SOLO分类理论指导下的实验试题分析

摘 要：SOLO分类理论能够有效地确定学生回答问题时的思维水平。本文基于这一理论，尝试对2023年高考全国三套理科综合试卷中的物理实验试题进行分析，旨在探究最新高考试题对学生实验探究能力的具体考查层次要求，为今后的教学提供有益的参考。

关键词：SOLO分类理论；高考物理；实验试题分析；探究能力

《中国高考评价体系》中提出的四层考查内容之一是关键能力［1］，而实验探究能力不仅是物理学科关键能力的重要组成部分，也是实现物理学科核心素养所必须掌握的能力。在2023年全国高考物理的甲、乙卷以及新课标卷中，新颖的实验试题重点考查了学生

的实验探究能力。利用SOLO分类理论——一种目前较为流行且科学的评价方法，笔者对试卷中的实验试题进行分析，以明确考查的重点和方向，提高未来实验教学的效率。

1 SOLO分类理论简介

教育心理学家约翰·彼格斯（John B.Biggs）认为，人在回答某一问题时所表现的思维结构是可以检测的，

他以皮亚杰的认知发展阶段理论为基础，提出了学习质量评价理论——SOLO分类理论。SOLO是英文“Structure of the Observed Learning Outcome”（意为：可观察的学习结果的结构）的缩写。［2］SOLO分类理论根据学生回答问题的结果按照思维层次的高低分为前结构水平、单点结构水平、多点结构水平、关联结构水平、抽象扩展结构水平等五个层次，反映学生由浅入深的思维过程。

SOLO分类理论认为，若学生无法理解问题或只能提供没有根据的答案，则其思维处于前结构水平；若学生仅能找到一种与问题相关的信息并直接给出答案，则其思维处于单点结构水平；若学生能找到多种相关信息，但无法有效地整合这些信息，则其思维处于多点结构水平；若学生能够将多种信息整合并能解决较复杂的问题，则其思维处于关联结构水平；若学生能够对问题进行抽象概括，综合分析信息，并进行迁移应用，从而深化问题并拓展其意义，则学生的思维水平达到了抽象扩展结构水平。后两个阶段是前三个阶段的提升，代表了质的飞跃，这也是教师在课堂教学时应努力引导学生达到的目标。

将SOLO分类理论应用于高考实验试题分析，不仅可以明确高考对学生实验探究能力的考查标准和考查方向，还能为未来的实验教学提供宝贵的参考依据。

2 实验试题分析

试题分析建立在学生能够理解并解答具体问题的基础之上，因此不考虑前结构水平。借助已有的

研究成果［3，4］，笔者对所在省份的高考试卷（新课标卷）进行了深入分析，以确定学生在各个能力层次上的表现。

例1 （2023年理科综合新课标卷第22题）在“观察电容器的充、放电现象”实验中，所用器材如下：电池、电容器、电阻箱、定值电阻、小灯泡、多用电表、电流表、秒表、单刀双掷开关以及导线若干。

（1）用多用电表的电压挡检测电池的电压。检测时，红表笔应该与电池的_______________（填“正极”或“负极”）接触。

（2）某同学设计的实验电路如图1甲所示。先将电阻箱的阻值调为R1，将单刀双掷开关S与“1”端相接，记录电流随时间的变化。电容器充电完成后，开关S再与“2”端相接，相接后小灯泡亮度变化情况可能是_______________。（填正确答案标号）

A. 迅速变亮，然后亮度趋于稳定

B. 亮度逐渐增大，然后趋于稳定

C. 迅速变亮，然后亮度逐渐减小至熄灭

（3）将电阻箱的阻值调为R2（R2＞R1），再次将开关S与“1”端相接，再次记录电流随时间的变化情况。两次得到的电流I随时间t变化如图1乙中曲线所示，其中实线是电阻箱阻值为_______________（填“R1”或“R2”）时的结果，曲线与坐标轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的_______________（填“电压”或“电荷量”）。

分析：第（1）问考查红黑表笔的用法。学生仅需要知道“红进黑出”的原则，即可判断出红表笔应当与电池的正极连接，这属于单点结构水平。第（2）问则需要学生清楚实验原理，知道开关S与2连接，电容器通过L和R0放电。学生通过考虑电容器放电电流逐渐减小的特点，可以分析出小灯泡会先瞬间变亮，随后亮度减小至熄灭，这属于多点结构水平。第（3）问则需要学生理解实验原理，即电阻越大，充电电流越小。因此实线对应的阻值是R2，根据公式I＝Qt，可以得到I-t图像

