SOLO分类理论在物理教学设计中的应用

王较过，赵欢苗

(陕西师范大学物理学与信息技术学院、教育部陕西师范大学基础教育课程研究中心，陕西西安 710062)

SOLO分类理论在物理教学设计中的应用

王较过，赵欢苗

(陕西师范大学物理学与信息技术学院、教育部陕西师范大学基础教育课程研究中心，陕西西安 710062)

本文通过利用SOLO分类理论分析物理学习结果和物理教学目标，指出了物理学习结果和教学目标与SOLO理论对思维层次分类之间存在一定对应关系;在此基础上，以摩擦力教学为例，应用SOLO分类理论分析学习需要和学习任务、确定教学目标、选择教学方法，结果表明把SOLO分类理论应用于教学设计不仅是可行的，而且为教学设计提供了科学的理论指导。

SOLO分类理论;物理;教学设计

科学的教学设计是顺利实施教学方案，调控教学过程的前提，是确保教学效果，提高教学质量的保证。人们经过长期的教学实践活动探索逐渐悟出，要减少和克服教学活动的盲目性和随意性，增强和提高教学活动的有效性和可控性，必须在实施教学活动之前对其进行全面周密的计划和精心巧妙的设计。［1］要进行科学有效的教学设计，就需要一定的教学理论作指导。教学的复杂性决定了指导教学设计理论的多样性，而每个理论都在某一方面为教学设计提供了有力的指导。那么，有没有一种理论可以从学生思维发展的角度对教学设计进行指导，进而使得教学设计更加符合学生思维发展的层次呢?

20世纪80年代，人们研究教学评价时，为了加强对思维过程的科学评价，提出了对学生质性评价的SOLO分类理论。专家学者对该理论进行了理论研究和在学科教学中的实践探索，通过研究使该理论在学生学习结果质性评价方面取得的突破性进展，不仅提出了应用SOLO分类理论进行学生思维评价的方法，而且把SOLO分类理论应用于开放性试题的编制，高考试卷结构的设计，以及教学实践的各个环节，取得了丰富的研究成果。［2］－［13］那么，SOLO分类理论是否能用于指导教学设计呢?笔者认为，答案是肯定的。本文将以SOLO理论为基础，探讨其在物理教学设计过程中的应用途径和方法。

一、SOLO分类法与物理学习

1.物理学习结果的SOLO分类

SOLO是“Structure of the Observed Learning Outcome”的英文简写，其意为“可观测的学习结果结构”。SOLO分类法是由比格斯(Biggs)教授首倡的一种以等级描述为基本特征的质性评价方法，它源自于皮亚杰的认知发展阶段论，即儿童在成长的过程中，认知发展是有阶段性的，不同阶段之间的认知水平有着质的区别。比格斯教授及其同事经过大量的研究发现，人的认知水平不仅在总体上具有阶段性，在执行某一具体事件时，人的思维也表现出阶段性的特点，这些特点具有其外显特性，可以通过比较、测试等监测手段观察到。［14］同理，学生在学习具体物理知识的过程中，其思维水平也经历着由低级认知到高级思维的一系列阶段，教师可以根据学生对具体物理问题的回答来判断和评价，从而监控学生的思维层次。

SOLO分类法将学生的学习结果按照思维由低级到高级分为五个不同层次，即前结构(prestuctural)、单点结构(unistructural)、多点结构(multistructural)、关联结构(relational)、拓展抽象结构(extended abstract)等。

应用SOLO分类理论分析物理学习，得出物理学习结果五个层次的具体含义如下:

(1)前结构。任务虽然被关注，但学习者被先期阶段或模式的无关方面所干扰或误导，形成理解偏差。通俗地说，就是学生在进行物理学习时，基本无法理解所给出的物理现象，不能找出与之相关的物理知识或只能做出一些逻辑混乱，没有任何依据的答案。例如对于“摩擦力是动力还是阻力”问题的解释，如果学生不作回答或者做出类似“摩擦力是阻碍物体运动的力，当然是阻力”的回答，我们可以认为，该学生对摩擦力的性质及与之相关的物理知识没有了解，其思维属于前结构水平。

(2)单点结构。学习者的注意虽然集中到与问题相关的领域，但却只关注到问题的一个方面。也就是说，学生针对物理问题，如果只找到了与问题相关的单一事件，就依据这个条件得出了结论(例如学习者对上例做出“摩擦力是阻碍物体相对运动或相对运动趋势的力，既然阻碍，则一定是阻力。”的回答)，或者仅对问题中一条明显的信息(如题目中所提及的物理概念，物理规律名称等)进行阐释和说明，而忽略了问题本身(比如“收集资料，并利用动能定理解释刹车距离与车速的关系”的学习任务中，如果学生仅对动能定理做出概念上的复述，而没有实施方案的设计以及其他针对该现象的回答)，其思维就属于单点结构水平。

