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摘 要 研究旨在应用SOLO分类理论，分析高考物理实验题对学生思维能力层次的要求，根据该理论制定各层次界定标准，以2016—2020年高考全国Ⅱ卷物理实验题为例，进行实验题的层次划分与统计。研究结果表明，5套试卷中物理实验题要求的SOLO层次多处于关联结构水平。经对各层次水平问题所考察内容的深入分析，提出具体教学建议，以期对广大一线教师的教学工作有所启迪，为物理实验教学的改革与创新提供新方法、新思路。
关键词 高中物理 SOLO分类理论 高考 实验能力
高考作为我国一项重要的人才选拔考试，其试题命制具有科学性、合理性以及代表性等特点。在对物理教学策略和方法进行研究与探索的过程中，通过对高考试题进行定性或定量的分析与评价，往往能够得到更深的启发与思考。《普通高中物理课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）的出版，标志着教学将更加注重学生核心素养的培养。学生能否具备《课程标准》所要求的价值观念、品格和关键能力，能否熟练地在复杂问题和生活情境中灵活运用知识和技能解决问题，成为当前教育考核的重中之重。在同样以核心素养为指向的物理学科教学中，物理实验能力应当受到重视。为了强化实验能力的培养，笔者以高考物理实验试题作为研究对象，应用SOLO分类理论，对2016—2020年高考全国Ⅱ卷的物理实验题进行逐题分析，针对其中所考察的实验能力进行层级划分与统计，并根据统计结果加以归纳总结，提出物理学科改进实验教学的相关建议，为广大一线教育工作者在教育教学实践中更为全面、科学地进行人才培养提供帮助。
一、SOLO分类理论简介
SOLO分类理论（Structure of the Observed Learning Outcome），作为教育新视野背景下针对学业质量水平提出的一种评价方法，最早由澳大利亚心理学教授彼格斯（Biggs）等人在著作《学习质量评价——SOLO分类法》中创立。该理论是对皮亚杰儿童发展阶段论的继承和发展，表现为更注重学生在特定任务中的表现，即通过学生学习行为的认知结果，分析所掌握知识的结构以及概念理解的思维层次，使得学习水平能够可观地呈现。因此，该理论也可称为：可观察的学习结果的结构[1]。
彼格斯等人认为：传统的教育评价模式仅仅将学生掌握知识的数量作为评价准则，这与一门新学科的初始学习阶段是相适应的。但是，随着学习过程的深入，原有的分离的、互不相关的知识将逐渐相互联系，构成一贯整体，从而产生质的变化[2]。此时，传统的评价模式将不再适用。因此，SOLO分类理论对复杂学习过程的层次进行了通用框架的构建，并根据学习者的学习结果分为以下五个层次：
（1）前结构水平（Pre-structural level，简称“P水平”）：不理解问题，不具备问题相关知识或知识概念混淆，思维逻辑混乱。常表现为拒绝作答、重复问题内容、或是以不相关的内容作答;
（2）单点结构水平（Uni-structural level，简称“U水平”）：仅理解某一方面知识，能够就其回答简单问题，但思维水平局限，掌握线索单一，不能够全面看待问题;
（3）多点结构水平（Multi-structural level，简称“M水平”）：理解和掌握多个方面的知识，但是仅仅将其简单罗列，知识彼此间相互独立，不能建立联系、解决实际问题;
（4）关联结构水平（Relational level，简称“R水平”）：将掌握的知识相互联系、构成整体。表现为回答问题时能够将知识综合运用，并用概括性、总结性的语言进行回答;
（5）扩展結构水平（Extended abstract level，简称“E水平”）：不仅能够将知识关联、概括，同时还具有抽象思维，能够在复杂情景中处理问题，达到举一反三、灵活应用的效果。
二、基于SOLO分类理论的高考物理实验题层次分析方法举例
2020年高考课标全国Ⅱ卷理综物理部分的22、23题为物理实验试题，卷面分值15分，占理综物理部分试卷总分的13.7%，以填空形式分别从不同层次对学生的物理实验能力进行考察。以下，笔者以上述两题为例，基于SOLO分类理论分析实验试题的能力层次要求及其特点。
例1：
22.（5分）一细绳跨过悬挂的定滑轮，两端分别系有小球A和B，如图1所示，一实验小组用此装置测量小球B运动的加速度。
