基于SOLO分類評價理論培養科學思維的教學實踐
——以“體液調節與神經調節的關系”為例

張 粒

（寧波市北侖區泰河中學 寧波北侖 315800）

1 SOLO分類評價理論

SOLO（Structure of the Observed Learning Outcome）分類評價理論是由香港大學教育心理學家彼格斯基于皮亞杰認知發展階段論提出的“可觀察的學習結果的結構”，根據學習者在解釋某一具體問題時其內部結構的復雜程度量化為前結構水平（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）5個層次。這五個層次主要反應了思維要素的關聯水平以及超越情境的抽象思維能力，旨在刻畫學生對概念的理解由現象到本質、由低階到高階、由簡單到復雜的進階變化。

P代表學習者思維要素混亂的非結構認知水平；U代表學習者注意到單個要素與問題的直接關聯，即“只接觸問題的一個方面就立刻跳躍到問題的結論上”；M反映了學習者能通過有限的要素思考問題的結論，但要素與要素之間幾無關聯，且各要素跟結論之間的思維關聯特點也跟U的一樣——“快速收斂”；R則反映了學習者溝通要素與要素之間的關聯，推導出問題的結論，但處于R層次的學習者對問題或要素的關聯思考往往只限于該特定內容；處于E層次的學習者能夠超越所給的材料，通過抽象、概括、歸納、演繹、比較等途徑形成某一類問題的方法論，能對“未經歷的問題情境進行推導性思考”。“P→U→M”是量變，而“M→R→E”的過程則是質變的認知跳躍。

生命系統中要素之間以及要素與環境之間并不是簡單的因果關系，而是錯綜復雜彼此交互的多邊構建關系。SOLO分類評價理論對思維層級提升的描述與生物學科科學思維的發展過程相似，也要經歷由單一要素關聯到多要素的思維上升過程。這種螺旋式上升的結構化層級能夠清晰地反映學習結果由量變到質變、理解水平由淺層到深層、概念層級由經驗到整合的發展過程。

2 基于SOLO分類評價理論的學生思維進階

借助SOLO分類評價理論，教師可以從課時、單元甚至整個模塊，評價學生的思維層次的動態躍升情況，以指示概念建構的收斂水平，同時便于及時給予反饋與激勵。“體液調節與神經調節的關系”作為人教版《選擇性必修1·穩態與調節》第四章的最后一課，能將課時內、課時間的知識內在聯系和知識結構進行整合建構，有利于學生從整體上把握學科知識和思想方法，形成具有生長力的認知體系，本節課的教學也體現了思維發展從前結構、單點、多點、關聯結構到抽象拓展結構的層級躍遷過程。下面以其中的“水鹽平衡調節”為例，具體闡述思維的層級劃分及發展進階（圖1），并從縱向延伸、橫向擴展、內向挖掘、三維聚焦4個層面具體呈現學生思維能級的躍升及概念建構的進階過程。

圖1 “體液調節與神經調節的關系”思維層級進階

2.1 縱向延伸，突破單點結構水平

思維處于前結構水平的學生僅有無邏輯關聯的經驗事實，如僅能說出抗利尿激素的功能是促進腎臟重吸收水，但“抗利尿激素的分泌需要何種信號”及“其分泌的量如何調節”“對腎臟重吸收水的作用機制如何”等缺乏深度認知。其單點結構處于較低的思維邏輯水平，僅能對比較熟悉或簡單的問題情境定位到關鍵信息，能基于經驗及簡單事實進行單一線性的歸納，科學思維能力涉及演繹與推理。

提升單點結構水平這一思維層級，教師需要從把握關聯、主次、限制分析的視角，在教學中尋找相關要素，明確要素之間上下位關系，采用縱向延伸的教學邏輯。教師呈現相關資料“體液中的離子分布”，引導學生討論水鹽平衡調節中感知的信號是細胞外以Na+為主的滲透壓變化，歸納機體正常條件下水和Na+的來源與去路；呈現“下丘腦支配神經垂體圖解”，促進學生建構感受器-下丘腦-神經垂體-抗利尿激素分泌的縱向反射路徑，及作用于腎臟集合管促進對水的重吸收，從而調節細胞外液滲透壓（圖2）。至此，學生的思維能級從對“激素功能”的理解提升為“激素分泌是神經調節的結果”，初步建立了體液調節與神經調節的聯系。

圖2 學生思維處于單點結構水平時的概念建構范例

2.2 橫向擴展，突破多點結構水平

達到思維的多點結構水平的學生往往能對問題情境及多個事實，定位多個關鍵信息，并對信息建立簡單聯系，解釋相關生命現象或對圖示文字進行簡單解讀。相較于單點結構水平，它涉及的問題要素增多，但要素之間仍然是線性或平面的關系，難以立體架構。該階段主要任務依然是尋找與生物學現象有關的維度，在上一階段的基礎上找到生物學要素涉及的時空綜合的“多點”。科學思維能力主要涉及歸納與概括、演繹與推理、模型與建模。

要實現學生的思維能級從單點結構躍遷至多點結構水平，教師可采用橫向擴展的視角：抓住一個要點，利用豐富的事實，創設問題鏈條、設置思維沖突。教師呈現“尿崩癥患者與正常人臨床‘禁水’實驗中血漿滲透壓變化與抗利尿激素分泌量，及其與尿液滲透壓之間的關系數據圖”“抗利尿激素對腎臟重吸收水的作用機制”等材料，引導學生經歷數形轉換、辯證分析神經系統能有效感知血漿滲透壓變化、精準調控血漿抗利尿激素分泌量，并通過激素信號的高效應答，實現對尿液滲透壓（腎臟重吸收水）的調節。教師引導學生在“禁水實驗”的基礎上優化改進、提出“中樞性/腎源性尿崩”的診斷方案。學生在生生對話中提出機體通過主動飲水行為參與滲透壓穩態的調節，并在“縱向反射路徑”的基礎上完善圖示（圖3），以“點”及“面”，建立“激素調節的精準感知、精量調控、微量高效”的認知。

