物理观念水平视角下物理试题的能力层次结构分析

项睿杰　徐莹

摘 要：物理观念是核心素养的基石，以物理观念为本发展学生的素养和能力，学业质量与考试评价也包含对物理观念的查考.随着时代发展，对人才培养要求提高，高考形式也随之变化.对试题的物理观念分析既是试题能力结构的深入思考，也是对物理核心素养落实的评价.本研究基于SOLO分类理论，结合考试大纲，以物理观念水平为依据，重新建立了物理试题的能力层次划分标准.以2019年全国Ⅰ卷为例，对物理试题的能力层次、分值、题型、知识点分布进行了统计分析，并结合具体实例进行了试题的能力层次分析.通过对高考物理试题能力层次的分析，明晰试题能力层次结构的特点和专家命题意图，以期对教师的教学与学生能力素養的培养提供一定的指导.

关键词：SOLO分类理论;试题能力层次分析;高考物理考试大纲;物理观念

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）01-0002-05

作者简介：项睿杰（1996-），女，辽宁鞍山人，硕士研究生，研究方向：物理学科教学;

徐莹（1987-），女，吉林松原人，博士，硕士生导师，研究方向：物理实验教学研究、物理课程与教学论.

为实现物理学科核心素养的多方面培养落地，精心编排课程内容，提出考试评价不同要求，高考改革迎来了新的“3+3”模式.其中物理观念是素养培养的基础，教学中对物理概念和规律的学习，训练学生的思维、研究及实验能力.通过物理试题的形式评价学生的素养和能力层次，试题的物理观念考查和能力结构层次的评价分析，不但要切合考试大纲和普通高中课程标准，也要结合学生的目前思维能力水平.目前基于SOLO理论[1]的物理试题能力层次的研究主要依据考纲的不同能力要求和SOLO分类理论的结构水平相结合进行分析.这仅仅把试题不同能力层次的分布简单进行梳理，不能将试题中物理观念的能力水平体现出来;而以物理学科核心素养的角度分析试题，又没有明确的试题能力层次的划分标准，这些分析不够全面深入.本研究基于SOLO分类理论，结合考试大纲能力层次和物理核心素养的物理观念水平，重新建立物理试题的能力层次划分标准，并以2019年全国Ⅰ卷为例进行试题能力层次的相关分析.

1 SOLO分类理论

SOLO分类理论是由澳大利亚教育心理学家Biggs等人提出的，它的基本观点来源于对布鲁姆分类教学的提升和皮亚杰的认知发展阶段理论[2].SOLO分类理论是指当人处在一个问题情境中，在解决问题时所表现出来的能力水平，可以划分为5种层次水平（见表1）.这标志着学生在解决物理问题时候的能力层次是依次递增的，也体现学生对解题的有关知识从无到有、从量到质的掌握情况.SOLO分类理论引入国内后，研究者们从起源、内容、各学科教学中应用以及开放性试题的评价标准等进行研究.SOLO分类理论的分层思想对高考物理试题的能力层次研究[3]具有一定的可行性.因为对试题能力层次的分析，不涉及到学生实际得分，减少不确定性，试题都是真实无误的.

2 物理观念

物理观念是“科学思维、科学探究、科学态度与责任”素养培养与发展的基底.物理观念主要包括物质观念、运动与相互作用观念、能量观念等[4].2017年版的《普通高中物理课程标准》中凝练了学科核心素养，还围绕核心素养的落地，精选、重组课程内容，指导教学设计，提出新的考试评价.课标中的学业质量水平和物理学科核心素养的水平划分，都对物理观念的水平进行了说明.本研究对其进行一定整理并实例说明，见表2.

3 基于SOLO分类理论的试题物理观念与能力层次划分标准

本研究的核心是制定试题的能力层次划分标准.关于标准的界定，山丽娟[5]、王芳[6]结合考试大纲中的五种能力对解题所需知识点数量及之间关系的复杂度，提出试题SOLO的能力层次标准;郭晨跃[7]按照学生对物理知识反应情况的视角，对SOLO的5种水平进行了划分;王振超在“基于SOLO分类理论的高考物理试题能力层次分析——以2016年全国卷Ⅰ为例”一文中，对题中考查的知识点和考试大纲融合建立试题能力层次的划分标准[8].

