基于SOLO分類理論的思維層次與學生成績相關度研究

申 燕 謝新民 解慕宗

摘要： SOLO分類理論是一種重要的描述學生思維操作水平的方法。通過對2017年深圳市“四校聯考”化學試題思維層次結構分析，根據近五年新課標Ⅰ卷化學必做題的SOLO層次統計結果，討論分析結果的科學性。結合學生在此次考試中的成績表現，探索SOLO分類理論的四個思維層次和學生成績的相關度，為科學備考提供合理化建議。

關鍵詞： SOLO分類； 高考化學； 相關度； 復習備考

文章編號： 10056629（2018）8002504 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

《普通高中化學課程標準（2017年版）》倡導基于化學學科核心素養的評價[1]。在此背景下，高考化學試題將加強化學思維能力的考查，力求區分不同思維層次的學生，關注學生化學核心素養的發展狀況。運用SOLO分類理論和皮爾遜相關系數兩大工具分析試題與成績，研究學生的思維層次與成績的相關度，有利于發揮高考試題的導向作用，促使“教、學、評”一體化，發展學生化學核心素養。

1 SOLO分類理論概述

1982年，澳大利亞教育心理學家比格斯（John B. Biggs）和卡利斯（Kevin F. Collis）提出SOLO分類理論[2]，“SOLO”是英文“Structure of the Observed Learning Outcome”的縮寫，意為“可觀察的學習成果結構”。該理論是以等級劃分為基礎來描述學生的思維操作目標，評價學生的學習質量。根據學生解決學習任務時的表現，SOLO分類理論將學生的思維水平從低到高分為五個結構層次： （1）前結構水平（Prestructural，簡稱“P”）： 學生未掌握解決問題的簡單知識，找不出任何解決問題的辦法；（2）單一結構水平（Unistructural，簡稱“U”）： 學生能找到解決問題的一個線索或信息，并根據該線索或信息解決問題；（3）多元結構水平（Multistructural，簡稱“M”）： 學生能找到解決問題的多個線索或信息，但無法進行有機整合；（4）關聯結構水平（Relational，簡稱“R”）： 學生能找到解決問題的多個要點之間的關聯，并整合信息解決復雜問題；（5）拓展抽象水平（Extended abstract，簡稱“E”）： 學生能夠超越問題本身形成個性化的推理方式，并能概括出若干抽象特征。

從“前結構”到“拓展抽象”五個水平對學生思維層次的要求逐漸遞增，前結構和單一結構屬于低階思維，多點和關聯結構則為中階水平，拓展抽象結構水平則屬于高階認知[3]。運用SOLO分類理論可觀測學生的學習結果，判斷學生的認知水平。下文以2017年深圳市“四校聯考”理綜化學試題為例，收集考試數據，運用皮爾遜相關系數，研究思維層次與學生成績的相關度。

2 試題思維層次水平的SOLO分類

按照SOLO分類理論的基本思路，通過分析學生答題時經歷的思維操作階段，判斷學生的思維層次水平。鑒于“前結構水平”在具體試題中無法體現和測量[4]，故筆者只選取U、 M、 R、 E四種水平對2017年深圳市“四校聯考”化學必做試題的SOLO思維層次進行分析。

為了提高研究的可信度，研究過程中請3位理論經驗豐富的高三一線教師對必做試題進行SOLO思維層次的評定，并運用SPSS 19.0軟件進行評定者之間的信度分析。在23個設問點中，3位評定者評定結果完全相同的設問點有20個，占總數的87%。對于評定結果不一致的3個設問點，由于不存在3位評定者的SOLO分類結果完全不一致的情況，先由未取得一致的評定者闡述理由，再經過3位評定者共同研討得出最終的SOLO層次。信度分析的結果顯示3位評定者對23個設問點進行SOLO評定的肯德爾和諧系數（Kandall coefficient of concordace）W為0.858，達到了顯著水平，說明評定者對設問點的SOLO層次認定一致性好，結果可信[5]。

