基于SOLO分类理论的物理高考试题学科能力测查研究

赵波 王晶莹

摘 要：物理学科能力是物理核心素养的重要组成部分.研究和掌握高考试题对物理学科能力的测查情况，既有利于通过洞悉考向来引导教师和学生回归教学从而落实核心素养的培育，又裨益于物理考试命题、评价等工作.但由于试题实测难度具有相对性，高考试题难度不对外公布，虽然考试大纲和物理新课程标准（2017年版2020年修订）有对物理学科能力划分与核心素养水平划分的分类标准，但文字性的描述存在边界不够明确，研究时易受主观因素影响而在一定程度上削弱研究结果的客观性.本文利用SOLO分类理论构建物理试题能力层次评价指标体系，对2019年全国新课标Ⅲ卷对物理学科能力测查情况进行实证研究，为试题研究等提供參考和借鉴.

关键词：物理学科能力;物理高考试题;SOLO分类理论;试题评价;能力测查

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）21-0010-05

基金项目：昆明市盘龙区2015年教育科学规划一般课题“新课标物理高考评价研究”（项目编号：盘教科研[2015]2号）.

作者简介：赵波（1979-），男，云南大理人，硕士，中学一级教师，研究方向：高中物理教学和考试评价研究.

通讯作者：王晶莹（1980-），女，辽宁营口人，双博士后，教授，研究方向：科学教育研究.

1 问题的提出

学科能力培养与测评，是世界各国基础教育课程改革的目标和改革成效的标准.从上世纪90年代到本世纪初，美、澳、日、德等国均在基础教育领域出台培养和评估学生学科能力的课标、测评标准和测评系统等[1-5].我国也颁布了一系列注重对学生能力和素质提高和考查的文件、课标、大纲等[6-9]，如最新课程标准（2017年版2020年修订）提出了蕴含物理学科能力的物理核心素养体系，物理高考考试大纲（2019年版）指出物理高考试题在考查考生物理知识的同时，注重考查物理学科能力，并把对物理学科能力的考查放在首要位置.

物理学科能力是学生的物理观念、科学思维、探究能力和创新精神的统一体，是物理核心素养的重要组成部分[10].研究和掌握高考试题对物理学科能力测查，既有利于通过洞悉考向来引导教师和学生回归教学从而落实核心素养的培育，又裨益于物理考试命题、评价等工作.但是，由于试题的难度是一个相对的概念，与被试的水平相关，且高考试题难度等信息一般不对社会公布，教师无法通过直接获取试题难度系数等指导教学.研究试题时，又因考试大纲对物理学科能力分类依据和新课标对核心素养水平划分标准等都是文字形式的定性描述，划分的分类标准边界不够明确、存在模糊性，缺乏量化统计、分析的依据，研究时易受主观因素影响而在一定程度上削弱研究结果的客观性.

基于可被测量和可被观察的学习成果结构（SOLO分类理论）为基础的SOLO分类法，通过定量的分析确定试题考查的思维层次水平，既有助于掌握试题具体考查的学科能力层次水平，又有助于明确试题对各个知识模块的难度要求.

2 SOLO分类理论及SOLO分类法

SOLO分类法是一种基于SOLO分类理论，以等级描述为基本特征、在具体任务中对学生相关能力进行质性评价的方法，不仅可以分析和判断学生对相关知识的掌握情况和学生的思维结构所处的层次水平，也可以把试题划分为不同层次水平，是现阶段比较流行、较为科学的评价方法，在国内外教学评价研究和考试评价研究中具有较广泛的应用（理论部分具体描述见表1）.

3 基于SOLO分类理论的物理试题能力层次评价指标体系的构建

借鉴程丽冰、王芳、山丽娟、樊卓琳、王振超、庄园、程柱建等学者的研究[12-18]，弥补和完善其对SOLO层次标准的划分描述的维度的缺漏及不全面、不系统等不足，基于相关性、理论联系实际、可操性等原则，以课标、考试大纲等为依据，同时考虑到对实验题的能力评价不仅需要关注知识点数量，而且也要关注操作技能和思维能力，本研究分别构建出物理非实验题和实验题的SOLO能力层次评价指标体系（见表2、表3）.