中曲线与坐标轴

围成的

面积表示电容器充电的电荷量，不需要复杂的计算，这属于多点结构水平。

例题2 （2023年理科综合新课标卷第23题）一学生小组做“用单摆测量重力加速度的大小”实验。

（1）用实验室提供的螺旋测微器测量摆球直径。首先，调节螺旋测微器，拧动微调旋钮使测微螺杆和测砧相触时，发现固定刻度的横线与可动刻度上的零刻度线未对齐，如图2甲所示，该示数为_______________mm；螺旋测微器在夹有摆球时示数如图2乙所示，该示数为_______________mm，则摆球的直径为_______________mm。

（2）单摆实验的装置示意图如图2丙所示，其中角度盘需要固定在杆上的确定点O处，摆线在角度盘上所指的示数为摆角的大小。若将角度盘固定在O点上方，则摆线在角度盘上所指的示数为5°时，实际摆角_______________（填“大于”或“小于”）5°。

（3）某次实验所用单摆的摆线长度为81.50cm，则摆长为_______________cm。实验中观测到从摆球第1次经过最低点到第61次经过最低点的时间间隔为54.60s，则此单摆周期为_______________s，该小组测得的重力加速度大小为_______________m/s2。（结果均保留3位有效数字，π2取9.870）

分析：第（1）问考查螺旋测微器的读数，要求学生能够准确读数。图甲读数为0.006mm （或0.007mm），图乙读数为20.035mm（或20.034mm、20.036mm），则

摆

球的直径为20.029mm（或20.028mm、20.030mm）。该问只涉及基本的读数和简单的计算，属于单点结构水平。

第（2）问考查学生对实验的理解和运用数学知识分析实验现象的能力。若将角度盘固定在O点上方，角度盘所对应的圆弧弧长不变，而圆弧对应的半径变小，因此对应的实际摆角大于5°（如图3所示），该问涉及的知识点较多且需要建立不同知识点之间的联系，属于关联结构水平。

第（3）问考查学生对单摆摆长的认识和数据处理能力。单摆摆长等于摆线长加上摆球的半径，据此可以计算得到摆长为82.5cm，属于多点结构水平。在理解实验原理的基础上，能够分析得到54.60s共有30个周期，进而计算得到T为1.82s，属于多点结构水平。计算重力加速度，需要学生使用公式T＝2πLg，并进行有效的数据处理，经过相应的数学计算得到g＝9.83m/s2，该小问需多种相互关联的知识，属于关联结构水平。

3 研究结果

根据上述分析方法，笔者统计了2023年高考三套全国卷物理实验试题的分析数据（如表1所示）。

根据表中分析数据，实验试题覆盖了多数SOLO层次，能力层次分明，呈现出明显的能力梯度，区分度良好，符合高考选拔人才的需求。试卷中以多点结构水平的试题为主（占比40.7 %），其次是单点结构水平（占比33.3 %）和关联结构水平（占比25.9 %）。然而，本次全国卷高考实验试题未涉及抽象扩展结构水平，这表明试题设计侧重于通过创新的物理情境，考查学生对实验操作、理解和分析的基本能力，充分展现了试题的创新性和基础性。

不同试卷在考查重点上各有特色。在每套高考试卷中，第22题的考查能力层次普遍低于第23题。对于第22题，尽管三套试卷考查的知识点不同，但问题设置都侧重于在理解实验原理的基础上进行回答。具体来看，甲卷中的多点结构水平与关联结构水平各占50 %，而乙卷和新课标卷则不包含关联结构水平的问题。这意味着学生不需要通过复杂计算来得出试题结论，强调了实验的基础性，同时也说明甲卷的难度相对较高。至于第23题，甲卷和新课标卷都设有7个填空，单点结构与多点结构水平的问题数量相近，关联结构水平的问题占比均为28.6 %，难度属于中等。而乙卷在单点结构和多点结构水平的问题占比较低，关联结构水平的问题占比高达50 %；显然，乙卷第23题考查的实验能力要求更高。此外值得一提的是，新课标卷的实验题总分达到18分，与全国甲、乙卷相比，更加强调对学生实验能力的考查。新课标卷的实验题目以《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《课程标准》）中唯一的观察性实验——观察电容器的充、放电

