SOLO分類理論在生物學科學思維水平評價中的應用

林細富

［摘 要］科學思維水平評價是當前生物學教學評價的一個熱點和難點，SOLO分類理論為科學思維水平評價提供了一種操作性強的實踐路徑。讓學生對某一問題進行分析與作答，然后教師根據學生的分析與作答情況，確定學生的科學思維水平并實施評價，可達到因材施教，促進學生思維進階，培育學生學科核心素養的目的。

［關鍵詞］SOLO分類理論；生物學；科學思維水平；評價

［中圖分類號］ ? ?G633.91 ? ? ? ?［文獻標識碼］ ? ?A ? ? ? ?［文章編號］ ? ?1674-6058（2023）02-0092-03

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（本文簡稱新課標）提出“學業評價促發展”的教學理念。根據課程標準規定的培養目標和具體的教學目標實施基于學科核心素養的評價是評價改革的重要舉措。倡導在評價中關注學生的個體差異和發展需求，幫助學生改進學習方式，為發展和提高學生終身學習能力打好基礎［1］。科學思維是生物學學科核心素養的重要維度，科學思維水平評價是當前生物學教學評價的一個熱點和難點。筆者嘗試應用SOLO分類理論對學生進行科學思維水平的評價，以期為一線教師客觀地評價學生的科學思維水平提供新思路。

一、SOLO分類理論的概述

SOLO分類理論是澳大利亞教育心理學家彼格斯等人在皮亞杰的認知發展階段論的基礎上創立的，它被稱為“可觀察的學習成果結構”（Structure of the Observed Learning Outcome）。SOLO分類理論將學生的學習結果由低到高分為前結構、單點結構、多點結構、關聯結構和拓展抽象結構5個不同的層次［2］。同時根據學生解答問題時表現出來的思維水平，對學生的思維層次進行劃分。SOLO分類理論為科學思維水平評價提供了理論依據，具有較強的可操作性。

二、科學思維水平與SOLO層級之間的對應關系

生物學學科核心素養水平劃分標準，是評價學生學科核心素養發展水平的重要依據。筆者通過對新課標中關于科學思維四個水平的研讀，以及對SOLO分類理論的理解，發現科學思維各個水平之間存在一定的聯系，且四個水平的劃分與SOLO分類理論下思維結構層次的劃分有共同之處。由于思維層次水平處于“前結構”思維層次的學生在回答問題時出現思維混亂等現象，該現象歸為科學思維無意義表現水平，因此不將SOLO層級的“前結構”劃分到科學思維水平層次中。在新課標的指導下，教師應對學生的思維能力要求進行分類，構建科學思維水平與SOLO層級之間的對應關系（見表1），并建立相應的評價標準。

三、應用SOLO分類理論對學生的科學思維水平進行評價

下面以“種群基因組成的變化”教學為例，基于SOLO分類理論設計驅動性問題，以激活學生的思維，外顯學生的思維層級差異。教師依據科學思維水平評價標準，根據學生的問題回答情況，確定學生的思維層次水平，實現對學生科學思維水平的評價。

（一）基于單點結構問題的科學思維水平一的表現評價

教師先創設情境：很多昆蟲靠翅飛行，一些科學家在遠離大陸的一個海島上進行考察時發現島上生活著的昆蟲多是無翅或殘翅。然后教師向學生展示海島上無翅昆蟲和殘翅昆蟲的圖片。

設計單點結構問題：科學家通過勘測發現該海島上經常刮大風，為什么該海島上生活著的昆蟲多是無翅或殘翅？部分學生的答案是“因為海島上經常刮大風，有翅的昆蟲容易被風吹到海里，而無翅或殘翅的昆蟲，則不會被大風影響，容易存活”。

科學思維水平評價：這類學生單維度地認為自然選擇就是優勝劣汰，但未說明無翅和殘翅的性狀來源，也未對種群的進一步變化做出說明，其思維屬于SOLO層級中的“單點結構”，達到了科學思維水平一的要求。

教師提問：無翅和殘翅的性狀會不會傳給下一代？組織學生自由討論，并發表自己的觀點。學生通過討論認識到雖然一個種群中的個體隨著一代代地死亡，其表型會隨之消失，但是決定表型的基因卻可以通過有性生殖而代代相傳，并且在群體中擴散。教師進一步引導學生明確：研究生物的進化，不能只停留在個體的表型與環境相適應的層面上，還必須研究種群的基因組成及基因變化，也不能停留在性狀水平上，而應深入到基因水平。

（二）基于多點結構問題的科學思維水平二的表現評價

教師指導學生閱讀教材，在學生理解了種群、基因庫、基因頻率等概念的基礎上設計多點結構問題：控制昆蟲殘翅和無翅的基因來自哪里？為什么在該海島上有多種表型的昆蟲？部分學生的答案是“昆蟲在島上繁殖，基因突變產生控制殘翅和無翅的基因，通過基因重組可以產生不同的基因型，從而使昆蟲種群出現有翅、殘翅和無翅等多種表型。而海島上經常刮大風，有翅昆蟲不能適應，容易被風吹入海里，而殘翅和無翅昆蟲則容易生存下來”。