圖3 學生思維處于多點結構水平時的概念建構范例

2.3 內向挖掘，突破關聯結構水平

達到思維的關聯結構水平的學生對較為復雜的問題情境如生物學實驗、反應機理等內容，能在觀察、解析、建構的基礎上透過現象歸納本質，理解生物學原理與規律，并通過演繹推理等預測結果。此水平關聯的事實、概念較多，且邏輯關系更為復雜與立體，學生需要對多個因素進行綜合與關聯性分析，立體建構各條線索的內在聯系。該階段主要考查演繹與推理、模型與建模、歸納與概括及批判性思維。

要提升至該思維水平，教師需要引導學生多維度、有聯系地看待問題，重點關注多點要素之間的關聯性、一致性和收斂性，既要還原機制，又要整體認知、深層次把握調節的本質。教師呈現抗利尿激素參與調節腎臟集合管上皮細胞重吸收水的分子機制及激素或受體異常引發的相應疾病，通過師生問答，歸納“激素”調節的本質是“信號”與“受體”的識別及信號放大，從而高效調節細胞代謝；且激素分泌的精準性與高效性歸根結底也是“信息的識別與響應”，對此學生能作出圖4所示的修改。穩態的調節不是靜態、孤立的。教師使學生用動態演化的視角觀察事物的實體性，引導學生關聯地、全面地看待生物學現象，從而挖掘“調節”的本質，進一步提升思維的綜合水平，形成信息觀、穩態與平衡觀及系統觀。

圖4 學生思維處于關聯結構水平時的概念建構范例

2.4 三維聚焦，突破抽象拓展結構水平

達到SOLO分類評價理論中抽象拓展結構水平的學生，對復雜、新穎的情境和涉及的程序性、反省性知識，不僅能定位關鍵信息，分析推理生物學現象或實驗數據，歸納概括其中蘊含的生物學規律與原理，并能從初始情境中遷移至未經歷的新情境中，以此規律、原理、觀念創造性地解決未知情境中的問題，具備一定的開放性和思維抽象性。在此階段，教師主要考查模型與建模、批判性思維及創造性思維層次。

本思維層級體現在教學邏輯上應為得出生命活動調節方面的抽象體系，要求學生運用多個生命觀念綜合分析，掌握綜合分析某類生命現象與問題解決的思路。生命系統是靈動的、開放的，內部時刻發生著物質變化和能量轉換，但多數時候維持相對穩定的狀態，而穩態的本質就是對“變化”進行“調節”，如何理解“神經-體液調節是穩態調節的基本機制”“穩態的實現離不開系統內各組分間的相互作用，也是細胞共建與共享的結果”？本思維層級的突破采用概念層級的梳理與不同維度的聚焦，通過“歸納多個調節案例”建構體液調節與神經調節的關系圖式，引導學生解釋內分泌系統的活動受到神經系統的調控，分級調節與反饋調節精準高效；神經系統的發育和功能又受到激素的影響，兩者密切配合又相互影響（圖5），并以“從水鹽代謝與平衡角度深度解釋糖尿病患者多尿、多飲、多食、消瘦的原因”的討論，多維度理解機體的復雜性與系統性，從整體上把握學科知識和思想方法。

圖5 學生思維處于抽象拓展結構水平時的概念建構范例

3 SOLO思維層級提升策略

3.1 設計問題鏈條，搭建思維鏈式

針對學生邏輯鏈條短、要素關聯不清晰的現狀，教師依據學生的學習水平和課標要求，設計多階層和結構化的問題鏈條。例如，在實驗數據解讀與辯證分析抗利尿激素分泌及調控特點時，教師引導學生關注“正常人”與“中樞病變的尿崩患者”在長時間禁水中機體感知血漿滲透壓變化的閾值與血漿抗利尿激素的分泌量區間范圍；關注兩類人群單位量的血漿抗利尿激素對尿液濃縮效果的差異；探索抗利尿激素促進腎臟重吸收水的限性等問題鏈條，以此激發學生建立調節的高效性與有限性的認知。要素之間的關聯初步形成，思維結構水平由多點結構向關聯結構提升。

3.2 引燃思維沖突，激發質疑重構

學生容易用模式化的思維方法去分析現實中未經結構化的問題情境，思維過程僵化，不利于形成良性的思維結構。因此，在教學過程中應用真實復雜的現實情境對概念進行重構有利于提升思維結構的關聯水平。學生在面對糖尿病“多尿”癥狀是否與抗利尿激素分泌減少有關產生質疑時，教師應該抓住思維拔節的亮點，鼓勵學生資料搜集與重構思維，進一步厘清機體穩態是多因素交互的結果，理解機體也存在復雜系統下自我組織性的失調。

3.3 構建思維圖式，提升認知層級

思維圖式是推動認知結構從“多點”向“關聯”，“關聯”向“抽象”提升的重要策略。思維圖式幫助學生厘清任務解決中的關鍵要素，轉化認知，演變成學習者思維圖式中的思維要素與思維鏈式。當學生能從關聯結構中抽象概括出普遍聯系時，認知層級則逐步向“抽象拓展結構水平”提升。