基于SOLO分类理论的物理教材习题比较分析*——以人教版高中《物理·必修1》两个版本为例

2017年教育部发布了高中各学科核心素养版课程标准，以此为基础编写的人教版高中物理教材也在2019年出版，课程标准的改版不仅体现在教材在内容上的选取与编排有所变动，还体现在教材习题的设置，旧版教材的习题只有节后习题“问题与练习”，而新版教材的习题包括节后习题“练习与应用”和新增的章末习题“复习与提高”，习题数量增多，题目的内容改变．一般来说，习题用于考查学生对所学知识的掌握情况，还可以提高学生思维水平以及解决问题的能力，是教材的重要组成部分．笔者借助SOLO分类评价理论，根据学生解决物理问题时需要涉及的要素以及这些要素之间的相关联系进行SOLO层次的分类，从学生发展规律和对教材内容的适切度等方面比较两个版本教材的习题．

1 SOLO分类评价理论在分析物理试题中的应用

SOLO分类评价理论(Structure of Observed Learning Outcome)是由澳大利亚教育心理学教授Biggs等人以皮亚杰的认知发展理论为基础建立的一种质性评价理论，将学生“可观察的学习成果”的结果细化，由浅入深地分为5个层次——前结构(Prestructure)、单点结构(Unistructure)、多点结构(Multistructure)、关联结构(Relational)、抽象拓展结构(Extended abstract)，来反映学生解决问题时的思维结构[1]．随着国内学者对SOLO分类评价理论应用的不断开发研究，该理论在试题研究方面也由最初的开放性测验逐渐转移到封闭性测验[2]．在前人的研究中，认为SOLO分类理论划分的5个层次描述了学生的思维由量变到质变的发展过程，单点结构、多点结构关注的是学生掌握知识的数量，关联结构和抽象拓展结构关注的是学生综合分析问题的高级思维能力[3]．学生在学习过程中存在知识量的积累和思维操作能力的提升，可以通过学生解决问题时涉及要素的数量以及关联程度来判断学生所处的SOLO层次[4，5]．而教材中的习题大多数属于封闭性问题，学生进行习题练习时所需要回忆的知识，以及这些知识之间建立的相互联系是明确的．笔者在研究普通高中物理课程标准(2017年版)时发现SOLO分类评价理论中5个水平与课程标准中的学习质量水平可以建立一定的联系，因此本文根据课程标准的学习质量水平，制定了习题的SOLO层次划分标准，具体表述如表1所示.

表1 SOLO层次划分标准

根据以上分类标准，现以2019年人教版高中物理教材必修第二册第五章第4节“抛体运动的规律”练习与应用第1题作为示例说明其应用．

【示例】用m，V0，h分别表示平抛运动物体的质量、初速度和抛出点离水平地面的高度，不考虑空气阻力，以下物理量是由上述哪个或哪几个物理量决定的？为什么？

A.物体在空中运动的时间

B.物体在空中运动的水平位移

C.物体落地时瞬时速度的大小

D.物体落地时瞬时速度的方向

2 两个版本习题SOLO层次分布情况

人教版高中《物理·必修1》新、旧版本教材内容主要由“机械运动与物理模型”“相互作用与运动规律”两个主题组成，将习题进行SOLO层次分类之后得到习题的SOLO层次分布统计表，如表2所示．

表2 人教版高中物理(必修一)两版本习题SOLO层次分布统计表

新版的习题一共有139道，除了16道开放性问题外，题目的SOLO层次主要分布在单点结构、多点结构、关联结构3个水平层次上，数量依次逐层递减，有少量抽象拓展结构水平的题目，旧版习题数量一共有79道，同样存在着题目主要分布在单点结构、多点结构、关联结构3个水平层次上并依次递减的特征．不同的是新版相对于旧版题量较多，其题目在3个水平上的分布较为均衡，单点结构、多点结构、关联结构所占的百分比分别是36.69%、28.06%、20.86%．旧版题目则主要分布在单点结构，仅单点结构的题目就占了习题总量的51.90%，可以知道旧版习题主要针对学生对单个知识点的复现.新版教材中，多点结构和关联结构层次的习题量增多意味着习题不仅对学生掌握知识点的数量有一定要求，还考查学生将多个知识点有机整合的能力以及分析综合能力，抽象拓展结构的题要求学生具备质疑和创新的思维品质，而且符合新课标对核心素养的要求．