科學思維水平評價：這類學生能把握自然選擇的本質，發現殘翅和無翅昆蟲的生存優勢，同時能說明無翅和殘翅性狀的來源，能從基因水平、種群水平來解釋問題，但未能回答出種群基因頻率的動態變化過程，其思維屬于SOLO層級中的“多點結構”。從學生的回答中可以看出他們能夠多角度地思考問題，但未能闡明生物進化的實質，達到了科學思維水平二的要求。

教師引導學生開展“用數學方法討論種群基因頻率的變化”的活動，組織學生討論。學生通過相互補充，歸納出保證種群基因頻率穩定不變的必備條件：①種群中所有的雌雄個體間都能自由交配；②沒有突變發生；③沒有個體的遷入和遷出；④種群非常大；⑤沒有自然選擇的作用。教師進一步引導學生明確：在自然界中，基因突變和染色體變異是必然發生的，其會引起相應基因頻率的改變，但變化的方向不確定。

（三）基于關聯結構問題的科學思維水平三的表現評價

教師在學生熟悉了解了“可遺傳的變異是生物進化的原材料”這一知識點后，設計關聯結構問題：突變和基因重組以及自然選擇都可以使海島上的昆蟲的基因頻率發生改變，且昆蟲的翅膀會沿著一定的方向進化，那么其進化的方向是由什么決定的呢？部分學生的答案是“海島上的昆蟲由于突變和基因重組產生有翅、殘翅和無翅等多種表型，這些改變種群的基因頻率是隨機的、不定向的。海島經常刮大風，在這種自然選擇的作用下，無翅和殘翅的昆蟲有更多的機會產生后代，其對應基因的頻率會不斷提高，因此自然選擇能使種群的基因頻率發生定向改變，決定生物進化的方向”。

科學思維水平評價：這類學生能從整體上把握現代進化理論，能還原昆蟲翅膀的進化過程，能從基因水平、個體水平、群體水平來綜合解決問題，實現知識的融會貫通，其思維屬于SOLO層級中的“關聯結構”，達到了科學思維水平三的要求。

教師組織學生開展“探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響”的活動，使學生對種群的基因頻率變化產生清晰的認識，并在此基礎上引導學生構建生物進化的解釋模型（見圖1），把握知識間的內在聯系，形成知識的網絡結構，建立知識間的規律性聯系，為學生思維能力的提升奠定基礎。

（四）基于拓展抽象結構問題的科學思維水平四的表現評價

教師創設新情境：“超級細菌”是一種耐藥性細菌，病人因為感染了“超級細菌”而無藥可救，面臨死亡威脅；2010年印度、巴基斯坦等地發現了一類新型“超級細菌”NDM-1，該細菌耐藥性極強，可在全球蔓延；2017年1月，美國一名女性患者感染“超級細菌”，使用了26種抗生素都毫無效果最終不治身亡。

設計拓展抽象結構問題：“超級細菌”的出現與抗生素的濫用之間是否存在關聯？試從現代進化理論角度解釋“超級細菌”耐藥性增強的原因。部分學生的答案是“二者存在正相關的關系。隨著抗生素人均使用量的增加，不耐藥的細菌生存和繁殖的機會減少，耐藥細菌生存和繁殖的機會增加，耐藥性基因在細菌種群中的基因頻率逐漸上升并逐代積累，導致細菌耐藥性增強”。

科學思維水平評價：該類學生能認真分析真實情境，運用現代進化理論解釋現象，闡述自己對具體行為的看法和態度，其思維屬于SOLO層級中的“拓展抽象結構”，達到了科學思維水平四的要求。

教師還可以提供細菌耐藥性逐代增強的資料，讓學生分組討論并闡述細菌的進化過程，啟發學生思考：采取哪些有效措施可以杜絕或者減少抗生素濫用的現象？部分學生的答案是“對細菌耐藥性加強監控，全國各醫療機構及時通報預警信息，加強合作”。

四、SOLO分類理論對科學思維的啟示

教師可以根據整個班級的平均水平，判斷學生的科學思維水平，通過設置有針對性的、循序漸進的問題來組織教學，再運用SOLO分類理論對學生的科學思維水平作出客觀準確的評價，進而為教學提供及時且有效的反饋，促使教學更加契合學生的思維層次水平。

科學思維作為一種抽象思維，本身具有復雜性和內隱性，教師可創設真實情境，通過模型建構、思維導圖等可視化的方式實現科學思維過程外顯化。SOLO分類理論為科學思維水平評價提供了一種操作性強的實踐路徑，通過這種評價路徑教師可以了解學生的科學思維水平，在教學中落實學生科學思維的培養，讓學生實現思維進階。

綜上所述，研究生物學科學思維水平評價的實施路徑是落實“學業評價促發展”理念的重要舉措，基于SOLO分類理論實施生物學科學思維水平評價具有可操作性和普適性。教師可根據學生科學思維水平的評價結果，調整教學方案，實現精準的教學改進，體現教、學、評一致性。

［ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻 ? ］

［1］ ?劉恩山，曹保義.普通高中生物學課程標準（2017 年版2020年修訂）解讀［M］.北京：高等教育出版社，2020.

［2］ ?彼格斯，科利斯.學習質量評價：SOLO分類理論：可觀察的學習成果結構［M］.高凌飚，張洪巖，譯.北京： 人民教育出版社，2010．

（責任編輯 黃春香）