抽象拓展结构水平（E水平）≥3个情境新颖，对学生而言是一个新的、陌生的情境或模型，或题目形式灵活、问题情境非常复杂（如多物体或多状态、多过程问题等），信息量多;要求学生除了能够再现题干中所有的已有知识点外，还能对题目进行深入挖掘，拓展联想到题目中没有涉及到的知识点和方法，将所有的有用信息结合起来对问题进行分析和推理，在关联结构水平的基础上，经过抽象思维和拓展思维，把已知结果推广到更新的领域，从多个视角得出更抽象的结论，得出的结论可能不唯一

说明两点：一是高考属于选拔性考试，对学生思维能力要求高，需要明显梯度区分考生学科能力层次水平，故本研究把R水平更细致地亚分类为R1和R2水平;二是前结构水平是由被测者本身因素造成的，与题目本身无关，物理高考试题中不存在前结构水平的试题，故本研究不予讨论.

对比上述划分标准和考纲对物理学科能力的描述，不难发现，理解能力中的“理解物理概念、物理规律的确切含义，理解物理规律的适用条件”，相当于单点结构水平;理解能力中的“掌握物理概念和物理规律在简单情况下的应用，能够鉴别关于概念和规律似是而非的说法，理解相关知识的区别和联系”，相当于多点结构水平;推理能力中的“能够根据已知的物理知识和物理事实、条件，对物理问题进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或作出正确的判断，并能把推理过程正确地表达出来”，相当于关联结构水平;分析综合能力中的“对综合性的物理问题能够提出解决问题的方法，运用物理知识综合解决所遇到的问题”和应用数学处理物理问题中的“对复杂的物理问题能够根据实际问题列出物理量之间的关系式，运用几何图形、函数图像等进行分析推导和求解，并根据结果得出物理结论;能运用几何图形、函数图像进行表达和分析”，相当于抽象拓展结构水平.因此，利用SOLO 分类理论研究物理高考试题对学科能力的测查情况可行.

4 物理高考试题的SOLO能力层次划分实例

4.1 非实验试题SOLO能力层次划分实例

例题1 （2019年全国Ⅲ卷 20题）如图1（a），物块和木板叠放在实验台上，物块用一不可伸长的细绳与固定在实验台上的力传感器相连，细绳水平.t=0时，木板开始受到水平外力F的作用，在t=4s时撤去外力.细绳对物块的拉力f随时间t变化的关系如图1（b）所示，木板的速度v与时间t的关系如图1（c）所示.木板与实验台之间的摩擦可以忽略，重力加速度取10m/s2.由题给数据可以得出

A.木板的质量为1kg

B.2-4s内，力F的大小为0.4N

C.0-2s内，力F的大小保持不变

D.物块与木板之间的动摩擦因数为0.2

分析：本题试题情境为在学生熟悉模型基础上再设计和创新，解答时需要找到各个运动阶段的关联点，各个方程之间的逻辑关系，需要对运动过程整体把握，需要将知识点与知识点联系起来.知识点之间是关联的整体，不管是涉及到的知识点和方法还是列出来的方程个数，都超过4个以上，对照表2，确定本题考查SOLO能力层次水平为R2水平.对照考试大纲和新课程标准，确定本题主要考查了物理学科能力中的分析综合能力和核心素养中的科学思维.

4.2 实验试题SOLO能力层次划分实例

例题2 （2019年全国Ⅲ卷 22题）甲乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验.实验中，甲同学负责释放金属小球，乙同学负责在小球自由下落的时候拍照.已知相机每间隔0.1s拍1幅照片.

（1）若要从拍得的照片中获取必要的信息，在此实验中还必须使用的器材是（填正确答案标号）.

