基于SOLO分類理論的物理高考試題學(xué)科能力測(cè)查研究

趙波 王晶瑩

摘 要：物理學(xué)科能力是物理核心素養(yǎng)的重要組成部分.研究和掌握高考試題對(duì)物理學(xué)科能力的測(cè)查情況，既有利于通過洞悉考向來引導(dǎo)教師和學(xué)生回歸教學(xué)從而落實(shí)核心素養(yǎng)的培育，又裨益于物理考試命題、評(píng)價(jià)等工作.但由于試題實(shí)測(cè)難度具有相對(duì)性，高考試題難度不對(duì)外公布，雖然考試大綱和物理新課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）有對(duì)物理學(xué)科能力劃分與核心素養(yǎng)水平劃分的分類標(biāo)準(zhǔn)，但文字性的描述存在邊界不夠明確，研究時(shí)易受主觀因素影響而在一定程度上削弱研究結(jié)果的客觀性.本文利用SOLO分類理論構(gòu)建物理試題能力層次評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)2019年全國(guó)新課標(biāo)Ⅲ卷對(duì)物理學(xué)科能力測(cè)查情況進(jìn)行實(shí)證研究，為試題研究等提供參考和借鑒.

關(guān)鍵詞：物理學(xué)科能力;物理高考試題;SOLO分類理論;試題評(píng)價(jià);能力測(cè)查

中圖分類號(hào)：G633.7???? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B???? 文章編號(hào)：1008-4134（2021）21-0010-05

基金項(xiàng)目：昆明市盤龍區(qū)2015年教育科學(xué)規(guī)劃一般課題“新課標(biāo)物理高考評(píng)價(jià)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：盤教科研[2015]2號(hào)）.

作者簡(jiǎn)介：趙波（1979-），男，云南大理人，碩士，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向：高中物理教學(xué)和考試評(píng)價(jià)研究.

通訊作者：王晶瑩（1980-），女，遼寧營(yíng)口人，雙博士后，教授，研究方向：科學(xué)教育研究.

1 問題的提出

學(xué)科能力培養(yǎng)與測(cè)評(píng)，是世界各國(guó)基礎(chǔ)教育課程改革的目標(biāo)和改革成效的標(biāo)準(zhǔn).從上世紀(jì)90年代到本世紀(jì)初，美、澳、日、德等國(guó)均在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域出臺(tái)培養(yǎng)和評(píng)估學(xué)生學(xué)科能力的課標(biāo)、測(cè)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)評(píng)系統(tǒng)等[1-5].我國(guó)也頒布了一系列注重對(duì)學(xué)生能力和素質(zhì)提高和考查的文件、課標(biāo)、大綱等[6-9]，如最新課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）提出了蘊(yùn)含物理學(xué)科能力的物理核心素養(yǎng)體系，物理高考考試大綱（2019年版）指出物理高考試題在考查考生物理知識(shí)的同時(shí)，注重考查物理學(xué)科能力，并把對(duì)物理學(xué)科能力的考查放在首要位置.

物理學(xué)科能力是學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、探究能力和創(chuàng)新精神的統(tǒng)一體，是物理核心素養(yǎng)的重要組成部分[10].研究和掌握高考試題對(duì)物理學(xué)科能力測(cè)查，既有利于通過洞悉考向來引導(dǎo)教師和學(xué)生回歸教學(xué)從而落實(shí)核心素養(yǎng)的培育，又裨益于物理考試命題、評(píng)價(jià)等工作.但是，由于試題的難度是一個(gè)相對(duì)的概念，與被試的水平相關(guān)，且高考試題難度等信息一般不對(duì)社會(huì)公布，教師無法通過直接獲取試題難度系數(shù)等指導(dǎo)教學(xué).研究試題時(shí)，又因考試大綱對(duì)物理學(xué)科能力分類依據(jù)和新課標(biāo)對(duì)核心素養(yǎng)水平劃分標(biāo)準(zhǔn)等都是文字形式的定性描述，劃分的分類標(biāo)準(zhǔn)邊界不夠明確、存在模糊性，缺乏量化統(tǒng)計(jì)、分析的依據(jù)，研究時(shí)易受主觀因素影響而在一定程度上削弱研究結(jié)果的客觀性.

