基于SOLO分類理論對一道電磁綜合大題的分析

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

2019年教育部發(fā)布的《中國高考評價(jià)體系說明》中指出：高考評價(jià)體系由“一核”“四層”“四翼”組成，其中，“一核”是高考的核心功能，即“立德樹人、服務(wù)選才、引導(dǎo)教學(xué)”，回答“為什么考”的問題；“四層”為高考的考查內(nèi)容，即“核心價(jià)值、學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力、必備知識(shí)”，回答“考什么”的問題；“四翼”為高考的考查要求，即“基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性”，回答“怎么考”的問題[1].

目前高考題相關(guān)研究主要從兩方面進(jìn)行，一是從宏觀角度，對近年高考題的多個(gè)要素[2或單一要素（如試題情境[3]）進(jìn)行分析，得出該要素的宏觀變化趨勢，從而提出相應(yīng)的教學(xué)指導(dǎo)；二是從微觀角度針對單個(gè)題目進(jìn)行賞析，重點(diǎn)關(guān)注解題方法的傳授[4].本文依據(jù) SOLO分類理論，從學(xué)生思維層次的角度，對2023年江蘇高考物理的電磁學(xué)綜合大題進(jìn)行分析，以期能對教師的習(xí)題教學(xué)和習(xí)題編撰提供指導(dǎo)或幫助.

1 SOLO分類理論分析題目的依據(jù)

SOLO分類理論是澳大利亞心理學(xué)家比格斯（JohnB.Biggs）和科利斯（KevinF.Collis）在皮亞杰的發(fā)展階段論的基礎(chǔ)上建立起來的.比格斯認(rèn)為，盡管一個(gè)人的總體認(rèn)知結(jié)構(gòu)無法檢測，但這個(gè)人在回答某個(gè)問題時(shí)所表現(xiàn)出來的思維結(jié)構(gòu)卻是可以檢測的，比格斯稱之為“可觀察的學(xué)習(xí)成果結(jié)構(gòu)”.

通過對認(rèn)知發(fā)展的思維操作模式進(jìn)行分析，比格斯從能力、思維操作等四個(gè)方面將學(xué)生回答水平區(qū)分為五個(gè)思維水平層次，分別為：前結(jié)構(gòu)（U）、單點(diǎn)結(jié)構(gòu)（P）、多點(diǎn)結(jié)構(gòu)（M）、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)（R）、抽象擴(kuò)展結(jié)構(gòu)（E）.而在具體應(yīng)用到數(shù)學(xué)、物理等邏輯性較強(qiáng)的學(xué)科時(shí)，則主要依據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容多寡及其之間的聯(lián)系來進(jìn)行區(qū)分，SOLO分類理論也可以簡化為五個(gè)結(jié)構(gòu)水平，如表1所示.

SOLO理論雖然其本意旨在對學(xué)生進(jìn)行分層評價(jià)，但是其分類所依據(jù)的思維操作模式與考題水平分層所依據(jù)的知識(shí)技能結(jié)構(gòu)化程度、思維方式綜合程度相仿且在思維層次上更為詳盡，因此，借助該理論分析題目在理論上是可行的.

2運(yùn)用SOLO分類理論進(jìn)行層次化分析

2.1 原題呈現(xiàn)

霍爾推進(jìn)器某局部區(qū)域可抽象成如圖1所示的模型.Oxy平面內(nèi)存在豎直向下的勻強(qiáng)電場和垂直坐標(biāo)平面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B. 質(zhì)量為m 、電荷量為 e 的電子從 o 點(diǎn)沿 x 軸正方向水平入射，入射速度為 v₀ 時(shí)，電子沿 x 軸做直線運(yùn)動(dòng)；入射速度小于 v₀ 時(shí)，電子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖1中的虛線所示，且在最高點(diǎn)與在最低點(diǎn)所受的合力大小相等.不計(jì)重力及電子間相互作用.

（1）求電場強(qiáng)度的大小 E ：

（2）若電子入射速度為 求運(yùn)動(dòng)到速度為 時(shí)位置的縱坐標(biāo)y；（3）若電子入射速度在 00 范圍內(nèi)均勻分布，求能達(dá)到縱坐標(biāo) 位置的電子數(shù) N 占總（24號(hào)電子數(shù) N₀ 的百分比.

2.2 單點(diǎn)結(jié)構(gòu)

單點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次表現(xiàn)為能夠?qū)懗龌竟揭约罢f出基本公式使用條件，能夠借助左手定則判斷洛倫茲力方向等.

2.3 多點(diǎn)結(jié)構(gòu)

多點(diǎn)結(jié)構(gòu)要求學(xué)生掌握多個(gè)知識(shí)點(diǎn)并能進(jìn)行運(yùn)用，而一般的等量關(guān)系的左右兩邊會(huì)分別對應(yīng)一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，恰好與多點(diǎn)結(jié)構(gòu)貼合，借助明確的等量關(guān)系進(jìn)行設(shè)問，可以最為直觀地考查學(xué)生某幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度是否達(dá)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次.

本題第（1）問中，給出了速度為 v₀ ，粒子受力大小相等的條件，這便是上述提到的明確等量關(guān)系.由于粒子僅受電場力和洛倫茲力，因此只需要分別依據(jù)電場力和洛倫茲力的公式，代入數(shù)據(jù)即可求解.解析如下： F₁=eE，F(xiàn)₂=ev₀B，F(xiàn)₁=F₂ ，因此 E=v₀B

2.4 關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)

關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)不僅要求學(xué)生掌握多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)還能對問題進(jìn)行宏觀把控，選擇恰當(dāng)方法進(jìn)行解題.當(dāng)問題中給出較為隱蔽的條件時(shí)，就可以考驗(yàn)學(xué)生對該條件涉及的知識(shí)點(diǎn)掌握程度是否達(dá)到關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)層次.