(3)多点结构。学习者发现了与学习任务相关的多个事件，但并没有把他们结合起来。即在回答物理问题时，针对多个事件做出了解答，甚至深入的分析，但却没有将所找到的事件整合起来，或者只是将事件用简单的关联词连接，没有形成知识网络。在“收集资料，并利用动能定理解释刹车距离与车速的关系”学习任务中，如果学生考虑到了与题目相关的至少两种情况(如①对刹车距离做出解释，在现实生活中收集了各种车速下的刹车距离;②用语言或者公式描述了动能定理;③指出刹车距离与车所受阻力有关;④分析出车受到摩擦力的作用，指出摩擦力与车重和地面情况有关;⑤考虑到其他相关的信息，如司机反应时间等)，但仅是简单的罗列，并未指明知识间的内在联系，就可以认为学生学习思维处于多点结构水平。

(5)拓展抽象结构。学习者能够进行知识迁移，超越问题本身而进入一种新的推理方式，并作出抽象概括。即学习者能够把所学物理知识整个概念化到更高的水平，并充分体会其中所蕴含的研究方法，利用学习的感悟研究新的领域，具有一定的拓展创新行为。这一层次是学生学习思维所能够达到的最高层次。上例中，如果学生不仅很好完成了用动能定理解释刹车距离的任务，同时指出，上述用动能定理所做的一切解释都只是在惯性系中成立，如果在非惯性系中，实验结果会大不相同，这是由于在推导动能定理时运用了牛顿第二定律，而此定律只能在惯性系中使用，如果在非惯性系中，动能定理的表达形式将发生变化，必须重新推导。这样的回答说明，学生除了正确理解教科书的相关内容外，还对相关的课外知识进行了研究，思考更加深入细致，此时可以认定，学生的思维水平已经达到了学习思维水平的最高层次——拓展抽象结构水平。

2.物理教学目标的SOLO分类

教学目标是教师对通过教学，学生学习结果的预期，物理课程标准不但提出了物理课程的三维目标，而且对目标划分了不同的认知水平，明确界定了各水平的具体含义，给出了描述它们的行为动词。［15］以知识目标为例，课程标准将其划分为“了解、认识、理解、应用”四个层次。那么这些层次与SOLO分类理论所界定的思维水平是否存在着对应关系呢?通过分析它们的含义不难发现，课程标准中各认知水平和SOLO思维水平之间存在着一定的对应关系，以知识目标为例，对应关系如表1所示。

表1 认知水平与SOLO 思维水平对应表

二、SOLO分类法在物理教学设计中的应用

教学设计是教师最重要的工作之一。要搞好教学设计，就必须对学习需要从学习内容和学生两个方面进行客观地分析，在此基础上，清晰地阐明教学目标，正确地选择教学策略，合理地利用教学资源，恰当地安排教学进度，准确地测量和分析教学效果，才能使得教学活动取得最优化的结果。SOLO分类理论依据学习结果监控学生的思维过程，应用该理论有助于教师清晰地判断学生的思维层次，明确学生的学习需要，选择教学策略，提高教学设计的有效性。下面就SOLO理论在教学设计中的作用进行探讨。

1.利用SOLO分类法分析学习需要，确定教学目标

明确学生的学习需要是教学设计的起点。所谓学习需要是指学习者学习的目前状况与所期望达到的状况之间的差距，即学习者学习现状与教学目标之间，目前水平与期望学习者达到的水平之间的差距。目前水平是指学习者在知识、技能、态度等方面的现状，期望是社会发展对学习者提出来的要求或学习者自身的要求。［15］在学校教育中，每一具体学科对学习者的要求主要在课程标准中体现。因此，进行教学设计就必须研读课程标准，分析课程目标，明确学生在知识和思维发展方面的学习需要。知识方面的学习需要通过研读课程标准和分析教材就可以得出，而确定思维发展方面的学习需要则要利用SOLO分类理论对学生学习现状和期望学习者达到的水平进行评定。以“摩擦力”①人民教育出版社等.普通高中课程标准实验教科书物理1［M］.北京:人民教育出版社2006(1):57教学为例，《普通高中物理课程标准(试行)》指出，在相互作用与运动规律模块，摩擦力的教学应该使学生“通过实验认识滑动摩擦、静摩擦的规律，能用动摩擦因素计算摩擦力”。［15］要达到这样的要求，必须通过教学使学生知道滑动摩擦、静摩擦以及动摩擦因素的内容及含义，那么这些内容在教材中如何体现呢?对摩擦力的知识体系分析如图1所示。