（1）令两小球静止，细绳拉紧，然后释放小球，测得小球B释放时的高度h0 = 0.590 m，下降一段距离后的高度h = 0.100 m;由h0下降至h所用的时间T = 0.730 s。由此求得小球B加速度的大小为a =_______m/s2（保留3位有效数字）。
（2）从实验室提供的数据得知，小球A、B的质量分别为100.0 g和150.0 g，当地重力加速度大小为g = 9.80 m/s2。根据牛顿第二定律计算可得小球B加速度的大小为a′ =_______m/s2（保留3位有效数字）。
（3）可以看出，a′与a有明显差异，除实验中的偶然误差外，写出一条可能产生这一结果的原因：____________________。
第（1）问属于多点结构层次问题，考察运用匀加速直线运动公式求解加速度、有效数字的表达以及分析实验现象、理解简单实验原理的能力。解答此题的关键在于实验原理，即采用何种方式进行加速度的测量。要求学生能够根据题意正确判断物体的运动状态，掌握匀变速直线运动的概念、规律和特点，根据已知条件选择公式计算物体加速度的大小。解题过程如下：
由匀变速直线运动规律可知[h-h0=12at2]，解得[a=1.84 m/s2]。
第（2）问属于关联结构层次问题。考察牛顿第二定律的应用、整体法分析以及理解复杂实验原理的能力。同样是求解加速度问题，实验原理却与上一问有所不同[3]。这里要求学生能够明确整体法分析的前提和条件，结合牛顿第二定律表达式求解，得到加速度的大小。该题目同样考察了有效数字的表达。解题过程如下： 结合牛顿第二定律有[mBg-mAg = （mA mB）a′]，解得[a′≈1.96 m/s2]。
第（3）问属于关联结构层次问题。考察牛顿第二定律、阻力、摩擦力等知识点以及对实验结果进行误差分析的能力。学生普遍能分析出误差产生的原因是由于实验仪器结构不够完善或实验过程中存在阻力等，而题中要求会分析本题中误差产生的具体原因。因此，应该以实际给出的具体实验器材作为出发点，从而得出答案：可能是滑轮有质量或者滑轮的轴不光滑。
例2：
23.（10分）某同学要研究一小灯泡L（3.6 V，0.30 A）的伏安特性。所用器材有：电流表A1（量程200 mA，内阻Rg1 = 10.0 Ω）、电流表A2（量程500 mA，内阻Rg2 = 1.0 Ω）、定值电阻R0（阻值R0 = 10.0 Ω）、滑动变阻器R1（最大阻值10 Ω）、电源E（电动势4.5 V，内阻很小）、开关S和若干导线。该同学设计的电路如图（a）所示。
（1）根据图（a），在图（b）的实物图中画出连线。
（2）若I1、I2分别为流过电流表A1和A2的电流，利用I1、I2、Rg1和R0写出：小灯泡两端的电压U =_________，流过小灯泡的电流I =_______。为保证小灯泡的安全，I1不能超过_______mA。
（3）实验时，调节滑动变阻器，使开关闭合后两电流表的示数为零。逐次改变滑动变阻器滑片位置并读取相应的I1和I2。所得实验数据在下表中给出。
根据实验数据可算得，当I1 = 173 mA时，灯丝电阻R =_______Ω（保留1位小数）。
（4）如果用另一个电阻替代定值电阻R0，其他不变，为了能够测量完整的伏安特性曲线，所用电阻的阻值不能小于_______Ω（保留1位小数）。
第（1）问属于单点结构层次问题。考察能够根据电路图的要求正确连接实物图，具体表现在学生连接电路时能够注意各线不交叉，能够正确连接电表的正、负接线柱。
第（2）问属于关联结构层次问题。考察欧姆定律、串并联电路的特点、电学单位的换算以及能够理解实验原理、解决实际问题的能力[4]。本题目的在于研究小灯泡的伏安特性，虽然涉及到了电表的改装，但是由于题目中已经给出具体的电路图，故而作为关联结构问题进行研究。要求学生明确要达到实验目的对小灯泡两端电压的要求是什么，根据欧姆定律、串并联电路的特点得出改装后电表各部分的电流和电压的关系式，通过计算得出所求电流表的电流。解题过程如下：
由于电流表[A1]与定值电阻[R0]串联充当电压表使用，
所以小灯泡两端电压[U=I1（Rg1 R0）]，流过小灯泡的电流[I=I2-I1]。
小灯泡两端电压不能超过其额定电压[3.6 V]，
因此，流过电流表[A1]的电流为[I1=3.6 VRg1 R0=0.18 A≈180 mA]。
