基于SOLO理論的高中物理圓周運動模型建構能力的評價

摘 要：為了在新課改背景下更好地開展高中物理教學，教師需要對高中生的物理建模能力進行評估。傳統的教學評估往往是對學生進行書面測試，無法全面體現學生的物理建模能力，而SOLO分類理論能夠對高中生的物理深度學習給出比較準確的評價。文章以SOLO理論為基礎，通過教學案例分析，提出相應的教學優化策略，以期對學生物理建模能力和核心素養的培養起到一定的促進作用。

關鍵詞：SOLO理論；高中物理；圓周運動；建構能力；評價

作者簡介：常軒（1989—），女，甘肅省蘭州市第五十中學。

一、相關概念的定義和內涵

（一）物理模型

“模型”一詞的基本含義是指澆注的形狀，根據物質的形態和結構，對被研究的對象進行必要的簡化，用合適的形式或規律來描述其基本特點，從而形成模型。建立模型方便對客觀事實進行分析，從而為實際問題的進一步求解提供幫助。用通俗的話來說，模型就是一種象征或某種形式。在物理學中，物理模型是對物理現象和物理規律等的抽象表達，強調其中主要的、關鍵的因素。

在物理學中存在許多復雜的問題，而要想了解其中的規律，就必須撇開問題的次要因素，抓住主體、突出本質，這就是物理建模。這是一種更精確、方便、科學的思考物理學問題的方式。在高中階段，學生在學習和應用物理模型的過程中，必須明確各種模型的適用條件，然后根據現實情況來判斷應該使用哪些模型。

（二）SOLO理論

SOLO意為可觀察的學習結果的結構。香港大學教育心理學教授比格斯在研究中意識到皮亞杰發展階段論的限制，因而為有效判斷學生的思維層次提出了一種系統化的評價方法，即SOLO分類評價法。這一理論突破了認知結構無法測量的限制，通過學習結果對學習者的知識層次進行評價，從而使學習者的思維結構變得可見、可測、可評價。根據皮亞杰的認知層次理論，SOLO分類理論將學習者的思維結構分成五個層次：前結構、單點結構、多點結構、關聯結構、抽象擴展結構。在一定意義上，SOLO分類理論可以揭示學習者的整體學習質量。

（1）學生盡管注意力集中在前結構（P）任務上，但是會受到早期階段或非模型的不相關因素的影響或誤導。

（2）單點結構：學生的注意力聚焦于有關區域，然后在某個方面進行拓展。

（3）多點式結構（M）：學生找到更多與問題相關的正確思路，但是不能將其整合在一起。

（4）關聯結構：學生能將不同的思路組合成一個體系結構。

（5）抽象拓展（E）：學生將思路結構抽象化，能深化并拓展問題。

在此基礎上，按照五個層次所對應的學習特征，結合它們的差異和關聯，得出SOLO理論模型，見圖1。

二、SOLO分類理論與深度學習

從SOLO分類理論的角度出發，將學生的思考水平分為五個層次：前結構、單點結構、多點結構、關聯結構、抽象拓展結構。在實際教學中，教師需要有機整合SOLO分類理論和深度學習評估。

目前，深度學習研究方興未艾，是當前科學教育領域的熱門話題，它的特征是注重學習者對知識的理解、整合、建構、反思和遷移應用。新時代背景下，物理學科教學需要重視對學生物理學科核心素養的培養，為實現這一目的，教師需要一些具體的教學路徑。經過專業的理論研究、教學實踐以及優秀教師的調查研討，深度學習被證明是培養學生核心素養的有效方法之一。在深度學習評估中，最重要的就是將學生的知識理解層次展現出來，幫助學生將淺層知識轉化為更深層次的知識。SOLO分類理論是一種評估體系，它以學習活動為基礎，SOLO分類理論中的前三個層次都是淺層學習的表征，第四層次的關聯結構和第五層次的抽象拓展是學習者對知識的深層理解，包括復雜的認知活動。

深度學習與教學評估是當前教育領域的一個重要課題，而SOLO分級評估可以從師生之間的多維對話、問題解決、批判的自我監督等方面來判斷學生的發展水平，并能幫助教師改善課堂教學方法，提高學生的深度學習思維和深度學習能力，實現學生物理學科核心素養的提升，從而實現以評促學、以評促發展。

三、圓周運動模型及其建構過程

（一）圓周運動模型

不同的圓周運動模型有各自的特性，體現在受力情況、臨界條件等方面。圓周運動基礎物理模型都和現實生活密切相關，這些模型中的受力情況都有很大的不同，需要學生自己去感受和理解，而不是死記硬背。

（二）圓周運動模型建構過程

要更好地理解模型，需要對模型建構過程有一定的認識。圓周運動模型的建構過程包括：問題形成、系統特征因素確定、模型架構確定、模型建立、模型真實性驗證。以下是具體步驟。

