基于布魯姆學習目標和SOLO分類理論的試題對比評析

王賢勇 喻 斌

（貴州省畢節(jié)市第一中學，貴州 畢節(jié) 551700）

1 相關理論簡介

1.1 布魯姆學習目標分類

布魯姆學習目標分類最早是由布魯姆等人于1956年提出的，其主要目的是建構一個詳細敘述不同水平認知能力的分類系統(tǒng)，以便在試題命制時能夠準確考查考生的認知能力.該分類系統(tǒng)將認知能力分為6種類型，從低到高依次為知識、理解、應用、分析、綜合、評價.Anderson把其修改為兩個維度，其中一個是知識維度.知識維度分為事實性知識、概念性知識、方法性知識和元認知知識.另一個是認知能力，其中認知能力修改為記憶、理解、應用、分析、綜合、評價.［1］本文主要運用的是認知能力維度.

1.2 SOLO目標分類理論

SOLO分類理論是約翰·比格斯和凱文·科利斯在皮亞杰的認知發(fā)展階段理論的基礎上提出的，該理論將學生的認知分為5個層次，分別為前結構、單點結構、多點結構、關聯結構、拓展抽象結構.對應從點、線、面、立體到系統(tǒng)的發(fā)展過程，層級越高，要求學生具備的思維水平或認知能力越高.［2］

1.3 布魯姆學習目標和SOLO分類理論與“四翼”“情境”學業(yè)質量水平的有機結合

中國高考評價體系中提出了“一核”“四層”“四翼”的概念，為高考命題提供了有效的理論支撐.其中“一核”為考查目的，回答為什么考的問題；“四層”為考查內容，回答考什么的問題；“四翼”為考查要求，即“基礎性、綜合性、應用性、創(chuàng)新性”，回答怎么考的問題.［3］課程標準中明確了學業(yè)質量水平，把其分為5級水平，其中水平4是學生進入高等院校相關專業(yè)應到達的水平要求.用于高等院校招生錄取的水平等級考試試題應具有較好的區(qū)分度，有利于區(qū)分考生不同層次的學業(yè)水平，便于高校選拔人才.［4］下面通過表1和圖1呈現它們之間的關系.

圖1 布魯姆和SOLO理論分類目標與“四翼”“情境”質量水平的有機結合

表1 物理課程核心素養(yǎng)、質量水平4和布魯姆認知能力的對應關系［5］

2 試題對比分析

2.1 試題呈現

題1.（2022年全國高考甲卷第25題）光點式檢流計是一種可以測量微小電流的儀器，其簡化的工作原理示意圖如圖2所示.圖中A為輕質絕緣彈簧，C為位于紙面上的線圈，虛線框內有與紙面垂直的勻強磁場；M為置于平臺上的輕質小平面反射鏡，輕質剛性細桿D的一端與M固連且與鏡面垂直，另一端與彈簧下端相連，PQ為圓弧形的、帶有均勻刻度的透明讀數條，PQ的圓心位于M的中心.使用前需調零：使線圈內沒有電流通過時，M豎直且與紙面垂直；入射細光束沿水平方向經PQ上的O點射到M上后沿原路反射.線圈通入電流后彈簧長度改變，使M發(fā)生傾斜，入射光束在M上的入射點仍近似處于PQ的圓心，通過讀取反射光射到PQ上的位置，可以測得電流的大小.已知彈簧的勁度系數為k，磁場磁感應強度大小為B，線圈C的匝數為N.沿水平方向的長度為l，細桿D的長度為d，圓弧PQ的半徑為r，r?d，d遠大于彈簧長度改變量的絕對值.

圖2

（1）若在線圈中通入的微小電流為I，求平衡后彈簧長度改變量的絕對值Δx及PQ上反射光點與O點間的弧長s；

（2）某同學用此裝置測一微小電流，測量前未調零，將電流通入線圈后，PQ上反射光點出現在O點上方，與O點間的弧長為s1.保持其他條件不變，只將該電流反向接入，則反射光點出現在O點下方，與O點間的弧長為s2.求待測電流的大小.

