利用SOLO试题提高实验复习有效性的尝试

徐芳 沈文炳

摘   要：通过编制“验证动量守恒定律”SOLO试题，并用格特曼量表对试题进行质量检测，有助于教师了解学生所处的思维层级;进而制订出符合学生学情的实验复习方案，实现学生实验能力的突破，以期提升学生的思维能力层次，提升实验复习效果。

关键词：SOLO试题;格特曼量表;实验复习有效性;验证动量守恒定律

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）6-0038-3

1    问题的提出

物理实验考查是考试评价体系中重要的部分，也是学生得分率较低的部分。提高物理实验复习的针对性和有效性是物理教师关心的重点。本文以验证动量守恒定律为例，通过SOLO试题来判断学生的学情，尝试提高实验复习的针对性和有效性。

2    SOLO试题的编制和检测

2.1    SOLO试题的编制

SOLO试题是将原始性问题编制成符合SOLO四个层次的小题，难度从易到难，分别对应SOLO的四个层次[1]。下面，笔者尝试通过用SOLO理论设计了一道“验证动量守恒定律”的实验题，通过此题来判断学生对该实验理解所达到的思维层次，然后通过格特曼量表对试题的质量进行检测，以达到辅助教学的目的。

【SOLO试题】 如图1用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。

（1）若入射小球质量为m1，半径为r1;被碰小球质量为m2，半径为r2，为完成实验需满足（    ）

A.m1>m2，r1>r2

B.m1>m2，r1

C.m1>m2，r1=r2

D.m1

（2）實验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通过测量______（填选项前的符号），间接地解决这个问题。

A.小球开始释放处的高度h

B.小球抛出点距地面的高度H

C.小球做平抛运动的射程

（3）图1中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让小球m1多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP。然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将小球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N，测量平抛射程OM、ON，并多次重复。

若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为                        [用（3）中测量的量表示];若碰撞是弹性碰撞，那么还应满足的表达式为                           [用（3）中测量的量表示]。

（4）经测定，m1=45.0 g，m2=7.5 g，小球落地点的平均位置距O点的距离如图2所示。据此得出碰撞前的总动量数据为________g·cm， 碰撞后的总动量数据为_______g·cm。在误差允许的范围内碰撞前后动量是守恒的。

有学生认为，在上述实验中仅更换两个小球的材质，其他条件都不变，可以使被碰小球做平抛运动的射程增大，请你用（3）与（4）中已知的数据，分析和计算出被碰小球m2平抛运动射程ON的最大值为________cm。

根据SOLO理论设计的试题中SOLO思维能力层次划分标准如表1所示。

2.2    SOLO试题的检测工具

本检测采用的是格特曼量表分析法[2]。格特曼量表是按照由低到高的思维顺序排列的，这与SOLO理论的思维层级由低到高划分是相对应的。一道完整的SOLO试题在结构上与格特曼量表结构具有一致性。

理论上，对一道SOLO试题，学生在各个层级上的反应应该具有表2中提到的五种特征，其中，正确用1表示，错误用0表示。表2中的反应样式称为“正常样式”。而在实际测验中，可能会出现“反常样式”，如[1，0，1，0]。如果是由于学生自身的原因造成的，我们可以将该“反常样式”用与其最为接近的“正常样式”作为测试结果。但是，如果“反常样式”出现率很高，说明试题本身是存在问题的。

关于试题是否存在问题，以及试题的优劣怎样判定，格特曼提出了一个判定量表测量误差度的指标，他称之为“复现性系数”rep。rep=1-（总误差次数/总反应次数）。对于SOLO试题来说，总反应次数等于该题的反应样式数目乘以应试学生人数。而总误差次数则是指试题测试中“反常样式”出现的总次数。试题的复现系数rep越高，其质量就越高。多数研究者都将合格的格特曼量表的rep系数值定在0.95 以上。

3    结果分析及教学反思

本次接受检测的学生来源于笔者执教学校高三年级4个班的175名学生：1班（34人）、2班（24人）、3班（61人）和4班（56人）。样本包含了本年级学习水平的各种层次。测试时间为35分钟，以充分保证测试结果为学生经过认真思考后所得。测试过程是在教师的监督下进行的。测试的动量守恒定律内容没有提前复习。检测回收样本数为175份。

