基于SOLO分類理論的物理高考試題學科能力測查研究

1、基于SOLO分類理論的物理高考試題學科能力測査研究作者：趙波王晶瑩來源：中學物理高中2021年第11期表1S0I.0分類理論5個思維結構層歡的具SOLO層次前結構（P水平）單點結構（U水平）多點結構（們水平）能力最低低中思維操作拒絕，同義反復，轉換只能聯(lián)系單一事件進行“概括”只根據(jù)幾個有限的、孤立的事件進行躅概括一致性與收斂沒有一致的感覺，沒有弄清問題就收斂沒有一致的感覺，只接觸到某一點就迅速收斂雖然想達到一致，但由于只注意孤立的索材而便回答收斂太快回答結構線索菽解答*直線索x熾答X*OG&線索狀解答:KUnUnUnHUUr.學說明：圖中X表示不相關或不適當?shù)乃夭?，表示給出的相董素材表示味表2

2、非實驗題SOLO能力層次評價指衣SOLO層次解題需要知識點數(shù)量單點結構水平1個常規(guī)模型或熟悉情境，信息肯（U水平）點，進行簡單識別、計算、解耒多點結構水平（M水平）M2個（相互獨立）常規(guī)模型或熟悉情境，信息盲出兩個或兩個以上知識點，尖計算、分析等獨立的思維操纟續(xù)表2SOLO層次解題需要知識點數(shù)量2-3個（叫水平）情境有一定新穎性，或是常規(guī)2-3個線索點或知識點間的卩析、綜合計算、推理演算、歸納關聯(lián)結構水平（R水平）M2個（相互聯(lián)系）工4個（fl?水平）情境有一定新穎性，或是常規(guī)雜、涉及范圍廣，往往是綜合電點，并將各個信息點和知識點將知識點與知識點聯(lián)系起來、算，才能得出正確答案抽象拓展結構水平（

3、E水平）M3個情境新穎，對學生而言是一個非常復雜（如多物體或多狀態(tài)題干中所有的已有知識點外,及到的知識點和方法，將所有結構水平的基礎上，經(jīng)過抽象多個視角得出更抽象的結論,表3實驗試題SOLO能力層次評價指標SOLO層次關鍵詞單點結構水平（U水平）操作能明確實驗目的,能正確使托表量程、能根據(jù)實驗原理正碓正確記錄實驗數(shù)據(jù),能正確彼量結果，會簡單讀圖得出答案多點結構水平（M水平）分析能理解實驗原理和實驗方法件，能獨立進行并完成實驗，三實弊現(xiàn)象和規(guī)律，能獨立處理案，或者需要兩個獨立知識點關聯(lián)結構水平（R水平）分析十評價分析（凡水平）能分析和處理較為復雜的實2起來,進行必要的數(shù)學運算，彳評價（R2水平）

4、能從整體上評價實驗，得出浜源，能改進實驗，能完成簡單才能得出結論抽象拓展結構水平（E水平）設計實驗情境新穎，能運用學過的材去設計新的實驗方案，能建題、提出問題并制定解決方案經(jīng)典實驗提出質疑并能夠改i表4必考題各筠識模塊SOIQ能力層次考:3025201510509.47732267737I2.2MOq口水平朗水平她B分數(shù)f*百分嗽衢比水平坷水平瓦水平SOW層次3025L050U水平秋水平Ri水平分數(shù)百分比（翳）分數(shù)百分比（）分數(shù)百分比（紀分數(shù)1力學1L052021+0566+3212電磁學88.42S5.262021.053原子物理Q000000總分g9.472526,322627.3719圖

5、22019年全國H卷物理試SOLO層次分布摘要：物理學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物理學科能力的測查情況，既有利于通過洞悉考向來引導教師和學生回歸教學從而落實核心素養(yǎng)的培育，又裨益于物理考試命題、評價等工作但由于試題實測難度具有相對性，高考試題難度不對外公布，雖然考試大綱和物理新課程標準（2017年版2020年修訂）有對物理學科能力劃分與核心素養(yǎng)水平劃分的分類標準，但文字性的描述存在邊界不夠明確，研究時易受主觀因素影響而在一定程度上削弱研究結果的客觀性本文利用SOLO分類理論構建物理試題能力層次評價指標體系，對2019年全國新課標III卷對物理學科能力測查情況進行實證