題2.（2022年全國高考乙卷第25題）如圖3，一質量為m的物塊A與輕質彈簧連接，靜止在光滑水平面上.物塊B向A運動，t＝0時與彈簧接觸，到t＝2t0時與彈簧分離，第一次碰撞結束，A、B的v- t圖像如圖4所示.已知從t＝0到t＝2t0時間內，物塊 A運動的距離為0.36v0t0.A、B分離后，A滑上粗糙斜面，然后滑下，與一直在水平面上運動的B再次碰撞，之后A再次滑上斜面，達到的最高點與前一次相同.斜面傾角為θ（sinθ＝0.6），與水平面光滑連接.碰撞過程中彈簧始終處于彈性限度內.求

圖3

圖4

（1）第一次碰撞過程中，彈簧彈性勢能的最大值；

（2）第一次碰撞過程中，彈簧壓縮量的最大值；

（3）物塊A與斜面間的動摩擦因數.

2.2 試題對比分析

試題對比分析見表2.

表2 試題對比分析

3 試題詳細分析

3.1 甲卷第25題分析

3.1.1 情境化試題分析

如圖5所示，該題只包含一個情境，即線圈C（下文簡稱C）通電后導致彈簧A（下文簡稱A）的長度發(fā)生微小形變，因而與彈簧連接的輕質桿D（下文簡稱D）帶動平面鏡M（下文簡稱M）發(fā)生微小轉動，最終導致經過平面鏡反射的光到達讀數條PQ（下文簡稱PQ）上的位置發(fā)生改變，從而得到不同的讀數.此題雖然只有一個情境，但是考生要理解該情境非常困難，原因是該題情境描述文字太多，導致部分考生心理壓力過大，閱讀后無法提取關鍵信息，故而無法將信息轉化為模型來解決問題.本題共有513個字，其中用于情境描述的文字就達到359個.且每一段文字所描述的信息都非常重要，且相互關聯.考生要能在有限的時間解決該題，必須做到：（1）要理解輕質模型的特點.知道D與M的連接為固連（定桿模型），與A的連接為可轉動連接，一般簡稱為動桿模型.因為D、M均不計質量，所以M與底座之間無彈力，C通微小電流后彈簧始終保持豎直.（2）C通電后導致D、M和反射光轉動，反射光轉動的角度是D（M）轉動角度的兩倍.這里利用了微小量放大的思想方法.（3）C通電平衡后A長度改變量的絕對值Δx只與安培力的大小有關，簡化為二力平衡，即kΔx＝NBIL，可以不用分析C的重力.（4）通過圓弧PQ的半徑r遠遠大于細桿D的長度d，d?Δx的條件，利用極限思想，得出D和發(fā)射光轉動的夾角均滿足正切值等于正弦值，從而找到Δx與弧長s的關系，突破情境化問題的難點.（5）第（2）問必須在第（1）問的基礎之上才能完成.第（2）問實際是考查誤差分析.有的考生可能會先把偏差值設出來，再利用第（1）問的結論，最后消掉偏差，用這種方法求解的學生比較多.思維層次高、認知能力強，已經把握此題本質的考生會采用等效思維.等效為待測電流作用下正確讀數為s1，電流反向后的讀數為s2，直接利用第（1）問的結論便可求出結果.能等效的原因是兩次未通電前偏差一樣.如果通電后第1次的正確結果是示數減去偏差值，那么第2次的結果就是示數加上偏差值，相加即可消除偏差.當然從時間上來看兩種解法相差不大，但是可看出采用第2種方法的考生其認知能力還是要強一些.

圖5

3.1.2 參考答案分析

此題共兩問，得分點如下：（1）寫對安培力的公式，即F＝NBIL.（2）寫對安培力與A增加的彈力的關系，即kΔx＝NBIL，或線圈所受的重力、彈力及安培力的關系.（3）利用極限法寫對d、Δx、s之間的關系.（4）得出正確的結果.從給分點來看，此題只需要8個左右關系式（對應得分點）即可得出結果，運算量小.但是對閱讀理解能力、思維靈活性、獨特性、創(chuàng)新性、要求極高，即要求考生具備很強的關鍵能力.

第（1）問中，對安培力的公式和kΔx＝NBIL的考查體現“一核四層四翼”的基礎性.但得分較低，因思維定式，考生容易漏寫N而失分.接下來是考查極限思想、用數學解決物理問題的能力，體現“一核四層四翼”的綜合性、應用性，得分更低.第（2）問基于第（1）問考查應用性、創(chuàng)新性，兩個關鍵得分點，由于與第（1）問關聯性強，得分率就更低.

