SOLO 分類下的學生自主創新實驗評價與教學

李 進 湯金波

（1.南京師范大學附屬中學仙林學校初中部，南京 210000；2.南京師范大學附屬中學樹人學校，南京 210000）

學生是學習的主體，提高學生的自主學習能力是教學的重要任務，物理學科又是以實驗為基礎、以創新為目標的學科。基于以上認識，學生自主創新實驗被作為一種“常態化”的物理課堂教學模式，由湯金波老師首倡，經過多名教師近十年的課堂教學實踐，現已證實該模式下學生學習物理的興趣濃厚、成績和能力均大幅提高。［1］實踐中還發現學生自主創新實驗教學完全符合佐藤學的“三種對話”理論：學生自主創新實驗教學中，課前學生自主完成教師布置的實驗作業，即與自然世界對話；課上再以實物、視頻、書面報告等的形式展現，并通過師生、生生對話對實驗作業進行糾錯、改進，即與他人對話；課后學生對實驗作業中的問題或經驗作深刻反思，并進一步創新，即與自己對話。因此，在學生自主創新實驗模式下的物理課堂教學中，學生經歷真實踐、真探究、真思考，學生的各項物理學科核心素養能得到不斷提升。

當然，學生的自主學習能力、創新能力以及動手操作能力，概括與表述能力都不可能“自然發展”。怎么衡量學生的自主創新實驗的水平？怎么幫助學生有向有序進階提升自主創新實驗能力呢？一方面需要用SOLO 分類法建立一個用來衡量的標準，保證學生的能力水平標度統一和準確測量；另一方面需要教師有計劃有步驟地培育學生的各項能力發展。

一、SOLO 分類評價法簡介

“SOLO”是 Structure of the Observed Learning Outcome 的縮寫，可譯為可觀察到的學習結果的結構。SOLO 分類評價法是對皮亞杰的認知發展階段理論的可操化處理，把學生的思維水平從簡單到復雜、從具體到抽象按照由低到高的次序設置5 個層次：前結構水平（P）、單點結構水平（U）、多點結構水平（M）、關聯結構水平（R）和抽象拓展結構水平（E）（如圖1 所示）。SOLO 分類理論的前三種思維水平屬于量的積累，而后兩種思維水平屬于質的飛躍，各思維水平之間的關系可以形象地用圖1 來表述［2］。

圖1 SOLO 思維層次

在SOLO 思維層次分類的視角下，不難發現初次接觸物理的學生思維水平大多處于單點結構，只有通過指導，才能實現大多數學生的思維水平上升到多點結構和關聯結構，繼而達到拓展抽象結構。幫助低水平的學生完成向高水平結構的過渡，需要巧妙設計教學方法。學生自主創新教學模式的出現，為學生實驗探究能力進階教學提供了參考。

二、學生自主創新實驗能力水平分級評價

從教、學、評相統一的角度看，對學生自主創新實驗能力水平按照一定的標準進行分級，有利于教學實施，有助于教師審視學生能力發展的過程，能幫助學生有目標地進階性提升自身能力。學生自主創新實驗能力水平分級的具體操作步驟如下：

1.依據SOLO 分類理論及學生自主創新實驗特點確定評價級別

學生自主創新實驗中學生的“玩實驗”一般要經歷仿、展、疑、釋、創等學習環節，其中仿屬于前結構水平，顯然不能讓學生止步于簡單的仿，教師要運用和發揮“欲言又止、一知半解、將錯就錯、袖手旁觀”等教學“藝術”手段繼續引導學生玩中有樂、玩中有獲，從而實現學習能力進階。過去很長一段時間，教師都是憑借多年教學積累的豐富經驗來判斷學生的能力水平，促使進階的方法、方式有隨機性。高水平教師的引導堪稱藝術，然而不是所有老師都有著豐富的經驗，需要一個相對標準化的甄別與培優的體系，供更多教師在教學中參考。SOLO 分類法為學生自主創新實驗能力水平分級提供了重要依據，如表1 所示，學生自主創新實驗的5 個評價級別向上與SOLO 的5 個思維層次以及課程標準中認知要求相對應，向下與學生自主創新實驗的教學流程和學生學習環節一致。其具體內容有：無中生有、有中取優、優中求全、全中能聯、聯中得創。