基于可被測(cè)量和可被觀察的學(xué)習(xí)成果結(jié)構(gòu)（SOLO分類理論）為基礎(chǔ)的SOLO分類法，通過定量的分析確定試題考查的思維層次水平，既有助于掌握試題具體考查的學(xué)科能力層次水平，又有助于明確試題對(duì)各個(gè)知識(shí)模塊的難度要求.

2 SOLO分類理論及SOLO分類法

SOLO分類法是一種基于SOLO分類理論，以等級(jí)描述為基本特征、在具體任務(wù)中對(duì)學(xué)生相關(guān)能力進(jìn)行質(zhì)性評(píng)價(jià)的方法，不僅可以分析和判斷學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的掌握情況和學(xué)生的思維結(jié)構(gòu)所處的層次水平，也可以把試題劃分為不同層次水平，是現(xiàn)階段比較流行、較為科學(xué)的評(píng)價(jià)方法，在國(guó)內(nèi)外教學(xué)評(píng)價(jià)研究和考試評(píng)價(jià)研究中具有較廣泛的應(yīng)用（理論部分具體描述見表1）.

3 基于SOLO分類理論的物理試題能力層次評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

借鑒程麗冰、王芳、山麗娟、樊卓琳、王振超、莊園、程柱建等學(xué)者的研究[12-18]，彌補(bǔ)和完善其對(duì)SOLO層次標(biāo)準(zhǔn)的劃分描述的維度的缺漏及不全面、不系統(tǒng)等不足，基于相關(guān)性、理論聯(lián)系實(shí)際、可操性等原則，以課標(biāo)、考試大綱等為依據(jù)，同時(shí)考慮到對(duì)實(shí)驗(yàn)題的能力評(píng)價(jià)不僅需要關(guān)注知識(shí)點(diǎn)數(shù)量，而且也要關(guān)注操作技能和思維能力，本研究分別構(gòu)建出物理非實(shí)驗(yàn)題和實(shí)驗(yàn)題的SOLO能力層次評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（見表2、表3）.

抽象拓展結(jié)構(gòu)水平（E水平）≥3個(gè)情境新穎，對(duì)學(xué)生而言是一個(gè)新的、陌生的情境或模型，或題目形式靈活、問題情境非常復(fù)雜（如多物體或多狀態(tài)、多過程問題等），信息量多;要求學(xué)生除了能夠再現(xiàn)題干中所有的已有知識(shí)點(diǎn)外，還能對(duì)題目進(jìn)行深入挖掘，拓展聯(lián)想到題目中沒有涉及到的知識(shí)點(diǎn)和方法，將所有的有用信息結(jié)合起來對(duì)問題進(jìn)行分析和推理，在關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平的基礎(chǔ)上，經(jīng)過抽象思維和拓展思維，把已知結(jié)果推廣到更新的領(lǐng)域，從多個(gè)視角得出更抽象的結(jié)論，得出的結(jié)論可能不唯一

說明兩點(diǎn)：一是高考屬于選拔性考試，對(duì)學(xué)生思維能力要求高，需要明顯梯度區(qū)分考生學(xué)科能力層次水平，故本研究把R水平更細(xì)致地亞分類為R1和R2水平;二是前結(jié)構(gòu)水平是由被測(cè)者本身因素造成的，與題目本身無關(guān)，物理高考試題中不存在前結(jié)構(gòu)水平的試題，故本研究不予討論.

對(duì)比上述劃分標(biāo)準(zhǔn)和考綱對(duì)物理學(xué)科能力的描述，不難發(fā)現(xiàn)，理解能力中的“理解物理概念、物理規(guī)律的確切含義，理解物理規(guī)律的適用條件”，相當(dāng)于單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平;理解能力中的“掌握物理概念和物理規(guī)律在簡(jiǎn)單情況下的應(yīng)用，能夠鑒別關(guān)于概念和規(guī)律似是而非的說法，理解相關(guān)知識(shí)的區(qū)別和聯(lián)系”，相當(dāng)于多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平;推理能力中的“能夠根據(jù)已知的物理知識(shí)和物理事實(shí)、條件，對(duì)物理問題進(jìn)行邏輯推理和論證，得出正確的結(jié)論或作出正確的判斷，并能把推理過程正確地表達(dá)出來”，相當(dāng)于關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平;分析綜合能力中的“對(duì)綜合性的物理問題能夠提出解決問題的方法，運(yùn)用物理知識(shí)綜合解決所遇到的問題”和應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題中的“對(duì)復(fù)雜的物理問題能夠根據(jù)實(shí)際問題列出物理量之間的關(guān)系式，運(yùn)用幾何圖形、函數(shù)圖像等進(jìn)行分析推導(dǎo)和求解，并根據(jù)結(jié)果得出物理結(jié)論;能運(yùn)用幾何圖形、函數(shù)圖像進(jìn)行表達(dá)和分析”，相當(dāng)于抽象拓展結(jié)構(gòu)水平.因此，利用SOLO 分類理論研究物理高考試題對(duì)學(xué)科能力的測(cè)查情況可行.