可見，此題考點相對單一，能選拔出閱讀能力強、心理素質好、思維層次高的考生，但對思維層次中等左右和較低的學生沒有區(qū)分度.第（1）問筆者了解到，某省理科考生中，該題絕大部分考生沒有作出任何解答，全體考生的平均分才1.09分.這充分說明，絕大部分學生面對這道題無從下手，思維層次中等的部分考生即使認真閱讀，但因為文字多、情境陌生、復雜度高，關聯性強，也未能提取有用信息來建構模型，從而解決問題.

總的來說，筆者認為此題的創(chuàng)新之處是利用了人教版演示微小形變的實驗和探究庫侖力大小的思想方法，即放大法.此題要引導教學回歸教材，要創(chuàng)造性地使用教材；要引導學生“從生活走向物理，從物理走向社會”，學以致用；能對儀器誤差進行分析，得出正確結果.最終真正實現從“解題”走向“解決問題”，避免機械刷題.

3.2 乙卷第25題分析

3.2.1 從情境化角度分析

如圖6所示，該題包含了3個情境.第1個情境是物塊B在光滑水平面上勻速運動；第2個情境是物塊B與物塊A擠壓彈簧發(fā)生彈性碰撞；第3個情境是物塊A沖上斜面再返回；然后再次相互壓縮彈簧，分離后物塊A再次沖上斜面，情境與第2、3個情境相同.此題情境多，關聯性強，是考生平時熟悉的學習探索情境.該題整體字數為254個，其中用于描述情境的文字有192個，學生比較容易建構模型來解決部分問題.考生要在有限的時間之內解決此題，必須做到：（1）具備很強力的力與運動的觀念和能量觀念，即能形成觀念，解決復雜問題.物塊A、B之間有兩次相互作用，第1次與教材呈現的情境是一樣的，即運動物體與靜止物體發(fā)生彈性正碰.第2次在教材的基礎上拓展為兩個運動物塊的一維碰撞，方法一樣，但計算量大.（2）通過圖像獲取信息的能力.例如通過圖像獲取彈簧被壓縮最短的時刻、碰撞前后的速度等信息.（3）從情境描述中獲取關鍵信息的能力.例如題干中：之后物塊A再次滑上斜面，達到的最高點與前一次相同.學生要能提取出物塊A兩次滑上斜面的初速度一樣的信息.（4）超強的數學方法處理物理問題的能力.例如物塊A返回與物塊B發(fā)生碰撞，需要很強的計算能力和技巧；通過微元法計算彈簧的形變量的過程，既要具備思維的靈活度，也要具有多物體運動的關聯度，即兩物體的速度關系、時間關系、空間關系.當然，此題可以通過巧妙地變換參考系來完成，即選其中一個物體為參考系，根據彈簧被壓縮和恢復原長具有對稱性，結合力與運動的觀念、動量和能量觀念可求出結果.這種走不尋常的路線的解法，對學生思維的抽象能力、創(chuàng)新能力、變換能力要求更高.

圖6

3.2.2 從參考答案的角度分析

該題有以下幾個得分點：（1）寫出A、B之間相互作用過程的動量和能量守恒，結合圖像求出結果，有3個關鍵得分點.（2）寫出牛頓第二定律和運動學中速度和時間的關系，用微元法來處理得出結果，有9個關鍵得分點.（3）對A、B再次寫動量和能量守恒關系，根據A上滑和下滑位移大小相同，寫動能定理方程或從牛頓運動定律來求解均可，有5個關鍵得分點，體現綜合性、靈活性.

在此題17個關鍵得分點中，有10個左右得分點學生比較容易拿到.原因是這10個左右得分點學生平時都比較熟悉.例如用牛頓運動定律來解決問題考生非常熟悉，一維彈性碰撞中動量守恒和能量守恒的方程，只要熟悉理解教材中推導出的結論或熟悉推導思路，均可快速解決部分問題，體現“一核四層四翼”的基礎性.余下的7個點得分率低.要用微元法求位移，思維層次要求高.考查學生在熟悉的情境中進行創(chuàng)新，設計非常巧妙，體現“一核四層四翼”的綜合性、應用性、創(chuàng)新性.這個創(chuàng)新點的設置顯然是為了雙一流高校選拔出思維層次高的人才.