詹凯、田成良在“聚焦核心素养、凸显课改特色——2018年北京高考物理试题分析”一文中，对2018年的试题从物理学科核心素养的物理观念、科学思维、科学探究、科学态度和责任的四个方面对试题进行分析[9];在“秉承科学育人、强化探究过程、发展思维品质——2019年北京高考物理试题分析”一文中，从科学思维中的模型建构、科学推理等维度对2019年北京高考物理试题分析[10].可以看出对试题分析的角度变得更加精细和深入.有了观念，才可以对事物有一定的认识，进而言语、逻辑、思维等会有一定程度的发展.从物理观念的角度对试题分析是有一定价值的.

通过相关文献的思考与分析，不难发现考试大纲中能力考查和物理观念的划分与SOLO分类理论存在一定的关联性，本文将二者结合建立试题能力层次划分标准.在5种结构水平中，“前结构水平”是学生面对问题时不能正确解题、思维混乱.高考试题无法表现这层能力水平，即高考物理试题中保留了4个能力水平，本研究在制定试题标准时删除了前结构水平;物理试题的本质内涵，是对学生核心素养的考查，物理观念水平体现在试题中都是确定的有关的知识和问题情境，因此水平1和水平2可以体现在单点结构层次中，得到2019年物理试题的物理观念与能力层次标准，见表3.

4 2019年全国Ⅰ卷物理试题能力结构分析

结合前面确定试题的物理观念与能力层次标准，本研究以2019年全国Ⅰ卷为例，对物理试题的能力层次进行一定的统计分析，便于分析数据背后的深层含义.从题型、分值、试题能力层次、物理观念水平以及知识模块的角度统计分析.详细说明物理观念的层次，如果不进行分析，仅仅是罗列试题的考查知识点，又回到将物理知识体系割裂成单个知识点，物理核心素养中物理观念提出学生具有清晰、系统的知识，去解决实际问题.这样也更加贴近考试大纲的考查.2019年全国Ⅰ卷物理必考题能力层次的统计情况，见表4.

由上面数据进一步整理得到表5.

数据描述：2019年全国Ⅰ卷必考题内容知识模块主要是力学和电磁学.由表5可知，力学试题总分数为49分，占试卷总分值的51.6%;电磁学试题总分数为46分，占试卷总分值的48.4%.试卷考查力学占比略大于电磁学.其中R结构水平考查最多，占试题的56.8%，主要为难题;U、E结构水平考查最少，U结构层次主要是以基础题为主，占试题的11.6%;E结构层次占比为11.6%，主要为综合拓展题;M结构层次试题，主要是中难题.

4.1 数据分析

试题能力层次方面，本试题M、R、E的占比保留整数处理为3∶5∶2.山丽娟提出并分析了试题M、R、E能力层次的分布比为3∶5∶2[4]，试题具有明显的区分度.2019年试题能力层次的比例关系为1.1∶2∶5.7∶1.1，与往年比较也是有变化的.从中可以看出随着课程改革的发展和物理核心素养的提出，结合杜霞在“全国新课标Ⅰ卷物理试题变化剖析”一文中，对学生的知识掌握、思维能力、实验能力、数学处理技巧等能力培养变化的分析[11]，发现本试题的能力层次要求也符合对学生能力从低到高的要求.这套试题难度稍高，拓展要求适中，符合高考试题能力层次的特点，同时对物理观念的考查也是具有合理的分布.

试题物理观念能力层次方面，试题中多以关联结构水平（R）为主，对物理知识考查要求较高，学生需要掌握在复杂的物理情景中进行情境推理，完善物理过程并对相关的物理知识进行整合与推理及一定的数学能力等.拓展结构层次（E）出现在力学计算题中，其综合性比较强，且对学生思维要求高.力学部分重视学生知识的系统性，也重视学生在复杂的需要进行物理情节推理的问题中，学生创新能力、具有清晰和系统的物理知识、拓展能力和逆向思维等能力.与电磁学试题相比较，力学对学生知识能力水平要求更高.电磁学的实验题的最后一个问题是拓展结构层次（E），强调对学生实验能力和技巧的考查，也是对考试大纲中考查使用已有的方法和原理设计新的实验.多点结构层次（M）对物理知识的考查一般是问题情境熟悉，具有一定的物理观念，并不需要进行归纳分类，进行简单的数学计算分析得到结果.能力层次要求较高，一般多在选择题中出现.单点结构层次（U）中试题中的问题简单，对能力要求低，一般出现在选择第一题和实验题的前几问.这些简单独立的物理知识，缓解学生考试的紧张感，便于考生以最好的状态完成考试.

4.2 试题能力划分范例

由上面数据统计结果的分析，对试题能力层次的考查关联结构层次比重最大.下面选取本试题中的25（1）为关联结构典型实例进行分析.