6、研究，為試題研究等提供參考和借鑒.關鍵詞：物理學科能力;物理高考試題；SOLO分類理論;試題評價;能力測查中圖分類號：G633.7文獻標識碼：B文章編號：1008-4134（2021）21-0010-05基金項目：昆明市盤龍區(qū)2015年教育科學規(guī)劃一般課題“新課標物理高考評價研究”（項目編號：盤教科研20152號）.作者簡介：趙波（1979-），男，云南大理人，碩士，中學一級教師，研究方向：高中物理教學和考試評價研究.通訊作者：王晶瑩（1980-），女，遼寧營口人，雙博士后，教授，研究方向：科學教育研究.問題的提出學科能力培養(yǎng)與測評，是世界各國基礎教育課程改革的目標和改革成效的標準.從上世紀9

7、0年代到本世紀初，美、澳、日、德等國均在基礎教育領域出臺培養(yǎng)和評估學生學科能力的課標、測評標準和測評系統(tǒng)等1-5.我國也頒布了一系列注重對學生能力和素質提高和考查的文件、課標、大綱等6-9，如最新課程標準（2017年版2020年修訂）提出了蘊含物理學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的同時，注重考查物理學科能力，并把對物理學科能力的考查放在首要位置.物理學科能力是學生的物理觀念、科學思維、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物理學科能力測查，既有利于通過洞悉考向來引導教師和學生回歸教學從而落

8、實核心素養(yǎng)的培育，又裨益于物理考試命題、評價等工作.但是，由于試題的難度是一個相對的概念，與被試的水平相關，且高考試題難度等信息一般不對社會公布，教師無法通過直接獲取試題難度系數(shù)等指導教學.研究試題時，又因考試大綱對物理學科能力分類依據(jù)和新課標對核心素養(yǎng)水平劃分標準等都是文字形式的定性描述，劃分的分類標準邊界不夠明確、存在模糊性，缺乏量化統(tǒng)計、分析的依據(jù)，研究時易受主觀因素影響而在一定程度上削弱研究結果的客觀性.基于可被測量和可被觀察的學習成果結構（SOLO分類理論）為基礎的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科能力層次水平，又有助于明確試題對

9、各個知識模塊的難度要求.SOLO分類理論及SOLO分類法SOLO分類法是一種基于SOLO分類理論，以等級描述為基本特征、在具體任務中對學生相關能力進行質性評價的方法，不僅可以分析和判斷學生對相關知識的掌握情況和學生的思維結構所處的層次水平，也可以把試題劃分為不同層次水平，是現(xiàn)階段比較流行、較為科學的評價方法，在國內外教學評價研究和考試評價研究中具有較廣泛的應用（理論部分具體描述見表1）.基于SOLO分類理論的物理試題能力層次評價指標體系的構建借鑒程麗冰、王芳、山麗娟、樊卓琳、王振超、莊園、程柱建等學者的研究12-18，彌補和完善其對SOLO層次標準的劃分描述的維度的缺漏及不全面、不系統(tǒng)等不足，

10、基于相關性、理論聯(lián)系實際、可操性等原則，以課標、考試大綱等為依據(jù)，同時考慮到對實驗題的能力評價不僅需要關注知識點數(shù)量，而且也要關注操作技能和思維能力，本研究分別構建出物理非實驗題和實驗題的SOLO能力層次評價指標體系（見表2、表3）.抽象拓展結構水平（E水平）3個情境新穎，對學生而言是一個新的、陌生的情境或模型，或題目形式靈活、問題情境非常復雜（如多物體或多狀態(tài)、多過程問題等），信息量多;要求學生除了能夠再現(xiàn)題干中所有的已有知識點外，還能對題目進行深入挖掘，拓展聯(lián)想到題目中沒有涉及到的知識點和方法，將所有的有用信息結合起來對問題進行分析和推理，在關聯(lián)結構水平的基礎上，經(jīng)過抽象思維和拓展思維，把

11、已知結果推廣到更新的領域，從多個視角得出更抽象的結論，得出的結論可能不唯一說明兩點：一是高考屬于選拔性考試，對學生思維能力要求高，需要明顯梯度區(qū)分考生學科能力層次水平，故本研究把R水平更細致地亞分類為R1和R2水平;二是前結構水平是由被測者本身因素造成的，與題目本身無關，物理高考試題中不存在前結構水平的試題，故本研究不予討論.對比上述劃分標準和考綱對物理學科能力的描述，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”，相當于單點結構水平;理解能力中的“掌握物理概念和物理規(guī)律在簡單情況下的應用，能夠鑒別關于概念和規(guī)律似是而非的說法，理解相關知識的區(qū)別和聯(lián)系”，相