問題形成：從真實情境中抽象出有研究意義的物理問題。

系統特征因素確定：基于對問題的初步研究，總結與問題本質關系最緊密的相關因素，即最有代表性的要素，作為建構物理模型的關鍵。

模型架構確定：依據已掌握的主要要素，忽視次要要素，突出本質，確定物理模型的基本架構和理論指導。

模型建立：依據特性因素和物理規律，建立相應的物理模型。

模型真實性測試：基于建構好的物理模型，引入數據進行測試，以驗證實際情況與所構建的模型是否相符、是否滿足其基本特征和規則。

四、評價研究

高中物理把物體的運動劃分成直線運動和曲線運動兩種形式，大部分學生對直線運動的認識和應用都比較好，但對曲線運動的理解和應用就顯得有些吃力了，特別是學習到圓周運動時，學生們的物理素養常常會顯現出較大差距。因此，圓周運動模型的建構是非常重要的，對于培養學生的物理思維和物理問題解決能力具有十分積極的作用。

（一）SOLO理論視角下的試題分析

如圖2所示，小球在豎直放置的光滑圓形管道內做圓周運動，管道內側壁半徑為R，小球半徑為r，則下列說法中正確的是（? ）

A.小球通過最高點時的最小速度vmin=g（R+r）

B.小球通過最高點時的最小速度vmin=0

C.小球在水平線ab以下的管道中運動時，內側管壁對小球一定無作用力

D.小球在水平線ab以上的管道中運動時，外側管壁對小球一定有作用力

題目解析：這道題的正確答案是B、C。本題需要學生對小球在管道內進行圓周運動的過程中的受力情況進行分析，并以此求解。雖然這是一道選擇題，但是教師可以從學生的答題情況判斷學生對這一圓周運動物理模型的掌握情況，并根據SOLO理論進行評級。如果學生選擇了B選項，那就意味著學生知道這是一個圓周運動模型，并且知道小球運動的特性和臨界狀態，說明這些學生的思維層次已經具備了多點結構。選擇C選項的學生，他們的能力較強，能夠對圓周運動模型中小球的受力情況進行全面分析，從而判斷出小球在特定位置的狀態，他們的圓周運動模型建構能力與SOLO分級中的關聯結構相匹配。如果學生選擇了其他選項，則說明他們的思維層次還比較低，沒有實現深度學習。

（二）SOLO評價標準

根據每個選項包含的知識點，相應的圓周運動模型建構能力也被劃分為不同的層次。教師要做的就是打分，然后統計學生的成績，從而分析他們的思維水平（如表1），從而更好地對學生進行評估和分析。綜合評分表上記錄有普通得分和SOLO理論下的得分，以此體現SOLO理論原則以及它與一般評分標準的區別。

對于基本的評分標準，教師根據每個選項所占分值給出相應的分數，而SOLO理論評分則存在著一定的差異。一般情況下，體現出單點結構思維層次的回答可以得1分，這意味著學生可以從這個問題中獲得一些有用的信息，并且了解物理模型；體現出多點結構思維層次的回答可以得2分，這說明學生在弄清楚物理模型類型的基礎上，能夠精確地構建物理模型；體現出關聯結構思維層次的回答得3分，這說明學生能夠較好地利用物理模型來解決物理問題。

（三）評價結果

這一問題是多項選擇題，它不但要求學生分析垂直平面上的圓周運動，建立圓周運動模型，還要求學生能分辨出這個圓周運動模型是繩模型還是桿模型。對于桿模型，學生需要了解其運動特征、臨界條件以及運動過程中各個部件對球施加的力，以此進行問題求解。

五、教學建議與反思

（一）教學建議

物理是一門非常考驗學生的思維邏輯的學科，學習物理必須要有悟性，要善于思考，努力理解和分析問題的本質，只有不斷地思考與領悟，才能真正理解物理規律。所以，在物理教學中，教師必須教會學生構建物理模型，從而提高學生的學習效率。

在日常教學中，教師要運用物理基礎模型來進行物理問題的分析與求解，并從物理概念、物理現象、物理情境等方面研究物理問題，找到物理基本規律，并掌握物理模型的建構條件以及求解物理問題的方法和技巧。根據SOLO理論評估結果，在教學實踐中，教師要針對不同能力層次的學生進行專門的指導，力求使每個學生的能力層次都能獲得有效提升。如果學生能找到物理問題的關鍵，就能把自己所熟知的理想化物理模型提取出來，慢慢地建立起學習自信心。

（二）反思

教育教學的主要目的是培養學生的深度學習能力和深層思考能力，這也是教師教學的兩個基本問題。運用SOLO分類理論對以上教學過程進行評估，可以看出SOLO理論的每個思維層次都能在學生的解題思路和答題上有所體現，說明SOLO理論在評價高中生的物理建模能力方面具有較好的應用性。此外，教師應該意識到當前的SOLO理論研究還不夠成熟，還需要根據實際教學情況不斷優化理論以及有的放矢地應用教學評價方法。

結語

目前仍有很大一部分高中生的物理建模能力不佳，造成了他們學習高中物理難度大等問題。物理本身是一門非常有趣的學科，涉及許多有趣的自然現象，教師要加強對學生的指導，運用生動形象的物理模型，使學生感受到學習物理的樂趣，并在此基礎上運用SOLO理論來有效判斷和評價學生的物理建模水平，促進學生學習能力的提高，幫助他們建立學習自信心。

［參考文獻］

賁志學.SOLO分類理論下高中物理深度學習評價研究［J］.數理化解題研究，2022（6）：80-82.

馮翠典，高凌飚.現狀與反思：SOLO分類法國內應用研究十年［J］.教育測量與評價（理論版），2009（11）：4-7，11.