表1數據顯示此次“四校聯考”化學必做試題部分，涵蓋了SOLO分類的四個層次水平，較為全面地體現了SOLO的思維梯度，該試卷可用于不同思維層次學生的區分和甄別。R和M層次的試題數目最多，分別占總分值（總分計85分，不統計選做題）的32.9%和40.0%，U層次為15.3%，E層次最少為11.8%。其中，U和M層次的試題均考查學生對基礎知識的掌握情況，M比例較大，說明多維度考查學生知識水平的題目較多，綜合性較強，與高考試題的命制特點相吻合。R和E層次的試題考查學生的知識運用能力，R層次的試題所占比例最高，說明此次考試要求學生具備較強的知識整合能力、問題解決能力。E層次的試題往往涉及復雜化學計算、陌生情境下的問題解決，解決這些問題難度很大，要求學生基礎知識扎實、綜合素養較高，體現出了考試的選拔性。

3 SOLO思維層次與學生理科成績相關度分析

3.1 SOLO思維層次與化學成績的相關度分析

在統計學中，皮爾遜相關系數[6]（Pearson correlation coefficient）常用于度量兩個變量X和Y之間的相關性（線性相關），一般用r表示，其值介于-1與1之間，|r|越接近于1，表明兩變量相關程度越高，它們之間的關系越密切。應用該相關系數可探索SOLO思維層次（U、 M、 R、 E）四個等級與學生此次“四校聯考”化學總成績的相關度，探討與學生化學成績相關度最高的思維層次。經過數據處理（見圖1），發現M、 R等級水平和學生的化學成績高度相關，而U等級水平和學生的化學成績中度相關，相關度最低的是E等級水平。

從公式學生成績=∑（X等級所占分值×X等級平均得分率）（X=U、 M、 R、 E）可知，學生的成績由各等級所占分值和平均得分率共同決定。若該等級所占分值高且平均得分率高，則該SOLO思維層次與化學總成績相關度隨之變高。學生各個等級的得分率情況如圖2所示。

綜合分析相關度和學生的平均得分率可知： U等級和M等級的平均得分率基本相當，但由于M等級所占分值（28分）高于U等級所占分值的（13分）兩倍，因此，M等級和學生成績的相關度高于U等級；M等級所占分值（28分）和R等級所占分值（34分）很接近，但M等級的平均得分率（70%）約為R等級平均得分率（42%）的1.7倍，因此M等級和學生成績的相關度高于R等級；U等級和E等級所占分值也很接近，但U等級的平均得分率（73%）約為E等級（45%）的1.6倍，因此U等級與學生成績的相關度高于E等級。

3.2 三類考生SOLO思維層次與化學成績的相關度分析

由于本次考試的考生是深圳市最優秀的學生群體，基于深圳市歷年高考大數據，將學生在此次聯考化學學科的成績表現劃分為A、 B、 C三類。A類考生指化學單科分數達到全市前5%的學生（考生的前38%），該類學生有希望報考“雙一流”院校；B類考生指化學單科分數到達重點本科化學單科有效分的學生（約38%～74%），C類考生指化學單科分數未達重點本科化學單科有效分的學生（考生的后26%）。

為了深入研究SOLO思維層次與化學成績的相關度，統計A、 B、 C三類考生在SOLO思維層次四個等級的得分率情況（見圖3）和離均差率情況（見圖4），分析學生群體差異，為精準復習備考提供建議。

由圖3可知，A類到C類考生在四個思維等級的得分率基本呈現逐漸下降的趨勢，體現出四個層次對考生思維的要求進階提升。唯一反常的是E等級的得分率較R等級略有上升，尤其是C類考生更為明顯，主要原因是該等級所占分值較少（10分），且選擇題的比重較大（60%），導致該部分的得分存在一定的偶然性偏差。該現象進一步佐證了E等級與化學成績的相關度最低。

此外，我們對三類考生在SOLO思維層次四個等級的離均差率（離均差率=得分-均分均分）進行了統計，旨在充分挖掘三類考生之間的成績差異。從圖4可以看出，A類考生的四個思維等級均高于平均水平，其中R等級優勢較為明顯；B類考生僅有U等級略高于平均水平，M、 R、 E等級均低于平均水平，且U、 M、 R、 E四個思維層級與均值的偏離度越來越大；C類考生的四個思維等級均低于平均水平，其中R等級與平均水平的差距最大。可見對于A、 C類考生而言，學生在R思維水平的表現與其成績的相關度極高，復習備考中應關注學生思維的關聯性。

4 思考與啟示

將SOLO分類理論應用于高考模擬試題的題目分類研究，為試題研究提供了全新視角，使學生答題時所反映出的思維操作水平可以被觀測評價。SOLO思維層次與學生各科成績的相關度研究能指引教師科學命題，引導學生精準備考，為高三化學的教與學提供了理論參考。

