基于SOLO分類理論的高考物理試題思維層次分析
——以2022年高考物理乙卷為例

付 偉，齊海燕

(長春師范大學(xué)物理學(xué)院，吉林長春，130032)

2019年，教育部頒布的《中國高考評價(jià)體系》明確提出，要立足全面發(fā)展育人目標(biāo)，構(gòu)建包括“核心價(jià)值、學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力、必備知識”在內(nèi)的高考考查內(nèi)容體系。[1]2022年高考物理乙卷依托此評價(jià)體系，強(qiáng)化了基礎(chǔ)性考查，優(yōu)化了情境設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了試題靈活性，深化了關(guān)鍵能力考核。借助SOLO分類理論，本研究以2022年高考物理乙卷為樣本，分析高考物理試題所考查的思維層次水平，以期有效發(fā)揮高考命題的積極導(dǎo)向作用，引導(dǎo)教學(xué)減少死記硬背現(xiàn)象，促進(jìn)高中物理育人方式改革。

一、SOLO分類理論概述

SOLO分類理論由澳大利亞學(xué)者約翰·B.彼格斯和凱文·F.科利斯在EvaluatingtheQualityofLearning：TheSOLOTaxonomy一書中提出，SOLO(Structure of Observed Learning Outcome)意為“可觀察到的學(xué)習(xí)結(jié)果的結(jié)構(gòu)”。[2]如圖1所示，彼格斯將學(xué)生學(xué)習(xí)的水平由低到高分為五個(gè)不同的層次，即前結(jié)構(gòu)水平(P水平)、單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平(U水平)、多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平(M水平)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平(R水平)、拓展抽象結(jié)構(gòu)水平(E水平)。[3]這五個(gè)層次可以描述學(xué)生在特定的視角解答特定問題時(shí)的表現(xiàn)，反映出學(xué)生思維由淺入深的變化過程，表現(xiàn)出由不能勝任到專家水平的轉(zhuǎn)變。

圖1 從不能勝任到專家水平的SOLO能力層次圖[3]

二、研究內(nèi)容

(一)研究樣本

本研究的樣本為2022年高考物理乙卷試題，試卷總分110分。其中，第14—17題是單項(xiàng)選擇題，每道題6分；第18—21題是多項(xiàng)選擇題，每道題6分；第22—23題是實(shí)驗(yàn)題，分值分別是5分和10分；第24—25題是計(jì)算題，分值分別是12分和20分；第33—34題為選做題，任選一題作答，分值均為15分。

(二)SOLO思維層次劃分標(biāo)準(zhǔn)

SOLO思維層次劃分標(biāo)準(zhǔn)是本研究的關(guān)鍵，決定研究結(jié)果的深度。SOLO分類理論提出五種能力層次結(jié)構(gòu)水平，“前結(jié)構(gòu)水平”指學(xué)生回答問題時(shí)思維混亂，無法正確回答問題。因?yàn)楦呖际钦降倪x拔性考試，試題本身無法體現(xiàn)這種能力水平，所以本研究在研究高考試題體現(xiàn)的思維層次時(shí)將其去除。

高考物理試題分為實(shí)驗(yàn)題與非實(shí)驗(yàn)題，兩種類型試題考查學(xué)生能力的側(cè)重點(diǎn)有所不同。為了更加科學(xué)地評價(jià)高考物理試題體現(xiàn)的能力結(jié)構(gòu)，本研究編制了非實(shí)驗(yàn)題SOLO思維層次量表和實(shí)驗(yàn)題SOLO思維層次量表(表1、表2詳見文后延伸出版二維碼)。對非實(shí)驗(yàn)物理試題的SOLO思維層次界定，本研究以高凌飚教授提出的高考物理試題能力結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，即根據(jù)高考物理試題所體現(xiàn)的知識要求、問題情境、數(shù)學(xué)工具的不同，對試題進(jìn)行層次劃分[4-5]，參考何苗等人提出的以題目涉及知識點(diǎn)個(gè)數(shù)及其聯(lián)系的密切程度為劃分依據(jù)[6-7]，得到非實(shí)驗(yàn)題SOLO思維層次量表。對實(shí)驗(yàn)題SOLO思維層次量表的編制，本研究參考吳凡等人對實(shí)驗(yàn)題SOLO層次的劃分[3，6，8]，進(jìn)一步綜合和優(yōu)化三項(xiàng)研究成果后得到了實(shí)驗(yàn)題SOLO思維層次量表。