12、當于多點結構水平;推理能力中的“能夠根據(jù)已知的物理知識和物理事實、條件，對物理問題進行邏輯推理和論證，得出正確的結論或作出正確的判斷，并能把推理過程正確地表達出來”，相當于關聯(lián)結構水平;分析綜合能力中的“對綜合性的物理問題能夠提出解決問題的方法，運用物理知識綜合解決所遇到的問題”和應用數(shù)學處理物理問題中的“對復雜的物理問題能夠根據(jù)實際問題列出物理量之間的關系式，運用幾何圖形、函數(shù)圖像等進行分析推導和求解，并根據(jù)結果得出物理結論;能運用幾何圖形、函數(shù)圖像進行表達和分析”，相當于抽象拓展結構水平因此，利用SOLO分類理論研究物理高考試題對學科能力的測查情況可行.4物理高考試題的SOLO能力層次劃分

13、實例4.1非實驗試題SOLO能力層次劃分實例例題1(2019年全國III卷20題)如圖1(a)，物塊和木板疊放在實驗臺上，物塊用一不可伸長的細繩與固定在實驗臺上的力傳感器相連，細繩水平t=0時，木板開始受到水平外力F的作用，在t=4s時撤去外力細繩對物塊的拉力f隨時間t變化的關系如圖1(b)所示，木板的速度v與時間t的關系如圖1(c)所示木板與實驗臺之間的摩擦可以忽略，重力加速度取10m/s2.由題給數(shù)據(jù)可以得出木板的質量為1kg2-4s內，力F的大小為0.4N0-2s內，力F的大小保持不變物塊與木板之間的動摩擦因數(shù)為0.2分析：本題試題情境為在學生熟悉模型基礎上再設計和創(chuàng)新，解答時需要找到各

14、個運動階段的關聯(lián)點，各個方程之間的邏輯關系，需要對運動過程整體把握，需要將知識點與知識點聯(lián)系起來.知識點之間是關聯(lián)的整體，不管是涉及到的知識點和方法還是列出來的方程個數(shù)，都超過4個以上，對照表2,確定本題考查SOLO能力層次水平為R2水平對照考試大綱和新課程標準，確定本題主要考查了物理學科能力中的分析綜合能力和核心素養(yǎng)中的科學思維.4.2實驗試題SOLO能力層次劃分實例例題2(2019年全國III卷22題)甲乙兩位同學設計了利用數(shù)碼相機的連拍功能測重力加速度的實驗.實驗中，甲同學負責釋放金屬小球，乙同學負責在小球自由下落的時候拍照.已知相機每間隔0.1s拍1幅照片.若要從拍得的照片中獲取必要的

15、信息，在此實驗中還必須使用的器材是(填正確答案標號).米尺B.秒表C.光電門D.天平簡述你選擇的器材在本實驗中的使用方法.實驗中兩同學由連續(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)問考查實驗器材的選擇，對照表3，其關鍵詞為“操作”，確定本問考查SOLO能力層次水平為U水平;第(2)問需要設計實驗方案并運用物理學術語言敘述操作方法，對照表3,其關鍵詞為“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)，利用逐差法計算重力加速度，對照表3，其關鍵詞為“分析”，確

16、定本問考查SOLO能力層次水平為M水平對照考試大綱和新課程標準，確定本題主要考查了物理學科能力中的實驗能力和核心素養(yǎng)中的科學探究.5研究結果及啟示利用上述量表，本研究對2019年新課標III卷物理試題中的必考試題（題號：14-25，分值：95分）的測查情況進行了實證分析和研究.5.1SOLO能力層次考查情況統(tǒng)計與分析表4和圖2顯示，依據(jù)考查分值和比例從高到低排序為：R1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水平后排序為：R水平、M水平、E水平、U水平.說明試題對各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水平對應物理學科能力中的分析

17、綜合能力，對考生思維能力要求較高，說明物理高考試題注重考查學生較高層次水平的思維能力，即綜合運用所學物理知識解決實際問題的能力，體現(xiàn)了物理高考命題從知識立意”“能力立意”向“素養(yǎng)導向”轉變的風向標試題覆蓋的SOLO思維能力層次水平、梯度和等級比較明顯，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各知識模塊SOLO能力層次考查情況由表5可看出，從知識模塊來看，試題考查了力學、電磁學兩個知識模塊，沒有考查原子物理.力學試題，對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為：M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.這兩個水平，對考生的思維能力層

18、次具有較高要求，主要考查考生對力學概念、規(guī)律、公式、定律、定理的綜合理解和綜合運用能力對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)計結果表明，力學試題以中檔題和壓軸題為主，試題對力學模塊的思維能力層次要求較高.電磁學試題，對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為：R水平、U水平、E水平、M水平所占分值最多的是R水平，說明試題對電磁學模塊的要求也是以綜合應用能力為主;排名第二的是U水平，U水平的試題對學生的思維能力要求最低，主要考查學生對基本物理概念、基本物理規(guī)律、定理、公式、定律等物理基礎知識的理解和掌握，這說明本套試卷有一定比例的分值在考查電磁學基礎知識和基本技能

