董友軍，彭 歡，皮飛鵬

(1.北京師范大學(xué)廣州實(shí)驗(yàn)學(xué)校，廣東 廣州 510700;2.廣東番禺中學(xué)，廣東 廣州 511483；3.廣州大學(xué) 物理與材料科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510006)

物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任4個(gè)方面. 科學(xué)探究是指基于觀察和實(shí)驗(yàn)提出物理問題，形成猜想和假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂方案，獲取和處理信息，基于數(shù)據(jù)、信息得出結(jié)論并作出解釋，并在科學(xué)探究過程中對(duì)結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估和反思[1]. 在高考物理試卷中，主要通過實(shí)驗(yàn)試題的方式考查學(xué)生的科學(xué)探究能力. 本文依據(jù)SOLO分類理論分析了2021年廣東高考物理實(shí)驗(yàn)試題，明確了高考實(shí)驗(yàn)試題“考什么”和“如何考”等問題，這有助于高中物理教師把握實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方向，深入思考“教什么”和“如何教”，從而使課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)更有方向、更有效率.

1 SOLO分類理論

可觀察的學(xué)習(xí)成果結(jié)構(gòu)(Structure of the observed learning outcome，SOLO)，是教育心理學(xué)家John B.Biggs提出的學(xué)習(xí)質(zhì)量評(píng)價(jià)理論[2]. SOLO分類理論是在皮亞杰發(fā)展階段論基礎(chǔ)上建立起來的，體現(xiàn)了現(xiàn)代心理學(xué)的研究成果，具有嚴(yán)格的理論形態(tài). SOLO分類理論認(rèn)為，學(xué)生回答某個(gè)問題時(shí)所表現(xiàn)出來的思維結(jié)構(gòu)是可以檢測的，而檢測焦點(diǎn)不是回答問題的“量”，而是回答問題的“質(zhì)”. SOLO分類理論根據(jù)學(xué)生回答問題的結(jié)果，把學(xué)生的思維結(jié)構(gòu)分為由淺到深5個(gè)層次：前結(jié)構(gòu)層次、單點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次、多點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)層次、抽象擴(kuò)展結(jié)構(gòu)層次，如圖1所示.

圖1 SOLO分類理論5個(gè)層次

前結(jié)構(gòu)層次是指學(xué)生用一些與問題不相關(guān)的素材進(jìn)行回答；單點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次是指學(xué)生用一項(xiàng)與問題相關(guān)的素材進(jìn)行回答；多點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次是指學(xué)生用多項(xiàng)與問題相關(guān)的素材進(jìn)行回答，但這些素材沒有關(guān)聯(lián)、彼此獨(dú)立；關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)層次是指學(xué)生將多項(xiàng)與問題相關(guān)的素材聯(lián)系起來，形成一個(gè)整體，能夠處理復(fù)雜問題；抽象擴(kuò)展結(jié)構(gòu)層次是指學(xué)生將多項(xiàng)與問題相關(guān)素材綜合分析，歸納抽象出新的假設(shè)，能對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行應(yīng)用與遷移，促使問題的意義得到擴(kuò)展. 前3個(gè)層次主要體現(xiàn)“量”的積累，而后2個(gè)層次追求“質(zhì)”的提升.

SOLO分類理論能夠評(píng)價(jià)學(xué)生的思維結(jié)構(gòu)層次，而高中物理試題需要保證適宜的區(qū)分度，因此它們之間存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系. 本文通過SOLO分類理論對(duì)高考物理實(shí)驗(yàn)試題進(jìn)行研究，既可以明確高考試題的評(píng)價(jià)方向，也可以提高課堂教學(xué)效率.