三、SOLO思維層次統(tǒng)計(jì)與分析

(一)SOLO思維層次總體分布

按照上述的非實(shí)驗(yàn)題SOLO思維層次劃分標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)題SOLO思維層次劃分標(biāo)準(zhǔn)，本研究對2022年高考物理乙卷試題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(表3、表4、表5詳見文后延伸出版二維碼)。一是統(tǒng)計(jì)所有試題所屬的知識板塊、具體的知識點(diǎn)及其SOLO思維層次。二是為了得到詳細(xì)的SOLO思維層次分布，分別統(tǒng)計(jì)不同知識板塊和不同題型的SOLO思維層次。

由表4可知，2022年高考物理乙卷的知識點(diǎn)考查全面，力學(xué)和電磁學(xué)知識點(diǎn)考查居多。以選做第33題為例，四個(gè)SOLO思維層次所對應(yīng)的分值分別為：U水平10分，M水平32分，R水平59分，E水平9分。以選做第34題為例，四個(gè)SOLO思維層次所對應(yīng)的分值分別為：U水平15分，M水平27分，R水平59分，E水平9分。無論選做哪道題，四個(gè)SOLO思維層次中R水平考查比例均為最大。

力學(xué)知識板塊總分值為59分，此知識板塊下，R水平側(cè)重要求學(xué)生理解多個(gè)知識點(diǎn)并整合，分析具體情境中的問題。例如，選擇題第20題要求理解F-t圖像的含義，分析物塊的運(yùn)動狀態(tài)，受力情況及外力F和摩擦力做功情況。E水平要求學(xué)生在理解基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，把已知的結(jié)論推廣并應(yīng)用，對學(xué)生能力要求較高。例如，第25題(2)涉及的知識點(diǎn)有動量守恒定律，要求運(yùn)用微積分的思想求解彈簧的最大壓縮量。電磁學(xué)知識板塊總分值為30分，電磁學(xué)考查學(xué)生的思維能力要求比力學(xué)低，U、M、R三種思維水平層次比例比較均衡，要求學(xué)生既理解單個(gè)知識點(diǎn)，又會綜合分析問題。原子物理知識板塊總分值為6分，涉及的知識點(diǎn)有能量子、波長與頻率關(guān)系、能量守恒定律等，題目情境新穎，綜合性較強(qiáng)。熱學(xué)知識板塊第33題與振動和波、光學(xué)知識板塊第34題為選做，總分值各自為15分。其中，第33題(1)涉及的知識點(diǎn)有理想狀態(tài)氣體方程、熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用，要求學(xué)生會分析T-V圖像，屬于M水平；第34題(1)為兩小問，涉及波長與波速關(guān)系、波的干涉，要求學(xué)生記憶公式代入計(jì)算即可，屬于U水平。

由表4可知，選擇題考查的SOLO思維層次中M水平占18分，R水平占30分，R水平占比最大。雖然選擇題為客觀題，但題目并沒有考查知識點(diǎn)的簡單記憶，而是側(cè)重考查學(xué)生判斷推理和綜合分析的能力。實(shí)驗(yàn)題考查的SOLO思維層次中U水平占6分，M水平占9分，只考查操作和簡單的實(shí)驗(yàn)步驟，未涉及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。計(jì)算題考查的SOLO思維層次中U水平占4分，R水平占19分，E水平占9分。計(jì)算題第24題(2)考查焦耳定律算焦耳熱，比較簡單，屬于U水平；第24題(1)和第25題涉及多個(gè)知識點(diǎn)，綜合性較強(qiáng)，具有一定的選拔功能。結(jié)合表4可知，選做題第33題考查的SOLO思維層次中M水平占5分，R水平占10分；選做題第34題考查的SOLO思維層次中U水平占5分，R水平占10分。總體來看，選做題第33題的難度略大于第34題。

(二)基于SOLO思維層次的高考試題分析

1.單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平

實(shí)例1：介質(zhì)中平衡位置在同一水平面上的兩個(gè)點(diǎn)波源s1和s2，二者做簡諧運(yùn)動的振幅相等，周期均為0.8s。當(dāng)s1過平衡位置向上運(yùn)動時(shí)，s2也過平衡位置向上運(yùn)動。若波速為5m/s，則由s1和s2發(fā)出的簡諧橫波的波長均為m。

分析：該題選自2022年高考物理乙卷第34題第1小題的第1問，是選做題。考查學(xué)生對于波長公式記憶與應(yīng)用，波長λ=νT，將題目所給數(shù)據(jù)直接代入公式計(jì)算就可得到結(jié)果。本題屬于U水平。

2.多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平

實(shí)例2：用雷達(dá)探測一高速飛行器的位置。從某時(shí)刻(t=0)開始的一段時(shí)間內(nèi)，該飛行器可視為沿直線運(yùn)動，每隔1s測錄一次其位置，坐標(biāo)為x，結(jié)果如表6所示。

