基于SOLO分类理论的高中物理“机械能”学习进阶研究

李爽　徐莹

摘 要：学习进阶是近年来科学教育研究的热点，已有研究多集中在基本概念、知识衔接和关键能力几个层面，而对学生的思维发展水平关注较少.将SOLO分类理论与学习进阶相结合，是对物理学科学习进阶研究的深化.“机械能”是“能量”主题下的重要概念，对培养学生的物理观念具有重要意义.研究工作基于课程标准、教材和已有相关研究成果，以重要概念“机械能”为例，基于SOLO分类理论建构能真实刻画学生思维特征的“机械能”学习进阶框架，既能为教师进行其他主题的学习进阶研究提供理论支撑，也能为一线教师开展有效教学提供实践参考.

关键词：SOLO分类理论;高中物理;学习进阶;机械能

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）23-0029-04

学生的认知发展过程是一个螺旋式上升的阶段，每一阶段对应的思维层次也随之提高.近年来符合学生认知发展的学习进阶开始被广泛关注，但棘手的问题是如何对学生思维发展水平进行刻画？目前，基于SOLO分类理论的学习进阶可以更细致地观察到学生思维结构以及发展的节点，相关研究已经在化学、生物等学科展开[1]，林建芬等人介绍了SOLO分类理论对划分化学核心概念认知层级与进阶路径的指导意义，建构了中和反应概念进阶学习的认知模型[2].唐耿义以高中生物“生态系统”为例，基于SOLO分类理论划分进阶水平并提出教学建议[3]. 但基于SOLO分类理论的学习进阶研究在物理学科鲜有关注.本文基于SOLO分类理论描述学习进阶路径，再以高中物理“机械能”的回答水平为例，将可视化的思维结构与学习进阶有效结合，既深化了学习进阶的理论研究，同时也能指导教师针对不同思维层级的学生合理展开教学，提高学生的思维品质.

1 概念理解

1.1 学习进阶

学习进阶被定义为“对于一个可以作为学生长期学习的主题，学习进阶就是对学生在学习这个主题过程中产生的连续且越来越复杂的思维方式的描述[4]”.目的应为学生设立怎样的学习路径，以期望呈现概念之间的逻輯关系，帮助教师引导学生循序渐进地学习主题知识，形成良好的认知结构.目前，绝大部分学者认为，学习进阶主要包括以下五个要素：进阶终点、进阶变量、进阶水平、各水平认知表现和相关测评工具.近两年有关学习进阶的解读不断丰富与发展，主要包括核心概念、重要概念、科学理解能力和不同学段知识的衔接问题，并且涉及力学、电磁学、光学等多分支.

1.2 SOLO分类理论

“SOLO”原意是“观察到的学生学习结果的结构”，最初是由Biggs和Collis提出的一种描述智力发展的一般性框架[5].Biggs等人根据学生回答问题时所呈现出的思维结构将SOLO分类理论划分为五种水平：前结构水平、单点结构水平、多点结构水平、关联水平和抽象拓展水平，如图1所示.单点结构水平属于浅层思维，多点结构水平和关联水平属于中层思维，拓展抽象水平属于高阶思维.SOLO分类理论可以将学生在回答某一问题时的思维过程显性化，具有界定清晰和可操作的特点.起初SOLO分类理论被广泛用于开放性试题评价，后常将其作为开发课程计划、评价认知类教学及诊断学生学业质量的有效工具.

1.3 重要概念

核心概念是组织整合某个学科自身内容的少数关键概念[6]，但由于其高度概括性、有限性等特点，还需要一系列下位概念做支撑，学术界称其为重要概念.重要概念是构成科学理论体系的基石，是科学知识的主要组成部分.“能量”作为科学教育领域中的核心概念，在解释自然现象、架构自然学科的理论中起着不可替代的作用，而“机械能”又是“能量”主题下的重要概念，是学习电磁能、热能等的重要基石，在日常教学中具有更大的实际价值.

2 高中“机械能”内容梳理

2.1 基于课程标准的内容研究

课程标准是统领物理课程的纲领性文件，是教材编写、教学、评价等的重要依据.《普通高中物理课程标准（2017年版）》关于必修二第八章“机械能及其守恒定律”这一节的内容描述见表1.

通过对课程标准的解读发现，学生在初中已经对功和功率有了初步了解，定性知道动能、势能、机械能等概念.在高中阶段，学生将进一步从定量的角度发展这些概念，深入理解机械能守恒定律，把有关机械能的具体知识进行提升，能应用机械能守恒定律解决有关问题，体会利用机械能守恒定律解决问题的便利性，逐步学会从能量观点和守恒观点来分析问题，形成初步的能量观念.