2 學(xué)業(yè)質(zhì)量水平、科學(xué)探究水平與SOLO層次

學(xué)業(yè)質(zhì)量是學(xué)生在完成本學(xué)科課程學(xué)習(xí)后的學(xué)業(yè)成就表現(xiàn). 高中物理學(xué)業(yè)質(zhì)量根據(jù)問題情境的復(fù)雜程度、知識(shí)和技能的結(jié)構(gòu)化程度、思維方式或價(jià)值觀念的綜合程度等可劃分為不同水平. 每一級(jí)水平皆包含物理學(xué)科核心素養(yǎng)的4個(gè)方面，主要表現(xiàn)為學(xué)生在不同復(fù)雜程度情境中運(yùn)用重要概念、思維、方法和觀念等解決問題的能力[1]. 高中物理學(xué)業(yè)質(zhì)量分為5個(gè)水平，是教師命題和評(píng)價(jià)學(xué)生的重要依據(jù)，也是高中學(xué)業(yè)水平考試命題的重要依據(jù)，其中學(xué)業(yè)質(zhì)量水平2是用于“學(xué)考”的命題依據(jù)，學(xué)業(yè)質(zhì)量水平4是用于“高考”的命題依據(jù)[1]. 另外，新課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)科學(xué)探究也進(jìn)行了5個(gè)水平的劃分[1]，表1給出了學(xué)業(yè)質(zhì)量水平、科學(xué)探究水平與SOLO層次之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系.

表1 學(xué)業(yè)質(zhì)量水平、科學(xué)探究水平與SOLO層次的對(duì)應(yīng)關(guān)系

3 基于SOLO分類理論的實(shí)驗(yàn)試題分析

高考實(shí)驗(yàn)試題的設(shè)問，是按照單點(diǎn)結(jié)構(gòu)、多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)、抽象拓展結(jié)構(gòu)循序漸進(jìn)，并呈現(xiàn)出從易到難趨勢. 首問比較容易，一般是單點(diǎn)結(jié)構(gòu)或多點(diǎn)結(jié)構(gòu)；末問比較難，一般是關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)或抽象擴(kuò)展結(jié)構(gòu). 設(shè)問主要集中在多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，抽象擴(kuò)展結(jié)構(gòu)比較少，具體情況如表2所示. 因此高考實(shí)驗(yàn)試題的難度中等偏易，有助于減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，同時(shí)引導(dǎo)教師帶領(lǐng)學(xué)生完成所有課標(biāo)必做實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)的完整過程，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力和創(chuàng)新能力.

下面以“2021年廣東高考物理實(shí)驗(yàn)試題”為例，探索基于SOLO分類理論的試題分析與教學(xué)策略.

11．某興趣小組測量一緩沖裝置中彈簧的勁度系數(shù). 緩沖裝置如圖2所示，固定在斜面上的明有機(jī)玻璃管與水平面夾角為30°，彈簧固定在有機(jī)玻璃管底端. 實(shí)驗(yàn)過程如下：先沿管軸線方向固定一毫米刻度尺，再將單個(gè)質(zhì)量為200 g的鋼球(直徑略小于玻璃管內(nèi)徑)逐個(gè)從管口滑進(jìn)，每滑進(jìn)一個(gè)鋼球，待彈簧靜止，記錄管內(nèi)鋼球的個(gè)數(shù)n和彈簧上端對(duì)應(yīng)的刻度尺示數(shù)Ln，數(shù)據(jù)如表3所示. 實(shí)驗(yàn)過程中彈簧始終處于彈性限度內(nèi). 采用逐差法計(jì)算彈簧壓縮量，進(jìn)而計(jì)算其勁度系數(shù).

表2 設(shè)問的SOLO層次

圖2 題11圖

表3 題11數(shù)據(jù)表

3)忽略摩擦，重力加速度g取9.80 m/s2，該彈簧的勁度系數(shù)為____N/m(結(jié)果保留3位有效數(shù)字).

分析：

1)設(shè)問1是求ΔL3. 把已知L6=18.09 cm,L3=12.05 cm代入ΔLi=Li+3-Li(i=1，2，3)即可求得ΔL3=6.04 cm. 本設(shè)問只是“對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理”，屬于單點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次.

12．某小組研究熱敏電阻阻值隨溫度的變化規(guī)律. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要已選用了規(guī)格和量程合適的器材.

1)先用多用電表預(yù)判熱敏電阻阻值隨溫度的變化趨勢. 選擇適當(dāng)倍率的歐姆擋，將兩表筆____，調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕，使指針指向右邊“0 Ω”處. 測量時(shí)觀察到熱敏電阻溫度越高，相同倍率下多用電表指針向右偏轉(zhuǎn)角度越大，由此可判斷熱敏電阻阻值隨溫度的升高而____.

2)再按圖3連接好電路進(jìn)行測量.

①閉合開關(guān)S前，將滑動(dòng)變阻器R1的滑片滑到____端 (選填“a”或“b”).

圖3 題12圖

將溫控室的溫度設(shè)置為T，電阻箱R0調(diào)為某一阻值R01. 閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R1，使電壓表和電流表的指針偏轉(zhuǎn)到某一位置，記錄此時(shí)電壓表和電流表的示數(shù)、T和R01. 斷開開關(guān)S.