第（3）问属于关联结构层次问题。考察欧姆定律、串并联电路的特点以及分析和处理实验数据的能力。图中给出的两组数据是逐次改变滑动变阻器滑片位置得到的两电流表的读数，要求学生明确数据所代表的含义，同时能够通过并联电路特点、欧姆定律推导出求解小灯泡电阻的关系式，进行具体数值的计算。解题过程如下：
小灯泡两端电压[U=I1
关键词 高中物理 SOLO分类理论 高考 实验能力
高考作为我国一项重要的人才选拔考试，其试题命制具有科学性、合理性以及代表性等特点。在对物理教学策略和方法进行研究与探索的过程中，通过对高考试题进行定性或定量的分析与评价，往往能够得到更深的启发与思考。《普通高中物理课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）的出版，标志着教学将更加注重学生核心素养的培养。学生能否具备《课程标准》所要求的价值观念、品格和关键能力，能否熟练地在复杂问题和生活情境中灵活运用知识和技能解决问题，成为当前教育考核的重中之重。在同样以核心素养为指向的物理学科教学中，物理实验能力应当受到重视。为了强化实验能力的培养，笔者以高考物理实验试题作为研究对象，应用SOLO分类理论，对2016—2020年高考全国Ⅱ卷的物理实验题进行逐题分析，针对其中所考察的实验能力进行层级划分与统计，并根据统计结果加以归纳总结，提出物理学科改进实验教学的相关建议，为广大一线教育工作者在教育教学实践中更为全面、科学地进行人才培养提供帮助。
一、SOLO分类理论简介
SOLO分类理论（Structure of the Observed Learning Outcome），作为教育新视野背景下针对学业质量水平提出的一种评价方法，最早由澳大利亚心理学教授彼格斯（Biggs）等人在著作《学习质量评价——SOLO分类法》中创立。该理论是对皮亚杰儿童发展阶段论的继承和发展，表现为更注重学生在特定任务中的表现，即通过学生学习行为的认知结果，分析所掌握知识的结构以及概念理解的思维层次，使得学习水平能够可观地呈现。因此，该理论也可称为：可观察的学习结果的结构[1]。
彼格斯等人认为：传统的教育评价模式仅仅将学生掌握知识的数量作为评价准则，这与一门新学科的初始学习阶段是相适应的。但是，随着学习过程的深入，原有的分离的、互不相关的知识将逐渐相互联系，构成一贯整体，从而产生质的变化[2]。此时，传统的评价模式将不再适用。因此，SOLO分类理论对复杂学习过程的层次进行了通用框架的构建，并根据学习者的学习结果分为以下五个层次：
（1）前结构水平（Pre-structural level，简称“P水平”）：不理解问题，不具备问题相关知识或知识概念混淆，思维逻辑混乱。常表现为拒绝作答、重复问题内容、或是以不相关的内容作答;
（2）单点结构水平（Uni-structural level，简称“U水平”）：仅理解某一方面知识，能够就其回答简单问题，但思维水平局限，掌握线索单一，不能够全面看待问题;
（3）多点结构水平（Multi-structural level，简称“M水平”）：理解和掌握多个方面的知识，但是仅仅将其简单罗列，知识彼此间相互独立，不能建立联系、解决实际问题;
（4）关联结构水平（Relational level，简称“R水平”）：将掌握的知识相互联系、构成整体。表现为回答问题时能够将知识综合运用，并用概括性、总结性的语言进行回答;
（5）扩展結构水平（Extended abstract level，简称“E水平”）：不仅能够将知识关联、概括，同时还具有抽象思维，能够在复杂情景中处理问题，达到举一反三、灵活应用的效果。
二、基于SOLO分类理论的高考物理实验题层次分析方法举例
2020年高考课标全国Ⅱ卷理综物理部分的22、23题为物理实验试题，卷面分值15分，占理综物理部分试卷总分的13.7%，以填空形式分别从不同层次对学生的物理实验能力进行考察。以下，笔者以上述两题为例，基于SOLO分类理论分析实验试题的能力层次要求及其特点。
例1：
22.（5分）一细绳跨过悬挂的定滑轮，两端分别系有小球A和B，如图1所示，一实验小组用此装置测量小球B运动的加速度。
（1）令两小球静止，细绳拉紧，然后释放小球，测得小球B释放时的高度h0 = 0.590 m，下降一段距离后的高度h = 0.100 m;由h0下降至h所用的时间T = 0.730 s。由此求得小球B加速度的大小为a =_______m/s2（保留3位有效数字）。