A.米尺  B.秒表  C.光电门  D.天平

（2）简述你选择的器材在本实验中的使用方法.

答：.

（3）实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab=24.5cm、ac=58.7cm，则该地的重力加速度大小为g=m/s2（保留2位有效数字）.

分析：本题第（1）问考查实验器材的选择，对照表3，其关键词为“操作”，确定本问考查SOLO能力层次水平为U水平;第（2）问需要设计实验方案并运用物理学术语言叙述操作方法，对照表3，其关键词为“分析”，确定本问考查SOLO能力层次水平为M水平;第（3）问根据题目所给数据，利用逐差法计算重力加速度，对照表3，其关键词为“分析”，确定本问考查SOLO能力层次水平为M水平.对照考试大纲和新课程标准，确定本题主要考查了物理学科能力中的实验能力和核心素养中的科学探究.

5 研究结果及启示

利用上述量表，本研究对2019年新课标Ⅲ卷物理试题中的必考试题（题号：14-25，分值：95分）的测查情况进行了实证分析和研究.

5.1 SOLO能力层次考查情况统计与分析

表4和图2显示，依据考查分值和比例从高到低排序为：R1水平、M水平、R2水平、E水平、U水平.把R1水平和R2水平合并为R水平后排序为：R水平、M水平、E水平、U水平.说明试题对各SOLO能力层次水平均有考查，但以R水平的试题为主（所占分值接近50%）.R水平对应物理学科能力中的分析综合能力，对考生思维能力要求较高，说明物理高考试题注重考查学生较高层次水平的思维能力，即综合运用所学物理知识解决实际问题的能力，体现了物理高考命题从“知识立意”“能力立意”向“素养导向”转变的风向标.试题覆盖的SOLO思维能力层次水平、梯度和等级比较明显，具有较好的区分度，符合高考物理试题的甄别和选拔功能.

5.2 各知识模块SOLO能力层次考查情况

由表5可看出，从知识模块来看，试题考查了力学、电磁学两个知识模块，没有考查原子物理.

力学试题，对各能力层次水平均有考查，依据考查分值和比例从高到低排序為：M水平、R水平、E水平、U水平.试题以M水平和R水平为主，分别居于前两位.这两个水平，对考生的思维能力层次具有较高要求，主要考查考生对力学概念、规律、公式、定律、定理的综合理解和综合运用能力.对E水平的考查排在第三位，U水平排在最后且仅占1分.统计结果表明，力学试题以中档题和压轴题为主，试题对力学模块的思维能力层次要求较高.

电磁学试题，对各能力层次水平也均有考查，依据考查分值和比例从高到低排序为：R水平、U水平、E水平、M水平.所占分值最多的是R水平，说明试题对电磁学模块的要求也是以综合应用能力为主;排名第二的是U水平，U水平的试题对学生的思维能力要求最低，主要考查学生对基本物理概念、基本物理规律、定理、公式、定律等物理基础知识的理解和掌握，这说明本套试卷有一定比例的分值在考查电磁学基础知识和基本技能;E水平排在第三位，说明本套试题电磁学模块也出现了压轴的试题，只是分值比例没有力学版块高.本套试题未考查原子物理知识版块，回顾2018年全国新课标Ⅲ卷原子物理模块考查了一道分值为6分、M水平的选择题，说明原子物理模块不是高考的重点内容，但也要求考生掌握，从思维能力层次水平上来说，只要求达到知道、理解和简单应用即可.

5.3 研究启示和展望

从学科教学和命题角度看，教学既要注重基础，更要重视高阶物理学科能力的培养，重视核心素养的孕育和提升，考试也应注重考查学生的能力和素养.

从理论基础和方法论基础看，SOLO分类理论由于自身可量化地进行统计分析，研究结果相对准确、客观，因此具有一定优势和应用价值，在课程与教学评价研究领域值得推广和借鉴，如可尝试将SOLO分类理论进一步拓展到核心素养培育和评价方面的研究中去.

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（收稿日期：2021-08-27）