SOLO理論下初中計算思維量表設計：物聯網編程例析

中圖分類號：G434文獻標識碼：A 論文編號：1674—2117（2025）19-0097-04

問題提出

隨著《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）的頒布，計算思維培養已成為信息科技課程的核心教學目標。物聯網作為“數據與編碼”“人工智能初步”等模塊的實踐載體，其教學評價體系是否科學合理，直接關系到學生數字化問題解決能力是否能順利形成。然而，當前物聯網編程教學普遍存在“重結果輕過程”的評價傾向，這與新課標提出的“強化素養導向的多元評價和過程性評價”的要求嚴重不符。出現以上問題的主要原因在于傳統評價工具無法捕捉學生思維發展的動態過程。雖然現有研究提出了一些與編程有關的計算思維評價框架，但它們主要集中于編程作品評價和Dr.Scratch工具[]。另外，傳統評價方式往往只依靠片段化的觀察記錄，缺少具有說服力的過程性證據對學生的真實能力進行推論。[3]基于此，本研究借助SOLO分類理論構建物聯網編程專項評價量規，旨在解決兩個關鍵問題： ① 如何把SOLO理論中的抽象層級轉化為可觀測的物聯網編程行為指標； ② 怎樣設計出兼具診斷和發展功能的計算思維評價工具。

理論基礎與模型構建

1.理論基礎

（1）SOLO分類理論適配性分析

SOLO（Structure of theObserved Learning Outcome）分類理論由約翰·比格斯提出，該理論將學生學習新知識或解決問題時的思維結構發展劃分為前結構、單點結構、多點結構、關聯結構和抽象拓展結構五個水平。前結構水平的學生對問題缺乏基本理解；單點結構水平的學生能抓住單一信息，憑借直覺做出回答；多點結構水平的學生可找到多個信息，但無法建立它們之間的聯系；關聯結構水平的學生能夠將信息關聯起來解決問題；抽象拓展結構水平的學生則能超越給定信息，進行創新拓展。

在初中物聯網編程教學中，學生計算思維的發展與SOLO分類理論高度契合。在解決物聯網編程問題時，學生學習的過程恰好對應SOLO分類理論的五個水平。因此，該理論為評價學生的計算思維提供了清晰的層次框架。

（2）計算思維與表現性評價的內涵及關系

計算思維是在思維過程中參與制訂問題并給出解決方案的能力，其核心在于通過理解和生成一系列算法步驟來解決問題。表現性評價要求學生在實際或模擬情境中完成復雜任務以展示其知識與技能，這種方法能更有效地落實信息科技學科核心素養目標。兩者在目標、方法與過程上高度契合：表現性評價為計算思維提供了具體的呈現方式，通過可觀測的行為指標，將學生的思維層級清晰地展現出來，并且借助SOLO分類理論實現對思維發展的動態追蹤。因此，在新課標背景下采用表現性評價測定學生的計算思維水平具有充分的可行性。

2.模型構建

（1）評價指標確定

本研究以真實任務為基礎建構四維評價模式，借助能夠被觀察、量化的檢測方法測評學生思維的層次級別，同時體現對學生學習過程的及時反饋和個性化指導的思考。 ① 硬件連接：理解設備間的關系，這是計算思維的一種具象呈現。 ② 算法設計：將問題從現實中解構為具體的計算步驟，這是邏輯構建的過程。 ③ 系統調試：將解決問題的能力進一步體現，包括問題發現、錯誤定標以及問題解決。 ③ 創新遷移：將學到的知識遷移應用于新的情境中，這是計算思維培養的最終目標。通過上述四個評價維度，基本可以反映出學生在物聯網編程中計算思維的發展水平。

（2）評價指標概述

本評價量表從硬件連接、算法設計、系統調試、創新遷移四個維度對初中學生的計算思維進行評估，每個維度根據SOLO分類理論各層級的特點，分別設定了各評價維度在五個結構水平上的不同表現（如下表）。

在使用此表時，教師可以參考表內相應的描述判斷學生的具體情況處于哪一個層級，并結合四個方面的權重，綜合評價學生計算思維水平。從“前結構水平”至“抽象拓展結構水平”等級，分數從10到50依次遞增。因此，學生最終計算思維得分為：硬件連接得分 ?×0.2+ 算法設計得分 ?×0.3+ 系統調試得分 ×0.25+ 創新遷移 ?×0.25