4.1 C類學生： 復習備考需扎根于認知結構——從U到M的量變

對于C類學生而言，U等級的得分低于平均分較為明顯，復習時應著力發展U等級和M等級的思維水平。化學知識點數量眾多，尤其是在一輪復習的初始階段，C類學生的知識“庫存”很少，思維尚處于單一結構（U）水平。在此背景下，復習備考的重要工作之一是增加學生的知識儲備，豐富學生的認知結構，然而直接將知識灌輸給學生易導致“消化不良”，即使通過多次考試和練習依然收效甚微。為此，教師應精心設計教學過程，扎根于學生的認知結構，將孤立的知識要素進行有意義的統整，引導學生將知識以情境化的方式存儲于記憶中。授課時可在認知結構的節點上有效發問、不斷追問，引發認知沖突，學生自主同化或順應形成的新認知結構將具備普適性和耐震性[7]。復習備考中扎根學生的認知結構，將在潛移默化中使學生的思維層次經歷從“U”到“M”的量變。

4.2 B類學生： 復習備考應著眼于劣構問題——從M到R的質變

對于B類學生，U等級為平均水平，從M等級開始略低于平均水平，R和E等級更為明顯，B類學生能否將思維層次提升到R等級是成績提升的關鍵所在。隨著復習的深入，學生的知識儲備逐漸變多，但許多學生陷入了“上課一聽就懂，考試一做就錯”的怪圈。究其原因，學生以孤立、零散、碎片的形式將大量知識儲存于記憶中，遇到陌生問題時只會機械化地運用碎片化知識解決淺層問題，但無法在新舊知識之間建立聯系。為此教師需調整教學策略，基于結構分散、規則冗雜的劣構問題設計教學，引導學生尋找知識的關聯，主動建構知識的內涵，發展高階思維。著眼于劣構問題的復習備考，加上教師恰到好處的引導，能幫助學生的思維層次實現從M到R的質變。高考重點考查且與各科成績均密切相關的是M和R思維層次，故復習中從量變到質變的過程意義重大。

4.3 A類學生： 高考備考當立足于深度批判——從R到E的蛻變

對于A類學生，R思維水平遠遠高出平均水平，但是E思維卻又出現下跌狀態，這類考生需關注R到E的蛻變。拓展抽象層次的高考試題情境新穎、陌生感強，對學生的思維品質提出了很高的要求。面對陌生而多樣化的信息載體，若復習備考中立足于深度批判，學生能在教師的循循善誘下深層思考、深度質疑，在思維的激烈碰撞中刨根問底、求同存異，逐漸形成解決問題的思路和方法，最終認知沖突達到平衡，形成托爾曼的“認知地圖”[8]。經歷深度批判過程，學生的元認知能力到達高水平，思維層次將實現從R到E的蛻變。

總之，基于SOLO分類理論和皮爾遜相關系數，研究思維層次與學生成績相關度，可以對學生的思維層次進行可視化測評，為科學、精準、個性化的復習備考提供理論依據和實踐指導。

致謝： 感謝深圳市化學教研員吳運來老師在論文寫作過程中給予的數據支持和悉心指導！

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京： 人民教育出版社，2018.

[2]Biggs J B， Collis K F. Evaluating the Quality of Learning： The SOLO Taxonomy （Structure of the Observed Learning Outcome） [M]. New York： Academic Press， 1982.

[3]林建芬，陳博殷，黃碧蕓，胡佳娜.基于SOLO分類理論探討化學核心概念的學習進階與教學銜接——以人教版“中和反應”為例[J].化學教學，2016，（11）： 24～28.

[4]余昭，王后雄.2015年新課標Ⅰ高考化學試卷分析——基于SOLO分類法的試題研究[J].化學教與學，2015，（11）： 1～4.

[5]趙雪，畢華林.基于SOLO分類理論的高考化學主觀題的結構分析[J].化學教育，2016，（13）： 35～41.

[6]唐力，況夢佛，熊廣星.化學教育測量[M].南寧： 廣西師范大學出版社，1989.

[7]王春陽.促進深度學習的化學課堂教學研究[J].化學教育，2017，（9）： 34～37.

[8]丁沙，謝潔純，李佳，汪朝陽.基于SOLO分類理論的問題鏈在化學教學中的應用[J].化學教學，2017，（3）： 54～57.