3 新旧版教材习题的比较

基于2017版课程标准的新教材习题部分的编写，结合学生的认知规律，对学习内容的及时强化，以及对学生应用知识的能力有新的思考和体现．以上利用SOLO层次的分类，说明了新旧两版教材的习题在各个SOLO层次上的比重和分布特征．应用各个SOLO层次上的比重和分布特征，通过计算每章习题加权平均值，用于表示习题SOLO层次的综合水平，以区分新旧两版习题之间的整体差异．为此，笔者通过下面公式来计算习题SOLO层次的综合水平．

其中，d表示SOLO层次的综合水平取值；di为该题目SOLO层次的权重(依水平分别取1，2，3，4，见表1)；ni则表示这组题目中属于SOLO层次的第i个水平的题目个数，其总和等于该组题目的总数n．根据上面公式，得到了人教版高中物理必修1两版本习题SOLO层次统计数据．由于新版本增加章末习题，所以单独计算，统计结果如表3所示．

表3 人教版高中物理必修一两版本习题SOLO层次统计表

为了更好了解每一章习题SOLO层次的综合水平变化趋势，将数据利用折线图表示，如图1所示，并得出如下结论．

图1 SOLO层次综合水平变化趋势

(1)新版教材更加符合学生的认知规律

新版教材节后习题中，每一章“练习与应用”的SOLO层次的综合水平取值分别是1.357，1.625，1.609，2.000，SOLO层次的综合水平处于单点结构和多点结构之间，并且随着学习进程，对学生SOLO层次的要求逐渐由单点结构过渡到多点结构，更注重考查学生掌握知识的数量．旧版节后习题中，每一章“问题与练习”的SOLO层次的综合水平同样处于单点结构与多点结构之间，取值分别是1.625，1.333，1.214，2.120，但每一节后习题SOLO层次的综合水平没有明显的规律，可知新版教材节后习题的习题对学生知识掌握情况和思维能力的考查更注重一个由易到难、由低层次过渡到高层次的过程，符合学生的认知规律．

(2)新版教材习题能更好地实现学生学科素养的提升

对新版教材而言，第二章“匀变速直线运动的研究”内容是第一章“运动的描述”上的延续与应用，因此在设置习题时同样需要涉及第一章内容的物理概念和规律，考查学生对“机械运动与物理模型”的掌握情况，要求学生综合两章知识进行训练，在新版教材习题中得到体现，第二章节后习题和章末习题SOLO层次的综合水平分别从1.357和1.273提高到1.625和2.417，由单点结构逐渐向关联结构过渡．第三章的内容“相互作用——力”属于“相互作用与运动规律”的知识模块，涉及到新的知识，习题需要考查学生对新知识点的复现情况，关注学生掌握知识点的数量，体现在新版教材两个习题板块SOLO层次的综合水平分别下降为1.609和2.000，向多点结构过渡．第四章“运动和力的关系”作为教材的最后一章，涉及整本书的知识内容，习题不仅考查学生掌握知识情况，还要考查学生综合分析问题的能力，体现在新版教材中两个习题板块的SOLO层次的综合水平分别提高到2.000和2.867．从数据可以看出，新版教材贯彻了编写者“有理解、有辨析、有创造等练习，全面提升学生的素养”的编写意图[6]．从教材内容的角度上分析，后面教材内容会建立在前段学习基础之上，所以随着学习的深入习题的SOLO水平应该更高．而这些特点在旧版教材习题中没有得到体现．

(3)新版教材章末习题有力地提升了学生思维能力，适应新的课程标准要求

每一章章末习题SOLO层次的综合水平取值分别是1.273，2.417，2.000，2.867，除了第一章与节后习题接近外，第二、三、四章都明显高于节后习题，分布在多点结构和关联结构之间，是学生学完一整章的知识后进一步对学生知识掌握情况和思维能力的考查和训练，关注学生掌握知识点的数量和培养学生综合分析和解决问题的能力．这种结构更符合新课标提升学生科学思维这方面的核心素养要求，也贯彻了新课标中对学生学业水平等级评价的要求，以适应未来新的高考制度改革．

4 结束语

教材中的习题常被教育工作者忽视，学生在应试教育制度下更加倾向于市面上销售的习题资料，往往造成学生课业负担过重．在新课改背景下，教材习题的改变落实“立德树人”的教育方针，培养学生核心素养，减少学生对课外习题的依赖．本文利用SOLO分类评价理论对教材习题进行分析，有助于教师对教材习题的合理利用．