回答下列問題：

根據(jù)表中數(shù)據(jù)可判斷該飛行器在這段時(shí)間內(nèi)近似做勻加速運(yùn)動，判斷的理由是：。

分析：該題選自2022年高考物理乙卷第22題第1小題，是實(shí)驗(yàn)題，考查學(xué)生對物體做勻加速直線運(yùn)動條件判斷。本題需要算出每秒飛行器對應(yīng)的位移，根據(jù)Δx=aT2計(jì)算飛行器加速度為定值，判斷飛行器在做勻加速直線運(yùn)動。根據(jù)實(shí)驗(yàn)題SOLO思維層次劃分標(biāo)準(zhǔn)，該題要求學(xué)生能夠根據(jù)表格數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，結(jié)合正確回憶再現(xiàn)知識點(diǎn)，簡單處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。因此，此題屬于M水平。

3.關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平

實(shí)例3：如圖2所示，一不可伸長的細(xì)繩的上端固定，下端系在邊長為l=0.40m的正方形金屬框的一個(gè)頂點(diǎn)上。金屬框的一條對角線水平，其下方有方向垂直于金屬框所在平面的勻強(qiáng)磁場。已知構(gòu)成金屬框的導(dǎo)線單位長度的阻值為λ=5.0×10-3Ω∕m。在t=0到t=3.0s時(shí)間內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間t的變化關(guān)系為B(t)=0.3-0.1t(SI)。求t=2.0s時(shí)金屬框所受安培力的大小。

圖2 2022年高考物理乙卷第24題

4.擴(kuò)展抽象結(jié)構(gòu)水平

實(shí)例4：如圖3所示，一質(zhì)量為m的物塊A與輕質(zhì)彈簧連接，靜止在光滑水平面上，物塊B向A運(yùn)動，t=0時(shí)與彈簧接觸，到t=2t0時(shí)與彈簧分離，第一次碰撞結(jié)束，A、B的v-t圖像如圖4所示。已知從t=0到t=t0的時(shí)間內(nèi)，物塊A運(yùn)動的距離為0.36v0t0。A、B分離后，A滑上粗糙斜面，然后滑下，與一直在水平面上運(yùn)動的B再次碰撞，之后A再次滑上斜面，達(dá)到的最高點(diǎn)與前一次相同。斜面傾角為θ(sinθ=0.6)，與水平面光滑連接。碰撞過程中彈簧始終處于彈性限度內(nèi)。求第一次碰撞過程中，彈簧壓縮量的最大值。

圖3 2022年高考物理乙卷第25題

圖4 2022年高考物理乙卷第25題第2小題

分析：該題選自2022年高考物理乙卷第25題第2小題。雖然該題的情境比較新穎，與傳統(tǒng)的v-t圖像有所區(qū)別，但是所應(yīng)用的還是傳統(tǒng)的方法。因A物體的接觸面并不一直是光滑曲面，而是變化的，所以需要學(xué)生結(jié)合多方面知識進(jìn)行綜合運(yùn)用，學(xué)會看懂圖像的含義。圖像不是傳統(tǒng)的速度時(shí)間圖像，而是有比例的，圖像本質(zhì)的運(yùn)用方法還是一樣的。設(shè)彈簧在壓縮過程中的某時(shí)刻A、B上的速度為vA、vB，根據(jù)動量守恒定律mvA+mBvB=(m+mB)ν0，得(v0-vA)∕(vB-ν0)=mB∕m=5，取極小時(shí)間段Δt有(v0-vA)Δt∕(vB-ν0)Δt=5，sA∕sB=5，將0—t0這段總時(shí)間連續(xù)分成眾多極小時(shí)間段Δt，則每小段均滿足sA∕sB=5(如圖5所示，下方藍(lán)色矩形為sA，上方紅色矩形為sB)，得sA總∕sB總=5，sA總=0.64v0t0，彈簧壓縮量最大值為xmax=sA總+sB總=0.64v0t0×6/5=0.768v0t0。該題考查動量守恒定律、圖像法等知識點(diǎn)，出題情境新穎，需要學(xué)生將已學(xué)習(xí)的方法推及更廣泛領(lǐng)域解決問題，屬于E水平。

圖5 2022年高考物理乙卷第25題第2小題分析

四、研究結(jié)論

從整體上看，2022年高考物理乙卷物理試題考查的四種SOLO思維層次比例呈現(xiàn)明顯的梯度分布，有較好的區(qū)分度。R水平層次的試題最多，占總分值的50%以上，反映出高考物理試題傾向于考查學(xué)生綜合分析問題的能力。其次是M水平、U水平，而E水平的考查占比最低。簡單的基礎(chǔ)知識和復(fù)雜抽象的難題點(diǎn)到為止，從側(cè)面體現(xiàn)出高考對學(xué)生基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性能力的考查要求。

