SOLO分類理論指導下的實驗試題分析

摘 要：SOLO分類理論能夠有效地確定學生回答問題時的思維水平。本文基于這一理論，嘗試對2023年高考全國三套理科綜合試卷中的物理實驗試題進行分析，旨在探究最新高考試題對學生實驗探究能力的具體考查層次要求，為今后的教學提供有益的參考。

關鍵詞：SOLO分類理論；高考物理；實驗試題分析；探究能力

《中國高考評價體系》中提出的四層考查內容之一是關鍵能力［1］，而實驗探究能力不僅是物理學科關鍵能力的重要組成部分，也是實現物理學科核心素養所必須掌握的能力。在2023年全國高考物理的甲、乙卷以及新課標卷中，新穎的實驗試題重點考查了學生

的實驗探究能力。利用SOLO分類理論——一種目前較為流行且科學的評價方法，筆者對試卷中的實驗試題進行分析，以明確考查的重點和方向，提高未來實驗教學的效率。

1 SOLO分類理論簡介

教育心理學家約翰·彼格斯（John B.Biggs）認為，人在回答某一問題時所表現的思維結構是可以檢測的，

他以皮亞杰的認知發展階段理論為基礎，提出了學習質量評價理論——SOLO分類理論。SOLO是英文“Structure of the Observed Learning Outcome”（意為：可觀察的學習結果的結構）的縮寫。［2］SOLO分類理論根據學生回答問題的結果按照思維層次的高低分為前結構水平、單點結構水平、多點結構水平、關聯結構水平、抽象擴展結構水平等五個層次，反映學生由淺入深的思維過程。

SOLO分類理論認為，若學生無法理解問題或只能提供沒有根據的答案，則其思維處于前結構水平；若學生僅能找到一種與問題相關的信息并直接給出答案，則其思維處于單點結構水平；若學生能找到多種相關信息，但無法有效地整合這些信息，則其思維處于多點結構水平；若學生能夠將多種信息整合并能解決較復雜的問題，則其思維處于關聯結構水平；若學生能夠對問題進行抽象概括，綜合分析信息，并進行遷移應用，從而深化問題并拓展其意義，則學生的思維水平達到了抽象擴展結構水平。后兩個階段是前三個階段的提升，代表了質的飛躍，這也是教師在課堂教學時應努力引導學生達到的目標。

將SOLO分類理論應用于高考實驗試題分析，不僅可以明確高考對學生實驗探究能力的考查標準和考查方向，還能為未來的實驗教學提供寶貴的參考依據。

2 實驗試題分析

試題分析建立在學生能夠理解并解答具體問題的基礎之上，因此不考慮前結構水平。借助已有的

研究成果［3，4］，筆者對所在省份的高考試卷（新課標卷）進行了深入分析，以確定學生在各個能力層次上的表現。

例1 （2023年理科綜合新課標卷第22題）在“觀察電容器的充、放電現象”實驗中，所用器材如下：電池、電容器、電阻箱、定值電阻、小燈泡、多用電表、電流表、秒表、單刀雙擲開關以及導線若干。

（1）用多用電表的電壓擋檢測電池的電壓。檢測時，紅表筆應該與電池的_______________（填“正極”或“負極”）接觸。

（2）某同學設計的實驗電路如圖1甲所示。先將電阻箱的阻值調為R1，將單刀雙擲開關S與“1”端相接，記錄電流隨時間的變化。電容器充電完成后，開關S再與“2”端相接，相接后小燈泡亮度變化情況可能是_______________。（填正確答案標號）

A. 迅速變亮，然后亮度趨于穩定

B. 亮度逐漸增大，然后趨于穩定

C. 迅速變亮，然后亮度逐漸減小至熄滅

（3）將電阻箱的阻值調為R2（R2＞R1），再次將開關S與“1”端相接，再次記錄電流隨時間的變化情況。兩次得到的電流I隨時間t變化如圖1乙中曲線所示，其中實線是電阻箱阻值為_______________（填“R1”或“R2”）時的結果，曲線與坐標軸所圍面積等于該次充電完成后電容器上的_______________（填“電壓”或“電荷量”）。

分析：第（1）問考查紅黑表筆的用法。學生僅需要知道“紅進黑出”的原則，即可判斷出紅表筆應當與電池的正極連接，這屬于單點結構水平。第（2）問則需要學生清楚實驗原理，知道開關S與2連接，電容器通過L和R0放電。學生通過考慮電容器放電電流逐漸減小的特點，可以分析出小燈泡會先瞬間變亮，隨后亮度減小至熄滅，這屬于多點結構水平。第（3）問則需要學生理解實驗原理，即電阻越大，充電電流越小。因此實線對應的阻值是R2，根據公式I＝Qt，可以得到I-t圖像