4 物理高考試題的SOLO能力層次劃分實(shí)例

4.1 非實(shí)驗(yàn)試題SOLO能力層次劃分實(shí)例

例題1 （2019年全國(guó)Ⅲ卷 20題）如圖1（a），物塊和木板疊放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，物塊用一不可伸長(zhǎng)的細(xì)繩與固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的力傳感器相連，細(xì)繩水平.t=0時(shí)，木板開始受到水平外力F的作用，在t=4s時(shí)撤去外力.細(xì)繩對(duì)物塊的拉力f隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖1（b）所示，木板的速度v與時(shí)間t的關(guān)系如圖1（c）所示.木板與實(shí)驗(yàn)臺(tái)之間的摩擦可以忽略，重力加速度取10m/s2.由題給數(shù)據(jù)可以得出

A.木板的質(zhì)量為1kg

B.2-4s內(nèi)，力F的大小為0.4N

C.0-2s內(nèi)，力F的大小保持不變

D.物塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2

分析：本題試題情境為在學(xué)生熟悉模型基礎(chǔ)上再設(shè)計(jì)和創(chuàng)新，解答時(shí)需要找到各個(gè)運(yùn)動(dòng)階段的關(guān)聯(lián)點(diǎn)，各個(gè)方程之間的邏輯關(guān)系，需要對(duì)運(yùn)動(dòng)過程整體把握，需要將知識(shí)點(diǎn)與知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來.知識(shí)點(diǎn)之間是關(guān)聯(lián)的整體，不管是涉及到的知識(shí)點(diǎn)和方法還是列出來的方程個(gè)數(shù)，都超過4個(gè)以上，對(duì)照表2，確定本題考查SOLO能力層次水平為R2水平.對(duì)照考試大綱和新課程標(biāo)準(zhǔn)，確定本題主要考查了物理學(xué)科能力中的分析綜合能力和核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維.

4.2 實(shí)驗(yàn)試題SOLO能力層次劃分實(shí)例

例題2 （2019年全國(guó)Ⅲ卷 22題）甲乙兩位同學(xué)設(shè)計(jì)了利用數(shù)碼相機(jī)的連拍功能測(cè)重力加速度的實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)中，甲同學(xué)負(fù)責(zé)釋放金屬小球，乙同學(xué)負(fù)責(zé)在小球自由下落的時(shí)候拍照.已知相機(jī)每間隔0.1s拍1幅照片.

（1）若要從拍得的照片中獲取必要的信息，在此實(shí)驗(yàn)中還必須使用的器材是（填正確答案標(biāo)號(hào)）.

A.米尺? B.秒表? C.光電門? D.天平

（2）簡(jiǎn)述你選擇的器材在本實(shí)驗(yàn)中的使用方法.

答：.

（3）實(shí)驗(yàn)中兩同學(xué)由連續(xù)3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab=24.5cm、ac=58.7cm，則該地的重力加速度大小為g=m/s2（保留2位有效數(shù)字）.

分析：本題第（1）問考查實(shí)驗(yàn)器材的選擇，對(duì)照表3，其關(guān)鍵詞為“操作”，確定本問考查SOLO能力層次水平為U水平;第（2）問需要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并運(yùn)用物理學(xué)術(shù)語言敘述操作方法，對(duì)照表3，其關(guān)鍵詞為“分析”，確定本問考查SOLO能力層次水平為M水平;第（3）問根據(jù)題目所給數(shù)據(jù)，利用逐差法計(jì)算重力加速度，對(duì)照表3，其關(guān)鍵詞為“分析”，確定本問考查SOLO能力層次水平為M水平.對(duì)照考試大綱和新課程標(biāo)準(zhǔn)，確定本題主要考查了物理學(xué)科能力中的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰秃诵乃仞B(yǎng)中的科學(xué)探究.