表1 學生自主創新實驗評價級別及其教學環節與SOLO 思維層次對應關系

學生自主創新實驗的5 個級別雖然是以階梯式呈現的，但是也是融合的。學生進階的過程可以是連續的梯進，也可以是非連續的躍進。其中“無中生有”對應著SOLO 思維層次的前結構水平，這一水平雖然處于基礎地位，但不可或缺，學生是否有自主性主要體現在此，該級別對學生實驗作業的全面性、精致度、關聯度要求都不高，只要學生積極思考，按時完成教師布置的任務，都應給予鼓勵；學生自主學，但不是獨自學，“有中取優、優中求全、全中能聯”這幾個級別的評價與進階都是課堂交往中實現的，這是課堂教學的意義所在，是教師、同學的存在價值所在。教師引導學生從全面性、精致度、關聯度等方面，讓學生把自己的實驗作業與本班其他同學的實驗作業比較，還可以與其他班同學的實驗作業，甚至往屆優秀作業對比，從而發現自己作業中存在的不足或優點；“聯中得創”是最高級別的，對于學生個體來說，由于學習時間有限，根據課標的要求，確實也沒有必要每個實驗作業都達到這一級別，只要在一段時間內，有一兩個最高級別的作業就可以認定水平達到了該級別。

2.編制、預試、修訂評價工具，選擇合適的測量手段和統計方法

學生的認知發展是有規律的，教學工作也是有課程標準的，所以教師不可以主觀地強制學生超越認知能力，隨意提高認知要求。但是對于學生個體來說，認知發展水平是有差異的，有必要讓學生個體根據自身的能力、興趣、意愿自主選擇進階的跨度和速度，這就需要有一個科學的評價體系客觀地存在。那么，編制、預試、修訂量化評價表等工具，選擇合適的測量手段和統計方法顯得尤為重要了。

表2 學生自主創新實驗水平量化評價體系

每個等級都設置5 個衡量指標，每完成1 項指標得1 分，得3 分及3 分以上方可認定達到該級別。當然，這些衡量指標要更加科學，還需要在實際運用中不斷地完善，也需要借助具體的測量數據作為支撐，教師不能主觀臆斷。

3.收集各種數據，分析處理數據，得出能為教學決策服務的結論

設定了衡量指標后，還需要收集學生在自主創新實驗活動中的各種數據。一方面要獲取教學活動中的基礎數據，比如，作業完成的時間、次數，實驗視頻的時長，實驗作品的成本，課前、課上、課后交流的時間、交流的廣度等數據；另一方面，實際操作中，還有很多工作要做，教師要充分用好信息技術以及學生分組等手段，還要運用SOLO 分類法編制問題串、課堂習題或質量檢測試題等，可以更加快捷地獲取學生的自主創新實驗能力水平數據。

在教學中，教師要對評價的結果進行認真分析，從不同的角度找出因果關系，確認產生的原因，把評價和指導結合起來，并通過及時的、具體的、啟發性的信息反饋，使學生在獨立地觀察、質疑、實驗、分析和交流等行動中達成學習目標。

三、學生自主創新實驗進階教學流程

在核心素養理念下，物理教學中培養學生的科學探究能力是非常有必要的。科學探究又分為實驗探究和推理論證。初中物理教學應以實驗探究為主，逐步提升學生的推理論證能力。高中物理教學，在實驗探究的基礎上進一步加強推理論證能力。學生自主創新實驗教學模式不僅可以在初中物理課堂教學運用，在高中物理課堂教學中也可以發揮作用。學生進入自主研究的狀態后，人為劃分的學段已經沒有實際意義了，也就是說學段劃分是針對群體統計的結果，對于學生個體的進階不能受限于學段的劃分。下面以一個可以跨越初高中的探究活動“探究滑動摩擦力大小影響因素”為案例，談一下學生自主創新實驗進階教學的一般流程。

1.實驗任務布置

在單元教學設計下，實驗作業一般以開放性問題為主，通常在上課前的周末發布，給學生做實驗留足時間。如摩擦力無處不在，通過實驗探究滑動摩擦力大小與哪些因素有關，對我們深入認識摩擦力有著重要意義。同學們，請你課前利用自己身邊的實驗器材、生活物品自主設計一個小實驗研究一下吧！注意要翔實記錄實驗情況，及時在學習群中發布或把實驗實物帶至課堂上展示哦！

2.收集整理，展示作業

學生的實驗作業大多數會以視頻的形式發布在群中，或直接發送給教師。收集學生的每一個實驗作業是教師必做的工作。學生的實驗作業“從無到有”是一個了不起的成績，如果不收集、不回應、不評價，學生就會懈怠，能力難以進階。收作業后可以按照班級存放，也可以按照實驗名稱存放。實際教學中發現，學生完成實驗作業的情況有原創的，也有模仿的，有積極及時的，也有疲于應付的，所以要及時整理，對學生的實驗作業按照學生自主創新實驗水平量化評價體系初定等級，并發現學生實驗中存在的問題，找到實驗作業中的不足或亮點。