中曲線與坐標軸

圍成的

面積表示電容器充電的電荷量，不需要復雜的計算，這屬于多點結構水平。

例題2 （2023年理科綜合新課標卷第23題）一學生小組做“用單擺測量重力加速度的大小”實驗。

（1）用實驗室提供的螺旋測微器測量擺球直徑。首先，調節螺旋測微器，擰動微調旋鈕使測微螺桿和測砧相觸時，發現固定刻度的橫線與可動刻度上的零刻度線未對齊，如圖2甲所示，該示數為_______________mm；螺旋測微器在夾有擺球時示數如圖2乙所示，該示數為_______________mm，則擺球的直徑為_______________mm。

（2）單擺實驗的裝置示意圖如圖2丙所示，其中角度盤需要固定在桿上的確定點O處，擺線在角度盤上所指的示數為擺角的大小。若將角度盤固定在O點上方，則擺線在角度盤上所指的示數為5°時，實際擺角_______________（填“大于”或“小于”）5°。

（3）某次實驗所用單擺的擺線長度為81.50cm，則擺長為_______________cm。實驗中觀測到從擺球第1次經過最低點到第61次經過最低點的時間間隔為54.60s，則此單擺周期為_______________s，該小組測得的重力加速度大小為_______________m/s2。（結果均保留3位有效數字，π2取9.870）

分析：第（1）問考查螺旋測微器的讀數，要求學生能夠準確讀數。圖甲讀數為0.006mm （或0.007mm），圖乙讀數為20.035mm（或20.034mm、20.036mm），則

擺

球的直徑為20.029mm（或20.028mm、20.030mm）。該問只涉及基本的讀數和簡單的計算，屬于單點結構水平。

第（2）問考查學生對實驗的理解和運用數學知識分析實驗現象的能力。若將角度盤固定在O點上方，角度盤所對應的圓弧弧長不變，而圓弧對應的半徑變小，因此對應的實際擺角大于5°（如圖3所示），該問涉及的知識點較多且需要建立不同知識點之間的聯系，屬于關聯結構水平。

第（3）問考查學生對單擺擺長的認識和數據處理能力。單擺擺長等于擺線長加上擺球的半徑，據此可以計算得到擺長為82.5cm，屬于多點結構水平。在理解實驗原理的基礎上，能夠分析得到54.60s共有30個周期，進而計算得到T為1.82s，屬于多點結構水平。計算重力加速度，需要學生使用公式T＝2πLg，并進行有效的數據處理，經過相應的數學計算得到g＝9.83m/s2，該小問需多種相互關聯的知識，屬于關聯結構水平。

3 研究結果

根據上述分析方法，筆者統計了2023年高考三套全國卷物理實驗試題的分析數據（如表1所示）。

根據表中分析數據，實驗試題覆蓋了多數SOLO層次，能力層次分明，呈現出明顯的能力梯度，區分度良好，符合高考選拔人才的需求。試卷中以多點結構水平的試題為主（占比40.7 %），其次是單點結構水平（占比33.3 %）和關聯結構水平（占比25.9 %）。然而，本次全國卷高考實驗試題未涉及抽象擴展結構水平，這表明試題設計側重于通過創新的物理情境，考查學生對實驗操作、理解和分析的基本能力，充分展現了試題的創新性和基礎性。

不同試卷在考查重點上各有特色。在每套高考試卷中，第22題的考查能力層次普遍低于第23題。對于第22題，盡管三套試卷考查的知識點不同，但問題設置都側重于在理解實驗原理的基礎上進行回答。具體來看，甲卷中的多點結構水平與關聯結構水平各占50 %，而乙卷和新課標卷則不包含關聯結構水平的問題。這意味著學生不需要通過復雜計算來得出試題結論，強調了實驗的基礎性，同時也說明甲卷的難度相對較高。至于第23題，甲卷和新課標卷都設有7個填空，單點結構與多點結構水平的問題數量相近，關聯結構水平的問題占比均為28.6 %，難度屬于中等。而乙卷在單點結構和多點結構水平的問題占比較低，關聯結構水平的問題占比高達50 %；顯然，乙卷第23題考查的實驗能力要求更高。此外值得一提的是，新課標卷的實驗題總分達到18分，與全國甲、乙卷相比，更加強調對學生實驗能力的考查。新課標卷的實驗題目以《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）中唯一的觀察性實驗——觀察電容器的充、放電

