評價觀[J].教育測量與評價（理論版），2009（02）：16-19.

[2]馮翠典，高凌飚.現狀與反思：SOLO分類法國內應用研究十年[J].教育測量與評價（理論版），2009（11）：4-7+11.

[3]吳有昌，高凌飚.SOLO分類法在教學評價中的應用[J].華南師范大學學報（社會科學版），2008（03）：95-99+160.

[4]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[5]山麗娟.高考物理試卷能力結構研究[D].上海：華東師范大學，2011.

[6]王芳.基于SOLO理論的近兩年高考物理試題分析[D].貴州：貴州師范大學，2018.

[7]郭晨躍，王宏博，羅瑩.SOLO理論在高考物理試題比較研究中的應用[J].物理教師，2012，33（01）：1-3+7.

[8]王振超，李建彬，胡象嶺.基于SOLO分類理論的高考物理試題能力層次分析——以2016年全國卷Ⅰ為例[J].物理教師，2018，39（02）：86-91.

[9]詹凱，田成良.聚焦核心素養 凸顯課改特色——2018年北京高考物理試題分析[J].物理教師，2018，39（08）：84-86+90.

[10]詹凱，田成良.秉承科學育人 強化探究過程 發展思維品質——2019年北京高考物理試題分析[J].物理教師，2019，40（07）：72-76.

[11]杜霞.全國新課標Ⅰ卷物理試題變化剖析[D].山東：山東師范大學，2016.

（收稿日期：2020-10-13）