2.2 “机械能”单元概念框架分析

结合教材对各知识模块进行梳理，呈现如图2所示的概念逻辑关系，箭头上方概念的学习有赖于下方概念，彼此相互依存，不可分割.在“机械能及其守恒定律”这一章，延续了初中机械能教学的大致脉络，首先是理解功和功率，进而引出重力势能、弹性势能和动能，会从做功与能量转化的角度判断机械能是否守恒.功能关系是贯穿这一章内容的主要线索，学生如果能够结合具体问题逐步理解这一线索，将有助于学生将全章知识融会贯通，为能量观的发展打好基础.因此，本文选取“机械能的定义和表现形式”“机械能的转移、转化和守恒”“做功和机械能的关系”这三个维度作为进阶变量，既能整合知识结构也能覆盖大部分主要内容.

3 基于SOLO分类理论的 “机械能”学习进阶构建

3.1 学习进阶路径分析

SOLO分类理论与学习进阶存在一定的内在一致性[7]，因此，笔者依据彼格斯的SOLO分类理论一书[8]，将学习进阶的层级划分与SOLO水平相关联，将最低层级与前结构水平对应，一般为学生头脑中已有的前概念或原始认知;最高层级与抽象拓展水平相对应，即学生的学习目标.中间层级划分为单点结构、多点结构、关联结构三个水平，并对每层水平对应的认知表现进行详细说明，这是构建学习进阶和评价进阶水平的参考标准，见表2.

为了更好地说明进阶路径划分，在此以“功”为例，即利用已有知识认识功的概念，利用单一信息识别做功过程伴有能量转化的过程，利用多个线索描述并解决功相关的问题，利用整合的知识分析功与能的关系，利用不同视角推理功能關系并形成初步的能量观念.

3.2 SOLO水平对应的“机械能”学习进阶

根据对上述SOLO分类理论下学习进阶路径的分析，结合“机械能”的内容梳理，严格建构能够描述学生对“机械能”认知表现的进阶假设（见表3），学生必须通过新知识的积累和思维的不断深化来获得上位层面认知的进步.

4 结论与启示

综合以上分析，以SOLO分类理论为基础来指导学习进阶框架的建立，能够为学生提供合理的思维进阶路径，使进阶框架更加具有可操作性和评价性.此外，还可以得到如下启示：首先是教学方面，教师可以依据SOLO分类理论，参照“机械能”的进阶框架对其他主题的教学内容进行重新编排，设计出符合学生认知发展的学习进阶框架，既有利于教师制定合理的教学目标，又能帮助教师检测教学效果;其次是学习方面，通过SOLO分类理论的可视化水平表现，学生能够清楚地

认识到自己在概念理解方面的不足，通过自我的不断反思与调整，激励自己沿着更深层次的思维路径发展;最后是评价方面，教师可依据SOLO分类理论形成每个阶段的评价线，教学评价时不能以知识目标为唯一标准，更要注重对学生思维水平的评价，同时在教学中用评价来激励学生，实现”教、学、评”的一体化.

参考文献：

[1]刘妍君，段玉山，周维国.基于SOLO分类理论的中学地理概念认知建构与学习进阶——以“地球公转”为例[J].地理教学，2020（05）： 16-20.

[2]林建芬，陈博殷，黄碧芸.基于SOLO分类理论探讨化学核心概念的学习进阶与教学衔接——以人教版“中和反应”为例[J].化学教学，2016（11）： 24-29.

[3]唐耿义，胡云.基于SOLO分类理论的核心概念学习进阶探析——以高中生物“生态系统”为例[J].中学生物教学，2019（05）： 30-32.

[4]安秋，王长江.“质量”概念学习进阶的初步研究[J].物理教师，2020，41（05）： 2-5+9.

[5]蔡永红.SOLO分类理论及其在教学中的应用[J].教师教育研究，2006（01）： 34-40.

[6]郭玉英，姚建欣，张静.整合与发展——科学课程中概念体系的建构及其学习进阶[J].课程·教材·教法，2013，33（02）： 44-49.

[7]罗晓燕，李佳，袁萍.SOLO分类理论与学习进阶比较研究[J].课程教学研究，2021（01）： 12-17.

[8]李祥兆.学生思维评价的新视角——SOLO分类评价理论评述[J].教育科学研究，2005（11）： 22-24.

（收稿日期：2021-08-18）

作者简介：李爽（1996-），女，吉林舒兰人，硕士研究生，研究方向：学科教学（物理）.

指导教师：徐莹（1987-），女，吉林松原人，博士，实验师，硕导，研究方向：物理实验教学研究、物理课程与教学论.