19、;E水平排在第三位，說明本套試題電磁學模塊也出現(xiàn)了壓軸的試題，只是分值比例沒有力學版塊高本套試題未考查原子物理知識版塊，回顧2018年全國新課標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內容，但也要求考生掌握，從思維能力層次水平上來說，只要求達到知道、理解和簡單應用即可.5.3研究啟示和展望從學科教學和命題角度看，教學既要注重基礎，更要重視高階物理學科能力的培養(yǎng)，重視核心素養(yǎng)的孕育和提升，考試也應注重考查學生的能力和素養(yǎng).從理論基礎和方法論基礎看，SOLO分類理論由于自身可量化地進行統(tǒng)計分析，研究結果相對準確、客觀，因此具有一定優(yōu)勢和應用價值，在課

20、程與教學評價研究領域值得推廣和借鑒，如可嘗試將SOLO分類理論進一步拓展到核心素養(yǎng)培育和評價方面的研究中去參考文獻：1黃偉，張民選.來自美國學科能力表現(xiàn)標準的觀照：我國課程標準的建設亟待加強J.外國中小學教育，2008(03)：43-47+37.4物理高考試題的SOLO能力層次劃分實例4.1非實驗試題SOLO能力層次劃分實例例題1(2019年全國III卷20題)如圖1(a)，物塊和木板疊放在實驗臺上，物塊用一不可伸長的細繩與固定在實驗臺上的力傳感器相連，細繩水平t=0時，木板開始受到水平外力F的作用，在t=4s時撤去外力細繩對物塊的拉力f隨時間t變化的關系如圖1(b)所示，木板的速度v與時間t

21、的關系如圖1(c)所示木板與實驗臺之間的摩擦可以忽略，重力加速度取10m/s2.由題給數(shù)據(jù)可以得出木板的質量為1kg2-4s內，力F的大小為0.4N0-2s內，力F的大小保持不變物塊與木板之間的動摩擦因數(shù)為0.2分析：本題試題情境為在學生熟悉模型基礎上再設計和創(chuàng)新，解答時需要找到各個運動階段的關聯(lián)點，各個方程之間的邏輯關系，需要對運動過程整體把握，需要將知識點與知識點聯(lián)系起來.知識點之間是關聯(lián)的整體，不管是涉及到的知識點和方法還是列出來的方程個數(shù)，都超過4個以上，對照表2,確定本題考查SOLO能力層次水平為R2水平對照考試大綱和新課程標準，確定本題主要考查了物理學科能力中的分析綜合能力和核心素

22、養(yǎng)中的科學思維.4.2實驗試題SOLO能力層次劃分實例例題2（2019年全國III卷22題）甲乙兩位同學設計了利用數(shù)碼相機的連拍功能測重力加速度的實驗.實驗中，甲同學負責釋放金屬小球，乙同學負責在小球自由下落的時候拍照.已知相機每間隔0.1s拍1幅照片.（1）若要從拍得的照片中獲取必要的信息，在此實驗中還必須使用的器材是（填正確答案標號）.A.米尺B.秒表C.光電門D.天平（2）簡述你選擇的器材在本實驗中的使用方法.實驗中兩同學由連續(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）問考查實驗器

23、材的選擇，對照表3，其關鍵詞為“操作”，確定本問考查SOLO能力層次水平為U水平;第（2）問需要設計實驗方案并運用物理學術語言敘述操作方法，對照表3,其關鍵詞為“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)，利用逐差法計算重力加速度，對照表3，其關鍵詞為“分析”，確定本問考查SOLO能力層次水平為M水平對照考試大綱和新課程標準，確定本題主要考查了物理學科能力中的實驗能力和核心素養(yǎng)中的科學探究.5研究結果及啟示利用上述量表，本研究對2019年新課標III卷物理試題中的必考試題（題號:14-25，分值：95分）的測查情況進行了實證分析和研究.5.1SOLO能力層次考

24、查情況統(tǒng)計與分析表4和圖2顯示，依據(jù)考查分值和比例從高到低排序為：R1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水平后排序為：R水平、M水平、E水平、U水平說明試題對各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水平對應物理學科能力中的分析綜合能力，對考生思維能力要求較高，說明物理高考試題注重考查學生較高層次水平的思維能力，即綜合運用所學物理知識解決實際問題的能力，體現(xiàn)了物理高考命題從知識立意”“能力立意”向“素養(yǎng)導向”轉變的風向標試題覆蓋的SOLO思維能力層次水平、梯度和等級比較明顯，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各知識模塊SOLO能力層次考查情況由表5可看出，從知識模塊來看，試題考查了力學、電磁學兩個知識模塊，沒有考查原子物理.力學