5 研究結(jié)果及啟示

利用上述量表，本研究對(duì)2019年新課標(biāo)Ⅲ卷物理試題中的必考試題（題號(hào)：14-25，分值：95分）的測(cè)查情況進(jìn)行了實(shí)證分析和研究.

5.1 SOLO能力層次考查情況統(tǒng)計(jì)與分析

表4和圖2顯示，依據(jù)考查分值和比例從高到低排序?yàn)椋篟1水平、M水平、R2水平、E水平、U水平.把R1水平和R2水平合并為R水平后排序?yàn)椋篟水平、M水平、E水平、U水平.說明試題對(duì)各SOLO能力層次水平均有考查，但以R水平的試題為主（所占分值接近50%）.R水平對(duì)應(yīng)物理學(xué)科能力中的分析綜合能力，對(duì)考生思維能力要求較高，說明物理高考試題注重考查學(xué)生較高層次水平的思維能力，即綜合運(yùn)用所學(xué)物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，體現(xiàn)了物理高考命題從“知識(shí)立意”“能力立意”向“素養(yǎng)導(dǎo)向”轉(zhuǎn)變的風(fēng)向標(biāo).試題覆蓋的SOLO思維能力層次水平、梯度和等級(jí)比較明顯，具有較好的區(qū)分度，符合高考物理試題的甄別和選拔功能.

5.2 各知識(shí)模塊SOLO能力層次考查情況

由表5可看出，從知識(shí)模塊來看，試題考查了力學(xué)、電磁學(xué)兩個(gè)知識(shí)模塊，沒有考查原子物理.

力學(xué)試題，對(duì)各能力層次水平均有考查，依據(jù)考查分值和比例從高到低排序?yàn)椋篗水平、R水平、E水平、U水平.試題以M水平和R水平為主，分別居于前兩位.這兩個(gè)水平，對(duì)考生的思維能力層次具有較高要求，主要考查考生對(duì)力學(xué)概念、規(guī)律、公式、定律、定理的綜合理解和綜合運(yùn)用能力.對(duì)E水平的考查排在第三位，U水平排在最后且僅占1分.統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，力學(xué)試題以中檔題和壓軸題為主，試題對(duì)力學(xué)模塊的思維能力層次要求較高.

電磁學(xué)試題，對(duì)各能力層次水平也均有考查，依據(jù)考查分值和比例從高到低排序?yàn)椋篟水平、U水平、E水平、M水平.所占分值最多的是R水平，說明試題對(duì)電磁學(xué)模塊的要求也是以綜合應(yīng)用能力為主;排名第二的是U水平，U水平的試題對(duì)學(xué)生的思維能力要求最低，主要考查學(xué)生對(duì)基本物理概念、基本物理規(guī)律、定理、公式、定律等物理基礎(chǔ)知識(shí)的理解和掌握，這說明本套試卷有一定比例的分值在考查電磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能;E水平排在第三位，說明本套試題電磁學(xué)模塊也出現(xiàn)了壓軸的試題，只是分值比例沒有力學(xué)版塊高.本套試題未考查原子物理知識(shí)版塊，回顧2018年全國(guó)新課標(biāo)Ⅲ卷原子物理模塊考查了一道分值為6分、M水平的選擇題，說明原子物理模塊不是高考的重點(diǎn)內(nèi)容，但也要求考生掌握，從思維能力層次水平上來說，只要求達(dá)到知道、理解和簡(jiǎn)單應(yīng)用即可.

5.3 研究啟示和展望

從學(xué)科教學(xué)和命題角度看，教學(xué)既要注重基礎(chǔ)，更要重視高階物理學(xué)科能力的培養(yǎng)，重視核心素養(yǎng)的孕育和提升，考試也應(yīng)注重考查學(xué)生的能力和素養(yǎng).

從理論基礎(chǔ)和方法論基礎(chǔ)看，SOLO分類理論由于自身可量化地進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確、客觀，因此具有一定優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用價(jià)值，在課程與教學(xué)評(píng)價(jià)研究領(lǐng)域值得推廣和借鑒，如可嘗試將SOLO分類理論進(jìn)一步拓展到核心素養(yǎng)培育和評(píng)價(jià)方面的研究中去.

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（收稿日期：2021-08-27）