3.1    测试结果分析

表3是对参与测试的各班级学生样本出现的反应类型的统计结果。表3的统计结果是通过数据处理之后得到的。笔者和出现“反常样式”的学生进行访谈，把不是因为对知识点本身缺乏理解导致问题错误的测试结果由0改成1，对于学生用错误的分析方法通过猜测得到正确结果的测试结果由1改成0。

表4是经过数据处理之后得到的最终复现系数rep的值。rep1、rep2 、rep3 和rep4分别表示1班、2班、3班和4班的复现系数，rep表示4个班的平均复现系数。根据测试结果显示，各班的复现系数及平均复现系数均高于0.95，表明该量表是合格的格特曼量表，也说明该题为一道质量合格SOLO试题。

另外，反常样式[1，0，1，0]出现率较高，说明该SOLO试题的质量还有提升的空间。通过对反常样式的学生访谈发现，该试题的第2小题学生理解为利用平抛运动的知识求出速度所需要测的所有物理量，没有考虑结合本实验的实际情况。如果题目的表述更明确，测试结果可能会更好地体现学生的真实思维层次。另外，该题的第4小题有部分学生没有注意到题目中要求用（4）中的数据即已知两球的质量，求最远射程。而是认为质量关系是随意的，分析得出碰后的最远射程是碰前小球射程的2倍。对于该类学生，他们的思维层次应该是达到了拓展抽象水平（E），但是格特曼量表没有得到充分体现。如果试题能让学生自己分析发生碰撞的小球之间的质量关系对被碰小球射程的影响，会更能体现学生思维的严谨性，同时也使得该试题更具开放性。

3.2    教学反思

在高中物理实验复习过程中，教师要通过设计实验SOLO试题，了解学生的思维能力层次，认识学生的最近发展区。然后，针对不同层次的班级和学生，设计不同的实验情境，让学生自主地发挥思维的主动性、积极性、能动性，同时注重监控实验过程。当学生思路发生障碍时，教师应给予学生一些恰当点拨与提示。学生运用提示信息，调整思路，反复思考，最终找到解决问题的答案。学生只有自己选择正确的思维方向才能真正逐步提高实验思维能力。

4班的测试结果表明，少部分学生的思维层级较低，基本知识掌握不牢;大部分学生的思维层级处于关联水平，没有达到抽象拓展水平。教师在实验复习时，需要通过实验来训练学生的基本实验知识，并逐步通过实验加强知识点的难度和思维的深度，进行引导式的实验复习。学生也需要通过适度的练习来加强记忆与理解，实现从量变到质变的逐步提升。

2班的学生基本停留在关联结构水平，对实验知识理解的深度不够。教师实施复习时，要注重帮助学生从动量及能量的角度深度理解不同模型的碰撞，设计不同的碰撞实验，同时提高学生在解决问题时构建模型解决问题的能力，从而实现思维层次的提升。

1班与3班的绝大部分学生的思维层级达到了关联结构水平及以上，说明学生对知识点的掌握情況比较好，教师在复习的时候可以注重于实验的改进与创新，特别是要求学生自己动手设计相关分实验并进行操作分析。比如，对测量速度的方法的改进、实验方案的创新等，培养学生能从实验目的出发，通过不同的实验方式实现同样的实验目的，体会以不同的方式、方法解决问题的巧妙与智慧，提升学生的思维能力，以及分析问题、解决问题的能力，形成科学、严谨的态度和价值观。

4    结束语

SOLO试题的编制和检测让教师站在一个新的高度去审视高中物理实验的复习。尝试利用SOLO试题提高实验复习效率的过程实现了教师与学生的深度“沟通”。教师可以发现自己对问题所处思维层次的判断与学生对该问题所做出反应层次之间的差异，帮助教师在教学中进行及时调整;也能帮助教师及时了解学生所处的思维层次，循序渐进地帮助学生进入更高的思维水平，不断提高教学的质量与效率。

参考文献：

[1]潘瑜，吴维宁，孙元平. SOLO试题质量检测的实证研究[J]. 考试研究，2020，80（03）：53-59.

[2]吴维宁，李佳，孔惠斯. SOLO试题的编制与质量检测[J].教育测量与评价（理论版），2009（03）：45-48.

（栏目编辑    陈  洁）