竖直平面内一倾斜轨道与一足够长的水平轨道通过一小段光滑圆弧平滑连接，小物块B静止于水平轨道的最左端，如图1所示.t=0时刻，小物块A在倾斜轨道上从静止开始下滑，一段时间后与B发生弹性碰撞（碰撞时间极短）;当A返回到倾斜轨道上的P点（图1中未标出）时，速度减为0，此时对其施加一外力，使其在倾斜轨道上保持静止.物块A运动的v-t图像如图1（b）所示，图中的v1和v2均为未知量.已知A的质量为m，初始时A与B的高度差为H，重力加速度大小为g，不计空气阻力.

（1）求物块B的质量.

分析：本题考查了弹性碰撞，结合动量守恒定律和机械能守恒定律的知识.本题属于关联结构水平.学生需要分析物理情境碰撞前后的速度已知，质量不变，为弹性碰撞，列出动量定理;但从数学角度一个方程解不出两个未知量，同时整个碰撞过程機械能守恒，通过机械能守恒定律列式，可以将两个式子联立，求物块B的质量.

根据SOLO能力层次划分标准，涉及到物理情境分析、三个物理观念，需要运用数学工具.物理情境困难需要推理分析且应用到物理知识的有关推论、物理推论的深层理解，数学计算困难，所以该试题可以确定为关联结构水平层次.

5 试题能力层次分析的启示

5.1 教学方面

备课时，教师对不同物理概念、规律按照试题能力层次划分标准的模式，结合学生目前的能力层次，明确对知识的讲解要达到的是M、R、E哪个层次.通过一系列的问题串，预设出学生实际所在的层次水平，并在课堂随时进行调整.同时教师不能将知识点割裂，要把有关知识整合起来，将物理观念系统化，帮助学生分析问题.

5.2 学生能力培养方面

高考模式“3+3”的推出也是将物理核心素养落地，对学生的物理观念、科学思维、模型建构等能力的考查.在课堂教学中，例如在涉及到与机械能有关的知识时，使用能力层次标准对机械能的含义、基本公式、使用条件、与动能之间的转化、新问题情景中机械能是否守恒等有关的问题，让学生进行划分.结合物理情境和物理观念推理，把大问题拆分成有联系的几个小问题，理清物理过程.学生对机械能的知识由浅入深地掌握.这也让学生明白要对知识掌握有不同的深度.

5.3 学生反思能力的训练

通过试题能力层次分析，2019 年高考物理试题注重物理过程分析推理以及知识点综合运用能力的考查.因此，教师在课后练习选题时要密切联系生活实际，对知识分成不同层次由浅入深地进行训练，要增强学生对物理情境分析，多设置一些变式情境，帮助学生物理观念、科学思维等能力的提高.尤其是高三学生，计算题有时一题多解或答案不是唯一解的情况，要结合相关知识推导，理解知识间深层的关系，可告别题海战术的复习模式.教师在课后对学生练习题的反思结果（也包括学生自己对试题的知识划分表）进行订正.教师对知识间的联系整理脉络，建立清晰、系统的物理观念.

参考文献：

[1]李佳，吴维宁.SOLO分类理论及其教学评价观[J].教育测量与评价（理论版），2009（02）：16-19.

[2]冯翠典，高凌飚.现状与反思：SOLO分类法国内应用研究十年[J].教育测量与评价（理论版），2009（11）：4-7+11.

[3]吴有昌，高凌飚.SOLO分类法在教学评价中的应用[J].华南师范大学学报（社会科学版），2008（03）：95-99+160.

[4]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[5]山丽娟.高考物理试卷能力结构研究[D].上海：华东师范大学，2011.

[6]王芳.基于SOLO理论的近两年高考物理试题分析[D].贵州：贵州师范大学，2018.

[7]郭晨跃，王宏博，罗莹.SOLO理论在高考物理试题比较研究中的应用[J].物理教师，2012，33（01）：1-3+7.

[8]王振超，李建彬，胡象岭.基于SOLO分类理论的高考物理试题能力层次分析——以2016年全国卷Ⅰ为例[J].物理教师，2018，39（02）：86-91.

[9]詹凯，田成良.聚焦核心素养 凸显课改特色——2018年北京高考物理试题分析[J].物理教师，2018，39（08）：84-86+90.

[10]詹凯，田成良.秉承科学育人 强化探究过程 发展思维品质——2019年北京高考物理试题分析[J].物理教师，2019，40（07）：72-76.

[11]杜霞.全国新课标Ⅰ卷物理试题变化剖析[D].山东：山东师范大学，2016.

（收稿日期：2020-10-13）