從知識板塊上看，2022年高考物理試題考查的知識覆蓋面較為廣泛，仍以力學(xué)和電磁學(xué)為主體。力學(xué)考查牛頓第二定律、動量定理、動量守恒定律、受力分析等核心知識點(diǎn)；電磁學(xué)考查對基本概念的理解與應(yīng)用，多個(gè)知識點(diǎn)的綜合分析；原子物理出了一道選擇題，立意較為新穎；熱學(xué)板塊出了一道選考題，振動與波、光學(xué)出了兩道選考題，難度相近。

從題型上看，2022年高考物理試題的選擇題R水平占比較高，具有一定的綜合性；實(shí)驗(yàn)題較為基礎(chǔ)，主要考查一些操作和簡單分析計(jì)算，未涉及復(fù)雜計(jì)算和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；計(jì)算題的壓軸題較為綜合，需要學(xué)生具備一定的遷移能力。每道選做題分為兩個(gè)題目，第一個(gè)題目較為基礎(chǔ)，第二個(gè)題目需要學(xué)生具備一定的推理分析能力。

五、教學(xué)建議

(一)改變教學(xué)策略，提高課堂效率

教師可以先利用SOLO分類理論了解學(xué)生的思維水平層次，根據(jù)學(xué)習(xí)的需求，制訂合適的教學(xué)目標(biāo)，并將教學(xué)目標(biāo)細(xì)化，設(shè)置成具體的學(xué)習(xí)任務(wù)，層層遞進(jìn)安排教學(xué)內(nèi)容，確保單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平(U水平)、多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平(M水平)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平(R水平)和擴(kuò)展抽象結(jié)構(gòu)水平(E水平)間的思維水平由淺入深、循序漸進(jìn)。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)根據(jù)認(rèn)知水平程度，循序漸進(jìn)地進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生能夠跟得上教師的教學(xué)步伐，從本質(zhì)上提高課堂教學(xué)效率。

(二)培養(yǎng)學(xué)生物理知識綜合運(yùn)用能力

通過對2022年高考物理乙卷試題進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平、多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平和擴(kuò)展抽象結(jié)構(gòu)水平四個(gè)層次的能力都有所體現(xiàn)，但關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平的試題占50%以上，說明高考更注重考生綜合分析問題的能力。物理學(xué)科主要研究事物本質(zhì)及其規(guī)律變化，需要學(xué)生具有一定的邏輯思維能力和抽象思維能力。學(xué)生的思維層次逐漸由單點(diǎn)U水平過渡到擴(kuò)展抽象E水平，而SOLO分類理論將不同的知識及考查難度進(jìn)行劃分，對培養(yǎng)學(xué)生物理知識綜合應(yīng)用能力有一定的指導(dǎo)作用。在這個(gè)思維累積變化的過程中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生將各個(gè)知識點(diǎn)串聯(lián)起來，建立自身的知識體系，幫助學(xué)生構(gòu)建認(rèn)識復(fù)雜問題的方法策略，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合運(yùn)用能力。

(三)回歸教材，培養(yǎng)遷移能力

高中物理課本是根據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》編寫的，是學(xué)生的學(xué)習(xí)資料，是教師的教學(xué)工具，也是出題人編制高考試題的重要參考資料。這需要教師引起足夠重視。例如，2022高考物理試題乙卷壓軸題第二問比較抽象，用圖像法解決彈簧壓縮量的最大值最為簡單，而物體運(yùn)動的v-t圖像與時(shí)間軸圍成的面積是物體運(yùn)動的位移。雖然教師在平時(shí)教學(xué)中經(jīng)常強(qiáng)調(diào)這方面的內(nèi)容，但學(xué)生對此內(nèi)容的理解僅停留在理解記憶階段，沒有遷移到與其有相同原理的題目中。對此，在教學(xué)過程中教師要引導(dǎo)學(xué)生用基本方法解答不同情境中的物理試題。

(四)提升數(shù)學(xué)計(jì)算能力

物理考試大綱要求學(xué)生具有應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力。數(shù)學(xué)作為一門基礎(chǔ)學(xué)科，在自然學(xué)科中得到了廣泛應(yīng)用，在物理科學(xué)表現(xiàn)得尤為突出。從高考題中可以看出，大多數(shù)物理試題都涉及數(shù)學(xué)應(yīng)用。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在高考試題中，函數(shù)、圖像法及數(shù)形結(jié)合等方法在考試中反復(fù)出現(xiàn)，值得教師重視。[9]在日常教學(xué)過程中，教師要適當(dāng)詳細(xì)講解數(shù)學(xué)知識和方法，讓學(xué)生打好數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，特別是熟練掌握常用數(shù)學(xué)知識和數(shù)學(xué)方法，以應(yīng)對不同情境的物理試題。