本題第（2）問中，給出了始末狀態(tài)的速度，并且需要求縱坐標(biāo).由始末狀態(tài)的條件，達(dá)到關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)層次的學(xué)生會(huì)聯(lián)想到描述過程的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，并且可以確定，本題主要考查的知識(shí)點(diǎn)是力在空間上的累積即動(dòng)能定理.解析如下：借助動(dòng)能定理可以得出 ，再代入第（1）問的結(jié)論：E=B，可以求得y1 = 32Be

2.5 抽象拓展結(jié)構(gòu)

抽象拓展結(jié)構(gòu)要求學(xué)生能在陌生的環(huán)境中解決問題，這就要求學(xué)生能夠在同類的情境中總結(jié)出該類情境的共通方法，借助該方法，能夠在同類但不同情境的問題中理清思路，解決問題.

本題的第（3）問便是屬于抽象拓展結(jié)構(gòu)，其中包含的主要方法是數(shù)學(xué)中的解方程組思想，即首先尋找兩個(gè)的等量關(guān)系式，這兩個(gè)等量關(guān)系式的呈現(xiàn)可能是顯性也可能是隱性;其次，根據(jù)所求問題設(shè)兩個(gè)未知數(shù)，最終對所求未知數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化便得到答案而兩個(gè)等量關(guān)系式則一般為多點(diǎn)結(jié)構(gòu)或關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，這是此類題目的共通點(diǎn).

（1）等量關(guān)系一：題目中給出，最高點(diǎn)處：由于電子向右移動(dòng)，依據(jù)左手定則，電子受洛倫茲力豎直向下，大小為 F₁=eBv₁ ;電場力豎直向上，大小為 F₂ 結(jié)合電子的運(yùn)動(dòng)軌跡，可以推算出在此時(shí)電子所受合外力豎直向下，即 F=F₁-F₂=eBv₁-eE 最低點(diǎn)處：洛倫茲力及電場力的分析與最高點(diǎn)類似，電場力大于洛倫茲力，合力的表達(dá)式為 F=eE -eBv₂ .結(jié)合題中條件，最高處和最低處的合力大小相等，得出 eBv₁-eE=eE-eBv₂ ，以上的思路與計(jì)算均停留在多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，并不困難，但卻是原題的重要組成部分.

（2）等量關(guān)系二：第（3）問中給出了類似第二問的縱坐標(biāo)條件，與位移相關(guān).因此，考慮到隱性條件與位移相關(guān)，自然聯(lián)想到力的空間累積即動(dòng)能定理.在初始位置到最高點(diǎn)的過程中，電子受洛倫茲力和電場力，由于洛倫茲力的作用方向始終與電子運(yùn)動(dòng)方向垂直，所以洛倫茲力不對電子做功.電場力方向豎直向上，電子豎直方向位移為 y 因此電場力做功為 W=eEy. ，最低處電子動(dòng)能大 ，最高處為 ，依據(jù)動(dòng)能定理得到eEy

（3）聯(lián)立兩個(gè)等量關(guān)系：本題雖然最終需以占比進(jìn)行回答，但實(shí)際上提問的是達(dá)到縱坐標(biāo)為 y= mε的電子的初始速度ui.在完成對始末位置的受力分析及過程分析后，將對兩層問題得出的關(guān)系式并列在一起進(jìn)行分析： ; eEy -m.考慮其中的已知量和未知量，可以明顯發(fā)現(xiàn)這是一道求解二元二次方程組的數(shù)學(xué)問題，求解出 v₁ ，這道綜合性大題便迎刃而解.

3 結(jié)束語

2023年江蘇高考物理的電磁學(xué)大題在思維層次上分別從多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)以及抽象拓展結(jié)構(gòu)上對學(xué)生進(jìn)行了考查，很好地滿足了高考評價(jià)體系中的多層次評價(jià)要求.由此本文給出幾點(diǎn)習(xí)題編撰的建議.設(shè)計(jì)習(xí)題時(shí)，考查同一知識(shí)點(diǎn)的習(xí)題應(yīng)當(dāng)按照思維分層進(jìn)行劃分，僅僅根據(jù)難度劃分可能會(huì)由于計(jì)算量等非必要因素產(chǎn)生干擾.此外，綜合大題中的每一小問之間應(yīng)當(dāng)密切關(guān)聯(lián)，當(dāng)處于較低思維層次的題目能對較高思維層次題目的解答產(chǎn)生幫助時(shí)，可以更好地幫助學(xué)生在解題時(shí)激活思維，得到的成績也更能反映學(xué)生的思維水平.

參考文獻(xiàn)：

[1］教育部考試中心.中國高考評價(jià)體系說明[M].北京：人民教育出版社，2019（1）.

[2]馬克，徐晨曦.2021年與2022年江蘇新高考物理卷的量化對比分析與教學(xué)啟示[J].物理教師，2023（07）：87 -90.

[3］鐘儀，皮飛鵬.高考評價(jià)體系下物理試題情境分析框架構(gòu)建與應(yīng)用：以2020—2022年部分高考物理試題為例［J]．物理教師，2023（07）：70 -74.

[4］張雪松，孫福如.對2019年江蘇高考物理第16小題的賞析與啟示［J].物理教師，2019（11）：86-88.