从上述分析不难得出，摩擦力一节要求通过对静摩擦力以及滑动摩擦力的内容及含义的学习，能够准确的判断摩擦力的存在，并分析出摩擦力大小和方向;能够掌握摩擦力的性质，将摩擦力和生活中的各种运动实例相结合，探究出摩擦力的变化规律。由此可见，对学习者学习的期望在知识方面是要求学生掌握摩擦力的分类、产生条件和性质，学会应用摩擦力解释生活中的简单现象;思维水平方面是要求学生准确地把握摩擦力的本质及其与运动之间的内在联系，使思维层次达到SOLO分类理论所界定的关联结构水平。针对整个高中阶段的物理教学，更高的希望是学生能够自己探索摩擦力的奥秘，寻找摩擦力做功的特点和能量的转化问题，体现出更好的抽象特征，能把前面所学的知识整个概念化到更高的层级，做出一些创新行为，达到拓展抽象的结构水平。

图1 “摩擦力”的知识结构

对于学生来讲，“摩擦力”的学习建立在初中对摩擦力的简单认识和在日常生活中形成的一些与摩擦力有关的感性经验的基础上。初中阶段对摩擦力的论述是:“一个物体在另一个物体表面上滑动时，会受到阻碍它运动的力，这种力叫做滑动摩擦力……对地面上的箱子施加了推力，但箱子却没有运动起来;用手握住玻璃杯，能使它掉不下来。这些现象说明箱子和杯子受到阻碍其运动的作用力。这种作用力称为静摩擦力。”［16］可见，初中阶段，学生对摩擦力的认识是感性的，这样虽然有助于学生感知摩擦力的存在，在对物体进行受力分析时很容易回忆起摩擦力的作用，但是却容易造成误解，即认为摩擦力总是阻碍物体运动的，物体运动越快，摩擦力越大，物体运动越慢，摩擦力越小。这些经验和前科学概念干扰了学生对摩擦力性质的正确理解和继续深入学习。由此可以判断，学生在学习本节内容之前，对摩擦力的认识处于知觉阶段，只能背诵它的定义，知其然而不知其所以然，思维层次是单点结构水平。

综上可以得出，从知识上讲，学生存在着从知道摩擦力的概念到能够利用摩擦力相关知识解释生活中简单现象的学习需要;从思维水平上讲，学生的思维水平存在着由单点结构到关联结构再到拓展抽象结构发展的学习需要。根据上述分析，确定本节教学目标如下:

(1)了解摩擦力的概念，知道摩擦力的性质及分类;(单点结构)

(2)知道摩擦力产生的原因，能总结摩擦力产生的条件;(多点结构)

(3)理解动摩擦因素的物理意义，能准确计算滑动摩擦力的大小并判断其方向;(多点结构)

(4)认识静摩擦力，会用二力平衡的条件判断静摩擦力的大小和方向;(关联结构)

(5)通过摩擦力的学习，能准确把握摩擦力与运动的关系，能在复杂的运动情境中区分出摩擦力，并应用相关的力学知识对摩擦现象进行解释。(关联结构)

2.依据SOLO分类明确学习任务

加涅认为，设计教学的最佳途径是依据所期望的教学目标来安排教学工作，前面我们利用SOLO分类理论分析了教学目标，明确了它与SOLO思维水平的对应关系。面对学习目标，学生的学习任务是什么呢?依据SOLO思维水平和教学目标分析，摩擦力一节的主要学习任务如表2所示:

3.依据SOLO分类理论设计教学顺序

一般而言，课程的学习是按照由简单到复杂顺序进行的，物理学科也不例外。对具体的学习任务，在学习目标的分解过程中实际上已经进行了SOLO思维等级认证和粗略的排序。由于每一个学习任务又是由若干个单元目标支撑的，每一个单元目标还可以进一步分解出子目标，它们与学生的SOLO思维水平也有一定的对应关系。因此，教学中应该在SOLO分类理论指导下分析学习任务，明确该任务所需的知识和思维层次，以便更加合理有效地安排教学。