3.組織學生對展示的實驗作業糾錯

挑選好典型實驗作品，即“有中選優”。挑選時，尤其要留意能體現學生達到多點思維結構層次的實驗作業，針對這類作業設計好問題串，以備課堂上組織學生研討。例如，探究滑動摩擦力大小的影響因素中，不同的學生交的作業不同，有專注于怎么保證摩擦力測量更準確問題的，有專注于如何保證作為研究對象的物塊勻速直線運動的，還有試圖更加快捷地改變研究變量的。

然而，學生的實驗作業大多是有問題的，甚至有明顯的科學性錯誤，這就需要組織學生對展示的實驗作業進行糾錯。如圖2 所示，有學生認為把物塊下的木板的一端支起來，物塊對木板的壓力減小了，其他操作不變，也可以探究滑動摩擦力大小與壓力有關。顯然這樣做是有問題的，如果是在初中階段，壓力為什么減小是難以解釋的，何況這個時候彈簧測力計測得值不是摩擦力的大小。如果放到高中階段，研究這個實驗的價值更大。所以，組織糾錯活動，教師挑選實驗資源要根據學情以及教學需要來定。

圖2 探究滑動摩擦力大小與壓力有關

4.頭腦風暴，組織學生改進實驗作業

上述有問題的實驗，對于初中學生來說，不必從理論上深究，運用好的話倒是可以充分顯示學生自主創新實驗的魅力。筆者在教學中，組織過學生討論這一實驗的改進，意想不到的是有學生提出了兩個創新方案：一是把重物分兩次放在水平和傾斜的放置較長的塑料尺上，根據觀察塑料尺的形變程度驗證了壓力大小是變化的；二是如圖3 所示，在物塊下面放置幾支圓珠筆芯，變滑動為滾動，大大減小摩擦力至可忽略的程度，先測量出重力沿斜面向下的分力大小，然后用原來沿斜面拉物塊的拉力大小減去重力沿斜面向下的分力大小，得出斜面傾斜時，物塊勻速直線運動時受到木板對其的摩擦力大小，從而發現滑動摩擦力大小與壓力大小的關系。雖然，這樣的改進還沒有教材上原實驗簡便，但是意義大有不同。已經顯示出學生的多點結構思維水平向關聯思維的水平發展了。

圖3 探究滑動摩擦力大小與壓力有關實驗改進

5.指向深度學習，引導創新

根據SOLO 思維層次分類法可知，思維發展的最高層次是抽象拓展結構層級，與之對應的是學生自主創新實驗的創新層級。這需要教師的引導，讓學生逐步走向深度學習。當然，不是一定要所有學生把所有實驗都搞出創新的作業，但是只要本著科學進階教學的原則，創新作業是有的，也會給教師和學生帶來驚喜。本文僅就探究滑動摩擦的影響因素實驗，筆者在堅持實踐學生自主創新模式教學中，收集整理了多個方面創新：（1）實驗研究的問題有新意，如利用DIS 傳感器研究摩擦力速度溫度三者關系；［3］（2）實驗方案有新意，用一只籃球鞋和一只足球鞋研究摩擦力與粗糙程度的關系等；（3）實驗器材新穎獨特，如用傳送帶研究摩擦力大小與速度的關系等。

四、結語

在SOLO 分類下學生自主創新實驗教、學、評是一致的，教的任務是為了學生的能力進階，而進階要有參考性，有標度。再次審視SOLO 分類法，可以發現其思維層次劃分可以分為三個階段，即“集、聚、化”。“集”是指前結構層次，該層次雖然處于SOLO 思維層次的低水平級別，但是可以顯示出學生“與世界、自然或生活對話”的情況，即便此刻學生的認識是彌漫的、點狀的，也是不可缺少，是學習發生的基礎，這正是學生自主創新實驗教學中的布置收集學生實驗作業的環節；“聚”是中間的三種思維層級，它們不僅是量的積累，而是將片面的認知建構為概念的過程，要經歷串成線、編成面、疊成體一系列思維操作，在這個過程中學生要與教師、同學、家人等他人充分對話，這一思維操作對應的是課堂教學，是集中體現教師課堂加以能力的環節，對于有志于使用學生自主創新實驗教學模式授課的教師來說，要在這一環節上多下功夫，研究自身還有哪些能力需要提升；“化”是抽象拓展結構水平層級，達到這一層級是真正的質的飛躍，是結出果實的時刻，學生只有與自己對話才能到達這一層級，這是學生自主創新實驗教學的價值所在，也是廣大學生自主創新實驗人的期望和追求。