现象

以及用单摆测量重力加速度的大小［5］为背景设计，不仅考查了学生的基本实验技能，而且深刻体现了《课程标准》与考试内容、范围的密切关联性。

4 教学启示

通过对实验试题所考查的具体能力进行分析，并结合实际教学经验，笔者认为，除了重视基础知识、真实实验操作、回归实验原理、实施单元教学和引导知识迁移运用之外［6］，教师还可以从以下几个方面着手来提升学生的实验探究能力。

4.1 借助SOLO分类理论实施实验教学

课前，教师应依据SOLO分类理论确定教学内容或目标对应的实验能力层级，结合《课程标准》以及学生现有的学习水平，确定教学重难点；并根据学生的接受能力，利用现有教学资源，按照物理学的逻辑关系设计教学顺序或任务，选择适当的教学策略或方法以实现教学目标。课堂上，教师应根据教学设计进行实际教学，培养学生的学科核心素养。课后，教师应基于学生的课堂表现和能力发展需求，设计不同层次的作业和课外探究活动，以促进学生能力的不断提升，同时教师应引导他们向更高层次的抽象扩展结构发展。此外，利用SOLO分类理论，教师还能评估每位学生的表现和思维层次。这些评估结果不仅为后续的精准辅导提供依据，还为教学目标和活动设计提供参考，从而提升教学设计的科学性（如图4所示）。

4.2 混合式教学多角度进行实验探究

《中国高考评价体系》构成了新高考命题的理论基础和实践指南，而《课程标准》则界定了命题的范围和依据。对于实验探究类试题，《课程标准》要求学生必须完成的实验（包括12个必修课程实验和9个选修课程实验）应尽可能让学生亲自操作，同时教师应引导学生在实践中思考规律的本质。然而，在实际的实验教学过程中，教师常常面临实验设备数量不足、质量不达标以及设备老化等问题。这些问题在经济欠发达地区尤为突出。［7］为此，笔者尝试融合物理真实实验与虚拟实验，采用虚实结合的方式进行实验教学（如图5所示）。

课前，学生通过阅读教材和相关补充资料（如文字材料和视频），预习即将进行的实验。了解实验原理和所需器材，并依据导学案的问题提示设计实验方案。教师根据学生的预习情况分析学情，以确定教学目标和重难点。在教学过程中，教师先通过实际演示实验操作、强调关键注意事项，然后指导学生使用虚拟实验室进行自主探究，记录和处理实验数据，并总结实验结论。课后，教师鼓励学生重复进行虚拟或真实实验操作，以熟悉流程、深化对实验原理的理解，并完成相关评价作业，以巩固学习成果。

在实际的教学中，实验问题总是学生的“痛点”。“读不懂题，得不到分”是学生的常态。教师为学生提供真实的操作体验是解决这一问题的有效途径之一。然而，由于实验设备的限制以及教学任务和课时的压力，学生很难获得足够多的实际操作机会。因此，教师结合真实实验和虚拟实验，充分利用两者的优势来创新教学方法，是一种值得尝试的策略。

参考文献

［1］教育部考试中心. 中国高考评价体系［M］. 北京：人民教育出版社，2019：6-8．

［2］叶峻铭，王辰晨，张轶炳. 基于SOLO理论的高考物理实验题能力分析——以2019年高考全国卷（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）物理实验题为例［J］. 物理教学，2020，42（3）：69-72．

［3］程柱建. SOLO理论视域下的高考实验能力分析——以2014年江苏物理高考实验题为例［J］. 物理教学，2014，36（12）：16-19．

［4］赵波，王晶莹. 基于SOLO分类理论的物理高考试题学科能力测查研究——以2019年全国新课标Ⅲ卷为例［J］. 中学物理，2021，39（21）：10-14．

［5］中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）［M］.北京：人民教育出版社，2020：43-44.

［6］郜攀. 立足教材经典 彰显能力立意——赏析2022年全国理综甲、乙卷中的两道电学实验题［J］. 物理教学，2022，44（11）：71-73，57．

［7］桂媛媛. 基于仿真物理实验室的教学初探——以NoBook仿真物理实验为例［J］. 物理通报，2021（5）：102-103，106．