（2）从实验室提供的数据得知，小球A、B的质量分别为100.0 g和150.0 g，当地重力加速度大小为g = 9.80 m/s2。根据牛顿第二定律计算可得小球B加速度的大小为a′ =_______m/s2（保留3位有效数字）。
（3）可以看出，a′与a有明显差异，除实验中的偶然误差外，写出一条可能产生这一结果的原因：____________________。
第（1）问属于多点结构层次问题，考察运用匀加速直线运动公式求解加速度、有效数字的表达以及分析实验现象、理解简单实验原理的能力。解答此题的关键在于实验原理，即采用何种方式进行加速度的测量。要求学生能够根据题意正确判断物体的运动状态，掌握匀变速直线运动的概念、规律和特点，根据已知条件选择公式计算物体加速度的大小。解题过程如下：
由匀变速直线运动规律可知[h-h0=12at2]，解得[a=1.84 m/s2]。
第（2）问属于关联结构层次问题。考察牛顿第二定律的应用、整体法分析以及理解复杂实验原理的能力。同样是求解加速度问题，实验原理却与上一问有所不同[3]。这里要求学生能够明确整体法分析的前提和条件，结合牛顿第二定律表达式求解，得到加速度的大小。该题目同样考察了有效数字的表达。解题过程如下： 结合牛顿第二定律有[mBg-mAg = （mA mB）a′]，解得[a′≈1.96 m/s2]。
第（3）问属于关联结构层次问题。考察牛顿第二定律、阻力、摩擦力等知识点以及对实验结果进行误差分析的能力。学生普遍能分析出误差产生的原因是由于实验仪器结构不够完善或实验过程中存在阻力等，而题中要求会分析本题中误差产生的具体原因。因此，应该以实际给出的具体实验器材作为出发点，从而得出答案：可能是滑轮有质量或者滑轮的轴不光滑。
例2：
23.（10分）某同学要研究一小灯泡L（3.6 V，0.30 A）的伏安特性。所用器材有：电流表A1（量程200 mA，内阻Rg1 = 10.0 Ω）、电流表A2（量程500 mA，内阻Rg2 = 1.0 Ω）、定值电阻R0（阻值R0 = 10.0 Ω）、滑动变阻器R1（最大阻值10 Ω）、电源E（电动势4.5 V，内阻很小）、开关S和若干导线。该同学设计的电路如图（a）所示。
（1）根据图（a），在图（b）的实物图中画出连线。
（2）若I1、I2分别为流过电流表A1和A2的电流，利用I1、I2、Rg1和R0写出：小灯泡两端的电压U =_________，流过小灯泡的电流I =_______。为保证小灯泡的安全，I1不能超过_______mA。
（3）实验时，调节滑动变阻器，使开关闭合后两电流表的示数为零。逐次改变滑动变阻器滑片位置并读取相应的I1和I2。所得实验数据在下表中给出。
根据实验数据可算得，当I1 = 173 mA时，灯丝电阻R =_______Ω（保留1位小数）。
（4）如果用另一个电阻替代定值电阻R0，其他不变，为了能够测量完整的伏安特性曲线，所用电阻的阻值不能小于_______Ω（保留1位小数）。
第（1）问属于单点结构层次问题。考察能够根据电路图的要求正确连接实物图，具体表现在学生连接电路时能够注意各线不交叉，能够正确连接电表的正、负接线柱。
第（2）问属于关联结构层次问题。考察欧姆定律、串并联电路的特点、电学单位的换算以及能够理解实验原理、解决实际问题的能力[4]。本题目的在于研究小灯泡的伏安特性，虽然涉及到了电表的改装，但是由于题目中已经给出具体的电路图，故而作为关联结构问题进行研究。要求学生明确要达到实验目的对小灯泡两端电压的要求是什么，根据欧姆定律、串并联电路的特点得出改装后电表各部分的电流和电压的关系式，通过计算得出所求电流表的电流。解题过程如下：
由于电流表[A1]与定值电阻[R0]串联充当电压表使用，
所以小灯泡两端电压[U=I1（Rg1 R0）]，流过小灯泡的电流[I=I2-I1]。
小灯泡两端电压不能超过其额定电压[3.6 V]，
因此，流过电流表[A1]的电流为[I1=3.6 VRg1 R0=0.18 A≈180 mA]。
第（3）问属于关联结构层次问题。考察欧姆定律、串并联电路的特点以及分析和处理实验数据的能力。图中给出的两组数据是逐次改变滑动变阻器滑片位置得到的两电流表的读数，要求学生明确数据所代表的含义，同时能够通过并联电路特点、欧姆定律推导出求解小灯泡电阻的关系式，进行具体数值的计算。解题过程如下：
小灯泡两端电压[U=I1