这里有几点需要说明:第一，由SOLO分类法认定的学习结果结构是由简单技能到复杂技能的排序，对于同一的问题，处于单点结构的思维水平总是低于处于多点结构、关联结构等思维水平，低层次的SOLO思维水平是构成高层次思维水平的基础，即SOLO思维水平是由简单的前提技能到复杂的靶技能的排序;第二，对于不同的学习任务，任务之间存在着SOLO思维水平等级的高低，但不同任务的下位技能的SOLO思维水平之间没有可比性，例如上述任务中“动力、阻力、摩擦力概念"的多点结构思维水平与学习目标中“知道摩擦力产生原因”的多点结构思维水平并不属于同一思维水平等级，没有可比性;第三，一般而言，要达成单元教学目标，常规教学的讲解顺序可按照SOLO思维水平高低进行。教学内容的整体排序应在SOLO思维水平的基础上，结合物理学知识内部的逻辑关系，根据教师个人风格及所采用的教学方法进行适当的调整。

表2 SOLO思维水平与学习任务的对应关系

4.依据SOLO理论选择合适的教学方法

“教学有法、教无定法、贵在得法”，简洁说明了选择教学方法的重要性。前述分析了教学内容与学生思维水平的对应关系，指出了教学目标要求学生达到的思维水平。要达成教学目标，教学还必须根据学生的思维特点选择合适的教学方法。

研究指出，学生的思维水平由单点结构发展到多点结构只是一个知识存贮与提取量的变化，属于量的积累，［15］教师只需适当的引导学生进行知识的扩充及回忆，就能使其思维水平得以提升。这说明，教师在引导学生思维水平由单点结构发展到多点结构的过程中，主要工作就是利用多种手段创设条件，使学生尽可能多的接受或者回忆起物理概念、规律，增加其物理知识的密度和容量。如上例中，如果学生只回忆起了摩擦力的概念，教师便可以通过多媒体展示各种运动情景(如自行车刹车、手推车传送带等运动情景)，引导学生观察力对运动物体的作用效果，帮助学生回忆动力、阻力等相关的概念，使其思维水平达到多点结构，为后续教学做铺垫。

要使思维水平由多点结构发展到关联结构，学生就要经历思维由简单机械记忆到对提取的知识进行思维整合的过程，此时思维品质发生了质的变化。在这个过程中，教师要想方设法帮助学生找到不同物理知识之间的关联点，并且对其进行合理规划，在新的问题中为其找到合适的位置。同时，教师应加强学生抽象与概括能力的训练，训练学生分析问题的全面性和推理的严密性，教给学生探究的手段，引导学生总结分析物理问题的思维方法。例如上例中，教师不仅要引导学生分析出力与运动之间的关系，让学生明白“力既可以加快物体的运动，为其运动状态的变化提供动力，还可能阻碍其运动，成为阻力，而决定力是动力还是阻力的关键点就在于力的方向与物体运动方向是否一致”，更重要的是使学生对分析这一问题的过程进行反思。

三、结束语

本文以摩擦力为例，应用SOLO分类理论针对物理学习结果和物理教学认知目标进行了分析，在此基础上把该理论应用于指导物理教学设计，初步的尝试表明，用SOLO分类理论指导教学设计是可行的，它对提高教学设计的科学化水平有积极意义。尽管如此，笔者的研究还只是初步的探讨，如何应用SOLO分类理论指导具体教学实践，提高物理教学的有效性和教学质量还有待进一步深入研究。

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Applying SOLO Taxonomy Theory in Physical Instructional Design

WANG Jiao-guo，ZHAO Huan-miao

(College of Physics and Information Technology，Shaanxi Normal University，Research Center for Basic Education Curriculum，SNNU of the Ministry of Education，Xi’an710062，China)

This article describes a developmental sequence for students’understandings about conductivity in learning Physics.The criteria used for making decisions about the different levels in the sequence are described and also how these decisions were generalized within the framework of the Structure of the Observed Learning Outcome(SOLO)Model.Some professional development implications are identified for instructional objectives of Physics learning result and instructional objectives levels.Then，the SOLO Taxonomy Theory was applied in teaching design of“Friction Force”，including analyzing learning needs，learning tasks and instructional objective.The results show that applying SOLO Taxonomy Theory in physical instructional design is not only feasible，but also provides theoretical basis for physical instructional design.

SOLO Taxonomy Theory;Physics;Instructional design

G420

A

1674－2087(2012)01－0057－06

2011－02－23

国家教师教育985优势学科创新平台建设项目子项目:教师教育理论创新和研究中心建设(GJ9850102);陕西师范大学研究生培养创新基金(2010CXS041)

王较过，男，陕西临潼人，陕西师范大学物理学与信息技术学院教授，主要从事物理课程与教学论研究;赵欢苗，女，陕西户县人，陕西师范大学物理学与信息技术学院硕士研究生，主要从事物理课程与教学论研究。

［责任编辑张淑霞］