現象

以及用單擺測量重力加速度的大?。?］為背景設計，不僅考查了學生的基本實驗技能，而且深刻體現了《課程標準》與考試內容、范圍的密切關聯性。

4 教學啟示

通過對實驗試題所考查的具體能力進行分析，并結合實際教學經驗，筆者認為，除了重視基礎知識、真實實驗操作、回歸實驗原理、實施單元教學和引導知識遷移運用之外［6］，教師還可以從以下幾個方面著手來提升學生的實驗探究能力。

4.1 借助SOLO分類理論實施實驗教學

課前，教師應依據SOLO分類理論確定教學內容或目標對應的實驗能力層級，結合《課程標準》以及學生現有的學習水平，確定教學重難點；并根據學生的接受能力，利用現有教學資源，按照物理學的邏輯關系設計教學順序或任務，選擇適當的教學策略或方法以實現教學目標。課堂上，教師應根據教學設計進行實際教學，培養學生的學科核心素養。課后，教師應基于學生的課堂表現和能力發展需求，設計不同層次的作業和課外探究活動，以促進學生能力的不斷提升，同時教師應引導他們向更高層次的抽象擴展結構發展。此外，利用SOLO分類理論，教師還能評估每位學生的表現和思維層次。這些評估結果不僅為后續的精準輔導提供依據，還為教學目標和活動設計提供參考，從而提升教學設計的科學性（如圖4所示）。

4.2 混合式教學多角度進行實驗探究

《中國高考評價體系》構成了新高考命題的理論基礎和實踐指南，而《課程標準》則界定了命題的范圍和依據。對于實驗探究類試題，《課程標準》要求學生必須完成的實驗（包括12個必修課程實驗和9個選修課程實驗）應盡可能讓學生親自操作，同時教師應引導學生在實踐中思考規律的本質。然而，在實際的實驗教學過程中，教師常常面臨實驗設備數量不足、質量不達標以及設備老化等問題。這些問題在經濟欠發達地區尤為突出。［7］為此，筆者嘗試融合物理真實實驗與虛擬實驗，采用虛實結合的方式進行實驗教學（如圖5所示）。

課前，學生通過閱讀教材和相關補充資料（如文字材料和視頻），預習即將進行的實驗。了解實驗原理和所需器材，并依據導學案的問題提示設計實驗方案。教師根據學生的預習情況分析學情，以確定教學目標和重難點。在教學過程中，教師先通過實際演示實驗操作、強調關鍵注意事項，然后指導學生使用虛擬實驗室進行自主探究，記錄和處理實驗數據，并總結實驗結論。課后，教師鼓勵學生重復進行虛擬或真實實驗操作，以熟悉流程、深化對實驗原理的理解，并完成相關評價作業，以鞏固學習成果。

在實際的教學中，實驗問題總是學生的“痛點”?！白x不懂題，得不到分”是學生的常態。教師為學生提供真實的操作體驗是解決這一問題的有效途徑之一。然而，由于實驗設備的限制以及教學任務和課時的壓力，學生很難獲得足夠多的實際操作機會。因此，教師結合真實實驗和虛擬實驗，充分利用兩者的優勢來創新教學方法，是一種值得嘗試的策略。

參考文獻

［1］教育部考試中心. 中國高考評價體系［M］. 北京：人民教育出版社，2019：6-8．

［2］葉峻銘，王辰晨，張軼炳. 基于SOLO理論的高考物理實驗題能力分析——以2019年高考全國卷（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）物理實驗題為例［J］. 物理教學，2020，42（3）：69-72．

［3］程柱建. SOLO理論視域下的高考實驗能力分析——以2014年江蘇物理高考實驗題為例［J］. 物理教學，2014，36（12）：16-19．

［4］趙波，王晶瑩. 基于SOLO分類理論的物理高考試題學科能力測查研究——以2019年全國新課標Ⅲ卷為例［J］. 中學物理，2021，39（21）：10-14．

［5］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020：43-44.

［6］郜攀. 立足教材經典 彰顯能力立意——賞析2022年全國理綜甲、乙卷中的兩道電學實驗題［J］. 物理教學，2022，44（11）：71-73，57．

［7］桂媛媛. 基于仿真物理實驗室的教學初探——以NoBook仿真物理實驗為例［J］. 物理通報，2021（5）：102-103，106．