（3）德爾菲法在評價量表設計中的應用

為保證評價量表科學合理并具有權威性，本研究利用德爾菲法進行兩輪專家論證，并對初始構建的評價維度、層級描述及權重分配結果進行了修正和確定。

① 專家組的組建。選取教育評價、計算思維研究、物聯網教學領域的15名專家作為本研究使用的專家庫。

② 首輪問卷設計與意見征詢。首輪問卷包含三部分內容：展示初始評價維度及權重；不同層次維度下的SOLO行為描述；邀請專家補充缺少維度、調整權重和層面上的描述等。問卷中采用李克特5級量表測量專家對現有框架的認可度，并配有文字回復框。

③ 首輪結果分析與修訂。首輪有效問卷共回收13份（回收率：86.7% 。數據分析結果為：a.從四個維度的認可度情況來看，各維度均超過閾值4.0；b.從權重分配上看，有3名專家認為系統調試與創新遷移權重相同（0.25）會導致調試權重的弱化，因此建議提高系統調試權重至0.3，降低創新遷移權重至0.2；c.從層級描述的角度看，在“硬件連接”方面有3名專家認為可以增加“通信協議適配性”的描述，在“創新遷移”方面有4名專家提出需要對“跨領域應用”進行界定。

研究組根據以上意見對量表進行修訂：a.調整權重，變為硬件連接（0.2）、算法設計（0.3）、系統調試（0.3）、創新遷移（0.2）；b.在硬件連接的關聯結構層級補充“能根據通信協議調整連接方式”；c.將創新遷移的抽象拓展層級描述改為“提出跨學科的創新方案”。

④ 第二輪問卷驗證與定稿。將修訂后的量表發給專家們確認是否對調整后的內容達成共識。結果顯示，權重調整后的認可度與層級描述清晰度評分均超過4.3；在開放性意見提出中，有2位專家提到在“系統調試”維度上應增加“錯誤預測能力”指標最終，在兩輪德爾菲法后，所有專家基本表達了對量表結構、權重分配及層級描述的高度認可。（Kendall協調系數 W=0.82，Plt;0.01）

評價量表在物聯網硬件編程中的應用

1.硬件連接維度的評價實踐

例如，在“智能植物澆水系統”案例中，硬件連接涉及連接引腳的問題。由于前結構水平的學生不能辨別傳感器數字引腳和模擬引腳，從而導致安裝的元器件無法成功啟動；單點結構水平的學生雖然能實現初步傳輸的功能，但由于未對電源線路進行合理的敷設，留下很多隱患；多點結構水平的學生能準確連接多個設備，但由于沒有考慮到電壓穩定性，在系統運行時會出現偶發故障；關聯結構水平的學生可以設計出獨立電路，并且會使用萬用表檢驗電路的負載能力，使得所有設備在任何情況下都能穩定工作；抽象擴展結構的學生會考慮如何將整個系統做得更加完善。

2.算法設計維度的分層評價

例如，“校園圖書自助借還系統項目旨在讓學生設計算法和編程完成對圖書的自助借還及信息管理功能，該項目邏輯嚴謹，對學生算法設計能力要求高。前結構水平的學生只能標記書名，對算法邏輯完全不了解；單點結構水平的學生，可簡單處理借還流程，但是無法解決書已借出、學號無效等問題；多點結構水平的學生會增加反應機制，如當書被借走后會提示“已借出”，但如果要同時處理多本圖書則容易混亂；關聯結構水平的學生能從容應對多種圖書狀態，多并發操作也能保證數據準確；抽象拓展結構水平的學生，除了能完成基本流程的算法設計外，還能設計出如人臉識別等借還方式，并能依據借書記錄推薦書籍等。

3.系統調試能力的動態評估

例如，在“家庭安防報警裝置”項目中，需要將人體紅外傳感器和蜂鳴器聯動起來進行調試，這個過程對學生動手實踐操作和問題解決能力要求較高。在裝置出錯時，前結構水平的學生會直接換設備，不知道出錯的原因，也沒有辦法做系統的調試；單點結構水平的學生會選擇斷電重啟，不理解問題原因，也不能徹底解決問題；多點結構水平的學生能用串口監視器查看傳感器數據，但是只能處理簡單問題，無法從本質上解決問題；關聯結構水平的學生會通過調整傳感器靈敏度閾值和算法來有效降低系統誤觸發的頻率，使系統運行得更加安全可靠；抽象拓展結構水平的學生能在處理完當前問題后整合Wi-Fi模塊，實現云端報警日志和云上遠程通知等功能。