再將電壓表與熱敏電阻C端間的導(dǎo)線改接到D端，閉合開關(guān)S. 反復(fù)調(diào)節(jié)R0和R1，使電壓表和電流表的示數(shù)與上述記錄的示數(shù)相同，記錄此時(shí)電阻箱的阻值R02，斷開開關(guān)S.

②實(shí)驗(yàn)中記錄的阻值R01____R02(選填“大于”、“小于”或“等于”)，此時(shí)熱敏電阻阻值RT=____.

3)改變溫控室的溫度，測量不同溫度時(shí)的熱敏電阻阻值，可以得到熱敏電阻阻值隨溫度的變化規(guī)律.

分析：

1)設(shè)問1是文字填空“將兩表筆____”. 本設(shè)問的前面“選擇適當(dāng)?shù)臍W姆擋”與后面“調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕”之間的邏輯性不強(qiáng)，需要學(xué)生親自做過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，并記住該實(shí)驗(yàn)步驟，才能夠填出正確結(jié)果為“短接”，即“能根據(jù)已有科學(xué)探究方案，使用基本器材獲得數(shù)據(jù)”，屬于多點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次.

2)設(shè)問2也是文字填空“由此可判斷熱敏電阻阻值隨溫度的升高而____”. 要正確回答本設(shè)問，需要知道多用電表的指針開始停在表盤最左邊，表示電阻為無窮大，當(dāng)指針向右邊偏轉(zhuǎn)時(shí)，表示電阻減小. 學(xué)生通過觀察到熱敏電阻溫度越高，相同倍率下多用電表指針向右偏轉(zhuǎn)角度越大，即可以判斷出熱敏電阻阻值隨溫度的升高而減小. 要能正確回答本設(shè)問，同樣需要學(xué)生親自做過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，并記住多用電表刻度盤數(shù)據(jù)與指針偏轉(zhuǎn)規(guī)律，才可以填出正確結(jié)果為“減小”，該過程對(duì)應(yīng)“能根據(jù)已有科學(xué)探究方案，使用基本器材獲得數(shù)據(jù)”，屬于多點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次.

3)設(shè)問3是2選1的選擇填空“閉合開關(guān)S前，將滑動(dòng)變阻器R1的滑片滑到____端(選填“a”或“b”)”. 要選出正確選項(xiàng)b，就需要看懂滑動(dòng)變阻器的連接結(jié)構(gòu)，才能保證在閉合開關(guān)S前，讓滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻值最大，即“能根據(jù)已有科學(xué)探究方案，使用基本器材獲得數(shù)據(jù)”，屬于多點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次.

4)設(shè)問4是3選1的選擇填空，設(shè)問5是求熱敏電阻阻值RT的表達(dá)式. 要選出設(shè)問4中的正確選項(xiàng)，要先求設(shè)問5. 這需要學(xué)生知道電壓表、電流表、電阻箱的測量原理，并記住部分電路歐姆定律，串、并聯(lián)規(guī)律，理解電路結(jié)構(gòu)，才能夠得出：u=I(RA+R01),u=I(RA+R02+RT)，從而求得設(shè)問5的正確答案是RT=R01-R02，進(jìn)而得出設(shè)問4的正確選項(xiàng)是“大于”. 該過程對(duì)應(yīng)“能分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其中規(guī)律，形成合理的結(jié)論，用已有物理知識(shí)進(jìn)行解釋”，屬于關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)層次.

4 基于SOLO分類理論的教學(xué)策略

策略是指在不同條件下，為達(dá)到不同目標(biāo)所采用的方式、方法、媒體的總和. 教學(xué)策略是指在教學(xué)過程中，為了完成教學(xué)目標(biāo)，依據(jù)教學(xué)的主客觀條件，特別是學(xué)生的實(shí)際情況，對(duì)所用的教學(xué)順序、活動(dòng)程序、組織形式、教學(xué)方法和教學(xué)媒體等的總和[3]. 通俗地說，教學(xué)策略就是教師在各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)所遵循的思想和方法. 根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)試題的SOLO分類理論分析，本文在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面提出以下教學(xué)策略.