總的來說，此題可用于引導教學回歸教材、關注基礎知識和基本規(guī)律.引導學生在熟悉的情境中進行思考、創(chuàng)新，創(chuàng)造性地解決問題.

4 啟示

4.1 建構解決問題的流程

基于前面的分析，建構解決問題的流程，如圖7所示.［5］古人說得好：授人以魚不如授人以漁.教學的核心是給學生傳遞思想方法，提升學生物理的核心素養(yǎng)，多年以后，忘記知識以外還能留在學生心中有用的東西，那就是素養(yǎng).最有價值和意義的教育是在教學中厚植家國情懷，激發(fā)學生學習的斗志和興趣，讓學生能歸納出解決問題的思想、方法，且能進行追問、反思、拓展、創(chuàng)新.例如甲卷25題，可以引導學生反思測量前示數不為0的原因；可以用原裝置改裝來測量磁感強度，把電流刻度轉化為磁感應強度，即可讀出磁感應強度的值.也可以由該裝置的思想，創(chuàng)新出如圖8所示的裝置.用金屬紐絲B把線圈A懸掛起來置于勻強磁場中，在金屬紐絲B上固定一平面鏡M，在平面鏡前方，圖中兩虛線之間標有刻度，通過反射光落點的位置關系，可以讀出線圈A通電后金屬紐絲B扭轉的角度.設計原理有兩個關鍵點，其一是采用放大的思想方法，其二是根據安培力產生的力矩和金屬紐絲的扭轉力矩平衡即可測出（微）電流或磁感應強度.與原題25比較，優(yōu)點是計算簡單，避免了極限思想，靈敏度高.教學中像這樣的問題可以采用項目式學習來完成.以小組為單元，通過問題導向，引導學生領悟原理，設計實驗方案、團結合作，動手制作一個測量微電流或磁感應強度的裝置.這樣的教學能有效培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度、拓展創(chuàng)新能力和動手操作能力.

圖7

圖8

4.2 重視教材、物理課程標準、中國高考評價體系的指導作用

通過前面的表1可以清晰看到，這兩道壓軸題的核心功能、布魯姆認知目標、四翼考查都是一樣的，說明布魯姆的認知目標、普通高中物理課程標準和中國高考評價體系為高考試題的命制提供了很強的理論保障，故教師們必須學習分類理論、關注教材、研究課標和高考評價體系.從SOLO分類理論來看，甲、乙卷第25題有差異，甲卷第25題是一個復雜情境下知識的串聯結合體，幾乎沒有主干知識，且知識點相對較少，問題設置獨特，學生不易得分.但優(yōu)點是能引導學生不要盲目背題、刷題；引導教師教學必須關注學生思維的培養(yǎng)、關注學生物理核心素養(yǎng)的提升.乙卷第25題為多情境下知識的串并聯有機結合體，問題設置從簡單到復雜，在平穩(wěn)中創(chuàng)新，在創(chuàng)新中發(fā)展，層次感強、區(qū)分度好，有利于考查出 不同思維層次的考生，有利于不同的高校選拔人才.可見高考試題設置的問題梯度越好，其區(qū)分度就越高.

4.3 重視情境、布魯姆和SOLO目標分類在教學和命題中的應用

當今紙筆考試，情境化命題已成必然，可以肯定地說：無情境，不命題.打開人教版新教材，幾乎每一節(jié)內容的前面都是通過情境引出問題，然后展開學習的，可見情境的重要性.故教學中也可以這樣說，無情境，不教學.良好的情境應基于生活實際，緊扣教學內容、緊扣課標、符合學生認知能力、具有層次性、感知性、探究性、開放性和創(chuàng)新性.

另外，布魯姆目標分類能讓教師從認知能力角度去掌握學生的學習情況，有利于針對性地去提升學生的認知能力；SOLO目標分類能讓教師從知識和方法的層級去命制不同質量水平的題目，通過試題的分析也能有效地提升學生的認知能力，從而到達落實物理核心素養(yǎng)的目標.所以教師應加深對這兩個理論的學習，并用于實踐，指導教學.