4.創新遷移能力的跨項目驗證

創新遷移能力可通過跨項目實踐活動進行評價，現以“智能植物澆水系統”與“魚缸水質監測”兩個項目為例，說明學生思維水平從低到高的表現情況。

前結構水平的學生無法理解項目遷移的概念。例如，在完成“智能植物澆水系統”后，當教師布置下一個任務是制作“魚缸水質監測”時，他們找不到這兩個項目之間的聯系，更無法從前項目中借鑒經驗。單點結構水平的學生面對同樣的遷移任務，可能會把原來的濕度傳感器換成PH傳感器，但是忽略其他部分的邏輯聯系，新的系統會出現數據雜亂的現象。多點結構水平的學生會把數據采集的時間改為更合理的數值，但是忽略了這個值會影響數據分析之后的報警值，以至于不能很好地檢測魚缸的水質情況。關聯結構水平的學生不僅可以替換傳感器以及更改參數值，還可以按照項目的新要求對原有邏輯進行適當的修改和調整，使其正常使用。拓展抽象水平的學生可以設計PH與溫度聯動預警的多參數協同報警系統，以及智能花盆和氣象數據聯動的跨領域優化方案，并考慮因季節及天氣變化帶來的差別，給出精準的控制方法。

評價量表應用策略

1.基于教學流程的嵌入式評價策略

（1）項目前診斷性評價在開展項目前，教師可以運用評價量表診斷學生的初始水平。以“智能環境監測系統”為例，通過基礎硬件連接與算法設計任務，識別學生起點層級。可向前結構和單點結構水平學生提供針對性基礎知識輔導，使其構建必要的認知基礎，然后再進行后續學習。

（2）項目中形成性評價

在項目實施階段，教師可實施動態觀察評估。例如，在“智慧交通信號燈”項目中，當發現多點結構水平學生存在硬件協同規劃不足的問題時，即時引導學生優化方案，推動其向關聯結構水平發展。同步跟進算法設計、系統調試及創新遷移表現，通過適時反饋促進思維進階。

（3）項目后總結性評價

在項目完成后，教師計算出學生計算思維的綜合得分和各維度層級，結合評價結果可以了解學生計算思維發展的優勢、缺陷等，并作為學生后續學習中評價、反饋和改進的實證基礎，促進“評價一反饋一改進”三循環機制的運行。

2.促進學生參與的評價策略

（1）學生自評

教師需要引導學生對照量表開展自評，如在完成“家庭安防報警裝置”任務后，學生依據系統調試維度反思自身表現。當學生發現僅能重啟設備解決問題（多點結構水平）時，激發其思考故障深層原因，主動尋求優化方案，深化對計算思維的理解與應用。

（2）學生互評

學生可以通過量表維度評判其他同學作品的優劣，分享自己的經驗，并且從各個維度反觀自身項目，尋找提升的方向。互評能培養學生批判性思維、溝通表達和協同工作的能力，從而形成“評價一反思一提升”的閉環鏈條。

3.評價結果反饋與教學改進 策略

教師應將量表的評價結果及時反饋給學生（指出得分、所處的層級及具體的優點和不足之處等），并對學生進行針對性指導，還應根據評價結果中發現的問題，改進教學策略。

結論

本研究依據SOLO分類理論建立初中計算思維表現性評價量表，解決了物聯網硬件編程教學中計算思維難以評量的問題。

參考文獻：

[1中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準（2022年版）[].北京：北京師范大學出版社，2022

[2]李琪，姜強，梁宇，等.面向過程的計算思維評價研究：基于證據的視角[J].電化教育研究，2022，43（1）：100—107.[3NOWtctjoumaloftesting，2019，19（02）：103—127.

[4]宋壘，張柯，韓曉鵬.基于《義務教育信息科技教學指南》的表現性評價實施策略[J.中國現代教育裝備，2025（06）：19-21.