4.1 用“器材發(fā)散”突破單點(diǎn)結(jié)構(gòu)試題

器材是物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，沒有器材就沒有實(shí)驗(yàn). 做實(shí)驗(yàn)離不開器材的選取與使用，如測量同1個(gè)物理量，可選用不同器材[4]. 例如測量長度，可以選用傳統(tǒng)器材——米尺、卷尺等，也可以選用現(xiàn)代器材——螺旋測微器、游標(biāo)卡尺、位移傳感器、聲納、雷達(dá)等. 通過選用不同實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行測量，既可以使學(xué)生熟悉各種器材的操作規(guī)范，也可以拓寬學(xué)生的視野，從而突破單點(diǎn)結(jié)構(gòu)試題.

4.2 用“原理中心”突破多點(diǎn)結(jié)構(gòu)試題

4.3 用“知識(shí)整合”突破關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)試題

知識(shí)整合也稱知識(shí)系統(tǒng)化，即把有關(guān)聯(lián)的知識(shí)組合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，既有利于學(xué)生對(duì)已有知識(shí)的理解深化，也有利于頭腦中的新舊知識(shí)相互作用. 知識(shí)系統(tǒng)化后不僅有利于學(xué)生理解新知識(shí)，還有利于激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知潛力，并能夠培養(yǎng)學(xué)生用深入聯(lián)系的眼光看待事物. 知識(shí)之間是相互聯(lián)系的，通過知識(shí)整合，讓知識(shí)之間的聯(lián)系更清晰，有助于學(xué)生靈活應(yīng)用物理知識(shí)，突破關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)試題. 如測量燈泡的伏安特性曲線，可以整合相關(guān)的電壓、電流、電阻、電熱、電功率等知識(shí)，如表3所示.

表3 電壓、電流、電阻、電功、電熱、電功率之間的關(guān)系

4.4 用“方法遷移”突破抽象擴(kuò)展結(jié)構(gòu)試題

實(shí)驗(yàn)教學(xué)要以科學(xué)方法中心論為指導(dǎo)，構(gòu)建知識(shí)邏輯結(jié)構(gòu)，如圖4所示，從科學(xué)現(xiàn)象出發(fā)，須經(jīng)過科學(xué)方法的加工整理才能獲得科學(xué)知識(shí). 科學(xué)方法是科學(xué)現(xiàn)象通達(dá)科學(xué)知識(shí)的必經(jīng)之路，學(xué)生只有掌握科學(xué)方法，才能快捷地獲取科學(xué)知識(shí). 科學(xué)方法可分為學(xué)科方法和思維方法. 學(xué)科方法包括獲得知識(shí)的方法和應(yīng)用知識(shí)的方法，屬于強(qiáng)認(rèn)知方法，體現(xiàn)學(xué)科特點(diǎn)，可遷移性弱；思維方法包括邏輯思維方法和非邏輯思維方法，屬于弱認(rèn)知方法，貫穿各門學(xué)科，可遷移性強(qiáng). 高考實(shí)驗(yàn)試題，源于教材也高于教材，學(xué)生能從教材的實(shí)驗(yàn)題目中得到解題啟發(fā)，找到解題方法. 所以教師在教學(xué)中，要認(rèn)真完成教材中的所有實(shí)驗(yàn)講授，包括學(xué)生實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)，既要向?qū)W生講授實(shí)驗(yàn)本身的原理，也要向?qū)W生介紹實(shí)驗(yàn)器材的原理；既要求學(xué)生動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)，也要求學(xué)生掌握數(shù)據(jù)處理方法. 如題11中的設(shè)問4，用逐差法求彈簧壓縮量，用正交分解法、二力平衡法求彈簧彈力. 通過方法的總結(jié)歸納，讓學(xué)生掌握方法的一般性規(guī)律，實(shí)現(xiàn)方法遷移，從而突破抽象擴(kuò)展結(jié)構(gòu)試題.

圖4 知識(shí)邏輯結(jié)構(gòu)

5 結(jié)束語

本文討論了SOLO分類理論的層次與科學(xué)探究水平的對(duì)應(yīng)關(guān)系，采用SOLO分類理論分析高考實(shí)驗(yàn)試題，不僅可以把握高考命題的特點(diǎn)與趨勢，還可以指導(dǎo)高中實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方向，了解高考實(shí)驗(yàn)試題的難度，從而達(dá)到理順教考關(guān)系，實(shí)現(xiàn)“以考促教、以考促學(xué)”的目的[6]，并促進(jìn)立德樹人根本任務(wù)的落實(shí)，培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)考核心素養(yǎng).